万全寺银金矿的成矿作用

幔枝构造对矿集区矿化分带的控制~

从成矿作用分区来说，幔枝构造核部变质-岩浆杂岩区、过渡带拆离滑脱区和外围盖层，分别控制着金矿成矿区、银矿成矿区和铅锌矿成矿区。但是，这只是成矿作用在空间展布的一种分带现象。实际上，从成矿作用本身来讲，它们是有一定成生联系的整体，是一个成矿系列。张宣幔枝构造区是河北省重要的成矿集中区，并被形象地称作“金三角，银镶边”，对区域前期地质找矿起到了一定的指导作用，取得了较好的找矿效果。
“金三角，银镶边”的总结是基于张宣地区矿床的平面展布，也就是说金矿主要分布于崇礼-赤城-宣化三县所包括的变质-岩浆分布区，外围中晚元古代盖层及中生代盖层中则主要为银多金属矿床分布区。
从幔枝构造成矿控矿作用研究，有3个前提因素值得非常重视:
一是幔枝构造的空间形态一般呈蘑菇状，其形成动力学机制是因为中生代大规模的岩浆活动，特别是中酸性岩浆活动，导致区域岩石-地层密度倒转，使岩浆-变质杂岩一起发生大规模隆升，外围盖层则大幅度拆离滑脱，以至于岩浆-变质杂岩呈揭顶式裸露，上部盖层拆离到远离中心的外围地区，从而构成典型的幔枝构造(图6-5)。

图6-5 张宣幔枝构造区成矿模式图

在剖面上，幔枝构造具有蘑菇状顶冠，从地表往下，岩浆-变质杂岩的核部会逐渐变大，从核部向外盖层逐渐加厚，或者说，在外围一定范围内的盖层是逐渐加厚的。那么，从温度、压力等物理-化学条件讲，在幔枝构造外一定范围盖层之下不深的距离内就是岩浆-变质核部杂岩，而仍然是含金矿层位。然而在幔枝构造外围的剖面上从上往下具有Pb、Zn→Ag→Au的成矿分带，因为从成矿作用本身来讲，从下往上是Au→Ag→Pb、Zn沉淀结晶。
因此，不同的矿种有一个温度分区，例如Cu、Au、Ag、Pb、Zn矿种的温度均有从中高温向中低温过渡状态。成矿空间上，金铜矿往往展布在中心地区，银矿在外围，而铅锌矿更往外展布。同样在空间上，也是从下往上也为铜、金、银、铅、锌依次展布。
二是幔枝构造的理论认为，并且多次论述成矿物质来自深源，甚至来自核-幔界面，通过地幔热柱多级演化，从地幔热柱→亚热柱→幔枝构造→主要构造扩容带→矿田→矿床→矿体(脉)。
三是金银多金属矿床的成矿作用以含矿流体灌入为主，围岩萃取为辅。而且矿液的析出沉淀受着温度、压力等成矿物理-化学条件的控制，具有从下往上温度-压力从高往低运移的特点。如果从成矿作用来说，就是从高温到低温的演化顺序。
因此，今后的找矿方向远不是局限于金三角范围，在外围铅锌矿分布区之下一定范围，铅锌矿之下会有银矿，银矿之下会有金矿，这种成矿模式不仅从理论上已经证实，而且在中山沟金矿、万全寺银金矿、彭家沟银矿，甚至蔡家营铅锌矿等都得到了验证。特别是国家已经明确提出开展深部(内生金属矿床指500～1500m)找矿，深部找矿则潜力更加远大。

云开地区贵金属矿床类型丰富。已发现的类型包括变质岩型、石英脉型、夕卡岩型等。其中最具有工业价值的类型有两类：一类是蚀变韧性剪切带型金矿床，以河台金矿床为典型代表，以金为特色。另一类是蚀变破碎岩型银金矿床，以本文讨论的庞西垌、金山银金矿床为代表。它以银为主，在云开地区总体以金为主的贵金属矿化集中区中鲜明突出。
从空间分布看，庞西垌-金山银金矿床也具有鲜明的特点。庞西垌-金山矿床分布于云开地区西侧围限大断裂-博白大断裂西南端东侧的次级断裂带中。而河台金矿床分布于云开地体东侧围限大断裂吴川-四会断裂东北端西侧的断裂带中。二者呈特殊对影关系。
庞西垌-金山银金矿床和河台金矿床在云开地区贵金属矿床中很具代表性。它们的形成机理非常相似。庞西垌-金山银金矿床的形成经历了前寒武纪—寒武纪矿源层的生成、加里东期区域变质作用元素的重新分配，最后在燕山期，发生断裂变形作用，伴随岩浆活动和热液蚀变作用。
对于河台金矿床，通过研究发现（周永章，1993；王鹤年等，1991），矿床的形成过程同样经历了前寒武纪矿源层的生成、加里东期区域变质作用和中生代断裂变形作用、岩浆活动和热液蚀变作用。矿床的定位与热液围岩蚀变作用具有密切的关系。庞西垌-金山银金矿床是云开地区贵金属成矿作用的重要组成部分。

(一)成矿地质背景

万全寺银金矿区位于张宣幔枝构造东侧，赤城-平泉深切断裂的北侧，乌龙沟-上黄旗深断裂的西侧。主要赋存在侏罗系上统白旗组二段的安山岩和粗安岩中。矿区以脆性断裂构造形式为主，为赤诚-平泉断裂的次级派生构造。根据断裂构造的走向可分为 4 组:即 NW 向、NNE 向、近 SN 和 NE 向。这些断裂穿切了白旗组地层，也切穿了燕山期闪长岩体，因此其形成应为燕山期及其之后。

矿区岩浆活动比较强烈，岩浆岩分布广泛。岩浆活动以中性-亚碱性喷溢和浅成、超浅成侵入活动为主，前者形成了大面积分布的火山岩，后者则以闪长岩岩株形式产出，还有闪长玢岩、正长斑岩成脉状产出。闪长玢岩和正长斑岩岩脉多呈北北西向产出，往往成为后期矿化的有利部位。根据矿区地质特征，并结合区域构造演化，可探讨该区的地质演化特征(图 3-18)。

图 3-18 万全寺银金矿地质略图

(二)矿床地质特征

1.矿体规模、形态、产状

矿体主要赋存于侏罗系上统二段的安山岩、粗安岩及燕山期闪长岩中。矿区火山碎屑岩呈顶垂体产出。全区已发现矿带38条，具工业意义的主要是Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅷ、Ⅹ、Ⅻ、ⅩⅢ、ⅩⅤ等8条脉带，在深部还有新的发现(如746中段14号脉)。矿体的形态和产状严格受北西向或北东向构造控制，大多数矿体呈脉状、小扁豆状和透镜状。矿体在水平上和垂向均有明显的分支、复合、尖灭、再现现象。矿体倾向北东、东、南东东，倾角多为75°～85°。矿体规模较小，走向延伸一般为100～300m，但延深大于延长(如Ⅴ-1矿体)。Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ号矿脉为本区的主矿体，平均厚度分别为1.64m、1.59m和1.89m。最厚可达5.1m。

2.矿石组构特征

矿石结构主要有粒状结构、包含结构、乳滴状结构、填充结构和交代结构;矿石构造主要有浸染状构造、角砾状构造、蜂窝状构造和细脉状构造。

矿石中主要金属矿物为自然银、辉银矿［β-Ag₂S］、螺旋硫银矿［α-Ag₂S］、银金矿、黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、黝铜矿、辉铜矿、菱铁矿、硬锰矿、软锰矿等。脉石矿物主要有石英、钾长石、斜长石、方解石、角闪石、绿泥石等。矿石中金属矿物颗粒较细，其中，黄铁矿晶形多数较完好，但在自然银产出的矿脉中往往为他形。

矿石中银主要以辉银矿、螺状硫银矿和银金矿产出。少量自然银呈独立矿物存在于金属硫化物或石英-硫化物孔洞中。银矿物主要呈不规则粒状，少量呈发丝状特征明显(图3-19)，粒度为0.01～2mm。银的主要载体矿物为方铅矿、闪锌矿和黝铜矿。辉银矿以不规则粒状为主，粒度多在0.037mm以下。辉银矿主要嵌生于脉石矿物和硫化物矿物粒间或裂隙中。

图 3-19 银金矿、发丝自然银

金属矿物中，黄铁矿是矿石中最多见的金属矿物，多呈自形-半自形粒状、立方体颗粒，粒度在0.4～0.01mm，是金的主要载体矿物;方铅矿是银的主要载体矿物860×10^-6～4500×10^-6;闪锌矿中含微量银和金。

矿石结构以粒状、包含状、乳滴状、填隙状和交代状为主;矿石构造以浸染状、角砾状细脉状为主，氧化矿石以蜂窝状为主。

多金属矿化具有多期次贯入的特点，相互关系比较明显，表现为黄铜矿沿黄铁矿边界贯入并包裹黄铁矿;闪锌矿冲碎并交代黄铜矿，在闪锌矿中有黄铜矿交代A留;闪锌矿冲碎黄铁矿并在黄铁矿中成穿孔;方铅矿取代闪锌矿并在闪锌矿中成穿孔;方铅矿取代黄铜矿并在黄铜矿中有穿孔。多金属矿物形成顺序为:黄铁矿→黄铜矿→闪锌矿→方铅矿。

3.蚀变矿化特征

围岩蚀变矿物组合主要有硅化、黄铁矿化、碳酸盐化、叶腊石化、泥化、绢云母-水云母化、青盤岩化等。空间分布可分为线形和面型两类，线形蚀变明显受北西向、近南北向和北东东向断裂裂隙控制，与银金矿化关系密切，蚀变带内常赋存矿体或矿化体，矿化的强弱与硅化和黄铁矿化强度成正比;面型蚀变呈北西向大面积分布于古路沟与东沟之间，多与岩石微裂隙密集分布有关。面型蚀变与矿化的关系尚不明确。

4.成矿时限

矿区出露的地层主要是侏罗系中统后城组火山碎屑岩和上统白旗组中性熔岩及火山碎屑岩，燕山晚期闪长岩侵入之后，呈顶垂体产出。银金矿脉同时穿切闪长岩和侏罗纪地层，说明成矿时间应晚于闪长岩和侏罗纪地层。因此，从矿床产出的空间位置可大致确定其成矿时限应为燕山晚期。

测定粗粒和细粒闪长岩K-Ar法年龄分别为101.82Ma和133.33Ma，并对比冀西北地区主要金、银多金属矿床的成矿同位素年龄值，可见万全寺银金矿产出时限与冀西北众多金、银矿床相近，均为燕山期产物。也反映了在燕山期冀西北确实存在一次重大的金、银多金属成矿活动。但相对来说，冀西北地区金矿形成时间稍早些，银及银多金属矿略晚些。

(三)成矿物质来源

1.硫同位素

通过18件黄铁矿、闪锌矿、方铅矿三种硫化物的硫同位素测试结果(表3-20)可知，本矿床δ³⁴S变化范围为-0.44～7.2，平均2.64。分别统计三种矿物硫同位素平均值，本矿床硫同位素具有δ³⁴S_黄铁矿＞δ³⁴S_闪锌矿＞δ³⁴S_方铅矿变化规律，即平均值从大到小排列为黄铁矿(5.14)＞闪锌矿(2.83)＞方铅矿(-2.08)。说明区内硫同位素基本已达到平衡，可以代表成矿流体的硫来源。储雪蕾(1994)对密云、什刹海地区地表水中³⁴S值监测表明，北京地区地表水的硫在6～10。两者相差甚远。据此可以认为矿床硫同位素变化范围窄，硫同位素组成以重硫型为主，接近陨石硫同位素组成，说明本矿床中的硫位素是来自未发生明显同位素分馏效应的原生硫，反映其成矿物质具有深源性，部分可能来自围岩。

2.铅同位素特征

采集万全寺银金矿床黄铁矿和方铅矿进行铅同位素测定(表3-21)，从表3-21中可以看出，万全寺银金矿床矿石铅同位素组成变化很小，样品的值较为集中，具有含正常铅特征。其²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb为16.127～16.528，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb为15.075～15.310，²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb为36.631～36.807。将铅同位素数据投点于B.R.Doe铅构造²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb-²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb图解中(图3-20)，投影点均位于地幔与下地壳铅演化线之间，表明万全寺银金矿床铅同位素具有相同的特征，即铅应主要由地球深部供给。

表 3-20 万全寺银金矿硫同位素特征

注:①华北有色 519 大队，万全寺外围 2000 年预查找矿报告，2000。

图 3-20 万全寺银金矿床铅同位素组成(据 Doe 等，1981)

表 3-21 万全寺银金矿铅同位素特征

3.氢、氧、碳同位素特征

本区矿脉δ¹⁸O为12.80～13.80，平均值为13.30(表3-22)。据脉石英的δ¹⁸O和石英包裹体的均一温度，利用石英-水分馏方程式，计算与石英平衡时成矿介质的δ¹⁸O_H2O值。计算结果表明:成矿流体的δ¹⁸O_H2O为0.77～4.36，平均为-2.57，变化范围较窄，并与标准岩浆水接近。矿石石英的δD_H2O为-106～-113，平均为109.5，投点于δD-δ¹⁸O_H2O变异图中，均落在岩浆水范围的左下部，而远离雨水线，反映了含矿流体的岩浆成因，但确有天水的混合。1件石英样品中流体包裹体CO₂的δ¹³C_PDB值为-3.9，与初生碳值接近。

表 3-22 万全寺银金矿床碳、氧、氢同位素测试结果

Molini-Velsko等(1986)认为陨石全岩的δ³⁰Si值的变化范围为-1.8～0.3，平均为-0.5。丁悌平等(1994)对中国及北美花岗岩进行了硅同位素分析认为，其δ³⁰Si值的变化范围为-0.4～0.4，峰值为-0.1，平均值为-0.12。本区燕山期花岗岩的δ³⁰Si为-0.3，本矿区银金矿石石英δ³⁰Si为-0.1～-0.2，平均-1.5。两者δ³⁰Si值非常接近，表明该区燕山期岩浆活动确实对成矿提供了一定数量的硅。

4.稀土元素地球化学

对矿区闪长岩及主要矿脉黄铁矿11件样品进行了稀土元素测试。其中粗安岩样品1件、安山岩1件、闪长岩3件、矿石样3件和黄铁矿样3件。研究结果表明:

矿区粗安岩∑REE为213.63×10^-6，安山岩为225.90×10^-6，闪长岩的变化范围为152.41×10^-6～162.11×10^-6，平均为156.89×10^-6;矿石样品中∑REE为114.30×10^-6～164.95×10^-6，平均为134.95×10^-6;矿石中黄铁矿∑REE为138.37×10^-6～191.38×10^-6，平均为161.22×10^～6。闪长岩总稀土含量与矿石中黄铁矿总稀土含量十分接近，暗示成矿作用与本区岩浆活动的关系十分密切。而与粗安岩及安山岩相差甚远，且二者在矿区仅以闪长岩的顶垂体产出，与成矿作用无直接的渊源关系。矿石是矿物的集合体，由多种矿物组成，可能发生稀土元素的迁移而含量降低。地层、岩浆岩、矿石及单矿物中轻稀土元素含量均大于重稀土元素，属于轻稀土富集型，反映其属上地幔岩部分熔融成因，其主要形成于岩浆演化的晚期富集特征。

本区粗安岩δEu为0.93，安山岩为0.95，闪长岩为0.96～1.01，平均0.97，均为弱负铕异常型，但无明显铕亏损;矿石和黄铁矿中δEu为0.9～1.16，平均为1.03，属弱正铕异常型，但无明显铕富集。δCe变化范围为0.92～0.99，属弱负铈异常型。由于铕在还原条件下呈Eu²⁺状态与其他3价稀土元素分离，而铈在还原条件下呈Ce³⁺状态，只有在氧化条件下才呈Ce⁴⁺状态与其他稀土元素分离。因此，矿石和黄铁矿的稀土元素具铕正异常、而铈无明显异常表明金矿成矿物理化学条件为还原环境，这与矿石中大量发育黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等硫化物一致。

将粗安岩、安山岩、闪长岩、矿石和黄铁矿中稀土元素的测试结果经球粒陨石标准化后投点于稀土配分模式图(图 3-21)中可以看出，矿区样品的稀土元素特征具有一些相似的特点，均为向右倾斜的平滑曲线，属轻稀土元素富集型。在(La/Yb)N-δEu 变异图解中(图 3-22)，粗安岩、安山岩、闪长岩、矿石和黄铁矿投点均落入壳幔型区域，表明稀土元素给出了岩浆起源的某些信息。

图 3-21 万全寺银金矿稀土元素配分模式图

图 3-22(La/Yb)N-δEu 变异图

5.氦、氩同位素特征

本次测试了3件硫化物样品(表3-23)，其³He/⁴He含量范围为1.47×10^-6～3.68×10^-6，平均2.70×10^-6。将黄铁矿中的³He/⁴He与空气的³He/⁴He(Ra:空气³He/⁴He=1.39×10^-6)相比，其值域为1.06～2.65Ra，平均为1.95Ra。利用简单的二元混合模式，依据³He/⁴He的比值推算成矿流体中地幔流体参与成矿作用的比例为13.2%～33.33%，平均为24.41%。

表 3-23 万全寺金银矿床氦同位素特征

注:*为黄铁矿中的³He/⁴He与空气³He/⁴He(Ra:空气³He/⁴He=1.39×10^～6)的比值。

该矿床的氩同位素分析结果见表3-24，⁴⁰Ar/³⁶Ar为300～386，⁴⁰Ar/³⁸Ar为1601～2074，³⁶Ar/³⁸Ar为5.32～5.37，⁴⁰Ar=6.25×10^-7～33.83×10^-7cm³STP/g，⁴He/⁴⁰Ar为0.19～2.61，平均值为0.4。与Schwartzman(1973)估算现今地幔的⁴He/⁴⁰Ar在1.36～2.23之间相近。根据氦、氩同位素特征，表明有来自地球深部气体组分的加入。

表 3-24 万全寺银金矿床氩气体特征

图 3-23 万全寺银金矿石英包裹体均一温度直方图

6.包裹体特征

万全寺银金矿床内保存于石英中的包裹体均一温度为 120～410 ℃，峰值主要集中于150～250 ℃ 区域(图 3-23)，平均 236.71 ℃ 。该矿床成矿温度可确定为中温热液。冰点变化范围较窄，在-1.0～-0.7 ℃ 之间皆有分布，主要集中于-1～-5 ℃ ， 平均-3.97 ℃ 。 对应 的 盐 度 为1.23%～58.41% ，主要 集 中于 1.0%～10.0% ，平均为 8.76%。说明成矿溶液盐度变化应属中等水平。

综上所述，本区金应主要来自地核，地幔热柱多级演化是金向上迁移的主要动力，而中生代大规模花岗质岩浆活动及大规模的碱化作用是金向上迁移的主要载体。在地球深部超高温、高压环境下，金银及其硫化物只能以气相状态存在并随地幔热柱多级演化不断向上迁移，在岩浆冷凝演化过程中向成矿热流体中集中，并沿 NW 向、近 SN 断裂带贯入，在适当的空间和物化条件下卸载成矿。

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