【摘要】：西秦嶺造山帶是我國(guó)重要的金成礦帶之一,已探明黃金儲(chǔ)量超過2000噸,近年的勘查工作顯示其深部仍具有較大的找礦潛力。以近NW-EW走向的合作-臨潭-兩當(dāng)深大斷裂為界,可將秦嶺造山帶或秦嶺金成礦帶劃分為北成礦帶和南成礦帶,其中北成礦帶的金礦床主要賦存在泥盆紀(jì)綠片巖相變質(zhì)巖中,而南成礦帶的金礦床則主要賦存在三疊紀(jì)未變質(zhì)-弱變質(zhì)沉積巖之中。前人對(duì)這些金礦床的地質(zhì)特征和成因開展了大量的研究,積累了大量資料,取得了豐碩成果。一般認(rèn)為北成礦帶的金礦床以石英脈型為主,成礦溫度較高(300℃),成礦流體和金屬元素來自沉積巖的變質(zhì)脫揮發(fā)分,礦床成因類型屬于造山型;而南成礦帶的金礦床以細(xì)脈浸染狀金礦床為主,成礦溫度較低(~200℃),目前對(duì)這類礦床的成因還存在很大爭(zhēng)論,部分學(xué)者根據(jù)其礦化特征與美國(guó)內(nèi)華達(dá)和我國(guó)滇黔桂地區(qū)卡林型金礦床類似這一觀察事實(shí),將其劃分為“類卡林型”,但也有學(xué)者認(rèn)為南成礦帶的金礦床仍為造山型。大橋金礦床是西秦嶺造山帶近年來新發(fā)現(xiàn)的一個(gè)超大型金礦床,2016年探明的黃金儲(chǔ)量已超過105 t Au,平均品位為3 4 g/t。大橋金礦床的賦礦圍巖為三疊系富有機(jī)質(zhì)綠纖石-陽起石相低變質(zhì)濁積巖系,金礦體產(chǎn)在一套在整個(gè)西秦嶺地區(qū)都非常罕見的角礫巖體中�；谠敿�(xì)的野外觀察及及礦相學(xué)/巖相學(xué)研究,將大橋金礦床的含金角礫巖可分為三類:早期的構(gòu)造角礫巖A和隨后疊加的兩期熱液角礫巖(亦稱水力角礫巖)B和C。通過系統(tǒng)的礦相學(xué)和礦物學(xué)研究,本文將大橋金礦床和圍巖中的硫化物劃分為2期、4個(gè)成礦階段和10個(gè)世代:成礦前(S1)結(jié)核狀和發(fā)育同沉積變形結(jié)構(gòu)的黃鐵礦(Py1);熱液期成礦早階段(S2)浸染狀黃鐵礦(Py1 Py4)和白鐵礦(Mc1 Mc2);熱液期主成礦階段(S3)熱液莓球狀、膠狀黃鐵礦(Py5a和Py5b)和復(fù)雜細(xì)脈狀白鐵礦(Mc3);熱液期成礦晚階段(S4)粗粒白鐵礦(Mc4)和少量黃鐵礦(Py6)及輝銻礦。由于流體成分和性質(zhì)的動(dòng)蕩變化,即使在一個(gè)熱液階段的礦物尺度上也可見不同世代黃鐵礦和白鐵礦的復(fù)雜共生關(guān)系(如Py3,Py4和Mc3)。與金礦化有關(guān)的熱液蝕變包括多期次硅化、硫化、絹云母化和稍晚階段的碳酸鹽化,蝕變礦物在空間上無明顯的分帶。硫化物微量元素組成的LA ICP MS微區(qū)原位分析結(jié)果顯示,賦存在三疊紀(jì)濁積巖系黑色頁巖夾層中的成礦前黃鐵礦Py1中含少量Au(平均0.05 ppm)及其他特征微量元素組合(Mn,Co,Ni,Cu,Mo,Bi和Pb),指示Py1形成于缺氧閉塞的沉積環(huán)境,與后期熱液活動(dòng)無關(guān)。熱液期成礦早階段不同世代的黃鐵礦和白鐵礦中均不同程度地富集Au:Py2、Py3和Py4中金的平均值分別為0.09 ppm,0.84 ppm和0.70 ppm;Mc1和Mc2則分別含金0.02 ppm和0.14 ppm。熱液期主成礦階段的中細(xì)粒不規(guī)則狀(熱液莓球狀、膠狀和環(huán)帶狀)、快速結(jié)晶形成的黃鐵礦和白鐵礦集合體則顯著富集金和其他相關(guān)微量元素(如Ag,As,Sb,Hg,Tl和W),包括Py5a(27.35 ppm Au),Py5b(9.71 ppm)和Mc3(5.94 ppm)。該階段高金硫化物主要產(chǎn)在水力角礫巖B和C的熱液膠結(jié)物(玉髓、方解石、黃鐵礦和白鐵礦)中,少量呈細(xì)粒浸染狀分布在被膠結(jié)的角礫內(nèi)部,而熱液期成礦晚階段Py6和Mc4幾乎不含金。利用LA MC ICP MS技術(shù)對(duì)不同世代硫化物的硫同位素組成進(jìn)行微區(qū)原位分析為硫(和金)的來源提供了重要信息。分析結(jié)果表明,熱液早階段不同世代的含金硫化物δ~(34)S值變化范圍大,分布在-31.3~+22.0‰之間,但平均值集中在-0.8~+5.2‰范圍內(nèi)。通過與區(qū)域地層及巖漿巖對(duì)比表明,熱液早階段硫化物的δ~(34)S值變化范圍與區(qū)域下伏古生代富含有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦沉積巖的硫同位素組成一致,指示早階段成礦流體可能與下伏沉積地層的變質(zhì)脫揮發(fā)分有關(guān)。主成礦階段硫化物具有相對(duì)均一、特征的低負(fù)δ~(34)S值,均值變化在-9.7~-6.0‰之間。結(jié)合該階段硫化物的產(chǎn)出形式及特殊的結(jié)晶特征,我們認(rèn)為在水壓致裂過程中由于壓力驟減導(dǎo)致的流體氧化是造成該階段同位素分餾及快速結(jié)晶形成富集~(32)S和Au硫化物的主要機(jī)制。綜合礦區(qū)地質(zhì)特征和不同階段含金硫化物的結(jié)構(gòu)、微量元素及硫同位素組成特征,作者認(rèn)為大橋超大型金礦床的形成經(jīng)歷了至少兩階段的金沉淀過程,即成礦早階段浸染狀含金硫化物和成礦主階段產(chǎn)在水力角礫巖熱液膠結(jié)物中的富金硫化物。早階段含金硫化物主要發(fā)育在沿三疊系與石炭系不整合界面或三疊系巖性界面發(fā)育的高孔隙度構(gòu)造角礫巖帶中;由于低滲透率黑色頁巖夾層的覆蓋,來自深部的成礦流體與有機(jī)質(zhì)含量較高的構(gòu)造角礫巖發(fā)生強(qiáng)烈的水巖反應(yīng)(如硅質(zhì)交代、有機(jī)質(zhì)的還原)導(dǎo)致浸染狀含金硫化物的沉淀。由于該階段成礦流體中的物理化學(xué)條件波動(dòng)較小,金的飽和和沉淀速率較慢,因而形成浸染狀低品位礦石。在主成礦階段,由于深源流體的周期性上升和強(qiáng)烈的圍巖蝕變反應(yīng)(主要為硅化),逐漸聚集的超壓流體最終導(dǎo)致了能干性強(qiáng)的硅化角礫巖發(fā)生多期次的水力破裂。在這一過程中,流體壓力的快速降低導(dǎo)致了流體的相分離(流體中H_2S等揮發(fā)分迅速逸出),從而造成流體的氧化、含金絡(luò)合物[如Au(HS)_2~-]的失穩(wěn)和金的快速、大量沉淀并進(jìn)入不規(guī)則細(xì)粒的硫化物晶格之中,從而形成高品位的角礫巖型礦石。在以上詳細(xì)硫化物期次劃分和礦物學(xué)研究的基礎(chǔ)上,本文首次利用同步輻射X射線熒光顯微分析技術(shù)(SXRF)和二次離子質(zhì)譜技術(shù)(NanoSIMS)對(duì)大橋金礦區(qū)不同地質(zhì)環(huán)境(沉積-變質(zhì)-熱液)中復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)及共生硫化物(主要為黃鐵礦,含少量白鐵礦)中微量元素富集特征進(jìn)行了詳細(xì)的研究,以揭示有機(jī)質(zhì)在不同金成礦階段中的作用。礦區(qū)內(nèi)有機(jī)質(zhì)的產(chǎn)狀及與硫化物的共生組合可分為四類:賦礦圍巖黑色頁巖夾層中的沉積有機(jī)質(zhì)OM1和黃鐵礦莓球狀集合體(Py1);礦石中浸染狀OM2和外部包裹(增生)的成礦早階段細(xì)粒黃鐵礦和少量白鐵礦集合體;礦石中細(xì)脈狀OM3和共生的主成礦階段Py5;礦區(qū)外圍由鉆孔揭露的下伏志留紀(jì)石墨片巖中的OM4和之前未報(bào)道過的變斑晶狀黃鐵礦(Py7)。SXRF和NanoSIMS元素面掃和定量分析結(jié)果顯示,三疊紀(jì)黑色頁巖中富集的Au,As,Co,Pb,Y,Bi,U和PGE等微量元素主要分布在莓球狀Py1顆粒間隙中的OM1中,而與莓球狀Py1本身的結(jié)晶過程無關(guān)。對(duì)于礦石中浸染狀的OM2顆粒,初步的拉曼激光分析顯示其結(jié)晶度和成熟度均較低,估算其經(jīng)歷的最高溫度約為283 355℃,遠(yuǎn)高于前人獲得的礦區(qū)成礦流體溫度(~100 240℃)。由此推測(cè)OM2屬于原地沉積而非熱液成因,可能是OM1在區(qū)域綠纖石-陽起石相變質(zhì)作用過程中形成的。大量的Au及其他與成礦相關(guān)的微量元素富集在圍繞OM2顆粒邊緣生長(zhǎng)的早階段硫化物中,顯示OM2很可能作為重要的還原劑導(dǎo)致了流體中Au絡(luò)合物的失穩(wěn)及含金硫化物的沉淀。值得注意的是,在熱液流體與原地OM2顆粒相互作用過程中,由于OM2邊緣熱液活化形成的多孔狀和大比表面積結(jié)構(gòu),Au,As,Zn,Hg,Tl和U等微量元素通過物理吸附或形成有機(jī)-金屬螯合物等方式不同程度地富集在OM2顆粒邊緣,而V和Ni等元素則從OM2中釋放并進(jìn)入熱液流體中,并最終富集在外部增生的早階段硫化物中。礦石中局部發(fā)育的微細(xì)脈狀OM3及與其共生的主成礦階段Py5呈熱液膠結(jié)物的形式產(chǎn)在硅化角礫巖邊緣,顯示兩者均為熱液成因。OM3和Py5脈體主要分布在受熱液交代的、具有不規(guī)則溶蝕邊結(jié)構(gòu)的OM2顆粒附近,推測(cè)熱液OM3的沉淀很可能與原地的OM2顆粒在熱液交代過程中發(fā)生的部分溶解相關(guān)。由于有機(jī)質(zhì)在偏氧化的熱液流體環(huán)境中不穩(wěn)定,因此推測(cè)OM2的熱液溶解很可能與主成礦階段由于水力破裂過程中壓力的驟減導(dǎo)致的流體氧化有關(guān)。熱液成因的OM3細(xì)脈只含有少量的As和Hg,反映了Au及其他微量元素優(yōu)先分配進(jìn)入與OM3密切共生的細(xì)粒Py5中。雖然目前還缺乏直接證據(jù),但根據(jù)前人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè)OM2經(jīng)熱液溶解形成的產(chǎn)物如有機(jī)酸很可能存在于OM3和Py5沉淀的成礦熱液中,并促進(jìn)了成礦流體中Au等微量元素的絡(luò)合和局部的遷移。詳細(xì)的巖相學(xué)及礦物學(xué)觀察表明,OM4形成過程中伴隨的大量碳質(zhì)(CO_2和CH_4等)變質(zhì)流體導(dǎo)致已經(jīng)發(fā)生變質(zhì)重結(jié)晶的Py7斑晶被后期熱液菱鐵礦和鐵白云石等含鐵碳酸鹽礦物熱液交代。OM4石墨細(xì)脈體的形成與變質(zhì)過程中賦存在原巖黑色頁巖中原地沉淀有機(jī)質(zhì)的熱液活化和再遷移過程有關(guān)。SXRF分析顯示,OM4和Py7中只含有少量的Co,Ni,Cu和Pb等微量元素而虧損Au,As,Hg,Sb和Tl等與成礦相關(guān)的元素。Py7中這些元素的虧損很可能與黃鐵礦的變質(zhì)重結(jié)晶作用和后期在碳質(zhì)變質(zhì)流體中熱液交代過程中微量元素的大量釋放和再遷移過程相關(guān)。綜上,對(duì)大橋金礦區(qū)沉積、變質(zhì)和成礦環(huán)境中復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)和共生硫化物中微量元素分布特征的研究結(jié)果顯示,有機(jī)質(zhì)在沉積巖中金的初始富集、下伏變質(zhì)巖源區(qū)金的釋放、礦石中含金硫化物的沉淀及局部金等成礦元素的遷移等過程中均起到了重要的作用。這一研究成果為更好地理解賦存在沉積巖中金及其他多金屬(如Mn,V,Ni,Mo,U,Zn,Cu和PGE等)礦床復(fù)雜的成礦過程提供了新的證據(jù)和研究視角。盡管前人對(duì)西秦嶺造山帶內(nèi)金礦床的成礦時(shí)代進(jìn)行了大量研究,但早期相當(dāng)多的研究沒有給出詳細(xì)的地質(zhì)及礦化特征和樣品信息,也缺少高精度的分析手段,因此對(duì)部分金礦床的成礦時(shí)間及構(gòu)造背景仍不清楚。已有的高精度年代學(xué)結(jié)果顯示,秦嶺造山帶內(nèi)的金礦床主要形成于晚三疊-早侏羅世。本文在詳細(xì)的地質(zhì)特征及礦物學(xué)觀察基礎(chǔ)上,對(duì)大橋礦區(qū)出露的少量中酸性巖脈和熱液蝕變絹云母開展了系統(tǒng)的鋯石LA ICP MS U Pb和高精度~(40)Ar/~(39)Ar年代學(xué)研究,以約束大橋金礦床的成礦時(shí)代及其與礦區(qū)內(nèi)脈巖的成因聯(lián)系,揭示大橋金礦床的成礦構(gòu)造背景。鋯石LA ICP MS U Pb定年結(jié)果顯示,礦區(qū)6條花崗閃長(zhǎng)巖脈的鋯石U Pb年齡介于215.0±1.1~211.5±1.5 Ma(1σ)之間,1條閃長(zhǎng)斑巖脈的年齡為187.5±2.1Ma(1σ),顯示這些中酸性巖脈形成于晚三疊至早侏羅世。進(jìn)一步通過對(duì)2種產(chǎn)狀的熱液絹云母~(40)Ar/~(39)Ar定年來限定成礦年齡:高品位構(gòu)造角礫巖礦石中與浸染狀含金黃鐵礦密切共生的絹云母集合體;強(qiáng)蝕變但弱礦化的花崗閃長(zhǎng)巖脈中與含金黃鐵礦共生的細(xì)粒絹云母。~(40)Ar/~(39)Ar定年結(jié)果顯示,角礫巖中絹云母集合體的~(40)Ar/~(39)Ar坪年齡介于150.7±3.1~142.3±2.5 Ma(2σ)之間,蝕變花崗閃長(zhǎng)巖脈中絹云母和一個(gè)低品位角礫巖礦石中絹云母的~(40)Ar/~(39)Ar坪年齡介于130.8±3.1~1127.2±0.6 Ma(2σ)之間�；谧钚碌亩杲Y(jié)果認(rèn)為,大橋金礦床主要形成于晚侏羅至早白堊世,這一年齡明顯晚于礦區(qū)蝕變花崗閃長(zhǎng)巖(215 212 Ma)和閃長(zhǎng)玢巖脈巖(188 Ma)的侵入,表明金礦化與空間上密切相關(guān)的晚三疊至早侏羅世中酸性巖脈無成因關(guān)系。大橋金礦的形成至少與兩期熱液活動(dòng)相關(guān),多期熱液活動(dòng)與礦區(qū)發(fā)育的多期水力破裂作用相吻合。對(duì)區(qū)域成巖成礦年代學(xué)資料的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),西秦嶺造山帶明顯缺少185 150 Ma的巖漿及金成礦事件,指示該造山帶與碰撞造山相關(guān)的變質(zhì)變形作用可能在早侏羅世已經(jīng)結(jié)束。大橋金礦床可能與東秦嶺地區(qū)乃至亞洲東北部發(fā)育的大規(guī)模晚侏羅-早白堊紀(jì)金多金屬礦床可能是同一區(qū)域成礦作用的產(chǎn)物,這些金礦床的形成可能與古太平洋板塊俯沖的遠(yuǎn)程效應(yīng)及晚中生代濱太平洋構(gòu)造體系的構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換有關(guān)。通過大橋金礦床與世界上其他典型的賦存在沉積巖中金礦床的地質(zhì)及礦化特征進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比,認(rèn)為大橋金礦床的成礦物質(zhì)和流體均來源于深部富含黃鐵礦和有機(jī)質(zhì)地層的變質(zhì)脫揮發(fā)作用,礦床成因類型屬于淺成造山型金礦床,而非前人認(rèn)為的“類卡林型”。西秦嶺造山帶南成礦帶和北成礦帶賦存在不同變質(zhì)程度沉積巖中的造山型金礦床地質(zhì)和礦化特征的差異性與其形成深度和所處的構(gòu)造應(yīng)力體制密切相關(guān),也可能同時(shí)反映了南、北成礦帶構(gòu)造隆升和剝蝕程度的差異。在大橋金礦成礦過程中,不同地質(zhì)環(huán)境中的不同類型有機(jī)質(zhì)除了可以改變局部成礦流體的物理化學(xué)條件(如氧化還原條件和pH等),還可以通過物理吸附或化學(xué)還原作用導(dǎo)致金的富集,通過形成絡(luò)合物或螯合物等方式促進(jìn)微量元素在熱液流體中進(jìn)行遷移等�；诒疚牡难芯�,提出西秦嶺地區(qū)今后金礦床的找礦勘查工作要重視晚侏羅-早白堊世金礦化事件。在區(qū)域深大斷裂發(fā)育地帶,由于深部變質(zhì)地層釋放的金和流體能有效向上運(yùn)移,因此上部三疊系和泥盆系中的有利構(gòu)造部位是找礦的遠(yuǎn)景地段。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P618.51

【參考文獻(xiàn)】

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1 張國(guó)偉，張宗清，董云鵬;秦嶺造山帶主要構(gòu)造巖石地層單元的構(gòu)造性質(zhì)及其大地構(gòu)造意義[J];巖石學(xué)報(bào);1995年02期

2 譚光裕;坪定砷金礦床地質(zhì)特征及成礦機(jī)制探討[J];甘肅地質(zhì)學(xué)報(bào);1992年01期

本文編號(hào)：2778955