豫西董家埝銀礦床地質(zhì)特征及礦床成因探討

縱 瑞, 董峴證, 張凱濤, 馬曉熙, 景麗媛

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院,河南 鄭州 454001)

華北陸塊南緣成礦地質(zhì)條件優(yōu)越,礦產(chǎn)資源豐富,優(yōu)勢礦產(chǎn)主要有金、鉬、鎢、銀、鉛、鋅等,其中欒川鉬礦床和小秦嶺金礦集區(qū)分別為中國最大的鉬產(chǎn)地、第二大金產(chǎn)地[1]。以往地質(zhì)學(xué)家對華北陸塊南緣成礦地質(zhì)條件、成礦機(jī)制和成礦模型做了大量的研究,但多基于金屬礦集區(qū)[2-4],小河巖體南緣地區(qū)由于工作程度較低一直未受重視。近期,小河巖體南緣董家埝地區(qū)發(fā)現(xiàn)一處規(guī)模較大的銀礦床。本文以此銀礦床為對象,研究成礦地質(zhì)背景、礦體地質(zhì)特征、礦石質(zhì)量等,總結(jié)礦床的找礦標(biāo)志,并對礦床成因進(jìn)行初步探討。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

董家埝銀礦床大地構(gòu)造位置處于華北陸塊南緣與秦嶺褶皺帶結(jié)合部位,屬華北陸塊華熊臺緣坳陷盧氏—欒川陷褶斷束靈寶西段[5]。地殼結(jié)構(gòu)具基底和蓋層的地臺型雙層結(jié)構(gòu)型式,基底太古宇巖系具多期次、深層次強(qiáng)烈變質(zhì)變形的特點(diǎn),韌性剪切帶及揉流變形十分發(fā)育,是太古宙、元古代等時期(前嵩陽期、嵩陽期及中條期)多期構(gòu)造變形共同作用的結(jié)果。蓋層巖系變形也較強(qiáng)烈,但以淺層次的脆性變形為主,且遠(yuǎn)不如基底復(fù)雜,僅局部輕微變質(zhì)[6-8]。

區(qū)域構(gòu)造線以近東西向?yàn)橹?斷裂構(gòu)造發(fā)育。小河斷裂帶為礦區(qū)主要區(qū)域斷裂,其展布長度約75 km、寬約150 m,帶內(nèi)發(fā)育糜棱巖系和碎裂巖系巖石,具多期活動的特點(diǎn)。區(qū)域上斷裂的表現(xiàn)形式在小河斷裂帶以北以熱液石英脈充填為特征;以南多為規(guī)模較小、近東西向展布的構(gòu)造破碎帶。

區(qū)域北部出露小河花崗巖體,面積約46 km2,為一復(fù)雜深成巖體,巖性主要為黑云二長花崗巖。巖體北部、東部侵入太古代太華群,南部下伏于官道口群高山河組,兩者局部呈斷層接觸。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露地層較為簡單,主要為太古界基底太華群地層和中元古界官道口群、元古界震旦系、古生界寒武系、新生界第四系構(gòu)成的沉積蓋層(圖1)。

太古界太華群(Ar2th):出露于區(qū)域北部、東北部,可分為下基底和上基底。下基底為一套以變質(zhì)花崗巖為主的巖石組合,分為以黑云更長片麻巖為主體的巖石組合及以片麻狀二長花崗巖為主體的巖石組合;上基底為一套副變質(zhì)巖系,其巖石組合為一套變粒巖、淺粒巖、黑云斜長片麻巖夾石英巖組合,部分區(qū)段夾斜長角閃巖。

圖1 礦區(qū)及區(qū)域地質(zhì)略圖Fig.1 Geological map of mining area and region1.第四系;2.寒武系;3.震旦系;4.馮家灣組;5.杜關(guān)組;6.巡檢司組;7.龍家園組;8.高山河組;9.太華群;10.中元古代黑云二長花崗巖;11.早元古代角閃二長花崗巖;12.碎裂巖帶;13.脆韌性斷裂(石英脈);14.斷裂;15.背斜構(gòu)造;16.背形構(gòu)造;17.向斜構(gòu)造;18.董家埝地區(qū)。

中元古界官道口群(Pt2G):大部分出露于區(qū)域西南部,為一套濱海相—淺海相的陸源碎屑—碳酸鹽巖或含疊層石碳酸鹽巖沉積建造,普遍含硅質(zhì)條帶、條紋和團(tuán)塊以及蜂窩狀燧石層。礦區(qū)主要出露官道口群高山河組和龍家園組。

元古界震旦系(Z):礦區(qū)出露較少。據(jù)巖石組合、沉積建造、接觸關(guān)系等將其分為東坡組、羅圈組。

古生界寒武系(∈):寒武系出露于區(qū)域的南部、東南部,由濱?！獪\海相碎屑巖和碳酸鹽巖組成,與下伏的官道口群呈斷層接觸,與下伏地層新元古界震旦系呈平行不整合接觸。據(jù)巖石組合特征自下而上劃分為辛集組、朱砂洞組和饅頭組。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于小河巖體南部,斷裂發(fā)育(圖1)。區(qū)內(nèi)斷裂以陡傾斷裂為主,主要有北東東向、北西向、近南北向等多組。區(qū)內(nèi)主要斷裂構(gòu)造有6條,各斷裂特征如表1。其中F1斷裂帶規(guī)模較大,東西向貫穿全礦區(qū),為主要含礦帶,F2、F3、F4、F5、F6為其次生斷層。

表1 礦區(qū)斷裂構(gòu)造特征一覽表Table 1 List of characteristics of fracture structure in mining area

F1斷裂帶處小河巖體與地層(寒武系、中元古界及太華群)接觸部位。從帶內(nèi)巖系特征分析,該斷裂經(jīng)歷了多期構(gòu)造應(yīng)力場變化,總體呈現(xiàn)為壓—張性構(gòu)造特征,具復(fù)合型斷裂構(gòu)造性質(zhì)。其主要表現(xiàn)為兩期構(gòu)造活動:一期構(gòu)造活動應(yīng)為壓性特征,造成帶內(nèi)巖石破碎、變形、變質(zhì),伴隨不同期次熱液充填,形成碎裂蝕變巖,局部礦物具弱定向排列,巖石普遍發(fā)育硅化、絹云母化等蝕變,此次構(gòu)造運(yùn)動為含礦熱液運(yùn)移提供了通道;二期構(gòu)造活動主要表現(xiàn)為張性特征,形成構(gòu)造角礫巖,角礫成分主要為碎裂蝕變巖,該期活動對銀礦體具有一定的破壞作用。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿活動主要表現(xiàn)為巖漿侵入作用,分布于區(qū)內(nèi)北部,主要為大面積出露的二長花崗巖(中元古代小河巖體)和呈脈狀產(chǎn)出的閃長巖。

二長花崗巖:化學(xué)成分以富硅、富堿(高鉀低鈉)、貧鈣、貧鎂為特征,巖漿早期以偏酸性為主,后期向堿性演化。巖石具有較高的稀土總量,具輕稀土富集、銪虧損特征,與殼型花崗巖很相似,并與東秦嶺I型花崗巖接近,說明小河巖體具有I型S型雙重特點(diǎn)。

閃長巖脈:主要產(chǎn)出在F1斷裂北側(cè)的二長花崗巖巖體內(nèi)。走向多為北東向,大致平行F1斷裂,多呈高角度侵入。

2.4 土壤地球化學(xué)特征

以礦區(qū)圈定的1-甲3 Ag、Au、Sb、Zn、Pb、As、Co、Cu、Mo、Bi綜合異常為例:該異常大致呈橢圓狀近東西向展布,長約1 000 m,寬約350 m,面積約0.3 km2。該綜合異常元素組成比較復(fù)雜,各元素套合關(guān)系較好。其中Ag為主要異常元素,Sb、Pb、Au、Zn為主要伴生元素,其異常面積大、強(qiáng)度高,尤其是Ag異常已達(dá)礦化程度,最高異常值分別為Ag>20×10-6、Sb 54.5×10-6、Pb 842×10-6、Au 22.3×10-9、Zn 2 349.5×10-6,均具有清晰的三級濃度分帶和較強(qiáng)的濃集中心;As、Cu 2元素也有較好的異常顯示,Mo、Co、Bi在該區(qū)也有較弱的異常顯示。該異常特征值詳見表2。

表2 1-甲3Ag、Sb、Pb、Zn、Au綜合異常特征值一覽表Table 2 List of 1-Jia 3Ag、Sb、Pb、Zn、Au integrated exception eigenvalues

該異常的組成元素主要為前緣、中部元素,其異常強(qiáng)度高,且具有較強(qiáng)的濃集中心,其展布范圍跨越F1斷裂構(gòu)造蝕變帶,分布位置相吻合,處于小河二長花崗巖與太古界太華群地層的接觸帶(圖2)。經(jīng)實(shí)地初步查證異常為蝕變、成礦作用所致,經(jīng)異常區(qū)內(nèi)工程揭露,采取的化學(xué)樣品Ag含量達(dá)84.5×10-6,Au含量達(dá)0.55×10-9。

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦區(qū)在F1斷裂構(gòu)造帶內(nèi)賦存一個脈狀銀礦體,由探槽TC01、TC02、TC07和ZK0001、ZK1301鉆孔控制。銀礦體沿走向延伸約650 m,沿傾向控制最大斜深約300 m;最低見礦標(biāo)高為+630 m,最高為+973 m,埋深為0～282 m。在地表和深部?？梢姺种?fù)合現(xiàn)象(圖3),總體產(chǎn)狀為160°∠70°,由西向東逐漸變陡。

圖2 礦區(qū)1-甲3綜合異常剖析圖Fig.2 Comprehensive abnormal analysis of 1-3 in mining area1.第四系;2.高山河組;3.太古界太華群;4.二長花崗巖;5.石英脈;6.閃長巖脈;7.構(gòu)造蝕變巖及邊界;8.斷層及編號;9.地質(zhì)界線;10.綜合異常邊界線。

見礦工程顯示銀礦體(Ag)品位最高3 023.0×10-6,最低41.3×10-6,平均品位164.0×10-6,變化系數(shù)為112.6%,屬較均勻型;礦體最大厚度18.23 m,最小厚度1.12 m,平均總厚度7.06 m,變化系數(shù)為101.8%,屬較穩(wěn)定型。礦體在走向上由西向東及傾向上由淺到深均有厚度增大、品位增高的趨勢(圖3、圖4)。

3.2 礦石特征

礦石的基本成分為SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、CaO、MgO、MnO、TiO2、K2O、NaO、P2O5,成礦元素以Ag為主,伴生有用組分為Pb、Zn和Au。

經(jīng)巖礦鑒定和電子探針分析,礦石礦物主要為方鉛礦、黝銅礦、閃鋅礦,次為黃銅礦、硫銻銅銀礦及輝銀礦;脈石礦物主要為石英、鉀長石、斜長石和絹云母等。方鉛礦和閃鋅礦常充填于脈石礦物裂隙中,呈他形粒狀集合體,直徑0.02～6 mm,兩者相互包裹為伴生關(guān)系;黝銅礦集合體直徑0.02～5 mm,常交代方鉛礦呈浸蝕狀,可見方鉛礦呈孤島狀殘留;黃銅礦一般為半自形—他形粒狀集合體,直徑0.005～0.5 mm,多沿方鉛礦、黝銅礦、閃鋅礦及石英裂隙充填,少數(shù)呈乳滴狀分布于黝銅礦中,可見交代方鉛礦、輝銀礦現(xiàn)象。

圖3 礦區(qū)銀礦體平面分布圖Fig.3 Plane distribution map of silver ore body in mining area1.第四系;2.高山河組;3.小河二長花崗巖;4.太華群;5.地質(zhì)界線;6.角度不整合界線;7.斷層位置及編號;8.探槽位置及編號;探線位置及編號;11.見礦鉆孔位置及編號。

圖4 礦區(qū)鉆孔ZK0001剖面圖Fig.4 ZK0001 profile of borehole in mining area1.第四系;2.高山河組;3.二長花崗巖;4.太古界太華群;5.構(gòu)造邊界;6.探槽及編號;7.鉆孔位置及編號;8.產(chǎn)狀。

銀的賦存形式多為獨(dú)立銀礦物、晶格銀礦物:獨(dú)立銀礦物主要為輝銀礦(螺狀硫銀礦)和硫銻銅銀礦;晶格銀主要為類質(zhì)同象混入物的形式存在于黝銅礦中。硫銻銅銀礦和輝銀礦(螺狀硫銀礦)顆粒微小,呈不規(guī)則狀充填于鉀長石裂隙中,輝銀礦(螺狀硫銀礦)與黃銅礦共生。

根據(jù)目前成果,初步分析礦石礦物的生成順序?yàn)?方鉛礦+黝銅礦—閃鋅礦—黃銅礦+輝銀礦(照片1、照片2)。由于礦石中銀礦物粒度較細(xì),導(dǎo)致鑒定捕獲銀礦物的點(diǎn)位較少,大致分銀礦物生成晚于鉀長石,早于石英。因此,筆者認(rèn)為本銀礦床經(jīng)歷了三期金屬硫化物侵入,最后一期裹挾著銀元素入侵,富集成銀礦床。

礦石可見硅化和絹云母化:硅化是礦區(qū)內(nèi)最普遍的一種蝕變類型,從成礦早期到成礦晚期均有出現(xiàn),表現(xiàn)形式多樣,按其賦存形式可以進(jìn)一步劃分為全巖硅化和脈狀硅化兩種主要類型,后者對前者有切割現(xiàn)象,兩者與Ag礦化關(guān)系密切,后者銀礦化更為明顯;總體Ag礦化強(qiáng)弱和硅化強(qiáng)弱呈正比關(guān)系。絹云母化在礦區(qū)發(fā)育較普遍,早期絹云母交代原巖中的長石,呈鱗片狀;絹云母化較強(qiáng)的部位銀礦化往往較弱,兩者大致呈反比關(guān)系。

照片2 銀礦石反射光圖像Photo 2 Reflected light image of silver ore

3.3 圍巖及蝕變特征

銀礦體賦存于F1構(gòu)造蝕變帶內(nèi),頂?shù)装鍑鷰r主要為碎裂蝕變巖和構(gòu)造角礫巖,主要蝕變?yōu)楣杌徒佋颇富?局部可見弱綠泥石化、綠簾石化。

3.4 找礦標(biāo)志

(1) 構(gòu)造標(biāo)志。斷裂構(gòu)造是控礦容礦的場所,特別是多期活動的斷裂構(gòu)造,更是銀礦形成的最有利部位。因此,斷裂構(gòu)造是找礦的主要標(biāo)志之一。

(2) 蝕變礦化標(biāo)志。與銀礦體有關(guān)蝕變礦化較清晰,主要蝕變有硅化、絹云母化和碳酸鹽化,其中,硅化和絹云母化與銀礦化關(guān)系密切,硅化強(qiáng)弱與銀礦化程度呈正比關(guān)系,絹云母化反之。

(3) 巖漿巖標(biāo)志。礦區(qū)內(nèi)F1斷裂構(gòu)造蝕變帶處于小河巖體與地層的接觸部位,此部位是含礦熱液活動頻繁部位,巖漿侵入為熱液活動提供動力,也為銀礦床的形成創(chuàng)造了有利條件。

(4) 化探異常標(biāo)志。土壤地球化學(xué)綜合異常是有效的間接的找礦標(biāo)志,綜合異常以Ag為主要異常元素,Sb、Pb和Zn為主要伴生元素,各元素具異常強(qiáng)度大,且套合好,元素濃集中心一致,銀礦體范圍一般不超出異常范圍。

4 礦床成因探討

4.1 礦床類型

區(qū)內(nèi)銀礦體賦存于斷裂帶內(nèi),總體呈陡傾脈狀產(chǎn)出,銀礦床的形成及分布嚴(yán)格受F1斷裂帶控制;礦石礦物銀及金屬硫化物沿巖石裂隙充填至碎裂蝕變巖內(nèi),礦石多呈浸染狀、脈狀—網(wǎng)脈狀構(gòu)造特征;與成礦有關(guān)的圍巖蝕變礦物主要為中低溫形成的石英、絹云母、碳酸巖和綠泥石組合,礦化礦物主要有中低溫環(huán)境下形成的方鉛礦、閃鋅礦和黝銅礦等礦物組合。類比區(qū)域主要銀礦床[9-11],區(qū)內(nèi)應(yīng)為中低溫?zé)嵋盒兔}狀銀礦床。

4.2 成礦物質(zhì)來源

礦區(qū)出露地層有太古界太華群、中元古界官道口群和中生界寒武系,通過以往地質(zhì)學(xué)者的研究,太華群為區(qū)域內(nèi)內(nèi)生金屬礦產(chǎn)的重要成礦物質(zhì)來源,是金鉬等礦產(chǎn)的主要礦源層[12-13];礦區(qū)官道口群龍家園組銀元素豐度大于地殼元素豐度,濃集比率>1,其含量高達(dá)3.24×10-6～3.28×10-6[14],亦具有礦源層特征,故太華群和官道口群地層可能為銀元素成礦提供了部分物質(zhì)。

4.3 成礦物質(zhì)運(yùn)移及動力

F1斷裂規(guī)模較大,其產(chǎn)生于構(gòu)造擠壓和伸展環(huán)境,為小秦嶺南部的拆離斷層,其上盤地層主要為區(qū)域基底結(jié)晶地層太古界太華群和蓋層中元古界及寒武系地層,下盤為中元古代小河二長花崗巖體,主斷裂面為巖體與地層接觸帶,故F1斷裂為深部含礦熱液提供了較為理想的運(yùn)移通道和容礦空間。

區(qū)域巖漿活動較為強(qiáng)烈,具有多期次性。晉寧期小河二長花崗巖呈巖基在區(qū)內(nèi)大面積分布;加里東期巖漿活動主要以閃長巖、輝綠巖、花崗偉晶巖等巖脈侵入到小河二長花崗巖中;燕山期侵入巖,主要表現(xiàn)為呈二長花崗巖巖脈侵入基底太華群地層。多期巖漿活動在區(qū)內(nèi)形成了不同時期和不同形態(tài)的中酸性巖基、巖脈,巖漿活動為區(qū)內(nèi)銀礦的形成提供了必要的熱動力。

4.4 成礦時間

銀礦體受F1斷裂控制,含礦熱液侵入時間應(yīng)晚于F1斷裂形成時間。張進(jìn)江等[15]對小秦嶺變質(zhì)核巖的研究表明,近東西向構(gòu)造主要活動期為135～123 Ma,結(jié)合區(qū)域(小秦嶺—外方山)金銀鉛鋅鉬成礦時期為130～110 Ma[16],初步判斷區(qū)內(nèi)銀礦床形成于中生代。