遼寧東部貓嶺金礦床地質(zhì)特征及成因

貓嶺金礦床是中國北方寒武紀(jì)變質(zhì)巖區(qū)罕見的含砷金礦之一。它也是著名的大型底土和耐腐蝕的金礦之一。這種礦作的復(fù)雜性和特殊性令人驚訝。目前,對其成礦時代和成礦作用的認(rèn)識存在分歧(孫寶亮,2001;魏俊浩,1998;劉斌,1994),成礦作用是發(fā)生在前寒武紀(jì)還是古生代以來?金礦形成與大范圍分布的花崗巖關(guān)系如何?單體的金礦細(xì)脈已經(jīng)褶皺變形,組合形成的礦體總體產(chǎn)狀如何確定?這些問題涉及到礦床學(xué)研究和找礦勘探的若干基礎(chǔ)地質(zhì)問題。本文以詳細(xì)的野外地質(zhì)觀察和已有的研究成果為基礎(chǔ),結(jié)合區(qū)域地質(zhì)和構(gòu)造分析研究,對貓嶺金礦的成礦構(gòu)造演化、成礦時代和礦體準(zhǔn)確產(chǎn)狀做出了明確而有依據(jù)的地質(zhì)學(xué)推斷。1蓋層變形控制及巖性結(jié)構(gòu)貓嶺金礦位于遼寧省蓋州市太平莊鄉(xiāng),大地構(gòu)造位置處于中朝準(zhǔn)地臺之遼東古元古代裂谷中央凹陷部位(駱輝,2002)。貓嶺成礦區(qū)內(nèi)出露下元古界遼河群、榆樹砬子群和上元古界青白口系永寧組(圖1)。遼河群蓋縣組(Pt1g)在成礦區(qū)內(nèi)分布最廣,是貓嶺金礦的賦礦層位,榆樹砬子群(Pt1ys)巨厚層狀石英巖覆蓋在蓋縣組(Pt1g)之上,基本沒有金礦化。遼河群系一套火山巖、火山沉積巖、海相碳酸鹽巖、粘土巖和半粘土巖建造,經(jīng)受了遼河旋回低綠片巖相、低角閃巖相區(qū)域變質(zhì)和多幕變形作用(駱輝,2002)。古元古界結(jié)晶基底曾遭受多期次構(gòu)造旋回作用,其構(gòu)造形態(tài)極為復(fù)雜;而中元古代以來的蓋層變形構(gòu)造不發(fā)育,為不變質(zhì)的蓋層。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造極為發(fā)育,多系切穿基底的深斷裂,以EW向、NE向和NNE向規(guī)模較大,其次為NW向和SN向斷裂。區(qū)內(nèi)巖漿巖較為發(fā)育,主要出露有印支期_燕山期臥龍泉巖體與貓嶺巖體,兩者是同期同源的侵入巖體,后者是前者的小分支,巖性主要是似斑狀黑云二長花崗巖,屬于陸殼物質(zhì)重熔成因的S型花崗巖(李成明,1994)。在王家崴子和金廠溝金礦南部尚有以正長巖為主體的堿性雜巖體出露,其他零星分布的還有閃長巖、細(xì)?；◢弾r和二長花崗巖等。遼河群蓋縣組(Pt1g)為裂谷沉陷階段在寬廣的淺海域形成的濱海_淺海相陸源粘土_碎屑沉積建造,變質(zhì)前的原巖主要為粘土巖夾長石砂巖和硬砂巖(駱輝,2002)。按傳統(tǒng)劃分為兩個巖性段1,第一巖性段(Pt1g1),受臥龍泉巖體與貓嶺巖體的熱接觸變質(zhì)的疊加影響,巖性以含十字石、矽線石、石榴石、電氣石等的二云片巖為主,夾石英巖、黑云片巖、黑云變粒巖等;第二巖性段(Pt1g2)為貓嶺金礦的直接圍巖,以絹云千枚巖為主,普遍夾薄層變質(zhì)長石石英砂巖,變質(zhì)程度較低,僅為低綠片巖相。榆樹砬子群(Pt1ys)主要巖性為巨厚層狀石英巖,夾絹云千枚巖、含赤鐵礦石英巖及薄層變質(zhì)石英砂巖。近EW向展布,呈角度不整合覆蓋于蓋縣組(Pt1g)之上。2貓嶺礦區(qū)構(gòu)造層的變形特征2.1構(gòu)造界面特征下元古界遼河群蓋縣組(Pt1g)是貓嶺金礦床的賦礦層位,其遭受的構(gòu)造變形主要有兩大類,一類是深層次韌性高溫變形域構(gòu)造,另一類是淺層次低溫脆性變形構(gòu)造。高溫變形域構(gòu)造為元古代遼河旋回的變質(zhì)構(gòu)造,其早期面理與金礦化關(guān)系密切;脆性變形構(gòu)造是顯生宙以來,主要是中生代以來的淺層次構(gòu)造,與金礦化作用基本無關(guān)。貓嶺金礦床的容礦巖蓋縣組(Pt1g)在古元古代遼河旋回經(jīng)歷的深層次高溫變形基本上可以劃分為3幕,變形特征演變?nèi)缦?原始層理(S0):基本上都被后期片理和面理改造和褶皺,殘存的S0通常由原始成分層和粒序?qū)铀@示,或者從絹云千枚巖中的變質(zhì)砂巖夾層及互層來識別。S0在礦區(qū)內(nèi)產(chǎn)狀變化較大,總體NE走向,傾向NW,傾角較陡,平均為63°。通過36件產(chǎn)狀要素的投影統(tǒng)計(圖2),S0面理極點赤平投影形成一個大圓環(huán)帶,反映褶皺為軸面NE走向,NW陡傾,樞紐略向SW傾伏的平滑褶皺。第一幕構(gòu)造面理(S1):蓋縣組中尚能識別的最早期透入性面理或片理(penetratingfoliation),是在強(qiáng)大壓應(yīng)力作用下,變質(zhì)巖石中絹云母和石英等造巖礦物定向排列的產(chǎn)物(照片1)。S1面理較為緊閉,大多數(shù)也被后期面理,特別是S2面理改造、旋轉(zhuǎn)、位移和褶皺。貓嶺金礦床中心強(qiáng)硅化蝕變的金礦化區(qū)域(0線兩側(cè)各約300m范圍,以9號礦體為中心),由于強(qiáng)硅化巖石能干性增強(qiáng),受后期片理改造相對較弱,故S1面理保存較為完整。S1面理與S0面理一樣受褶皺影響,兩者產(chǎn)狀比較接近。根據(jù)72件產(chǎn)狀要素的投影統(tǒng)計(圖3),S1面理極點赤平投影也形成一個大圓環(huán)帶,S1面理優(yōu)勢方位為NEE走向,傾向NWW,傾角較陡,平均為65°。從與S1面理伴生的平行脈體及其雁列式排列方向,判斷第一幕構(gòu)造運動矢量為從北往南的伸展下滑指向。產(chǎn)狀要素的投影統(tǒng)計還反映出,S1面理也形成軸面NEE走向,樞紐略向SSW傾伏的褶皺。如消除后期構(gòu)造的左行旋轉(zhuǎn)效應(yīng),其原始方位應(yīng)為近EW向。第二幕構(gòu)造面理(S2):礦區(qū)內(nèi)最發(fā)育的透入性面理或片理,分布最廣。通過切割和置換方式,強(qiáng)烈改造了S1面理,主要由密集的折劈理組成,面理間距約1mm或更細(xì),較S1面理平直,基本無褶皺,但常以S1面理和金礦脈褶皺的軸面劈理形式出現(xiàn)。據(jù)90個S2面理統(tǒng)計(圖4),產(chǎn)狀較穩(wěn)定,近SN(160～200°)走向,傾向W,平均傾角30°,運動矢量為W→E擠壓上沖指向。第二幕構(gòu)造具有強(qiáng)烈的擠壓、壓扁和褶皺作用,使得S0和S1面理及金礦脈收縮、褶皺變形,樞紐優(yōu)勢方位200°/25°,即向SSW傾伏。第二幕構(gòu)造后期,區(qū)域變質(zhì)溫度開始緩慢下降,巖石仍處在韌性變形域,由于壓應(yīng)力的松弛作用,應(yīng)力方式由擠壓逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟?剪切指向為左行,造成S1面理和金礦脈由近EW向偏轉(zhuǎn)為NEE走向。第三幕構(gòu)造面理(S3):礦區(qū)內(nèi)最后一期的深層次高溫變形,主要由S3折劈理、微褶皺(crenulation)和膝折帶(kink_band)等構(gòu)造形式組成。據(jù)15個面理統(tǒng)計(圖5),S3折劈理產(chǎn)狀穩(wěn)定,近EW走向,傾向北或南,傾角極陡,平均傾角達(dá)80°;微褶皺為發(fā)育在中強(qiáng)應(yīng)變區(qū)細(xì)碎屑巖及其變質(zhì)巖中的極其微細(xì)的毫米級的流變褶皺,其樞紐線理向西傾伏,傾伏方向245～275°,傾伏角20～70°,優(yōu)勢方位265°/50°。根據(jù)石英殘斑微弱的不對稱拖尾和膝折帶剪切矢量的指示,第三幕構(gòu)造面理剪切指向為左行,即上盤(北盤)向西滑移。該幕構(gòu)造與金礦成礦關(guān)系不大,僅使礦體形態(tài)有一定的改變。貓嶺礦區(qū)的脆性變形構(gòu)造主要是NE向、NNE向、近EW向和NW向的斷裂構(gòu)造,NE向、NNE向和近EW向斷層帶常兼具脆_韌性特征,顯示出對遼河旋回構(gòu)造的繼承性,脆性構(gòu)造運動表現(xiàn)為左行剪切,造成金礦體的左行錯位,使得強(qiáng)硅化蝕變的金礦化區(qū)域的NE側(cè)和SW側(cè)各出現(xiàn)不對稱的拖尾(圖6)。NW向斷裂規(guī)模較小,也表現(xiàn)為左行剪切,顯然晚于NE向、NNE向左行剪切斷層。礦區(qū)所有斷裂構(gòu)造均為成礦后構(gòu)造。2.2松樹子群原巖面理特征榆樹砬子群(Pt1ys)呈角度不整合覆蓋于蓋縣組(Pt1g)之上,地貌上呈突兀的山峰。在野外榆樹砬子群中僅觀察到第三幕構(gòu)造面理(S3),走向93～112°,傾向S,傾角76～86°。S3面理發(fā)育較為密集,使得部分原巖已成為片狀石英巖;脆性構(gòu)造主要為一組NE向節(jié)理(走向61°,傾向NW,傾角70°)。榆樹砬子群未見第一、二幕構(gòu)造面理的原因可能有兩方面:①榆樹砬子群是在蓋縣組第一、二幕構(gòu)造面理形成之后才覆蓋其上的;②由于榆樹砬子群主要巖性為巨厚層狀石英巖、含赤鐵礦石英巖及變質(zhì)石英砂巖等能干性強(qiáng)的巖石,而第一、二幕構(gòu)造面理為柔性巖層中發(fā)育的密集劈理,難以在石英巖中廣泛發(fā)育。無論如何,榆樹砬子群中未見到貓嶺式的金礦化。3礦體產(chǎn)狀及礦物組成貓嶺金礦床的金礦體多集中分布在強(qiáng)硅化蝕變區(qū)域,以0號勘探線附近的9號礦體為中心,大致呈等軸狀,軸長約600m,北東側(cè)和南西側(cè)各伸出一個拖尾(圖6)。金礦體是由眾多細(xì)小的硅化含毒砂_磁黃鐵礦_黃鐵礦金礦脈組成,所以礦體形態(tài)和產(chǎn)狀比較復(fù)雜,如果把南北兩個拖尾的連線當(dāng)成礦體的走向,則為NNE向;如忽略拖尾的低品位表外礦體,礦體實際產(chǎn)狀為NEE走向,傾向NNW,傾角較陡。金礦脈的礦物組成以硅化石英為主,其次為毒砂、磁黃鐵礦、膠黃鐵礦和少量方鉛礦、閃鋅礦及黃銅礦,脈壁往往有絹云母條帶包圍。特別需要指出的是,金礦石中還含有少量碳質(zhì)或石墨,約占0.06%(wB)2。金礦脈基本都呈褶皺或石香腸形態(tài),變形較強(qiáng)烈。缺少硅化石英的單純硫化物脈和平直的未變形石英脈,含金性都比較差,數(shù)量也少于褶皺的礦脈。從野外測量的116個產(chǎn)狀要素的投影統(tǒng)計(圖7),金礦脈與S0和S1面理產(chǎn)狀接近,NEE走向,傾向NNW,傾角較陡,平均55～65°。呈現(xiàn)軸面NEE走向,樞紐略向SSW傾伏的褶皺。金礦物的賦存狀態(tài)以晶隙金為主,次為裂隙金,少量包體金。粗粒金占金礦物顆粒總數(shù)的74.26%,粒度范圍0.074～0.5mm,多數(shù)為晶隙金,產(chǎn)于石英和硫化物顆粒之間;裂隙金粒度較細(xì),產(chǎn)于毒砂及石英的裂隙中,平均占顆?？倲?shù)的13.23%,粒度范圍0.074～0.037mm。包體金產(chǎn)于毒砂、石英及磁黃鐵礦顆粒中,平均占顆?？倲?shù)的12.52%,粒度范圍與裂隙金相當(dāng)或略細(xì)3。4貓嶺金礦床構(gòu)造發(fā)育特征探討4.1與金礦脈相連接的構(gòu)造變形特征盡管S1面理被改造程度大顯得較為隱蔽,但系統(tǒng)而仔細(xì)的野外觀察可以證實S1面理與硅化石英硫化物金礦脈兩者的空間產(chǎn)狀差異很小,從S1面理和石英硫化物金礦脈的產(chǎn)狀統(tǒng)計投影圖(圖2和圖6)也可以看出兩者空間定位和構(gòu)造變形特征相近,多數(shù)情況表現(xiàn)為同褶皺、相互平行或小角度相交,有時S1面理平行金礦脈褶皺的軸面,有時又相互切割,因此,S1面理與金礦脈為同一構(gòu)造期產(chǎn)物,換言之,金礦脈形成于S1面理從北往南的伸展滑脫階段。第二幕構(gòu)造(S2面理)的強(qiáng)烈擠壓作用,使得金礦脈發(fā)生褶皺、壓扁以及拉斷呈布丁狀,同時,S2面理作為金礦脈褶皺的軸劈理,經(jīng)常切斷金礦脈(S3劈理也切斷金礦脈)。S0、S1和石英硫化物金礦脈都經(jīng)歷了褶皺變形,而后期面理和脆性斷裂沒有卷入這種褶皺,這也佐證了金礦脈形成于S2面理之前的第一幕構(gòu)造(S1面理)從北往南的伸展滑脫階段。4.2成礦時代探討從區(qū)域構(gòu)造背景分析,遼河旋回的變形_變質(zhì)作用發(fā)生在古元古代,年齡范圍1900～2500Ma(遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1989),金礦脈與遼河群區(qū)域變質(zhì)早期面理(S1)為同一構(gòu)造期產(chǎn)物,而遼東裂谷從中元古代開始就進(jìn)入地臺蓋層的穩(wěn)定時期,沒有再發(fā)生強(qiáng)烈的變形_變質(zhì)作用(遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1989)。所以,貓嶺金礦的成礦時代應(yīng)當(dāng)為古元古代早期,在1900～2500Ma年齡范圍的下限附近。根據(jù)鉛同位素測年資料,貓嶺金礦的鉛同位素模式年齡為1624～1722Ma(孫寶亮等,2000),雖然接近遼河旋回的年齡范圍,但已經(jīng)超出古元古代的上限。近日獲悉,貓嶺金礦中心9號礦體含毒砂金礦石中毒砂礦物的Re_Os同位素等時線測年結(jié)果為(2119±57)Ma,初始187Os/188Os=1.85±0.12,MSWD=0.12(Yangetal.,2004),這組年齡數(shù)據(jù)與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景和礦床特征吻合,應(yīng)當(dāng)是可信的。因此,可以推斷貓嶺金礦的成礦時代為古元古代后期,絕對年齡范圍為2000～2200Ma。貓嶺花崗巖侵入體雖然與金礦的距離近至1km,也發(fā)育了明顯的熱接觸變質(zhì)分帶,由內(nèi)向外分別為矽線石帶、紅柱石帶和黑云母帶,但與金礦化不具有成因聯(lián)系(李成明等,1994)。最為關(guān)鍵的是貓嶺花崗巖切穿蓋縣組的所有期次S1_S3面理,顯然是成礦后的侵入體。而且,貓嶺花崗巖中的長石與貓嶺金礦中硫化物的鉛同位素組成相差甚大,前者明顯富206Pb和208Pb(Yangetal.,2004;孫寶亮等,2000;張可清等,2000)。王家崴子和金廠溝金礦盡管與貓嶺金礦所處的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境相似,成礦圍巖都是蓋縣組淺變質(zhì)巖系,卻沒有保留古元古代金礦的成礦特征,鉛同位素組成也迥然不同(孫寶亮等,2000;張可清等,2000),王家崴子和金廠溝的金礦石比貓嶺金礦明顯富206Pb和208Pb,模式年齡也集中在中生代(92～195Ma),原因是受臥龍泉巖體、貓嶺巖體和堿性雜巖體的改造過強(qiáng)。貓嶺金礦在成礦時形成的強(qiáng)硅化蝕變?nèi)?因具有不透水性和強(qiáng)硬的巖石力學(xué)性質(zhì),造成封閉_半封閉的屏蔽環(huán)境,才使得貓嶺金礦的古元古代成礦特征和S1面理較為完好地保存下來。4.3含礦質(zhì)及成礦作用貓嶺金礦工業(yè)金礦體集中分布在強(qiáng)硅化蝕變區(qū)域,為一個等軸狀的近圓形硅化圈(圖6),面積約為0.4km2,金礦化與石英的硅化蝕變密切相關(guān),垂向尺度不小于水平尺度,似乎是個“礦柱”形態(tài)。根據(jù)S1面理從北往南的伸展滑脫指向,推斷貓嶺金礦成礦期的構(gòu)造環(huán)境位于北部克拉通與南部裂谷凹陷的過渡部位,也就是裂谷凹陷邊緣的伸展滑脫構(gòu)造帶(邱小平,2002)。礦區(qū)蓋縣組容礦巖系的變質(zhì)程度僅為低綠片巖相,屬于含碳質(zhì)或石墨的淺變質(zhì)黑色巖系;礦石類型為含毒砂(砷)浸染型金礦,所以,貓嶺金礦應(yīng)當(dāng)屬于形成于古元古代裂谷凹陷邊緣的中低溫SEDEX型金礦(Russell,1988)。容礦巖系中碳質(zhì)或石墨依然存在,表明環(huán)境氧逸度過低,巖系中金礦物質(zhì)不是來源于自身活化的礦質(zhì),而是來源于外部成礦流體系統(tǒng)的疊加(邱小平,1999)。盡管受成礦期后的構(gòu)造_巖漿熱事件的疊加影響,金礦物的粒度變粗,但貓嶺金礦仍然保留了眾多古元古代成礦的含砷(微細(xì))浸染型金礦特征。蓋縣組S0層理、S1面理及金礦脈共同遭受了褶皺變形,變形褶皺的動力源于第二幕構(gòu)造。金礦脈形成于S1面理由擠壓到伸展的轉(zhuǎn)化期(邱小平,2002),S2代表的第二幕強(qiáng)擠壓壓縮構(gòu)造,使早期面理和礦脈褶皺,完成了變形_變質(zhì)_成礦的過程。成礦構(gòu)造的演化旋回由S1擠壓、伸展、S2壓縮3個階段組成。5過渡時期的成礦作用貓嶺金礦是在中國華北克拉通變質(zhì)巖區(qū)保存較好的含砷(毒砂)浸染型金礦之一,通過系統(tǒng)而仔細(xì)的礦床地質(zhì)與構(gòu)造地質(zhì)的野外觀察和