河臺金礦中假玄武玻璃的巖脈特征及其成因

0河臺金礦中假玄武玻璃河臺金礦床是目前廣東省西桂東南地區(qū)發(fā)現(xiàn)的最大金礦床。這是中國南方與切割帶有關(guān)的著名金礦床。“假玄武玻璃”(Pseudotachylite)一詞最早是由Shand提出,用來描述一種外表類似玄武玻璃但成因截然不同的構(gòu)造巖(由于河臺金礦中的假玄武玻璃巖脈僅在部分礦段出露,在原礦區(qū)地質(zhì)圖上沒有反映,野外工作中極易被忽視,所以在眾多有關(guān)河臺金礦的研究文獻中,僅少數(shù)學者報道過,且僅對其成因進行了初步探討:目前,關(guān)于河臺金礦假玄武玻璃的研究都是以描述性的內(nèi)容為主,缺乏實驗分析工作。在前人對糜棱巖中假玄武玻璃工作的基礎(chǔ)上,本次研究又發(fā)現(xiàn)了三種其他巖性中的假玄武玻璃。本文比較了河臺金礦不同地質(zhì)體中的假玄武玻璃巖脈野外宏觀特征和室內(nèi)巖相學微觀特征,運用粉晶X射線衍射、全巖地球化學和Ar-Ar同位素等實驗分析手段,探討它們的巖石成因、形成時代及地質(zhì)意義。1河臺金礦產(chǎn)礦河臺金礦田位于廣東省西部肇慶市北西330°方向,地理坐標為112°15′00″E～112°22′00″E,23°17′30″N～23°20′00″N,礦區(qū)的地質(zhì)概況見圖1。區(qū)域構(gòu)造上,河臺金礦田位于欽杭成礦帶西南段、華南加里東褶皺系云開大山隆起帶東北部,地處廣寧?羅定金成礦帶與吳川?四會金成礦帶夾持部位,是華南地區(qū)最重要的大型金礦田。在該礦田上,主要分布有高村、云西大型金礦床,同時還存在多處小型金礦床和金礦化點,如京村、乾相、文定、泥撈浪、寶鴨塘、后逕、太平頂和尚臺等。區(qū)域上出露的主要地層有南華系、奧陶系、志留系、泥盆系。賦礦地層為南華系大紺山組,由一套整體無序的變質(zhì)巖組成,巖性以石英絹云母片巖、二云母石英片巖、變粒巖、片麻巖、混合巖、混合花崗巖為主,局部遭受了強烈的韌性剪切變質(zhì)作用而形成糜棱巖系列的巖石,河臺金礦礦體就產(chǎn)于糜棱巖系列巖石中。礦區(qū)東南部出露奧陶系?志留系的變質(zhì)砂巖、變質(zhì)粉砂巖、板巖、千枚巖等,與北西礦區(qū)的大紺山組以寶鴨塘斷裂為界(圖1)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造復雜,構(gòu)造線主要呈東西向、南北向、北東向以及北西向,其中東西向構(gòu)造以褶皺為主;南北向構(gòu)造多表現(xiàn)為寬展型褶皺;北東向構(gòu)造以發(fā)育區(qū)域性大斷層和韌性剪切帶為特點;北西向構(gòu)造以斷裂為主,多為壓剪性平移斷層,常切割早期形成的巖體、礦體、褶皺和斷層。礦區(qū)西部出露印支期云樓崗中粒黑云母二長花崗巖、黑云母花崗巖,礦區(qū)北東方向有燕山期伍村巨斑狀黑云母花崗巖侵入(2虛假玄武巖玻璃的生產(chǎn)性能2.1儲層巖石結(jié)構(gòu)特征河臺金礦的假玄武玻璃在高村、云西礦床都有出現(xiàn),前人報道的假玄武玻璃是一種發(fā)育在高村糜棱巖帶中的巖脈,產(chǎn)狀與糜棱巖面理近平行或斜交(第一種假玄武玻璃產(chǎn)在高村礦床11號糜棱巖帶,位于主礦體的下盤邊界附近。假玄武玻璃巖呈脈狀產(chǎn)出,脈寬一般2～15cm,最寬可達30～40cm,但也常見僅幾個毫米甚至<1mm的細脈。假玄武玻璃呈灰色,玻璃質(zhì),致密性脆,瓷狀?貝殼狀斷口。巖石結(jié)構(gòu)除含數(shù)量不等的碎斑外,其余為隱晶質(zhì)基質(zhì)。碎斑呈棱角狀,無定向性分布,成分多為呈油脂光澤的石英,粒徑變化大,但一般<2mm。假玄武玻璃巖脈多數(shù)平行糜棱巖的糜棱面理,但也有少數(shù)假玄武玻璃巖脈切割糜棱面理(第二種假玄武玻璃產(chǎn)出在高村礦床–230m中段的混合巖中,假玄武玻璃巖脈寬度在1～20cm之間,有單脈和組合脈兩種形態(tài),單脈寬度<2cm(圖2a),組合脈(呈細網(wǎng)脈狀)比較寬,可達20cm(圖2b、c)。假玄武玻璃呈黑色,玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu),沒有發(fā)現(xiàn)碎斑和結(jié)晶的礦物。假玄武玻璃巖脈產(chǎn)狀直立,切穿了混合巖,且往深部延伸。第三種假玄武玻璃為云西礦床160m中段糜棱巖化片巖中寬約0.3～1cm的假玄武玻璃單脈(圖2d)。巖脈切割片巖片理,脈體產(chǎn)狀也是近直立的。假玄武玻璃呈灰黑色,致密性脆,瓷狀?貝殼狀斷口。巖石中含數(shù)量不等的細小碎斑,基質(zhì)為顯微晶質(zhì)?隱晶質(zhì)的長英質(zhì)集合體。碎斑成分為糜棱巖化片巖碎屑和渾圓的長石、石英等礦物顆粒,粒徑約1～2mm。第四種假玄武玻璃出現(xiàn)在礦石樣品中,呈微細脈狀產(chǎn)出,切割了金屬硫化物等礦物,但是在手標本上,肉眼難以發(fā)現(xiàn)其存在。2.2假玄武玻璃巖脈的組織特征結(jié)果第一種假玄武玻璃在顯微鏡下觀察,肉眼所鑒定的隱晶質(zhì)部分由顯微碎斑和顯微基質(zhì)兩部分組成。顯微碎斑成分主要為石英,但顯微基質(zhì)部分在正交偏光下近全黑,可能為玻璃質(zhì)(第二種假玄武玻璃在低倍鏡的單偏光鏡下呈黑色復合脈狀,出現(xiàn)樹枝狀分叉現(xiàn)象(圖3a),且穿插了混合巖中的石英、長石、電氣石等礦物。高倍鏡下觀察表明,脈體主要由暗色非晶質(zhì)或隱晶質(zhì)的玻璃基質(zhì)組成,內(nèi)有樹枝狀微晶結(jié)構(gòu)(圖3b)。微晶呈針狀,沿假玄武玻璃脈密集發(fā)育,由于其太小,無法判斷微晶的成分。第三種假玄武玻璃與圍巖糜棱巖化片巖呈截然變化,界限清晰(圖3c)。在顯微鏡下呈碎裂結(jié)構(gòu),碎斑具有磨圓特征,成分主要為長石、石英以及圍巖碎屑,含量<10%,基質(zhì)為隱晶質(zhì)。碎屑物質(zhì)呈角礫狀、半磨圓狀分散在脈體中,碎屑大小可以差別很大。部分碎屑本身有裂隙,也具有碎裂巖化的特征,且碎裂程度不均勻,指示了假玄武玻璃的部分碎裂成因;同時部分碎屑具有港灣狀熔蝕結(jié)構(gòu),假玄武玻璃脈中還可見若干條暗色細脈,皆指示為高溫熔融的特征,這反映了假玄武玻璃的局部熔融性質(zhì)(圖3d)。另外與圍巖接觸面附近發(fā)育一微米級的熔融細脈穿插了早期的假玄武玻璃巖脈,具有貫入的特征。第四種假玄武玻璃脈在正交偏光下呈黑色,在高倍顯微鏡下也無法確定其結(jié)構(gòu),不能判斷是玻璃質(zhì)均質(zhì)體還是極細的結(jié)晶質(zhì)(圖3e)。脈體寬度在0.2～0.5mm之間,且穿插了硫化物等礦物,暗示假玄武玻璃是成礦后的產(chǎn)物(圖3f)。根據(jù)對這幾種假玄武玻璃脈體碎裂結(jié)構(gòu)及微晶結(jié)構(gòu)的觀察,假玄武玻璃的流動構(gòu)造并不明顯,流面構(gòu)造和流線構(gòu)造均未發(fā)育,也沒有出現(xiàn)流動分異現(xiàn)象。因此,推斷其是原地熔融結(jié)晶或碎裂化的可能性比較大。然而,第三種假玄武玻璃內(nèi)部可見到一微米級的熔融細脈,且穿插了早期的假玄武玻璃巖脈(圖3d),同樣地,高村礦石中微米級的第四種假玄武玻璃脈貫穿了硫化物(圖3e、f),這些現(xiàn)象說明河臺金礦部分極細的假玄武玻璃脈也具有貫入的特征。3顯微構(gòu)造分析本次研究在高村和云西礦區(qū)各采集了一個含假玄武玻璃巖脈的巖石樣品(分別是159GC01和159YX10),高村含假玄武玻璃巖脈的礦石樣品(159GC23)和高村礦床的三個糜棱巖化片巖(159GC05,159GC18和159GC21)。高村礦區(qū)的樣品(159GC01)屬于上文描述的第二種假玄武玻璃類型,云西礦區(qū)的樣品(159YX10)屬于第三種類型,高村礦區(qū)的礦石樣品(159GC23)屬于第四種類型。由于高村礦床采集的假玄武玻璃脈樣品(159GC01和159GC23)極細,難以與圍巖分離,所以只對它們進行了顯微構(gòu)造的觀察。選取一個脈體寬度>0.3cm的假玄武玻璃樣品(159YX10),根據(jù)脈體與圍巖裂隙進行物理初分離,再憑借脈體與圍巖的顏色差別進行細分,盡可能地除去圍巖物質(zhì)。樣品都無污染粉碎至200目用于實驗分析測試。3.1粉晶x射線衍射特征及物相組成由于假玄武玻璃基質(zhì)呈顯微隱晶質(zhì)?微晶質(zhì),光學顯微鏡下難以觀察礦物的結(jié)構(gòu)形態(tài)和顆粒邊界,無法進一步確定其物相組成,而粉晶X射線衍射可以分析砂狀、粉狀礦物樣品的物相組成及結(jié)晶程度等特征(3.2主量元素分析全巖樣品地球化學分析在中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室完成。主量元素使用RigakuZSX100e型XRF進行分析,精度優(yōu)于5%。微量元素使用Perkin-ElmerSciexELANDRC-e型ICP-MS進行分析,分析精度優(yōu)于5%,具體分析方法和過程參照3.3中日照射參數(shù)假玄武玻璃樣品(159YX10)送至中國原子能科學研究院49-2反應堆B4孔道進行中子照射,照射參數(shù)為J=0.00888294±0.00003553,中子通量為(6.0～6.5)×104分析的結(jié)果4.1粉晶x射線衍射據(jù)前人研究,很多鏡下呈玻璃質(zhì)的假玄武玻璃經(jīng)XRD分析后,其實都是超細碎裂化的圍巖粉末(4.2稀土元素特征根據(jù)假玄武玻璃與圍巖糜棱巖化片巖、糜棱巖的主量元素組成對比(表1),可以看出:(1)假玄武玻璃與糜棱巖化片巖和糜棱巖化學成分相近,都具有富SiO假玄武玻璃與糜棱巖化片巖、糜棱巖的稀土元素總量在121.93～250.56μg/g之間(表2),并且三者的稀土配分型式極其相似(圖5),都顯示輕稀土元素富集和中度的負Eu異常(δEu=0.51～0.71),進一步證實假玄武玻璃的原巖是糜棱巖化片巖和糜棱巖。4.3碎屑角礫巖和結(jié)晶態(tài)礦物假玄武玻璃定年樣品(159YX10)大多呈非結(jié)晶質(zhì)或者隱晶質(zhì)形態(tài),含少量圍巖碎裂化的角礫(<10%)。經(jīng)XRD分析,樣品中碎裂角礫成分和結(jié)晶態(tài)的礦物主要是石英、伊利石、高嶺石和鉀長石。伊利石和高嶺石是常見的黏土礦物,通常由長石和云母等礦物風化而成?盡管伊利石、鉀長石等含鉀礦物會對假玄武玻璃的假玄武玻璃的全巖K-Ar(Ar-Ar)階段性升溫測試方法的優(yōu)點是對于同一脈體既可以得到年齡譜,年齡譜又充分反映了脈體自形成后的熱演化歷史,但其缺點是不能有效解釋假玄武玻璃成分和結(jié)構(gòu)的不均一性(5討論5.1河臺金礦假玄武玻璃脈的形成機制關(guān)于假玄武玻璃的成因問題,學術(shù)界一直存在爭論。河臺金礦假玄武玻璃的特征顯示其主要是熔融成因。依據(jù)如下:(1)高村礦床混合巖所包含的第二種假玄武玻璃脈體基本上全部伴隨著樹枝狀微晶結(jié)構(gòu);(2)云西礦床糜棱巖化片巖中的第三種假玄武玻璃脈中發(fā)育有非晶質(zhì)玻璃組成的基質(zhì),碎斑具有熔蝕結(jié)構(gòu),形成港灣狀,也有些碎屑物質(zhì)呈角礫狀、半磨圓狀分散在脈體中,且碎屑物質(zhì)有大有小,碎裂化程度很不均勻;(3)高村礦石中第四種假玄武玻璃脈具有玻璃質(zhì)均質(zhì)體或者極細的結(jié)晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。這些特征說明河臺金礦假玄武玻璃兼具碎裂巖化和部分熔融的特征,是兩者共同作用的結(jié)果(根據(jù)假玄武玻璃脈體的產(chǎn)狀特征,脈體的成因可分為兩種:一種是切穿早期碎裂巖,具有流動構(gòu)造貫入成因的假玄武玻璃(假玄武玻璃是地震滑動的產(chǎn)物,分布于整個地震發(fā)生帶。過去認為地震與非地震的轉(zhuǎn)換位于石英脆?塑性轉(zhuǎn)換帶(300℃,12km),但5.2地質(zhì)含義5.2.1構(gòu)造及構(gòu)造的地層和構(gòu)造地震斷層的破裂傳播過程在微觀和宏觀規(guī)模上都是相當復雜的,而地震斷層帶地質(zhì)資料的缺乏又妨礙了對地震斷層破裂機制的詳細研究。假玄武玻璃是惟一既可以在以脆性破裂機制為主的地殼淺部的斷層帶內(nèi)形成,又可以在以塑性變形為主的地殼深部的韌性剪切帶內(nèi)由快速地震斷層摩擦剪切運動產(chǎn)生的地震斷層巖(河臺金礦的假玄武玻璃在高村和云西金礦床都有發(fā)現(xiàn),且形成深度較深(6～18km),反映在粵西地區(qū)白堊紀時期存在以地震為主要形式的脆性斷裂活動。因為地震作用的持續(xù)時間很短,而假玄武玻璃脈體寬度較小,基本上單脈<2cm,組合脈最寬不到40cm。地震事件也沒有造成高程度的全巖熔融,淺部的假玄武玻璃脈中基質(zhì)保存有母巖的巖屑和晶屑。從脈體的寬度和成分來看,地震強度不大。另一方面,據(jù)學者估計,假玄武玻璃記錄的輻射能量可能只代表了在地震滑移時釋放總能量的10%,大部分能量沿著斷裂帶被巖石的摩擦碎裂化作用吸收而形成了大量的碎裂巖、超碎裂巖(5.2.2云開海洋升降剝蝕歷史和未來溫壓演化路徑造山帶內(nèi)假玄武玻璃的存在及年代學確定可以較好地說明造山帶冷卻或抬升的歷史。假玄武玻璃本身及含假玄武玻璃的斷裂帶發(fā)育普遍具有多期性,而且,晚期構(gòu)造產(chǎn)物總是較早期產(chǎn)物碎裂巖化作用更加強烈,這說明先期存在的構(gòu)造軟化帶在控制假玄武玻璃形成過程中起著非常重要的作用,即構(gòu)造帶抬升過程中伴隨的多期構(gòu)造和細?；饔檬切纬杉傩洳ＡУ幕A(chǔ)()對云開大山抬升剝蝕歷史做了詳細的研究,得出云開大山地區(qū)鋯石的裂變徑跡年齡在133～97.4Ma之間,磷灰石的裂變徑跡年齡在43.2～68.4Ma之間,據(jù)此計算模擬的溫壓演化路徑顯示云開大山在130Ma到70Ma之間平均冷卻和隆升速率分別是1.33℃/Ma和0.04mm/a。而河臺金礦的假玄武玻璃就形成在云開大山的抬升時期,說明地殼抬升與地震事件的發(fā)生有著密切的關(guān)系。5.3年齡數(shù)據(jù)的編碼關(guān)于河臺金礦年齡的研究,前人做了大量的工作。僅僅在河臺地區(qū),搜集到的年齡數(shù)據(jù)就有35個。包括高村、云西、河海礦床的礦體、熱液脈石的年齡(金礦定年工作是一個普遍的難題,雖然采取了各種不同的定年方法,但是目前河臺金礦形成的年齡還是不確定的,成礦時代有加里東期、印支期和燕山期(6假玄武玻璃成因分析假玄武玻璃的野外產(chǎn)狀及顯微結(jié)構(gòu)特征,清晰地記錄了河臺金礦中假玄武玻璃與圍巖、礦體間的空間關(guān)系和演化序列。結(jié)合實驗分析,得出如下幾點認識:(1)河臺金礦的假玄武玻璃主要表現(xiàn)為斷裂帶母巖