孫祥民，丁厚炳，徐榮科，陳 婕

(1.湖北省地質(zhì)局 第八地質(zhì)大隊(duì),湖北 襄陽(yáng) 441002; 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 資源學(xué)院,湖北 武漢 430074)

湖北省蛇屋山大型金礦發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)80年代末,自發(fā)現(xiàn)及評(píng)價(jià)以來(lái),礦床成因存在“紅土型”與“卡林型”之爭(zhēng),這直接影響了本區(qū)勘查方法和找礦工作的導(dǎo)向。在近二十年的淺表風(fēng)化礦開(kāi)采過(guò)程中,越來(lái)越多的開(kāi)采面展現(xiàn)的地質(zhì)現(xiàn)象已無(wú)法用原有觀點(diǎn)予以充分解釋。本研究通過(guò)對(duì)礦區(qū)的成礦地質(zhì)背景進(jìn)行深入的調(diào)查及對(duì)前人資料的重新認(rèn)識(shí),從區(qū)域地質(zhì)背景及成礦地質(zhì)條件、金礦床的地球化學(xué)特征、金礦礦化特征等方面入手,進(jìn)一步總結(jié)礦床地質(zhì)特征,對(duì)本礦床的控礦因素及成礦機(jī)制進(jìn)行探討,藉此重新評(píng)價(jià)該區(qū)找礦前景,為下一步的勘查工作部署、明確找礦方向提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

蛇屋山礦區(qū)處于揚(yáng)子陸塊區(qū)(Ⅱ)—下?lián)P子陸塊(疊加盆地)(Ⅱ1)—鄂東南褶沖帶(Ⅱ1-1)—大冶臺(tái)地裂谷帶(Ⅱ1-1-2)之鄂東南滑脫折離構(gòu)造體系[1]。該構(gòu)造體系南起幕阜山—大幕山隆起帶(構(gòu)造系根部),北止于嘉魚(yú)—赤壁弧形構(gòu)造帶(構(gòu)造系前鋒)；其主體構(gòu)造格架定型于印支—燕山早期,以規(guī)模較大的近東西向系列南傾緊密倒轉(zhuǎn)褶皺、逆沖推覆斷層為主；燕山晚期持續(xù)伸展體制下表現(xiàn)為北東向及北西向斷裂疊加改造,切割早期構(gòu)造形成構(gòu)造斷塊格局；在嘉魚(yú)—赤壁一帶總體表現(xiàn)為向南突出的弧形構(gòu)造帶(圖1)。

圖1 蛇屋山金礦區(qū)域構(gòu)造綱要圖Fig.1 Regional tectonic outline map of Shewushan gold deposit1.第四系；2.上白堊統(tǒng)—下第三系；3.侏羅系；4.上三疊統(tǒng)—下侏羅統(tǒng)；5.三疊系；6.二疊系；7.石炭系；8.志留系；9.花崗斑巖；10.高精度磁測(cè)推測(cè)隱伏巖體；11.高精度磁測(cè)推測(cè)隱伏次火山巖—火山巖帶；12.倒轉(zhuǎn)背斜；13.倒轉(zhuǎn)向斜；14.褶皺編號(hào)；15.地質(zhì)界線；16.實(shí)測(cè)正斷層；17.實(shí)測(cè)逆斷層；18.實(shí)測(cè)性質(zhì)不明斷層；19.地質(zhì)推測(cè)隱伏斷裂；20.高精度磁測(cè)推測(cè)隱伏斷裂；21.電測(cè)深推測(cè)隱伏斷裂；22.衛(wèi)片解譯隱伏斷裂；23.金礦；24.銻礦點(diǎn)。

區(qū)域地層屬揚(yáng)子地層區(qū)下?lián)P子分區(qū),地表大部分為第四系覆蓋,出露志留系、石炭系上統(tǒng)、二疊系、三疊系及侏羅系下統(tǒng)—中統(tǒng)地層,缺失泥盆系及石炭系下統(tǒng)、侏羅系上統(tǒng),被第四系覆蓋的地層有奧陶系。區(qū)內(nèi)與金礦化有關(guān)地層主要是奧陶系、二疊系下統(tǒng)茅口組、三疊系上統(tǒng)—侏羅系下統(tǒng)王龍灘組。航磁測(cè)量推測(cè)礦區(qū)北部存在嘉魚(yú)隱伏中酸性巖體,南部有寶塔山隱伏火山巖(玄武巖)。嘉魚(yú)隱伏巖體推測(cè)埋深1.5～2.8 km,傾向北東；寶塔山隱伏火山巖為鉆孔揭露,巖性為拉斑玄武巖。蛇屋山、銅山、八字門(mén)等金礦均出現(xiàn)在嘉魚(yú)隱伏巖體南緣,南部蠟里山金銻礦出現(xiàn)在次火山巖活動(dòng)帶邊緣。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)大部被第四系覆蓋,據(jù)采坑及鉆孔揭露,基巖有寒武系中統(tǒng)—奧陶系下統(tǒng)婁山關(guān)組(∈2O1l)中—細(xì)晶白云巖,奧陶系下統(tǒng)南津關(guān)組(O1n)灰?guī)r夾薄層泥巖或頁(yè)巖,紅花園組(O1h)晶?；?guī)r,大灣組(O1d)薄—中厚層狀泥灰?guī)r夾薄層泥巖、泥瘤狀灰?guī)r,志留系下統(tǒng)新灘組(S1x)泥巖、粘土巖、粉砂巖,三疊系上統(tǒng)—侏羅系下統(tǒng)王龍灘組(T3J1w)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖。

2.2 構(gòu)造

主要發(fā)育有蛇屋山倒轉(zhuǎn)背斜：分布于蛇屋山—小蛇屋山間,總體呈近東西向展布,長(zhǎng)約8 km,核部地層主要由寒武系婁山關(guān)組組成,翼部由奧陶系、志留系組成,背斜軸跡西段近北西西向,東段近東西向,總體南傾,傾角約20°～30°,局部近直立(0線)。因受西高東低的基底隆起影響,褶皺軸線向東側(cè)伏,側(cè)伏角10°～15°。背斜西段揚(yáng)起剝蝕僅見(jiàn)倒轉(zhuǎn)翼,中部在0線一帶剝露其近核部的轉(zhuǎn)折端,推測(cè)在本區(qū)東部背斜保存相對(duì)完整(圖2)。

圖2 蛇屋山金礦區(qū)基巖地質(zhì)圖Fig.2 Geological map of the bedrock of Shewushan gold mine1.三疊系上統(tǒng)—侏羅系下統(tǒng)王龍灘組；2.志留系下統(tǒng)新灘組；3.奧陶系下統(tǒng)紅花園組；4.奧陶系下統(tǒng)南津關(guān)組；5.寒武系中統(tǒng)—奧陶系下統(tǒng)婁山關(guān)組；6.實(shí)測(cè)及推測(cè)斷裂；7.平移斷裂；8.實(shí)測(cè)及推測(cè)地質(zhì)界線；9.層間破碎帶；10.硅化；11.黃鐵礦化；12.雌(雄)黃；13.方解石化；14.褐鐵礦化；15.重晶石化；16.硅化蝕變帶分布范圍。

區(qū)內(nèi)斷裂較為發(fā)育,分別發(fā)育有近東西向和北東向兩組構(gòu)造,東西向斷裂F2、F3主要沿蛇屋山倒轉(zhuǎn)背斜核部寒武系—奧陶系(∈-O)與志留系(S)硅鈣界面分布,為印支—燕山早期形成的逆沖推覆構(gòu)造體系,F2為下逆沖構(gòu)造面,F3為上逆沖構(gòu)造面,兩組斷裂整體上呈現(xiàn)壓性特征,構(gòu)造巖以碎裂巖為主。北東向斷裂(F4-F10)呈組列出現(xiàn)(見(jiàn)圖3),切割早期形成的東西向倒轉(zhuǎn)背斜和逆沖斷裂,斷裂性質(zhì)為平移張斷裂,構(gòu)造巖以角礫巖為主。

圖3 蛇屋山金礦區(qū)構(gòu)造立體簡(jiǎn)圖Fig.3 Three-dimensional diagram of structure in Shewushan gold mine1.三疊系—侏羅系；2.侏羅系；3.石炭系—二疊系；4.志留系；5.奧陶系；6.寒武系；7.逆沖斷層；8.平移斷層；9.性質(zhì)不明斷層；10.推測(cè)斷層。

2.3 圍巖蝕變

區(qū)內(nèi)蝕變類(lèi)型主要有硅化、高嶺石化、方解石化、重晶石化、雄(雌)黃化、黃鐵礦化,表現(xiàn)中低溫?zé)嵋何g變組合特征。其中硅化最為廣泛并呈現(xiàn)多期次特征,表現(xiàn)為面狀交代、膠結(jié)和脈狀充填,礦物成分以隱晶質(zhì)玉髓為主,部分為顯微粒狀石英及膠體相SiO2。黃鐵礦化一般與硅化相伴,黃鐵礦多呈晶粒浸染狀,部分呈脈狀分布于硅化構(gòu)造巖及硅化碳酸鹽巖中,晶體形態(tài)多為立方體,次為八面體、五角十二面體和他形粒狀。

2.4 構(gòu)造地球化學(xué)

構(gòu)造地球化學(xué)的研究主要采用采坑采集的構(gòu)造地化剖面的數(shù)據(jù),分別圈定Au、As、Hg、Sb異常(圖4),從圖4中可以看出各元素異常的形態(tài)主要受北東向斷裂控制,各元素異常濃集帶(點(diǎn))均出現(xiàn)在斷裂構(gòu)造中,反映斷裂構(gòu)造、特別是北東向斷裂控制Au等元素的分布。其中Au平均含量34.94×10-9～203.78×10-9,Au、As、Hg、Sb四種元素呈正相關(guān)關(guān)系,呈典型的低溫?zé)嵋涸亟M合特征。

圖4 蛇屋山金礦地球化學(xué)異常圖Fig.4 Geochemical anomalies of Shewushan gold mine

2.5 礦體分布特征

本區(qū)過(guò)去已發(fā)現(xiàn)并評(píng)價(jià)的主要金礦體賦存于第四系殘積松散層中,從殘留的未完全風(fēng)化徹底的構(gòu)造及礦化蝕變痕跡判斷,松散物為蛇屋山逆沖推覆構(gòu)造體系的上逆沖推覆斷裂面(F3)原地風(fēng)化殘積形成,厚度0～105.84 m。主礦體I號(hào)礦體全長(zhǎng)1 520 m,寬80～510 m,一般寬200～300 m,礦體厚1.00～44.30 m,多在10～30 m間,平均厚13.75 m。Au的含量1.00×10-6～19.49×10-6,平均品位2.01×10-6,呈似層狀產(chǎn)出,產(chǎn)狀近水平(見(jiàn)圖5)。

圖5 蛇屋山金礦39線剖面示意圖Fig.5 Schematic diagram of the line 39 section in Shewushan gold mine1.第四系；2.志留系下統(tǒng)；3.奧陶系下統(tǒng)；4.寒武系中統(tǒng)—奧陶系下統(tǒng)；5.原生金礦體；6.風(fēng)化礦體；7.地質(zhì)界線；8.斷層。

另外在原巖中發(fā)現(xiàn)零散小礦體33個(gè),原生金礦多分布在產(chǎn)狀較陡的北東向斷裂及其與東西向斷裂的交匯部位,厚度1.0～10.83 m,單工程平均品位1.01×10-6～5.63×10-6?？傮w上延伸規(guī)模不大,垂向上有距離淺部構(gòu)造面(F3)越近、礦化現(xiàn)象更好,遠(yuǎn)之則礦化弱的特征。

本次研究主要通過(guò)對(duì)本區(qū)最大規(guī)模的Ⅰ號(hào)礦體在水平方向上展布的特征分析,來(lái)進(jìn)一步厘清成礦作用與各期構(gòu)造的關(guān)系,分別采用原礦區(qū)地表單工程平均品位和單工程見(jiàn)礦厚度(邊界品位1×10-6)圈定等值線圖(圖6)。從品位和厚度等值線圖圈定的情況看,兩者在平面上均出現(xiàn)了“窗欞式”的展布特征,在東西向構(gòu)造和北東向構(gòu)造形成的每個(gè)斷塊(片)周緣,也就是斷裂破碎部位,無(wú)一例外的出現(xiàn)了較高品位區(qū)(帶)或厚大礦體區(qū)(帶),呈不規(guī)則的 “口”字狀展布,尤其是在后期的北東向斷裂構(gòu)造分布地段,也出現(xiàn)了呈線性分布的品位或厚度的高值區(qū)(帶),而遠(yuǎn)離斷裂構(gòu)造的部位,則出現(xiàn)多個(gè)礦體品位低或厚度薄的“洼地”。這也看出,區(qū)內(nèi)氧化礦分布于F2、F3,高品位礦的分布主要受構(gòu)造控制,反映出地表氧化礦應(yīng)是受構(gòu)造控制的原生礦在原地氧化形成的。

2.6 礦石特征

風(fēng)化礦礦石主要為粘土礦物(高嶺石、水云母、伊利石等)、石英、褐鐵礦、玉髓等,礦石結(jié)構(gòu)主要為含砂礫泥質(zhì)結(jié)構(gòu),其次為粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、砂礫結(jié)構(gòu)及泥質(zhì)結(jié)構(gòu)；礦石構(gòu)造以網(wǎng)紋狀構(gòu)造、土塊狀構(gòu)造為主。

原生礦礦石金屬礦物有黃鐵礦、毒砂、雌黃、雄黃、磁鐵礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、金、銀金礦。非金屬礦物有水云母、高嶺石、方解石、石英、重晶石。礦石結(jié)構(gòu)主要為自形結(jié)構(gòu)—他形結(jié)構(gòu)、浸染狀結(jié)構(gòu)、壓碎、碎裂結(jié)構(gòu),礦石常具條帶狀構(gòu)造、薄膜狀構(gòu)造、稀疏浸染狀構(gòu)造等。

礦石中金主要賦存于粘土礦物和黃鐵礦中,其分布率分別達(dá)51.5%～65.4%和32.9%～41.9%,還有不到2%的金賦存在方解石、白云石、石英中。粘土礦物中的金主要呈次顯微金游離狀吸附在高嶺石和水云母邊緣；黃鐵礦經(jīng)電子順磁共振分析,證實(shí)金呈顯微狀[2]分布于黃鐵礦晶格中或依附于黃鐵礦表面及裂隙中。

3 控礦因素和成因機(jī)制探討

3.1 成礦物質(zhì)來(lái)源分析

區(qū)內(nèi)寒武紀(jì)—侏羅紀(jì)地層的Au元素豐度值統(tǒng)計(jì)0.34×10-9～3.33×10-9,低于地球克拉克值,說(shuō)明蓋層地層中并沒(méi)有特定的礦源層。本礦床處于嘉魚(yú)隱伏巖體邊緣,有理由相信成礦物質(zhì)主要來(lái)源于變質(zhì)基底或巖漿熱液。

3.2 構(gòu)造熱液控礦條件分析

前已敘述,本區(qū)構(gòu)造主體格架始于印支—燕山早期的逆沖推覆構(gòu)造,之后為伸展體制產(chǎn)生的一系列燕山晚期北東向及北西向構(gòu)造予以疊加改造,兩期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)均產(chǎn)生了相應(yīng)的構(gòu)造熱液活動(dòng)。在早期東西向構(gòu)造蝕變巖中獲取的同位素年齡150 Ma左右代表了燕山早期的構(gòu)造熱事件；在后期北東向構(gòu)造與雄黃共生的方解石中獲得的Nd-Sm等時(shí)年齡為(99.1±2.4) Ma,這一年齡反映了金礦化及去碳酸鹽化的時(shí)間,代表了蛇屋山金礦兩次熱液成礦事件中較晚的一次,提供了蛇屋山金礦成礦的最晚時(shí)間約束。

從構(gòu)造地球化學(xué)的研究中可見(jiàn),Au元素分布與北東向構(gòu)造、東西向構(gòu)造關(guān)系極度密切,北東向構(gòu)造與東西向構(gòu)造都對(duì)各元素遷移富集具有控制作用。

從礦體分布特征來(lái)看,早期的東西向推覆斷裂(F2、F3)和北東向斷裂控制了整個(gè)礦體的分布范圍,礦體厚大、品位較高的部位均出現(xiàn)在斷裂附近,遠(yuǎn)之則厚度變小、品位變貧。很顯然晚期形成的北東向構(gòu)造對(duì)礦體也起到了明顯的導(dǎo)礦控礦作用,早期形成的推覆構(gòu)造提供了較好的容礦空間。

3.3 成礦階段研究

本次研究結(jié)合前人觀點(diǎn),將本礦床的成礦階段劃分為原生金礦成礦及風(fēng)化淋濾改造兩個(gè)階段[3]。

原生金礦成礦階段：含金流體沿高角度斷裂帶向上運(yùn)移,受上部泥質(zhì)地層屏蔽影響,沿早期的緩產(chǎn)狀構(gòu)造裂隙作側(cè)向運(yùn)移并形成環(huán)流。受溫壓、Eh值、pH值等因素突變的影響,在酸性熱液中形成的可溶性硫化物及氯化物的金出現(xiàn)析離,持續(xù)的液體深循環(huán)(增溫)—熱液萃取礦物質(zhì)—成礦元素的析離(降溫降壓)的過(guò)程,不斷致使金在有利部位沉淀富集,一部分金礦物被置換富集成礦,另一部分金礦物則在構(gòu)造破碎帶中經(jīng)泥質(zhì)物吸附而聚積成礦。包體測(cè)溫顯示金成礦溫度在110～290 ℃,屬中低溫成礦環(huán)境,圍巖蝕變也表現(xiàn)為硅化、黃鐵礦化、高嶺石化和少量重晶石化、雄黃、雌黃化。

風(fēng)化淋濾改造階段：主要表現(xiàn)為風(fēng)化環(huán)境下,以緩產(chǎn)狀的上逆沖推覆斷裂(F3)內(nèi)原生金礦為主的礦體的改造,是原生金礦化體和含金巖石在表生風(fēng)化淋濾作用下使金以游離狀態(tài)在粘土礦物中重新富集成礦的過(guò)程,最終形成地表次生富集礦(化)體。

3.4 成礦機(jī)理探討

綜上所述,蛇屋山金礦床應(yīng)為中低溫?zé)嵋撼傻V的卡林型金礦,在早期原生金礦成礦階段,構(gòu)造控礦作用顯著,從燕山晚期北東向斷裂構(gòu)造本身含礦及對(duì)礦體的控制情況來(lái)看,該構(gòu)造及其產(chǎn)生的熱液活動(dòng)對(duì)本區(qū)成礦起到了重要作用,早期形成的緩產(chǎn)狀的推覆斷面(硅鈣面及近硅鈣面的次級(jí)構(gòu)造)是恰當(dāng)?shù)娜莸V空間,經(jīng)深循環(huán)后的含金絡(luò)合物礦液隨北東向陡產(chǎn)狀斷裂上升至早期緩產(chǎn)狀的容礦構(gòu)造處,由于上部泥質(zhì)地層的屏蔽作用,含礦熱液形成側(cè)向運(yùn)動(dòng),在早期形成的構(gòu)造層中,受溫壓、Eh值、pH值等因素突變的影響,金出現(xiàn)析離,持續(xù)的液體深循環(huán)(增溫)—熱液萃取礦物質(zhì)—成礦元素的析離(降溫降壓)的過(guò)程導(dǎo)致近構(gòu)造交匯處金富集濃度增強(qiáng)。含礦流體由近至遠(yuǎn)逐步側(cè)向滲透的過(guò)程,產(chǎn)生了在緩產(chǎn)狀斷裂中的金礦體呈現(xiàn)以陡產(chǎn)狀斷裂為中軸,由近至遠(yuǎn)礦體品位由富至貧、由厚變薄的現(xiàn)象,礦體形態(tài)也受礦物質(zhì)聚集的物理化學(xué)條件限制,多以緩產(chǎn)狀產(chǎn)出,少量呈短小陡產(chǎn)狀脈狀產(chǎn)出。在后期表生風(fēng)化淋濾成礦階段(第四紀(jì)中更新世)[4],強(qiáng)烈的物理及化學(xué)風(fēng)化作用使早期形成的原生金礦化體分解,使之均勻貧化[5],在特定的條件下也可在一定的層位(淋積層)中富集,從而形成目前可以開(kāi)采利用的賦存在松散層中的“紅土型”金礦類(lèi)型(見(jiàn)圖7)。

圖7 蛇屋山金礦成礦模式圖Fig.7 Metallogenic pattern of Shewushan gold deposit1.第四系；2.志留系；3.寒武系—奧陶系；4.斷裂構(gòu)造；5.原生金礦體；6.氧化金礦體；7.風(fēng)化面；8.無(wú)礦天窗。

4 結(jié)論

通過(guò)進(jìn)一步梳理蛇屋山礦區(qū)成礦地質(zhì)背景,在前人的基礎(chǔ)上重新對(duì)蛇屋山金礦的成因、主要的控礦因素、成礦過(guò)程及階段進(jìn)行了分析研究,從熱液成礦機(jī)理的角度分析總結(jié)了礦體垂向和水平方向上分布的規(guī)律和特征,提出了燕山晚期北東向構(gòu)造也為主要的導(dǎo)礦控礦構(gòu)造、早期緩產(chǎn)狀推覆構(gòu)造面是主要容礦構(gòu)造的新觀點(diǎn)。蛇屋山金礦床應(yīng)為中低溫?zé)嵋撼傻V的卡林型金礦,主要成礦期應(yīng)為燕山期。更新世的風(fēng)化作用對(duì)原生金礦化體有一定的改造,或部分貧化或部分富集,但不是決定性作用。

致謝：本文在撰寫(xiě)過(guò)程中,先后得到中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)蔣少涌教授、劉德亮博士,湖北省地質(zhì)局第八地質(zhì)大隊(duì)胡起生教授級(jí)高級(jí)工程師的悉心指導(dǎo)和幫助,在此表示感謝！