云開地區(qū)龐西垌-金山銀金礦田元素遷移特征及成礦地質(zhì)過程

黃 璽, 鄭 義*, 虞鵬鵬, 曾長育

云開地區(qū)龐西垌-金山銀金礦田元素遷移特征及成礦地質(zhì)過程

黃 璽1,2,3, 鄭 義1,2,3*, 虞鵬鵬1,2,3, 曾長育3,4

(1. 中山大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院, 廣東 廣州 510275; 2. 廣東省 地球動力作用與地質(zhì)災(zāi)害重點實驗室, 廣東 廣州 510275; 3. 廣東省 地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源探查重點實驗室, 廣東 廣州 510275; 4. 廣西壯族自治區(qū) 地質(zhì)調(diào)查院, 廣西 南寧 530023)

粵西?桂東交界的龐西垌?金山礦田位于揚子和華夏地塊構(gòu)造結(jié)合的欽-杭成礦帶內(nèi)。礦田主要包括龐西垌、金山、中蘇、竹根坡、高村等銀金礦床, 已探明銀儲量超過1400 t, 平均品位195 g/t, 金儲量超過10 t, 是我國重要的銀金成礦基地。該礦田中, 龐西垌?金山斷裂帶是主要的控礦和含礦構(gòu)造; 礦體與該斷裂韌脆性特征密切相關(guān)。本文對龐西垌斷裂帶與圍巖的接觸帶做了詳細的野外地質(zhì)剖面測量, 發(fā)現(xiàn)斷裂中心部位為糜棱巖往北西及南東是對稱的碎裂巖、花崗片麻質(zhì)壓碎巖(或壓碎狀花崗片麻巖), 接觸帶兩側(cè)為未經(jīng)蝕變和變形的花崗片麻巖和花崗巖。蝕變帶巖石成分遷移結(jié)果表明, 龐西垌礦區(qū)Th、Al、U、Hf、Na和Nb相對遷出、Fe相對遷入, 其余元素如Ca、Mg、Y、Ba和K在壓碎巖中相對遷入, 碎裂巖中相對遷出; 金山礦區(qū)Si、Ca、Fe、Mg、Y、Nb、Ta和Mn均相對未蝕變巖遷出, Th、Al和Rb則相對遷入, U、Hf、Na和Ba的遷入遷出狀態(tài)取決于何種蝕變巖性。前人研究表明, 龐西垌礦床主成礦期包裹體具有富CO2特點, 表現(xiàn)為中低溫、低鹽度特點, 與典型造山型金礦一致。龐西垌和金山礦床礦體產(chǎn)出位置與花崗片麻巖關(guān)系密切, 礦體稀土元素特征與花崗片麻巖相近, 硫化物的硫同位素組成與圍巖花崗片麻巖類似, 表明礦質(zhì)可能來源于斷裂帶接觸的花崗片麻巖。結(jié)合龐西垌?金山礦田礦床地質(zhì)、地球化學(xué)特征, 本文認為礦體就位與斷裂帶燕山期韌脆性剪切帶形成的破裂面密切相關(guān), 高孔隙度的壓碎巖、碎裂巖為流體的遷移和沉淀提供了極佳的路徑。

造山型金礦; 欽-杭成礦帶; 龐西垌?金山礦田; 韌脆性剪切帶; 蝕變巖成分遷移

0 引 言

龐西垌?金山銀金礦田主要包括龐西垌、金山、中蘇、竹根坡和高村等銀金礦, 已探明銀儲量超過1400 t, 平均品位195 g/t, 金儲量超過10 t, 是我國十大銀礦基地之一[1–3]。自20世紀60年代發(fā)現(xiàn)以來, 前人對礦床地質(zhì)和地球化學(xué)特征進行了大量研究, 并取得了一些共識: 龐西垌斷裂帶是主要的控礦和含礦構(gòu)造; 礦床與斷裂帶的韌脆性剪切作用密切相關(guān)[1–13]。其銀金礦為構(gòu)造蝕變巖型銀金礦床[2,4], 但銀金礦物除了賦存于構(gòu)造蝕變巖中, 還有相當一部分產(chǎn)在石英脈中, 對其流體、蝕變及元素富集過程的認識并不全面[1–2]。龐西垌?金山銀金礦礦田的側(cè)向蝕變分帶明顯, 主要類型包括黃鐵礦化、硅化、絹云母化和綠泥石化[1–3], 加強其蝕變過程中元素空間遷移規(guī)律的研究, 可以約束成礦過程中流體遷移路徑(pathway)和理解成礦元素的富集過程, 同時也有助于科學(xué)指導(dǎo)未來的找礦勘查部署。

基于此, 本文擬對控礦斷裂接觸帶進行詳細的野外地質(zhì)剖面測量, 查明韌脆性構(gòu)造分帶特征; 在此基礎(chǔ)上, 以龐西垌和金山礦床為例, 采集不同蝕變分帶的巖石樣品進行主量元素和微量元素地球化學(xué)分析, 采用質(zhì)量平衡的蝕變帶元素遷移計算方法, 對巖石蝕變的元素遷移特征進行定量化研究。結(jié)合對該礦的包裹體和同位素等地球化學(xué)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)總結(jié), 進一步探討成礦流體特征與成礦地質(zhì)過程。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

龐西垌?金山銀金礦田位于欽-杭成礦帶的云開地區(qū)(圖1)。該區(qū)沉積巖主要包括前寒武系天堂山巖群和云開群, 古生代?新生代地層巖系。前寒武系天堂山巖群(高州巖群)和云開群是華夏地塊重要的古老基底巖層[14–16]。其中, 天堂山巖群主要為古元古代條帶狀?眼球狀花崗片麻巖和條帶狀混合巖, 普遍達到角閃巖相(局部達麻粒巖相)變質(zhì); 云開群主要由中新元古代的石英云母片巖、絹云母片巖和絹云母板巖組成, 變質(zhì)程度中?低, 主要為綠片巖相(局部達角閃巖相)。地層受多期次巖漿侵入和變形?變質(zhì)作用影響。區(qū)內(nèi)出露新元古代、加里東期、印支期以及燕山期火成巖。新元古代火成巖主要為基性巖, 零星分布于該區(qū)內(nèi)[17–20]。加里東期構(gòu)造?巖漿作用導(dǎo)致本區(qū)發(fā)生高級變質(zhì)作用, 在區(qū)內(nèi)形成了大量的400～450 Ma條帶狀?眼球狀花崗片麻巖、條帶狀混合巖和片麻狀花崗巖等[21]。區(qū)內(nèi)印支期和燕山期火成巖較少, 其中印支期侵入巖主要為二長花崗巖和花崗閃長巖, 燕山期花崗巖主要為中?細粒斑狀黑云母花崗巖[21]。

研究區(qū)斷裂帶發(fā)育, 主要以NE向斷裂為主, 區(qū)域性的大斷裂包括博白?岑溪斷裂帶、黎村?文地斷裂帶、信宜?廉江斷裂帶和吳川?四會斷裂帶。龐西垌斷裂帶為次一級NE向斷裂, 控制了龐西垌?金山銀金礦田的空間分布(圖1)。

圖1 龐西垌?金山銀金礦田大地構(gòu)造背景簡圖(據(jù)文獻[19]修改)

2 礦床地質(zhì)特征

龐西垌?金山礦田出露前寒武系, 巖石類型主要為云母片巖, 夾少量云母石英片巖、斜長角閃巖和綠簾石輝石巖等[5]。礦田構(gòu)造印支期受控于云開地區(qū)NE向剪切帶如合浦?河臺韌性剪切帶, 礦田發(fā)育右行龐西垌?低耕韌性剪切帶, 轉(zhuǎn)而燕山期發(fā)育NE向龐西垌?金山左行走滑剪切帶, 主要為F1和F2斷裂, 主應(yīng)力方向為近SN向或NNE向, 派生發(fā)育壓扭性斷裂、張扭性斷裂, 如NNE向次級斷裂, SN向張性斷層, 斷裂引起初糜棱巖破碎、裂解, 發(fā)育碎裂巖和斷層角礫巖。龐西垌韌脆性斷裂帶主要經(jīng)歷以上構(gòu)造演化過程, 是礦田內(nèi)主要控礦構(gòu)造, 由主斷裂、次級斷裂及各向節(jié)理構(gòu)造組成。南端經(jīng)過金山、龐西垌銀金礦向SW延伸, 北端經(jīng)過樟木塘、中蘇和竹根坡銀金礦, 最后延伸到茶子窩巖體, 控制著多個Ag-Au礦床的空間分布(圖2)。該區(qū)域節(jié)理可大體分為四個方向, 根據(jù)穿插關(guān)系及充填物質(zhì), 可分為早晚兩期節(jié)理。早期節(jié)理分兩組, 一組走向為NNE, 傾向SE, 主要分布于花崗巖中; 一組走向NNW, 傾向SW, 主要分布在破碎帶及花崗巖中, 早期兩組節(jié)理均無充填物。晚期節(jié)理一組為NE向, 傾向NW, 節(jié)理內(nèi)部充填有石英脈和金屬硫化物, 另一組為NW向, 傾向SW, 主要分布在破碎帶花崗巖體和花崗片麻巖中。龐西垌斷裂全長20多千米, 走向NE40°～50°, 傾向NW, 傾角55°～75°。斷裂破碎帶一般寬15～25 m, 最寬上百米, 呈現(xiàn)局部膨脹、收縮或者尖滅現(xiàn)象。斷裂帶中心部位發(fā)育糜棱巖, 糜棱巖兩側(cè)則發(fā)育碎裂巖、壓碎巖和構(gòu)造角礫巖, 呈現(xiàn)出韌?脆性斷裂的特點。

區(qū)內(nèi)出露火成巖主要包括印支期塘蓬巖體和燕山期英橋巖體、六環(huán)巖體。其中塘蓬巖體巖性主要為黑云二長花崗巖、黑云母花崗巖以及花崗閃長巖等; 英橋巖體巖性主要包括斑狀黑云母花崗巖、花崗巖及黑云斜長花崗巖(圖2); 六環(huán)巖體主要為黑云母花崗巖?；鸪蓭r在空間上與礦體有密切的聯(lián)系, 龐西垌礦區(qū)礦體產(chǎn)于由英橋花崗巖蝕變形成碎裂狀絹英巖中, 也有部分以石英脈形式充填花崗質(zhì)碎裂巖。從空間產(chǎn)出特征來看, 燕山期英橋巖體、六環(huán)巖體應(yīng)早于礦體形成。

龐西垌?金山礦田礦體都定位于花崗片麻巖和花崗巖的接觸帶上(圖3)。礦床上盤圍巖為花崗片麻巖, 下盤為花崗巖(圖3)。礦體產(chǎn)于主斷裂破碎帶內(nèi), 主要礦體分布于上盤碎裂巖中, 次級節(jié)理也有少量礦體出現(xiàn)。

圖2 龐西垌?金山銀金礦田地質(zhì)圖(據(jù)文獻[22]修改)

圖3 龐西垌和金山銀金礦點勘探線剖面圖(改編自文獻[22–23])

通過詳細的野外調(diào)研發(fā)現(xiàn), 花崗片麻巖和花崗巖的斷裂接觸帶上具有明顯的構(gòu)造巖相分帶(圖4): 斷裂中心部位為糜棱巖往北西以及南東是對稱的碎裂巖和花崗片麻質(zhì)壓碎巖(或壓碎狀花崗片麻巖)。接觸帶兩側(cè)為未經(jīng)蝕變和變形的花崗片麻巖和花崗巖。

與礦化密切相關(guān)的圍巖蝕變主要有鉀化、硅化、綠泥石化、黃鐵絹英巖化(圖4和圖5), 圍巖蝕變類型和強度與巖石的剪切破碎程度密切相關(guān), 在空間上由斷裂帶中心向兩側(cè)依次減弱, 與構(gòu)造分帶對應(yīng)分布。斷裂上盤至下盤蝕變大致對稱出現(xiàn), 為絹云母、綠泥石、鉀化帶?硅化絹云母化帶?黏土化帶(斷層泥)?硅化帶?黃鐵絹英巖化帶?絹云母化、鉀化帶。蝕變沒有嚴格的界線可尋, 往往互相重疊, 其中硅化常常以石英脈產(chǎn)出(圖5a和5b), 絹云母化、綠泥石化帶分布范圍最廣, 常常交代長石形成(圖5c、5d、6a和6b), 而鉀化僅在蝕變帶兩側(cè)可見(圖5a), 黃鐵絹英巖化帶緊靠硅化糜棱巖帶出現(xiàn)。

礦石礦物主要包括黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、輝銀礦、螺狀硫銀礦、銀金礦和自然金等(圖6), 銀金礦常圍繞方鉛礦發(fā)育(圖6f)。脈石礦物主要包括石英、斜長石、鉀長石、綠泥石、絹云母、方解石、重晶石、螢石、磷灰石等(圖5), 其中石英脈常出現(xiàn)后期構(gòu)造特征(圖5e和5f)。

礦石構(gòu)造類型主要有塊狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造和細脈狀構(gòu)造等。礦石結(jié)構(gòu)主要包括粒狀結(jié)構(gòu)、粒狀變晶結(jié)構(gòu)和碎裂結(jié)構(gòu)(圖6)。

圖4 龐西垌?金山礦田龐西垌礦區(qū)野外實測剖面

圖5 龐西垌?金山蝕變特征

(a) 硅化帶穿插鉀化帶, 鉀長石呈碎裂結(jié)構(gòu); (b) 硅化、綠泥石化; 黃鐵礦、黃銅礦呈粒狀產(chǎn)于石英粒間; (c) 白云母、絹云母、綠泥石、石英共存; (d) 交代結(jié)構(gòu); (e) 石英粒間滑動; (f) 石英脈被拉長, 呈韌性剪切特征。Qtz–石英; Py–黃鐵礦; Pl–斜長石; Mus–白云母; Chl–綠泥石; Ser-絹云母。

粒狀結(jié)構(gòu)和粒狀變晶結(jié)構(gòu)由結(jié)晶作用而形成, 是研究區(qū)銀金礦石普遍存在的結(jié)構(gòu)類型之一, 黃鐵礦呈自形、半自形晶粒狀特征(圖6e)。碎裂結(jié)構(gòu)由應(yīng)力作用而形成, 常見于碎裂巖角礫巖礦石中, 是普遍存在的結(jié)構(gòu)類型之一, 其特征為早期形成的礦物被壓碎后, 被后期脈石礦物膠結(jié)或金屬硫化物細脈充填, 如閃鋅礦充填黃鐵礦粒間裂隙(圖6c)。交代熔蝕結(jié)構(gòu)由交代作用而形成, 也是礦石中普遍存在的結(jié)構(gòu)類型之一, 其特征為早期生成的金屬礦物被晚期礦物交代, 形成不規(guī)則狀、孤島狀的殘余礦物(圖5c和5d), 也可見方鉛礦交代黃銅礦(圖6d)。

3 樣品采集與分析

本文在龐西垌和金山兩處分別采集斷裂帶上盤的未蝕變的花崗片麻巖、壓碎巖(綠泥石化)和碎裂巖(黃鐵礦化、硅化、絹云母化)樣品, 進行全巖主量元素和微量元素分析。除去巖石表面, 超純水清洗震蕩, 用瑪瑙碾缽研磨至粒徑小于0.075 mm。元素地球化學(xué)分析在廣東省地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源探查重點實驗室完成。主量元素采用日本Rigaku公司ZSX primus型X射線熒光光譜儀(XRF)分析。微量元素采用美國Thermo公司X2型電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)分析。主量元素的分析精度優(yōu)于1%, 微量元素分析精度優(yōu)于5%。詳細步驟據(jù)文獻[19]。

4 分析結(jié)果

主量元素分析結(jié)果見表1。龐西垌?金山礦田未蝕變花崗片麻巖、蝕變壓碎巖及碎裂巖SiO2含量為67.27%～81.70%, 其中碎裂巖中SiO2含量最高, 與經(jīng)歷硅化蝕變有關(guān)。Al2O3含量為9.42%～16.33%, 平均含量為14.29%。K2O、Na2O和CaO含量較高(分別為3.01%～6.25%、0.09%～3.68%和0.26%～2.87%),其中蝕變碎裂巖Na和Ca含量相對較低。樣品具有中等的TFe2O3(1.48%～3.13%)、較低的MgO (0.55%～ 1.38%)和TiO2(0.27%～0.47%)含量。

圖6 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

(a) 斜長石被絹云母化、綠泥石化; (b) 石英脈穿插絹云母帶; (c) 黃鐵礦呈碎裂結(jié)構(gòu), 閃鋅礦脈充填裂隙; (d) 黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦共存; (e) 黃鐵礦呈自形晶、連晶; (f) 銀金礦圍繞閃鋅礦發(fā)育。Qtz–石英; Py–黃鐵礦; Pl–斜長石; Mus–白云母; Chl–綠泥石; Ser–絹云母; Gn–方鉛礦; Ccp–黃銅礦; (Au, Ag) –銀金礦。

表1 龐西垌?金山礦床構(gòu)造帶(蝕變帶)樣品主量元素(%)和微量元素(μg/g)元素分析結(jié)果

微量元素分析結(jié)果見表1。樣品具有較高的Rb (146.6～366.1 μg/g)、Ba (405.0～1680 μg/g)和Zr (86.72～ 192.0 μg/g)含量, 較低的Nb (5.97～13.04 μg/g)、Ta (0.48～4.43 μg/g)和Hf (2.77～5.56 μg/g), 中等的Y (5.45～25.83 μg/g)、Th (9.89～27.42 μg/g)和U (1.76～6.65 μg/g)含量。樣品稀土元素總量(∑REE)為109.7～262.7 μg/g, 所有的樣品均具明顯的輕重稀土分異特征(LREE/HREE=7.65～23.31, (La/Yb)N=9.51～65.11)。具有弱Eu負異常(Eu=0.55～0.94), 無明顯Ce異常(Ce=0.98～1.32)。龐西垌?金山礦田的未蝕變花崗片麻巖、壓碎巖以及碎裂巖表現(xiàn)出類似的稀土元素和微量元素組成(圖7): 龐西垌礦床壓碎巖稀土元素(圖7a)、微量元素(圖7b)含量高于碎裂巖; 金山礦床壓碎巖富集LREE和Ba, 虧損HREE, 碎裂巖富集HREE、Rb、Th、U、Y和Yb, 虧損LREE (圖7c和7d)。

5 討 論

5.1 成礦流體特征

本文選取龐西垌?金山礦田的龐西垌、金山的樣品進行蝕變元素遷移分析。前人工作顯示, Al、Ti和Zr在礦床圍巖蝕變過程中較穩(wěn)定, 屬不活潑元素。根據(jù)本文樣品的Al、Ti和Zr含量特征, 選取TiO2作為不活潑組分進行蝕變物質(zhì)遷移計算。運用經(jīng)典的Grant相對遷移量計算公式[25]:

w, A=(O/A) ? (w, O+ Δw, O?A) (1)

式中:w, O為未蝕變巖石中某組分濃度;w, A為A蝕變巖中某組分濃度; Δw, O?A為巖石從未蝕變巖變?yōu)锳蝕變巖的濃度差;O為未蝕變巖的質(zhì)量;A為A蝕變巖的質(zhì)量。假設(shè)在蝕變過程中, TiO2作為不活潑組分, 那么ΔTiO2, O?A=0。那么,

O/A=TiO2, A/TiO2, O(2)

代入(1), 則:

w, A=(TiO2, O/TiO2, A)(w, O+ Δw, O?A) (3)

式中:TiO2, O為未蝕變巖中TiO2濃度;TiO2, A為A蝕變巖中TiO2濃度。再通過Guo.[26]提出的標準化方法對不同蝕變巖石組分的遷移量進行標準化計算, 獲得標準化圖解(圖8)。

5.1.1 元素遷移特征

由圖8可知, 龐西垌?金山礦田蝕變巖的元素遷移具有以下特征。

圖7 龐西垌(a、b)和金山(c、d)礦點樣品稀土元素分布模式和微量元素蛛網(wǎng)圖(標準化文獻據(jù)文獻[24])

圖8 龐西垌(a)和金山(b)蝕變帶等質(zhì)量標準化圖解

圖中從坐標原點發(fā)出的黑線指示以TiO2標準化的等質(zhì)量線, 斜線上方為相對遷入的成分, 斜線下方為相對遷出的成分; 等質(zhì)量計算方法據(jù)Grant[25], 標準化方法據(jù)Guo.[26]。投影圖中主量元素為其氧化物質(zhì)量分數(shù)(%)與比例系數(shù)()的乘積, 微量元素為其質(zhì)量分數(shù)(μg/g)與比例系數(shù)的乘積。龐西垌比例系數(shù):(SiO2)=0.36,(Al2O3)=1.00,(Na2O)=3.00,(MgO)=26.00,(K2O)=2.00,(CaO)=10.60,(MnO)=100.00,(TFe2O3)=10.00,(TiO2)=10.00,(P2O5)=20.00,(LOI)=1.50,(Rb)=0.06,(Y)=1.00,(Zr)=0.15,(Nb)=0.60,(Ba)=0.01,(Hf)=3.50,(Ta)=2.00,(Th)=1.00,(U)=4.00; 金山比例系數(shù):(SiO2)=0.36,(Al2O3)=1.43,(Na2O)=4.73,(MgO)=14.84,(K2O)=1.40,(CaO)=15.64,(MnO)=83.77,(TFe2O3)=7.15,(TiO2)=8.32,(P2O5)=8.70,(LOI)=0.52,(Rb)=0.07,(Y)=0.45,(Zr)=0.13,(Nb)=0.50,(Ba)=0.01,(Hf)=3.24,(Ta)=2.05,(Th)=1.39,(U)=5.61。

(1) 龐西垌采集的不同蝕變作用的壓碎巖和碎裂巖表現(xiàn)為無論何種蝕變, Th、Zr、Al、U、Hf、Na和Nb相對遷出, Fe相對遷入, 其余元素如Ca、Mg、Y、Ba、K和Mn在壓碎巖中相對遷入, 在碎裂巖中相對遷出。Rb在碎裂巖中相對遷入, 在壓碎巖中相對遷出, 這種特征可能與碎裂巖中存在的少量重晶石有關(guān)。采集的碎裂巖中表現(xiàn)出Si和Fe遷入的特征, 應(yīng)為硅化和黃鐵礦化引起的, 其他元素如Ca、Al和Na等大量遷出; 壓碎巖綠泥石化作用明顯, 表現(xiàn)為Ca、Fe、Mg、Y、Ba和K明顯遷入, Si、Th、U、Hf和Na明顯遷出。

(2) 金山采集的不同蝕變作用的壓碎巖和碎裂巖表現(xiàn)為無論何種蝕變, Si、Ca、Fe、Mg、Y、Nb、Ta和Mn均相對未蝕變巖遷出, Th、Al和Rb則相對遷入, Zr、U、Hf、Na和Ba的遷入遷出狀態(tài)取決于何種蝕變巖性, 例如Ba和Na元素在綠泥石化的壓碎巖中相對遷入, 而在碎裂巖中相對遷出, Hf、U和Zr在壓碎巖中相對遷出, 在碎裂巖中相對遷入。

(3) 由構(gòu)造帶邊緣往中心, Si明顯富集, 這與碎裂巖的強烈的硅化作用有關(guān), 越靠近斷裂帶中心, 硅化作用越強烈。

整體而言, 兩類礦床元素遷移規(guī)律沒有太大差別, 均表現(xiàn)為高場強元素(Nb、Ta和Hf)遷出, 大離子親石元素(K、Rb和Ba)遷入。其他元素遷移規(guī)律有所差異, 主要有以下幾點原因: (1) 龐西垌、金山礦區(qū)采集的樣品原巖不一致、礦物比例差別較大導(dǎo)致元素含量差別。龐西垌礦床樣品原巖為花崗巖, 金山礦床樣品原巖為花崗片麻巖。龐西垌花崗巖較華南花崗巖FeO、Fe2O3和MgO含量高, SiO2和Na2O含量低[2], 花崗片麻巖中混合巖化強烈, 引起Fe和Mg組分帶出, K和Na組分帶入[6]。具體表現(xiàn)為龐西垌礦床樣品Fe和Mg遷入, Si和Na遷出, 金山礦床則與之相反。(2) 龐西垌、金山礦床樣品蝕變種類不一致, 龐西垌礦床鉀化、云英巖化更強烈, 而金山礦床鉀化較少, 反映在元素遷移上龐西垌礦床為K遷入, Na遷出, 而金山礦床則相反。(3) 兩個礦床流體的礦質(zhì)來源及比例可能并不完全一致, S同位素特征顯示龐西垌和金山礦床(34S值分別為?8.5‰～?1.7‰和?13.24‰～?0.7‰)并不完全一致, 對比礦區(qū)花崗片麻巖的34S值為?3.61‰～?2.1‰, 花崗巖的34S值為 ?0.96‰[1], 金山礦區(qū)離散型較大, 代表礦質(zhì)可能來源更多元。從黃鐵礦Co/Ni比值(質(zhì)量分數(shù)之比)來看, 龐西垌礦床Co/Ni比值為0.05, 金山礦床Co/Ni比值為0.79[2], 也印證了兩類礦床礦質(zhì)來源仍有所區(qū)別。

5.1.2 流體遷移路徑及勘查啟示

賦礦的蝕變碎裂巖和壓碎巖與成礦流體直接發(fā)生元素交換和化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物, 這些蝕變巖也保存著成礦流體的特征, 攜帶了豐富的礦化信息。以龐西垌礦床為例, 整體表現(xiàn)為壓碎巖元素遷入多, 碎裂巖元素遷出多。蝕變巖石中元素含量變化受控于自身元素得失和其他元素得失, 故Zr和Hf等惰性元素遷出, 可能是由于蝕變巖中Ca、K和Mg強烈?guī)攵鄬拷档汀＝Y(jié)合前人對成礦元素富集位置研究, 成礦元素如(Ag、As、Sb、W和Sn等)富集在絹英巖化碎裂巖以及斷裂帶中心絹英巖中[12]。金銀礦化自接觸帶中心到外接觸帶呈減弱的趨勢, 成礦流體沿斷裂帶中心向兩側(cè)遷移, 自接觸帶中心由于壓力快速釋放驅(qū)使礦質(zhì)快速沉淀, 接著成礦流體沿碎裂巖裂隙帶入成礦元素, 隨之發(fā)生了硅化、絹英巖化, 帶入Si和Rb, 由于斜長石被蝕變Na和Ca被帶出, Mg和K等元素被帶出, 最后到外接觸帶流體與壓碎巖發(fā)生綠泥石化, Ca、Mg、Fe和K元素遷入, Si和Na明顯遷出。花崗片麻巖與花崗巖斷裂帶中心是找礦重要位置, 強絹英巖化、硅化?黃鐵礦化構(gòu)造蝕變帶、碎裂巖中的裂隙以及Na、Ca遷出、Si遷入位置都是成礦極佳場所(圖9)。

圖9 龐西垌斷裂帶元素遷移模型

5.2 礦質(zhì)來源

龐西垌?金山礦田典型銀金礦具有如下礦床地質(zhì)特征: (1) 構(gòu)造控礦, 礦體產(chǎn)于破裂帶中, 產(chǎn)狀與斷裂帶一致, 嚴格受其控制, 構(gòu)造環(huán)境由擠壓轉(zhuǎn)化為伸展環(huán)境; (2) 礦田廣泛發(fā)育韌脆性剪切作用; (3) 礦石構(gòu)造類型主要有塊狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造和細脈狀構(gòu)造等。礦石結(jié)構(gòu)主要包括粒狀結(jié)構(gòu)、粒狀變晶結(jié)構(gòu)、交代溶蝕結(jié)構(gòu)和碎裂結(jié)構(gòu); (4) 圍巖蝕變以硅化、黃鐵礦、絹云母化和綠泥石化等中低溫蝕變組合為主。這些礦床地質(zhì)特征與造山型金礦礦床地質(zhì)特征一致[27]。造山型金礦是近年來的研究熱點, 其顯著的鑒別標志就是包裹體具有中低溫、低鹽度和富CO2主導(dǎo)的變質(zhì)熱液特征[27–30]。以龐西垌礦床為典例, 主成礦期原生包裹體主要為氣液兩相包裹體, 富含CO2, 其均一溫度為176～301 ℃, 鹽度為7.24%～8.86% (圖10a和10b), 表現(xiàn)為中低溫、低鹽度特點[2]。這與低溫?zé)嵋嚎中徒鸬V明顯不同, 與廣東河臺、青海東昆侖一帶的典型造山型金礦一致[31–34]。流體包裹體的氫氧同位素組成位于大氣降水和變質(zhì)水之間, 亦表現(xiàn)為造山型礦床變質(zhì)熱液特征[1,2,7–9]。值得注意的是, 河北東坪、內(nèi)蒙古大青山、小秦嶺文峪?東闖、膠東新城、湖南沃溪和廣東河臺等造山型金(銻)礦以及龐西垌、金山礦點的硫化物34S值范圍各異, 它們的礦質(zhì)來源不具專屬性[1,2,31–42],這也是造山型礦床的重要特點(圖10c)。

前人研究表明, 龐西垌?金山礦床礦體產(chǎn)出于英橋巖體與花崗片麻巖斷裂接觸帶中[1], 表明花崗片麻巖在空間上與礦體有密切關(guān)系; 斷裂帶接觸帶西側(cè)的花崗片麻巖平均含Au 65～70 ng/g, 是地殼豐度的18～20倍, 含Ag 410～470 ng/g, 是地殼豐度值的5～6倍, 這為銀金成礦提供了潛在的礦源層[6]。地球化學(xué)特征上, 礦化蝕變巖微量元素比值(如Rb/Sr和Hf/Ta等)接近于花崗片麻巖, 礦化石英脈、花崗片麻巖有相似的稀土元素特征, Pb同位素特征表明礦石、花崗片麻巖都分布于造山帶演化線上[2]。據(jù)統(tǒng)計[1–2], 龐西垌礦床34S值為?8.5‰～?1.7‰ (平均為?4.8‰), 金山礦床34S值為?13.24‰～?0.7‰ (平均為?5.0‰), 硫同位素特征更接近于花崗片麻巖(礦田內(nèi)花崗片麻巖34S值為?3.61‰～?2.1‰, 花崗巖為?0.96‰)。綜上所述, 礦質(zhì)可能來源于花崗片麻巖。

5.3 成礦地質(zhì)過程

龐西垌?金山礦田礦體就位具有以下特征: (1) 礦體受控斷裂, 產(chǎn)狀隨斷裂帶產(chǎn)狀變化, 一般產(chǎn)于斷裂急轉(zhuǎn)彎部位; (2) 不同方向次級控礦斷裂與主斷裂的交叉部位有利于礦體的富集; (3) 礦體幾乎主要富集于碎裂巖內(nèi)部, 產(chǎn)狀與斷裂帶一致, 礦體規(guī)模與碎裂的規(guī)模成正比, 碎裂巖帶寬度大的地方蝕變也較強, 礦體也較厚。

因此, 該礦床的形成與斷裂帶的活動密不可分。龐西垌斷裂經(jīng)歷了印支期韌性剪切、燕山期走滑剪切不同構(gòu)造應(yīng)力場的疊加改造[11]。印支期發(fā)育龐西垌?低耕右行韌性剪切帶, 與云開地區(qū)北東走向剪切帶相似。燕山期華南地區(qū)處于伸展階段, 并發(fā)育龐西垌?金山左行走滑剪切帶, 穿切燕山期英橋巖體, 派生發(fā)育壓扭性斷裂和張性斷裂, 呈現(xiàn)韌脆性斷裂特征。龐西垌斷裂帶先韌性后脆性的演化特征是熱液運移和礦質(zhì)沉淀的先決條件。在這種特點的構(gòu)造帶溝通了淺層和中深部的地層或者火成巖, 成為深部熱液流體活動往淺層運移的通道。

加里東期片麻巖被后期斷裂帶穿插切穿(龐西垌斷裂, 圖11a)。成礦早期(印支期, Ar-Ar年齡為221 Ma), 由于云開地塊與湘桂地塊陸陸碰撞, 礦區(qū)剪切帶總體與區(qū)域的廉江?信宜斷裂、博白?合浦斷裂平行,走向NE 50°, 斷裂帶以右行韌性剪切活動為主, 巖體和地層發(fā)生強烈的片理化和糜棱巖化, 形成初糜棱巖、眼球狀糜棱巖及云母石英片巖, 糜棱巖片理傾向NW, 局部NE向, 發(fā)育有S-C組構(gòu)。切穿巖石的能力強、延伸遠, 延長大于100 km[3,43]。韌性剪切帶被弱變形的英橋巖體和塘蓬巖體等燕山期花崗巖侵入[43]。這期間, 沒有明顯破裂面的剪切帶形成的狹小通道并未形成大規(guī)模的熱液沉淀場所(圖11b)。燕山晚期巖漿活動沿斷裂帶侵入, 古太平洋板塊向歐亞板塊俯沖[44], 構(gòu)造應(yīng)力場發(fā)生改變, 斷裂帶再次活動, 由印支期右行韌性剪切轉(zhuǎn)為左行走滑剪切活動, 斷裂帶總體走向NE 30°～45°[3,43], 主應(yīng)力方向為近SN向或NNE向, 伴生壓扭性斷裂和張性斷裂, 發(fā)育有糜棱巖、碎裂巖及斷層角礫。左行走滑剪切作用將先前的巖石重新剪切、破碎, 同時淺部伴隨張扭性斷裂作用, 在剪切帶的中心部位形成破裂面, 并形成各種壓碎巖和碎裂巖, 尤其是在斷裂的轉(zhuǎn)折部位應(yīng)力更大, 巖石更容易破碎形成碎裂巖和壓碎巖, 這些孔隙度大的巖石為流體的遷移和沉淀提供了極佳的場所(圖11c)。變質(zhì)流體將花崗片麻巖中銀金等成礦物質(zhì)萃取出來, 隨斷裂帶運移并對斷裂帶巖石交代蝕變, 至淺部與大氣降水混合過程中溫?壓等物理化學(xué)條件改變, 最終礦質(zhì)沉淀(圖11d)。

圖10 龐西垌?金山礦床包裹體和硫化物硫同位素特征與典型礦床對比(據(jù)文獻[1, 2, 31–42])

圖11 龐西垌剪切帶型金礦成礦地質(zhì)過程

6 結(jié) 論

(1) 龐西垌?金山銀金礦主要受控于龐西垌?金山斷裂, 礦石類型表現(xiàn)為石英脈型、硫化物細脈, 斷裂中心部位為糜棱巖往NW以及SE是對稱的碎裂巖、花崗片麻質(zhì)壓碎巖(或壓碎狀花崗片麻巖)。接觸帶兩側(cè)為未經(jīng)蝕變和變形的花崗片麻巖和花崗巖。

(2) 龐西垌礦區(qū)Th、Zr、Al、U、Hf、Na和Nb相對遷出, Fe相對遷入, 其余元素如Ca、Mg、Y、Ba和K在壓碎巖中相對遷入, 在碎裂巖中相對遷出; 金山礦區(qū)Si、Ca、Fe、Mg、Y、Nb、Ta和Mn均相對未蝕變巖遷出, Th、Al和Rb則相對遷入, Zr、U、Hf、Na和Ba的遷入遷出狀態(tài)取決于何種蝕變巖性。

(3) 龐西垌?金山銀金礦的流體包裹體表現(xiàn)為中低溫、低鹽度特征, 氫氧同位素位于大氣降水和變質(zhì)水之間, 加之硫化物34S值范圍各異, 指示其屬于典型的造山型礦床, 礦質(zhì)可能來源于花崗片麻巖。

(4) 龐西垌?金山礦床的礦體位置與龐西垌韌脆性斷裂帶形成的破裂面密切相關(guān), 構(gòu)造活動從印支期右行韌性剪切轉(zhuǎn)變?yōu)檠嗌狡谧笮凶呋羟? 派生壓扭性斷裂、張扭性斷裂, 糜棱巖遭到破碎, 壓碎巖、碎裂巖及大量裂隙發(fā)育, 孔隙度增大, 為流體的遷移和沉淀提供了極佳的場所。

野外工作得到了廣西博白縣金粵銀礦有限公司、龐西垌銀金礦領(lǐng)導(dǎo)、中山大學(xué)牛佳和梁志鵬的大力支持; 元素分析得到了廣東省地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源探查重點實驗室的幫助; 中山大學(xué)周永章教授提出了大量建設(shè)性意見; 兩位審稿人提供了建設(shè)性修改意見, 極大地提高了本文的質(zhì)量, 在此一并表示衷心感謝！

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Mass transfer during alteration and ore-forming geological process of the Pangxidong-Jinshan Ag-Au ore-field in the Yunkai area

HUANG Xi1,2,3, ZHENG Yi1,2,3*, YU Peng-peng1,2,3and ZENG Chang-yu3,4

1. School of Earth Sciences and Engineering, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China;2. Guangdong Provincial Key Laboratory of Geodynamics and Geohazards, Guangzhou 510275, China; 3. Guangdong Provincial Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resource Survey, Guangzhou 510275, China; 4. Guangxi Geological Survey Institute, Nanning 530023, China

The western Guangdong–eastern Guangxi Pangxidong–Jinshan ore field is located in the Qin-Hang Metallogenic Belt between the Yangtze and Cathaysia Blocks. The deposits in the ore field include the Pangxidong, Jinshan, Zhongsu, Zhugenpo, and Gaocun Ag-Au deposits with proven Ag reserves of more than 1400 t (average grade of 195 g/t) and Au reserves of more than 10 t. The main controlled and ore-bearing structure is the Pangxidong-Jinshan Fault. The deposits are closely related to the ductile-brittle Pangxidong Fault. In this study, a field profile of the ductile-brittle zone was measured, indicating that the fault contact zone consists of mylonite, cataclastic rocks, and crushed granitoids with unaltered and undeformed granitic gneiss and granite. The results of analyzing the mass transfer during alteration showed that Th, Zr, Al, U, Hf, Na, and Nb were removed, and Fe was enriched in Pangxidong mining area. The remaining Ca, Mg, Y, Ba, and K partitioned to cataclastic rock but not to the cataclasite. For the Jinshan mining area, Si, Ca, Fe, Mg, Y, Nb, Ta, and Mn were removed, and Th, Al, and Rb were enriched. The behavior of Zr, U, Hf, and Na depends on the alteration and lithology types. Previous research has shown that the main mineralization inclusion period of the Pangxidong deposit was characterized by CO2-enrichmentwith moderate-low homogeneous temperatures and low salinity, consistent with the characteristics of orogenic-type Au deposits. The ore body occurs near the granite-gneiss, and the REE characteristics of the ore body are similar to those of the granite-gneiss. The S isotopic composition in the Pangxidong and Jinshan ore fields is similar to that of granitic gneiss. This indicates that the ore-forming materials were likely derived from the granitic gneiss. Combined with the ore deposit geology and geochemistry, we believe that the emplacement of the ore bodies is closely related to the fractures formed by the ductile–brittle shear zones. Moreover, the high permeability of the cataclastic rocks provided a favorable pathway for ore materials.

orogenic type gold deposit; Qin-Hang metallogenic belt; Pangxidong-Jinshan ore field; ductile-brittle shear zones; mass transfer during alteration

P595

A

0379-1726(2021)04-0365-16

10.19700/j.0379-1726.2021.04.004

2019-07-29;

2019-12-18;

2020-03-15

國家自然科學(xué)基金(41872193, 41902205); 廣東省自然科學(xué)基金杰出青年基金(2018B030306021); 廣州市“珠江科技新星”(201710010027); 中山大學(xué)中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金(2021qntd23)

黃璽(1996–), 男, 碩士研究生,地球化學(xué)專業(yè)。E-mail: huangx276@mail2.sysu.edu.cn

ZHENG Yi, E-mail: zhengy43@mail.sysu.edu.cn