Question

秦岭造山带金属矿床“两期/二元成矿控矿”模式

Answer 1

关于秦岭地区的金属矿床成因和控制因素,前人做了大量的工作(王俊发等,1991 ;王集磊等,1996; 李人澍,1996; 王相等,1996; 王平安等,1998; 彭大明,2000; Maoet al.,2002a,2002b; 王瑞廷,2005; 王瑞廷等,2000a,2002,2003,2007a; 张复新等,2004; 毛景文等,2005a,2005b; 祝新友等,2011),分析总结前人的成果资料可以发现,以往的研究工作比较重视矿床的原始成矿构造环境、含矿建造、物质来源和成矿作用等控矿因素,并且依据这些控矿因素进行了区域成矿类型划分。最新代表成果如由西安地质矿产研究所(2006)主编的 《西北地区矿产资源找矿潜力》一书,依据构造、含矿建造、成矿作用及其矿床组合差异,将秦岭金属矿床划分为太古宙海底火山沉积成矿系统、中元古代与海底岛弧火山及岩浆侵入活动有关的成矿系统、震旦纪与碳酸盐岩有关的成矿系统、早古生代与海相火山热液作用有关的成矿系统、海西期与海底热液及岩浆作用有关的成矿系统、印支期与浊积岩有关的成矿系统、中生代与碰撞造山及陆内构造岩浆活动有关的成矿系统、新生代与河流冲积作用有关的成矿系统共八大成矿系统。

此次工作在找矿勘查实践和综合研究过程中发现,秦岭造山带中的多数金属矿床的区域成矿元素组合往往受某一特定构造时期的成矿环境及其成矿建造控制,同时又受印支期或燕山期等晚期构造岩浆改造作用控制,而且多数矿床的最终就位主要受区域晚造山期构造-岩浆活动控制。

(一)凤-太矿集区主要铅锌矿床

凤-太矿集区铅锌矿位于秦岭造山带中部秦岭微板块区,是秦岭泥盆系铅锌成矿带内的一个重要铅锌金矿产集中区,如前所述,区内已经发现大型铅锌矿床3处(铅硐山、八方山-二里河、手拌崖-银洞梁)、中型铅锌矿床3处(银母寺、峰崖、大黑沟),累计获铅锌储量500余万吨。

凤-太铅锌矿集区是秦岭造山带内一个重要的晚古生代构造-裂陷沉降带和热水沉积盆地,面积约2000km²,矿集区出露地层为中-上泥盆统海相碳酸盐岩-泥质碎屑岩建造。构造主要为呈格子状展布的印支期NWW向断褶带和NE向断裂密集带,区内岩浆岩主要为印支期二长黑云母花岗岩和燕山期中酸性岩脉。根据矿区构造岩浆活动分析,区域和矿区晚期构造运动为印支-燕山期。

关于凤-太矿集区铅锌矿床的成因问题,前人的研究认识总体趋于一致,普遍认为铅锌矿为SEDEX型热水喷流沉积成因。作者认为铅锌成矿主要受泥盆纪热水沉积建造和印支-燕山期构造岩浆改造二元/两期因素控制,标志特征如下:

1)矿床分布特征:铅锌成矿严格受泥盆纪三、四级热水沉积盆地控制,具有固定的层和位,所有矿床均产于泥盆系古道岭组灰岩与星红铺组泥质碎屑岩沉积接触界面及其附近。虽然铅锌矿床分布于泥盆纪三、四级热水沉积盆地区域内,但是所有的矿床又不具备典型的层控或沉积矿床的面状分布特征,矿体产状与沉积作用关系不大,无法应用沉积成矿理论指导勘查顺层找矿。

2)矿体产状特征:矿床的最终成矿就位严格受后期构造控制,多数矿区的矿体呈似层状或马鞍状形态赋存于印支-燕山期背斜构造鞍部转折端和两翼构造虚脱部位(图3-10),部分矿体呈脉状形态充填于断裂构造中。只有在泥盆纪三、四级热水沉积盆地区域内的次级背斜构造鞍部转折端和两翼构造虚脱部位才能找到矿床,矿体产状主要受晚期构造控制,呈线形展布,因此只能沿晚期构造寻找工业矿床。

3)矿石结构、构造特征:矿石主要为中粗粒结构和块状构造,难以见到SEDEX型矿床的典型沉积条带状构造。

4)伴随矿体分布的大量次生石英脉指示了强烈的热液充填交代作用。

(二)柞-山矿集区主要金属矿床

柞-山矿集区处于商-丹缝合带与凤镇-山阳断裂之间,这两大断裂不仅控制了柞-山盆地的边界,而且控制了该区泥盆系的古地理环境及其发展演化。前已述及,区内构造主体呈东西向,凤镇-山阳大断裂活动时间长,直接控制着柞-山盆地的形成、演化和发展。该区总体为一大型复式向斜,其核部在红岩寺—黑山街一带,近东西向展布。断裂构造主要发育近EW—NWW向,表现为顺层北倾且为高倾角的走向断裂,延伸数十千米以上,从北向南主要有3条断裂,即北部曹坪-红岩寺-卅里铺-两水寺断裂、中部张家坪-伍园沟-洪河寺断裂和南部大西沟-穆家庄-太山庙断裂。断裂性质多属剪切构造破碎带,同时控制着矿集区的矿产分布。区内赋存大西沟菱铁矿、银洞子银铅多金属矿床、穆家庄铜矿床、桐木沟锌矿、小河口铜矿、袁家沟铜矿等典型金属矿床。

上述研究表明,银洞子银铅多金属矿床的成矿作用经历了早期初始富集沉积成矿和后期弱的构造改造叠加两个重要的成矿过程(即“两期成矿”),该矿床的主要控矿因素是早期热水沉积活动和后期构造作用,而且以前者为主(即“二元控矿”)。

穆家庄铜矿床的成矿作用经历了海西期形成初始矿源层或贫矿层和印支-燕山期成矿物质的再次活化、运移,并最终在褶皱轴部或断裂构造有利部位(层间破碎带)沉淀、富集成矿(即“两期成矿”),该矿床主要受早期热水喷流沉积作用和后期岩浆侵入与构造活动控制,且以后者为主(即“二元控矿”)。它们均表现出较明显的“两期/二元成矿控矿”规律。

(三)勉-略-宁矿集区主要金属矿床

勉-略-宁矿集区在深部地幔隆起的地质背景下,多期次构造岩浆活动和复杂的变质变形作用发育。区域基底与盖层之间为一不整合面,存在一系列的滑脱和剥离断层,以及近NW向的脆性断裂组,为不同类型的成矿作用提供了有利条件。区内产出有鱼洞子磁铁石英岩型铁矿、煎茶岭金矿、煎茶岭镍矿、铜厂铜矿、李家沟金矿、东沟坝块状硫化物型铅锌铜多金属矿床、郭家沟菱铁矿和黎家营锰矿等典型金属矿床。

1.煎茶岭金矿床

煎茶岭金矿床与超基性岩、区域构造及中生代岩浆活动在时空和成因上具有密切关系。煎茶岭金矿的形成大致经历了超基性矿源岩的形成及超基性原岩的退化蚀变和构造叠加-热液改造的成矿作用长期演化过程。前者是在岩浆活动形成初始金矿(化)胚(体)的基础上,海西期超基性岩体发生蚀变变质,使金元素进一步活化迁移,在岩体与地层的断裂接触带形成金矿(化)蚀变体; 后者是在印支-燕山期的陆内造山阶段,主要以逆冲推覆、走滑剪切构造为主,叠加前期矿化,发生构造-热液改造成矿作用,形成富而厚大的矿体,该期是金的主要成矿时期(即“两期成矿”)。该矿床主要受超基性岩体和北西西向断裂构造(F451及其上盘碎裂白云岩)控制,且以后者为主(即“二元控矿”),亦具有较明显的“两期/二元成矿控矿”规律。

2.煎茶岭镍矿床

煎茶岭镍矿床位于秦岭造山带扬子板块北缘的勉(县)-略(阳)-阳(平关)矿化集中区。矿区地层为新太古界鱼洞子群中深变质火山-沉积岩(其斜长角闪岩U-Pb年龄为(2657±9)Ma; 秦克令等,1992)、元古宇碧口群海相火山-沉积岩和寒武系碳酸盐岩沉积盖层。矿区基本构造为晋宁运动形成并且在后期继承性活动的何家岩背斜及其两翼的NWW向和NEE向断裂构造(图3-53)。矿区同位多期岩浆活动频繁而强烈,在何家岩背斜东部转折端,侵入体继承早期的岩浆侵入活动通道从早到晚先后有晋宁期超基性岩(蛇纹岩Sm-Nb年龄为927Ma; 秦克令等,1992)、海西期花岗斑岩(400Ma,Rb-Sr法; 庞春勇等,1993)、印支期辉长岩脉(203～209Ma,K-Ar法; 庞春勇等,1993)和花岗斑岩(203～218Ma,K-Ar法; 桂林冶金地质研究所,1972),形成了多期复合侵入杂岩。煎茶岭镍矿床赋存于煎茶岭超基性岩体南部及其与印支期花岗斑岩的外接触带中,超基性岩遭受了印支期岩浆热液改造,彻底蚀变、变质为蛇纹岩和滑镁岩等岩石。

关于煎茶岭镍矿床的成因,前人(庞春勇等,1993; 王相等,1996; 王瑞廷等,2000a,2002,2003; 王瑞廷,2005)主要依据该矿床产出于煎茶岭超基性岩之中,以及矿石与超基性岩的地球化学、同位素相似等特征,将其归为与晋宁期超基性岩有关的岩浆熔离型镍矿,同时强调地壳物质同化混染硫的混入对于成矿的重要贡献,本次研究基本支持前人以上观点,但有一个关键问题是,区域内的鱼洞子群基底地层硫源不多,而与矿床硫同位素特征相似的地质体多数较晋宁期超基性岩时代晚。在研究前人资料成果时发现很多的资料都表明煎茶岭镍矿具有晋宁期初始富集、印支期改造成矿的“两期/二元成矿控矿”特征,主要依据如下:

1)矿体产状:虽然煎茶岭镍矿床赋存于煎茶岭晋宁期超基性岩体南部,但是与一般的岩浆熔离型镍矿不同,该矿的矿体赋存部位与超基性岩体的岩相、产状几乎无关; 镍矿床的矿带和矿体严格受印支期花岗斑岩接触带控制,成群成带环绕花岗斑岩展布,矿体呈似层状、大透镜状赋存于花岗斑岩外接触带弧形断裂构造带中(图3-54),产状随花岗斑岩接触带产状同步变化,显示花岗岩浆控矿的特点。目前已在印支期花岗斑岩北部接触带共发现16个矿体,累计获得镍金属资源量29万余吨,达到大型矿床规模。

2)矿石结构构造:煎茶岭镍矿显示热液改造成因矿床的典型结构构造特征。矿石结构以交代残余结构、网脉结构、交代反应边结构和浸染状构造、似条带状构造、斑杂状构造为主,很少能看到海绵陨铁结构等岩浆熔离型镍矿的典型结构构造。

3)矿区晋宁期超基性岩中硅酸镍相的镍元素平均含量高达(2089～2854)×10⁶,表明晋宁期超基性岩浆富含成矿物质。王瑞廷等(2003)测得煎茶岭镍矿床矿石样品的Re-Os同位素等时线年龄为(878±27)Ma,与超基性岩体的Sm-Nd同位素年龄相当,表明伴随超基性岩形成有镍的成矿作用发生。但是,在超基性岩体中仅见到少量的海绵陨铁型矿石,指示岩浆熔离早期熔体中硫源不足,不足以形成大量的硫化镍,以致更多的镍元素进入硅酸盐中形成了初始富镍矿源岩体。

4)煎茶岭超基性岩经受了强烈的变质改造,原岩经过变质已经面目全非,完全蚀变为蛇纹岩、滑镁岩和石英菱镁岩。成矿元素地球化学研究表明,随着变质程度增强,蚀变岩石中的镍元素含量逐步降低(表3-34),显示超基性岩的变质作用对于镍成矿有所贡献。而氢、氧同位素资料(表3-35)表明,蚀变超基性岩与长英质岩浆水的同位素特征相似,显示出岩浆热液流体的特征。根据一般规律,超基性岩浆期后热液有限,不足以将超基性岩完全变质为蛇纹岩、滑镁岩和石英菱镁岩,矿区除去超基性岩外,可能带来大规模岩浆热液的侵入体为海西期钠长斑岩和印支期花岗斑岩。因此,本次研究认为引起煎茶岭超基性岩发生大规模热液蚀变可能与后期中酸性岩体的侵入有关。

图3-53 略阳煎茶岭金镍矿区地质简图

表3-34 煎茶岭超基性岩成矿元素特征 (w_B/10^-6)

注:据王瑞廷等,2002

图3-54 煎茶岭镍矿床920m标高平面地质图

表3-35 煎茶岭镍矿区岩石氢、氧同位素特征

注:据陈民杨等,1994。

5)镍矿中的铬尖晶石具有明显的环带状结构,核心成分富镁贫铁,与超基性岩的成分特征一致、边缘成分富铁贫镁(表3-36),显示有两期成矿作用发生,前期可能与超基性岩的岩浆熔离成矿有关,后期可能与晚期中酸性侵入岩改造成矿有关。

表3-36 煎茶岭镍矿铬尖晶石成分特征 (w_B/%)

注:据王瑞廷,2002。

综合以上论述,研究认为煎茶岭镍矿床的成矿主要受晋宁期超基性岩和印支期中酸性侵入岩浆活动的两期因素控制。晋宁期超基性岩浆熔离形成了初始硫化镍矿化和镍矿源岩体,印支期造山伴随的中酸性侵入岩浆活动导致超基性岩遭受了岩浆热液改造,原岩彻底蚀变、变质为蛇纹岩、滑镁岩等岩石,成矿元素活化、迁移,在花岗斑岩外接触带富集形成矿床,矿体最终就位主要受印支期侵入体接触带控制。

3.铜厂铜矿床

铜厂铜矿位于秦岭造山带扬子板块北缘的勉-略-阳矿化集中区。矿区地层为元古宇碧口群海相基性火山沉积岩和震旦系碳酸盐岩沉积盖层。矿区基本构造为铜厂火山穹隆构造及其南北两侧火山洼地构造,火山穹隆构造由元古宇碧口群细碧岩、火山集块岩和次火山岩钠长岩构成。晚期岩浆继承早期火山构造同位多期侵入,晋宁期(881～880Ma; 王伟等,2011)闪长岩和石英闪长岩沿古火山通道侵入,后期造山构造运动形成的褶皱构造继承元古宙火山构造,在穹隆构造基础上形成背斜构造,在火山洼地区形成向斜构造,矿区断裂构造主要为继承性NE向区域断裂构造、火山穹隆构造周边的环形和放射状断裂以及晋宁期闪长岩和石英闪长岩侵入体前端压扭性破碎带(图3-55)。

图3-55 铜厂铜矿区地质略图

铜厂铜矿床的矿带和矿体呈平行矿脉赋存于铜厂晋宁期石英闪长岩侵入体北接触带前端压扭性破碎带中。勘探工作在闪长岩北部接触带共发现3个矿带10余个矿脉,累计获得铜金属资源量10余万吨,达到中型矿床规模。

关于铜厂铜矿床的成因问题,王相等(1996)进行了系统分析总结,根据矿体产状、成矿物质来源、硫同位素特征、黄铁矿成分特征及成矿时代将其确认为火山沉积-次火山热液改造成因矿床。铜厂铜矿的“两期控矿”作用标志特征如下:

1)元古宇碧口群海相基性火山-沉积岩建造顶部板岩、碳酸岩盐中赋存有火山期后热液沉积层状和透镜状铁铜矿化体,说明矿区存在火山期后喷流沉积成矿作用。微量元素分析表明(表3-37),新鲜的碧口群细碧岩和辉绿岩含铜丰度高,而绿泥石化、绿帘石化细碧岩铜、镍、钴含量明显降低,表明后期热液蚀变对成矿元素进行了活化和萃取。硫同位素资料显示(表3-38),铜厂铜矿石具有与矿区元古宇碧口群火山-沉积岩相似的硫同位素特征,指示铜矿与火山岩具有相同的硫源,主要为海水硫酸岩。这些资料显示元古宇碧口群海相基性火山-沉积建造伴有火山期后热液成矿作用,可能为矿区铜矿形成提供了重要的物质基础。

表3-37 铜厂矿区不同岩石成矿元素含量 (w_B/10^-6)

注:据西北有色地质勘查局711总队,1995。

表3-38 铜厂矿区岩(矿)石硫同位素特征

注:据西北有色地质勘查局711总队,1995。

2)铜厂铜矿床的矿体呈平行矿脉赋存于侵入体前端压扭性破碎带中,矿带、矿体产状严格受闪长岩体内外接触带控制(图3-49),矿体为热液脉状形态,显示矿床最终成矿就位时代为晋宁期。

综上所述.铜厂铜矿床的成矿过程主要受元古宙海相基性火山沉积建造和晋宁期石英闪长岩侵入体改造两期/二元成矿因素控制,元古宙海相基性火山沉积伴随有火山沉积成矿活动,基性火山沉积岩含铜丰度高,在后期蚀变过程中有铜、镍、钴等成矿物质的析出,为成矿提供了主要的物质来源,矿带和矿体呈平行矿脉赋存于晋宁期石英闪长岩侵入体前端压扭性破碎带中。而工业矿脉严格受晋宁期侵入岩浆改造控制,为成矿物质活化、迁移提供了热动力和富集构造空间。

(四)秦岭造山带金属矿床“两期/二元成矿控矿”模式

以上例证分析表明,秦岭造山带中多数金属矿床的形成经历了早期初始富集成矿和后期构造热液改造就位两个重要的成矿过程(“两期成矿”),矿床主要受两方面的因素控制——成矿建造与构造岩浆改造(“二元控矿”)。在此将其命名为秦岭造山带金属矿床的“两期/二元成矿控矿”规律。

不同的成矿地质背景条件和成矿作用的专属性决定了一个区域的初始基本成矿类型及其成矿元素组合。在秦岭造山带地区,这一普遍规律在区域成矿控制作用方面发挥着重要作用。伴随着秦岭构造演化,在特定的成矿地质环境下,形成了各具特色的成矿集中区及其特定的成矿元素组合。如在秦岭造山带扬子板块北缘的勉-略-阳地区,伴随着中新元古界碧口群海相中基性火山-沉积岩建造及大规模的超基性-基性侵入岩浆活动,在该区域形成了与镁铁质岩浆作用有关的铁锰铜镍金成矿作用、与中酸性火山岩浆活动有关的铜铅锌成矿作用。在秦岭古生代沉积区,在南秦岭北部伴随泥盆系热水沉积活动形成了与热水喷流沉积作用有关的泥盆系铅锌金成矿带和矿化集中区; 在南秦岭南部伴随早古生代黑色岩系沉积形成了与沉积作用有关的钒锰铁等多金属成矿带。在小秦岭太古宙克拉通和燕山期大规模酸性侵入岩浆活动的地质背景下,该区的主要成矿元素为与太古宙变质岩有关的金矿和与酸性侵入岩浆活动有关的钼矿。因此可以认为秦岭造山带的区域初始成矿类型和区域成矿矿种主要受原始成矿地质背景条件控制,在特定的地质成矿时期和建造环境下,通过岩浆熔离分异、火山沉积、热水沉积等基本的成矿作用(图3-56),在特定的区域形成初始矿床或矿源岩。这是秦岭造山带金属矿床的一个重要控矿因素,这一关键因素主要控制了特定区域成什么矿,即初始成矿类型和基本的成矿元素组合。

变质成矿作用是一类重要的成矿作用类型,由于秦岭造山带在长期的构造演化中经历了多期次的复合变质改造作用,使得早期形成的地质体及其矿床在后期的构造岩浆活动过程中,往往被后期的区域性构造岩浆多期次改造,成矿物质多次活化、迁移、富集,多数矿床普遍经历了多期次构造岩浆改造,现在已经面目全非,同时伴有新的成矿物质加入,从而使得造山带中的多数矿床具有成矿物质多源、成矿时代多期、矿床成因复杂等共性特征。通过对比研究发现,秦岭造山带中的多数金属矿床虽然经历过多期次的构造岩浆改造,但是矿床的最终就位及其矿体产状主要受晚期造山构造岩浆作用控制,多数矿床赋存于晚期断裂构造和褶皱构造的虚脱空间、侵入体的外接触带等热液矿床的有利成矿构造部位(图3-56)。因此可以认为,区域和矿区的晚期构造或者岩浆活动是秦岭造山带矿床的第二个重要的控矿因素,这一关键因素主要控制了矿在哪里,到哪里找矿,即矿床的最终就位空间及其矿体产状形态。充分认识秦岭造山带金属矿床的这一显著控矿特点十分重要,它对于指导找矿意义重大。

不可否认,秦岭造山带金属矿床的控矿因素远不止以上两个方面,但是上述两个方面是秦岭造山带矿床的关键控矿因素,是多数矿床所具有的共性规律,对于指导找矿勘查意义重大。造山带区域多数矿床既受某一特定构造时期的成矿环境及其成矿建造控制而具有特定的成矿元素组合,同时又受晚期构造岩浆改造作用控制而最终就位于晚期断裂构造、褶皱构造虚脱部位和侵入体内外接触带。根据这一共性控矿规律,可以基于基本成矿地质背景条件确定特定区域的找矿勘查矿种,再根据造山带矿床的改造就位特点确定找矿勘查靶区靶位。在造山带区域找矿要突破传统的成矿理论束缚,特别要重视晚期构造岩浆活动及其构造空间、地球化学变异带对于成矿元素富集就位的重要控制作用。

造山带是中国的重要成矿构造环境,由于我国的地质构造位置特殊,构造运动频繁,多数造山带与秦岭造山带相似,具有同位多期复合活动特征。对于秦岭典型矿床的研究表明,与造山带相关的多数金属矿床在同位多期构造岩浆复合作用下,矿床普遍具有多源、多期、复成因等特征。

从关键控矿因素分析,秦岭造山带中的多数金属矿床具有明显的“两期/二元成矿控矿”规律,即同一区域的矿床既受某一特定构造时期的成矿环境及其成矿建造控制,具有特定的成矿元素组合,同时又受印支期或燕山晚期构造岩浆改造作用控制,多数矿床的最终就位主要受区域晚期造山构造岩浆活动控制,即前者控制特定区域成什么矿,后者控制在哪里成矿,到哪里去找矿(王东生等,2009)。

因此,在找矿勘查工作中应该充分重视造山带区域晚期构造岩浆活动的控矿作用,在地质、物探、化探、遥感综合研究确定的矿化集中区或矿田区域,以变质热液矿床和岩浆热液矿床的勘查模式为指导思想,以晚期造山运动形成的构造和侵入体为线索,以断裂产状变化、构造交汇、褶皱虚脱、侵入体接触带等有利成矿空间和地球化学条件突变带为目标,根据造山带矿床的成矿特点选定勘查靶区,利用综合手段确定勘查靶位,有望在造山带找矿中取得重大突破。

图3-56 秦岭造山带金属矿床两期/二元成矿控矿模型