朱玉磷毛光武嚴卸平

中國冶金地質總局二局, 福州,350007

內(nèi)容提要:本文描述政和東際金(銀)礦床地質特征,建立礦床成礦模型,論證礦床物質運移動力學過程,探討成礦物質來源。 礦山經(jīng)過系統(tǒng)的勘探和開采,將暴露于地表580～620 m 的礦體直至延深到地下-200 m,均得到鉆探和探硐的完整揭露。 采用常規(guī)、可靠的地質論證法全面收集了第一手資料以及宏微觀的巖礦鑒定及部分電子探針分析,對研究標的進行綜合論述。 政和東際金(銀)礦床礦化角礫巖筒自上而下可分為5 個相帶:震裂相、震碎相、隱爆相、上部通道相及下部通道相。 從礦石結構構造特征、礦體侵入圍巖接觸關系、角礫特征、膠結物成分等一系列現(xiàn)象判斷,礦床為礦漿隱爆成因。 源于殼幔過渡帶深部中酸性巖漿熔離分異的富硅、富鐵熔漿,富硅熔漿先一步上侵形成大規(guī)模的火山噴發(fā)及潛火山巖的侵入,富鐵熔漿滯留于“源地”,俘獲硫化物液滴,儲集形成混合礦漿。 物理性狀及運移動力學特征表明,在外驅動力作用下,礦漿沿著石英斑巖“巖漿熱場通道”上侵,在古地表之下2.0～2.5 km處,石英斑巖硅帽隔擋層下聚集、隱爆、定位成礦。 石英斑巖為容礦圍巖,與礦床有密切的時空關系但與成因無關。深部鉆探驗證表明隱爆角礫巖筒尾部在石英斑巖中收斂,礦化隨之結束。 “礦漿隱爆”作為“隱爆角礫巖型金礦”大家族中新成員,目前尚未見報道。 該新類型的發(fā)現(xiàn),為中酸性巖漿熔離分異成礦理論提供了難得的實例,也將有助于中國東南沿海中生代陸相火山巖區(qū)同類型金礦的找礦工作。

“礦漿 ” 一詞,其原意是指結晶出礦石的巖漿(Ore magma),或巖漿的金屬相, 在成因上以其熔融體與充填裂隙的溶液相區(qū)別(Spurr,1923)。 礦漿成礦問題爭論了近一個世紀,在解釋基性—超基性巖漿熔離、結晶分異成礦方面取得了成功。 20 世紀80年代國內(nèi)一批學者(湯中立等,1987; 湯中立,1990;傅德彬,1983,1994;方華等,1985;駱華寶,1990)研究基性—超基性硫化銅鎳礦床礦漿成礦,提出深部熔離—貫入式成因,將礦漿成礦理論提升到一個幾乎完美的高度,得到廣大地學工作者的認同。 礦漿成礦說能否進一步拓展引用到中性巖漿、甚至酸性巖漿成礦尚存爭議,在寧蕪一帶與玢巖有關的“寧蕪型鐵礦”,有礦漿成礦說(宋學信等,1981;袁家錚等,1997)、熱液—蝕變—交代成因說(張榮華,1979;盧冰等,1990),總體上并沒有像硫化銅鎳礦床礦漿成因說那么受到廣泛的認同。

世事常常是一種傾向掩蓋另一種傾向,基性—超基性巖漿成礦從傳統(tǒng)經(jīng)典的結晶重力分異到深部熔離礦漿—貫入成礦堪稱成功典范,中性巖漿有關的鐵礦礦漿成因爭論已偃旗息鼓,礦漿說自從被熱液成礦說掩蓋之后,礦漿說就難有研究者問津。 近年來巖漿熔離分異被重新重視,在基性、中基性巖漿熔離的野外地質實例和實驗研究已經(jīng)證實其存在(侯增謙,1987,1990a,1990b;譚勁等,1997,1998),并形成礦床(侯增謙,1990a;王坤等,2017),再有富鋰氟花崗巖巖漿下部結晶分異、上部液態(tài)分異的“漿液分離”成礦效應(王聯(lián)魁等,1983;李建康等,2008),至于與中—酸性巖漿有關的巖漿熔離演化及其礦漿成礦,未見研究報道。

唐菊興(1995)、羅鎮(zhèn)寬等(1999)對國內(nèi)外角礫巖型金礦成礦模型進行對比總結并劃分不同類型;卿敏等(2002)、宋保昌等(2002)、張會瓊等(2012)進一步論述了隱爆角礫巖型金礦成因及角礫巖筒分帶;毛光武等(2016)對隱爆角礫巖型金礦床的系統(tǒng)綜述,總結了各種類型成因的隱爆角礫巖型金礦?？v觀以上成果均未見提及礦漿引起的隱爆成因礦床。

福建省政和東際金(銀)礦產(chǎn)于中國東南沿海中生代陸相中—酸性火山巖區(qū),是近年來新探明的中型礦床,已有不少著者發(fā)文論述:礦床成因初析(劉永發(fā),2011)認為屬于潛火山熱液礦床;成礦物源及成礦時代研究(肖凡等,2015,2020)得出物源具有殼幔深源特點及成礦時間限制在96.8 Ma 之前;流體成分研究(王波濤等,2019)認為礦床屬淺成—低溫范疇;總結區(qū)域性成礦特征及找礦規(guī)律(劉曰富等,2019)提高了本區(qū)科普水平;從先進儀器讀取的大數(shù)據(jù)處理(盧燕等,2017)自圓其說了蝕變特征與勘探指示的相關性。

本文第一作者主持政和東際金(銀)礦勘查—開發(fā)12 年,積累了豐富的野外宏觀地質資料,證據(jù)顯示出礦床屬于礦漿—隱爆成因特征,前人研究并未涉及。 本文擬對礦漿引起的隱爆成礦特征及礦漿來源、運移動力學過程進行論述,以期豐富中酸性巖漿熔離分異成礦理論,所建立的成礦模型對東南沿海中生代陸相中—酸性火山巖區(qū)尋找同類礦床具有重要指導意義。

1 區(qū)域地質背景

1.1 火山構造活動帶

礦區(qū)處于浙、閩、粵火山活動帶—閩東火山活動亞帶(Ⅱ2),松溪—寧德北西向噴發(fā)帶(Ⅲ7),與浙江相鄰的政和東坑火山洼地(Ⅳ)之西部周邊(福建地質調(diào)查研究院,2016)(圖1a、b)。 東坑火山洼地處政和—大埔斷裂帶北東段與松溪—寧德北西向斷裂帶交匯處,兩斷裂帶長期活動影響著火山—巖漿建造組合的發(fā)育,火山噴發(fā)晚期塌陷形成的環(huán)狀、放射狀斷裂制約潛火山巖巖漿侵入,潛火山巖巖漿侵入空間往往又成為成礦作用的有利場所。 火山作用期后整體地應力釋放,火山洼地中發(fā)育的一系列圍斜內(nèi)傾的階梯狀斷裂活動,造成地層、潛火山侵入體及產(chǎn)于其中的礦體受到破壞,展示現(xiàn)今一幅復雜的地質圖像(圖1a、b、c)。

1.2 地層

據(jù)1 ∶50000 政和、川石、后山幅區(qū)調(diào)劃分方案?,對比福建省巖石地層厘定結果(福建省地質礦產(chǎn)局,1997),區(qū)域上出露巖性以中生代晚侏羅世—早白堊世中酸性火山巖為主(圖1b、c),其巖性為:

圖1 政和東際金(銀)礦區(qū)地質圖: (a)福建省火山構造圖 ;(b)東坑火山洼地構造圖 ;(c)東際金(銀)礦區(qū)地質圖Fig. 1 Geological map of the Dongjigold (silver)deposit, Zhenghe County: (a) volcanic—tectonic map of Fujian Province; (b) volcanic—tectonic depression map of Dongkeng; (c) geological map of the Dongji gold(silver)area

下白堊統(tǒng)寨下組上段 (Kz2): 以紫灰色厚層狀流紋質熔結角礫巖、熔結凝灰?guī)r、流紋質火山角礫巖為主,夾英安巖、凝灰?guī)r,局部見砂礫巖,噴發(fā)不整合覆于本組下段之上,厚達3048 m。 永泰寨下組層型剖面鉀長流紋巖K-Ar 同位素年齡值106.8 Ma(福建省地質礦產(chǎn)局,1997)。

下白堊統(tǒng)寨下組下段 (Kz1): 不整合覆于黃坑組之上的一段火山噴發(fā)間歇期山間火山沉積巖。 巖性為紫灰、紫色凝灰質砂礫巖夾凝灰質粉砂巖、沉火山角礫巖,局部夾英安巖,厚度109 m。

下白堊統(tǒng)黃坑組上段 (Kh2): 噴發(fā)不整合覆于黃坑組下段之上。 下部以灰紫色厚層狀流紋質熔結角礫凝灰?guī)r、熔結凝灰?guī)r為主,夾火山角礫巖、英安巖;上部以灰黑色厚層狀英安巖為主夾凝灰?guī)r、礫砂巖、粉砂巖等,厚度大于1035 m。 永泰寨下組層型剖面玄武巖K-Ar 同位素年齡值113.2 Ma(福建省地質礦產(chǎn)局,1997)。

下白堊統(tǒng)黃坑組下段 (Kh1): 不整合覆于小溪組地層之上。 巖性為紫紅色中厚層狀凝灰質砂礫巖、含礫砂巖、薄層狀粉砂巖、泥巖,夾火山角礫巖、英安巖、晶屑凝灰?guī)r,厚992 m。

上侏羅統(tǒng)小溪組(JKx): 主要為淺灰白色流紋質晶屑(凝灰)熔巖、英安質晶屑凝灰?guī)r,下部夾晶屑凝灰?guī)r,上部夾粉砂巖,厚度大于623 m,噴發(fā)不整合于震旦系稻香組地層之上。

震旦系稻香組(Zdx):分布在東際自然村一帶,厚度大于122 m,為一套淺變質巖系,下部為綠簾石化安山質沉凝灰?guī)r夾凝灰質粉砂巖及硅質巖,上部為硅質片巖、泥質凝灰質片巖,部分地段夾千枚巖。

1.3 潛火山巖

區(qū)域上出露眾多潛火山巖脈,這里僅列述與金(銀)礦產(chǎn)出密切相關的石英斑巖、正長斑巖。

石英斑巖(Qπ),呈似層狀(席狀)侵位于東坑火山洼地西部周邊小溪組(JKx)底部和基底稻香組(Zdx)交界附近的火山環(huán)狀斷裂薄弱帶之中,其侵入最晚地層為黃坑組(圖5e)。 斑巖體長600 余米,最寬近百米,巖石淺灰白色,斑狀結構,內(nèi)接觸帶常見流紋狀構造,基質隱晶質結構或霏細結構;斑晶大小0.1～1.0 mm,主要為石英,次有長石,含量1%～15%,基質由隱晶狀長英質組成(圖4i、j、k、l)。 值得指出的是,由于石英斑巖僅在巖體邊緣局部發(fā)育流紋構造,若命名為流紋斑巖不盡合適故修正為石英斑巖,本文所指石英斑巖與原礦區(qū)儲量報告?及劉永發(fā)(2011)所指的流紋斑巖為同一巖體。 需要強調(diào)的是,在中生代陸相火山巖區(qū)要將火山噴出巖和產(chǎn)于其中的潛火山巖(斑巖)區(qū)別開來,這是有關找礦布局和礦床成因的原則問題,務必研究清楚(朱玉磷等,2009)。 本區(qū)地表、鉆探、探硐工程、鏡下微觀現(xiàn)象所揭示的斑巖(充填礦化)與火山噴出巖接觸關系(圖2b,圖4k,圖5f、j)、巖石結構構造差異(圖4g—l),以及野外根據(jù)接觸關系確認斑巖體的產(chǎn)狀,石英斑巖與火山噴出巖可以明顯區(qū)分。

切割金(銀)礦體的正長斑巖(ξπ),淺肉紅色,斑狀結構,斑晶大小2～4 mm,由鉀長石15%～20%,石英20%～25%組成,基質顯微花崗結構。 石英正長斑巖中常見深源基性巖包體,大小5～20 cm,呈橢球狀、不規(guī)則麻花狀。 正長斑巖單鋯石U-Pb 同位素年齡96.8 Ma(肖凡等,2020)。

2 礦床地質特征

2.1 礦體

政和東際礦區(qū)劃分有5個金(銀)礦體,Ⅰ號礦體占有資源儲量88%。 Ⅰ號礦體和其分支的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號礦體均無一例外賦存于石英斑巖體內(nèi)?,Ⅴ號礦體(占有資源儲量不足1%)從Ⅰ號主礦體向外伸出、穿透石英斑巖體而貫入頂板火山巖之中。 Ⅰ號主礦體走向上大致呈北東方向,地表出露長約300 m(圖1c),450 m 中段最長達550 m,向下逐漸收窄,110 m 中段長250 m,至標高-200 m 尖滅。 礦體傾向南東,傾角30°～40°,從地表海拔620 m 往下已控制延伸至-200 m,扣除階梯狀正斷層的斷距影響,傾向延伸960 多米,傾向延伸長度明顯大于走向(圖2、3)。已探明金金屬量12.0 t、銀金屬量140.0 t,礦床平均品位Au 4.14 μg/g,Ag 45 μg/g?(未含0 m 標高以下未估算的資源儲量)。

2.2 礦化類型

政和東際金(銀)礦體幾乎全部產(chǎn)于石英斑巖中,斑巖變寬處,礦體厚大、含金量也高。 礦化可分成隱爆角礫巖體(厚度大于2 m,圖6a)、角礫巖脈(厚度小于2 m,圖6b、c)、密集網(wǎng)脈(脈幅20 ～40條/m,脈寬0.5～2.0 mm,圖6d)和稀疏網(wǎng)脈(脈幅少于20 條/m,圖6e)4 種礦化類型。

各礦化類型分布規(guī)律(圖2、3):橫向上416 m、450 m 中段,從中心隱爆角礫巖體型礦化的高品位礦石(平均Au 10 μg/g),向外漸變?yōu)榻堑[巖脈型礦化的中等品位礦石(Au 3 ～6 μg/g),再過渡為密集網(wǎng)脈型礦化的低品位礦石(Au 2 ～3 μg/g),直至稀疏網(wǎng)脈型礦化(Au 0.5 ～1.0 μg/g)。 縱向上從地表620 m 到517 m 中段發(fā)育角礫巖脈、密集網(wǎng)脈礦化類型;501 m 中段出現(xiàn)隱爆角礫巖體,到450 m 中段寬達30 m,至416 m 中段隱爆角礫巖體寬度收窄,再到110 m 中段揭露的多個近圓筒狀(直徑2 ～5 m不等)的角礫巖體型礦化;直至-100 m 只有單個角礫巖體和稀疏網(wǎng)脈狀礦化。 深部礦體規(guī)模進一步縮小(圖2、3),并以稀疏網(wǎng)脈狀礦化為主,至-200 m標高處徹底尖滅,礦體厚度1 ～3 m 居多、礦石一般品位Au 1～3 μg/g。

圖4 政和東際金(銀)礦礦體頭部蝕變特征及相關圍巖巖性特征: (a) 地表620 mBt1 礦化蝕變露頭;(b)絹云母蝕變巖;(c)流化角礫;(d)泥化巖中流化角礫;(e)580 mBt2 石英斑巖硅帽;(f)貫入于硅帽中的礦脈;(g)巖屑玻屑凝灰?guī)r;(h)晶屑熔巖;(i)石英斑巖標本;(j)鏡下(+)石英斑巖;(k)鏡下(+)石英斑巖侵入于晶屑熔巖,流動構造箭頭示斑巖向上侵入;(l)鏡下(-)石英斑巖中早期石英線脈被后期含金黃鐵礦石英細脈切割,礦化未引起斑巖蝕變Fig. 4 Altered features of the heads of orebodies and surrounding rock in Dongji gold (silver) deposit, Zhenghe County: (a) ore outcrop in surface at 620mBt1; (b) micatization; (c) breccia in micatization; (d) breccia in altered micatization; (e) ore outcrop in surface at 580mBt2; (f) the ore vein in siliceous cap; (g) clastic—glassy tuff; (h) crystallinoclastic lava; (i) sample of quartz-porphyry; (j) microtexture of quartz-porphyry(+); (k) quartz-porphyry invaded crystallinoclastic lava of intrusive contact in microscope(+); (l) early quartz veinlets was cut by later period pyrite vein (containing gold), quartz porphyry was non-altered (-)

2.3 礦石礦物特征

金屬礦物以黃鐵礦(95%以上)為主及少量毒砂、微量的黃銅礦組成,在縱向上并無明顯變化。 金屬硫化物為主要的載金體,在450 m 中段刻槽取樣塊狀黃鐵礦含Au 113.37 μg/g,膠結角礫的灰黑色膠結物一般Au 5～10 μg/g,角礫不含金。 電子探針分析(表1)金銀礦物有金銀礦、銀礦、硫砷銀礦,銀礦物還有含鐵金銀礦、含銻銅砷銀礦。 金銀礦物充填于黃鐵礦、毒砂礦物粒間及裂隙中,有些呈蠕蟲狀“懸浮”于富鐵熔漿的膠結物中(圖7a、b)。 金銀礦物顆粒10～100 μm,金成色率13 ～47,Au ∶Ag 約1∶2。 硫砷銀礦與標準結構式比較具有更高的砷含量,并有鐵、銅對銀的類質同象置換,造成銀的含量相對較低。 金屬礦物黃鐵礦實驗式為Fe(1-x)S2,其中x一般0.051 ～0.079 的變化,總體成分較為穩(wěn)定;毒砂成分與標準結構式比較,具有更高的砷含量和較低的鐵含量。

金屬礦物以硫化物集合體形態(tài)產(chǎn)出,在隱爆角礫巖體、角礫巖脈礦化類型中,硫化物呈1.0 ～5.0 mm 大小不等的豆狀球粒散布在灰黑色膠結物基體中(圖5b,圖6a、h),大于5～10 mm 的往往集中聚合成團塊(圖6i),形成塊狀礦石。 密集網(wǎng)脈、稀疏網(wǎng)脈型礦化,其網(wǎng)狀裂隙主要被灰黑色礦漿、黃鐵礦以及含黃鐵礦石英脈充填。

脈石以圍巖角礫為主及少量石英團塊,角礫成分以石英斑巖為主、晶屑巖屑熔巖為次。

3 隱爆角礫巖成礦—分帶特征

政和東際金(銀)礦區(qū)隱爆角礫巖筒體與金(銀)礦體一致,礦化類型變化明顯,上部多為密集網(wǎng)脈、角礫巖脈型礦化,中部為典型的厚大角礫巖體、角礫巖脈及密集網(wǎng)脈狀礦化,下部為間隔式、多管狀角礫巖體、角礫巖脈及密集、稀疏網(wǎng)脈狀礦化類型。 根據(jù)礦化強度、蝕變、角礫巖體(脈)及其中膠結物、角礫的成分、大小、形態(tài)、可拼貼性等,對隱爆角礫巖筒進行縱向、橫向分帶。

3.1 縱向分帶

縱向上從地表標高580 m 伏于石英斑巖硅帽之下起,至深部標高-200 m 止(圖2)、橫向上北東自4線起,至南西11 線止(圖1c,圖3),產(chǎn)于石英斑巖內(nèi)的所有礦體、礦化體,均囊括在角礫巖筒之內(nèi)。

圖3 政和東際礦床角礫巖筒分帶傾向剖面縱投影圖Fig. 3 Zonality style of crypto-explosive breccia pipe of tendency section of projection map in Dongji deposit, Zhenghe County

角礫巖筒縱向上可分5 個相帶:

(1) 震裂相: 從地表標高580 ～510 m(按傾角30°折算成傾向長度約140 m),分布于角礫巖筒內(nèi)部周邊,上至地表、下至巖筒根部。 靠近隱爆中心一側發(fā)育密集網(wǎng)脈狀裂隙及少量角礫巖脈,以穿透性差、巖石整體性好的密集網(wǎng)脈(圖6d)和角礫巖脈型礦化為主(圖6b、c);遠離隱爆中心外側裂隙逐漸減少,為稀疏網(wǎng)脈狀礦化類型(圖5j,圖6e)。

(2) 震碎相: 發(fā)育于隱爆中心外側周邊,介于隱爆相和震裂相之間,下延至上通道相,礦化為角礫巖脈、密集網(wǎng)脈狀類型。 震碎相巖石碎裂,裂隙多為穿透性貫通(圖6f),其中角礫巖脈常見具樹枝狀向上分叉(圖6g),角礫大小懸殊,一般2 ～30 cm,成分以石英斑巖為主、晶屑熔巖為次,棱角、次棱角狀,具有較好的可拼貼性(圖6b、c)。

(3) 隱爆相: 510～410 m(傾向長度約200 m);隱爆相是角礫巖筒核心,橫向0 ～1 ～3 線(100 m)、縱向501～450～416 m 中段(近200 m)構成巨大的爆炸中心,450 m 中段1 線為最,形成隱爆角礫巖體礦化類型,構成平均Au 10 μg/g、Ag 140 μg/g、最高Au 50.23 μg/g,厚達20 余米的高品位金銀礦體。隱爆相角礫巖體,角礫大小極懸殊,常見100 cm 以上巨型角礫,個別甚至可達5 m,角礫成分以石英斑巖為主、晶屑熔巖次之,角礫呈棱角、長條、撕裂狀,形態(tài)各異,不具可拼貼性(圖5b、圖6a)。

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(4) 上部通道相,410 ～100 m(扣除斷距約200 m 后,傾向長度約220 m),本相角礫巖體有別于隱爆相, 110 m 中段為多個管狀、間隔式排列的角礫巖體(脈)構成,單個角礫巖體(脈)橫截面透鏡狀、次圓狀,長徑2～5 m,橫跨穿脈硐兩硐壁角礫巖脈體往往不完全相連,角礫成分多為石英斑巖,大小2 ～10 cm,次圓、次棱角狀,不具可拼貼(圖5c、d)。

(5) 下部通道相,100 ～-200 m(扣除斷距約100 m 后傾向長度約400 m);為密集—稀疏網(wǎng)脈狀礦化類型,僅在-100 m 中段經(jīng)探礦揭露發(fā)現(xiàn)單個角礫巖柱體管道,橫截面為10×30 m。 整體上礦體厚度較小,基本穩(wěn)定在1～3 m,含Au 1～3 μg/g 占絕大多數(shù)。

3.2 橫向分帶

橫向平面上,圍繞隱爆相中心向外大致分為隱爆相、震碎相、震裂相。

隱爆相,其規(guī)模大小各中段有所不同,最寬450 m 中段達30 余米, 501 m 中段以上過渡為脈狀角礫巖,416 m 中段以下過渡為間隔式多管狀角礫巖體及角礫巖脈。 隱爆相僅發(fā)育于石英斑巖中,局部與變質巖或火山巖接觸,界線清晰截然(圖5g、h)。

震碎相,緊貼隱爆相發(fā)育,其寬窄不一,在石英斑巖中寬者可達數(shù)米,如果緊挨著的圍巖是變質巖或火山巖,一般僅數(shù)十厘米甚至可以不發(fā)育(圖5i)。

圖5 政和東際礦床石英斑巖與圍巖、礦化與圍巖接觸關系特征Fig. 5 Characteristics of the contact boundaries between quartz-porphyry—surrounding rock and ore—wallrock in Dongji deposit, Zhenghe County

震裂相,發(fā)育程度視圍巖不同而具有較大差異,在礦體走向上圍巖為石英斑巖,該相帶長度可達數(shù)十米、甚至二百米以上。 在傾向上,石英斑巖中震裂相一般寬十余米,如果圍巖是變質巖或火山巖,其發(fā)育程度明顯受限,裂隙密度急劇降低至數(shù)條/米并在3～5 m 內(nèi)消失。

橫向分帶礦化強度:從隱爆相—震碎相—震裂相,礦化由強轉弱。

3.3 角礫巖筒分帶模型

政和東際金礦角礫巖筒包括了所有礦(化)體,整體上450 m 中段走向延伸最長550 m,最寬40 m,而最長、最寬處即是角礫巖筒隱爆最強烈之處;傾向從地表延深至標高-200 m 以下,延伸長度達960 余米。 綜合分析剖面、平面分帶及各分帶礦化類型、礦化強度及規(guī)模,角礫巖膠結物、蝕變等特征的差異,建立起角礫巖筒分帶模型,其特征列于表2、分帶模型特征示意于圖3 中。

表2 政和東際金礦含礦角礫巖筒垂向分帶特征Table 2 Vertical zoning features of the ore-bearing brecciaed pipe in Dongji,Zhenghe County

4 礦漿成因特征

4.1 礦體與圍巖的接觸關系

礦體與石英斑巖接觸關系從隱爆中心向外呈有規(guī)律的變化:爆炸式脈狀貫入(圖6b、c)、震碎碎裂貫入(圖6f)、樹枝狀脈體貫入(圖6g),以及密集(圖6d)、稀疏狀(圖6e)網(wǎng)脈充填貫入接觸。 礦體與變質巖、火山巖冷硬圍巖為突變侵入接觸(圖5g、h),也有與火山巖呈爆炸港灣式侵入接觸(圖5i),還可以見到礦化細脈沿著石英斑巖小支脈貫入,被限制在兩邊冷硬的晶屑熔巖內(nèi)(圖5j)。

4.2 礦石構造

政和東際金(銀)礦區(qū)礦石構造可分為角礫狀構造、密集網(wǎng)脈狀構造和稀疏網(wǎng)脈狀構造。

角礫狀構造:隱爆中心的角礫狀礦石,角礫特征前已述及,其膠結物基體由硫化物球粒及細小巖屑巖粉、灰黑色礦漿組成(圖5a、b、c、d,圖6a、c、h、i)。隱爆中心向外輻射至角礫巖脈,脈體寬度逐漸變小,爆炸中心上部角礫以剛性的棱角狀、次棱角狀、次圓狀,可拼貼為特點(圖6b、c),爆炸中心下部角礫多為次圓、次棱角(圖5c、d),膠結物為硫化物球粒及灰黑色礦漿。 角礫狀構造顯示:角礫只經(jīng)過一次性破碎、膠結成型,角礫不蝕變、不礦化(圖5a、b、c、d,圖6a、b、c、d、e、j、k),膠結物及其中硫化物是載金體,是引起礦化的根本原因,提示一次性成礦之后再沒有“多期次成礦作用”。

密集網(wǎng)脈狀構造、稀疏網(wǎng)脈狀構造: 圍繞隱爆中心向外依次展布,其網(wǎng)脈狀裂隙是隱爆震碎、震裂的結果,充填物為灰黑色礦漿(圖6a、c、f、g)、黃鐵礦細脈(圖6d、e)、含黃鐵礦石英細脈(圖5j、l)。

4.3 熔離標型結構

熔離標型結構是熔離礦漿成因的最直接證據(jù),其多見于隱爆相中,熔離標型組構有:

(1)熔離豆狀結構(圖6a、h):硫化物呈豆狀球粒分散懸浮于灰黑色基體——礦漿中,常見豆狀球粒大小1.0 ～5.0 mm,滾圓狀、橢球狀,含量5%～10%。

(2)熔離團塊狀結構(圖6i):是熔離豆狀結構的進一步發(fā)展,小豆粒聚集呈大球粒,大球粒集合成團塊,即形成塊狀硫化物。

(3) 熔離包裹結構(圖6l): 兩種熔離體相互包裹,硫化物熔漿液滴被氧化物(磁鐵礦)熔漿團所包裹。

(4) 篩網(wǎng)狀熔離包裹(包晶)結構(圖6j):硫化物熔漿團分別包裹眾多角礫,其橫切面即成篩網(wǎng)狀結構,顯示角礫礫間被流動的硫化物熔漿貫入充填,提示隱爆成礦瞬間硫化物熔漿團尚未結晶固結仍處于流動性很強的熔融狀態(tài)。

圖6 政和東際礦床礦化類型及礦石結構構造特征: (a) 隱爆角礫巖體礦化類型;(b、c) 角礫巖脈礦化類型; (d) 密集網(wǎng)脈礦化類型;(e) 稀疏網(wǎng)脈礦化類型;(f) 震碎碎裂貫入;(g) 樹枝狀脈體貫入;(h) 熔離豆狀結構;(i) 熔離團塊狀結構;(j) 篩網(wǎng)狀熔離包裹結構;(k)熔離球體破裂結構;(l)熔離包裹結構Fig. 6 Mineralization types and texture, structure characteristics of ores in Dongji deposit, Zhenghe County: (a)—(e) mineralization types: (a) crypoexplosion breccia body; (b, c) crypoexplosion breccia veins; (d) dense stockwork; (e) scattered stockwork. (f)—(l) Texture and structure of ores: (f) shatters and shatters into; (g) dendritic veins and intrusion; (h) pisolitic texture of liquation; (i) massive texture of liquation; (j) screen texture of liquation and inclusion; (k) sphere burst texture of liquation;(l) poikilitic texture of liquation

(5) 熔離球體破裂結構:硫化物球體被契狀尖棱角礫所刺破(圖6k),提示隱爆時硫化物熔漿尚未固結。

4.4 成礦蝕變特征

政和東際金(銀)礦最大特點之一是近礦圍巖及礦體中幾乎不見蝕變。 石英脈少得離奇,在隱爆角礫巖體、角礫巖脈礦化類型中未見,密集、稀疏網(wǎng)脈狀礦化類型中也很少見及。 礦化與圍巖只見機械式接觸(圖5g、h、i、j、k、l,圖6b、c、d、e、g),未見化學式蝕變交代接觸。 隱爆角礫巖體、角礫巖脈中所有角礫,與膠結物邊界清晰截然,膠結物的礦化均未滲透到角礫之中(圖5a、b、c、d,圖6a、b、c、j、k)。 密集、稀疏裂隙被硫化物、石英細脈充填,脈壁圍巖也未見蝕變(圖4l,圖5j、k、l,圖6d、e)。

所見蝕變,于礦體頭部被限制在石英斑巖硅帽之下,在580 mBT2 硅帽(圖4e、f)壓頂時產(chǎn)生厚度約2 ～3 m 的扁平透鏡狀深灰色泥化蝕變巖(圖4d);在620 mBT1 硅帽被礦漿溢出的流體沖破時產(chǎn)生1～2 m 寬、向上尖滅的裂縫(圖4a),被流體充填后固結成淺灰綠色絹云母蝕變巖(圖4b、c),絹云母巖中常見5～20 cm 的橢球狀“流化角礫”(圖4c),角礫強烈黃鐵礦化、硅化、絹云母化蝕變。 這些流化角礫是礦漿在上升至石英斑巖硅帽之下時壓力、溫度下降而分離溢出流體,流體聚集沖撞圍巖,圍巖碎塊掉入沸騰的流體中經(jīng)過煎熬、翻滾而被造化成滾圓狀、橢球狀“流化角礫”(章增鳳,1991)。 礦體頭、底部可見面狀弱硅化:頭部弱硅化——石英重結晶、石英細網(wǎng)脈、礦化石英黃鐵礦細脈,是礦漿二次沸騰流體所致(有別于石英斑巖巖漿二次沸騰產(chǎn)生的硅帽——沒有礦化);底部弱硅化表現(xiàn)為角礫邊界略顯模糊,為深部壓力、溫度增高所致。

4.5 礦漿性質討論

礦漿成分: 為灰黑色膠結物——基體,可見的由硫化物球粒、巖屑巖粉、顯微重結晶石英顆粒及少量水云母組成,還有大部分的未見結晶體的不透明基質,分別取自450 m 中段(1a-4)、110 m 中段(3a-1)角礫狀礦石的兩組電子探針分析結果見表1,其影像圖見圖7a、b。 從表1 中1a-4-3、3a-1-3 成分結果分析及圖7a003、b003 的灰黑、黑色視區(qū)觀察,金屬礦物晶間的充填物為富鐵硅酸鹽熔漿的冷卻物,未見與硅酸鹽礦物成分匹配,可能是富鐵熔漿—礦漿驟冷固結產(chǎn)物。

圖7 政和東際金(銀)礦金銀礦物賦存狀態(tài)及礦漿膠結物微觀特征(電子顯微鏡下)Fig. 7 Occurrence state of gold and silver minerals and microscopic characteristics of ore magma cements of the Dongji gold (silver) deposit in Zhenghe County (under electron microscope)

礦漿溫度: 研究認為硫化物熔漿的開始結晶溫度一般為600～700 ℃,部分只有 300 ℃(斯米爾諾夫, 1981),王潤民等(1987)也認為金屬硫化物在450 ℃以上開始結晶。 政和東際金(銀)礦礦體中硫化物發(fā)育多種熔離標型組構,提示了在礦漿隱爆時硫化物熔漿團仍處于未結晶的熔融狀態(tài),所以估計礦漿侵入、爆炸定位成礦時溫度至少在300 ～450 ℃以上。

礦漿黏度: 礦脈與圍巖呈侵入接觸,接觸面未見蝕變,一是快速侵位、固結,沒有充分時間作物質交換,二是缺少化學活性高的流體對圍巖的蝕變交代。 政和東際礦區(qū)僅僅在礦體頭部石英斑巖硅帽之下發(fā)現(xiàn)絹云母蝕變巖,說明原本礦漿體系與流體體系的混合體,在近地表壓力、溫度降低時混合體發(fā)生礦漿和流體的解耦使得部分流體溢出(羅照華等,2007)。 而絹云母蝕變巖出現(xiàn),同理說明礦漿中含有一定量流體,而流體能極大降低礦漿黏度促使其快速上升 (王俊,2013;蘇尚國等,2014)。 從發(fā)育篩網(wǎng)狀熔離標型組構的硫化物熔漿團判斷其具有較好的塑性及流動性,另外根據(jù)郭正府(1994)研究球粒黏度比基體大的原則,估計作為基體的礦漿比球粒狀硫化物熔漿團具有更高的可流動性。 這些現(xiàn)象說明礦漿—富鐵硅酸鹽熔漿具有比硫化物熔漿更低的黏度。

礦漿密度: 取灰黑色膠結物,盡量排除角礫及硫化物集合體,通過體重測量,密度平均為3.2 g/cm3,考慮到成礦時流體溢出,用礦石測定比重,數(shù)值應該偏大,所以估計礦漿密度略小于3.0 g/cm3更合適。

壓力推測,既然礦漿都聚集到產(chǎn)生大規(guī)模爆炸,其壓力已經(jīng)遠超圍巖靜壓力。

綜上所述,可以推測政和東際金(銀)礦成礦礦漿是中高溫300～450 ℃(硫化物熔漿開始結晶的溫度)、超高壓力、流動性較好的低黏度、大密度(3.0 g/cm3)、溶有少量流體(體積的10%～20%?)的富鐵硅酸鹽、硫化物熔漿混合物。

5 礦漿(運移)動力學過程特征

“礦漿”(ore magma),原意即指生成礦石的巖漿,認為“很多是來源于地下除巖漿之外尚有與之并存的礦漿”(蘇良赫,1984),具有巖漿屬性,運用巖漿動力學研究方法,對礦漿運移動力學過程研究是基本適用的。 徐興旺等(2006)對巖漿運移研究進行了系統(tǒng)的綜述,指出巖漿運移動力學研究內(nèi)容包括5 個方面:運移方式 、運移通道 、運移途徑 、運移動力與運移過程的成礦作用。

5.1 礦漿卸載定位成礦的邊界條件

政和東際金(銀)礦成礦的邊界物理性狀清晰可辨。 容礦石英斑巖巖漿沿著發(fā)育于小溪組(JKx)火山噴出巖和基底變質巖(Zdx)交界附近的火山環(huán)狀斷裂薄弱帶侵入,于近地表淺部定位時,在“巖漿二次沸騰”作用下,溢出流體在斑巖頭部發(fā)生“同巖漿交代蝕變作用”(羅照華等,2009),形成致密的硅帽即隔擋層(圖4a、e、f)。 石英斑巖周邊圍巖是小溪組(JKx)的巖屑晶屑熔巖。 于是形成了上部以硅帽為隔擋層、周邊以熔巖為圍巖、內(nèi)部尚未固結的石英斑巖為容礦空間(形似袋口朝下的口袋)。

定位深度,王波濤等(2019)研究認為本礦為淺成低溫熱液礦床,定位深度0.4 ～2.0 km;李國華(2008)對東南沿?；鹕綆r剝蝕深度的研究認為剝蝕速率約為2.5 ～3.0 km/100 Ma 。 政和東際金(銀)礦成礦(約100 Ma)后經(jīng)剝蝕剛剛露出頭部,筆者傾向取剝蝕深度的研究結果上限及地質估計的下限,認為成礦定位深度為古地表之下2.0 ～2.5 km。

5.2 礦漿運移通道

張旗等(2013)研究巖漿熱場溫度,認為在巖漿侵位后0.2 Ma 保持700～800 ℃,0.5 Ma 保持600～700 ℃,持續(xù)1.0 Ma 仍在300 ℃以上,這對“災變式”的成礦事件,時間足夠了。 成礦礦漿只有沿著“巖漿熱場通道”才能順利上升到達地表,否則遇到冷的圍巖條件就會固結定位在深部。 證據(jù)表明石英斑巖角礫相對于熔巖角礫塑性得多,更易于改造成次圓、拉長壓扁狀(圖5a),受隱爆破碎也更容易得多,從隱爆中心向外震裂裂隙帶沿石英斑巖走向長達200 多米,裂隙一進入冷、硬的晶屑巖屑熔巖就驟然減少,細脈狀礦化隨之終止(圖2 中巖芯照片,圖5j),可見石英斑巖處于巖漿侵入尚未完全冷卻、固結的塑性狀態(tài),并具有“巖漿熱場”高溫屬性,形成通暢的礦漿運移通道——“巖漿熱場通道”。

礦漿在巖漿熱場通道中運移,留下的流動遺跡:硫化物熔漿團包裹角礫、硫化物熔漿球粒被壓扁拉長,其尖端(圖5l)、旋轉構造(圖5k)指向礦漿向上流動方向。

5.3 礦漿起源推測

政和東際金(銀)礦所處中國東南沿海中生代陸相火山巖帶北段,該火山巖帶北起浙江、經(jīng)福建、南至廣東,南北長大于1000 km,東西寬200 ～300 km,相鄰永泰—德化地區(qū)火山巖地質專題研究成果(馮宗幟等,1991),早白堊世火山巖巖漿具有明顯的基性—中酸性雙峰式組合。 近年來巖漿熔離分異演化說得到重新重視,雙峰式火山巖成因可以解釋為殼幔深處巖漿熔離分異形成,在下地殼與上地幔的深處,由巖漿熔離出的富硅、富鐵熔漿,在富鐵熔體中富集過渡金屬元素、堿土金屬元素、稀土元素和高場強元素;而富硅熔體中富集Si、 Al 及堿金屬元素(王坤等,2017)。 富硅熔漿先上侵形成大規(guī)模火山噴發(fā)—東南沿海超級火山噴發(fā)帶,富鐵熔漿由于自身的親硫性,一是聚集過飽和硫熔離出硫化物液滴,二是俘獲了大量硫化物熔漿(硫化物熔漿團富含成礦元素),形成富鐵熔漿加硫化物熔漿的混合物——礦漿,在深部“拆離帶儲集”滯留(羅照華等,2009)。 肖凡等(2015,2020)研究本礦床黃鐵礦硫源于殼幔過渡帶也支持礦質來源于深部 。 據(jù)此認為政和東際金(銀)礦礦漿即是來源于殼幔深處富鐵熔漿聚集了富含金銀的硫化物液滴的熔漿混合物。

5.4 礦漿運移動力

馮宗幟等(1991)依據(jù)早白堊世雙峰式火山巖組合,根據(jù)Sr、Nd 同位素數(shù)據(jù)分析認為巖漿屬于殼?；煸葱?提出中生代時期福建東南沿海受“深大斷裂抑或裂谷作用”, 在近殼幔邊界28 ～31 km(王培宗等,1993)地幔隆起、熱流上升,促使上地幔、下地殼部分熔融,地殼減薄致使大規(guī)模巖漿上升、噴發(fā)、侵入,造就了超級火山噴發(fā)以及火山噴發(fā)期后的潛火山巖漿侵入。 處于區(qū)域上火山噴發(fā)背景下,上地幔持續(xù)隆升引發(fā)的驅動力,導致礦漿沿著石英斑巖開拓的巖漿熱場通道上升侵位。 礦漿上升動力一定有個強大的外力推動,作為這一點外力,不難想象,地幔上涌、下地殼熔融導致巖漿大規(guī)模噴發(fā) ,要攜帶這樣一股小小的礦漿沿著潛火山巖“巖漿熱場通道”上升到地表,顯得輕而易舉。

5.5 礦漿運移方式

容礦石英斑巖為潛火山巖,產(chǎn)狀為一席狀巖墻,潛火山巖巖漿沿著東坑火山洼地西部周邊環(huán)狀內(nèi)傾斷裂、又是晚侏羅紀火山噴出巖與基底變質巖接觸帶附近的薄弱帶上侵定位,屬于“破裂—巖墻運移模式”,研究認為巖墻式運移速率可達31.5 km/a(徐興旺等,2006),假設該巖漿從下地殼30 km 深處上侵,一年就可以達到地表位置。

本礦區(qū)切割礦體的正長斑巖,用被其從深部攜帶上侵的基性巖包體,按羅照華等(2009)推薦的Stock 定律計算公式:

來估算巖漿上侵速率,式中υ為固體在液體中下沉的速率(cm/s),g 為重力加速度(980cm/s2),r為包體的半徑(cm),ρs為包體密度(g/cm3),ρ1為液體密度(g/cm3),η為液體的黏度(1 poise =0.1 Pa·s),假定正長斑巖巖漿黏度為玄武巖1000 poise 的100 倍,假設基性巖包體密度為3.0 g/cm3、正長斑巖巖漿密度2.6 g/cm3,則基性巖包體在正長斑巖巖漿中沉降速率為0.087 cm/s,也即27 km/a。 如此正長斑巖巖漿上升速率要大于基性巖包體的下沉速率,才能將包體帶上地表。 假設地殼厚度30 km,正長斑巖巖漿從30 km 深的殼幔邊界上侵,1 年就可以達到地表,可見其上升速率是很快的。

同理,假定礦漿密度3.0 g/cm3、黏度比玄武巖低一個數(shù)量級(為100poise),硫化物球粒密度4.5 g/cm3,球粒半徑0.5 cm,計算出硫化物球粒在礦漿中沉降速率為0.817 cm/s,也即254 km/a。 如果礦漿在殼幔邊界30 km 處滯留聚集,只要上升機制被激發(fā),50 d 之內(nèi)就可以到達古地表預定卸載的成礦位置。 礦漿有如此快速上升速率就不難理解在其被隔擋在石英斑巖硅帽之下聚集,產(chǎn)生的瞬時、強大壓力足以引發(fā)“漿爆”結果。 雖然這50 d 數(shù)字不一定很準確,也足見其成礦作用不再是長期、多期次的漫長過程,而是一場驚心動魄的災變、爆炸瞬間。

5.6 礦漿運移途徑及終端卸載成礦

礦漿含有一定量的流體,在深部高溫高壓起源儲集端二者是耦合在一起的(羅照華等,2007),流體對礦漿的流動性起到促進作用,在強大的外驅動力推動下沿途一路高歌猛進,是否在哪里(巖漿房)歇歇腳暫停過,尚無資料證明。 礦漿運移至近古地表2.5 km 石英斑巖硅帽隔擋層之下的終端處聚集,壓力、溫度下降,礦漿中少量流體在頭部溢出,余下更多、“更干”的礦漿在石英斑巖“口袋”中集聚,迅速堆積的礦漿造成超壓、能量飆升,最終引發(fā)一場災變式的大爆炸。 爆炸中心形成隱爆角礫巖體型礦化,爆炸引起強大的沖擊波在不同介質間傳遞推進(李順波等,2009),塑性狀態(tài)下的石英斑巖內(nèi)能量傳遞迅速,形成由爆炸中心向外的震碎、震裂破碎裂隙,獲得爆炸動能的礦漿,強力噴射、擠入其中,依次形成了角礫巖脈—密集網(wǎng)脈—稀疏網(wǎng)脈型礦化。 強大的沖擊波沖擊堅硬圍巖其擊穿能力大大降低,并迅速消失,所留下的稀疏震裂裂隙被少量漏出的礦漿所充填。 同時爆炸形成的空間,迅速被進一步上升的礦漿所填堵,沿途留下間隔、管道式的通道、礦漿流動的遺跡,上侵礦漿尾部急劇收斂、礦化結束,所形成厚度小、礦化強度低的從密集網(wǎng)脈到稀疏網(wǎng)脈的礦化類型的終結。綜上所述,政和東際金(銀)礦成礦過程:東坑火山洼地白堊紀火山噴發(fā)進入尾聲(106 Ma)火山洼地塌陷火山斷裂復活潛火山巖漿侵入--→巖漿熱場通道形成礦漿上侵爆炸--→形成角礫巖筒礦漿在筒里各就各位成型(圖3)--→正長斑巖侵入(96 Ma)切割礦體,長期的應力釋放,重力作用下的階梯式正斷層將礦體切割成3 大段,成為三個賦礦臺階(圖2),這便是礦漿隱爆角礫巖型金(銀)礦成礦作用的全過程。

6 結論

(1)政和東際金(銀)礦為礦漿隱爆角礫巖型,其礦漿來源于殼幔過渡帶深部中酸性巖漿熔離的富鐵熔漿部分,經(jīng)過側向遷移、“源地”儲集并俘獲含礦硫化物熔漿,形成富含金銀成礦元素的混合礦漿。

(2)礦漿被外力驅動沿著石英斑巖巖漿熱場通道上侵,在古地表之下2.0 ～2.5 km 深處、斑巖頭部硅帽隔擋層之下,礦漿持續(xù)聚集,形成極端超壓,最終引發(fā)瞬間的大爆炸,定位形成隱爆角礫巖筒式礦體。

(3)石英斑巖為容礦圍巖,不含成礦流體,與礦床成因無關,“淺成—低溫—潛火山熱液”不是政和東際金(銀)礦的成因類型,應該是深部熔離礦漿—貫入—隱爆—定位成礦,即“淺成—中高溫—礦漿隱爆角礫巖型”金(銀)礦礦床。 石英斑巖作為潛火山巖,自身沒有含礦的“潛火山熱液”,理論上深部也不會存在“斑巖礦床”,實際上鉆探驗證表明隱爆角礫巖筒尾部在石英斑巖中收斂、礦化隨之結束。

(4) 政和東際金(銀)礦屬“礦漿隱爆角礫巖型金礦”,作為“隱爆角礫巖型金礦”大家族中新成員,該新類型的發(fā)現(xiàn),已經(jīng)推進東坑火山洼地西部周邊的同類型金礦找礦工作,在更大范圍內(nèi)也將有助于拓展東南沿海中生代陸相火山巖區(qū)找礦新思路。

致謝:0 m 標高以上是福州東鑫礦業(yè)技術公司集體找礦成果,本文引用了采礦權業(yè)主山東黃金股份公司政和源鑫礦業(yè)公司對0 m 標高以下探礦驗證結果。 在深部驗證工作中進行了有益探討,提高了礦床的研究程度,筆者等受益匪淺,在此深表感謝。

注釋/Notes

? 福建省地質礦產(chǎn)局. 1987.中華人民共和國 1 ∶50000 政和、川石、后山幅區(qū)域地質調(diào)查及礦產(chǎn)普查報告.

? 福州東鑫礦業(yè)技術公司. 2012. 福建省政和縣東際礦區(qū)金(銀)礦資源儲量核實地質報告.