銀山鐵礦蝕變-礦化分帶特征及其對成礦的制約

銀山鐵礦蝕變-礦化分帶特征及其對成礦的制約

1礦床地質(zhì)特征銀山礦區(qū)位于江西省德興市，與北東15公里的德興銅礦相鄰。就大型地理位置而言，礦區(qū)位于江南臺龍東南部，江西省東北部深斷裂以北西側(cè)。銀山礦區(qū)主要出露地層為前震旦系雙橋山群千枚巖,也是礦區(qū)最主要的賦礦圍巖.局部出露上侏羅統(tǒng)鵝嶺組沉積礫巖、火山碎屑巖、熔巖和下白堊統(tǒng)石溪組棕紅色礫巖、砂巖和頁巖,兩者均同前震旦系巖石呈不整合接觸關(guān)系.礦區(qū)主要構(gòu)造線方向為北東向,由一系列北東向褶皺和斷裂組成.礦區(qū)褶皺構(gòu)造的主體是銀山背斜,沿背斜軸形成斜貫礦區(qū)的主斷裂系統(tǒng),成為主要的控巖控礦構(gòu)造.銀山背斜軸部附近分布有西山火山口(圖1).礦區(qū)巖漿巖發(fā)育,主要為燕山早期巖漿活動形成的次火山巖、火山熔巖和火山碎屑巖.銀山礦床中銅、金、銀、鉛鋅、硫的儲量都分別達(dá)到大型礦床的規(guī)模,礦體的空間分布與燕山期巖漿巖關(guān)系密切.主礦體為脈狀銅礦體和鉛鋅礦體,產(chǎn)于燕山期英安斑巖體外接觸帶千枚巖裂隙系統(tǒng)中,局部發(fā)育細(xì)脈浸染狀銅礦體和平緩似層狀鉛鋅礦體,分別見于英安斑巖體接觸帶附近的爆破角礫巖中和火山碎屑巖與千枚質(zhì)礫巖的接觸間隙中.主要礦物組合類型有5種:黃鐵礦-黃銅礦-石英組合;硫砷銅礦-砷黝銅礦-黝銅礦組合;黃鐵礦-鐵閃鋅礦-方鉛礦-毒砂組合;方鉛礦-閃鋅礦-菱鐵礦-硫鹽礦物組合;方鉛礦(含銀)-碳酸鹽-重晶石組合.2蝕變過程碳化銀山礦區(qū)圍巖蝕變廣泛發(fā)育,蝕變類型主要有黃鐵絹英巖化、綠泥石化、碳酸鹽化(菱鐵礦化、方解石化)、局部還發(fā)育重晶石化、高嶺石化和迪開石化等.蝕變帶范圍大大超過礦體分布范圍,總體上呈面型展布,礦脈旁側(cè)蝕變則呈線狀分布.在平面上,蝕變帶大致沿西山火山口東側(cè)的次火山巖體向外展布,形成以英安斑巖為中心的蝕變分帶(圖2).從巖體內(nèi)部向外水平方向依次為:(弱)絹云母化英安斑巖帶→黃鐵絹英巖化英安斑巖帶和千枚巖帶→黃鐵絹英巖化綠泥石化(碳酸鹽化)千枚巖帶→綠泥石化碳酸鹽化千枚巖帶→碳酸鹽化綠泥石化火山碎屑巖帶.筆者用巴爾特法對各蝕變帶巖石化學(xué)成分做了巖石分子式計算(以單位晶胞中元素原子數(shù)表示),并選用蝕變微弱的巖石作為原巖進行對比(表1),從黃鐵絹英巖化帶→黃鐵絹英巖化綠泥石化帶→綠泥石化碳酸鹽化帶→原巖,千枚巖中Si,Fe3+,K數(shù)量有逐漸降低趨勢,Ti,Fe2+,Ca,Mg,Na數(shù)量則有逐漸升高趨勢,顯示熱液蝕變過程中從巖體向千枚巖方向Si,K等是帶入的,Ti,Ca,Mg,Na則是帶出的.另外,Mn,CO2,H2O+成分有由巖體和千枚巖向綠泥石化、碳酸鹽化千枚巖帶集中的趨勢,而Al在黃鐵絹英巖化千枚巖中的增加十分明顯.黃鐵絹英巖化英安斑巖和流紋英安斑巖中Si,Fe2+,Ca,Mg,Na數(shù)量較原巖均有不同程度降低,Fe3+,K含量則有增高.蝕變英安斑巖中Si的降低與蝕變千枚巖中Si的增高是蝕變巖體釋放Si并進入蝕變千枚巖的線索,但無論蝕變千枚巖或蝕變英安斑巖,Fe2+,Ca,Mg,Na等數(shù)量的降低與Fe3+和K數(shù)量的增高是普遍的,其中Fe2+的降低與Fe3+的增高與Fe2+→Fe3+的氧化過程有關(guān),K的增高可能與早期流體富鉀有關(guān),Ca,Mg,Na等含量的普遍降低則表明熱液蝕變過程中Ca,Mg,Na成分有被淋濾進入流體的趨向.銀山礦區(qū)礦化分帶也以英安斑巖體為中心向外展開,與蝕變分帶有明顯的對應(yīng)關(guān)系.水平方向上,原生礦化分帶從中心向外依次為:銅礦化帶→銅鉛鋅礦化帶→鉛鋅礦化帶→鉛(銀)礦化帶.在垂直方向上,礦化分帶也非常典型(圖3).其中,銅礦化帶主要分布在英安斑巖外接觸帶千枚巖中,部分產(chǎn)于隱爆角礫巖中,銅礦石主要由黃銅礦、硫砷銅礦、砷黝銅礦、黝銅礦等銅礦物組成;銅鉛鋅礦化帶由細(xì)脈狀銅鉛鋅礦體組成,礦體中見有鉛鋅礦細(xì)脈穿切銅礦物現(xiàn)象,還見銅礦物呈角礫被鉛鋅礦物膠結(jié)和交代現(xiàn)象;鉛鋅礦化帶礦石主要由閃鋅礦、方鉛礦組成,礦石中含銅很少;鉛(銀)礦化帶礦石中方鉛礦占絕對優(yōu)勢且含銀較高.3ca2+,mg2+,cl-,f-含量有下降不同礦物組合礦石中石英樣品的流體包裹體成分見表2.多數(shù)樣品液相成分中,陽離子以Ca2+含量最高,K+,Na+,Mg2+含量變化較大;陰離子以Cl-和SO2?442-為主,F-次之,屬酸性硫酸鹽-氯化鈉型流體.由英安斑巖→黃鐵礦-石英組合→黃鐵礦-黃銅礦-石英組合→黃鐵礦-鐵閃鋅礦-方鉛礦(毒砂)組合→閃鋅礦-方鉛礦-菱鐵礦-硫鹽組合→方鉛礦-碳酸鹽-重晶石組合,液相成分中K+,Na+,Ca2+,Mg2+,Cl-,F-含量均有降低趨勢,其中Na+,Ca2+,Mg2+的降低與千枚巖蝕變過程中Ca,Mg,Na成分被淋濾進入流體的數(shù)量有明顯的對應(yīng)關(guān)系;液相成分中SO2?442-則有升高趨勢,顯示流體的氧化程度增大.氣相成分中,CO2,CO,H2含量呈增高趨勢,CH4含量呈降低趨勢,表明流體從巖體向千枚巖方向運移過程中反應(yīng)CH4+2H2O→CO2+8H++8e和CH4+H2O→CO+6H++6e是向右進行的.根據(jù)CO2-H2O-NaCl體系中H2O,H+,Na+,OH-,Cl-,NaCl,HCO3-,H2CO3,CO2?332-和NaHCO3的反應(yīng)平衡關(guān)系(Crerar,1978)及溶液中CO2,H+,CH4和H2O的化學(xué)平衡,筆者分別計算了成礦流體的pH值和Eh值,由黃鐵礦-石英組合→黃鐵礦-黃銅礦-石英組合→黃鐵礦-鐵閃鋅礦-方鉛礦(毒砂)組合→閃鋅礦-方鉛礦-菱鐵礦-硫鹽組合→方鉛礦-碳酸鹽-重晶石組合,對應(yīng)的pH值為5.30→5.31→4.74→4.89→4.29,Eh值為-0.48→-0.47→-0.34→-0.36→-0.19(V).據(jù)流體包裹體鹽度測定,從黃鐵絹英巖化英安斑巖→銅鉛鋅礦石→鉛鋅礦石,對應(yīng)的流體鹽度均值(w(NaCl))為9.3%→6.6%→5.9%,與包裹體液相成分中陽離子含量降低的趨勢相一致.4碳礦物的氧同位素筆者對8件礦石樣品中的石英分別測試了δ18O礦物值和包裹體δD值,并利用同位素分餾公式計算了與石英處于同位素平衡的δ18OH2O值,δD值域為-78.9‰～-28.5‰,δ18OH2O值域為-0.06‰～10.84‰.在δD-δ18O圖解上(圖4),2件樣品落入原生巖漿水區(qū),4件樣品落入變質(zhì)水區(qū),1件樣品明顯向雨水線方向飄移,顯示有大氣水參與的跡象及變質(zhì)圍巖對成礦流體δ18OH2O值的影響.華仁民等應(yīng)用水-巖同位素交換理論,對銀山地區(qū)各類蝕變巖石的氧同位素變化規(guī)律進行了研究和模擬計算,認(rèn)為銀山成礦流體來源于大氣降水,是大氣降水在深部較高溫度和低W/R比值條件下與千枚巖發(fā)生水-巖反應(yīng)的產(chǎn)物.據(jù)礦床中碳酸鹽礦物的碳、氧同位素測定(本文及文獻(xiàn)),方解石δ18OSMOW值為+8.85‰～+15.85‰,δ13CPDB值為-10.81‰～-3.89‰;菱鐵礦δ18OSMOW值為+13.38‰～+20.22‰,δ13CPDB值為-7.66‰～-1.37‰.在δ18O-δ13C圖解上(圖5),樣品投點多落在海相碳酸鹽巖區(qū)與花崗巖區(qū)之間,推測成礦流體中的含碳組分具有巖漿源和地層源等多種來源.據(jù)鉛同位素測試,礦石中方鉛礦鉛同位素206Pb/204Pb值為17.889～19.045,207Pb/204Pb值為15.458～16.368,208Pb/204Pb值為37.686～40.237,在鉛同位素演化圖上,礦石鉛投點在造山帶鉛曲線附近較集中,部分投點則落在上地殼和地幔鉛曲線附近,并且投點呈明顯線性分布(圖6),顯示異常鉛特征,說明礦石鉛來源較為復(fù)雜.礦區(qū)硫化物δ34S值域為-6.1‰～+3.4‰,平均為+0.80‰.從銅礦帶向鉛鋅礦帶,從深部向淺部,δ34S值顯示降低趨勢,這種變化趨勢與流體中H2S/SO2?442-值的降低有關(guān).據(jù)HOhmoto(1972)研究,硫化物δ34S值受熱液中H2S/SO2?442-值的制約,在t=200℃和δ34S∑S=0的熱液條件下,隨著H2S/SO2?442-值由1/9→1/1→9/1,晶出的閃鋅礦的δ34S值將由-30‰→-17.4‰→-4.4‰變化,方鉛礦的δ34S值由-33.3‰→-20.5‰→-7.7‰變化,該值域明顯遠(yuǎn)離了銀山礦床δ34S平均值.據(jù)包體均一溫度測定,銀山礦床主要成礦溫度范圍在200～300℃.而礦石中重晶石的出現(xiàn)及流體包裹體成分中富含SO2?442-特征,表明除巖漿硫外,應(yīng)有富34S的硫源參與成礦,這部分硫主要來自地層.5成礦地質(zhì)過程銀山礦床的成因與中生代中酸性陸相火山-次火山活動有關(guān),礦床空間分布及蝕變礦化分帶明顯受燕山期英安斑巖體控制.據(jù)測定,英安斑巖中Cu,Pb,Zn含量分別為166×10-6、62.5×10-6和128×10-6(據(jù)秦志德,1987),分別是酸性巖維氏值的8.3倍、3.1倍和2.1倍,礦區(qū)外圍千枚巖中Cu,Pb,Zn含量分別為57.3×10-6、35.9×10-6和77.5×10-6,分別是沉積巖維氏值的1.0倍、1.5倍和0.97倍.顯然,燕山期巖漿巖更具有提供成礦物質(zhì)的潛力.蝕變千枚巖化學(xué)成分變化則顯示熱液蝕變過程中千枚巖的Ca,Mg,Na等成分被強烈淋濾進入流體.華仁民等通過對銀山礦區(qū)外圍225km2范圍內(nèi)213個雙橋山群地層樣品的金含量分析,獲得了明顯的圍繞礦區(qū)展布的金地球化學(xué)降低場及其含量的梯度變化,從而定量地證實雙橋山群為銀山礦床的金礦化提供了成礦物質(zhì).銀山礦床主要成礦溫度范圍在200～300℃,該溫度遠(yuǎn)低于中酸性巖漿巖的固相線溫度(650～925℃),這一溫度間隔意味著在銀山礦區(qū)由燕山期巖漿液態(tài)不混溶分離出來的熱液和巖漿在結(jié)晶分異過程中分異出來的熱液是非常有限的,沒有在礦床中留下明顯的痕跡.從礦區(qū)巖體和礦體產(chǎn)狀分析,礦體形成深度主要在1000m以內(nèi).據(jù)計算,礦床成礦壓力在26～20MPa.由于熱液活動處在一種壓力和溫度梯度相對較大的近地表環(huán)境,大氣水的補給又十分有利,因此由熱動力及其所引起的流體密度差異所導(dǎo)致的重力不穩(wěn)定性作用必然造成熱液對流循環(huán)的發(fā)生,而大氣水及大量地層物質(zhì)從地表附近及地層進入巖體接觸帶的現(xiàn)象是成礦熱液對流循環(huán)作用的反映.因此,筆者認(rèn)為銀山礦床的形成是兩個地質(zhì)過程耦合的結(jié)果:其一是Cu,Pb,Zn等礦化元素在英安斑巖中的初始富集,與巖漿分異作用有關(guān),但在英安斑巖固結(jié)過程中并沒有形成工業(yè)礦體;其二是后期的熱液對流作用,導(dǎo)致礦質(zhì)的活化—遷移—聚集并最終形成礦體.在巖漿侵位的初期,巖漿溫度在固相線以上,透水性不利于大量流體穿透,因此不利于流體的循環(huán)和成礦.當(dāng)巖漿逐漸冷卻、結(jié)晶和破裂以后,大規(guī)模的對流才得以形成,使富集在巖體中的成礦金屬元素進一步聚集成礦.熱液對流循環(huán)所造成的流體物理化學(xué)條件的交替轉(zhuǎn)化是礦質(zhì)活化—遷移—堆積的關(guān)鍵,并形成了銀山礦床蝕變-礦化分帶.熱液對流系統(tǒng)的動態(tài)演化決定了成礦物質(zhì)遷移形式的多樣性和變化性,而對流熱液在巖漿巖、地層等多種不同性質(zhì)的巖石間的循環(huán)則導(dǎo)致了成礦物質(zhì)多來源性.銀山礦床蝕變分帶特征顯示了流體酸堿性的交替轉(zhuǎn)化,其中絹英巖化和綠泥石化蝕變代表了一種共軛的酸-堿變化過程.英安斑巖中的絹英巖化蝕變導(dǎo)致流體酸性降低:千枚巖中的綠泥石化蝕變則導(dǎo)致流體酸性增強:在銀山礦區(qū),大氣水的補給是造成水飽和環(huán)境及熱液對流的關(guān)鍵.而在該對流系統(tǒng)的淺部區(qū)域,硫的循環(huán)和演化則是導(dǎo)致成礦金屬元素活化—遷移—堆積并造成礦化分帶的重要原因.由于來自地表的大氣水中富含游離氧,因此淺部對流熱液具有更強的氧化性,導(dǎo)致圍巖發(fā)生氧化作用,圍巖中的Fe2+氧化成為Fe3+,硫化物則發(fā)生氧化并形成酸性滲透溶液,熱液中的含硫組分以SO2?442-占主導(dǎo),多數(shù)親銅元素和過渡元素的遷移能力將大大增強,巖體與地層中的成礦金屬元素發(fā)生活化并主要以硫酸鹽形式遷移.由于Zn2+,Cu2+在富SO2?442-條件下溶解度較高,而Pb2+的溶解度相對較小,因此Zn2+,Cu2+更容易遷移至接近熱源的地點并聚集成礦,從而與Pb2+發(fā)生分離.在對流熱液向熱源或深部方向遷移時,隨著流體中氧逸度的逐漸降低,SO2-4向S2-發(fā)生臨界轉(zhuǎn)化,形成硫化物的聚集.這一過程與硫化物礦床次生富集帶中所發(fā)生的礦質(zhì)活化—遷移—聚集過程有相似之處,不同之處在于流體的運動方式和成礦物理化學(xué)條件的差異,但反應(yīng)過程均可示意性地表示為:Me2++SO2?442-+8H++8e→MeS+8H2O.促使該反應(yīng)發(fā)生的動力是多方面的,主要包括:①流體在向熱源或深部方向遷移過程中游離氧的減少和還原性的增強;②綠泥石化等蝕變反應(yīng)提供了H+來源,成為硫酸鹽還原的動力之一;③地殼淺部有機質(zhì)參與熱液對流循環(huán)也會對Eh值產(chǎn)生重要影響,如流體中甲烷氣與水的反應(yīng)(CH4+2H2O→CO2+8H++8e和CH4+H2O→CO+6H++6e)對Eh值的制約;④圍巖蝕變過程中Fe2+→Fe3+的氧化與硫化物結(jié)晶過程中SO2?442-的還原具有共軛的氧化-還原關(guān)系.雖然硫化物大量結(jié)晶的環(huán)境是一種相對還原環(huán)境,但溶液中S2-濃度會受多種因素制約:①S2-是許多金屬元素的強還原劑,當(dāng)熱液中出現(xiàn)較多的S2-時,對一些金屬元素的遷移是非常不利的;②當(dāng)熱液溫度過高(>400℃)時,硫化氫在熱液中的溶解度會大大降低,S2-濃度會相應(yīng)地減少;③H2S是一種離解常數(shù)很小的極弱的電解質(zhì),尤其在酸性溶液中S2-濃度會強烈減少;④H2S的揮發(fā)性大,容易從液相中逃逸.因此,在銀山礦區(qū)的淺部區(qū)域,流體中的SO2?442-較S2-更能穩(wěn)定存在,成為硫遷移的重要形式并提供成礦所需的硫.S2-與Fe2+,Cu2+等變價元素相比,氧化電位較低,隨著流體中氧逸度的增大,會首先氧化生成硫酸并形成酸性滲透溶液.因此,當(dāng)對流熱液向淺部或遠(yuǎn)離熱源方向遷移并穿越硫化物的堆積區(qū)后,銅、鋅等元素又會重新恢復(fù)