张善明, 王根厚, 赵士宝, 李海军, 梁新强, 胡二红, 刘瑞钦, 张克俭, 王跃飞

北山内蒙地区主要岩浆‒热力构造类型及控矿作用分析

张善明1, 2, 王根厚1, 赵士宝3, 李海军4, 梁新强4, 胡二红1, 刘瑞钦5, 张克俭1, 王跃飞1

(1. 中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院, 北京 100083; 2. 内蒙古矿业开发有限责任公司, 内蒙古 呼和浩特 010011; 3. 内蒙古地质矿产(集团)有限责任公司, 内蒙古 呼和浩特 010011; 4. 内蒙古国土资源勘查开发有限责任公司, 内蒙古 呼和浩特 010020; 5. 中国地质大学(武汉) 资源学院, 湖北 武汉 430074)

明确与岩浆活动有关矿床的成因类型, 认识岩浆‒热力构造及其控矿作用, 并开展分类和模型化研究, 进行矿化富集中心圈定及找矿预测, 是在岩浆岩控(成)矿地区开展找矿勘探的关键工作之一。北山内蒙地区经历了长期多阶段的构造‒岩浆演化, 与岩浆侵入有关的成矿作用强烈且广泛, 但关于岩浆侵入与成矿、岩浆‒热力构造特征及控矿方面的研究甚少。本文通过综合分析前人资料, 并补充近几年大量矿产地质调查或找矿勘探所获得的新资料、新认识, 将北山内蒙地区主要岩浆‒热力构造类型划分为3类: 岩浆热液蚀变带、侵入接触叠加应力构造蚀变带、岩浆成矿系统热力构造体系, 并以开展过1∶10000构造‒岩相填图及找矿勘探工作的3个矿区为例进行研究分析。岩浆‒热力构造作为一类地质异常, 具有异常显著性和找矿有效性, 表现形式主要为各类不同尺度的与岩浆活动有关的构造建造、结构构造及热液活动的痕迹、轨迹等, 其可用来反演流体成矿的过程和环境, 应加强认识和深化研究。

岩浆活动; 岩浆‒热力构造; 构造‒岩相填图; 北山; 内蒙

0 引 言

岩浆侵位过程中形成了区域热力构造、区域热力场和区域热流体系统(张旗等, 2003, 2011, 2013, 2014, 2015a; 张德会等, 2004; 张丽芬等, 2005; 冷成彪等, 2009; 刘晓峰和齐荣, 2011; 方维萱, 2019a), 实践表明, 对它们进行系统的构造岩相学研究, 深化岩浆侵入构造系统与矿田构造及成矿的认识, 对指导找矿意义重大(裴荣富等, 2009, 2011; 方维萱, 2011, 2012b, 2014, 2016; 方维萱等, 2012a; 王同荣等, 2014; Fang, 2017)。由于岩浆控矿的重要性和广泛性, 地质工作者对岩浆作用及控矿意义给予极大关注。

杨兴科等(2005, 2010, 2015a, 2016)提出了岩浆‒热力构造概念, 即受岩浆‒热力作用影响或控制, 与岩浆侵入或火山喷发活动有一定联系, 形成于岩浆岩体、围岩地层、远程热力作用影响区的一系列热力(含部分应力)作用形成的构造类型。方维萱(2019a)将其归为岩浆侵入构造系统的一部分, 并表述为“与岩浆作用有关的热力场”, 为构造应力‒热应力‒地球化学动力所导致的岩石‒流体相互作用, 它们在物质‒时间‒空间上, 形成了多重耦合与空间拓扑结构。罗照华等(2016)认为岩浆成矿系统与相邻地质系统强相互作用形成成矿地质异常, 该地质异常即岩浆‒热力构造, 包括建造构造、结构构造及流体系统的变化及变化轨迹。张旗等(2013, 2014, 2017)提出的岩浆热场, 主旨是大规模岩浆活动造成地壳浅部呈高热状态, 一方面促使岩浆热液矿床形成(张旗等, 2015a), 另一方面必将在比矿区更大范围内形成不同尺度的岩浆‒热力构造(焦守涛等, 2016)。杨兴科等(2005, 2010, 2011, 2015a)和张旗等(2015b)通过调研发现, 无论是在造山带中金属矿田区还是在多矿种能源盆地, 岩浆‒热力作用和热力构造均发育且对成矿起到控制作用。尽管如此, 在矿区或矿田范围内研究岩浆‒热力构造, 划分其类型, 并进行找矿预测的工作开展得较少。

北山内蒙地区地处华北板块、塔里木板块和哈萨克斯坦板块交汇地带, 位于一个巨大的构造楔形区内, 在漫长的地质构造演化历史中经历了多陆块多期次裂解、拼合、增生‒俯冲和碰撞造山等构造运动, 相应地发生了多期次的区域岩浆活动和成矿作用(Wang et al., 2007; Windley et al., 2007; Xiao et al., 2009, 2013; Su et al., 2011; Song et al., 2013a, 2013b, 2013c; 丁建华等, 2016)。近年来完成的大量找矿勘探及科研工作发现, 区内与岩浆侵入有关的成矿作用较为强烈, 因此岩浆活动及成矿也成为地质工作者关注的热点, 但主要集中在岩石地球化学、年代学、地球动力学及成矿作用方面。同时我们也发现, 该区岩浆活动具长期多阶段性, 同期岩浆活动也有复杂的继承演化和水‒岩反应过程, 与之相关的不同类型成矿在同一空间互相叠加, 不同期次成矿在时间轴上互相影响; 另北山内蒙地区地质构造背景多样且复杂, 尤其是控矿构造极为复杂且难识别, 以往的地质勘查均将矿田构造简单化或模型化, 这就更加制约了对岩浆成(控)矿作用的正确认识及找矿突破的获得。作者通过在北山内蒙地区多个矿区的找矿实践及构造研究工作发现岩浆‒热力构造是该地区重要的控矿构造, 其形成的地质异常具有特征显著性和找矿有效性, 以往野外工作人员非常关注应力构造, 但对岩浆‒热力构造的关注度不够, 因此加强对岩浆‒热力构造的认识, 并深化研究, 是有效解决这一瓶颈问题的关键方面。

本文以大量前人研究成果为基础, 归纳了北山内蒙地区与岩浆侵入有关的主要矿床类型, 并以在三个典型矿区通过开展构造、岩浆岩‒岩相、地层‒岩石、矿物‒蚀变精细地质填图等获得的第一手资料为依据, 论述了北山内蒙地区主要岩浆‒热力构造类型及控矿作用。

1 区域地质背景

北山内蒙地区地层发育齐全, 从中‒新太古界到新生界均有分布, 其中: 奥陶系、石炭系、二叠系及中新生界分布最广泛, 泥盆系分布相对局限。根据地层的岩性、岩相、成岩环境等, 将北山内蒙地区主要地层分为四套岩系, 代表不同地质背景和演化历程。分别为: 太古宇基底杂岩残块, 为一套低角闪岩相‒高角闪岩相的区域变质岩; 元古宇‒寒武系低绿片岩相‒高绿片岩相浅变质的深海、滨浅海、海陆交互相及陆相沉积岩; 奥陶系‒二叠系海相、陆相、海陆交互相中基性火山岩、碎屑岩、碳酸盐岩、硅质岩, 该系列岩石普遍发育面理、线理; 中‒新生界河湖相碎屑岩及松散沉积物。

区内侵入岩分布广泛, 约占基岩总面积的30%, 主要以酸性、中酸性花岗岩类为主, 可划分为加里东期、海西期、印支期, 其中以海西期的石炭纪‒二叠纪侵入岩体规模最大, 且不同时代的侵入岩体均显示出受(基底)构造控制的带状分布特征。区内花岗质岩浆活动与Cu、Mo、W(Sn)、Au和Fe成矿关系密切, 构造‒岩浆的耦合作用为成矿提供了物质、能量条件。同时, 近几年的找矿勘探发现, 各类脉岩的成矿作用也应该被重视, 尤其是花岗伟晶岩脉内的稀有、稀土元素成矿。

区内构造变形明显, 总体构造格架为近EW向、NE向区域性大断裂, 二者组合构成的菱格构造控岩控相, 低序次构造为小型断层、褶皱及面理化带, 走向主要有NW向、NE向、NNE向和近SN向(图1)。

2 构造‒岩浆活动与成矿

2.1 成矿带划分及与侵入岩浆有关的主要矿床类型

按照《全国矿产资源潜力评价(内蒙古部分)》的划分方案(许立权等, 2011; 丁建华等, 2016), 北山内蒙地区可划分为2个Ⅲ级成矿带和3个Ⅳ级成矿亚带(表1), 与侵入岩浆活动有关的主要矿床类型有接触交代型Au-Cu-W多金属矿、斑岩型铜矿、花岗岩型W-Sn-Mo钨锡钼矿、斑岩型Mo多金属矿、碱性花岗岩型稀有金属矿等。

1. 第四系; 2. 新近系; 3. 白垩系砂砾岩; 4. 侏罗系泥页岩; 5. 三叠系碎屑岩; 6. 二叠系火山岩、碳酸盐岩; 7. 石炭系火山岩; 8. 泥盆系火山岩; 9.志留系碎屑岩; 10. 奥陶系火山岩; 11. 寒武系沉积岩; 12. 蓟县系大理岩; 13. 长城系浅变质碎屑岩; 14. 元古宇变质岩组合; 15. 侏罗纪花岗岩; 16. 三叠纪花岗岩; 17. 二叠纪花岗岩; 18. 石炭纪花岗岩; 19. 志留纪花岗岩; 20. 奥陶纪花岗岩; 21. 超基性岩; 22. 辉长岩; 23. 正断层; 24. 逆断层; 25. 推测深大断裂; 26. 地质界线/含矿岩浆岩体界线; 27. 铁矿; 28. 镍矿; 29. 锰矿; 30. 铜矿; 31. 铅矿; 32. 钨矿; 33.金矿; 34. 锑矿; 35.铁铜矿; 36. 铜金矿; 37. 铜钼矿; 38. 钨锡矿; 39. 铜铅锌矿; 40. 文中3个实例区。

表1 北山内蒙地区成矿区带划分表

2.2 构造‒岩浆活动与成矿

典型矿床地质特征及区域构造演化表明, 北山内蒙地区与构造‒岩浆活动有关的成矿作用主要发生在早古生代、晚古生代及中生代。

从新元古代(约820～540 Ma)沿天山南缘‒北山‒狼山‒白云鄂博‒赤峰一线, 华北古陆和塔里木古陆与其以北的古陆群逐渐分离(毛景文等, 2013), 北山处于古生代洋‒陆演化早期, 总体为拉张裂解构造背景, 镁铁‒超镁铁质岩浆沿裂谷上侵, 该过程最晚持续到早志留世。在奥陶纪‒早志留世裂谷环境,发生了与镁铁‒超镁铁质岩浆活动有关的Fe-V-Ti-Cr-Ni成矿作用。

自早志留世后, 北山局部发生地块、洋陆壳之间的俯冲, 并发育具岛弧、陆缘弧性质的中酸性侵入岩、次火山岩等。在志留纪陆缘弧环境, 发生了与火山岩浆活动有关的Cu多金属成矿作用(毛启贵等, 2010; 贺振宇等, 2014)。

从志留纪开始, 古亚洲洋进入俯冲消减阶段, 这一过程一直持续到晚泥盆世才结束, 并发生碰撞造山、与板块碰撞造山有关的岩浆活动及强烈的W-Sn成矿作用强烈(杨合群等, 2009, 2010)。

晚泥盆世‒中二叠世, 研究区处于挤压‒碰撞造山环境, 石炭纪‒二叠纪西伯利亚、哈萨克斯坦和塔里木三大板块汇聚碰撞, 岩浆活动强烈(夏林圻等, 2008; 宋健, 2013)。在石炭纪‒中二叠世汇聚型陆缘环境, 发生了与岩浆活动有关的Fe-Mo成矿作用(李锦轶等, 2009)。

从三叠纪开始, 研究区处于陆内构造‒岩浆活动阶段。吕新彪等(2012)认为三叠纪造山后伸展环境下的幔源岩浆底侵和下地壳物质重熔, 形成了与三叠纪侵入岩有关的Mo-Au-Pb-Zn成矿系列。苗来成等(2014)认为三叠纪北山为碰撞‒碰撞后构造环境, 发育大规模剪切带和强烈的岩浆活动及伴生的金属成矿作用。总之, 研究区中生代岩浆活动广泛, 成矿作用强烈。区内海西期、印支‒燕山期构造岩浆活动与成矿作用, 还表现在对先期成矿的叠加改造、再富集等方面(杜玉良等, 2009)。

研究区构造‒岩浆活动及成矿总体具如下规律: ①矿化时间长, 从早古生代到中生代均有成矿;②矿化产出具时限性和局限性, 即某种成矿作用与某一地质时期内的特定大地构造环境和地质过程有关, 空间分布上成群、成带集中; ③多元素成矿具有明显的阶段性和方向性; ④金属成矿过程具一定可对比性, 即对于不同成矿时代的同一类金属, 其成矿过程具一定可对比性; ⑤晚古生代是成矿作用的爆发期, 其他地质历史阶段形成的矿床(点)不论是在数量上、种类上、还是规模上, 均无法与其比拟; ⑥成矿是岩浆活动与构造活动联合作用的结果, 二者缺一不可。研究区地层‒岩石、建造和构造‒岩浆‒成矿系统见图2。

3 北山内蒙地区主要的岩浆‒热力构造类型及控矿作用分析

北山内蒙地区岩浆侵入时空广泛且活动强烈, 直接促使形成多种相关类型矿床。作者多年的工作发现, 在针对与侵入岩浆活动有关的矿床的找矿实践中, 认识岩浆‒热力构造类型, 分析其控矿作用非常重要。一方面, 成矿作用与岩浆‒热力作用直接相关, 另一方面, 该作用过程必然留下痕迹, 即岩浆‒热力构造。作为一类地质异常, 岩浆‒热力构造具有异常显著性和找矿有效性, 其表现形式主要为各类不同尺度的与岩浆活动有关的构造建造、结构构造及不同类型热液蚀变活动的痕迹、轨迹等, 构造建造、结构构造具地球物理属性, 热液蚀变活动的痕迹、轨迹具地球化学属性, 二者均具有一定的时空序列和拓扑结构。

经初步归纳, 认为岩浆热液蚀变带、侵入接触叠加应力构造蚀变带、岩浆成矿系统热力构造体系是研究区最重要的三类岩浆‒热力构造, 下文通过三个实例介绍其主要特征。

3.1 岩浆热液蚀变带

3.1.1 成矿地质条件分析

白梁东铁多金属矿区出露地层为下石炭统绿条山组滨海瀉湖相正常沉积岩夹火山碎屑岩、大理岩及火山熔岩组合, 石炭系白山组滨海相‒远滨海相中酸性火山熔岩夹正常沉积碎屑岩、大理岩组合。侵入岩主要为晚石炭世花岗闪长岩、英云闪长岩、中二叠世二长花岗岩、石英闪长岩等。主量、微量和稀土元素地球化学研究表明(图3、4), 石炭纪、二叠纪岩浆岩均属钙碱性岩类, 稀土元素配分曲线右倾, 具Eu负异常, Ba、K、Sr、P、Ti明显亏损, Th、U、Zr、Hf、Sm明显富集, 指示火山弧或同碰撞花岗岩特征(曹燕山等, 2012)。其中白山组安山岩、英安岩普遍具超贫磁铁矿化, 形成受岩层控制的正磁异常和大面积分布的Co、Ni、Zn化探异常, 1∶5万区域化探测量显示, 白山组与晚石炭世花岗闪长岩内外接触带处, Pb、Ag、Mo、Sb、W、Ni、As、Cu化探异常显著。受晚石炭世岩浆侵入作用, 超贫磁铁矿化中酸性火山熔岩发生改造, 形成含Co-Au-Pb-Zn-Ag-Cu富磁铁矿体, 矿床类型有矽卡岩型、接触交代型、岩浆热液型。

图2 北山内蒙地区地层‒岩石、建造和构造‒岩浆‒成矿系统图

图3 北山内蒙白梁东铁多金属矿区侵入岩原始地幔标准化微量元素蛛网图(a)和球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(b) (标准化值据Sun and McDonough, 1989)

图4 北山内蒙白梁东铁多金属矿区侵入岩构造判别图解(底图据Pearce et al., 1984)

3.1.2 岩浆‒热力构造类型及控矿作用分析

由于成矿与岩浆热液改造作用有关, 区内各种岩浆热液蚀变发育。总体看, 下石炭统呈一个巨大的捕虏体产于晚石炭世花岗闪长岩内, 侵入岩体与围岩接触带构造发育。自侵入岩体内接触带→外接触带→围岩, 蚀变矿化具一定分带性, 为(黄铁)绢英岩化+萤石化→绿帘石化(无矿化)→钙铝榴石矽卡岩化(Fe-Co(Pb-Zn)矿化)→硅化(无矿化)→褐铁矿化+绢云母化(Au-Ag-Cu矿化)。一般矽卡岩化仅在碳酸盐岩层位发育, 以铁为主的多金属矿化规模受矽卡岩化规模控制(图5a)。

露头可见, 侵入岩体与围岩接触界线扭转处, 因二者接触面积大, 且岩浆热液被圈闭在一个封闭空间内, 热液蚀变作用更强。经探槽揭露发现侵入岩体与围岩接触界线平直处, 蚀变弱而狭窄(图5b), 接触界线越复杂, 蚀变作用则越强(图5c)。镜下观察发现, 黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿、磁铁矿呈它形产于石炭系岩石造岩矿物粒间, 闪锌矿、黄铁矿是岩浆侵位过程中流体注入浓缩的结果, 其内包裹着造岩矿物碎屑, 注入充填特征非常明显。磁铁矿是岩浆流体与围岩发生水‒岩反应的结果, 与闪锌矿界线平直截然, 但与造岩矿物却呈交代港湾状。可见磁铁矿与闪锌矿间被造岩矿物窄条状碎屑隔开, 说明二者是不同流体过程的产物(图5d)。

针对其中一个接触带的综合剖面测量显示, 花岗闪长岩与变质砂岩外接触带, W、Sn、Mo、As等与岩浆热液有关的元素含量显著增高, 与铁成矿有关的元素Co、Ni含量增高, Pb、Zn、Ag含量轻微增高, 并形成明显的高极化率、低电阻率异常, 而远离接触带, 上述异常均消失(图6a)。

对其中一条揭露接触带的探槽开展了原生晕样测量, 发现在花岗闪长岩与大理岩内外接触带处, Pb、Zn、Ni、Co、Mo显示跳跃变化的高含量, 在接触带内的矽卡岩化带内, Pb、Cu、Ni、Zn、Co、W形成显著异常, 在远接触带围岩侧, Cu、Ni、Co、Zn形成微弱异常(图6b)。

3.2 侵入接触叠加应力构造蚀变带

3.2.1 成矿地质条件分析

三个井金矿区出露地层为古元古界北山岩群二岩组黑云石英片岩、角闪片岩、黑云钾长片麻岩、黑云斜长片麻岩, 局部夹大理岩、硅质岩。侵入岩主要为二叠纪灰白色中粒英云闪长岩, 形成于碰撞前陆缘弧环境(赵志雄等, 2015)。矿区位于公路井‒三个井区域韧‒脆性构造变形带内, 该变形带是北山造山带晚古生代板内走滑剪切作用的产物, 形成时限可能在300±3 Ma(高勇等, 2016)。金多金属矿床空间分布受韧‒脆性构造变形带和英云闪长岩与围岩间的接触蚀变带构造联合控制。

3.2.2 岩浆‒热力构造类型及控矿作用分析

在三个井金矿区, 侵入接触叠加应力构造蚀变带控制了金矿化体的产出。在二叠纪英云闪长岩与古元古界北山岩群黑云斜长片麻岩外接触带, 形成规模巨大的构造蚀变岩。NW向金巴山‒三个井区域性压扭断层从英云闪长岩与黑云斜长片麻岩接触带处通过, 破碎蚀变带长>5 km, 出露宽度70～450 m, 倾向208°, 倾角72°～81°。带内压扭性断层平行发育, 集中分布。沿断层形成宽窄不一的强蚀变带, 宽数米到50 m, 相互间隔数米至几十米, 与其他走向、不同期次形成的小型蚀变带交叉构成网状。受其派生断裂控制, 断裂‒裂隙构造蚀变带呈中西部宽、东部窄的带状(图7)。总体来看, Au在两类构造空间富集, 一类为不同岩性层的界面处(图8a), 另一类为小型断裂裂隙尤其是裂隙的尖端(图8b)。当富Au流体运移至第一类空间, 与围岩发生反应形成高岭土化和褪色蚀变, 流体中的高岭石和SiO2含量急剧增加, 逐渐在适宜的物理化学空间沉淀。当流体运移至第二类空间, 其内压持续升高, 超越极限而发生爆破, 成矿流体瞬间减压沸腾, 金属络合物失稳, Au被卸载并沉淀(于华之等, 2017)。

(a) 矿化露头; (b) 平直接触带特征及蚀变; (c) 复杂接触带特征及蚀变; (d) 铁多金属矿石镜下特征。图5d中: ① 位于Mag与Sp之间的脉石矿物细脉; ② Mag与脉石矿物界线呈波浪状; ③ Mag与Sp间界线非常平直; ④ Sp在脉石矿物裂隙内具贯入充填特征; ⑤ Sp内的脉石包裹体。矿物代号: Sp. 闪锌矿; Mag. 磁铁矿。

1. 第四系; 2. 变质砂岩; 3. 变质石英砂岩; 4. 硅质板岩; 5. 大理岩; 6. 英安岩; 7. 石英岩; 8. 正长岩; 9. 花岗闪长岩; 10. 破碎带; 11. 绿帘石化; 12. 磁铁矿化; 13. 孔雀石化; 14. 矽卡岩化; 15. Fe(Co)矿体。元素单位: Au为×10–9; 其他元素为×10–6。

围岩蚀变主要有矽卡岩化、碳酸盐化、黄钾铁矾化、褐铁矿化、高岭土化、硅化、孔雀石化、黄铁矿化及褪色等。大理岩夹层内形成矽卡岩化, 仅在局部见似铁帽的褐铁矿化、铜蓝矿化小透镜体, 偶见团块状或细脉状方铅矿, 矽卡岩化为早期高温热液阶段产物, 与Au成矿关系不大。硅化、碳酸盐化、黄铁矿化主要分布在断裂裂隙构造内, 与Au成矿关系密切, 为晚期中低温热液阶段产物。黄钾铁矾化主要分布在地表石英脉型金矿体及其周围, 高岭土化及蚀变褪色普遍发育, 是大范围空白区内找矿的重要标志。

矽卡岩型Au-Cu-Fe小透镜体空间分布严格受英云闪长岩与大理岩接触带控制, 在接触带拐弯处, 产状由陡变缓处, FeT品位由10.0%→30.0%变化, Cu品位由0→0.51%变化, 对比发现, 凡是FeT品位>20.0%, Cu品位>0.10%, 矿化体厚度>0.50 m地段, 均是接触带复杂、产状突变且矽卡岩化强烈地段。Au、Pb在远离接触带的次级断裂裂隙内富集成矿, 区域性压扭断层为导矿构造, 断层上盘断裂裂隙为容矿构造, 越远离接触带, 毛细弥漫状断裂裂隙构造越发育, 金含量越高, 但矿体总体规模越小, 品位厚度越不稳定(图9)。具体表现为: 自接触带→围岩, 矿化序列为矽卡岩型Fe-Cu矿小透镜体(含Au、Ag、Pb)(FeT、Cu、Au、Ag、Pb品位分别为10.0%～ 30.0%、0.10%～0.50%、0.50～1.00 g/t、10.0～50.0 g/t、0.10%～1.00%)→Cu-Pb矿(Cu、Pb、Au品位分别为0.10%～2.00%、0.50%～2.00%、0.50～2.50 g/t)→Au-Pb-Ag矿(Au、Pb、Ag品位显著增高, 分别为0.90～10.0 g/t, 0.30%～28.0%, 40.0～270 g/t)(表2)。矽卡岩化为早期高温热液阶段产物, 与Au成矿关系不大, 其他蚀变为晚期中‒低温热液阶段产物, 形成区内主要金多金属矿体(田红彪等, 2008), 成矿热液自侵入岩体向围岩迁移, 矿化蚀变表现一定的时空序列特征。

区内产出石英脉型和蚀变岩型Au矿化, 取6件样品进行主量元素分析, 结果见表3。CaO、K2O、MgO总量在6.47%～16.62%, SiO2、Al2O3含量分别为48.72%～60.35%, 3.02%～15.46%, 表明蚀变岩型Pb-Au矿石主要由硅酸盐、铝硅酸盐、碳酸盐类矿物、硫化物、铁质矿物等组成, 围岩与蚀变岩型铅金矿化学成分相近, 而石英脉型金矿石化学成分则与围岩差别较大。结合成矿地质特征认为, 石英脉型Au成矿与岩浆流体沿断裂裂隙的充填交代作用有关, 而蚀变岩型铅金成矿与岩浆流体同黑云斜长片麻岩的交代蚀变作用有关。近几年系统开展的1∶5万土壤(岩石)地球化学测量表明, 北山岩群富Pb、Au等元素, 这与前述的成矿地质特征是一致的, 即围岩提供了金属元素, 岩浆活动提供了流体和热能。

40件人工重砂样品测量表明, 方铅矿含量在1～20粒的有7件, 铬铅矿含量在1～20粒的有2件, 白铅矿和钼铅矿含量在1～20粒的有13件, 在21～100粒的有8件, >100粒的有1件, 伴生矿物有白钨矿、锡石、金、刚玉、钍石、萤石等, 铅人工重砂矿物与白钨矿和锡石伴生, 暗示成矿与岩浆热液活动有关。

1. 北山群第二岩组黑云石英片岩、角闪片岩; 2. 北山群第二岩组黑云钾长片麻岩; 3. 北山群第二岩组黑云斜长片麻岩; 4. 二叠纪灰白色中粒英云闪长岩; 5. 钾长花岗岩脉; 6. 石英闪长岩脉; 7. 辉绿玢岩脉; 8. 构造破碎蚀变岩带; 9. 矿体位置及编号; 10. 地质界线; 11. 压扭性断裂; 12. 推测断层; 13. 勘查线位置及编号; 14. 铅重砂异常范围及编号。

(a) 不同岩性界面处的铅金矿化; (b) 小型断裂破碎带内的铅铜矿化; (c) 暗色金属硫化物以不规则状充填在脉石矿物粒间; (d) 暗色金属硫化物沿着碳酸盐矿物的节理裂隙充填。矿物代号: Qz. 石英; Mu. 白云母; Cal. 碳酸盐; Cp. 金属硫化物。

图9 北山内蒙三个井金矿区矿体品位、厚度变化系数柱状图

表2 北山内蒙三个井金矿区各矿体矿化特征表

表3 北山内蒙三个井金矿区岩矿石主量元素(%)分析结果

镜下可见暗色的金属硫化物以不规则状充填在脉石矿物颗粒间(图8c),还可见金属硫化物呈细脉状分布在脉石矿物裂隙内(图8d), 黄铜矿被方铅矿包裹呈包含结构, 闪锌矿呈乳滴状分布在黄铜矿中, 黄铜矿中可见细粒的脉石矿物包裹体, 显示多期流体成矿和流体注入充填成矿特征。

3.3 岩浆成矿系统热力构造体系

3.3.1 成矿地质条件分析

额勒根乌兰乌拉钼(铜)矿区出露地层为下石炭统绿条山组砂岩、凝灰岩夹灰岩透镜体, 下石炭统白山组安山岩、英安岩、凝灰岩及火山角砾岩、火山集块岩等。岩浆岩主要出露石炭纪中酸性侵入岩, 有石英闪长岩、花岗闪长斑岩、似斑状花岗闪长岩、中细粒花岗闪长岩、钾长花岗岩, 总体呈一个复式杂岩体产出, 似斑状花岗闪长岩是主要的含矿岩体。聂凤军等(2005)获得成矿年龄为332.0±9.0 Ma; 江思宏和聂凤军(2006)对杂岩体开展了大量年代学研究, 获得成岩年龄在271.78～355.16 Ma之间; 笔者获得中细粒花岗闪长岩(99°01′15″E, 42°21′46″N)和花岗闪长斑岩(99°02′36″E, 42°22′40″N)的谐和年龄分别为310.2±1.3 Ma、346.4±1.5 Ma(课题组未发表数据)。脉岩发育, 岩性有石英脉、花岗斑岩脉、球粒状花岗斑岩脉、花岗闪长斑岩脉、闪长(玢)岩脉、辉绿(玢)岩脉。矿区总体为一走向NW, 倾向SW的单斜构造, 褶皱不发育。断裂较发育, 以NW向为主, 其次为NWW向和NE向。

3.3.2 岩浆‒热力构造类型及控矿作用分析

在额勒根乌兰乌拉钼(铜)矿区, 特有的斑岩热力构造体系控制着矿化蚀变的类型和分布。在斑岩体内部, 各类地质界面处钼矿化较强烈、规模较大, 接触界面包括以下几类: ①斑岩体矿物成分、结构构造发生突变的界面。大量岩心的观察发现, 一般在石英、碳酸盐、钾长石、黄铁矿含量骤增处, 钼矿化较富(图10a)。从结构构造看, 似斑状特征越明显, 长石、石英类矿物晶体越大, 矿化越强(图10b)。②斑岩体裂隙内充填泥质、硅质及方解石细脉, 在细脉与斑岩接触带处矿化发育(图10c)。③斑岩体内中基性包体或围岩捕虏体发育, 在包体或捕虏体与斑岩接触带处矿化发育(图10d)。据贺中银等(2015), 该矿床属后生斑岩钼矿, 有两类封闭空间较有利于成矿: 一类为似斑状花岗闪长岩呈脉状贯入围岩安山岩内, 安山岩致密, 裂隙不发育, 其作为岩脉顶底板, 起到了较好的隔挡层作用, 使矿液不易流通和散失(图10e)。同时, 这种地段斑岩体与围岩有更大的接触面积和更封闭的空间, 有利于矿液在岩体内部特别是顶部或接触带成矿(图10f); 第二类是岩体与围岩接触带处, 因受到阻挡和挤压作用, 内接触带的岩体更致密, 节理裂隙相对不发育, 矿物粒度更细, 亦起到了隔挡层作用, 对成矿有利(图10g、h)。

(a) 似斑状花岗闪长岩内钾长石高含量地段, 矿化富; (b) 似斑状花岗闪长岩含矿、花岗岩无矿; (c) 矿化富集地段的微构造; (d) 围岩捕虏体密集分布处矿化富; (e) 似斑状花岗闪长岩呈岩脉贯入围岩内, 矿化富; (f) 似斑状花岗闪长岩与围岩复杂接触带处, 矿化富; (g) 接触界线处被挤压的似斑状花岗闪长岩为流体成矿的隔挡层; (h) 接触带处的含钼磁铁矿化。

垂向上, 在斑岩体内部形成明显的热液蚀变‒矿化分带, 浅部(0～200 m)为绢云母化带, 中部(200～350 m)为云英岩化带, 深部(>350 m)为钾硅酸盐化带。绢云母化带: 位于花岗闪长斑岩浅部或边部, 金属矿物有黄铁矿、黄铜矿、孔雀石, 呈浸染状或以石英‒方解石‒硫化物细脉形式产出, 金属矿化强度与蚀变强度正相关。云英岩化带: 位于花岗闪长斑岩、似斑状花岗闪长岩中, 尤以似斑状花岗闪长岩中广泛, 金属矿物有黄铁矿、辉钼矿, 呈浸染状或以石英‒硫化物细脉形式产出, 金属矿化强度与蚀变强度正相关。钾硅酸盐化带: 在深部岩体中发育, 以强烈且广泛的次生钾长石发育为特征, 深部钻探验证钾化蚀变与最晚一期的钾长花岗岩有关, 该蚀变带内金属矿化强度明显降低, 仅见少量黄铁矿。

平面上, 自斑岩体向围岩, 亦可见明显的蚀变‒矿化分带, 岩体中心为云英岩化带→岩体边部为绢云母化带→近接触带安山岩为青磐岩化带→远接触带安山岩、凝灰岩发育绿帘石化(图11)。云英岩化带: 主要分布在似斑状花岗闪长岩内, 常见金属矿物为黄铁矿。绢云母化带: 主要分布在花岗闪长岩内以及似斑状花岗闪长岩与围岩捕虏体内外接触带处, 金属矿物有黄铁矿、黄铜矿、孔雀石、磁铁矿。青磐岩化带: 为岩浆热液与中基性火山岩水‒岩反应的产物。侵入岩体周边安山岩中, 青磐岩化空间分布严格受接触带控制, 侵入岩体内安山岩捕虏体中, 青磐岩化广泛发育, 捕虏体规模越小, 蚀变越强。蚀变矿物为微粒绿帘石、绿泥石、碳酸盐、黄铁矿、高岭土, 金属矿物主要为孔雀石、镜铁矿、黄铜矿、黄铁矿、磁铁矿, 多呈细网脉状产出。绿帘石化: 已不具带状分布特征, 而是在局部岩石裂隙或断裂发育处聚集呈片, 局部可见褐铁矿化、硅化, 金属矿物偶见孔雀石, 采样化验含Cu、Au。

4 讨 论

在北山内蒙地区, 岩浆活动强烈, 岩浆岩分布广泛, 控矿作用明显, 几乎绝大部分矿床, 不论其时空分布, 还是成因、后期改造等方面, 均与岩浆活动有着或强或弱的联系。如研究区非常重要的Au矿床, 以元古界浅变质岩为容矿围岩, 以往认为其成矿作用与岩浆活动关系不大, 后通过地球化学、成矿流体方面的研究发现, 其主要的控矿因素仍是海西期、印支期的岩浆侵入活动(聂凤军等, 2002)。石炭纪‒二叠纪岩浆活动与成矿关系的重要性已被普遍接受, 同时也要关注与中生代岩浆活动有关的成矿作用, 近几年的工作发现, 与中生代碱性花岗岩有关的“三稀”成矿可能一直以来被忽略, 内蒙古地勘八院在北山内蒙微波山地区发现Nb-Ta-Rb多金属矿点, 显示较大找矿潜力, 也启示我们应重视三稀矿产的找矿评价工作(胡二红, 2018; 胡二红等, 2020)。苗来成等(2014)认为中生代印支期是北山地区最晚一次大规模岩浆活动与金属成矿期, 其发育范围、规模和强度远超原来的认识。由于遭受剥蚀、改造的时间相对短, 地质过程相对少, 中生代形成的矿产也具备相对好的保存条件。

众所周知, 一直以来, 应力构造都是探矿人员和科研人员关注的重点, 深入全面认识应力构造的控矿作用, 是取得找矿突破的关键。前几年完成的危机矿山深部找矿取得丰硕成果, 同时也发现一个规律, 几乎绝大部分矿床, 哪怕是以往认为与岩浆活动几乎无任何关系的层控矿床, 均显示与岩浆侵入活动的关联性。可见, 岩浆控矿作用与构造控矿作用同等重要。杨兴科等(2005)认为, 与岩浆活动相伴的岩浆‒热力运动必将导致岩石物质成分、结构构造等发生变化, 进而形成岩浆‒热力构造。罗照华等(2016)认为含矿流体以岩浆侵入体为起点向远离岩体方向传输, 含矿流体与传输路径中的屏蔽介质每发生一次强相互作用, 都会留下显著的物质记录, 岩浆‒热力构造可以说是这种物质记录与屏蔽介质的集合。方维萱(2019a)认为岩浆侵入构造系统是与岩浆侵入作用有关的构造岩相带, 其内形成了成岩成矿系统, 并可能发生大规模矿产富集成矿, 可以认为岩浆侵入构造系统包含岩浆‒热力构造, 而岩浆‒热力构造更强调除应力构造以外的热力构造。

1. 中奥陶统咸水湖组; 2. 下奥陶统罗雅楚山组; 3. 二叠纪钾长花岗岩; 4. 石炭纪闪长岩; 5. 石炭纪花岗闪长岩; 6. 花岗斑岩脉; 7. 闪长岩脉; 8.流纹角砾凝灰熔岩; 9. 安山质凝灰熔岩; 10. 安山岩; 11. 粉砂质板岩; 12. 花岗斑岩; 13. 钾长花岗岩; 14. 闪长岩; 15. 花岗闪长岩; 16. 花岗闪长斑岩; 17. 断层; 18. 孔雀石化; 19. 硅化; 20. 褐铁矿化; 21. 绿帘石化; 22. 绢云母化; 23. 云英岩化; 24. 青磐岩化; 25. 钾长石化; 26. 钼矿体; 27. 产状。元素单位: Au为×10–9; 其他元素均为×10–6。

岩浆‒热力构造与潜在矿体具一定成因序列和时空关联性, 正确认识这种成因序列和时空关联是圈定矿体潜在地段的关键, 这就要依赖于精细地质建造填图和细致的矿物蚀变研究, 宏观与微观相结合, 突出研究与成矿有关的岩浆‒热力构造在有限时空上的状态和变化, 并尽可能利用物化遥多元信息, 重塑岩浆‒热力构造的物质‒时间‒空间拓扑结构及运动过程。因此应把改造和建造、形变和形成、构造和岩相、继承和演化、状态和过程彼此紧密结合去研究岩浆‒热力构造(王宗永等, 2015)。吕古贤等(1998)提出的“构造变形岩相形迹”概念, 即受地壳构造作用影响或控制的, 能反映其形成构造地质环境、物理化学条件的那部分构造岩石单元或构造岩相建造要素, “岩浆‒热力构造”与其有类似之处, 亦指岩浆‒热力作用影响下在地质过程中所形成的那部分岩石矿物及构造形迹的地质实体, 二者都强调矿源岩演化序列的认识, 因此可以参考构造变形岩相形迹大比例尺填图技术来认识岩浆‒热力构造。杨兴科等(2015b, 2016)在东昆仑祁漫塔格矿带以矿田构造‒岩相填图为主要方法, 开展了岩浆‒热力构造调研及找矿预测的示范性工作。方维萱(2019a)建立的岩浆侵入构造系统的构造岩相学填图技术, 对岩浆侵入构造系统物质‒时间‒空间分布规律进行圈定, 探索岩浆侵入构造系统形成的动力学机制与金属超常富集规律, 是目前认识岩浆‒热力构造最全面的技术方法体系。

热液蚀变作为流体成矿的副产品, 是水‒岩作用的地质事实(祁冬梅等, 2015), 清楚展现了流体类型及活动强度、时空轨迹及与建造构造的关系, 且野外易发现, 规律易查明, 是探寻潜在矿体的有效线索。热液蚀变是岩浆‒热力构造非常重要的一类表现形式, 强调岩浆‒热力构造的重要性, 就应加强对矿床中蚀变矿物及蚀变特征的精细研究, 并据此反演岩体侵位、成矿流体组成、运移以及金属沉淀环境的变化等(Cho et al., 1986; Meinert et al., 2005)。热液蚀变填图是精细地质填图非常重要的一个方面, 也是深刻认识岩浆‒热力构造一个非常重要的手段, 我国对于这方面的研究比较深入, 如大比例尺构造岩相学填图(方维萱等, 2012a, 2019b; 王宗永等, 2015; 杨兴科等, 2015a, 2015b)、地球化学岩相学填图(方维萱, 2012b, 2017)、岩浆侵入构造系统中的流体地质填图(夏林等, 2002; 蒙义峰等, 2003; 王勇等, 2003; 李荣西等, 2018)、矿物地球化学填图(方维萱, 2017)等, 均将蚀变岩岩相学作为独立填图单元进行圈定、预测建模, 但在基层地勘单位的推广应用有待进一步加强。另遥感影像填图在准确识别蚀变矿物, 快速发现认识岩浆‒热力构造方面, 具有其他技术不可比拟的先天性优势, Sabins (1999)就报道了在美国内华达州Goldfield矿区遥感影像填图的应用, 目前蚀变矿物红外光谱研究与勘查应用业已成为热点(陈华勇等, 2019; 朱玲等, 2020)。

在北山内蒙地区, 岩浆热液蚀变带、侵入接触叠加应力构造蚀变带、岩浆成矿系统热力构造体系是最主要的三类岩浆‒热力构造。本文以白梁东接触交代型铁多金属矿床、三个井构造蚀变岩型金矿床、额勒根乌兰乌拉斑岩型钼(铜)矿床为例, 分析了不同尺度的具地球物理属性的构造以及其控矿作用, 同时对具地球化学属性的各类热液蚀变的分布、强度、空间序列及与成矿的关系作了探讨。岩浆热液蚀变带控矿, 矿化富集受接触带构造产状、蚀变类型及与接触界线距离等因素控制。侵入接触叠加应力构造蚀变带控矿, 成矿受多因素控制, 矿化富集规律趋于复杂, 但矿质沉淀、堆积是与成矿条件、过程密不可分的。岩浆成矿系统热力构造体系控矿, 矿化富集受流体演化及岩体内的各类地质界面、封闭空间、特殊岩性体、围岩岩性、岩体内的断裂裂隙或岩体与围岩间接触带控制。

5 结 论

通过分析得出以下认识:

(1) 北山内蒙地区岩浆侵入活动与成矿关系密切, 可划分为5种主要类型, 分别为: 接触交代型金铜钨多金属矿、斑岩型铜矿、花岗岩型钨锡钼矿、斑岩型钼多金属矿、碱性花岗岩型稀有金属矿。

(2) 岩浆‒热力构造一直被忽略, 在找矿科研工作中, 正确认识该类构造非常重要。北山内蒙地区的岩浆热力构造可分为岩浆热液蚀变带、侵入接触叠加应力构造蚀变带和岩浆成矿系统热力构造体系3类。

(3) 本文以3个矿床为实例, 分析了岩浆‒热力构造类型及控矿作用, 探讨了正确认识岩浆‒热力构造的基础、关键及要注意的问题。认为开展以岩浆‒热力构造为目标的矿床建造构造、结构构造、热液蚀变研究、精细构造‒岩相填图及找矿预测, 对如研究区这种岩浆活动成矿作用强烈的地区或深部找矿预测是有重要意义的。

致谢:长安大学杨兴科教授和有色金属矿产地质调查中心方维萱研究员提出了宝贵的修改意见, 对论文质量的提高至关重要, 在此致以最诚挚的感谢。

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The Main Magmstic-thermodynamic Structures and Their Controls on Ore Formation in Beishan, Inner Mongolia

ZHANG Shanming1, 2, WANG Genhou1, ZHAO Shibao3, LI Haijun4, LIANG Xinqiang4, HU Erhong1, LIU Ruiqin5, ZHANG Kejian1, WANG Yuefei1

(1.School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing100083, China; 2. Inner Mongolia Mining Development Co., Ltd, Hohhot 010011, Inner Mongolia, China; 3. Inner Mongolia Geology and Mineral Resources (Group) Co., Ltd, Hohhot 010011, Inner Mongolia, China; 4. Inner Mongolia Land Resources Exploration and Development Co., Ltd, Hohhot 010020, Inner Mongolia, China; 5. School of Earth Resources, China University of Geosciences (Wuhan), Wuhan430074, Hubei, China)

Recognition of the genetic types of the intrusion-related ore deposits, clarification of the ore-controlling features of the magmatic-thermodynamic structures, genetic model establishment, and determination of mineralized enrichment center are critical for exploration and prospecting. The Beishan area, Inner Mongolia has a long history of tectonic evolution and developed multi-stages of magmatic activities, and intrusion-related mineralizationis extensive and widespread. However, studies on the intrusion-related mineralization, magmatic-thermodynamic structures and their ore-control features are rare. Based on a comprehensive analysis of previous data and the new information obtained during the regional geology and mineral resource surveys and local prospecting and exploration in the past few years, this paper identifies three main types of magmatic-thermodynamic structures in Beishan, Inner Mongolia, which include magmatic hydrothermal alteration zone, magmatic intrusive contact structures and stress structures superposed tectonic alteration zone, and thermodynamic structures system of magmatic metallogenic system. These structures are further discussed on the basis of 1∶10000 structure-lithofacies geological mapping and exploration works of three representative exploration areas. The magmatic-thermodynamic structures, as a type of geological anomalies, which may bear significant anomalies of prospecting efficiency, and record information concerning the ore-forming processes, should be the focus of future investigations.

magmatism; magma-thermodynamic structures; structure-lithofacies geological mapping; Beishan; Inner Mongolia

P613

A

1001-1552(2022)04-0691-019

10.16539/j.ddgzyckx.2022.04.002

2020-09-23;

2020-12-08

内蒙古自治区国土资源厅项目(NMKD2014-10、NMKD2016-06)资助。

张善明(1983–), 男, 博士, 高级工程师, 主要从事区域矿产地质调查工作。E-mail: shanming.zhang@163.com