论文摘要
西秦岭造山带是我国重要的金成矿带之一,已探明黄金储量超过2000吨,近年的勘查工作显示其深部仍具有较大的找矿潜力。以近NW-EW走向的合作-临潭-两当深大断裂为界,可将秦岭造山带或秦岭金成矿带划分为北成矿带和南成矿带,其中北成矿带的金矿床主要赋存在泥盆纪绿片岩相变质岩中,而南成矿带的金矿床则主要赋存在三叠纪未变质-弱变质沉积岩之中。前人对这些金矿床的地质特征和成因开展了大量的研究,积累了大量资料,取得了丰硕成果。一般认为北成矿带的金矿床以石英脉型为主,成矿温度较高（>300℃）,成矿流体和金属元素来自沉积岩的变质脱挥发分,矿床成因类型属于造山型;而南成矿带的金矿床以细脉浸染状金矿床为主,成矿温度较低（200℃）,目前对这类矿床的成因还存在很大争论,部分学者根据其矿化特征与美国内华达和我国滇黔桂地区卡林型金矿床类似这一观察事实,将其划分为“类卡林型”,但也有学者认为南成矿带的金矿床仍为造山型。大桥金矿床是西秦岭造山带近年来新发现的一个超大型金矿床,2016年探明的黄金储量已超过105 t Au,平均品位为3–4 g/t。大桥金矿床的赋矿围岩为三叠系富有机质绿纤石-阳起石相低变质浊积岩系,金矿体产在一套在整个西秦岭地区都非常罕见的角砾岩体中。基于详细的野外观察及及矿相学/岩相学研究,将大桥金矿床的含金角砾岩可分为三类:早期的构造角砾岩A和随后叠加的两期热液角砾岩（亦称水力角砾岩）B和C。通过系统的矿相学和矿物学研究,本文将大桥金矿床和围岩中的硫化物划分为2期、4个成矿阶段和10个世代:成矿前（S1）结核状和发育同沉积变形结构的黄铁矿（Py1）;热液期成矿早阶段（S2）浸染状黄铁矿（Py1–Py4）和白铁矿（Mc1–Mc2）;热液期主成矿阶段（S3）热液莓球状、胶状黄铁矿（Py5a和Py5b）和复杂细脉状白铁矿（Mc3）;热液期成矿晚阶段（S4）粗粒白铁矿（Mc4）和少量黄铁矿（Py6）及辉锑矿。由于流体成分和性质的动荡变化,即使在一个热液阶段的矿物尺度上也可见不同世代黄铁矿和白铁矿的复杂共生关系（如Py3,Py4和Mc3）。与金矿化有关的热液蚀变包括多期次硅化、硫化、绢云母化和稍晚阶段的碳酸盐化,蚀变矿物在空间上无明显的分带。硫化物微量元素组成的LA–ICP–MS微区原位分析结果显示,赋存在三叠纪浊积岩系黑色页岩夹层中的成矿前黄铁矿Py1中含少量Au（平均0.05 ppm）及其他特征微量元素组合（Mn,Co,Ni,Cu,Mo,Bi和Pb）,指示Py1形成于缺氧闭塞的沉积环境,与后期热液活动无关。热液期成矿早阶段不同世代的黄铁矿和白铁矿中均不同程度地富集Au:Py2、Py3和Py4中金的平均值分别为0.09 ppm,0.84 ppm和0.70 ppm;Mc1和Mc2则分别含金0.02 ppm和0.14 ppm。热液期主成矿阶段的中细粒不规则状（热液莓球状、胶状和环带状）、快速结晶形成的黄铁矿和白铁矿集合体则显著富集金和其他相关微量元素（如Ag,As,Sb,Hg,Tl和W）,包括Py5a（27.35 ppm Au）,Py5b（9.71 ppm）和Mc3（5.94 ppm）。该阶段高金硫化物主要产在水力角砾岩B和C的热液胶结物（玉髓、方解石、黄铁矿和白铁矿）中,少量呈细粒浸染状分布在被胶结的角砾内部,而热液期成矿晚阶段Py6和Mc4几乎不含金。利用LA–MC–ICP–MS技术对不同世代硫化物的硫同位素组成进行微区原位分析为硫（和金）的来源提供了重要信息。分析结果表明,热液早阶段不同世代的含金硫化物δ34S值变化范围大,分布在-31.3+22.0‰之间,但平均值集中在-0.8+5.2‰范围内。通过与区域地层及岩浆岩对比表明,热液早阶段硫化物的δ34S值变化范围与区域下伏古生代富含有机质和黄铁矿沉积岩的硫同位素组成一致,指示早阶段成矿流体可能与下伏沉积地层的变质脱挥发分有关。主成矿阶段硫化物具有相对均一、特征的低负δ34S值,均值变化在-9.7-6.0‰之间。结合该阶段硫化物的产出形式及特殊的结晶特征,我们认为在水压致裂过程中由于压力骤减导致的流体氧化是造成该阶段同位素分馏及快速结晶形成富集32S和Au硫化物的主要机制。综合矿区地质特征和不同阶段含金硫化物的结构、微量元素及硫同位素组成特征,作者认为大桥超大型金矿床的形成经历了至少两阶段的金沉淀过程,即成矿早阶段浸染状含金硫化物和成矿主阶段产在水力角砾岩热液胶结物中的富金硫化物。早阶段含金硫化物主要发育在沿三叠系与石炭系不整合界面或三叠系岩性界面发育的高孔隙度构造角砾岩带中;由于低渗透率黑色页岩夹层的覆盖,来自深部的成矿流体与有机质含量较高的构造角砾岩发生强烈的水岩反应（如硅质交代、有机质的还原）导致浸染状含金硫化物的沉淀。由于该阶段成矿流体中的物理化学条件波动较小,金的饱和和沉淀速率较慢,因而形成浸染状低品位矿石。在主成矿阶段,由于深源流体的周期性上升和强烈的围岩蚀变反应（主要为硅化）,逐渐聚集的超压流体最终导致了能干性强的硅化角砾岩发生多期次的水力破裂。在这一过程中,流体压力的快速降低导致了流体的相分离（流体中H2S等挥发分迅速逸出）,从而造成流体的氧化、含金络合物[如Au（HS）2-]的失稳和金的快速、大量沉淀并进入不规则细粒的硫化物晶格之中,从而形成高品位的角砾岩型矿石。在以上详细硫化物期次划分和矿物学研究的基础上,本文首次利用同步辐射X射线荧光显微分析技术（SXRF）和二次离子质谱技术（NanoSIMS）对大桥金矿区不同地质环境（沉积-变质-热液）中复杂的有机质及共生硫化物（主要为黄铁矿,含少量白铁矿）中微量元素富集特征进行了详细的研究,以揭示有机质在不同金成矿阶段中的作用。矿区内有机质的产状及与硫化物的共生组合可分为四类:赋矿围岩黑色页岩夹层中的沉积有机质OM1和黄铁矿莓球状集合体（Py1）;矿石中浸染状OM2和外部包裹（增生）的成矿早阶段细粒黄铁矿和少量白铁矿集合体;矿石中细脉状OM3和共生的主成矿阶段Py5;矿区外围由钻孔揭露的下伏志留纪石墨片岩中的OM4和之前未报道过的变斑晶状黄铁矿（Py7）。SXRF和NanoSIMS元素面扫和定量分析结果显示,三叠纪黑色页岩中富集的Au,As,Co,Pb,Y,Bi,U和PGE等微量元素主要分布在莓球状Py1颗粒间隙中的OM1中,而与莓球状Py1本身的结晶过程无关。对于矿石中浸染状的OM2颗粒,初步的拉曼激光分析显示其结晶度和成熟度均较低,估算其经历的最高温度约为283–355℃,远高于前人获得的矿区成矿流体温度（100–240℃）。由此推测OM2属于原地沉积而非热液成因,可能是OM1在区域绿纤石-阳起石相变质作用过程中形成的。大量的Au及其他与成矿相关的微量元素富集在围绕OM2颗粒边缘生长的早阶段硫化物中,显示OM2很可能作为重要的还原剂导致了流体中Au络合物的失稳及含金硫化物的沉淀。值得注意的是,在热液流体与原地OM2颗粒相互作用过程中,由于OM2边缘热液活化形成的多孔状和大比表面积结构,Au,As,Zn,Hg,Tl和U等微量元素通过物理吸附或形成有机-金属螯合物等方式不同程度地富集在OM2颗粒边缘,而V和Ni等元素则从OM2中释放并进入热液流体中,并最终富集在外部增生的早阶段硫化物中。矿石中局部发育的微细脉状OM3及与其共生的主成矿阶段Py5呈热液胶结物的形式产在硅化角砾岩边缘,显示两者均为热液成因。OM3和Py5脉体主要分布在受热液交代的、具有不规则溶蚀边结构的OM2颗粒附近,推测热液OM3的沉淀很可能与原地的OM2颗粒在热液交代过程中发生的部分溶解相关。由于有机质在偏氧化的热液流体环境中不稳定,因此推测OM2的热液溶解很可能与主成矿阶段由于水力破裂过程中压力的骤减导致的流体氧化有关。热液成因的OM3细脉只含有少量的As和Hg,反映了Au及其他微量元素优先分配进入与OM3密切共生的细粒Py5中。虽然目前还缺乏直接证据,但根据前人的实验结果推测OM2经热液溶解形成的产物如有机酸很可能存在于OM3和Py5沉淀的成矿热液中,并促进了成矿流体中Au等微量元素的络合和局部的迁移。详细的岩相学及矿物学观察表明,OM4形成过程中伴随的大量碳质（CO2和CH4等）变质流体导致已经发生变质重结晶的Py7斑晶被后期热液菱铁矿和铁白云石等含铁碳酸盐矿物热液交代。OM4石墨细脉体的形成与变质过程中赋存在原岩黑色页岩中原地沉淀有机质的热液活化和再迁移过程有关。SXRF分析显示,OM4和Py7中只含有少量的Co,Ni,Cu和Pb等微量元素而亏损Au,As,Hg,Sb和Tl等与成矿相关的元素。Py7中这些元素的亏损很可能与黄铁矿的变质重结晶作用和后期在碳质变质流体中热液交代过程中微量元素的大量释放和再迁移过程相关。综上,对大桥金矿区沉积、变质和成矿环境中复杂的有机质和共生硫化物中微量元素分布特征的研究结果显示,有机质在沉积岩中金的初始富集、下伏变质岩源区金的释放、矿石中含金硫化物的沉淀及局部金等成矿元素的迁移等过程中均起到了重要的作用。这一研究成果为更好地理解赋存在沉积岩中金及其他多金属（如Mn,V,Ni,Mo,U,Zn,Cu和PGE等）矿床复杂的成矿过程提供了新的证据和研究视角。尽管前人对西秦岭造山带内金矿床的成矿时代进行了大量研究,但早期相当多的研究没有给出详细的地质及矿化特征和样品信息,也缺少高精度的分析手段,因此对部分金矿床的成矿时间及构造背景仍不清楚。已有的高精度年代学结果显示,秦岭造山带内的金矿床主要形成于晚三叠-早侏罗世。本文在详细的地质特征及矿物学观察基础上,对大桥矿区出露的少量中酸性岩脉和热液蚀变绢云母开展了系统的锆石LA–ICP–MS U–Pb和高精度40Ar/39Ar年代学研究,以约束大桥金矿床的成矿时代及其与矿区内脉岩的成因联系,揭示大桥金矿床的成矿构造背景。锆石LA–ICP–MS U–Pb定年结果显示,矿区6条花岗闪长岩脉的锆石U–Pb年龄介于215.0±1.1211.5±1.5 Ma（1σ）之间,1条闪长斑岩脉的年龄为187.5±2.1Ma（1σ）,显示这些中酸性岩脉形成于晚三叠至早侏罗世。进一步通过对2种产状的热液绢云母40Ar/39Ar定年来限定成矿年龄:高品位构造角砾岩矿石中与浸染状含金黄铁矿密切共生的绢云母集合体;强蚀变但弱矿化的花岗闪长岩脉中与含金黄铁矿共生的细粒绢云母。40Ar/39Ar定年结果显示,角砾岩中绢云母集合体的40Ar/39Ar坪年龄介于150.7±3.1142.3±2.5 Ma（2σ）之间,蚀变花岗闪长岩脉中绢云母和一个低品位角砾岩矿石中绢云母的40Ar/39Ar坪年龄介于130.8±3.11127.2±0.6 Ma（2σ）之间。基于最新的定年结果认为,大桥金矿床主要形成于晚侏罗至早白垩世,这一年龄明显晚于矿区蚀变花岗闪长岩（215–212 Ma）和闪长玢岩脉岩（188 Ma）的侵入,表明金矿化与空间上密切相关的晚三叠至早侏罗世中酸性岩脉无成因关系。大桥金矿的形成至少与两期热液活动相关,多期热液活动与矿区发育的多期水力破裂作用相吻合。对区域成岩成矿年代学资料的统计分析发现,西秦岭造山带明显缺少185–150 Ma的岩浆及金成矿事件,指示该造山带与碰撞造山相关的变质变形作用可能在早侏罗世已经结束。大桥金矿床可能与东秦岭地区乃至亚洲东北部发育的大规模晚侏罗-早白垩纪金多金属矿床可能是同一区域成矿作用的产物,这些金矿床的形成可能与古太平洋板块俯冲的远程效应及晚中生代滨太平洋构造体系的构造体制转换有关。通过大桥金矿床与世界上其他典型的赋存在沉积岩中金矿床的地质及矿化特征进行详细的对比,认为大桥金矿床的成矿物质和流体均来源于深部富含黄铁矿和有机质地层的变质脱挥发作用,矿床成因类型属于浅成造山型金矿床,而非前人认为的“类卡林型”。西秦岭造山带南成矿带和北成矿带赋存在不同变质程度沉积岩中的造山型金矿床地质和矿化特征的差异性与其形成深度和所处的构造应力体制密切相关,也可能同时反映了南、北成矿带构造隆升和剥蚀程度的差异。在大桥金矿成矿过程中,不同地质环境中的不同类型有机质除了可以改变局部成矿流体的物理化学条件（如氧化还原条件和pH等）,还可以通过物理吸附或化学还原作用导致金的富集,通过形成络合物或螯合物等方式促进微量元素在热液流体中进行迁移等。基于本文的研究,提出西秦岭地区今后金矿床的找矿勘查工作要重视晚侏罗-早白垩世金矿化事件。在区域深大断裂发育地带,由于深部变质地层释放的金和流体能有效向上运移,因此上部三叠系和泥盆系中的有利构造部位是找矿的远景地段。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 吴亚飞
导师: 李建威
关键词: 微量元素,硫同位素,有机质,定年,绢云母,大桥金矿床,西秦岭造山带
来源: 中国地质大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑
专业: 地质学,矿业工程
单位: 中国地质大学
基金: the National Natural Science Foundation of China (41772081,41072057,and 41325007),the GPMR State Key Laboratory (grant MSFGPMR03),the Fundamental Research Funds for the Central Universities,China University of Geosciences in Wuhan (CUGCJ1711),the China Geological Survey (grant 1212011120570),National Demonstration Center for Experimental Mineral Exploration Education at China University of Geosciences (Wuhan),Australian Science and Industry Endowment Fund (SIEF)
分类号: P618.51
DOI: 10.27492/d.cnki.gzdzu.2019.000217
总页数: 212
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