后龍門山造山帶辛家咀金礦床地質(zhì)特征及成因探討

劉 基，楊 可，張曉星，寇少磊，楊 偉，王占彬，田 淵

(中國地質(zhì)調(diào)查局 西安礦產(chǎn)資源調(diào)查中心，陜西 西安 710100)

0 引 言

龍門山復(fù)合造山帶位于松潘—甘孜造山帶、碧口地塊、南秦嶺造山帶、漢南—米倉山構(gòu)造帶和揚子地塊的交匯部位(圖1)，主要發(fā)育3條近平行的北東向斷裂帶，西界斷裂北段為青川—陽平關(guān)斷裂，南段為茂縣—汶川斷裂，東界斷裂為安縣—都江堰斷裂，北川—映秀斷裂是龍門山陸內(nèi)復(fù)合造山帶的中央斷裂。后龍門山陸內(nèi)造山帶夾持于青川—陽平關(guān)斷裂帶和北川—映秀斷裂帶之間，經(jīng)歷了陸內(nèi)俯沖、伸展裂陷、逆沖推覆和走滑剪切等構(gòu)造演化[1]。丁家林—太陽坪—董家院金礦帶發(fā)育于后龍門山造山帶，自北東向南西依次發(fā)育丁家林金礦床、太陽坪金礦床和董家院金礦床等多個金礦床。前人對這些礦床的地質(zhì)特征、礦床地球化學(xué)特征及礦床成因等方面的研究取得了諸多進展[2-7]。

辛家咀金礦床是西安礦產(chǎn)資源調(diào)查中心2020年新發(fā)現(xiàn)的一個金礦床，位于丁家林—太陽坪—董家院金礦帶的北東方向。根據(jù)2020年地表槽探和深部鉆探見礦情況，初步推斷新增金資源量960 kg。該礦床內(nèi)礦石類型、載金礦物、金賦存狀態(tài)尚不明確，其與丁家林金礦床、太陽坪金礦床和董家院金礦床是否屬于同一種礦床類型，亟待開展詳盡的研究。為此，本文通過野外調(diào)查、槽探和鉆孔編錄、巖礦鑒定及物相分析，對辛家咀金礦床的礦體和礦石特征、金的賦存狀態(tài)及成礦期次進行綜合研究，進而劃分了成礦階段并厘定了主要控礦因素。本次研究不僅為辛家咀金礦床的礦床成因研究奠定理論基礎(chǔ)，還為該礦床下一步的找礦勘查工作提供理論指導(dǎo)，有望提高后龍門山造山帶的金礦儲量。

1 后龍門山造山帶

后龍門山造山帶處于青川—陽平關(guān)斷裂帶和北川—映秀斷裂帶之間(圖1)，西界為青川—陽平關(guān)斷裂帶，東界為北川—映秀斷裂帶。新元古代早—中期形成后龍門山造山帶的基底，基底面積較小，由通木梁群變質(zhì)中酸性火山巖(1 000～829 Ma[1])、劉家坪群火山巖((809±11)Ma[1,9])、新元古代轎子頂花崗巖((792±11)Ma[10])和大灘花崗巖((806±19)Ma[11])組成。自南華紀(jì)至中三疊世，后龍門山造山帶經(jīng)歷了伸展裂陷和逆沖推覆，導(dǎo)致大量沉積地層的形成。其中，南華系和下寒武統(tǒng)地層分布于以新元古代基底為核部的轎子頂和劉家坪穹隆構(gòu)造的邊緣，而奧陶系地層呈北東向的帶狀出露于廣元市陳家壩一帶。相比于南華系、下寒武統(tǒng)和奧陶系地層，志留系茂縣群出露面積較大，在后龍門山造山帶絕大部分區(qū)域均可見茂縣群地層。泥盆紀(jì)—中三疊世，沉積地層僅分布于后龍門山造山帶的西緣。晚三疊世—新生代陸內(nèi)造山活動導(dǎo)致后龍門山造山帶未接受地層沉積[1]。

龍門山造山帶產(chǎn)出大量的巖金與砂金型礦床，金礦成礦潛力良好[12]，該成礦帶可細分為摩天嶺(碧口)Au-Cu-Fe-Mn-Ni成礦亞帶和茂縣—青川Au-Cu-Pb-Zn成礦亞帶。龍門山成礦帶內(nèi)的金礦床大多分布于龍門山北東段和后龍門山造山帶，但后龍門山造山帶地質(zhì)礦產(chǎn)勘查及研究程度較低，僅發(fā)現(xiàn)一些中小型礦床及礦點，如劉家坪銅鋅礦、榨松溝銅銀礦、丁家林金礦、太陽坪金礦、董家院金礦等，其中丁家林金礦床、太陽坪金礦床、董家院金礦床構(gòu)成了丁家林—太陽坪—董家院金礦帶。

2 丁家林—太陽坪—董家院金礦帶

丁家林—太陽坪—董家院金礦帶發(fā)育于青川—陽平關(guān)斷裂帶的下盤(圖2)。在丁家林—太陽坪—董家院金礦帶北東方向長200 km、寬10～20 km的范圍內(nèi)，發(fā)育一系列受陽平關(guān)—勉縣斷裂帶控制的北東向脆-韌性剪切帶。其中，丁家林—太陽坪脆-韌性剪切帶是規(guī)模最大的一條，走向40°～50°，傾角50°～60°，多見石英脈帶和密集小褶曲，以及一系列雁列式脆-韌性剪切亞帶[3]。

丁家林—太陽坪剪切帶是丁家林—太陽坪—董家院金礦帶的控礦構(gòu)造，控制了丁家林金礦床、太陽坪金礦床和董家院金礦床等的展布(圖2)。丁家林金礦床、太陽坪金礦床和董家院金礦床的礦體產(chǎn)狀與剪切帶的產(chǎn)狀基本一致(圖3)，容礦巖石均為受剪切變形作用影響的志留系淺變質(zhì)、強變形的碎屑巖，賦礦層位為中—下志留統(tǒng)茂縣群(S1-2M)含鐵菱鎂礦斑點絹云千枚巖。3個礦床的金礦體均呈含金石英脈的形式產(chǎn)出于丁家林—太陽坪剪切帶中，其中丁家林金礦床以雁行狀石英復(fù)脈為主[2]，太陽坪金礦床以連續(xù)分布的石英單脈為主[4]，董家院金礦床則以單脈、組合脈和脈群形態(tài)產(chǎn)出[6]。3個金礦床內(nèi)礦石類型均以石英脈型為主，其次為蝕變巖型。礦石礦物以黃鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦為主，脈石礦物以絹云母和石英為主。礦石構(gòu)造主要為斑雜狀、千枚狀、浸染狀和條帶狀構(gòu)造，礦石結(jié)構(gòu)主要為自形-半自形結(jié)構(gòu)和碎裂結(jié)構(gòu)。金礦物以自然金(銀金礦)為主，其中丁家林金礦床以包裹金為主，太陽坪金礦床以裂隙金為主[3-5, 7, 14]。

3 辛家咀金礦床

辛家咀金礦床位于丁家林—太陽坪—董家院金礦帶的北東方向(圖2)，在大地構(gòu)造位置上屬于后龍門山造山帶北東段。區(qū)內(nèi)地層主要有上震旦統(tǒng)燈影組(Z2dn)、下寒武統(tǒng)牛蹄塘組(∈1n)及志留系茂縣群(S1-2M)，賦礦地層為寒武系含碳硅質(zhì)板巖(圖4)，巖漿巖在研究區(qū)范圍內(nèi)不發(fā)育。礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造較單一，最大的斷裂構(gòu)造為燕子砭—金山寺斷裂(勉縣—陽平關(guān)斷裂的西延)，其次為志留系與寒武系接觸部位的燕子砭—花石溝斷裂(FD4)、寒武系與震旦系接觸部位的FD5斷裂(圖4)。斷裂走向均為北東—南西向，傾向北西，傾角60°～80°。礦體分布在志留系茂縣群地層與寒武系牛蹄塘組地層的接觸部位，礦體空間展布及形態(tài)嚴(yán)格受控于FD4斷裂。

3.1 礦體特征

辛家咀金礦床礦體賦存于FD4(燕子砭—花石溝斷裂)的脆-韌性剪切帶中(圖4)，出露于辛家咀一帶，地表由3個槽探(TC05、TC07、TC09)控制，深部由3個鉆孔(ZK002、ZK801、ZK1101)控制(圖5)。工程控制長度約700 m，礦體厚度0.70～5.2 m(平均為3.37 m)，厚度變化系數(shù)為41%，屬穩(wěn)定型；金品位1.04×10-6～15.4×10-6(平均為2.08×10-6)，品位變化系數(shù)為27%，屬均勻型。礦體賦存標(biāo)高為835～1 034 m，呈脈狀，走向北東，傾向北西，傾角50°。在石英脈中或與圍巖接觸部位發(fā)育中-粗粒的黃鐵礦，該黃鐵礦在近地表氧化為赤鐵礦或褐鐵礦，呈赤(褐)鐵礦化石英脈的形式產(chǎn)出。根據(jù)2020年度地表槽探和深部鉆探結(jié)果，推測辛家咀金礦床的金資源量為960 kg。鉆探結(jié)果顯示礦體深部延伸較好，自東向西礦化有增強的趨勢。

3.2 礦石特征

辛家咀金礦床中原生礦石可細分為石英脈型金礦石(圖6a、b)和蝕變巖型金礦石，前者為辛家咀金礦床主要的礦石類型。石英脈型金礦石呈脈狀產(chǎn)出，與圍巖界線明顯，其可單獨構(gòu)成金礦體，也可以與蝕變巖型金礦石共生。石英脈型金礦石在地表易被氧化成赤鐵礦/褐鐵礦礦石(圖6a)，如樣品TC09-H19，金品位高達15.4×10-6，在近地表經(jīng)氧化淋濾，呈蜂窩狀構(gòu)造。

礦石中金屬礦物以自然金、銀金礦、黃鐵礦、赤(褐)鐵礦為主，次為黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、鐵菱鎂礦等，非金屬礦物主要為石英、綠泥石、絹云母、方解石。礦石構(gòu)造主要為蜂窩狀(圖6a)、浸染狀(圖6b)、條帶狀(圖6c)和脈狀構(gòu)造(圖6d)。礦物結(jié)構(gòu)主要為交代殘余結(jié)構(gòu)(圖6e)、固溶體分離結(jié)構(gòu)(圖6f)、自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)(圖6g)、骸晶結(jié)構(gòu)(圖6e、h)和變草莓狀結(jié)構(gòu)(圖6i)。其中，交代殘余結(jié)構(gòu)和骸晶結(jié)構(gòu)分布在近地表的礦石中。

3.3 金的賦存狀態(tài)

辛家咀金礦床內(nèi)金主要以自然金的形式賦存在黃鐵礦、赤鐵礦和多金屬硫化物中，部分自然金成色較低(圖7a)，可能為銀金礦或含銀自然金。自然金(粒徑2～10 μm)主要以枝杈狀、麥粒狀、脈狀的裂隙金分布在黃鐵礦裂隙中(圖7d—f)；部分自然金(粒徑2～8 μm)以包裹金呈不規(guī)則粒狀、渾圓狀的形式嵌于黃鐵礦(圖7a、b)或赤鐵礦(圖7c)中。

金物相分析在青海省地礦實驗室完成，樣品處理過程見王海軍等[15]。分相后的各項浸取液視含量的高低，選用原子吸收光譜法或石墨爐原子吸收光譜法進行測定。物相分析結(jié)果顯示，辛家咀金礦床中金以游離自然金(約占49%)和硫化物包裹金(約占33%)為主(表1)。這與顯微鏡下觀察到的自然金以裂隙金、包裹金的形式賦存在黃鐵礦中的事實相符(圖7)，也與丁家林金礦床、太陽坪金礦床、董家院金礦床內(nèi)金的賦存狀態(tài)一致[3-4, 7, 16-18]。

表1 辛家咀金礦床金化學(xué)物相分析結(jié)果

3.4 成礦階段劃分

辛家咀金礦床中金屬礦物主要為自然金(銀金礦)、黃鐵礦和赤(褐)鐵礦，含有少量的黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、鐵菱鎂礦等，非金屬礦物主要為石英、綠泥石、絹云母、方解石。本文基于詳細的野外露頭、探槽、鉆孔編錄以及顯微鏡觀察，對脈體穿插關(guān)系、礦物共生組合、礦石組構(gòu)進行了細致分析，最終將辛家咀金礦床的成礦作用劃分為熱液成礦期和表生氧化期(圖8)。其中熱液成礦期可細分為3個階段：Ⅰ.石英-黃鐵礦階段(成礦早階段)；Ⅱ.石英-方解石-自然金-多金屬硫化物階段(成礦主階段)；Ⅲ.石英-碳酸鹽階段(成礦晚階段)。各成礦階段詳細特征如下。

Ⅰ.石英-黃鐵礦階段：是成礦早階段，該階段遭受了區(qū)域脆-韌性剪切變形。石英多呈細脈狀，順板理/千枚理發(fā)育，并同圍巖一起發(fā)生揉皺變形(圖6c，圖9b、c)，導(dǎo)致石英脈呈條帶狀、蠕蟲狀和波浪狀分布。該期石英脈中黃鐵礦粒度較細，且靠近斷裂部位的立方體狀黃鐵礦發(fā)生了拔絲拉長變形、揉皺(圖9b、c)。

Ⅱ.石英-方解石-自然金-多金屬硫化物階段：是成礦主階段，該期脈體多以小角度切穿Ⅰ階段脈體(圖9a)。成礦主階段脈體較粗大，寬1～1.5 m不等，呈煙灰色-灰白色，石英脈與圍巖的接觸部位常發(fā)育大顆粒黃鐵礦(圖9b)，粒徑1～5 mm。黃鐵礦主要呈團塊狀、稀疏浸染狀分布(圖6b、g，圖9d—h)，部分呈脈狀分布(圖6d)。黃鐵礦遭受后期脆性斷裂影響，裂隙發(fā)育，呈碎裂結(jié)構(gòu)(圖7f)，同時與粒狀閃鋅礦(圖9d)、方鉛礦(圖9d)、黃銅礦(圖9e)共生，自然金多分布在黃鐵礦裂隙中(圖7e、f)。偶見團塊狀方解石發(fā)育在石英脈中(圖9f、h)。

Ⅲ.石英-碳酸鹽階段：是成礦晚階段。石英-碳酸鹽脈較純凈，未見硫化物發(fā)育，同時切穿成礦早階段(圖9a)及主階段(圖9a、h)脈體。

表生氧化期：成礦作用主要發(fā)育在地表，黃鐵礦和黃銅礦等原生硫化物被氧化為赤(褐)鐵礦或銅藍(圖6a，圖9i)等，形成交代殘余(圖6e、h，圖7c、d)或骸晶結(jié)構(gòu)。礦石經(jīng)過氧化淋濾充填形成蜂窩狀構(gòu)造(圖6a)。

4 討 論

4.1 控礦因素

石英-黃鐵礦階段(Type Ⅰ)脈體和巖層一起發(fā)生了揉皺變形(圖6c)，石英脈中黃鐵礦粒度較細，且靠近斷裂部位立方體狀黃鐵礦發(fā)生了拔絲拉長變形(圖9b、c)。而在石英-方解石-自然金-多金屬硫化物階段(Type Ⅱ)石英脈與圍巖接觸部位發(fā)育大顆粒立方體、五角十二面體黃鐵礦(圖6b)，呈碎裂結(jié)構(gòu)(圖7f)，表明該階段遭受了脆性斷裂的影響，且金多呈樹杈狀、細脈狀賦存在黃鐵礦裂隙中。因此，本文認(rèn)為辛家咀金礦床至少經(jīng)歷了兩期構(gòu)造活動，分別為早期脆-韌性剪切變形和晚期脆性斷裂活動(圖8)。

TC09及ZK1101中有Au品位>0.1×10-6的金礦石均產(chǎn)在脆-韌性剪切帶的糜棱巖夾主階段石英脈中(圖10，圖11)，成礦主階段石英脈為脆性斷裂控制，未發(fā)生韌性剪切變形，發(fā)育大量的粗粒自形-半自形的黃鐵礦(圖11c)。圖11中b、d部位韌性剪切變形強烈，但未發(fā)育成礦主階段石英脈(脆性斷裂)；e、f部位發(fā)育成礦主階段石英脈(脆性斷裂)，且粗粒黃鐵礦也發(fā)育，但該2處位置金礦化仍較弱(Au<0.1×10-6)。因此，本文提出辛家咀金礦床金礦化受早期脆-韌性剪切變形及后期脆性斷裂雙重控制，脆-韌性剪切變形和脆性斷裂的疊加至關(guān)重要，只有在脆-韌性變形強且脆性斷裂疊加部位才發(fā)育高品位的金礦石(圖10，圖11c)。脆-韌性剪切變形促使辛家咀金礦床Au、Ag、Cu、Pb和Zn等成礦金屬元素發(fā)生大規(guī)模的活化遷移，后期脆性斷裂的疊加導(dǎo)致成礦元素進一步富集[18-24]，最終形成較高品位的金礦石或礦(化)體。

4.2 礦床成因

丁家林—太陽坪—董家院金礦帶發(fā)育于燕子砭—花石溝脆-韌性剪切帶中，礦體的產(chǎn)出受丁家林—太陽坪剪切帶控制(圖3)。丁家林金礦床、太陽坪金礦床、董家院金礦床內(nèi)石英中流體包裹體的研究結(jié)果顯示，3個金礦床內(nèi)成礦流體均具有中溫(160～400 ℃)、低鹽度(2.90%～8.68%NaCl)和低密度(0.71～0.97 g/cm3)的特征，成礦深度為4.95～8.04 km[3-4]。成礦期石英具有均一且較重的δ18OV-SMOW值(15.5‰～18.9‰)，這與造山型金礦的δ18OV-SMOW值特征一致，暗示成礦流體為變質(zhì)流體[25-26]；丁家林金礦床和太陽坪金礦床中黃鐵礦的δ34S值為5.7‰～10.2‰[3-4]，均一化程度高，且與圍巖茂縣群含鐵菱鎂礦斑點絹云千枚巖一致[4]，表明丁家林金礦床和太陽坪金礦床礦石中的S源自圍巖(茂縣群淺變質(zhì)沉積巖系)。以上地質(zhì)和地球化學(xué)特征表明丁家林金礦床、太陽坪金礦床、董家院金礦床均屬于受脆-韌性剪切帶控制的金礦床。

辛家咀金礦床位于丁家林—太陽坪—董家院金礦帶的北東方向(圖2)，也發(fā)育在后龍門山造山帶中，大地構(gòu)造背景與丁家林金礦床、太陽坪金礦床、董家院金礦床相同。4個礦床受北東向燕子砭—花石溝脆-韌性剪切帶控制，金礦體均發(fā)育在該剪切帶內(nèi)(圖3，圖4)。礦床的整個成礦過程(從金元素的活化分異、含金熱液的形成、含金熱液的運移和金的富集成礦)都與剪切帶的變形密切相關(guān)。此外，辛家咀金礦床、丁家林金礦床、太陽坪金礦床和董家院金礦床均以石英脈型金礦石為主，金以獨立自然金的形式賦存在黃鐵礦、石英及少量的多金屬硫化物中[2-4, 6, 24]。辛家咀金礦床與丁家林金礦床、太陽坪金礦床、董家院金礦床等礦床的礦石類型、控礦構(gòu)造、載金礦物、金賦存狀態(tài)均相似(表2)。丁家林—太陽坪—董家院金礦帶內(nèi)金礦體均賦存在茂縣群地層中(圖3)，辛家咀金礦床礦體賦存在寒武系牛蹄塘組地層中(圖4，圖9，圖10)，成礦對地層沒有選擇性。北東向FD4斷裂為該成礦帶內(nèi)所有礦床的導(dǎo)礦、容礦、控礦構(gòu)造，礦體均發(fā)育在脆-韌性剪切帶及其次級裂隙中。韌性剪切帶型金礦是一種成礦機制和控礦因素都與韌性剪切帶有關(guān)的金礦床類型[27]，因此，本文初步認(rèn)為辛家咀金礦床屬于脆-韌性剪切帶型金礦床。

表2 后龍門山造山帶金礦床特征表

5 結(jié) 論

(1)辛家咀金礦床礦石包括石英脈型和蝕變巖型兩類金礦石，其中石英脈型金礦石為辛家咀金礦床主要的礦石類型。金主要以裂隙金和包裹金的形式賦存在黃鐵礦、石英及少量多金屬硫化物中。

(2)辛家咀金礦床的成礦作用包括熱液成礦期和表生氧化期，其中熱液成礦期為主成礦期，可細分為3個成礦階段：Ⅰ.石英-黃鐵礦階段，Ⅱ.石英-方解石-自然金-多金屬硫化物階段，Ⅲ.石英-碳酸鹽階段。

(3)辛家咀金礦床中金礦體主要呈含金石英脈的形式產(chǎn)在燕子砭—花石溝脆-韌性剪切帶下盤的寒武系糜棱巖地層中。金礦化受早期脆-韌性剪切變形及后期脆性斷裂的雙重控制，僅在韌性變形強與脆性斷裂共同發(fā)育的部位才發(fā)育高品位金礦石。綜上，辛家咀金礦床屬于受脆-韌性剪切帶控制的金礦床。

致謝：長安大學(xué)楊興科教授、中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心李宗會高級工程師在野外地質(zhì)調(diào)查工作中給予了指導(dǎo)與幫助，全體項目組成員在野外工作過程中提供了協(xié)助；審稿人對文章內(nèi)容質(zhì)量的提升提出了諸多寶貴意見，編輯部老師對文章進行了仔細的校核，在此一并致以誠摯的謝意！