滕飛,劉云華,李中會,張忠平,羅根根,魏居珍

(1.長安大學地球科學與資源學院，陜西 西安 710054；2.國土資源部巖漿作用成礦與找礦重點實驗室，陜西 西安 710054；3.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054；4.甘肅省地質(zhì)調(diào)查院，甘肅 蘭州 730000)

西秦嶺地區(qū)地質(zhì)構造演化復雜(張國偉等，2004)，是中國重要的金-多金屬成礦帶之一(劉家軍等，1997；毛錦文等，2001)?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)眾多大型-超大型金礦床(袁士松等，2006；劉新會等，2008)，已成為中國重要的金礦集中區(qū)(陳衍景等，2004；張旗等，2009；徐東，2014)。大橋金礦即是近年來在西秦嶺地區(qū)發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)特征較為獨特的特大型金礦床，礦石類型為硅質(zhì)角礫巖型。盡管已有多位學者對該礦床進行了研究，但對硅質(zhì)巖的成因、成礦物質(zhì)來源、金礦床的成因類型、金礦與巖漿作用的關系研究還一直存在較大爭議(尤關進等，2009；張東明等，2016；劉月高等，2011；孫則朋等，2016；張新虎等，2015；陜亮等，2016)。尤關進等(2009)、張東明(2016)研究認為，硅質(zhì)角礫巖為原地熱水沉積巖破碎膠結形成；劉月高等(2011)、孫則朋(2016)認為硅化巖為沉積作用形成，但非熱水沉積型成因；張東明(2016)認為硅化角礫巖為斷層引起的破碎角礫，后經(jīng)富SiO2熱液膠結形成；張新虎等(2015)、劉月高等(2015)、孫則朋(2016)認為礦區(qū)成礦過程主要與中-低溫熱液活動引起的改造作用有關，礦床成因可能屬于初始沉積-熱液改造類型；陜亮等(2016)認為礦化、硅化與巖漿侵入活動有關。大橋金礦成礦作用與硅質(zhì)巖的形成密切相關，筆者旨在對該礦床地質(zhì)特征、硅質(zhì)巖的硅、氧同位素等特征進行研究，以探討硅質(zhì)的來源、淀積過程及形成機制。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

大橋金礦地處西秦嶺造山帶東段，南秦嶺褶皺帶北緣鹿兒壩-廣金壩金汞銻成礦帶東段,位于岷縣-宕昌-兩當和舟曲-成縣逆沖推覆構造帶的交匯部位(圖1)。近東西向展布，三疊紀為裂陷槽(孫則朋，2016)。岷縣-宕昌-臨江深大斷裂北側出露泥盆系西漢水群(D2xh),巖性主要為灰?guī)r、千枚巖及硅質(zhì)巖等，為一傾向NNE的單斜構造；在兩大斷裂之間的地區(qū),主要為三疊系一套碳酸鹽巖-細碎屑巖建造，其內(nèi)分布大橋、棗子溝等大型、特大型金礦床。舟曲-成縣斷裂南側有少量上古生界分布，為臺地相碳酸鹽巖建造。總體上，區(qū)域志留系至三疊系以淺海陸棚相-半深海相碎屑巖、碳酸鹽巖沉積為主，古近系、新近系為陸相湖泊沉積。區(qū)域構造較為發(fā)育，NE向斷裂構造控制著礦帶的展布。區(qū)域巖漿活動較弱，僅有零星出露印支期花崗巖巖株及巖脈。礦區(qū)位于鹿兒壩-廣金壩金汞銻成礦帶的東段，帶內(nèi)還分布有棗子溝、大水大型-特大型金礦及崖灣大型銻礦等，包括大橋金礦在內(nèi)的金、銻、汞床主要賦存于三疊系中。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)主要出露有中上石炭統(tǒng)(C2+3)和中三疊紀統(tǒng)下部建造層下巖組(Ta-1)，兩者呈不整合接觸。中上石炭統(tǒng)(C2+3)巖性主要為灰白色-深灰色厚層狀灰?guī)r，中三疊統(tǒng)下部建造層下巖組(Ta-1)巖性主要為薄-中厚層灰?guī)r、鈣質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖夾硅質(zhì)角礫巖等。礦體賦存與兩者不整合界面附近的硅質(zhì)巖角礫中(圖2)。

礦區(qū)總體為一復式背斜的北翼,地層緩傾，中—上石炭統(tǒng)厚層灰?guī)r構成該復式背斜的核部。NNE向的舟曲-成縣區(qū)域大斷裂穿過礦區(qū),其西北側為三疊系,東南側為中—上石炭統(tǒng)。礦區(qū)內(nèi)見有十多條花崗閃長巖脈，巖脈走向以NE向為主，長一般為20～100m，寬為4～10m，多呈透鏡狀順層產(chǎn)出。部分巖脈發(fā)生較強的絹云母化蝕變和變形破壞,常具有定向構造和糜棱巖化特征。

2.2 礦體特征

礦區(qū)目前共圈出金工業(yè)礦體近百條，其中Ⅰ-1礦體規(guī)模最大。礦體均賦存于硅質(zhì)巖中，嚴格受硅質(zhì)角礫巖控制，主要分布于NE向舟曲-成縣大斷裂北側的次級斷裂帶的兩側，總體呈NE向展布。硅質(zhì)巖巖層產(chǎn)狀與地層基本一致，當兩側地層產(chǎn)狀較緩時，硅質(zhì)巖及礦體在地層中延伸較小，并呈波浪起伏狀(圖3)；當?shù)貙赢a(chǎn)狀較陡時，硅質(zhì)巖及礦體延伸較遠，總體產(chǎn)狀與斷裂帶一致(圖3、圖4)。礦體形態(tài)主要呈似層狀、板狀和透鏡狀，沿走向和傾向具膨大收縮和分枝復合現(xiàn)象，礦體長50～300m，最長達1 000m，延伸50～350m，厚度為2～35m，變化較大，最厚達50m。礦體金品位為1.0×10-6～4.5×10-6，最高可達21.5×10-6，有伴生銀產(chǎn)出，一般為數(shù)十克噸，金和銀呈正相關關系。礦體底板一般為硅質(zhì)角礫巖或灰?guī)r，頂板為硅質(zhì)角礫巖或板巖，即硅質(zhì)角礫巖層一般發(fā)育在灰?guī)r和泥質(zhì)板巖的“硅鈣界面”上(葉天竺等，2015)。硅質(zhì)巖中均發(fā)育有不同程度的礦化，當?shù)V體頂、底為板巖和灰?guī)r時，礦體與圍巖界線清楚，而當其頂、底板都為硅質(zhì)角礫巖時，礦體需要品位分析進行圈定。礦體主要為金礦化，伴生弱的銀礦化。蝕變主要發(fā)育為隱晶質(zhì)-微晶硅化、絹云母化及碳酸鹽化，在灰?guī)r、砂巖、板巖、花崗閃長巖脈中均可見到不同類型和強度的蝕變。

1.新生代地層；2.下白堊統(tǒng)東河群；3.三疊系中部建造層；4.三疊系下部建造層下部巖性段；5.下二疊統(tǒng)；6.中—上石炭統(tǒng)；7～13.泥盆系西漢水群；14.中—上志留統(tǒng)白水江群；15.新生代次火山巖苦橄輝綠巖、玄武巖類巖石；16.黑云花崗閃長巖；17.角閃石英閃長巖體；18.花崗巖脈和石英斑巖脈；19.斷層及推測斷層；20.大型銻礦；21.大型鉛鋅礦；22.金礦或金礦點圖1 區(qū)域地質(zhì)與礦產(chǎn)分布圖(據(jù)甘肅地調(diào)院，2010，略修改)Fig.1 Sketch map of the regional geology and ore deposits

1.殘坡積層；2.板巖夾薄層灰?guī)r；3.硅化角礫巖；4.中厚層灰?guī)r；5.礦體；6.斷裂圖2 大橋礦區(qū)某勘探線剖面圖(據(jù)尤關進，2009，略修改)Fig.2 Cross-section of orebody in Daqiao gold deposit

1.第四系；2.板巖夾灰?guī)r；3.硅質(zhì)角礫巖；4.中厚層灰?guī)r；5.花崗閃長巖；6.礦體及編號；7.斷層；8.勘探線及編號圖3 大橋金礦地質(zhì)略圖Fig.3 Geological sketch map of Daqiao gold deposit

1.第四系；2.板巖夾灰?guī)r；3.硅質(zhì)角礫巖帶；4.中厚層灰?guī)r；5.礦體圖4 大橋金礦床Ⅰ-1礦體剖面圖Fig.4 Cross-section of orebodyⅠ-1 in Daqiao gold deposit

2.3 礦石特征

礦石構造主要有角礫狀(圖5a)、被膜狀(圖5b)、皮殼狀(圖5c)、細脈-網(wǎng)脈狀(圖5d)、孔隙狀(圖5e)、塊狀(圖5f)和紋層狀構造，其次為條帶狀、浸染狀、斑點狀構造等。塊狀、紋層狀構造礦石分布遠離斷裂帶，品位較低，角礫狀、細脈-網(wǎng)脈狀、被膜狀構造礦石主要分布于斷裂帶中(圖5g為斷裂帶的西部邊界)，品位較高。此外，角礫狀構造大部分還具有復成分角礫的特征(圖5b、圖5c)。礦石礦物主要為黃鐵礦，占95%以上，含少量白鐵礦、磁黃鐵礦、毒砂、閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦等，氧化帶中有褐鐵礦分布。脈石礦物主要為石英，其次為長石、綠泥石、絹云母、方解石、白云石、高嶺土、石膏等。成礦作用之后，斷裂持續(xù)活動，使部分礦石發(fā)生碎裂，未完全膠結(圖5h、圖5i)。

礦石結構主要有半自形-他形粒狀結構、碎裂結構、膠狀結構、環(huán)帶結構、交代結構、交代殘余結構等等。

3 含礦硅質(zhì)巖特征

硅質(zhì)角礫巖自下而上分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三層，上、下底板分別是泥質(zhì)板巖和灰?guī)r，層間距離數(shù)米至數(shù)十米不等，硅質(zhì)巖間為碳質(zhì)板巖、鈣質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖和薄層灰?guī)r等。以第Ⅰ層硅質(zhì)角礫巖規(guī)模最大，Ⅰ-1號礦體即賦存于其中。硅質(zhì)角礫巖層位較穩(wěn)定，傾角總體較緩，與上、下巖性界線清楚，厚度一般為1～30m?？拷鼣嗔哑扑閹Ц浇栀|(zhì)角礫巖一般為較厚，最厚達70m，為復成分角礫巖。巖石呈黑色或深灰色，角礫成分為暗色硅質(zhì)巖屑，角礫呈棱角狀-次棱角狀，斷裂帶中心位置角礫較小，一般為0.1～15.0mm。裂隙或孔洞發(fā)育，黃鐵礦呈被膜或皮殼狀分布于裂隙或孔洞中，其中Au品位最高可達20×10-6。遠離斷裂帶，硅質(zhì)巖主要發(fā)生碎裂巖化，角礫間可拼接，黃鐵礦呈細脈-網(wǎng)脈狀分布，Au品位較低。角礫巖的特征顯示成礦期斷裂并未有長距離的位移，而與流體超壓條件下巖石破裂形成的角礫巖特征一致(楊果岳等，2006；劉亮明等，2011)。從第一層到第三層，硅質(zhì)巖中的泥質(zhì)巖石角礫含量增加，顯示硅化殘留的特征。硅質(zhì)巖中石英粒度較小，為微晶-顯微隱晶質(zhì)結構(圖5J)。

4 硅-氧同位素

大橋金礦硅質(zhì)角礫巖即為礦石，二氧化硅與金同步沉淀。因此，硅的地球化學行為研究對大橋金礦成礦作用研究具有重要意義。前人研究結果表明(CLAYTON，1986；DOUTHITT，1982；丁悌平等，1988；李延河等，1994)，不同來源SiO2形成石英的硅、氧同位素值不同，因而石英的硅(δ30Si)、氧(δ18O)同位素是判斷石英或硅質(zhì)巖成因的有效標志。宋天銳等(1989)提出了代表深海環(huán)境的洋殼型和代表半深海、淺海和濱淺海環(huán)境的陸殼型兩類硅同位素分布類型，并對陸殼型進行了進一步分類。通常情況下，在沉積成因的硅質(zhì)巖和從低溫流體自生沉淀的石英δ30Si同位素值為1.1‰～1.4‰，熱泉華硅質(zhì)巖δ30Si值為-1.6‰～0.9‰，成巖過程中次生加大石英的δ30Si值為-0.2‰～0.3‰，交代成因硅質(zhì)巖δ30Si值為2.4‰～3.4‰；巖漿成因的石英δ18O值為8.3‰～11.2‰，變質(zhì)成因的石英δ18O值為11.2‰～16.4 ‰。熱泉化石英δ18O為12.2‰～23.6‰，而沉積成巖石英的δ18O值為13‰～36‰，現(xiàn)代海灘石英砂的δ18O為10.3‰～12.5‰,成巖過程中重結晶石英δ18O為19.3‰～21.8‰。

圖5 礦石構造構造特征Fig.5 Structure of ores

筆者對礦區(qū)內(nèi)10個硅質(zhì)巖礦石樣品進行硅-氧同位素分析(樣品取自0號和11號勘探線，Ⅰ-1號礦體)，試圖以此探討大橋金礦床的成因問題，分析結果見表1。大橋金礦區(qū)硅質(zhì)巖具有相對較低的值，δ30Si值較為集中，為-0.7‰～0.4‰，平均為-0.16‰，變化范圍較小，樣品全部位于熱水硅質(zhì)巖范圍(圖6)。石英的氧同位素δ18O為12.8‰～17.9‰，均位于熱泉華石英δ18O值變化范圍內(nèi)(圖7)。

根據(jù)硅質(zhì)巖氧同位素地質(zhì)溫度計方程:

表1 硅質(zhì)巖、石英硅氧同位素分析結果表Tab.1 Results from Silicon-Oxygen isotope of the Siliceous rock and quartz

注：測試單位：北京核工業(yè)研究院。

圖6 不同成因石英、硅質(zhì)巖的δ30Si值Fig.6 The ratio of δ30Si for siliceous rock and quartz with different gnesis

圖7 不同成因石英的δ18O值Fig.7 The ratio of δ18O for quartz with different gnesis

1000lnα燧石-水=3.09×106T-2-3.29(KNAUTH，1976),估算本區(qū)硅質(zhì)巖形成的溫度為142～218℃，明顯高于同期海水溫度，表明硅質(zhì)巖時具有明顯的熱異常。

5 硅質(zhì)巖成因討論

礦區(qū)分布有三層硅質(zhì)巖，大橋金礦礦體主要賦存于第Ⅰ層硅化角礫巖中，其他硅質(zhì)巖中也有不同程度的金礦化(尤關進等，2009)，表明成礦作用與硅化密切相關。因此,詳細研究區(qū)內(nèi)硅質(zhì)巖、角礫巖的空間產(chǎn)出、分布規(guī)律、與金礦化的關系及其成因機理等,是揭開大橋金礦成因之迷的關鍵所在。

(1)物化條件。該區(qū)與成礦有關的花崗閃長巖脈的成巖年齡為228Ma，為中晚三疊世(陜亮等，2016)。中三疊世拉丁晚期到晚三疊世卡尼期,西秦嶺地區(qū)還存在殘余海盆(王志鵬等，2009)，地層巖相古地理分析結果顯示為半深海環(huán)境，徐亮(2015)對礦床成礦流體研究后認為，成礦靜水壓力深度較淺在1km以上，顯示成礦可能形成于半深海環(huán)境。

(2)物質(zhì)來源。大橋金礦床礦石主要呈角礫狀構造、被膜狀構造、皮殼狀構造、紋層狀構造、孔隙填隙狀構造，圍巖蝕變以隱晶質(zhì)-微晶硅化和絹云母化為主，礦石礦物主要為黃鐵礦，少量白鐵礦、磁黃鐵礦、毒砂、閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦等；脈石礦物主要為石英，其次為綠泥石、絹云母、方解石、白云石、高嶺土、石膏等。礦化元素組合為Au、Sb、Ag、As、Hg、W(孫則朋等，2015)。根據(jù)硅質(zhì)巖氧同位素地質(zhì)溫度計估算的硅質(zhì)巖形成溫度為142～218℃，流體包裹體均一溫度為100～300℃(張東明等，2016；徐亮等，2015)。所有這些特征，與前人總結的典型熱泉型金礦地質(zhì)特征一致(COOKE，2000；NELSON，1985；郭光裕等，1993；卓維榮，1990；潘傳楚，1988)。δ30Si、δ18O值同樣顯示熱泉華硅質(zhì)巖同位素特征。因此，綜合認為硅質(zhì)巖為海底熱泉形成的硅質(zhì)巖。區(qū)域上已發(fā)現(xiàn)類似的大水特大型金礦(閆升好，2000)，至于該區(qū)成礦熱液是否也來源于同期巖漿活動，還需要深入研究。

(3)形成機理。大橋金礦區(qū)分布于石炭系和三疊系灰?guī)r和泥質(zhì)板巖的巖性不整合界面的硅質(zhì)角礫巖中，硅質(zhì)角礫巖呈似層狀、板狀、透鏡狀產(chǎn)出，傾角較緩。成分為復成分角礫及復式角礫，形態(tài)以棱角狀-次棱角狀為主，硅質(zhì)角礫巖總體呈緩傾狀朝角礫化作用中心方向傾斜，含金礦化熱液多次貫入，在斷裂帶中心發(fā)生多次角礫化作用使巖脈帶膨脹加厚并富集，而離角礫化中心越遠，硅質(zhì)巖脈厚度越小，這一特征與郭光裕等(1990)總結的在圍巖低角度軟弱面中熱液角礫化作用形成的硅質(zhì)角礫巖特征一致。

郭光裕等(1990)將熱泉型貴金屬礦床自地表向地下深處的垂直分帶依次為泉華帶、硅化帶、酸淋濾作用蝕變帶、硅質(zhì)角礫巖帶，礦區(qū)目前空間位置已為最下部的硅質(zhì)角礫巖帶，表明上部礦體已被剝蝕，鉆孔驗證礦體未向深部延伸，預示深部成礦潛力較弱。硅化帶發(fā)生的持續(xù)硅化作用將封閉熱液系統(tǒng)，加大斷裂帶內(nèi)的壓力，使熱液沿斷裂帶走向或滲漏性較好的巖性不整合界面?zhèn)认蛄鲃樱瑹嵋貉卦搮^(qū)緩傾地層的巖性不整合界面?zhèn)认蛄鲃咏淮纬闪怂茖訝?、板狀、透鏡狀的硅質(zhì)巖。隨著壓力的進一步加大而發(fā)生爆裂，使早期形成的硅質(zhì)巖破碎形成角礫，礦區(qū)硅質(zhì)角礫巖中的角礫和碎屑成分基本一致，表明硅質(zhì)角礫巖中的角礫及碎屑都是早期角礫化作用和自封閉作用的產(chǎn)物。該區(qū)復式角礫及斷層的擦痕表明熱液通道中發(fā)生了多次活動，角礫化帶是熱液的主要通道，斷裂帶的周期性破裂-自封閉使斷裂帶中的硅質(zhì)角礫巖厚度及礦體厚度增大，最終形成了大橋特大型金礦。

6 結論

(1)通過對大橋金礦床礦石結構構造特征、礦化元素組合、硅質(zhì)巖的形成溫度和δ30Si、δ18O同位素綜合研究認為，硅質(zhì)巖為熱泉型成因。

(2)硅化角礫巖為斷裂帶的周期性破裂-自封閉條件下，流體超壓引發(fā)的巖石破裂形成硅質(zhì)角礫巖，成礦后有繼承性斷裂活動。

(3)礦床上部的泉華帶、硅化帶和酸淋濾作用蝕變帶已遭受剝蝕，目前礦體顯示出來的為礦體下部的硅質(zhì)巖帶，深部找礦潛力有限。

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