冀東冷口斷裂帶北側金礦地質特征及遠景預測

王久良， 武 峰， 趙靖雯， 楊愛雪

(河北省地礦局第五地質大隊，河北 唐山 063000)

冷口斷裂帶位于河北遷安-青龍境內，長近36 km，走向北西，傾向南西，傾角55°～80°，中部向南凸起，走向上被多個北東和近南北向斷裂錯斷。該斷裂帶一般寬為40～100 m，最寬可達200 m。該斷裂帶內巖石較為破碎，構造角礫巖、糜棱巖、蝕變巖等較為發(fā)育。冷口斷裂帶由近于平行的多條斷裂組成，自南向北主要由3條斷裂構成，依次為石門至劉家口斷裂、杏樹坨至采桑峪以及大塊地至六柱坪斷裂。三條斷裂傾向均為SW，傾角55°～80°。該地區(qū)涼水河-三撥子廂式向斜以及冷口斷陷盆地主要由上述斷裂整體控制。該斷裂帶北側構造發(fā)育，巖漿活動頻繁，在其北側冷口斷陷盆地內中元古代碳酸鹽巖地層廣泛發(fā)育。

在斷裂帶北側中元古代地層中已發(fā)現(xiàn)的金礦床及礦化點主要有二撥子東溝金礦、石山溝、長城金礦、清河沿金礦等，其金礦成因與國內其他地區(qū)金礦有所不同(樊秉鴻等,1998；楊喜安等,2017；劉祥朋等,2017；周先軍等,2019)。本區(qū)典型金礦床長城金礦及清河沿金礦的成因類型尚未達成統(tǒng)一認識，有學者認為是卡林型(趙文浩等，2003)、熱液(斷裂蝕變巖)型(孫愛群等，2002；張艷春,2003)、類卡林型(張俊怡，2018)等。此外，前人對該區(qū)單個礦床研究居多，區(qū)域性總結研究工作偏少，指導找礦的效果偏弱。因此，亟待對區(qū)域性金礦床進行綜合研究。筆者以冷口斷裂帶北側金礦為研究對象，通過研究金礦地質特征預測金礦找礦遠景區(qū)。

1 地質背景

研究區(qū)在大地構造位置上位于華北克拉通北緣，地處華北板塊與西伯利亞板塊之間，馬蘭峪復背斜與山海關隆起銜接部位，是中國金礦的主要產地之一，在地理位置上位于河北遷安-青龍境內。

冷口斷裂帶北側地層主要為太古宙結晶基底及中元古代沉積巖蓋層，南側主要為太古宙深變質巖；另有一些燕山期中酸性巖體沿該斷裂帶北側侵入。在其北側新房子-清河沿一帶碳酸鹽巖地層廣泛發(fā)育，地層出露齊全，長城系-薊縣系均有發(fā)育，并且在長城系的常州溝組、高于莊組以及薊縣系楊莊組中均發(fā)現(xiàn)有金礦床，礦床規(guī)模均為中小型(圖1)。

圖1 冷口斷裂帶沿線金礦分布圖(董建樂，2002)Fig.1 Distribution of gold deposits along Lengkou fault zone1.中侏羅統(tǒng)、早白堊統(tǒng)碎屑巖；2.燕山晚期酸性火山巖；3.古生界沉積巖；4.中、新元古界沉積巖；5.古元古界變質巖；6.太古宇中深變質巖；7.燕山早期中酸性侵入巖；8.元古宇閃長巖；9.斷裂；10.遙感解譯環(huán)型構造；11.1∶5萬遙感構造解譯區(qū)；12.礦床(小、中、大)

2 礦床地質特征

冷口斷裂帶北側的中元古代沉積巖中已發(fā)現(xiàn)清河沿、二撥子東溝、長城、石山溝等多個金礦床及礦化點，形成了一個金多金屬成礦帶?，F(xiàn)將清河沿金礦和長城金礦作為本地典型的金礦床進行研究。

2.1 清河沿金礦

清河沿金礦分布于冷口-擦崖字北西向斷裂帶中。區(qū)內出露的地層主要為長城系和薊縣系，不整合于太古宙變質巖系上，礦體賦存在中元古界高于莊組三至四段白云巖內(圖2)。斷裂構造比較復雜，按產狀共分為3組，即東北向、北西向、近東西向斷裂。這些斷裂對金礦的形成和富集起到重要作用，在斷裂交匯部位常形成厚大的富礦地段(圖2)，礦區(qū)范圍內未見有巖漿活動。

礦區(qū)共分為大西峪、斧刃山、鴿子房3個礦段，共圈出11個礦體。礦體長為40～170 m，傾向延伸較淺，一般為28～135 m，平均厚度為1.23～17.45 m，變化系數為20%～116%，平均品位為(3.29～17.45)×10-6，品位變化系數為74%～132%。品位由地表向深部變化較大，呈現(xiàn)地表富深部逐漸變貧的特點，由于受構造破碎帶控制，產狀變化較大，傾向SW、SE、NE均有，傾角為59°～90°。礦體形態(tài)主要為脈狀、透鏡狀，主要受破碎帶控制，賦存于白云質角礫巖中。礦石類型主要為角礫巖型金礦石(圖3)，角礫巖成分為白云質，硅質等，礫徑大小不等，一般為1～10 cm。膠結物主要為硅質及鐵錳礦物；角礫巖中金屬礦物為纖鐵礦，少量針鐵礦，偶見黃鐵礦，其含量≤5%，脈石礦物主要為玉髓-石英，其次為白云石、方解石及少量黏土質、黑云母、絹云母。礦石結構主要為膠狀結構、角礫狀結構、塊狀構造。反光鏡下觀察，金礦物主要為自然金(圖4)，主要賦存于由硅質及鐵錳礦物組成的膠狀物之中，圍巖蝕變較弱。

圖3 清河沿角礫巖型金礦石Fig.3 Qingheyan breccia type gold ore

圖4 金礦石(反光鏡)Fig.4 Gold ore (reflector)

2.2 長城金礦

該礦床與清河沿金礦同賦存于于冷口斷裂帶北側沉積巖地層中，兩者相距約10 km。長城金礦區(qū)出露地層主要為長城系高于莊組，薊縣系楊莊組、霧迷山組和侏羅系后城組以及第四系(圖5)。礦區(qū)內受冷口斷裂帶影響，構造發(fā)育，主要為北西、北東向斷裂。另外區(qū)內存在一背斜褶皺，軸向北東，翼部及軸部被斷裂構造錯動，而金礦脈就賦存于上述構造交匯處。肖營子巖體位于礦區(qū)北東側約3 km處，礦區(qū)內未見巖漿巖體出露，僅在鉆孔中見有煌斑巖脈和閃長玢巖脈。礦區(qū)內金礦體主要賦存于楊莊組紫紅色泥質白云巖內(圖5)，部分金礦體賦存于蝕變閃長玢巖脈中。

圖5 長城金礦地質簡圖Fig.5 Geological sketch of Changcheng gold deposit1.第四系；2.侏羅系后城組；3.薊縣系楊莊組；4.長城系高于莊組三至四段；5.構造碎裂巖；6.煌斑巖；7.礦體位置及編號；8.斷層及編號；9.推測斷層；10.剖面及編號

礦區(qū)內共圈定7個礦帶，呈北西向大致平行排列，礦區(qū)內大部分礦帶受斷裂或蝕變巖帶控制，礦體形態(tài)似層狀、透鏡狀和脈狀(圖6)。礦區(qū)共發(fā)現(xiàn)40余條金礦體，礦床規(guī)模已達中型，其中以Ⅰ礦帶Ⅰ-9號礦體規(guī)模最大，礦體長度達360 m，平均厚度為3.02 m，平均品位為3.33×10-6，走向110°～140°，傾向SW，傾角55°～72°。礦石類型主要為白云巖型(圖7a)以及蝕變閃長玢巖型(圖7b)。

圖6 長城金礦0號和3號勘探線地質剖面圖Fig.6 Geological profile of No.0 and No.3 prospecting lines of Changcheng gold deposit1.第四系；2.薊縣系楊莊組三段；3.薊縣系楊莊組二段；4.蝕變含砂泥質白云巖；5.閃長巖脈；6.閃長玢巖脈；7.工業(yè)礦體位置及編號；8.低品位礦體位置及編號；9.產狀(傾向/傾角)；10.斷層位置及編號； 11.坑道工程位置及編號；12.鉆孔編號

礦石中主要金屬礦物有黃鐵礦、褐鐵礦、自然金、自然銀(含量極少)，其中自然金僅在個別礦石中可見，含量極少，呈細粒顯微金顆粒分布于黃鐵礦晶隙間。據電子探針測定，自然金的金含量為92.88%～98.29%(表1)；脈石礦物為石英、方解石、白云石、綠泥石、角閃石、斜長石等；礦石結構主要為粉晶-泥晶結構，少量斑狀結構(圖7a,b,c,d)，塊狀構造；淺部各礦帶近礦體圍巖硅化、絹云母化、泥化、碳酸鹽化及鐵白云石化發(fā)育，其中鐵白云石化范圍相對較廣，沿隱爆角礫巖的多組裂隙呈迷霧狀、網脈狀分布。深部蝕變以鐵白云石化(圖7e)、硅化最為發(fā)育(圖7f)，其次是絹云母化、泥化、碳酸鹽化。鐵白云石化較強處，如礦石呈粉紅色壓碎熔蝕構造蝕變巖，硅化往往較強，礦石為灰黑色致密塊狀蝕變白云巖時，金含量最高，可達20×10-6以上，褐鐵礦化、硅化、鐵白云石化為區(qū)內的找礦標志。

表1 礦石中金礦物電子探針測定結果Table 1 Electronic probe analysis of gold minerals in ores /%

圖7 長城金礦巖礦石巖相學特征Fig.7 Petrographic characteristics of Changcheng gold deposita.薊縣系楊莊組含砂質泥粉晶白云巖(+)；b.長城金礦蝕變石英閃長玢巖(+)；c.薊縣系楊莊組自形-半自形黃鐵礦(反光鏡)；d.薊縣系楊莊組半自形-他形黃鐵礦(反光鏡)；e.薊縣系楊莊組白云巖型金礦體(鐵白云石化較強)；f.薊縣系楊莊組白云巖型金礦體(硅化較強)

3 巖石地球化學特征

在冷口斷裂帶北側金礦化蝕變帶及附近采集了16件代表性樣品，采用電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)進行微量元素測試，結果見表2。

表2 冷口斷裂帶北側金礦化蝕變帶及附近巖石中的微量元素含量Table 2 Trace elements in the gold mineralized alteration zone and the adjacent rocks on the north side of Lengkou fault zone

利用SPSS17.0軟件分析了各元素含量的相關性(表3)。結果顯示，Au含量與As、Co、Ni、Pb、Hg等含量呈正相關，這元素組合與卡林型金礦Au、Ag、As、Hg、Sb元素組合不同，其中Hg、As作為探途元素，其含量明顯高于Au的豐度值，表明Au的富集與構造有關，而Co與Ni親Fe，表明成礦物質來源可能與地幔物質或下地殼關系密切。

表3 冷口斷裂帶北側巖石微量元素相關系數 Table 3 Correlation coefficient of trace elements of rocks in the north side of Lengkou fault zone

通過野外觀察發(fā)現(xiàn)，清河沿金礦礦石越破碎、長城金礦礦石越紅，金品位就越高。清河沿金礦礦石角礫巖的膠結物主要為鐵錳質，而長城金礦礦石紅化是由鐵化物形成。因而對研究區(qū)礦石與圍巖中Fe含量進行分析發(fā)現(xiàn)(表4)，礦石中Fe的平均含量(0.83%)明顯高于地層Fe的平均含量(0.51%)，推測為前文所提及的鐵白云石化所引起。鐵白云石化間接表明介質是富CO2、貧H2S的氧化環(huán)境。金以微細粒存在于鐵白云石化的巖石中，鐵白云石化的強弱與金含量高低呈正相關(圖8)，說明含礦熱液含有一定的Fe，且礦石的紅化現(xiàn)象與楊莊組本身的紅化是不同的。

表4 研究區(qū)礦石與圍巖中Fe及Au含量Table 4 Content of Fe and Au of ores and wall-rocks in study area

通過上述分析，筆者推測該地區(qū)成礦可分為兩個階段：第一階段為含鐵質的礦化熱液在高于莊組巖石破碎地段交代圍巖沉淀成礦(清河沿)；第二階段為含礦熱液沿通道繼續(xù)向上運移，在距地表較近較強的氧化環(huán)境中富集成礦，使部分Fe氧化成Fe2O3致礦石具有紅色(長城金礦)，說明該區(qū)礦床存在著垂向分帶。

4 金成礦有利條件分析及成礦模式建立

4.1 地層條件

冷口斷裂帶北側廣泛分布著中元古代碳酸鹽巖及碎屑巖，其以蓋層的形式賦存于太古宙結晶基底之上。該地區(qū)中元古代地層巖石中Au含量與上地殼Au克拉克值比值為0.78～2.06(表5)，表明該地區(qū)地層只能提供極少量Au，甚至不能為金礦的形成提供物質來源，只是充當了容礦的角色。冀東地區(qū)太古宙變質巖結晶基底Au豐度值可達12.05×10-9，故區(qū)內變質巖結晶基底尤其是八道河群的片麻巖和斜長角閃巖可能為金礦的形成提供大部分物質來源。

4.2 構造條件

冷口斷裂帶及其次級構造控制了該地區(qū)的構造單元分布，受其影響，北東向、北西向以及近東西向斷裂發(fā)育，各斷裂間的交織錯斷為本區(qū)提供良好的容礦空間及導礦構造。

4.3 巖漿巖條件

該區(qū)是一個大面積酸性巖漿活動區(qū)(張婉等，2013)，巖體東部出露且剝蝕強烈，向下延伸淺，西部大部分處于隱伏狀態(tài)，上部覆蓋中上元古代沉積巖地層。在冷口斷裂帶北側出露的肖營子巖體以及沿北西向分布的眾多形態(tài)復雜、規(guī)模不大的花崗斑巖、花崗巖等巖體為該侵入巖出露地表的一部分。當上述侵入巖沿冷口斷裂帶上涌時，使太古宙變質巖系中的成礦物質重新運移，巖漿熱液攜帶成礦物質與天水混合形成含礦流體，在不同地段重新富集成礦。

4.4 巖石地球化學

通過對研究區(qū)礦化蝕變帶及附近巖石微量元素分析以及礦石品位與Fe含量關系發(fā)現(xiàn)，As和Hg含量明顯高于上地殼豐度值(Mclennan,2001)，與Au含量呈正相關性。這兩種元素在研究區(qū)可表示為兩種存在形式：一是作為探途元素，指示了構造的存在；二是作為前緣元素，指示了含鹵水熱液的運移方向。Co和Ni作為親鐵元素，說明含礦熱液含有一定的鐵質，物質來源為太古宙結晶基底?？傮w說明，研究區(qū)礦床的形成與構造和深部含鐵熱液的活動密切相關。

通過上述分析，冷口斷裂帶北側金礦床賦礦地層為中元古代沉積巖，礦石類型有石英脈型、蝕變巖型、角礫巖型等，每個礦床空間上與其他類型金礦緊密伴生。推測其應為一個與中酸性巖體距離有關的成礦表現(xiàn)形式，礦床距離巖體由近及遠由于溫度、壓力等條件不同，形成角礫巖型(清河沿金礦)、微細粒浸染型金礦(長城金礦)等不同礦石類型的一個成礦系列。這種表現(xiàn)形式主要為同一成礦作用的兩種不同成分含礦熱液所致，符合金礦“一體多型”的特點。由于后期剝蝕程度不同，在冷口斷裂北側不同地點出露不同礦石類型金礦床。

綜合上述礦床地質特征，對冀東冷口斷裂帶北側金及多金屬成礦帶建立如下成礦模式(圖9)。

圖9 冀東冷口斷裂帶北側金礦成礦模式圖Fig.9 Metallogenic model of gold deposit on the north side of Lengkou fault zone, Eastern Hebei

5 找礦遠景預測

(1)從區(qū)域上看，該地區(qū)構造發(fā)育，尤其眾多小型裂隙構造交錯，具有較好導礦、容礦構造條件，并且燕山期巖漿活動頻繁，冷口斷裂帶北側沿線侵入巖眾多，為成礦提供了充足的物質來源及熱動力，故該地區(qū)理論上存在形成大型-特大型金及多金屬礦床的“三位一體”條件。目前地表所出露的清河沿、二撥子東溝、長城金礦等眾多礦體，只在該成礦帶上的大型礦床上部及外圍，因此認為在該地區(qū)深部具有很大的找礦遠景。

(2)根據以往經驗，與構造有關的礦床多賦存于導礦構造上盤，該區(qū)導礦構造為冷口斷裂帶，故根據冷口斷裂帶及其北側礦點分布特征推斷，該斷裂帶雖然地表產狀為南西向陡傾，但在深部可能逐漸轉為北東向傾斜，并可能逐漸變緩。基于以上考慮，冷口斷裂帶深部找礦應集中在北東方向，而不是沿地表產狀一直向南西追索。

(3)長城金礦礦體賦存于長城系碳酸鹽巖中，礦化程度取決于角礫巖帶的巖石破碎程度和熱液活動強度，后者往往決定了金礦體的存在與否。冷口斷裂為金礦成礦提供了導礦通道，初步推斷該礦床成因類型應為與隱爆角礫巖型金礦有關的淺成巖漿熱液碎裂蝕變巖型金礦。通過綜合研究認為，長城金礦相對于清河沿金礦為深部隱伏巖體的遠端產物，推測長城金礦礦體在空間上有垂向分帶，存在多個礦化富集段。在其深部，有可能存在其他類型金礦，找礦遠景相對其他地段尤為突出。

6 結論

(1)清河沿金礦礦石類型主要為角礫巖型，金礦物主要為自然金，圍巖蝕變較弱；長城金礦礦石類型主要為白云巖型和蝕變閃長玢巖型，自然金僅在個別礦石中可見，含量極少，呈細粒顯微金顆粒分布于黃鐵礦晶隙間，圍巖蝕變較強；其中褐鐵礦化、硅化、鐵白云石化為區(qū)內的找礦標志。

(2)本區(qū)Au含量為(0.43～538.59)×10-9，平均為64.22×10-9；Au含量與As、Co、Ni、Pb、Hg含量呈正相關，金含量高低與鐵白云石化的強弱呈正相關。

(3)金礦成礦物質來源于太古宙變質巖結晶基底；成礦熱液為巖漿熱液與天水混合形成的含礦流體；金礦的形成，與構造和深部含鐵熱液的活動關系密切。

(4)冷口斷裂帶深部找礦遠景區(qū)為北東方向及Pb、As、Hg等異常區(qū)和地層中Fe含量高的地區(qū)。