湘西南大叶塘金矿床地质特征及矿床成因研究

2019-09-10陈德稳詹勇马林霄谭康雨李庆哲

河南科技 2019年17期

陈德稳詹勇马林霄谭康雨李庆哲

摘要：大叶塘金矿床发育于晚元古界五强溪组的一套浅变质岩系内;肖家田背斜及北东向大叶塘-坡脚断裂带为区内控矿构造;矿体呈石英脉形式充填于断裂带的节理及裂隙中;围岩蚀变主要有硅化、绢云母化、绿泥石化、黄铁矿化等;成矿物质来源为赋矿地层，成矿元素具有Au-As-Sb-W组合特征。金在成矿流体中主要以Au（HS）2-、AuH3SiO4的形式存在并且进行迁移，在断裂作用下，金在温度、压力等条件发生改变时沉淀。大叶塘金矿床为一浅层中低温沉积-改造型金矿床。

关键词：金矿床;地质特征;大叶塘

中图分类号：P618.51 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）17-0074-07

Abstract： The Dayetang gold deposit is proterozoic Wuqiangxi Group low-grade metamorphiosed volcanic-sedimentary rocks， the directly controlled by the Xiaojiatian anticline and NE-trending Dayetang-Pojiao fault structure. The ore body developed in the fracture of the fault in the form of gold-bearing quartz veins， the mineralization is separated into four stages： the fist stage， quartz-pyrite stage， the ore-forming element is from source bed， the metallogenic element have the Au-Ag-Sb-W assemblage characteristics. Gold metals were mainly migrated as bisulfide complexing such as Au（HS）2-， AuH3SiO4， under the fuction of fault structure， deposited when the temperature and pressure changed. The Dayetang gold deposit should be a shallow middle-low temperature sedimentation-reworking gold deposit.

Keywords： gold deposit;geologic features;Dayetang

大叶塘金矿床位于湘西怀化地区，扬子地台东南缘江南古陆西南偏北部位的湘西南金矿集中区内，为雪峰山北东向构造成矿带的一部分，也是我国华南地区著名的湘西钨-锑-金成矿带重要延伸部分[1]。据不完全统计，该成矿带分布有金矿床（点）319处，其中，大型金矿床5处、中型5处、小型63处。按空间分布，大致可划分为3个金矿集中区：湘东北（以黄金洞为代表）、湘西（以沃溪为代表）和湘西南（以漠滨为代表）。

目前，该地区相继发现了一大批新的金矿床（点），如平茶、暂板、肖家、淘金冲、铲子坪等（见图1）。成矿元素组合类型多为单金，但也有不少金-锑和金-锑-钨组合的矿床，赋矿地层主要为晚元古界板溪群的一套浅变质岩系。区域地球物理和地球化学特征表明该区有很好的成矿远景[2]。

1 矿区地质特征

矿区出露地层主要为晚元古界板溪群五强溪组第一段，为一套含大量火山物质的沉积-火山碎屑岩建造，岩性为灰黑-灰绿色中厚层条带状凝灰质板岩、沉凝灰岩、条带状长石石英砂岩、条带状绢云母板岩、条带状粉砂质板岩等，是本区出露最老的地层，也是主要赋矿地层。矿区构造发育，总体处于肖家田背斜核部偏南东翼，背斜轴向呈北东向，核部产状平缓，倾角15°～20°，北西翼为区域性彭家坳-翁秀溪断层（F2），为一高角度压扭性断层，走向北东50°～60°，倾向140°～150°，倾角50°～80°;南东侧有北东向大叶塘-坡脚断层（F1），为一高角度压扭性斷层，走向50°～60°，倾向140°～150°，倾角45°～80°，为区域性压扭性断层，该断层控制大叶塘金矿床矿体的产出。南东侧发育北东向、北西向及近南北向断层若干（F3、F4、F5、F6等），均为高角度压扭性断层及其次级平行、羽状断裂，断裂破碎带宽3～25 m，带中为不同岩性的角砾及岩屑、岩粉等，部分具有挤压片理化及硅化特征，与成矿关系不大。矿区内未见有岩浆岩出露，仅在矿区北部东岳司处有少量基性脉岩出露，但板岩中含有较多的火山凝灰质成分，表明当时沉积环境火山活动频繁，为金矿床形成提供了动力来源。

2 矿床地质特征

矿区内矿体由密集的含金石英细脉带组成。目前只发现一条大的含金石英细脉带，沿北西西向次级剪切裂隙构造带密集充填于元古界板溪群五强溪组第一段条带状砂质板岩、条带状绢云母板岩和凝灰质条带状板岩中（见图2）。

注：1表示第四系;2表示五强溪组第一段;3表示五强溪组第二段;4表示矿体位置及编号;5表示实测断层;6表示推测断层延伸;7表示勘探线及编号。

2.1 矿体地质特征

I号含金脉体走向280°～300°，倾向190°～210°，倾角82°～89°（见图3）。石英单脉宽0.1～30 mm，多数在0.5～1 mm，间距一般几厘米至几十厘米。可达每米含10～20条石英脉，最多达38条。矿体通过工程控制长200m、倾向控制最大垂深450m，产状受剪切带主剪切面控制，总体走向北西-南东，倾向南西，矿体倾角普遍较陡82°～89°，总体矿体连续，矿体形态为石英细脉状，矿体整体膨胀狭缩不明显，局部有分枝复合现象。

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注：1表示板溪群五强溪组第一段;2表示钻孔编号及孔深;3表示穿脉坑道位置及编号;4表示钻孔位置;5表示矿体及编号。

2.2 矿石质量特征

矿石中主要金属硫化物为黄铁矿、毒砂，少量黄铜矿、黝铜矿、闪锌矿、方铅矿和白铁矿等，偶见磁黄铁矿，金属氧化物为少量的磁铁矿、钛铁矿、褐铁矿等。脉石矿物主要为石英，次为绢云母、绿泥石、长石，少量的方解石、白云石等碳酸盐矿物及石墨、锆石、高岭土等。矿石矿物相对含量见表1。

2.3 围岩蚀变特征

近矿体出现的围岩蚀变主要为硅化、绢云母化、绿泥石化、黄铁矿化、毒砂化和黄铜矿化等类型。其中，硅化、黄铁矿化是矿床最普遍、最强烈的蚀变，黄铁矿化、毒砂化呈星散状、浸染状或以细粒集合体形式产出，在局部地段的钻孔岩芯标本中也可见团块状黄铁矿或毒砂等。金矿化的强度和规模与蚀变强弱密切相关。绢云母化对金矿化作用微弱，但绢云母化是金矿化的重要标志，在一定程度上，绢云母化的边界就是金矿化的边界。

2.4 矿石类型与组构

依据镜下物质组成查定及多元素等化学分析结果，该矿石中主要金属硫化物组成为黄铁矿、毒砂，少量黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等，硫化物合计含量为2.17%，金属氧化物为钛铁矿、磁铁矿、板钛矿、褐铁矿等，但含量很少，矿石中含有机碳0.26%。金矿物组成为自然金，金为唯一目的矿物，矿石工艺类型为少硫化物石英细脉带型含金矿石（见图4）。

2.5 主要金属矿物的嵌布特征及赋存状态

黄铁矿：为矿石中主要金属硫化物，占矿石矿物相对含量的1.53%。矿石中黄铁矿多呈中-粗粒自形、半自形及他形结构，并与其他金属矿物嵌布关系密切，嵌布粒度比较粗大，以大于0.074mm为主，其中，大于0.3mm的占43.91%。

毒砂：是矿石中较为常见的金属硫化物，占矿石矿物相对含量的0.59%，毒砂嵌布粒度以大于0.074mm为主，多呈中-粗粒半自形结构，毒砂在矿石中与其他金属矿物嵌布关系不密切，多呈独立状态产出，少量与黄铁矿连晶嵌布。

黄铜矿：为矿石中含量较少、镜下比较少见的金属硫化物，占矿石矿物相对含量的0.02%，在矿石中嵌布粒度比较细，以小于0.053mm为主，多呈形晶粒状结构分布，主要嵌布于脉石中，少量呈填隙结构分布于毒砂粒间，也见有黄铜矿沿毒砂颗粒边部嵌布。

石英：是矿石中的主要脉石矿物，占矿石矿物相对含量的52.87%，多呈粒状或致密块状及细脉状分布。经镜下检测，石英细脉中的主要金属矿物为黄铁矿、毒砂和黄铜矿，多呈星散状浸染于该细脉中，少量沿石英细脉中的微裂隙充填交代。

从表2可以看出，黄铁矿嵌布粒度较粗，以大于0.074mm为主，占70.47%，其中，大于0.3mm占43.91%。毒砂粒度也比较粗大，大于0.074mm的占72.48%，其中，大于0.3mm的占39.87%，黄铜矿嵌布粒度以0.01～0.074mm为主，占76.90%。

对矿石中几种主要金属硫化物嵌布粒度进行了测量统计，结果见表2，并得出主要金属硫化物嵌布粒度含量直方图（见图5）。

3 成矿地球化学特征

3.1 流体包裹体特征

本次样品采集主要为石英脉带中的石英，共计采样11件。根据包裹体研究矿区石英脉中石英可分早晚两期;早期石英常伴生方解石及白云石，多因遭受蝕变而透明度差;晚期石英未蚀变而新鲜透明。

早期石英中包裹体密集成群成带或均匀分布，以呈透明无色-灰色的气液两相包裹体和呈透明无色的液相包裹体为主，呈深灰色的气体包裹体极少;晚期石英（为早期石英的加大）较新鲜透亮，仅见少量成带分布的包裹体，以呈透明无色-灰色的气液两相包裹体和呈透明无色的液相包裹体为主。气液比5%～15%，最大可达20%。气液比与成矿温度呈正相关关系，温度值200℃以下，气液比5%～10%，温度值200～250℃，气液比10%～15%，温度值250℃以上，气液比15%～20%。11个样品中均未见含子晶的三相包裹体。

上述包裹体长轴直径多数小于4 μm，少量包裹体大小界于（5×6）μm～（7×8）μm。包裹体形态各异，有椭圆状、浑圆状、水滴状、多边形、长条状以及各种不规则形状等。

从图6可以看出，矿区石英脉形成的均一温度界于100～260℃，以120～230℃较为集中，以160～200℃最为集中，表明大叶塘金矿的成矿温度介于中低温区间。

从图7可以看出，成矿溶液盐度变化范围很宽，为0.18～18.10wt% NaCI ，以1.73～14.63wt%NaCI居多，显然说明成矿热液来源比较复杂。

3.2 硫同位素特征

矿石中黄铁矿和毒砂两种矿物的11个硫同位素数据（见表3）。由表3可知，大叶塘金矿床矿石中黄铁矿的δ34S变化于-0.15‰～6.59‰，极差为6.74‰，平均值为1.87‰;矿石中毒砂的δ34S变化于-5.50‰～-1.10‰，极差为6.60‰，平均值为-1.80‰。

从直方图（见图8）上可以看出，该矿床的δ34S值分布集中在-1.00‰～1.99‰，基本位于大陆地表水的-10‰～27‰，但没有明显的单峰式效应，变化范围大于10‰，基本以大气降水及地表水为主，有少量海水硫及生物硫混入，所以该矿床硫源为混合硫。毒砂的δ34S值低于黄铁矿的δ34S值，推测原因为毒砂的形成时期晚于黄铁矿，主要为成矿的中晚期阶段。

3.3 氢氧同位素特征

本次共测试和收集了来自矿石石英包裹体中的氢、氧同位素数据8个，见表4。

成矿流体的δDSMOW是利用石英中的原生包裹体直接测得的，原生包裹体测得的δDSMOW能代表当时成矿溶液的δDSMOW。从表4中可以看出，该矿床中石英流体包裹体的δDSMOW位于-86‰～-44‰，极差为42‰，平均值为-67.25‰。含矿石英的δ18OSMOW（‰）为16.47‰～20.65‰，极差为4.18‰，平均值為18.76‰。

成矿流体的δ18OSMOW是用石英的δ18OSMOW值计算得到的，计算依据为根据石英—水氧同位素交换反应平衡方程：1 000lnαQ-W=3.57×108T-2-2.71。

从Taylor的δDSMOW—δ18OSMOW图解（见图9）上看，矿化早期投影点落于变质水区域，中期和晚期投影点则大部分都落于大气降水范围，因此，有理由认为早期成矿流体源于变质水，中期和晚期不断有大气降水加入，并占主导。大叶塘金矿床成矿溶液氢氧同位素组成特点与某些沉积盆地中的建造水或同生水相似，这种建造水源于当地的雨水，并与围岩发生过不同程度的同位素交换。

大叶塘金矿成矿溶液δDSMOW值变化达42‰，显示溶液明显具有混合成因特点，δ18OSMOW值从矿化早期到晚期随温度降低而有规律减小，也显示出晚期大气降水作用加强。成矿溶液氧同位素组成变化为4.18‰，显示不是由简单的冷却历史所致，而与大气降水在较大温度范围内与各种围岩发生不同程度的氧同位素交换或两种与围岩交换程度不同的大气降水混合有关。

4 矿床成因

4.1 物质来源

根据大叶塘金矿的成矿地质条件，大叶塘金矿的含矿地层为新元古界板溪群五强溪组第一岩性段。对于湘西五强溪组以及整个元古宙地层地质地球化学特征研究表明，作为Au—Sb—W元素组合的综合性含矿建造，无论在冷家溪群，还是板溪群地层中，金等成矿元素背景含量均明显高于上部大陆地壳平均值，产生了较为强烈的同生富集，其中，有相当数量的金是以具化学活性的吸附形式赋存在岩石中[3]。

4.2 成矿环境

①包裹体测温表明大叶塘金矿成矿温度为120～230 ℃，成矿深度为1 200～2 500 m，成矿流体盐度变化范围大，表明热液来源于火山裂谷盆地的自生流体。②包裹体成分测定表明，成矿流体中气体组分含量低，液体组分属于Ca-Na-S-Cl体系，与浅部地下水（大气降水）及河水特征相类似。③硫同位素研究表明，成矿热液主要来自于五强溪组凝灰岩，有海水硫和极少量生物硫的混入。④成矿流体的PH值介于6.74～7.25，氧化还原电位EH值介于-0.185 2～-0.345 3，表明成矿流体是一种中性弱还原性流体。

4.3 成矿时代

大叶塘金矿的成矿时代可以根据该区成矿地质条件和矿床地质特征，结合区域地质事件演化序列，类比邻区同类金矿加以确定。大叶塘金矿与邻近的于家湾、淘金冲及肖家金矿有着相似的成矿地质条件和矿床地质特征，金矿赋存于新元古界板溪群五强溪组第一段沉凝灰岩及凝灰质板岩中，含矿主岩变质轻微，变形不强，这些金矿的产出状态与富集均受制于北东向的于家湾-阳湾区域性断裂，除矿区北部的辉绿脉岩外，无较大岩浆岩体出露，矿化类型都属于少硫化物石英细脉型。结合大叶塘金矿所处大地构造和区域构造位置、成矿地质条件、矿床地质特征和中低温浅部成矿等特征认为，该矿金矿成矿时代应在距今约400Ma的加里东末期。

4.4 成因机制

大叶塘金矿的成矿经历了漫长的地质过程。金矿成矿过程起始于距今8亿年的新元古代中期，地幔柱作用导致了Rodinia超大陆解体，华南地区裂解成扬子板块与华夏板块，其间被北东向南华裂谷分割。南华裂谷北延至浙江上海，向南延至粤西、广西、滇东南及黔西南，长数千公里，宽几百至上千公里，大叶塘金矿位于南华裂谷中部偏西北侧。

新元古代中期，南华裂谷中部湖南益阳和会同及广西北部四堡一带爆发了多期双模式海底火山活动。据汪正江等人的研究，贵州铜仁一带新元古代晶屑凝灰岩中锆石多为粒状和短柱状，颗粒细小，直径30～50μm，部分达100μm，晶体表面清洁色鲜，阴极发光影像显示大部分锆石具有明显的岩浆成因韵律环带。在湖南会同一带沉积了厚达4 500m以上的酸性火山碎屑岩-正常沉积岩系，其中，流纹质凝灰岩已有金的初步富集，从而构成了湘西南金矿的初始矿源层。

进入早古生代，南华裂谷逐渐封闭，中段的湘西南地区进入长期隆升过程。志留纪末期，该区受到来自于东南部南岭造山作用的主导挤压应力影响，新元古界火山-沉积岩系遭受区域性极低级变质和轻微变形作用，形成轴向北东向褶皱，后期由地壳隆升导致的区域性伸展拆离形成北东向高角度正断层及层间拆离断层，派生剪切作用形成北西西向剪节理系。区域性动力热流变形变质生成的盆地流体从初始矿源层中萃取金等有用物质形成含矿热液，含矿热液沿北东向正断层及北西西向剪节理系活动，随着流体温度压力下降及岩石屏蔽，含矿热液在与围岩发生轻微交代蚀变后，以充填的方式形成含金石英细脉，热液同时交代围岩形成蚀变凝灰岩型金矿石[4-17]。大叶塘金矿为加里东末期南华裂谷隆升阶段低温动力热流变质热液充填（交代）成因的石英细脉型金矿床。

5 结论

①大叶塘金矿床发育在晚元古界五强溪组的一套浅变质岩系内;肖家田背斜及北东向大叶塘-坡脚断裂带为区内控矿构造;矿体呈石英脉形式充填于断裂带的节理及裂隙中;围岩蚀变主要有硅化、绢云母化、绿泥石化、黄铁矿化等。

②大叶塘金矿床成矿物质来源为赋矿地层，成矿元素具有Au-As-Sb-W组合特征。硫同位素特征表明成矿物质中硫的来源为以幔源为主，氢、氧同位素特征显示成矿流体以经过构造作用改造的大气降水为主;流体包裹体数据显示成矿温度为中低温（160～200℃），成矿流体盐度为1.73～14.63wt%，成矿压力范围为7.61～32.57MPa，成矿深度为0.76～3.26km。成矿流体的PH值介于6.74～7.25，EH值为-0.185 2～-0.345 3，为相对还原环境。金在成矿流体中主要以Au（HS）2-、AuH3SiO4的形式存在并进行迁移，在断裂作用下，金在温度、压力等条件发生改变时沉淀。大叶塘金矿床为一浅成中低温沉积-改造型金矿床。

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