黃 鑫
(山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院,山東·濟(jì)南 250104)
范家莊金礦床位于膠東牟平—乳山成礦帶的中部,處于中朝準(zhǔn)地臺膠遼臺隆膠北隆起的東南部昆崳山巖體內(nèi)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育,以斷裂構(gòu)造為主,按其走向可分為北北東向、北東向、北西向、北北西向。控礦斷裂為北北東向的斷裂,金礦體賦存于次方向斷裂中。區(qū)內(nèi)出露地層簡單,僅有古元古代荊山群變質(zhì)巖零星出露,在區(qū)內(nèi)呈包體狀零星分布,是區(qū)內(nèi)金礦的主要原始礦源層。新生代第四系沉積物沿溝谷、河流兩側(cè)分布。古元古代荊山群地層主要巖性為黑云變粒巖、斜長透輝巖、透輝大理巖、斜長角閃巖等。區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育,巖性為中細(xì)粒含黑云母二長花崗巖,為容礦圍巖,侵位年齡為155.8Ma[1-2]。巖石呈灰白一淺肉紅色,中細(xì)?;◢徸兙ЫY(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,局部為片麻狀構(gòu)造。主要礦物成分有斜長石、鉀長石、石英和黑云母。中生代燕山期脈巖沿礦脈或穿切礦脈展布,規(guī)模較小,主要為煌斑巖、閃長巖、偉晶巖、石英脈等。
范家莊金礦床圍巖蝕變發(fā)育,蝕變類型主要為鉀長石化、絹云母化、綠簾石化、硅化、黃鐵礦化,少量綠泥石化、碳酸巖化等(圖1)。圍巖蝕變分帶明顯,自含金石英脈(礦體)向兩側(cè)依次為(黃鐵)絹英巖化一青磐巖化一鉀長石(赤鐵礦)化一未蝕變黑云二長花崗巖[3-6],不同蝕變帶間呈漸變過渡關(guān)系。其他類型蝕變巖疊加于其上,不具明顯分帶特征。各蝕變帶的寬窄不等,隨蝕變強(qiáng)弱而定。一般絹英巖化帶窄,鉀長石化帶寬。
圖1 膠東范家莊金礦區(qū)樣品及鏡下照片F(xiàn)ig.1 The samples and microscopic photos of Fanjiazhuang gold mining area in Jiaodong
鉀化(紅化)是一種高溫交代蝕變作用,是熱液活動最早期在花崗閃長巖中所發(fā)生的交代熱液蝕變作用,影響范圍較寬,在花崗巖和閃長巖中非常發(fā)育。本礦區(qū)的鉀化蝕變礦物主要為長石,亦有黑云母。長石多沿著斷裂及裂隙呈帶狀分布(圖1:a,c,d),被交代的礦物主要有角閃石,黑云母,長石的邊緣可發(fā)生重結(jié)晶作用。顯微鏡下長石表面高嶺土化;亦可見赤鐵礦或褐鐵礦斑點(diǎn)狀賦存在長石上,這是由于表生氧化作用造成的,也因此使得巖石在宏觀上看起來偏紅,形成所謂的紅化現(xiàn)象。
鉀長石化分布范圍大小不等,但總是在礦體附近出現(xiàn),屬于強(qiáng)堿性、高溫環(huán)境。該階段成礦流體與圍巖發(fā)生強(qiáng)烈的水巖反應(yīng).大量微斜長石交代斜長石,并包裹斜長石和石英,鉀長石化大規(guī)模發(fā)育,空間上分布于礦脈最外帶,此階段Au等成礦物質(zhì)處于活化狀態(tài),很少沉淀。微斜長石巖呈肉紅色,中細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu)、蠶食結(jié)構(gòu)、篩網(wǎng)結(jié)構(gòu),云霧狀構(gòu)造、不均勻塊狀構(gòu)造。礦物組合為石英、鉀長石、斜長石和少量的黑云母、金紅石、赤鐵礦等。
絹云母化現(xiàn)象在本區(qū)各類巖石中非常普遍,常伴隨有石英和黃鐵礦的產(chǎn)生(圖1:b,d),因而可稱為絹英巖化,若黃鐵礦含量超過5%時,則稱為黃鐵絹英巖化。絹云母化是一種中溫?zé)嵋航淮g變,主要蝕變礦物是絹云母(即細(xì)小鱗片狀白云母)。絹云母化學(xué)式為K{Al2[AlSi3O10](OH)2},細(xì)小鱗片狀,硬度2~3,解理面有彈性,單片光下無色,正低—中突起,閃突起明顯;干涉色鮮艷明亮,一般可達(dá)到二級頂—三級頂,近平行消光,鏡下絹云母主要與黃鐵礦伴生(圖1:d)。通過鏡下觀察,結(jié)合以往研究,可將絹云母化劃分為4期:(1)巖漿期后蝕變階段;(2)成礦期絹英巖化階段(黃鐵絹英巖化)[7,5];(3)石英—黃鐵礦階段(該階段絹云母和黃鐵礦粒度明顯大于前一階段);(4)碳酸鹽化階段(絹云母穿切前期形成的自形石英顆粒,而石英顆粒中包裹絹英巖階段的絹云母)。絹英巖化帶和金礦體在空間上緊密產(chǎn)出.屬于中性、中低溫環(huán)境,隨著成礦流體溫度、氧逸度和pH值的降低,大量絹云母和細(xì)粒白云母出現(xiàn),蝕變作用進(jìn)一步加強(qiáng)。該帶相對較窄,有利于Au的遷移及在還原條件下的成礦富集。
硅化是使圍巖中石英或隱晶質(zhì)二氧化硅含量增加的一種蝕變作用,本區(qū)圍巖中或多或少均遭受不同程度的硅化蝕變。鉆孔巖芯宏觀上的硅化主要表現(xiàn)為團(tuán)塊狀、脈狀石英產(chǎn)出。石英化學(xué)式為SiO2,白色、乳白色,無解理,硬度7,硅化較強(qiáng)時,石英呈脈狀充填或交代圍巖,有時呈晶簇狀,這類石英顆粒較大,局部可見與黃鐵礦伴生(圖1:b~f)。顯微鏡下石英為正低突起,單片光下無色透明,表面干凈無解理;干涉色一級黃白,呈細(xì)小粒狀集合體沿礦物的解理、微裂紋交代充填,可見“蠕英石”。硅化后的巖石硬度很大。在與硅化有關(guān)的熱液流體演化晚期伴隨巖石脆性破裂時可形成石英脈或黃鐵礦—石英脈。
硅化可形成于高溫至低溫的環(huán)境中。分布較為廣泛,但集中發(fā)育于蝕變帶靠近礦體的部位或礦體中,與成礦關(guān)系密切。
黃鐵礦化在礦區(qū)廣泛發(fā)育,呈浸染狀、脈狀和團(tuán)塊狀產(chǎn)出(圖1:b,e),黃鐵礦化一般與硅化、絹云母化緊密伴生,形成于還原環(huán)境,硫逸度較高的條件下。黃鐵礦化的蝕變巖中,黃鐵礦可分早晚兩期。早期黃鐵礦呈中粒自形一半自形在花崗巖中呈星點(diǎn)狀、浸染狀分布:晚期黃鐵礦呈中細(xì)粒半自形粒狀一他形沿裂隙呈細(xì)脈狀分布,可能是石英黃鐵礦脈體充填階段的產(chǎn)物。
由于黃鐵礦是金的重要載體,其形態(tài)成為找礦的重要標(biāo)志而備受關(guān)注。黃鐵礦化學(xué)式為Fe[S2],形態(tài)有立方體、五角十二面體、八面體,淺銅黃色,表面帶有黃褐的錆色,圍巖中黃鐵礦以浸染狀為主,晶型較為完好但含礦性不高,與絹云母共生;其次以細(xì)脈狀為主,寬約0.1~10mm,沿巖石的節(jié)理或裂隙發(fā)育,多為它形且含礦性較高。黃鐵礦化具有多世代性,第一世代黃鐵礦呈中細(xì)粒他形晶,第二世代黃鐵礦呈中粗粒半自形晶,第三世代黃鐵礦呈中細(xì)粒它形晶。
通過野外和鏡下觀察認(rèn)為,黃鐵礦的形態(tài)是重要的找礦標(biāo)識,其形態(tài)主要有三種:(1)浸染狀,主要產(chǎn)于黃鐵絹英巖中;(2)粒狀集合體脈;(3)脈狀,主要產(chǎn)于石英—黃鐵礦脈和碳酸鹽—多金屬硫化物脈中。
綠泥石化是一種重要的中、低溫蝕變作用,在圍巖蝕變過程中,綠泥石主要由富含F(xiàn)e、Mg的硅酸鹽礦物經(jīng)熱液交代蝕變而成,也可由熱液帶來Fe、Mg組分并與一般的鋁硅酸鹽礦物交代反應(yīng)而形成。綠泥石大多呈綠色(圖1:a,d),解理{001}完全,解理片具有撓性,硬度2~2.5。單片光下應(yīng)呈綠色—淺黃色多色性,正低突起;干涉色不高于一級,但一般會呈現(xiàn)出靛藍(lán)、銹褐色等異常干涉色。筆者本次在鏡下很少發(fā)現(xiàn)綠泥石,主要因為切片位置原因,部分薄片可見極少量的綠泥石沿角閃石、黑云母的解理分布,并且與綠簾石伴生。
通過觀察巖芯可看到,綠泥石主要交代角閃石等暗色礦物,呈細(xì)網(wǎng)脈狀穿切石英,與石英和黃鐵礦共生,脈體多為黑色,是綠泥石化的晚期產(chǎn)物,亦可見鉀長石與綠泥石、石英共生,并被絹云母包裹。
碳酸鹽化是礦區(qū)圍巖蝕變的最后一期,疊加在已硅化和絹云母化的巖石上(圖1:f),主要蝕變礦物為方解石。方解石化學(xué)式為Ca[CO3],無色或白色,可見聚片雙晶,硬度3。單片光下無色透明,閃突起明顯;干涉色為高級白。常呈不規(guī)則團(tuán)塊狀產(chǎn)出,在巖石裂隙處也可見碳酸鹽細(xì)脈交切早期的硅化,為典型的線型蝕變;顯微鏡下方解石顆粒較大,通常與綠簾石共生,周圍有時可見石英顆粒和暗色金屬礦物。碳酸鹽化在堿性環(huán)境下較大溫度范圍內(nèi)都可能發(fā)生[8-9],因此碳酸鹽化分布較為廣泛,多呈細(xì)脈狀,少數(shù)成條帶狀分布,充填于近礦蝕變巖裂隙中,或成礦晚期階段中。
根據(jù)野外觀察及鏡下顯微分析.范家莊金礦成礦階段從早到晚可分為V個主要階段[10-11]。
Ⅰ黃鐵礦—石英階段:該階段礦物組合為大量石英和少量黃鐵礦。黃鐵礦顆粒粗大,自形一半自形粒狀結(jié)構(gòu),形態(tài)多為立方體,少量為五角十二面體,晶形較好:石英為乳白色粒狀集合體,半自形晶,粒度較大。
Ⅱ石英—黃鐵礦階段:礦物組合與Ⅰ階段基本相同,但以黃鐵礦為主,石英次之。黃鐵礦顆粒細(xì)小,晶形不規(guī)則,多為他形或不規(guī)則塊狀集合體,部分半自形。近地表處表面常見褐鐵礦化。石英多為煙灰色,顆粒細(xì)小,自形及半自形晶居多。該階段含金量高,金礦物以自然金和銀金礦產(chǎn)出,為主成礦階段。該階段晚期尚可見石英磁黃鐵礦脈產(chǎn)出,可構(gòu)成一個亞階段,但其發(fā)育空間較局限,其意義主要表現(xiàn)在礦物組合的多樣性對成礦強(qiáng)度的控制方面。
Ⅲ金—多金屬硫化物階段:該階段為主成礦階段。早期黃鐵礦石英脈經(jīng)構(gòu)造破碎,產(chǎn)生裂隙,在黃鐵礦石英脈裂隙和顆粒間隙中沉淀出黃銅礦、閃鋅礦、毒砂、方鉛礦和銀金礦,并有重結(jié)晶黃鐵礦和石英的生成。黃鐵礦呈不規(guī)則狀或細(xì)粒狀與其他硫化物構(gòu)成塊狀或條帶狀礦石:石英為淺煙灰色,自形程度差。多金屬硫化物與金銀礦、銀金礦密切共生。該階段礦石常膠結(jié)前幾個階段的角礫或呈細(xì)脈狀充填于早期的石英黃鐵礦礦石裂隙中。
Ⅳ石英—碳酸鹽階段[12]:本階段則以大量碳酸鹽礦物出現(xiàn)為特征,是成礦進(jìn)入晚期的標(biāo)志。其礦物組合主要有鐵方解石、鐵白云石及菱鐵礦和石英,金的含量較低,硫化物礦物僅見少量黃鐵礦。石英呈乳白色。碳酸鹽細(xì)脈穿切其他階段形成的礦石,具有十分明顯的最終形成的產(chǎn)狀特征。
Ⅴ表生氧化階段:在礦體形成之后,由于地表剝蝕或雨水灌入,形成赤鐵礦、褐鐵礦等,局部可見黃銅礦氧化成孔雀石,但對整個礦床影響不大。
各類蝕變作用在空間上呈現(xiàn)有規(guī)律的分布,每個蝕變相帶明顯表現(xiàn)出相互疊加的現(xiàn)象,形成蝕變組合分帶。通過對Ⅰ號礦體的ZK1281等4個鉆孔(圖2、圖3)[11],進(jìn)行野外蝕變類型觀察,并確立了蝕變礦物組合和分帶。根據(jù)野外巖芯蝕變特征和顯微鏡下蝕變礦物特征,將本區(qū)蝕變組合劃分為:
鉀化=長石化+硅化±黃鐵礦化;
青磐巖化=綠泥石化+綠簾石化±黃鐵礦化±碳酸鹽化;
絹英巖化=絹云母化+硅化±黃鐵礦化。
圖2 鉆孔柱狀示意圖Fig.2 The drillings column diagram
圖3 膠東范家莊金礦區(qū)鉆孔聯(lián)合剖面圖Fig.3 Drilling joint section view of Fanjiazhuang gold mining area in Jiaodong
鉀化為主的巖石顏色上呈紅色,以綠泥石、綠簾石、陽起石為主的青磐巖化巖石則明顯呈青灰色,以絹英巖化為主的巖石,顏色上隨著蝕變強(qiáng)度的加深從淺灰色到黃綠色。根據(jù)對4個鉆孔巖芯的巖性觀察和蝕變類型觀察,根據(jù)以上巖石顏色特征和蝕變礦物組合特征,本區(qū)各個鉆孔蝕變特征研究結(jié)果描述如下:
ZK1281:孔深200.2m,巖性以黑云二長花崗巖為主,局部見煌斑巖。蝕變以鉀化為主,青磐巖化次之(圖2a)。鉀化在17.4~66.2m和128.7~194.7m處發(fā)育,蝕變較為強(qiáng)烈;青磐巖化出現(xiàn)在58.9~74.0m、82.9~96.6m和98.4~154.1m處,集中于鉆中部;絹英巖化出現(xiàn)在74.0~82.9m和96.6~98.4m處;礦體主要對應(yīng)于絹英巖化處。
ZK6051:孔深183.4m,巖性以黑云二長花崗巖為主,局部見少量煌斑巖。蝕變主要為鉀化,其次為青磐巖化(圖2b)。鉀化在12.4~51.9m和81.6~181.1m處發(fā)育,蝕變較為強(qiáng)烈;青磐巖化出現(xiàn)在48.7~67.1m和69.3~165.6處,集中于鉆中下部;絹英巖化出現(xiàn)在67.1~69.3m處,發(fā)育較集中,礦體主要產(chǎn)出于絹英巖化帶內(nèi)。
ZK6041:孔深150.1m,巖性以黑云二長花崗巖為主,發(fā)育少量煌斑巖(圖2c)。蝕變以鉀化為主,在13.4~57.2m和13.4~98.3m處發(fā)育,蝕變較為強(qiáng)烈;其次為青磐巖化,出現(xiàn)在39.3~85.0m和93.6~113.9處,集中于鉆中下部;絹英巖化出現(xiàn)在85.0~88.7m處,發(fā)育較集中,礦體主要出現(xiàn)在絹英巖化處。
ZK1331:孔深101.5m,巖性以黑云二長花崗巖為主,中下部見少量煌斑巖,出現(xiàn)一處蝕變破碎帶,鉀化、青磐巖化、絹英巖化在整個鉆孔中均可見(圖2d)。鉀化在8.6~47.6m處發(fā)育,主要分布在鉆孔上部,蝕變較為強(qiáng)烈,下部由于鉆孔較淺,僅打到鉀化與青磐巖化結(jié)合疊加區(qū)域;青磐巖化出現(xiàn)在35.4~71.8m和80.7~101.5m處,集中于鉆孔中下部;絹英巖化出現(xiàn)在78.8~80.7m處,發(fā)育較集中。整體上看,該鉆孔以青磐巖化為主,各類蝕變組合互相疊加,青磐巖化和絹英巖化相互疊加,礦體主要出現(xiàn)在鉆孔下部,對應(yīng)于絹英巖化處。
為了表示蝕變作用在空間上的組合分帶特征,將4個鉆孔投影到一個方向上,根據(jù)各個鉆孔已劃分出來的蝕變組合[13],作出一個蝕變分帶剖面圖(圖3,這個剖面圖只能反映出蝕變分帶的垂向性。再根據(jù)作出的蝕變分帶剖面圖,聯(lián)系各個鉆孔的空間位置,選取一條方向線,使得這4個鉆孔與這條線之間的距離和最小,然后將這4個鉆孔投影到這個方向上,作出蝕變分帶在空間分布狀態(tài)上的示意圖,即蝕變分帶剖面示意圖),蝕變帶的強(qiáng)度和規(guī)模有所不同,各蝕變相帶之間的界限也不是絕對的,而是有一定的漸變過渡關(guān)系。蝕變作用非常強(qiáng)烈的地方疊加泥化,巖石呈灰白色,黏土狀,這些區(qū)段是良好的礦化帶。本礦區(qū)礦體是硫化物石英脈型礦體,礦體主要產(chǎn)于絹英巖及其中石英脈內(nèi)??傮w上來說,本礦體在垂向上存在較為明顯的蝕變分帶現(xiàn)象,從上往下依次發(fā)育鉀化、青磐巖化和絹英巖化。由圖2可清楚地看出,礦體較為集中于絹英巖化帶內(nèi),金成礦元素在絹英巖化帶內(nèi)含量很高。一般蝕變越嚴(yán)重,金品位越高,也就是說,絹英巖化蝕變強(qiáng)烈與否,與金礦化關(guān)系最大。
圍巖蝕變是熱液經(jīng)過長期多期次活動產(chǎn)生的結(jié)果,根據(jù)各類蝕變類型和蝕變礦物特征可知,本區(qū)圍巖蝕變經(jīng)歷了從高溫到低溫多階段的熱液蝕變作用(表1)。高溫階段以鉀長(紅化)、陽起石化及綠簾石化為主,中高溫階段以硅化、黃鐵礦化為主,中低溫階段以絹云母化、綠泥石化、高嶺石化、碳酸鹽化為主。其中黃鐵礦化可在高中低溫各階段出現(xiàn)。鉀化(紅化)是熱液活動較早期在花崗閃長巖中所發(fā)生的交代蝕變作用,影響范圍較寬,幾乎中酸性巖體全巖都遭受過不同程度的鉀化。各類蝕變作用發(fā)育的先后順序見表1。
表1 熱液蝕變作用階段劃分Table 1 Hydrothermal alteration stage division
石英沿礦物的解理或微裂紋交代充填,有時也交代或切割長石,這就反映了該礦區(qū)的硅化作用明顯晚于鉀化(紅化)。綠泥石化作用時間略晚于鉀化(紅化),疊加在鉀化帶之上。通過觀察巖芯可看到,綠泥石主要交代角閃石等暗色礦物,呈細(xì)網(wǎng)脈狀穿切石英,與石英和黃鐵礦共生,脈體多為黑色,是綠泥石化的晚期產(chǎn)物;亦可見長石與綠泥石、石英共生,并被絹云母包裹,長石類礦物硅化強(qiáng)烈時,黑云母將發(fā)生綠泥石化蝕變,由此反映出綠泥石化作用時間晚于硅化。
在硅化的發(fā)育時間段上,以往的研究有些分歧。葉青認(rèn)為硅化是熱液活動中期的一種蝕變,在作用時間上略晚于絹英巖化或綠泥石化[14]。張華鋒和秦紅艷則認(rèn)為硅化作用早于絹云母化,并將硅化產(chǎn)狀總結(jié)為兩種:呈微石英脈狀充填或交代鉀化的圍巖、呈細(xì)小粒狀集合體狀交代長石等礦物[15-16]。通過本次對工作區(qū)的鉆孔巖芯薄片顯微鏡下觀察可知,早期巖漿期后蝕變絹云母被成礦期熱液蝕變絹云母疊加,絹云母切穿硅化作用的石英集合體,說明該區(qū)的硅化作用應(yīng)早于絹云母化,這與張華鋒和秦紅艷的觀點(diǎn)一致。碳酸鹽化常疊加在絹云母化和硅化之上,總體上表現(xiàn)為最晚期的熱液活動蝕變作用,在本區(qū)賦礦圍巖中該類蝕變較弱,與礦化關(guān)系也不大。高嶺土化常與絹云母化、碳酸鹽化等蝕變疊加在一起。
通過對上述幾種蝕變類型觀察研究可看出:鉀化(紅化)一般分布在花崗巖類中,長石多呈脈狀、片狀分布,尤其是在斷裂帶,發(fā)育比較強(qiáng)烈,蝕變作用時間最早。硅化在本礦區(qū)發(fā)育很廣,幾乎每種賦礦圍巖都遭受了不同程度的硅化蝕變,蝕變時間晚于鉀化。綠泥石化在閃長巖中發(fā)育,與硅化很可能同期形成。絹云母化在礦區(qū)內(nèi)也廣泛發(fā)育,與石英、黃鐵礦共生,形成絹英巖化,在空間上呈帶狀產(chǎn)出,晚于硅化形成時期。高嶺土化常疊加絹云母化、碳酸鹽化。陽起石化、電氣石化及綠簾石化在花崗斑巖內(nèi)外接觸帶附近比較發(fā)育,在局部地段可見粗晶陽起石團(tuán)塊。碳酸鹽化往往疊加在已硅化、絹云母化的巖石上,是熱液最后一期蝕變活動作用。也就是說,圍巖蝕變發(fā)育順序從早到晚為:鉀化(紅化)→硅化→綠泥石化→絹云母化→黃鐵礦化→高嶺土化(泥化)→碳酸鹽化。
通過野外鉆孔巖芯觀察和鏡下薄片觀察,以及各鉆孔蝕變組合分帶的研究,可以看出,整個礦區(qū)圍巖蝕變強(qiáng)烈,表現(xiàn)出相互疊加的現(xiàn)象,說明本礦區(qū)的圍巖蝕變是不同期次熱液活動疊加的結(jié)果[17]。自下而上可劃分為:鉀化帶、青磐巖化帶和絹英巖化帶,蝕變次序為早期大范圍的鉀化(紅化),中期的絹英巖化、青盤巖化帶和晚期的硅化帶。
通過對上述各鉆孔圍巖蝕變組合分析發(fā)現(xiàn),金礦體和金礦化賦存在絹英巖化帶內(nèi),以礦體為中心向外依次劃分為絹英巖化帶、青磐巖化帶和鉀化帶。
(1)范家莊金礦區(qū)蝕變類型主要為鉀長石化、絹云母化、綠簾石化、硅化、黃鐵礦化,少量綠泥石化、碳酸巖化等。
(2)范家莊金礦成礦階段從早到晚可分為V個主要階段:黃鐵礦—石英階段;石英—黃鐵礦階段;金—多金屬硫化物階段;石英—碳酸鹽階段;表升氧化階段。
(3)范家莊金礦在垂向上存在較為明顯的蝕變分帶現(xiàn)象,從上往下依次發(fā)育鉀化、青磐巖化和絹英巖化。
(4)范家莊金礦圍巖蝕變發(fā)育順序從早到晚為:鉀化(紅化)→硅化→綠泥石化→絹云母化→黃鐵礦化→高嶺土化(泥化)→碳酸鹽化。
(5)范家莊金礦金礦體和金礦化賦存在絹英巖化帶內(nèi),以礦體為中心向外依次劃分為絹英巖化帶、青磐巖化帶和鉀化帶。