北秦岭蒿坪和梅子沟金矿的H、O、S、Pb同位素特征和深部过程
doi: 10.20008/j.kckc.202601010
梁涛1,2,3 , 卢仁1,2,3 , 张宇1,2,3 , 陈俊魁1,2,3 , 胡红雷1,2,3
1. 河南省地质研究院,河南 郑州 450016
2. 河南省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室,河南 郑州 450016
3. 河南省有色金属深部找矿勘查技术研究重点实验室,河南 郑州 450016
基金项目: 本文受河南省自然资源科技攻关项目(2022-398-8)、河南省国土资源厅科技攻关项目(2016-08和2014-06)、河南省地质研究院 2024 年度地质科技攻关项目(2024-903-XM05-KT02、2024-903-XM06 和 2024-903-XM08)、中国矿产地质志项目(DD20221695、 DD20190379、DD20160346)联合资助
Isotopic compositions of H, O, S and Pb of the Haoping and Meizigou gold deposits, northern Qinling Orogenic Belt, and their geological implications
LIANG Tao1,2,3 , LU Ren1,2,3 , ZHANG Yu1,2,3 , CHEN Junkui1,2,3 , HU Honglei1,2,3
1. Henan Academy of Geology, Zhengzhou 450016 , Henan, China
2. Henan Key Laboratory of Metal Mineral Mineralization Geological Processes and Resource Utilization, Zhengzhou 450016 , Henan, China
3. Deep Ore prospecting technology Research Key Laboratory of Non-ferrous Metals of Henan Province, Zhengzhou 450016 , Henan, China
摘要
为探讨北秦岭蒿坪和梅子沟金矿的成矿动力学过程、揭示成矿物质的释放机制和分析区域Au成矿潜力及找矿预测区,对其开展了矿石 H、O、S、Pb同位素测试。梅子沟金矿石英样品的 δ18OV-SMOW值分别为 14.3‰ 和13.5‰,δDV-SMOW值分别为-41.8‰和-61.5‰,它们的δ18OH2O值分别为5.81‰和3.00‰。蒿坪和梅子沟金矿方铅矿的 δ34S 值分别为-0.6‰~2.0‰ 和 0.6‰~1.3‰。蒿坪金矿的206Pb/204Pb 比值、207Pb/204Pb 比值和208Pb/204Pb比值范围分别为18.12~18.29、15.46~15.67和37.95~38.60,其Δβ值和Δγ值分别为8.70~23.66 和 21.01~45.32。梅子沟金矿的206Pb/204Pb 比值、207Pb/204Pb 比值和208Pb/204Pb 比值范围分别为 18.14~18.27、 15.46~15.61和37.19~38.35,其Δβ值和Δγ值范围分别为9.00~19.14和27.36~36.95。蒿坪和梅子沟金矿的成矿流体来源分别以岩浆水和变质水为主,成矿物质来源于上地幔—下地壳及上地壳物质加入。蒿坪和梅子沟金矿床是北秦岭燕山期板内造山过程中早白垩世(约 130 Ma)岩石圈拆沉作用的产物。北秦岭具有巨大的金成矿潜力,指出了找矿预测区,提出了新的勘查思路和方法。
Abstract
Based on their geological features, the H, O, S and Pb isotopes of ore samples from the Haoping and Meizigou gold deposits in northern Qingling Orgenic Belt were analyzed in order to discuss the source of ore metals, the controlling factor of deep ore fluids discharge, consider the Au mineralization potential and the exploration targets. The δ18OV-SMOW values of the quartz samples from the Meizigou Au deposit were 14.3‰ and 13.5‰,and the δDV-SMOW values were -41.8‰ and -61.5‰ and the δ18OH2O values were 5.81‰ and 3.00‰, respectively. The δ34S values of the galena samples from the Haoping and Meizigou Au deposits were -0.6‰-2.0‰ and 0.6‰-1.3‰, respectively. The samples ratios of 206Pb/204Pb, 207Pb/204Pb and 208Pb/204Pb from the Haoping Au deposits were 18.12- 18.29, 15.46-15.67 and 37.95-38.60 with the values of Δβ and Δγ of 8.70-23.66 and 21.01-45.32, respectively. The sample ratios of 206Pb/204Pb, 207Pb/204Pb and 208Pb/204Pb from the Meizigou Au deposit were 18.14-18.27, 15.46- 15.61 and 37.19-38.35, and their Δβ and Δγ values were 9.00-19.14 and 27.36-36.95. The H and O isotopic data have suggested that ore-forming fluids of the Haoping and Meizigou Au deposits were mainly derived from the magmatic water and metamorphic water, respectively. The δ34SV-CTD values have shown a tower shape, which has indicated a mantle source. The Pb isotopic sample points were close to orogenic line, and fall into subduction zone lead mixed with upper crust and mantle source and orogenic belt lead source. These H, O, S and Pb isotopic features of the Haoping and Meizigou Au deposits have suggested that metallogenic materials were derived from lower crust and upper mantle, and the upper crust material has been added in the deposit formation process. The formation of the Haoping and Meizigou Au deposits was closely related to the Yanshanian intracontinental (intraplate) orogenesis of the northern Qinling Orogenic Belt, and they were the products of lithosphere delamination at ~130 Ma in Early Cretaceous. It suggested that there were endogenetic Au metallogenic potential in the northern Qinling Orogenic Belt. The exploration targets and new methods were discussed.
0 引言
河南省是中国重要的金资源产地之一,总计出露157处金矿床和47处共伴生金矿床,形成小秦岭、崤山、熊耳山—外方山、北秦岭、桐柏山—大别山和南秦岭6个金矿带(罗铭玖等,2000)。其中,北秦岭金矿带出露金矿床34处,以小型规模居多(张宇等, 2023),找矿工作长期未获得显著突破。蒿坪金矿 (111° 36'34″E,33° 34'18″N)和梅子沟金矿(111° 38'17″E,33°34'02″N)是北秦岭金矿带内典型的石英脉型及构造蚀变岩型金矿床,规模均为小型,相关研究主要为矿床地质特征、流体包裹体、成矿物质来源等方面(王学明等,1998伏雄,2003秦明等, 2018),如王学明等(1998)认为蒿坪金矿的成矿作用是在中温(285℃)、弱还原、弱碱性(pH=7.53)、高盐度、富含 CO2的条件下进行的。蒿坪和梅子沟金矿的同位素地球化学特征尚未知悉,特别是由此而来的深部构造背景以及成矿物质的释放机制模型尚未建立。鉴于此,本文对蒿坪和梅子沟金矿床开展了矿石H、O、S和Pb同位素测试,以期获得成矿物质来源、释放机制和区域成矿潜力等信息,同时也对北秦岭金矿的成矿规律、勘查模型进行了总结和修正。
1 区域地质特征
蒿坪和梅子沟金矿地处北秦岭构造带中部(图1a),区域地层主要为古元古界秦岭群、下古生界二郎坪群、上古生界和中生界(图1b)。秦岭群石槽沟组岩性以片麻岩和白云质大理岩为主,雁岭沟组主要岩性为大理岩。二郎坪群火神庙组岩性以细碧岩、角斑岩及火山碎屑岩为主,大庙组岩性以硅质板岩、石英砂岩和大理岩为主,二进沟组主要为细碧岩—石英角斑岩系夹凝灰岩、火山碎屑岩(王志宏等,2000)。上古生界由小寨组、枹树坪组和子母沟组组成,小寨组主要岩性为石英片岩、黑云斜长片岩、绢云片岩,枹树坪组以石英片岩、黑云斜长片岩为主,子母沟组主要为大理岩夹黑云石英片岩。中生界上三叠统五里川组岩性主要为炭质板岩、长石石英砂岩和紫红色砾岩。
朱阳关—夏馆深大断裂带(F1)是北秦岭构造带内的重要岩石圈级断层之一,呈近北西西向展布于朱阳关、米坪、军马河一线(图1b),延伸约 350 km,倾向多变,倾角 60°~80°,两侧均发育一系列近平行的次级断裂构造,如红石崖—蒿坪—大黄沟断裂带 (F2)。它的变形环境在绿片岩相到低角闪岩相之间,变质程度最高达角闪岩相,韧性变形阶段的变形温度为400~600℃(张欢等,2012
北秦岭中部地区的岩浆活动形成了新元古代、古生代和燕山期3期(图1b)。新元古代岩浆产物主要出露于朱阳关—夏馆深大断裂带以南的秦岭群内,如德河和寨根岩体。古生代岩浆活动包括早古生代火山岩、侵入岩和晚古生代侵入岩,典型代表分别是火神庙组内的基性火山岩、满子营岩体和堂坪—长探河岩体。燕山期侵入岩以早白垩世二长花岗岩岩体和脉岩为主,埃达克质的烟镇岩体和高庄金矿花岗细晶岩脉分别形成于(131.3±0.6) Ma (梁涛和卢仁,2018)和(128.8±1.3) Ma(Liang et al., 2021),二郎坪和骨头崖岩体形成于约 115 Ma(卢仁和梁涛,2017梁涛等,2019)。
北秦岭中部的金矿床(点)大致呈北西西向分布(图1b),典型矿床如高庄、水地沟、蒿坪、梅子沟等金矿,其中高庄金矿的形成时代为早白垩世(约 130 Ma)(张健等,2019梁涛等,2020)。此外,石墨也是北秦岭中部重要的非金属矿种,如横岭、午阳山、徐家湾、军马河、朱庙等大—中型石墨矿矿床 (阎昆等,2021王忠等,2022)。近年来,随着对北秦岭花岗伟晶岩的关注,发现并探明了一系列与之相关的锂、铍、铌(钽)、铷、锡等稀有金属、稀散元素矿床,成矿规律认识也获得了显著的提升(周起凤等,20192024张彦锋等,2021黄传计等,2023刘新星等,2023凤永刚等,2024)。最近,从北秦岭花岗伟晶岩中分选提纯获得了高纯石英砂,成为新的找矿热点,前人开展了相关的高纯石英原料矿勘查 (朱黎宽等,2022罗小南等,2023赵海波等, 2024)。
2 矿床地质特征
2.1 蒿坪金矿
蒿坪金矿矿区内出露二郎坪群火神庙组和大庙组(图2a),岩性主要有角斑岩、炭硅质板岩、绢云母化角斑凝灰岩和大理岩。在它们的接触部位发育韧性剪切带和层间断裂构造,形成了宽度50~100 m的构造蚀变破碎带,总体走向呈NWW-SEE向,是矿区内的重要赋矿地段。
蒿坪矿区出露的侵入岩主要为早泥盆世堂坪— 长探河岩体,脉岩主要为石英钠长斑岩,可见辉绿岩及煌斑岩等。其中,矿区内石英钠长斑岩与高庄金矿的花岗细晶岩具有相似的地质和岩石学特征,局部发育黄铁矿-褐铁矿-硅化,与金成矿作用关系密切,在找矿勘查中视为一种宏观找矿标志。
蒿坪金矿的金矿化带及金矿体主要产于炭硅质板岩(图3a)和绢云母化角斑岩中,构造破碎带内矿化强烈,在堂坪—长探河岩体的外接触带及岩体内部也出露金矿体。I号金矿化构造破碎带位于矿区中部,长约2500 m,宽度介于10~130 m,倾向南东东,倾角 40°~80°,圈定出 1 号和 8 号两个矿体。其内 I-1 号金矿体长 320 m,呈似层状、透镜状,受 NWW 向断裂控制,170°~200°∠40°~75°,矿体厚度、品位变化较大,平均厚度 1.31 m,金平均品位为 10.29 g/t,最高达393.8 g/t(伏雄,2003)。8号矿体由西侧的I-8-I和东侧的I-8-II两个金矿体组成,呈不规则薄脉状产出,矿体顶、底板均为糜棱岩化炭硅质板岩(图2b)。其中,I-8-I 金矿体长 415 m,矿体厚 0.70~1.52 m,平均厚 1.16 m,金品位 2.35~10.64 g/t,金平均品位 7.24 g/t;I-8-II 金矿体长 450 m,矿体厚 0.59~1.35 m,平均厚0.96 m,金品位3.04~7.48 g/t,金平均品位4.76 g/t(河南省有色金属地质矿产局第三地质大队,2010
蒿坪金矿的矿石结构类型主要有自形—他形粒状结构、包含结构、粒状变晶结构等,原生矿石以浸染状、网脉状等构造(图3b)为主,氧化矿具土状、蜂窝状构造。矿石以硫化物石英脉型金矿石为主(图3c),金含量普遍高于构造蚀变岩型金矿石,矿石矿物主要为黄铁矿、方铅矿、闪锌矿,次为黄铜矿、斑铜矿、黝铜矿和褐铁矿等,脉石矿物有石英、斜长石、绢云母、绿泥石、方解石等,蚀变类型以硅化、绢云母化、钾化、褐铁矿化、黄铁矿化和绿泥石化为主。
1北秦岭烟镇—二郎坪地区地质矿产简图
a—河南省构造分区简图(据河南省地质矿产局,1989修改);b—北秦岭烟镇—二郎坪地区金矿床(点)分布图(据河南省地质矿产开发局第一地质调查队,2005修改);I—华北克拉通;II—秦岭造山带;F—栾川—确山—固始深大断裂带;1—第四系;2—上三叠统五里川组;3—上古生界子母沟组;4—上古生界枹树坪组;5—上古生界小寨组;6—下古生界火神庙组;7—下古生界大庙组;8—下古生界二进沟组;9—古元古界雁岭沟组;10—古元古界石槽沟组;11—燕山期二长花岗岩;12—燕山期正长花岗岩;13—海西期花岗闪长岩;14—加里东期花岗闪长岩;15—加里东期斜长花岗岩;16—加里东期二长花岗岩;17—加里东期闪长岩;18—元古宇二长花岗岩;19—断裂带及编号(F1—朱阳关—夏馆断裂带, F2—红石崖—蒿坪—大黄沟断裂带);20—金矿床
2.2 梅子沟金矿
梅子沟金矿矿区内出露地层为大庙组和火神庙组,金矿化主要分布在大庙组的炭硅质板岩构造蚀变带和石英脉中。矿区由北、中和南 3 个矿段组成,其内出露有V1、V2、V3、V4、V7、V8、V9和V11共 8 条构造蚀变带,V2、V3、V4、V7 和 V8 位于中矿段 (图2c)。8 条构造蚀变带的走向分为北西西、北北东、近东西向3组,以北西西和近东西向断裂最为发育,断裂多被后期热液物质充填,可见碎裂岩,硅化较强,地表多呈褐铁矿化(河南省有色金属地质矿产局第三地质大队,2016)。其中,V2 构造矿化蚀变带出露在大庙组炭硅质板岩和绢云母化角斑凝灰岩中(图3d),大致沿北西 290°方向贯穿矿区,断续出露长度大于1.2 km,其东部出露简单,多为单条蚀变带,西部复杂,出露近平行的多条蚀变带,总体倾向 200°为主,倾角 70°~75°,其两侧发育碎裂糜棱岩化,出露硅化、黄铁矿化、绢云母化、滑石化和绿泥石化,在其与次级断裂交会部位和产状变化地段等处出露厚大矿体(秦明等,2018)。
梅子沟金矿区内的岩浆岩主要为北矿段西北角早泥盆世堂坪—长探河岩体,它与大庙组的侵入接触部位出露有矽卡岩化。此外,矿区内可见细晶岩、花岗斑岩、辉绿岩等脉岩和石英脉。
梅子沟金矿床出露14个矿体(据河南省有色金属地质矿产局第三地质大队,2016)。其中,K1 矿体位于中矿段东部,长约 360 m,走向为 280°为主,倾向南西西,倾角 55°~70°,控制埋深 0~329 m。矿体以不规则的似层状、脉状产出(图2d),厚度介于 0.42~3.07 m,平均厚度 1.47 m,矿石类型为含 Cu、 Pb、Zn金矿石,其中Au、Ag、Cu、Pb和Zn的平均品位依次为4.10 g/t、28.29 g/t、0.39%、1.72%和0.60%。
梅子沟金矿矿石构造以浸染状构造、脉状构造和网脉状构造为主(图3e),结构类型包括他形粒状结构、包含结构和交代残余结构(图3f)等。矿石矿物主要为黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、磁黄铁矿等,脉石矿物以石英、角闪石、长石等为主。矿区内主要蚀变类型有硅化、绢云母化、碳酸盐化、钾化、绿泥石化、黄铁矿化等。
2北秦岭蒿坪和梅子沟(中矿段)金矿地质简图
a—蒿坪金矿地质简图(据河南省有色金属地质矿产局第三地质大队,2010);b—蒿坪金矿89线勘探线剖面;c—梅子沟金矿(中矿段)地质简图(据河南省有色金属地质矿产局第三地质大队,2016);d—梅子沟金矿60线勘探线剖面;1—第四系;2—火神庙组;3—火神庙组变细碧岩; 4—大庙组;5—大庙组炭硅质板岩;6—大庙组变凝灰岩;7—大庙组大理岩;8—大理岩;9—炭硅质板岩;10—蚀变破碎带;11—泥盆纪花岗岩; 12—石英钠长斑岩;13—金矿体及编号;14—矿化蚀变带;15—钻孔及编号;16—勘探线及编号
3北秦岭蒿坪和梅子沟金矿的矿石特征
a—蒿坪金矿硅化炭质板岩;b—蒿坪金矿网脉状金矿石;c—蒿坪金矿致密块状矿石中的方铅矿、黄铁矿和石英;d—梅子沟金矿区内石英脉; e—梅子沟金矿条带状金矿石;f—梅子沟金矿致密块状金矿石中的黄铁矿、方铅矿和石英呈自形粒状结构
3 测试方法
蒿坪和梅子沟金矿床的 H、O 同位素分析在中国科学院地质与地球物理研究所稳定同位素地球化学实验室完成。H和O同位素分析分别采用热爆法和 BrF5 法,测试用质谱型号为 Finnigan 公司的 MAT-252,分析误差均在0.2‰以内。
S、Pb 同位素分析由北京科荟技术有限公司同位素实验室完成。S 同位素采用 V2O5法,分析仪器为 Thermo Fisher 公司的 MAT253plus 和 Flash EA 元素分析仪。Pb 同位素样品经二次蒸馏的浓 HF 和 HNO3溶样后,采用 Sr特效树脂上柱分离,测试仪器为 Thermo Fisher 公司的 Neptune plus 型 MC-ICPMS。
4 测试结果
4.1 H、O同位素结果
梅子沟金矿H、O同位素分析结果见表1
梅子沟金矿石英样品δ18OV-SMOW值分别为14.3‰ 和13.5‰,δDV-SMOW值分别为-41.8‰和-61.5‰,它们的δ18 OH2O值分别为5.81‰和3.00‰。蒿坪金矿石英样品 δ18OV-SMOW值分别为 15.3‰ 和 13.4‰,δDV-SMOW值分别为-70.5‰ 和-69.1‰,其 δ18 OH2O值分别为 7.85‰和5.95‰。在δ18O-δD图解中,蒿坪金矿样品点岩浆水域内,梅子沟金矿样品点落入变质水域内,高庄金矿样品点在岩浆水和变质水域内及附近均有(图4),这表明蒿坪和梅子沟金矿的成矿流体来源分别以岩浆水和变质水为主,而高庄金矿成矿流体具有混合来源的特征。同为变质水来源,高庄和梅子沟金矿具有明显的区别,笔者认为这是两个不同变质水端元的显示,可能是区域内不同地质单元经历了不同温度压力条件的变质脱水过程,暗示变质水也是混合流体来源。
4北秦岭蒿坪和梅子沟金矿的δ18O-δD图解(底图据 Rollison,1993修改)
1 —蒿坪金矿(据王学明等,1998);2—梅子沟金矿(本研究);3—高庄金矿(据杨崇辉等,1999向世红等,2017梁涛等,2020
1北秦岭蒿坪和梅子沟金矿的H、O同位素测试结果
注:计算温度均取自对应的来源文献,本研究的计算温度据河南省有色金属地质勘查总院,2018
4.2 S同位素结果
蒿坪和梅子沟金矿S同位素分析结果见表2
本研究蒿坪金矿方铅矿 δ34S 值为 0.8‰,总计 5 件样品的 δ34S 值介于-0.6‰~2.0‰。梅子沟金矿 2 件方铅矿样品δ34S值分别为1.1‰和0.6‰,3件样品 δ34S值介于0.6‰~1.3‰。它们显示了明显的塔式分布特征(图5)。整体比较而言,东侧高庄金矿δ34S值偏低,水地沟金矿 δ34S 值偏高,蒿坪和梅子沟金矿 δ34S值介于二者之间(图5)。
4.3 Pb同位素结果
蒿坪和梅子沟金矿 Pb 同位素分析结果见表3。蒿坪金矿206Pb/204Pb 比值、207Pb/204Pb 比值和 208Pb/204Pb比值范围分别为18.12~18.29、15.46~15.67 和 37.95~38.60,它们的 Δβ 值和 Δγ 值范围分别为 8.70~23.66 和 21.01~45.32。梅子沟金矿206Pb/204Pb 比值、207Pb/204Pb 比值和208Pb/204Pb 比值范围分别为 18.14~18.27、15.46~15.61和 37.19~38.35,其 Δβ值和 Δγ值范围分别为9.00~19.14和27.36~36.95。
2北秦岭蒿坪和梅子沟金矿的S同位素测试结果
5北秦岭蒿坪和梅子沟金矿的S同位素直方图
(高庄金矿样品数据据河南省地质矿产厅第一地质调查队,1991梁涛等,2020;水地沟金矿样品数据据马玉见等,2019;蒿坪金矿样品数据引自王学明等,1998和本研究;梅子沟金矿样品数据据河南省地质矿产厅第一地质调查队,1991和本研究)
蒿坪和梅子沟金矿的样品投点位于造山带 Pb 演化线两侧(图6a、b),其中蒿坪金矿有 2 件样品分别接近上地壳和上地幔Pb演化线。在Pb同位素的 Δβγ 图解中(图7),它们主要位于上地壳 Pb(D2 区)、上地壳与地幔混合的俯冲带 Pb(3a 区,与岩浆作用相关)和造山带Pb(8区)3个源区。
5 讨论
5.1 成矿物质来源
蒿坪和梅子沟金矿样品δ34S值变化范围分别是-0.6‰~2.0‰ 和 0.6‰~1.3‰,说明其来源具有单一性。它们的矿石中含硫矿物主要为黄铁矿、磁黄铁矿等,未见重晶石等硫酸盐矿物,说明其成矿时处于低氧逸度的还原环境,样品 δ34S 平均值与成矿流体总δ34S值相当(Ohmoto and Rye,1979)。蒿坪和梅子沟金矿 δ34S 平均值分别为 0.7‰ 和 1.0‰,与原始地幔 δ34S 值区间 0±3‰(Chaussidon and Lorand, 1990)接近,显示幔源硫特征,蒿坪和梅子沟金矿的成矿物质来源较深。
6北秦岭蒿坪和梅子沟金矿的Pb同位素图解(底图据Zartman and Doe,1981
1 —蒿坪金矿(据王学明等,1998和本研究);2—梅子沟金矿(据河南省地质矿产厅第一地质调查队,1991和本研究);3—高庄金矿(据梁涛等,2020);4—水地沟金矿(据马玉见等,2019);UC—上地壳;OG—造山带;UM—上地幔;LC—下地壳
蒿坪和梅子沟金矿Pb同位素示踪表明,其成矿物质来源于上地幔—下地壳,还存在上地壳物质的加入,具有多源区混合的特征。这在高庄和水地沟金矿的 Pb 同位素示踪中也得以体现(图7图8),表明北秦岭高庄、水地沟、蒿坪和梅子沟金矿的成矿物质均来自下地壳—上地幔,上地壳也有物质贡献,成矿作用与北秦岭燕山期造山过程密切相关。这种多来源混合的特征,与矿石H-O同位素的流体来源示踪相吻合,岩浆/变质水的混合可能与深部岩浆/流体活动相关,不同的变质水(δ18 OH2O值变化大) 表明地壳内不同的地质端元经历了不同的变质脱水作用。
5.2 深部过程
上述蒿坪和梅子沟金矿的 H、O、S和 Pb 同位素示踪结果过于宽泛,包括上地幔、下地壳和上地壳的物质均有参与,这显得同位素源区示踪“分辨率不高”。事实上,这揭示了深源成矿物质快速释放的深部机制,即成矿期的深部构造运动影响到上地幔—地壳体系,北秦岭高庄和水地沟金矿(马玉见等,2019梁涛等,2020)以及北太行山安妥岭钼矿 (梁涛,2010卢仁等,2013梁涛等,2023)的同位素示踪结果即例证。
造山带深部含矿流体库或矿源层的形成是一个长期积累的渐变地质演化过程,而深部含矿流体释放却是一个瞬时的突变过程,岩石圈厚度的转变成为流体释放的触发机制(罗照华等,2008a2009)。秦岭造山带的地质演化在印支末期进入到陆内(板内)阶段(卢欣祥,2000张国伟等,2001),之后为岩石圈垮塌(拆沉)(邓晋福等,199620042007)。另外一方面,这种由多个块体经复杂地质作用拼合形成的造山带具有复杂的岩石圈结构和重力不稳定性,即使在同一深部过程背景下,各块体也会产生不同的地质响应(罗照华等,2007a2008a)。
7北秦岭蒿坪和梅子沟金矿Pb同位素Δβγ图解(底图据朱炳泉,1998
1 —地幔源Pb;2—上地壳源Pb;3—上地壳与地幔混合的俯冲带Pb (3a—岩浆作用,3b—沉积作用);4—化学沉积型Pb;5—海底热水作用Pb;6—中深变质作用Pb;7—深变质下地壳Pb;8—造山带Pb;9— 古老页岩上地壳Pb;10—退变质作用Pb;图例同图6
3北秦岭蒿坪和梅子沟金矿金矿石的铅同位素测试结果
注:Pb同位素参数使用GeoKit软件(路远发,2004)计算。
烟镇岩体和高庄金矿花岗细晶岩脉都属于埃达克质岩石,其部分熔融源区深度大于50 km,表明它们形成时(约 131 Ma)的区域地区地壳厚度也应不小于 50 km(梁涛和卢仁,2018Liang et al., 2021)。现如今秦岭造山带莫霍面的整体埋深约 35 km(周国藩,1992袁学诚,1996),二者之间至少 15 km的差距足以表明烟镇地区在约131 Ma 经历了岩石圈拆沉作用,并且它与华北克拉通燕山期岩石圈巨大减薄近乎同期。高庄金矿的Rb-Sr等时线年龄为(129.8±1.4) Ma(梁涛等,2020),时空上的吻合表明高庄金矿是同时代区域岩石圈拆沉作用的产物。深部含矿流体因区域岩石圈拆沉作用获得突发性释放是一个区域性的重大地质演化事件,其成矿效应是区域上广泛且明显存在的,蒿坪和梅子沟金矿与高庄金矿具有相近的空间位置、相似的成矿地质背景和矿床地质特征,表明它们同为这一过程的产物。
基于透岩浆流体成矿作用理论,罗照华等 (2007b2008b20092014)构筑了岩浆/流体作用背景下的成矿过程模型,即携带上地幔源区信息的含矿流体快速释放,向上运移注入地壳成矿流体库或矿源层,混合活化之后继续快速上侵,在浅部构造有利部位固结成矿。这个成因模型也能解释蒿坪和梅子沟金矿“宽泛且全面”的成矿物质来源示踪结果,其H、O、S和Pb同位素“分辨率不高”对应于岩浆/流体体系运移的长程(源区信息多)和快速(多源区信息有效保存)属性。
8北秦岭金矿床的蚀变带和矿体分布模式图(据河南省有色金属地质勘查总院,2018
5.3 成矿规律与勘查建议
对内生金属矿床而言,地层、构造和岩浆/成矿流体是矿床形成的 3 个相辅相成的基本控矿因素,分别对应成矿物质的储存、运移和介质(罗照华等, 20092014梁涛等,2023)。北秦岭地区的燕山期 Au 成岩成矿作用是对区域岩石圈拆沉作用的响应之一(梁涛和卢仁,2018马玉见等,2019梁涛等, 2020),深部岩浆/成矿流体快速向上运移的过程中,可以在有利的物理-化学边界层得以封闭储存,如岩性变化部位、浅部断裂、裂隙和韧性剪切带,进而产生不同类型的成矿作用和成矿体系。
首先,地层成矿专属性存在与否。杨树沟金矿的矿脉主要位于火神庙组内,个别矿脉延伸至大庙组内(刘强等,2014),高庄金矿和水地沟金矿的矿脉均位于火神庙组内,在堂坪—长探河岩体内也发现 Au矿脉,蒿坪金矿的矿脉在火神庙组、大庙组及堂坪—长探河岩体中均有出露,梅子沟金矿的矿脉则完全就位于大庙组内。所以,北秦岭金矿带内的金成矿作用是对地层没有选择的,古生界乃至古生代侵入岩均可视为赋矿地层,其岩浆/含矿流体的运移和就位受控于围岩地层的物理-化学边界层,区域靶区优选和地质勘查时不能预设赋矿地层。
其次,构造控矿规律,主要表现在平面和剖面两个维度。平面上,就是已知矿床的出露规律及缺位,北秦岭金矿带内金矿床呈近北西西向沿红石崖—蒿坪—大黄沟断裂带(F2)串珠状断续分布,矿床具有约2 km等间距分布的特征(图1b),但在水地沟金矿至朱堰堡岭金矿之间约 12 km 的范围内,矿床(点)出露为零;泥盆纪堂坪—长探河岩体南缘分布有高庄、蒿坪和梅子沟等线状排列的金矿床,而其北侧未见矿化,同为侵入边界,是本身就没有还是有待于发现,以及堂坪—长探河岩体对燕山期岩浆/成矿流体运移的阻塞作用及成矿效应都是找矿思路,需要开展工作验证。剖面上,总是会有新的隐伏蚀变带和/或矿体被发现,或者预计见矿位置不见矿或仅见矿化蚀变带,揭露的矿体/矿化在一定深度范围内多层密集出现,之后为深度范围较大的一段无矿带,这些表明北秦岭蒿坪、梅子沟、高庄等石英脉型和构造蚀变岩型金矿床具有多层多组式(图8)特点,即围岩的断裂裂隙系统控制岩浆/成矿流体的运移和就位。
第三,岩浆/成矿流体控矿规律。作为成矿物质的赋存介质,北秦岭至少出露燕山、海西和加里东3 期岩浆/成矿流体活动,后二者更为强烈,暗示古生代成矿作用应获得重视,如与古生代海相基性火山岩相关的成矿系列、与古生代中性侵入岩相关成矿系列等。对于燕山期成矿而言,古生代侵入岩,如堂坪—长探河岩体,应视为成矿流体运移的屏蔽层,作用类似于“塞子”,岩体内部及其接触带均是成矿地段。燕山期的酸性脉岩视为一种宏观找矿标志,如高庄金矿花岗细晶岩,与Au成矿关系密切,前期为成矿流体运移开辟通道,后期封堵断层裂隙和封闭成矿流体(Liang et al.,2021)。
北秦岭石英脉型和构造蚀变岩型金矿床主要受控于构造因素,金矿床勘查思路和方法必须有所转变,在平面维度上的转变如上文所述。在剖面上,北秦岭金矿床的典型特征就是金矿体呈透镜体赋存于石英脉或蚀变带内,矿体的空间范围小于石英脉或蚀变带的空间范围,存在明显的无矿间断,即矿体呈规模不等的“豆荚”体断续分布于石英脉或蚀变带内,具有单组单层、多组单层和多组多层3 种基本模式(图8)。如果一个钻孔揭示了金矿化,切忌立刻施工 160 m 或者 320 m 甚至更大间距的钻孔,因为无论见矿与否,“虚量”比例均偏高。在实际勘查中,应该围绕见矿钻孔以40 m(或者更小)间距首先控制层内(蚀变带)的单个矿体,同样,围绕未见矿钻孔以40 m(或者更小)间距控制层内(蚀变带)无矿段的长度,也就是层内矿体间距。此外,在控制住矿体的侧伏向后,根据它和无矿段的长度预测、追踪并控制新矿体。
6 结论
(1)蒿坪和梅子沟金矿的成矿物质来源于上地幔—下地壳及上地壳,显示多源区混合的特征。
(2)北秦岭燕山期陆内(板内)造山过程中的岩石圈拆沉作用致使深部含矿流体快速释放,它在上升启动到就位成矿的过程中联通了不同深度范围的多层成矿源区体系。
(3)北秦岭金矿带的金矿床勘查思路和方法应转变,金矿体呈“豆荚”状分布在石英脉或蚀变带内,应控制单个矿体的规模和层内无矿段的长度,结合侧伏规律控制盲/隐伏矿体。
注释
① 河南省有色金属地质矿产局第三地质大队 .2016. 河南省西峡县蒿坪金矿核查区资源量核查报告[R].
② 河南省地质矿产开发局第一地质调查队 .2005. 豫西南地区地质图(1∶250000)[R].
③ 河南省有色金属地质矿产局第三地质大队 .2016. 河南省西峡县梅子沟金矿勘探报告[R].
④ 河南省有色金属地质勘查总院 .2018. 河南省西峡县高庄—梅子沟金矿带成矿规律及找矿技术方法研究[R].
⑤ 河南省地质矿产厅第一地质调查队.1991. 河南省二郎坪群、宽坪群金银矿成矿预测研究报告[R].
1北秦岭烟镇—二郎坪地区地质矿产简图
2北秦岭蒿坪和梅子沟(中矿段)金矿地质简图
3北秦岭蒿坪和梅子沟金矿的矿石特征
4北秦岭蒿坪和梅子沟金矿的δ18O-δD图解(底图据 Rollison,1993修改)
5北秦岭蒿坪和梅子沟金矿的S同位素直方图
6北秦岭蒿坪和梅子沟金矿的Pb同位素图解(底图据Zartman and Doe,1981
7北秦岭蒿坪和梅子沟金矿Pb同位素Δβγ图解(底图据朱炳泉,1998
8北秦岭金矿床的蚀变带和矿体分布模式图(据河南省有色金属地质勘查总院,2018
1北秦岭蒿坪和梅子沟金矿的H、O同位素测试结果
2北秦岭蒿坪和梅子沟金矿的S同位素测试结果
3北秦岭蒿坪和梅子沟金矿金矿石的铅同位素测试结果
Chaussidon M, Lorand J P. 1990. Sulphur isotope composition of orogenic spinel lherzolite massifs from Ariege (North-eastern Pyrenees, France): An ion microprobe study[J]. Geochemica et Cosmochemica Acta, 54: 2835-2846.
Liang T, Lu R, Li L M. 2021. Early Cretaceous granitic aplite in the Gaozhuang gold deposit, northern Qinling Orogenic Belt, central China: Implications for petrogenesis and metallogenesis[J]. Geological Journal, 56: 3883-3901.
Ohmoto H, Rye R O. 1979. Isotopes of sulfur and carbon[M]//Barnes H L (eds.). Geochemistry of Hydrothermal Ore Deposit. New York: Wiley-Interscience, 509-567.
Rollison H R. 1993. Using Geochemical Data: Evaluation, Presentation, Interpretation[M]. New York: Longman Scientific & Technical, 102-213.
Zartman R E, Doe B R. 1981. Plunbotectonic: The model[J]. Tectono-physics, 75: 135-162.
邓晋福, 罗照华, 苏尚国, 莫宣学, 于炳松, 赖兴运, 谌宏伟. 2004. 岩石成因、构造环境与成矿作用[M]. 北京: 地质出版社, 1-149.
邓晋福, 肖庆辉, 苏尚国, 刘翠, 赵国春, 吴宗絮, 刘勇. 2007. 火成岩组合与构造环境: 讨论[J]. 高校地质学报, 13(3): 392-402.
邓晋福, 赵海玲, 莫宣学, 吴宗絮, 罗照华. 1996. 大陆根—柱构造——大陆动力学的钥匙[M]. 北京: 地质出版社, 1-110.
凤永刚, 梁婷, 岑炬标, 王梦玺, 谭细娟, 高景刚, 郭腾龙, 王岩. 2024. 东秦岭稀有金属伟晶岩成矿规律[J]. 岩石学报, 40(9): 2703-2728.
伏雄. 2003. 河南蒿坪金矿床地质特征及控矿条件分析[J]. 矿产与地质, 17(S1): 407-409.
河南省地质矿产局. 1989. 河南省区域地质志[M]. 北京: 地质出版社, 1-772.
黄传计, 陈少伟, 李艳艳, 许波, 崔晓峰. 2023. 河南省卢氏县叶家沟—桃花坪一带稀有金属矿床地质特征及找矿方向[J]. 矿产勘查, 14(5): 757-765.
梁涛, 卢仁, 王莉. 2019. 北秦岭二郎坪岩体锆石 U-Pb定年、地球化学特征及其地质意义[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 49(2): 445-459.
梁涛, 卢仁, 杨楠, 王莉, 温静静. 2020. 河南省西峡县高庄金矿Rb-Sr 等时线年龄和 H、O、S、Pb同位素特征: 北秦岭板内造山成矿作用的识别[J]. 中国地质, 47(2): 406-425.
梁涛, 罗照华, 卢仁. 2023. 北太行山安妥岭钼矿的成因及深部约束——透岩浆流体成矿理论的分析与应用[M]. 北京: 地质出版社, 1-288.
梁涛, 卢仁. 2018. 北秦岭烟镇岩体的锆石U-Pb定年、地球化学特征及构造背景[J]. 地质科学, 53(2): 615-637.
梁涛. 2010. 安妥岭斑岩钼矿的成因及其深部约束[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 1-183.
刘强, 刘艳华, 高阳, 江雷. 2014. 河南省西峡县杨树沟金矿地质特征及成因探讨[J]. 世界有色金属, (6): 31-33.
刘新星, 张娟, 李肖龙, 杨俊峰, 王猛, 王瑛雪, 张晓艳. 2023. 北秦岭卢氏龙潭沟—火炎沟锡矿床成矿作用探讨——来自花岗伟晶岩年代学、岩石地球化学的证据[J]. 岩石学报, 39(5): 1484-1500.
卢仁, 梁涛, 罗照华, 樊秉鸿. 2013. 北太行山安妥岭斑岩钼矿 Pb 同位素组成及地质意义[J]. 矿产与地质, 27(1): 83-88.
卢仁, 梁涛. 2017. 北秦岭西峡骨头崖花岗岩锆石U-Pb定年、地球化学特征及地质意义[J]. 地质论评, 63(6): 1479-1496.
卢欣祥. 2000. 秦岭花岗岩大地构造图[M]. 西安: 西安地图出版社, 1-33.
路远发. 2004. GeoKit: 一个用 VBA 构建的地球化学工具软件包[J]. 地球化学, 33(5): 459-464.
罗铭玖, 黎世美, 卢欣祥, 郑德琼, 苏振邦. 2000. 河南省主要矿产的成矿作用及矿床成矿系列[M]. 北京: 地质出版社, 1-125.
罗小南, 索忠连, 茹朋, 刘伟, 杨琳, 朱荣彬, 王安书, 张亚增. 2023. 河南省高纯石英资源现状及产业发展的思考[J]. 矿产勘查, 14 (11): 2271-2278.
罗照华, 莫宣学, 卢欣祥, 陈必河, 柯珊, 侯增谦, 江万. 2007b. 透岩浆流体成矿作用——理论分析与野外证据[J]. 地学前缘, 14(3): 165-183.
罗照华, 梁涛, 陈必河, 辛后田, 柯珊, 张自力, 程素华. 2007a. 板内造山作用与成矿[J]. 岩石学报, 23(8): 1945-1956.
罗照华, 卢欣祥, 陈必河, 黄凡, 杨宗锋, 王秉璋. 2008a. 碰撞造山带斑岩型矿床的深部约束机制[J]. 岩石学报, 24(3): 447-456.
罗照华, 卢欣祥, 陈必河, 李明立, 梁涛, 黄凡, 杨宗锋. 2009. 透岩浆流体成矿作用导论[M]. 北京: 地质出版社, 1-177.
罗照华, 卢欣祥, 郭少丰, 孙静, 陈必河, 黄凡, 杨宗锋. 2008b. 透岩浆流体成矿体系[J]. 岩石学报, 24(12): 2669-2678.
罗照华, 周久龙, 黑慧欣, 刘翠, 苏尚国. 2014. 超级喷发(超级侵入)后成矿作用[J]. 岩石学报, 30(11): 3131-3154.
马玉见, 梁涛, 卢仁, 谢小芳. 2019. 河南省西峡县水地沟金矿地质特征及S、Pb同位素示踪[J]. 地质与勘探, 55(2): 472-483.
秦明, 杨贺杰, 何玉州, 左娅, 杨华. 2018. 河南梅子沟金矿矿床地质特征及矿床成因浅析[J]. 矿产勘查, 9(4): 596-602.
王学明, 艾霞, 周刚, 缪远兴. 1998. 蒿坪金矿成矿地质特征及成因浅析[J]. 地质找矿论丛, 13(3): 35-47.
王志宏, 关保德, 王忠实, 裴放, 刘印环, 柴世钦, 刘振宏, 张保平, 刘品德, 贺国谦, 王世炎, 蒙胜华. 2000. 阶段性板块运动与板内增生——河南省1∶50万地质图说明书[M]. 北京: 中国环境科学出版社, 9-31.
王忠, 李雨石, 刘国华, 许令兵. 2022. 河南内乡朱庙石墨矿床地质特征及成矿模式探讨[J]. 矿产勘查, 13(9): 1297-1304.
向世红, 薛春纪, 彭姣, 张智慧, 曹纪虎, 杨永千. 2017. 豫西南高庄金矿床流体包裹体组合研究及其成矿流体特征[J]. 矿床地质, 36 (5): 1197-1212.
阎昆, 杨延伟, 王丽伟, 朱荣彬, 卢允申, 赵辉. 2021. 北秦岭西峡龙王庙石墨矿床地球化学特征及成因[J]. 现代地质, 35(3): 589-598.
杨崇辉, 韩志勇, 张寿广, 刘玉琳. 1999. 河南省高庄金矿成矿流体研究[J]. 地球学报, 20(S1): 321-326.
袁学诚. 1996. 秦岭岩石圈速度结构与蘑菇云构造模型[J]. 中国科学 (D辑), 26(3): 209-215.
张国伟, 张本仁, 袁学诚, 肖庆辉. 2001. 秦岭造山带与大陆动力学[M]. 北京: 科学出版社, 1-729.
张欢, 宋传中, 王道轩, 任升莲, 涂文传, 李加好. 2012. 朱阳关—夏馆断裂带构造变形的温压条件[J]. 合肥工业大学学报(自然科学版), 35(8): 1101-1105, 1144.
张健, 薛春纪, 曹纪虎, 彭姣. 2019. 豫西南高庄金矿床Re-Os定年及 S-Pb同位素和REE示踪[J]. 地学前缘, 26(5): 163-173.
张彦锋, 张杰, 陶世旭, 郑广明, 李书文, 田晓敏, 贾宝川, 裴满意, 莫家琛, 张璜, 范云峰. 2021. 河南卢氏南阳山地区稀有金属矿床矿物学特征及矿化类型[J]. 矿产勘查, 12(6): 1314-1324.
张宇, 沈建海, 彭翼, 何玉良, 罗雪, 钟江文, 黄斐, 张冠, 邱顺才, 叶会寿, 何春芬, 李永峰, 高廷臣, 赵荣军, 饶欢, 许国丽, 姬清海, 张荣臻. 2023. 中国矿产地质志·河南卷·贵金属——三稀矿产[M]. 北京: 地质出版社, 260-299.
赵海波, 王红杰, 张勇, 马驰, 朱黎宽. 2024. 东秦岭伟晶岩型高纯石英矿地球化学、锆石U-Pb及Hf同位素研究: 对高纯石英找矿方向的探讨[J]. 中国地质, 51(1): 42-56.
周国藩. 1992. 秦巴地区地球物理场特征与地壳构造格架关系的研究[M]. 武汉: 中国地质大学出版社, 1-87.
周起凤, 秦克章, 唐冬梅, 马留锁. 2024. 东秦岭官坡地区稀有金属伟晶岩成矿机制[J]. 岩石学报, 40(9): 2729-2752.
周起凤, 秦克章, 唐冬梅, 王春龙, 马留锁. 2019. 东秦岭卢氏稀有金属伟晶岩的绿柱石矿物学特征及其指示意义[J]. 岩石学报, 35 (7): 1999-2012.
朱炳泉. 1998. 地球科学中同位素体系理论与应用: 兼论中国大陆壳幔演化[M]. 北京: 科学出版社, 224-226.
朱黎宽, 赵海波, 刘磊, 郭峰, 刘广学, 伊跃军, 张宏丽. 2022. 河南卢氏龙泉坪伟晶岩型高纯石英矿床的首次发现及找矿意义[J]. 矿产保护与利用, 42(4): 153-158.