浅成低温金矿特点综述

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浅成低温热液型金矿床研究现状~

虽然很早就提出了浅成低温热液型金矿床的概念,但实际上多习惯将其归并到火山岩型金矿中,浅成低温热液型金矿床真正引起人们的重视始于 20 世纪 80 年代在环太平洋带发现了一批大型、特大型浅成低温热液型金矿床,从而打破了以往人们普遍认为火山岩型金矿多是无关紧要的小型矿床的观念。目前环太平洋带已是世界上重要的火山岩型含金构造带,从日本到新西兰北岛的西太平洋岛弧形成一个大金矿带,已发现大于 100t 的特大型金矿床 15 个,大型金矿床 35 个,这些矿床位于俯冲带上的新近纪—第四纪岛弧构造带上,受大陆边缘火山岩带或岛弧火山岩系控制,而太平洋东岸也有许多大型火山岩型金矿,受大陆边缘火山岩带控制,其中不乏浅成低温热液型金矿床。这类矿床的控矿构造为大的区域性断裂、火山盆地和破火山口,一般与古代和现代地热系统———热液系统关系密切,表现为硅华、泉华、硫华发育,H2S,CO2气体发育,在矿床附近往往形成大面积的硅化,是重要的找矿标志。我国东部中、新生代火山岩发育,具有形成浅成低温热液型金矿床的地质条件,在其中确定出了若干浅成低温热液型金矿床。随着在不同地域浅成低温热液型金矿床不断被发现,逐渐认识到该类型矿床不仅仅发育在环太平洋构造带,在我国西北、东北均有产出,使浅成低温热液型金矿床找矿范围不断扩大,随之对浅成低温热液型金矿床的研究程度也不断深入。
浅成热液型矿床可以产于不同类型的火山构造环境中,根据其形成条件、特征矿物以及金属元素组合,可进一步分为低硫型和高硫型两大类或冰长石-绢云母型和明矾石-高岭石型,这种分类方案和认识目前已经得到了普遍应用。过去的 20 年间,在中国东部 ( 泛太平洋构造成矿域) 、阿尔泰-天山 ( 中亚构造成矿域) 以及中国东北 ( 兴蒙构造成矿域)已经发现和评价了许多浅成低温热液型金矿,其中大多数为低硫型,只有个别为高硫型,例如福建紫金山金矿和台湾金瓜石金矿两个大型矿床 ( 毛景文等,2003) 。随着勘探程度的提高,近几年不断有新的浅成热液型金矿被发现,与此同时,随着对已有矿床成因研究程度的深入,也不断厘定出一些浅成热液型金矿床,到目前为止仍有一部分浅成热液型金矿床混杂于火山热液型矿床中而没有被识别,由此产生如何进行全国乃至世界范围不同层次浅成热液型金矿床成矿区划的问题。虽然在世界范围提出了环太平洋构造成矿域、中亚构造成矿域和地中海-喜马拉雅成矿域,在全国范围提出了新疆阿勒泰成矿带、东南沿海成矿带和东北成矿带,但其划分更多的是依据浅成热液型金矿床的空间分布,对成矿背景和控矿地质条件等内在成因联系缺少系统性研究。在成矿区划的层次方面很少考虑到次一级浅成热液型金矿床类型,如低硫型 ( 冰长石-绢云母型) 和高硫型 ( 明矾石-高岭石型)之间的联系。
浅成热液型金矿床形成于什么样的大地构造环境,具有什么样的地球动力学演化历史,其成矿过程如何,已经成为当今争论比较多的问题。从目前的研究现状来看,浅成热液金矿床可以形成于多种不同的构造环境中。从目前有关报道看,浅成热液型金矿床主要形成于活动大陆边缘或火山岛弧、碰撞造山带、地幔柱和大陆伸展构造等环境,关于碰撞造山带地区浅成低温热液型矿床的成因,则有不同的解释,由于碰撞造山带可能包括古老的活动大陆边缘或岛弧,一些学者认为浅成低温热液型矿床与碰撞前岩浆弧区的火山、次火山活动有关,成矿作用发生在碰撞前 ( Kerrich et al. ,2000; Sillitoe,1989) ; 大部分学者主张碰撞期岩浆活动,尤其是碰撞晚期的岩浆活动,也能形成重要的浅成低温热液型矿床 ( 陈衍景,2000; 鲍景新,2001) ,如东天山的石英滩金矿和西天山的艾肯达坂铜银矿床。毛景文等 ( 2003) 在总结了中国东部浅成热液型金矿床后,认为虽然这些矿床的形成位置和时代有很大差异,但都是发育于大陆造山带由早期构造挤压向晚期伸展的转折构造环境中,尤其是中晚期伸展的构造环境。
由于构造环境的不同,浅成热液型金矿床可以有多种成矿动力学模式,但就全球范围而言,浅成低温热液型矿床的成矿动力学模式主要有三种: ①环太平洋岛弧、弧后及大陆边缘成矿模式; ②陆-陆拼贴造山作用以及后续的岩石圈拆沉成矿模式; ③地幔热柱或深断裂系统的成矿模式。第一种模式强调大洋板块俯冲引起的板片部分熔融或地幔楔部分熔融的岩浆提供热动源和含矿流体,第二种模式认为成矿与上地幔或下地壳的部分熔融或深熔作用形成的岩浆有关; 而第三种模式将成矿原因多归结为以 CO2为主的流体交代地幔以及由此产生的碱性岩浆作用。上述成矿动力学模式的建立,在一定程度上揭示了不同构造环境下的大型、超大型浅成低温热液型金矿床的成因。
虽然浅成热液型金矿床可以形成于不同时代,但已发现的浅成热液型金矿床的成矿时代大部分是中生代白垩纪,特别是新生代以来形成的,绝大多数该类矿床发现于年轻的岛弧或陆弧环境,尤其以环太平洋构造带最为集中,成矿系统被认为与岩浆弧区的火山-次火山活动有关。其次,晚古生代以后的年轻碰撞造山带中,如中亚造山带也发现了一些浅成低温热液型矿床。关于浅成低温热液型金矿床的成矿时代,目前还没有发现前寒武纪成矿的报道,形成于元古宙和早古生代的也比较少,大多数出现在中生代和新生代,矿床集中形成于晚侏罗世和早白垩世及晚白垩世,反映为地壳演化晚期的一种成矿类型。对于中国浅成热液型金矿床的成矿时代,毛景文等 ( 2003) 在总结了大量成矿同位素年龄的基础上,提出成矿年龄分布在 180 ~ 188Ma,135 ~ 144Ma,127 ~ 115Ma 和 94 ~ 105Ma 四个区间,前三组年龄分别响应于中生代华北板块与扬子克拉通的造山碰撞后陆内造山的伸展过程、构造体制大转折以及岩石圈大减薄,后一组为华南地区岩石圈再一次强烈伸展期间的产物。祁进平等 ( 2005) 认为中国东北大规模成岩成矿时间为 130Ma 左右,构造环境是古亚洲洋闭合后陆陆碰撞过程的挤压—伸展转变体制。

浅成低温热液成矿理论自Lindgren(1922)提出以后,经历了数十年,不断完善、丰富和发展。随着人们对于该类矿床特征认识的不断深化,矿床成因模式也在不断更新。其中的一些模式已为大多数地质学者所接受。
目前,环太平洋带中浅成低温热液金矿成矿模式研究水平较高,是一个比较成功的浅成低温金矿床模式区。该区金矿成矿模式可以概括为:矿床所处的古构造环境为中、新生代活动大陆边缘和岛弧带;矿床形成于近地表浅部(一般小于1500 m);矿床产于陆相中酸性火山岩、次火山岩分布区,受火山机构控制;成矿物质来自火山岩、次火山岩及基底岩石;成矿流体主要为大气降水;成矿温度(一般为100~300℃)、成矿压力(一般为n×105Pa)、盐度(一般小于3%)均较低;强调火山岩地区地热系统,不强调火山-岩浆本身的热液系统。
几十年来,许多研究者在研究过程中提出了该类型矿床的成矿模式,多数模式是基于近代成矿理论的理念,综合考虑了浅成低温金矿的产出环境、地质特点等要素。其中,比较有代表性、影响较大的成矿模式包括:1981年,L.J.布坎南在综合了北美南部60个产在火山岩中的脉状金银矿床的地质资料后,建立了“综合性浅成火山热液金银矿床成矿模式”的理想剖面图。该模式展示了典型浅成低温矿床的垂直和水平矿物分带、矿物的沉积条件和金属矿物的分布,并在横向上和垂向上对于矿化和蚀变作用特征进行了总结,是较有影响的一种成矿模式;1982年,美国学者贾尔斯和内尔逊研究了地热体系中低温热液金矿的特点,提出了浅部以角砾岩为容矿岩石的热泉金矿和浸染状金矿化模式,该模式展示了一个与深度有关的浅成热液矿床序列:近地表热泉矿床、浸染交代矿床和较深部位的富矿囊系统。该模式很好地反映了热泉金矿的沉积环境、矿化分带和矿床成因等;R.H.西利托(1979,1984),以环太平洋带找矿和研究成果为基础,在地热系统中低温热液金矿和斑岩型铜(钼)矿床中的金银矿床分别建立了两类矿床的成矿模式;D.P.考克斯(1982)在综合了西利托等人的资料基础上,提出了斑岩铜-金矿床的描述性模式;R.H.西利托(1989)、Hedenquist(1994)等许多学者在分析了不同类型的金银矿化后,还发现,许多成矿区(如菲律宾的碧瑶地区)金银矿化类型和斑岩型铜(钼)矿床同时出现,且存在着密切的成因联系。进一步研究的结果,认为其实可能是同一热液成矿体系“垂向分带”演化过程不同阶段的结果,将二者视作一个成矿体系,归入到同一个成矿模式中,建立了斑岩-浅成低温系统铜-金矿化类型模式。
最近我国紫金山斑岩型铜矿外围浅成热液金矿的发现,也证明了这种“上金下铜”成矿模式的可取之处。这样,就为在斑岩系统中寻找大型浅成金银矿床和在浅成低温金矿系统中寻找斑岩型铜金矿床提供了依据,指明了方向。
笔者认为,L.J.布坎南(1981)模式是当前较好的浅成低温热液金矿床的描述性成矿模式(图5-10):金成矿作用发生于地热系统(即活动着的低温热液系统)范围之内,地热系统深部存在一个热源,它通常构成该系统的驱动力。其上有一储集层,由破裂的、可渗透的岩石组成,产生的地热流体可在其中循环。当流体达到地表时,会产生较大的侧流分量,当局部条件阻碍其到达地表时,则该系统便属潜伏的成矿系统。
国内外资料表明,浅成低温热液金矿床形成的基本条件包括:①成矿系统深部存在一个侵入体,这个侵入体与成矿部位之间可以不直接连通(冰长石 绢云母型属于此种情况),它的作用是为以地下水为主的流体循环提供热源;②有大量成矿流体和成矿物质来源;③存在有利于地下水循环的断裂破碎带。浅成低温热液金矿床成矿流体中的水主要是大气降水成因的循环地下水,少量为深部侵入体释放的岩浆水;成矿流体中主要金属成矿元素为Au、Ag、Cu、Pb、Zn,一是来自深部侵入体释放的岩浆流体;二是来自循环到深部的地下水与源区岩石发生水 岩反应,将源区岩石中的金属成矿元素萃取出来。成矿的基本过程:成矿流体(主要是大气降水来源的地下水)在深部被加热并萃取成矿元素,然后沿断裂带向上运动,在地壳浅部(一般小于1.5 km)的环境中沉淀矿物质而形成金矿床。

图5-10 浅成低温热液金银矿床成矿模式理想剖面图

以阿希金矿为代表的西天山晚古生代火山岩区金矿的发现及其研究成果,具有重要的意义。阿希等金矿,其成因类型属浅成低温热液系统金矿,具备了同类型金矿的普遍特征。但同时,又在成矿地质背景、成矿地质时代、成矿作用特征以及矿床地质特点等方面,具有其特殊性和差异性(表5-7)。在浅成低温成矿理论和区域成矿学研究上,是补充和完善。

1.浅成低温热液金矿床的全球成矿区带和成矿时代

经典浅成低温热液金矿床时空分布上特征明显。空间分布上,在全球范围内主要分布于环太平洋带、地中海-喜马拉雅带和蒙古-鄂霍茨克带。其中已发现大型和超大型金矿床主要分布于环太平洋带;成矿时代上,绝大部分集中在中、新生代,有些现代地热系统目前正在发生金矿成矿作用。因此,基于环太平洋带研究的传统概念,普遍认为浅成低温热液金矿床是在新生代形成,时间下限可以是中生代火山活动产物。

浅成低温热液金矿床成矿时代集中偏新的原因主要可能是矿床形成深度较浅,而且主要形成于隆起区,因而形成时间较早的矿床容易被剥蚀和改造,而难以保存下来。但在一定的条件下,晚古生代浅成低温热液金矿床也可能被保存下来。阿希和伊尔曼得金矿床就是被保存下来的晚古生代中期(杜内—韦宪早期)浅成低温热液系统金矿床。

阿希等金矿的发现,使得浅成低温金矿在区域成矿和找矿方向上取得了进展,即分布空间上不限于环太平洋带、地中海-喜马拉雅带和蒙古-鄂霍茨克带3个经典地区,而进入欧亚大陆内部中亚-天水造山带;成矿时限也跨过中、新生代,进入更古老的古生代。

2.浅成低温热液系统金矿床大地构造背景、控矿构造

全球范围内,浅成低温热液金矿床主要形成于板块俯冲带上盘大陆边缘活动带(或岛弧带)(如巴布亚 新几内亚拉多拉姆金矿床、日本菱刈金矿床、菲律宾碧瑶地区金矿床)和古老结晶基底之上的中生代上叠火山盆地或火山岩带内(如团结沟、二道沟、紫金山等金矿床)。笔者研究过程中,提出了西天山北段吐拉苏火山岩带中产出的阿希和伊尔曼得金矿床,形成于以造山带为基底的晚古生代中期(早石炭世)拉张构造环境的观点。因此,我们认为,浅成低温热液系统金矿床不仅形成于与板块俯冲作用有关的挤压为主的构造环境,也可以生成于与裂谷作用相关的拉张为主的构造环境,其成矿构造背景是多类型的。

表5-7 西天山北段吐拉苏地区金矿床与世界典型的浅成低温热液系统金矿床特征对比

续表

构造条件是浅成低温金矿成矿的重要条件。矿床的容矿构造可以是各种类型的正向和负向火山机构,并受区域性质的断裂带和火山机构断裂系统的控制。岛弧带矿床主要分布在破火山口内,较少产在线型背斜构造和火山穹窿中;陆内火山岩带矿床形成于构造倾伏的破火山口地段;陆缘火山带矿床可出现在各种正向和负向火山机构内。含矿火山机构几乎总是分布在两组以上区域断裂弯曲和交会部位。矿体产在这些断裂带以及羽状断裂、放射性、环状断裂内。在浅成低温成矿体系的火山机构中,这些断裂构造起了双重作用。断裂下部为导矿通道,同时作为火山机构和其周边矿化的控矿构造。断裂系统上部为容矿构造,是金银矿体、矿化体的主要赋存空间。

浅成低温热液金矿床形成于一系列火山环境中,金矿床与破火山口的关系密切,在很多情况下,区域性深断裂与破火山口环状断裂的交会部位是重要的控矿构造,如日本菱刈金矿、菲律宾碧瑶金矿和巴布亚-新几内亚拉多拉姆金矿等。阿希金矿床产于古火山机构边界的环形断裂带中。吐拉苏地区火山喷发晚期与之有关的火山断裂构造(环形断裂、放射状断裂)的形成及多次活动,为次火山岩的侵入及期后含矿热液的运移沉淀提供了有利空间。

3.浅成低温热液金矿床成矿特征

(1)浅成低温热液金矿床的围岩主要为陆相中酸性火山岩,大部分金矿床产于火山活动中心(破火山口)附近,以发育粗火山碎屑岩和熔结凝灰岩为特征,少数产于远离火山口的火山岩中,有些产于沉积变质基底(日本菱刈)和前震旦纪变质基底(我国浙江省冶领头金矿)。阿希(冰长石 绢云母型)金矿床围岩主要为陆相中酸性火山岩,矿化体附近常见有粗—巨粒火山爆发 堆积相岩石(即集块岩、集块角砾岩和凝灰角砾岩等),说明阿希金矿床产于近火山口附近;伊尔曼得等硅化岩型金矿床产于远离火山口的粗碎屑岩层间破碎带中,火山物质主要为凝灰质,远离火山活动中心。但围岩火山岩良好的原生孔隙度和层间裂隙相关的次生孔隙度条件,对成矿是有利的和必要的。

(2)浅成低温热液金矿床的矿化形式为似层状、脉状、网脉状和浸染状,一个矿床由多个矿体组成。矿床一般形成于较浅部位,但矿化范围很大,大部分矿体发育在某一水平面上。这些特征与矿带内产出的阿希、伊尔曼得等金矿床非常相近。同时,某些矿床矿化形式具有多样性,如日本南萨型金矿(或称硅化岩型)近地表(浅部)为蘑菇状蚀变岩型,而在深部则转化为脉状高品位矿体。伊尔曼得等硅化岩型金矿在浅部矿化特征上,与日本南萨型相似可比,使得我们对于其深部找矿充满了期待。

(3)浅成低温热液金矿床常见的矿石矿物组合有自然金、银金矿、碲金矿、自然银、辉银矿、深红银矿、黝铜矿、贱金属硫化物、辉铋矿、毒砂和金、银的硒化物;脉石矿物主要是石英、冰长石、绢云母、绿泥石、方解石、浊沸石、萤石、明矾石、高岭石、重晶石。这些矿物组合与阿希、伊尔曼得等金矿床是一致的。阿希、伊尔曼得等金矿床矿石中主要金属矿物黄铁矿、白铁矿和毒砂以及主要脉石矿物石英等,结晶粒度均非常细小,部分石英和黄铁矿分别具变胶结构和球粒状结构,是低温胶体沉淀特有的结构。毒砂为典型的低温毒砂,白铁矿是低温弱酸性溶液沉淀的产物。矿石中角砾胶结结构十分发育,环带构造常见。

(4)浅成低温热液金矿床的近矿围岩蚀变有钾长石化(主要是冰长石化)、硅化(石英和玉髓)和绿泥石化;向外为绢云母化和少量泥化蚀变矿物(高岭石和蒙脱石);最外带为青磐岩化带。阿希金矿近矿围岩蚀变为硅化、绢云母化、冰长石化、叶蜡石化、明矾石化、浊沸石化、绿泥石化,一般具有较为明显的横向和垂向分带性。以主矿体为中心向两侧共划分出4个蚀变矿物组合带:即a.含金石英脉(冰长石 硅化带);b.绢英岩化带;c.绢云母化带;d.青磐岩化带。表明阿希金矿近矿围岩蚀变与世界典型的浅成低温热液系统金矿床是基本一致的。伊尔曼得等硅化岩型金矿分带性不明显,但就硅化强度而言,是有横向强弱之分的。限于研究程度,是否存在垂向分带特点,尚不得而知。

(5)浅成低温热液系统金矿床主要形成于火山活动期后,冰长石-绢云母型金矿床的成矿作用多发生于火山活动结束之后1Ma,成矿作用发生在火山岩地区的地热系统波及范围内。一些热泉型和富矿脉型贵金属矿床产在现代活动的地热田或其附近,如日本的菱刈脉金矿床(品位80×10-6,储量260t)赋存在桐岛活动地热田的古地热泉部位;许多金矿区范围内有古地热系统活动的痕迹,古地热热泉出口处发育硅质泉华、蛋白石、钠明矾石、伊利石、高岭石等,形成粘土矿物“帽”。因此,浅成低温热液系统金矿成矿作用,不再强调火山-岩浆本身热液系统,而是强调火山期后地热系统,成矿作用一般为多个阶段过程。

4.矿床地球化学特征

(1)浅成低温金矿的容矿岩石主要为钙碱性(有时达到钙碱性-碱性)喷出岩和浅成侵入岩。岛弧带内矿床(西太平洋内带为代表)产在粗面玄武 角斑岩和安山 角斑岩为主的火山岩建造中,较少矿床产在K-Na系列安山 流纹英安岩系列建造中。

(2)环太平洋带内的巴布亚新几内亚波尔盖拉浅成低温热液金矿床的元素组合为Au、Ag、As、Cu、Pb、Zn、W、Hg,拉多拉姆金矿床元素组合为Au、Ag、As、Sb、Cu、Pb、Zn、Te;北美西部冰长石-绢云母型金矿床元素组合为Au、Ag、As、Sb、Mo、W、Cu、Pb、Zn、Te、Ba和F(Clarke.D.S.,1990)。在这些矿床中,矿石元素具有明显的垂直分带,Cu、Pb、Zn异常分布于矿体下部。西天山北段吐拉苏地区金矿床的元素组合为Au、Ag、As、Sb、Se、Te、Hg、Bi等,其中W、Sn、Cu、Pb、Zn为矿尾指示元素。

(3)世界各地浅成低温热液金矿床的流体包裹体研究表明(表5-8):均一温度低,一般低于300℃;成矿流体盐度较低,多数小于3%;普遍存在流体相分离(沸腾)的依据;流体包裹体液相成分变化范围较大,Na+是最主要的阳离子,阴离子主要是Cl-,主要气体是CO2,并含少量H2S和SO2;大量矿物学、流体包裹体和稳定同位素证据表明,沸腾作用可能是导致冰长石-绢云母型金矿床形成的主要原因。沸腾期间的去气(如H2S、H2等)作用可以促进金、银的沉淀(Henley.R.W.,1990,White N.C.,1990);根据均一温度和流体成分估算的成矿深度为500~1500 m。

阿希等金矿均一温度较低,一般为120~180℃,成矿流体盐度较低,为2.1%~4.5%,平均为3.01%,富含CO2、N2、O2为特征;成矿流体酸碱度(pH值)为中性—弱碱性,成矿环境为相对还原;成矿压力在72×105~135×105Pa之间,成矿深度为300~500 m。

(4)浅成低温热液型金矿床成矿流体中水主要是大气降水成因的循环地下水,少量为深部侵入体释放的岩浆水。成矿流体中Cl-的含量主要取决于水的来源,气体主要来源于深部侵入体释放的岩浆流体,部分可能来自岩浆源区,还有部分气体可能来自深部围岩中碳酸盐矿物和硫化物的分解物(Henley R.W.,1990)。世界典型的浅成低温热液系统金矿床成矿热液的δ18O值较低,多为负值,在δD-δ18OH关系图解上成分点远离岩浆水而靠近大气降水线上,表明成矿流体主要是大气降水来源的地下水;铅、硫同位素特征表明,成矿物质来自火山岩和基底。这一特征与阿希、伊尔曼得等金矿床是基本一致的。

表5-8 世界部分浅成低温金矿实测温度和盐度数据一览表

总之,西天山北段吐拉苏地区浅成低温热液系统金矿(阿希、伊尔曼得等)成矿条件、成矿特征与世界典型的浅成低温热液系统金矿床是可比的(见表5-8)。只是本区金矿在成矿背景、成矿时代和某些成矿特征上,具备了其自身的特殊性。




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