祁雨溝金礦床燕山期熱液角礫巖筒內(nèi)的調(diào)查研究

1角礫巖體及成礦時(shí)代祁雨溝礦區(qū)位于中國北方項(xiàng)目南緣熊耳山高程帶東南部。區(qū)域出露地層主要為太古界太華群黑云斜長片麻巖和中元古界熊耳群安山巖。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)非常發(fā)育,除在礦區(qū)西北部有燕山期花山花崗巖基出露外,從該巖基到礦區(qū)的廣大地帶,還發(fā)育有燕山期花崗斑巖小巖株和巖脈。根據(jù)重磁資料(任富根等,1996),花山花崗巖基向東南可能延伸到礦區(qū)深部,而祁雨溝礦區(qū)恰好落在這個(gè)巖基東南側(cè)的上盤。礦區(qū)切穿角礫巖體的花崗閃長斑巖K-Ar法年齡為112.66±1.67Ma,角礫巖筒內(nèi)蝕變礦物正長石K-Ar法年齡為120.75±1.75Ma(任富根等,1996),因而本區(qū)金礦的成礦時(shí)代應(yīng)屬燕山晚期。角礫巖體分布于太華群和熊耳群不整合面附近及兩側(cè)的地層中,明顯受北東和北西向兩組斷裂控制(圖1)。由于不整合面是構(gòu)造薄弱地帶,因而這一地區(qū)是形成角礫巖體極為有利的構(gòu)造部位。區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)角礫巖體30余個(gè),金礦化較好的角礫巖體主要分布在祁雨溝地區(qū)。角礫巖體在平面上呈橢圓形、紡錘形和不規(guī)則形、長條形,剖面上呈筒形或漏洞狀(圖2)。角礫巖體的規(guī)模大小不一,長軸一般150～650m,短軸40～300m,面積0.008～0.18km2,延伸50～>700m(羅銘玖,1992)。角礫巖體與圍巖一般呈突變接觸,接觸界限多為齒狀,局部平直陡立。有時(shí)近巖體處圍巖破碎程度增高,形成幾米至幾十米的震碎帶,此時(shí)角礫巖體與圍巖呈漸變接觸。角礫的成分較復(fù)雜,主要為頂板及周圍的太華群各類片麻巖、熊耳群安山巖和各種巖株、巖脈的碎塊,其形態(tài)多為次棱角狀和棱角狀,反映為就地自碎角礫。角礫直徑大小不一,大者可達(dá)1～5m,小者不足1cm。角礫的膠結(jié)物主要為巖屑、巖粉及熱液和蝕變礦物,如石英、綠泥石、綠簾石、方解石、鉀長石和金屬硫化物等。角礫巖體內(nèi)具較強(qiáng)烈的圍巖蝕變作用,按蝕變類型及發(fā)生先后,祁雨溝礦區(qū)熱液活動(dòng)可以劃分成三個(gè)階段:第一階段蝕變有鉀長石化、黑云母化和硅化;第二階段有硅化、綠泥石化、黃鐵絹云巖化和絹云母化;第三階段主要為碳酸鹽化。金礦化主要發(fā)生在第二階段,以自然金和銀金礦的形式充填于金屬硫化物裂隙中。富金地段一般位于角礫巖體的中-中上部。2號角礫巖體的開采具有工業(yè)意義的礦化角礫巖體主要集中分布祁雨溝礦區(qū),其中2號角礫巖體現(xiàn)已閉坑,目前礦山主要對4號角礫巖體進(jìn)行井下采掘。本文將以4號角礫巖體為例,對其成礦流體進(jìn)行研究。2.1包裹體的分布4號角礫巖體內(nèi)膠結(jié)物石英及石英-方解石脈體中含有大量流體包裹體,其個(gè)體大小懸殊,分布雜亂,常見到幾種不同類型包裹體共生在一起。根據(jù)包裹體成分及室溫下存在的相態(tài),可將包裹體類型劃分成5種:(1)氣體包裹體(V型),其氣液比>50%,通常呈寄主礦物的負(fù)晶形或橢圓形,孤立狀分布,屬原生包裹體。大小一般為7～15μ,包裹體的氣體部分呈暗棕色;(2)氣液包裹體(V-L型),氣液比10～50%,橢圓形,少部分為負(fù)晶形,個(gè)體大小懸殊,5～20μ。孤立狀產(chǎn)出,或沿礦物愈合微裂隙定向分布;(3)液體包裹體(L型),氣液比<10%,呈橢圓形或不規(guī)則型,個(gè)體較小,<10μ。一般明顯沿裂隙分布,穿插V和V-L型包裹體;(4)含子礦物多相包裹體(S型),出現(xiàn)在角礫巖體的中-下部,呈孤立狀分布,屬原生,大小一般為5～10μ。通常子礦物為立方體狀的石鹽,部分包裹體內(nèi)發(fā)現(xiàn)有近圓形的鉀鹽子礦物;(5)CO2包裹體(C型),室溫(25℃)下一般不出現(xiàn)液態(tài)CO2圈,只有在冷凍條件下才能將其與氣液包裹體區(qū)分開來。2.2角礫巖體上c型包裹體根據(jù)包裹體產(chǎn)出特征及相互間穿插關(guān)系,可將流體包裹體分成早(Ⅰ)、中(Ⅱ)和晚(Ⅲ)三個(gè)階段(表1)。早階段包裹體組合為V、V-L和S型,中階段為V和V-L型,晚階段為V-L和L型。從空間上看,在角礫巖體的下部主要為V-L和少量S型組合,中部主要為V、V-L和S型組合,中上部為V和V-L,偶見S型,上部則為L和V-L型,C型包裹體在巖體各部位可偶爾見到,但大量出現(xiàn)是在巖體頂部外側(cè)碳酸鹽脈或穿入圍巖的石英細(xì)脈中。早階段流體的包裹體常呈V+S和V+(V-L)組合的沸騰包裹體形式出現(xiàn)在巖體中上-中下部位。2.3成礦流體的溫度特征利用Leitz1350熱臺和Chaixmeca冷熱兩用臺對4號角礫巖體中的各類包裹體進(jìn)行了詳細(xì)的均一溫度和鹽度測試,其測試精度分別為±1℃和±0.1℃,對熱臺都進(jìn)行了溫度標(biāo)定。測試結(jié)果列于表1中。從表1中可以看出,早階段(Ⅰ)流體包裹體的均一溫度為368～476℃,中階段(Ⅱ)為310～390℃,晚階段可進(jìn)一步分為兩個(gè)區(qū)間,200～289℃和109～200℃。從早階段到晚階段成礦流體的溫度逐漸降低;從巖體下部往上,同一階段成礦流體的溫度也有逐漸降低的趨勢,表明成礦流體可能來自巖體深部。巖體中上-中下部出現(xiàn)的低密度與高密度共生的包裹體(V和S共生、V與V-L共生),從均一溫度測溫來看,其均一溫度非常接近,當(dāng)屬沸騰包裹體。它們是在成礦流體沸騰狀態(tài)下被捕獲的,根據(jù)測溫結(jié)果,這些組合顯示的沸騰溫度為330～410℃。流體包裹體的鹽度測試結(jié)果(表1)表明,成礦流體從早階段到中階段,流體鹽度從31～42wt%NaCl迅速降低到5～7wt%NaCl,到晚階段鹽度只有2～3wt%NaCl。在巖體下部沒有出現(xiàn)沸騰包裹體的部位,早階段的含石鹽子晶包裹體,其相應(yīng)鹽度為31～35wt%NaCl,這表明來自巖體深部的初始成礦熱液為高溫高鹽流體。2.4流體包裹體氣體成分的組成流體包裹體氣體成分利用Varian3400型氣相色譜儀測試,結(jié)果列于表2中?？紤]到樣品中含有多期包裹體,部分樣品進(jìn)行了兩期分析,它們應(yīng)能分別代表早-中階段和晚階段的氣體成分。由表2可見,包裹體的氣體成分主要由H2O和CO2組成,部分樣品檢測到了微量的還原性氣體CH4和CO,其中H2O含量占總量的90%以上。在角礫巖體中到下部,早-中階段的氣體總量基本相同,說明流體的遷移是相對均勻的,而在巖體下部,晚階段的H2O含量明顯偏少,這可能是由于天水下滲較少造成的。3成礦熱液與c-18o水的關(guān)系為了研究成礦熱液的來源和演化,特分析了祁雨溝4號角礫巖體不同中段代表性脈石英樣品氧同位素及其內(nèi)包裹體水氫同位素組成。石英氧同位素組成(δ18O石英)用BrF5法制備分析,石英中包裹體水氫同位素組成(δD水)則由加熱爆裂法獲取包裹體內(nèi)水,再用金屬Zn法制備H2,測試結(jié)果列于表2中。自礦體的深部至淺部,δ18O石英的值(11.3‰～11.8‰)可以說基本未變化,這也間接說明巖體內(nèi)氧同位素交換比較均勻。早-中階段包裹體水氫同位素略大于晚階段,而從巖體下部到上部,氫同位素值有減小的趨勢。利用Clayton(1972)的平衡方程(1000lnα石英-水=3.38×106T-2-3.40),可以獲得與石英達(dá)平衡時(shí)的成礦熱液δ18O水值(表2)。在δD-δ18O關(guān)系圖上(圖3),祁雨溝4號角礫巖體成礦熱液早-中階段的氫氧同位素投影點(diǎn)都落在巖漿水區(qū)內(nèi)或附近,而晚階段則明顯偏離巖漿水區(qū)。因此,祁雨溝金礦的初始成礦熱液是較典型的巖漿熱液,成礦晚期受到了古大氣水混雜,特別是在巖體頂部。4角礫巖體成礦的地質(zhì)意義在4號角礫巖體中,大致以500米標(biāo)高為界,500米標(biāo)高以上為石英脈狀金礦化,500米標(biāo)高以下則主要為角礫膠結(jié)物型金礦化。金主要以自然金的形式存在于黃鐵礦等硫化物的微裂隙中,而在石英脈及膠結(jié)物中,黃鐵礦等硫化物又以裂隙充填形式出現(xiàn),因此金的成礦應(yīng)與假次生-次生包裹體有成因聯(lián)系。根據(jù)流體包裹體研究結(jié)果,石英-碳酸鹽脈及角礫膠結(jié)物石英中的包裹體非常復(fù)雜,顯示有多期流體的疊加。早階段包裹體由原生含石鹽子晶的高鹽包裹體和氣體包裹體組成,在角礫巖體的中下-中上部位普遍出現(xiàn)沸騰包裹體,這代表了初始流體的成分和流體減壓沸騰作用,根據(jù)氫氧同位素同位素測試結(jié)果及成礦年齡數(shù)據(jù),它應(yīng)與燕山期花崗巖漿活動(dòng)有關(guān)。呈次生狀產(chǎn)出的中階段V-L型包裹體其均一溫度為310～390℃,鹽度5～7wt%NaCl,這是減壓沸騰流體不混溶后形成的,其中氣相組分大量向上逃逸,流體介質(zhì)的條件發(fā)生根本變化,熱液中的金發(fā)生沉淀。由于角礫巖體中減壓沸騰作用是在巖體中部附近較大范圍內(nèi)發(fā)生的,形成的金礦化也是面狀的,礦化類型為膠結(jié)物型。晚階段早期,由于大氣水的混入,流體被進(jìn)一步稀釋,熱液中的金繼續(xù)沉淀,但礦化主要發(fā)生在巖體的中上部位,形成石英脈型礦化,根據(jù)流體包裹體測溫結(jié)果,溫度范圍大致為(200～290℃)。晚階段晚期則為金礦化期后的熱液活動(dòng),主要在巖體上部形成脈狀碳酸鹽。因此,角礫巖體的隱爆、流體減壓沸騰及古大氣水的混入是祁雨溝爆破角礫巖型金礦床成礦的主要機(jī)制。在角礫巖體的中-中下部位應(yīng)以減壓沸騰作用為主,形成膠結(jié)物型金礦化,而在角礫巖體的上部則以古大氣水混入占主要作用,形成脈狀金礦化。5成礦環(huán)境及成礦階段(1)初始成礦流體為高溫高鹽度熱液,它來源于燕山期花崗巖漿活動(dòng)。(2)成礦流體的活動(dòng)可分為三個(gè)階段,早階段伴隨角礫巖體的隱爆,初始成礦流體發(fā)生減壓沸騰和流體不混溶分離作用,同時(shí)形成石英、長石等角礫膠結(jié)物;中階段隨著流體演化