周 豹, 任八一, 孙 腾, 刘文文

(1.湖北省地质调查院,湖北 武汉 430034; 2.保康县国土资源局,湖北 襄阳 441600)

1 区域地质背景

六冲坪金矿位于扬子准地台(Ⅱ)上扬子台坪(Ⅲ2)黄陵断穹(Ⅲ22-2)北西缘。黄陵断穹为一穹窿构造(短轴背斜),轴向NE15°,在地质演化史上经历了基底形成与盖层发展阶段。断穹核部为结晶基底,由新太古代—中元古代中深变质岩和以花岗岩为主的侵入岩组成,并经历了自吕梁运动以来的多期构造运动的改造;翼部为南华纪—白垩纪沉积盖层,属一套含陆源碎屑的碳酸盐岩沉积建造,呈环形沿新太古代—中元古代变质结晶基底展布,未见岩浆岩出露,构造变形弱。结晶基底中内生矿产丰富,其中含矿流体作用形成的金矿(床)点星罗棋布,主体为石英脉型金矿;沉积盖层中外生矿产丰富,其中含矿流体作用形成的六冲坪金矿为近年来国土资源大调查新发现,总结其成矿地质特征,探讨其成矿作用,对指导鄂西地区寻找新区、新层位、新类型金矿具有重要指示意义[1]。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露的地层主要为寒武系石龙洞组、覃家庙组、娄山关组,奥陶系南津关组,其中石龙洞组、覃家庙组地层与金矿关系密切。

奥陶系南津关组(O1n):主体岩性为一套灰色中—厚层生物碎屑灰岩。

寒武系—奥陶系娄山关组(∈2O1l):主体岩性为一套灰—灰白色厚层泥晶白云岩,上部白云石含量高、质纯,由上往下灰质含量增高,局部含少量的炭质和粉砂质砾屑等。

寒武系覃家庙组(∈2q):岩性较复杂,主要为灰—灰黄色薄—厚层状(含藻屑、砂屑)微—细晶白云岩、深灰色薄—中层状含燧石结核细晶白云岩夹藻纹层白云岩、白云质灰岩、薄层状白云质粉砂岩、粉砂质粘土岩等。发育平行层理,偶见斜层理等。覃家庙组底部的方解石化、褐铁矿化泥质白云岩是矿区内赋存层位之一。

2.2 构造

矿区构造形迹简单,岩层呈单斜产出,总体向北北西—北北东倾伏,倾角一般4°～8°。断裂构造较发育,主要有北东向、近南北向两组断裂,其中近南北向六冲坪断裂是本区金矿体的主要控矿和容矿构造。

六冲坪断裂(F1):长约5 km,断层走向近南北向,倾向东,倾角84°,为一正断层,破碎带一般宽2～5 m,局部最宽可达10 m。带内碎裂岩、构造角砾岩、次生石英脉及断层泥发育。平行断面见一组密集的节理—断层三角面。此外,局部尚见硅褐铁矿化、蚀变及石英脉沿裂隙充填。切割石龙洞组及以上所有地层。沿破碎带次生方解石发育,部分地段可见重晶石化、萤石化、黄铁矿化等,表明有构造热液活动,可能为本区金矿化富集因素之一。该断裂与顺层剪切构造耦合部位,控制了矿区内金矿体的产出。

图1 保康县六冲坪金矿区地质简图Fig.1 Geological map of Liuchongping gold mine in Baokang County1.第四系;2.奥陶系南津关组;3.寒武系娄山关组;4.寒武系覃家庙组;5.寒武系石龙洞组;6.寒武系天河板组;7.寒武系石牌组;8.寒武系牛蹄塘组;9.震旦系灯影组三段;10.震旦系灯影组二段;11.整合地质界线;1 2.角度不整合地质界线;13.性质不明断层;14.实测正断层;15.层理产状;16.金矿化带及编号;17.金矿体及编号;18.1∶5万金异常线及下限值。

在寒武系覃家庙组与寒武系石龙洞组接触部位发育一组顺层剪切构造,剪切带内新生面理发育但不具透入性。矿区内顺层剪切带规模较大,只要有石龙洞组出露地带,均可见到其构造踪迹,在六冲坪—糖厂一带构造形迹较清晰,剪切带宽度可达数十米,宏观上观察岩层成层性保存较好,在露头尺度上,利用放大镜即可识别出S—C组构、碎斑等剪切标志,新生面理多由泥晶岩石组成,偶可见到云母类矿物,剪切指向为上覆岩块由南西向北东滑覆。

2.3 地球化学特征

1∶20万金属量测量圈定的金异常集中在黄陵断穹核部,盖层区金异常较弱。1∶5万水系沉积物测量首次在六冲坪一带发现高强度单元素Au异常,异常区呈椭圆状展布,面积约15 km2,平均值为13.6×10-9,最高值为147×10-9,衬度为3.50,规模为52.5,外、中、内带均很发育。元素异常强度高、规模大,浓度中心明显。金异常在地域上严格受六冲坪岩溶漏斗上的汇水盆地控制,在地质背景上受寒武系石龙洞组—覃家庙组控制。

岩石地球化学数据显示(图2,表1),Ag、Cu、As与Au元素的含量正相关;在整个矿区除Cu亏损外,Au、Ag、As相对于地壳元素丰度富集特征明显,尤其是Au、Ag,富集系数分别达7 222.5和21.8倍;在不同岩组中丰度值差异较大,主元素Au丰度值在南津关组和娄山关组最低,覃家庙组中次之,石龙洞组中最高;在不同岩组中的不同岩性层中丰度值差异更大,主元素Au丰度值在石龙洞组白云质灰岩和覃家庙组薄层泥质白云岩中最高,分别高达28.89、4.07×10-9。

土壤地球化学测量数据显示(图3),Au、Ag元素的规模和衬度较高,其中Au3表现更为突出,面积达0.904 4 km2,平均值38.05×10-9,最大值≥150×10-9,标准差0.42,衬度8.33,异常呈不规则带状,内、中、外三带清晰,浓集中心明显。

从综合异常图上可以看出,Au、Ag异常套合较好,被Cu、As异常包裹,Cu、As元素形成组合时,Cu比As分布宽广。从异常分布特征分析,异常南北向成带,北东向成串,局部异常成北西向带状,说明异常主体受近南北走向的地层格架控制,层间剪切构造及后期近南北向次级构造对元素的富集有一定贡献。Au异常分布与石龙洞组及覃家庙组下部展布较吻合,说明石龙洞组及覃家庙组下部地层为矿区的矿源层。平面上由内向外形成Au-Ag-As-Cu分带,说明Ag-As-Cu可作为寻找金矿的指示元素,Ag为近矿元素。据此推断Au3为矿致异常。经工程验证,进一步证实Au3为矿致异常。

3 矿体地质特征

3.1 矿化带特征

在区内发现金矿化带有2种分布特征:

(1) 沿六冲坪断裂分布,为区内金矿体主要产出部位。该矿化带主要展布于三角池—六冲坪—鲁家垭—糖场一带,向南北均有延伸。矿区内长约5 km,一般宽2～5 m,局部最宽可达10 m,产状与断层产状近于一致,走向近南北向,向东陡倾。矿化带内褐铁矿化、黄钾铁矾化、方解石化、硅化蚀变较强,局部可见少量的重晶石化,一般含Au 0.2～5.02 g/t,最高达44.3 g/t;含Ag 0.72～91 g/t,最高达147 g/t。

图2 六冲坪金矿区地质—岩石地球化学测量(Ⅲ)剖面图Fig.2 Geological and geochemical measurements (Ⅲ) section of Liuchongping gold mine1.页岩;2.硅质页岩;3.灰岩;4.白云质灰岩;5.薄层状白云岩;6.中层状白云岩;7.厚层状白云岩;8.粉砂质砾屑白云岩;9.方解石化白云岩;10.灰质白云岩;11.泥质白云岩;12.褐铁矿化白云岩;13.娄山关组;14.覃家庙组;15.石龙洞组;16.Au元素含量曲线;17.Cu元素含量曲线;18.As元素含量曲线;19.Ag元素含量曲线;20.性质不明断层。

表1 六冲坪金矿区岩石中元素含量表Table 1 Table of element contents in rocks of Liuchongping gold mine

组岩石名称样品数/个平均值/×10-6Au/×10-9AgCuAs南津关组生物屑粗晶灰岩21.023.750.058.45娄山关组白云岩2930.632.810.072.24灰岩271.532.210.112.65页岩60.649.750.104.82覃家庙组中厚层白云岩821.653.480.106.75薄层泥质白云岩844.073.540.1111.04页岩70.967.560.063.39石龙洞组白云质灰岩5028.892.7711.0816.46沉积岩中化学元素的平均含量/(μg·g-1)0.00X0.0X4 1 地壳元素丰度表(黎彤)/(μg·g-1)0.0040.0863 2.2

(2) 沿石龙洞组与覃家庙组接触界面,主要在石龙洞组顶部顺层分布;该矿化带主要展布于六冲坪—庙垭—青牛观一带,有多条分枝,时而穿入石龙洞组顶部,时而穿入覃家庙组底部,在石龙洞组顶部稳定性相对较好,此种矿化带在糖场南延伸出矿区,区内蜿蜒伸曲总长约10 km,一般厚10～20 m,产状与地层产状近于一致,矿化带内方解石化、硅化、重晶石化蚀变较强,局部可见少量的绢云母化,一般含Au0.1～0.2μg/g。

3.2 矿体特征

初步圈定Au1、 Au2、 Au3矿(化)体三个(图1)。

Au1矿体:产于沿石龙洞组与覃家庙组接触界面分布的矿化带内偏石龙洞组一侧,赋矿岩性为灰色方解石化、硅化、重晶石化厚层白云岩,矿体北西和南东端均被第四系覆盖,北东侧延伸入山体内,地表可见长度80 m,厚约1 m。矿体产状倾向48°,倾角4°。推断矿体西侧产状严格受六冲坪断裂带控制。矿体顶板为泥质白云岩,底板为灰色重晶石化厚层白云岩。含Au4.6μg/g。与此矿化露头特征类同的岩石露头在邹家老屋沟西也可见及,但矿化强度较低。

图3 六冲坪金矿区1∶1万土壤测量Au-Ag-Cu-As综合异常图Fig.3 1∶1 000 0 Au-Ag-Cu-As comprehensive anomaly map for soil survey of Liuchongping gold mine1.Au元素异常及编号;2.Ag元素异常及编号;3.Cu元素异常及编号;4.As元素异常及编号;5.综合异常及编号。

Au2矿体:产于沿六冲坪断裂分布的矿化带内,赋矿岩性为灰色碎裂岩化褐铁矿化、方解石化、硅化厚层白云岩,矿体北端和南端均被第四系覆盖,地表可见长度约500 m,厚度1.54～2.18 m,平均厚度1.86 m,厚度较为稳定。在矿体北部产状,东侧与地层产状近于一致,倾向325°,倾角7°;西侧与剪切带产状一致,倾向92°,倾角82°。矿体产状在南部严格受六冲坪断裂带控制,倾向89°,倾角84°。矿体顶底板均为石龙洞组灰质白云岩。含 Au0.06～4.00μg/g,平均值为1.99μg/g,达到氧化矿石的工业品位要求。

Au3矿体:产于沿六冲坪断裂分布的矿化带内,赋矿岩性为灰色碎裂岩化褐铁矿化、黄钾铁矾化、方解石化、硅化厚层状白云岩,地表出露长度约100 m,厚度0.71～4.0 m,倾向85°,倾角68°,Au品位0.20～26.6 g/t。该矿体产状严格受六冲坪断裂带控制。

3.3 矿石质量

品位变化特征:矿体品位变化总趋势为由北往南、由弱增强。由矿体中心向两侧矿化强度减弱。矿化强度与褐铁矿化、硅化、黄钾铁矾矿化等蚀变强度呈正比,与萤石化强度成反比,与方解石化关系不明。现有资料揭示,当矿体中仅发育有方解石化、重晶石化时,金矿化强度<1μg/g;出现硅化时,金矿化强度介于1～2μg/g;出现褐铁矿化时,金矿化强度介于2～4μg/g,褐铁矿化强度高时,金矿化强度反而弱;出现黄钾铁矾矿化时,金矿化强度高达44.3μg/g。

矿石特征:矿化岩石为方解石化黄(褐)铁矿化(硅化、绢云母化、重晶石化)泥质白云岩,岩石呈黄褐色,具藻砾屑藻砂屑结构、泥晶结构、碎裂结构,块状构造、浸染状构造、角砾状构造。岩石中方解石呈白色网脉状,黄铁矿有两个世代,早期呈他形粒状,集合体呈细网脉状,多已风化成褐铁矿;晚期呈浅灰色、自形粒状,颗粒粗,晶径达2 mm。硅化有两种产出形态:其一呈浸染状,其二呈网脉状。绢云母少见,多充填于新生的面理域内。重晶石呈自形粒状,在岩石中呈浸染状。总体上看,矿化岩石呈顺层状产出,在露头尺度上观察有切层现象,岩层中的原生面理多被改造,残余面理具强烈的揉变特征。蚀变矿物多沿新生面理充填、交代。

矿石矿物成分较简单,种类不多,主要有用组分为Au,伴生有益组分Ag1×10-6～5.39×10-6,其他有益、有害组分待测。黄铁矿为金的主要载体。脉石矿物以白云石为主,次为方解石及粘土矿物等。

矿石类型按氧化程度可划分为原生矿石、氧化矿石;工业类型为微细粒浸染型金矿石。

围岩与夹石:除Au1矿体顶板为泥质白云岩,底板为灰色重晶石化厚层白云岩外,其它工程所控制的矿体顶底板岩性均为灰质白云岩。现有工程所控制的矿体均为单一矿层,未见夹石。

4 稀土及微量元素特征

在六冲坪金矿中共选择了7件样品进行测试,具体稀土及微量元素分析结果见表2。

4.1 稀土元素地球化学特征

前人大量研究表明,稀土元素在解释岩石成因、来源、演化和形成背景上具有重要的作用,是一个良好的指示剂。

以金矿石、萤石化白云岩、微晶白云岩、角砾状白云岩为研究对象,分别做稀土元素标准化分布型式图(图4),其标准化采用Sun&McDonough(1989)球粒陨石数据[2]。

由图4可以看出,矿石和萤石化白云岩具有基本一致的稀土元素分布型式,均为具有明显负Eu、负Ce异常的轻稀土富集型,ΣREE=10.20×10-6～28.49×10-6、LREE/HREE=3.21～4.47、LaN/YbN=2.58～3.98、δEu=0.63～0.78、δCe=0.61～0.88。微晶白云岩和矿石相近,但具有很弱的正Ce异常,且更加富集轻稀土,ΣREE=25.02×10-6～50.57×10-6,LREE/HREE=6.73～7.12,LaN/YbN=4.11～5.87,δEu=0.56～0.67,δCe=1.05～1.12。相比之下,角砾状白云岩具有较大区别,为具有弱负Eu、负Ce异常的轻稀土富集型,比矿石更加富集轻稀土,ΣREE=16.51×10-6～18.36×10-6,LREE/HREE=8.48～9.31,LaN/YbN=11.25～11.94,δEu=0.89,δCe=0.89～0.92。

对于沉积岩而言，稀土元素的配分模式主要受到原岩的影响，但是热液蚀变也是改变稀土元素配分的一个重要的因素，尤其是对于热液矿床中的矿石而言[3]。因此，可以推断的是对于同种岩性的沉积岩来说，由沉积作用导致的稀土元素特征应该相同，而热液流体中的REE组分则可能导致热液矿床中矿石和围岩出现不同的稀土元素特征。

萤石化白云岩、微晶白云岩和矿石中Eu均表现出了较为明显的负异常，在未蚀变的围岩中负异常的程度更大。这就表明，围岩中的部分Eu可能随着还原性的热液流体被淋滤出来。可以推断，成矿流体可能在还原的环境下形成并运移，并导致了Eu从围岩中淋滤出来进入到矿石中而削弱了矿石中Eu的负异常程度。

4.2 微量元素地球化学特征

以金矿石、萤石化白云岩、微晶白云岩、角砾状白云岩为研究对象,做微量元素标准化蛛网图(图5),其标准化采用原始地幔数据。

从表2可知,六冲坪金矿矿石的As、Hg、Ba、Pb等微量元素含量明显高于围岩,矿石Zn、Nb、Ta、Th、Hf含量与围岩基本一致,说明矿石具As、Hg、Ba、Pb元素富集的特征,为化探找金提供了良好的指示。而Zn、Nb、Ta、Th、Hf等元素在矿石与围岩中的含量无明显差异,认为这些元素在矿石中的含量基本上不受矿化热液活动的影响。

表2 六冲坪金矿区矿石及围岩稀土、微量元素含量表Table 2 Contents of REE and trace elements in ores and surrounding rocks of Liuchongping gold mine

注:样品稀土、微量元素由湖北省地质实验测试中心测定,单位为10-6。

由图5可以看出，所有岩矿石中大离子亲石元素(LILE)中的Sr 和 Ba 相对富集，且金矿石、萤石化白云岩和微晶白云岩具有近似的微量元素分布型式，比角砾状白云岩更加富集Sr、Ba等大离子亲石元素。Sr 富集，说明岩石成因可能与抗风化和蚀变能力较强的岩石、与消减作用有关的岩石有关；Sr 未分馏，说明岩石成因与弱蚀变、抗蚀变能力较弱的岩石有关；Sr 亏损，说明抗蚀变能力弱，岩石遭受了较强烈的蚀变[4]。由此表明六冲坪的岩矿石抗蚀变能力较强，与矿区岩矿石蚀变作用普遍较弱的基本事实相符。

图4 六冲坪金矿矿石及围岩稀土元素标准化分布型式图Fig.4 Normalized distribution pattern of rare earth elements in ores and surrounding rocks of Liuchongping gold mine

图5 六冲坪金矿矿石及围岩标准化微量元素蛛网图Fig.5 Spider map of standardized trace elements in ore and surrounding rock of Liuchongping gold mine

岩矿石中高场强元素(HFSE)中的Ti 相对亏损。Ti 富集或未分馏，说明岩石成因与地幔的富钛性质、不具同化混染的玄武质岩石或富钛铁矿物的堆积岩有关；Ti 亏损，说明岩石成因与地幔的贫钛性质、地壳岩石、花岗质岩石、具同化混染的玄武质岩石、具富钛矿物分离结晶的残余熔体有关[5]。由此表明六冲坪金矿岩矿石成因可能与地壳物质有很大的关系，成矿物质可能主要来源于地壳。

5 成矿作用浅析

成矿热液可能来源于大气降水循环作用下的碳酸盐岩地层形成的弱酸性流体,继承了区内碳酸盐岩的微量元素特征。当成矿流体作用于六冲坪断裂时,因物理化学条件改变而卸载金元素成矿,使矿石具有和围岩相近的微量元素配分型式。随着黄铁矿、萤石等卤化物形成,成矿热液向弱碱性氧化方向转变,Ce3+氧化为Ce4+而迁出,导致蚀变白云岩和矿石具有显著的负Ce异常,抬升剥蚀阶段的氧化作用可能加剧这一趋势。

六冲坪金矿处于黄陵断穹北西侧碳酸盐岩台地,金矿体受近南北向高角度断裂控制,呈脉状、透镜状产出;矿石类型为蚀变白云岩角砾岩,镜下鉴定未见金矿物;主要有黄铁矿化、萤石化、方解石化、硅化、褐铁矿化等中低温热液蚀变;与金伴生的元素组合为Au-As-Hg-Pb;成矿热液可能为大气降水作用于沉积地层形成。