0 引言
祁连成矿带位于秦岭—祁连—昆仑成矿域中段,为北西西走向的山脉,是青藏高原北缘的一部分,漫长的地质演化与独特的地质构造背景形成了复合型祁连造山带[1-11]。祁连成矿带在构造上划分为北祁连、中祁连和南祁连3个构造单元,在成矿区划上分为北祁连成矿亚带和南祁连成矿亚带,南祁连成矿亚带由中祁连和南祁连2个构造单元组成[12]。北祁连早古生代岩石学、大地构造及矿床研究取得了许多重要进展[13-23]。随着北祁连研究的进一步深入,南祁连也成为研究热点[24-26]。两条构造带之间的中祁连被认为以元古宙为基底,出露不同时期的花岗岩。据统计[27],全区已发现各类金属矿床130多处,其中金矿40余处(原生金28处)。青海三岔金矿位于祁连造山带之南祁连成矿亚带,青海省湟中县上新庄乡,北距西宁39 km。该矿自1958年发现至今开展了相应的矿产勘查工作。另外,以物化探资料圈定找矿靶区研究为主,而更多成果集中于该矿区矿产勘查工作设计与报告,对矿床成因缺少深入研究。本文主要针对金矿化的不同成矿阶段流体包裹体进行了详细的岩相学观察和显微测温,对矿体形成温度、盐度和密度等条件进行制约,同时研究了矿床成矿流体与物质的来源,为进一步的找矿工作提供理论指导。
1 区域地质背景该区大地构造位置处于祁连造山带之中祁连陆块,为新元古代—早古生代中晚期岩浆弧带,夹持于北祁连缝合带与疏勒南山—拉脊山缝合带之间,地质构造复杂,变形变质作用较为强烈,岩浆活动频繁,成矿地质条件非常有利(图 1)。
区域内出露地层由老到新有:古元古界湟源群,中元古界长城系湟中群青石坡组、蓟县系花石山群克素尔组,新元古界青白口系龚岔群,下古生界上寒武统六道沟组,上奥陶统药水泉组,中—上奥陶统茶铺组,上古生界二叠系巴音河群哈吉尔组,中生界下—中三叠统隆务河组、中三叠统君子河群切尔玛沟组、上白垩统民和组和下白垩统河口组,新生界古近系西宁组,新近系贵德群临夏组、咸水河组,第四系主要为上更新统冲积物及全新统冲积物等[28]。
古元古代化隆群构造层中褶皱主要为紧密线型,构造线方向为北北西-北西-北西西向,呈“S”形展布。拉脊山一带的中元古界长城系湟中群青石坡组总体呈复式向斜构造,向斜轴线近东西,向东倾伏,北翼被断裂切割,出露不全,南翼次级紧密线型褶皱较为发育。
区域内岩浆活动以侵入为主,其次为喷发作用。侵入岩从超基性—中酸性岩体及各类脉岩均有产出。岩浆活动以加里东期为主,时间上构成了一个由基性至酸性的岩浆活动旋回,空间上明显受拉脊山沉积区南、北两侧多期活动断裂的控制,形成了带状分布的超基性岩体和串珠状沿拉脊山南缘出现的各种中酸性岩体[28]。
2 矿床地质特征三岔金矿位于拉脊山古生代褶皱带中,地层主要由中元古界长城系湟中群青石坡组(Chq)、下古生界寒武系六道沟组(∈l)及第四系组成(图 2)。
青石坡组主要为千枚岩、千枚岩夹结晶灰岩、结晶灰岩夹千枚岩,在区内呈北北西向展布,横贯整个矿区,出露面积较大,是区内较为重要的地层单元,分布在矿区北部,出露总厚度大于1 165.5 m,倾角70°左右,局部近似直立。六道沟组(∈l)主要为安山岩、大理岩、千枚岩,分布在矿区中部,呈北西向长条状展布。
矿区内发育2条主断裂F1、F2,NWW西向横贯整个矿区。三岔金矿受F1断裂所引起的派生构造F6断裂控制。区内岩浆活动始于加里东期,结束于华力西早期,其中以加里东中期的岩浆活动最为强烈。矿区加里东期闪长岩体位于矿区南部,北西西向延伸,区内出露面积约5.6 km2,呈岩株产出;矿区中部主要以加里东期安山岩为主。矿区内岩脉较发育,主要有超基性岩脉、闪长岩脉、石英脉、花岗岩脉、闪长玢岩脉等,主要分布在三岔闪长岩体及寒武系六道沟组中;长城系湟中群青石坡组中也可见闪长岩小岩脉侵入,侵入规模小。三岔金矿体主要赋存在F6构造带中,走向320°,倾角60°~80°,矿体形态呈透镜状,厚度不稳定,平均为7.25 m。矿石构造类型主要为星点状构造、浸染状构造及团块状构造,矿石结构呈他形、半自形、自形。原生金属矿物主要为黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿,其次为闪锌矿;次生矿物主要为赤铁矿、针铁矿等;脉石矿物为石英、绢云母及碳酸盐等。
金矿体位于闪长岩脉和两侧的蚀变破碎带(原岩白云质大理岩夹千枚岩)中。带内岩石破碎蚀变强烈,岩性主要为蚀变闪长岩、糜棱岩、构造角砾岩等。蚀变主要为硅化、黄铁矿化、高岭土化及绿泥石化等,对与矿化有关的蚀变闪长岩脉及蚀变白云质大理岩夹千枚岩的围岩采集样品进行显微镜下观察:蚀变闪长岩脉为绿泥石化、绢云母化,其次为硅化和高岭土化,局部发育。根据野外对该矿床的脉体穿插关系和矿石组构、矿物共生组合的观察,该矿床金的形成可划分为3个成矿阶段(图 3):Ⅰ阶段为石英-黄铁矿阶段(隐爆石英角砾),表现为相对较粗的石英、黄铁矿呈浸染状产出,该阶段黄铁矿自形程度高,含矿性差;Ⅱ阶段为石英多金属硫化物阶段(黄铁绢英岩),主要金属矿物组合为黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、镍黄铁矿和闪锌矿等,是金矿化的主要成矿阶段;Ⅲ阶段为石英方解石阶段(主要为石英脉),矿物组合为石英和方解石,为热液活动晚期产物,不含金。
3 流体包裹体特征为了探讨三岔金矿成矿流体的来源、成分以及演化特征,对与金矿形成相关的三类矿化流体包裹体特征进行了多方面的对比研究。流体包裹体岩相学、显微测温及激光拉曼光谱成分分析均在吉林大学地球科学学院地质流体实验室测试完成,流体包裹体使用仪器为Linkam THMS-600型冷热两用台及Renishaw System-1000型激光拉曼光谱仪。在流体包裹体测温前,用人造纯H2O及25%H2O-CO2包裹体(国际标样)进行系统校正,误差为0.1 ℃。包裹体测温过程中,低温(<10 ℃)升温速率为0.1~1.0 ℃/min,10~31 ℃时升温速率为5~10 ℃/min。在高温(>100 ℃)升温速率为5~10 ℃/min,在相变温度附近,将升温速率控制在1 ℃/min。冷冻测温时,利用液氮对包裹体降温,同时观察包裹体变化,包裹体冷冻后缓慢升温,接近相变点时,控制升温速率。对于气液两相包裹体,测定其冰点温度和均一温度。
3.1 流体包裹体岩相学特征本次研究对三岔金矿成矿各阶段的隐爆石英角砾岩、黄铁绢英岩和石英脉流体包裹体进行了研究(图 3)。各阶段均发育有大量流体包裹体,分布状态或为成群、或为单个孤立状态,包裹体大小2~20 μm不等,形状为椭圆型、多边形、不规则形状。根据包裹体室温下相态和加热过程中呈现的相态特征,可划分为气液两相包裹体、气液固三相包裹体及富液相CO2流体包裹体(图 4)。
1) 气液两相包裹体:为该矿床数量最多的包裹体。室温下由盐水溶液及气泡两相构成,形态以椭圆形、长条状及不规则状居多,大小为2~20 μm,多为3~8 μm,气液比10%~70%,多为20%~40%,在加热升温过程中所有包裹体都均一到液相。该类型的包裹体在各成矿阶段均较为发育,为各成矿阶段流体包裹体的主要类型。早期成矿阶段此类包裹体可见次生或假次生包裹体,呈线性排列,但主要以原生包裹体为主。
2) 含固体子矿物三相流体包裹体:室温下由水溶液相、立方体子晶与气泡组成,气相充填度为10%~30%,大小为5~10 μm。此类包裹体主要出现在成矿早期阶段隐爆石英角砾岩中。
3) 富液相CO2流体包裹体:该类型包裹体主要存在于石英角砾与黄铁绢英岩中,在石英脉中较少,是主成矿阶段重要的包裹体类型。室温下由水溶液相和CO2相组成,液态水溶液的充填度为30%~70%,大小为5~10 μm,低温时气相CO2的边缘出现液相CO2液相圈,形成LH2O-LCO2-VCO2的三相流体包裹体。液相CO2比H2O气液两相流体包裹体中的气泡暗,气泡所占的体积液比较大。
3.2 流体包裹体显微测温本次对金的不同成矿阶段的流体包裹体进行了显微测温研究(图 5,表 1)。结果表明:
1) 成矿Ⅰ阶段的隐爆石英角砾岩:主要发育H2O气液两相包裹体,其次发育富液相CO2三相包裹体,可见少量气液固三相包裹体。以H2O为主包裹体体积分数约为89%,长轴为2~20 μm,盐度为0.18%~18.53%,均一到气相,均一温度为206.2~350.3 ℃,密度为0.74~1.05 g·cm-3;富液相CO2类包裹体体积分数较少,约为10%,长轴为5~12 μm,盐度为6.46%~10.29%,均一到气相,均一温度为251.2~387.1 ℃,密度为0.66~0.85 g·cm-3。气液固三相包裹体少见,显微测温加热至435.0 ℃时,仍未均一,此时因载玻片爆裂,故未能测出其均一温度。
2) 成矿Ⅱ阶段的黄铁绢英岩:主要发育H2O气液两相包裹体,包裹体长轴2~6 μm,盐度为1.56%~16.63%,均一到气相,均一温度171.4~269.0℃,密度0.81~1.03 g·cm-3。
3) 晚成矿阶段的石英脉:主要发育H2O气液两相包裹体,包裹体长轴2~8 μm,盐度为1.56%~12.53%,均一到气相,均一温度为135.6~290.6 ℃,密度为0.78~0.97 g·cm-3。
3.3 激光拉曼显微探针分析对富CO2三相包裹体及气液两相包裹体进行了激光拉曼光谱分析,结果表明,CO2及H2O强度峰值明显(图 6),说明成矿流体成分主要为H2O-NaCl-CO2体系。
3.4 成矿压力与深度的估算通过流体包裹体岩相学特征观察发现,包裹体主要为H2O气液两相包裹体和含CO2三相包裹体,且含CO2包裹体和纯H2O包裹体为同时捕获,因此利用p-T相图进行投影(据Roedder and Bodnar,1980),剔除部分不合理的点后得出三岔金矿化成矿压力为80~105 MPa(图 7)。依据成矿压力,孙丰月等[29]据Sibson(1994)的断裂带流体垂直分带曲线,用计算机分段拟合了深度和压力之间的关系式,计算出三岔金矿的成矿深度为7.3~8.5 km,以中深成深度为主。
4 成矿流体来源碳、氧在不同的地球化学端元存在明显的同位素分馏,作为稳定同位素,在研究成矿物质来源等方面具有重要的指示意义。
热液中的CO2主要来源于沉积的碳酸盐分解、地幔与地层有机质的降解。三岔金矿的成矿期脉状方解石碳同位素值较为集中(δ13CV-PDB为-1.4‰~-1.0‰),与海相碳酸盐的碳同位素平均值接近(表 2、图 8)。流体中碳来自深部或者起源于沉积碳酸盐。氧同位素组成比较均一(δ18OV-SMOW为16.2‰~16.3‰),显示了兼具变质岩与沉积岩的同位素特征。研究结果表明,三岔矿区湟中群青石坡组主要以千枚岩、结晶灰岩为主,中部矿体附近为结晶灰岩夹千枚岩,南部千枚岩沿走向被结晶灰岩互层代替,暗示成矿流体与含有机质的灰岩和千枚岩关系密切。说明该矿床的碳主要来自深部(岩浆)和海相碳酸盐的溶解作用。
序号 | 样品原号 | 矿物 | δ13CV-PDB/‰ | δDV-SMOW/‰ | δ18OV-SMOW/‰ | δ18OV-PDB/‰ | δ18OH2O/‰ |
1 | SC-12-CM1-B2 | 方解石 | -1.4 | 16.2 | -14.3 | ||
2 | SC-12-CM2-B3 | 方解石 | -1.3 | 16.2 | -14.2 | ||
3 | SC-12-CM2-B5 | 方解石 | -1.0 | 16.3 | -14.2 | ||
4 | SC-12-JK6 | 石英 | -69.4 | 14.9 | -15.5 | 6.1 | |
5 | SC-12-JK7 | 石英 | -71.5 | 6.7 | |||
6 | SC-12-JK8 | 石英 | -72.6 | 6.9 | |||
碳同位素地质储库据Clark,1997;氧同位素地质储库据Hoefs,2009。 |
氢-氧同位素分析结果(表 2、图 9):测得3个氢-氧同位素落在了原生岩浆水的范畴。结合野外地质观察发现矿体的形成与闪长岩的侵入关系密切,认为成矿流体有岩浆水的参与。用于测试的石英脉形成于早期石英-黄铁矿阶段,方解石形成于成矿的晚期碳酸盐阶段,综合C、H、O同位素的示踪认为,三岔金矿的成矿流体主要以岩浆水为主。
5 成矿物质来源选取矿石中黄铁矿进行S同位素测试(表 3):4件黄铁矿单矿物的δ34S的变化范围为-1.3‰~0.5‰,平均值为-0.78‰,δ34S变化范围较窄并有塔式分布规律,说明硫同位素均一化程度高,具有稳定的成矿环境。对比天然物质中硫的同位素组成(图 10)表明:三岔金矿床中矿石δ34S值接近陨石硫的标准值,反映了硫的深源特征。
通过对流体包裹体研究,揭示了成矿流体的特征及演化。三岔矿床成矿早期阶段的隐爆石英角砾岩内流体包裹体均一温度为206.2~387.1 ℃,平均为262.18 ℃,盐度0.18%~18.53%,平均为11.47%,总体表现为中温、低盐度。
中期阶段,热液在中元古界长城系湟中群青石坡组运移过程中,萃取了地层中的Au元素,同时伴有温度和盐度的降低。该阶段的流体温度为171.4~269.0 ℃,平均为214.49 ℃,盐度为1.56%~16.63%,平均为6.93%。该阶段流体同时存在富液相、气液两相和含CO2三相包裹体,由于含CO2三相包裹体过小,未能测出相关数据。经包裹体的岩相学和显微测温分析,该阶段包裹体存在流体不混溶。
成矿晚期阶段为低温、低盐度的富水包裹体,包裹体大量分布在成矿晚期阶段的低温矿物石英脉中,同时贯穿于主成矿阶段矿物中形成次生包裹体。该阶段包裹体大小从2~8 μm不等,包裹体显微测温显示流体温度范围为135.6~290.6℃,平均为205.4 ℃,通过计算盐度为1.56%~12.53%,平均为4.67%,该阶段表现为低温、低盐度流体的特征。
根据流体包裹体研究,结合野外观察和区域地质资料,初步提出了该矿床的成因。以往研究认为,晚寒武世拉脊山存在蛇绿岩带岩石组合,其形成于陆间裂谷陆间小洋盆[30-31]。中祁连陆块南缘断续展布的镁铁—超镁铁质岩呈构造岩块产于奥陶纪具岛弧建造特征的碎屑岩、火山岩中,二者共同构成蛇绿构造混杂带[32]。冯备战[33]认为党河南山奥陶纪火山岩为典型岛弧火山岩;李世金[34]在拉脊山五道岭测得花岗岩年龄为443 Ma,认为该时期有洋壳俯冲作用。据此,认为疏勒南山—拉脊山缝合带在早古生代为大洋盆地环境。中祁连西段肃北、石包城地区花岗岩年龄分别为(415±3)Ma和(435±4)Ma,前者为陆陆碰撞后产物,后者产于洋壳俯冲的岛弧环境[35]。党和南山—拉脊山东段雾宿山二长花岗岩的Rb-Sr等时线年龄为423 Ma[35],表明志留纪已完全进入碰撞造山阶段。祁连造山带从元古宙到新生代均有矿床(点)形成或矿化产出,加里东期为该区成矿高峰期,其次是华力西成矿期和前寒武纪成矿期[34]。三岔金矿主成矿阶段为黄铁绢英岩,黄铁绢英岩中的绢云母40Ar-39Ar坪年龄为(416±5)Ma(数据待发),因此,认为三岔金矿应形成了碰撞造山后的构造背景。
三岔矿床位于中祁连构造岩浆带,在加里东期即发生了大规模的构造岩浆活动。加里东中晚期闪长岩侵位,同时为岩浆热液金的富集成矿提供热动力和主要矿质。根据青海省第五地质矿产勘查院资料[28],经光谱半定量分析,长城系湟中群青石坡组大理岩中Cu、Ni、W、Au质量分数较高,分别为225×10-6、399.2×10-6、44.6×10-6、7.6×10-9,硅质岩中Cu、Ni、Au质量分数较高,平均质量分数分别为237.5×10-6、581.3×10-6、5.9×10-9 。因此,湟中群中Au的浓度值要高于当地地壳克拉克值(1.1×10-9),说明湟中群为三岔金矿成矿提供了部分金的来源。早阶段成矿流体沿断裂上升的过程中萃取了湟中群青石坡组中的部分金。同时,矿区近东西向构造运动及次级构造为矿床形成提供了重要的成矿空间。成矿流体在热动力和构造运动的驱使下沿断裂上升,通过热液扩散与渗透交代等活动活化和萃取围岩物质,热液的成分不断发生改变,伴随温度、压力等相关因素的变化,最终在适宜的物理化学条件下沉淀富集成矿。
7 结论1) 成矿系统可见富气液两相包裹体、少量含子晶矿物包裹体和富液相CO2包裹体。成矿Ⅰ阶段主要发育气液两相包裹体和富液相CO2包裹体,同时可见少量含子晶矿物包裹体,成矿Ⅱ阶段主要发育气液两相包裹体,Ⅲ阶段主要发育气液两相包裹体。从早期Ⅰ阶段至晚期Ⅲ阶段,包裹体均一温度从中温逐渐演变为低温,流体的盐度与密度也逐渐降低。
2) 由C、H、O同位素研究表明,成矿流体主要来自于岩浆活动的岩浆水,在岩浆上升侵位过程中与周围地层物质接触,在后期演化过程中有来自地层的物质加入。矿石中的硫具有深源硫的特征,显示岩浆成因热液的特点。
3) 加里东晚期岩浆活动为矿床形成提供了热动力和成矿流体;同时形成的近EW向断裂为热液流体上升提供了通道,并为矿体的就位提供了空间条件;在热液流体上升的过程中,随着温度与压力的降低,同时伴有大气水的加入和CO2的逃逸,金发生富集沉淀成矿。
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