不同的地質背景控制了不同類型火成巖組合和金礦床的形成及其空間分布,因此,總結各種成礦地質背景的特征對礦床研究及找礦工作具有重要的理論意義和現實意義。
(壹)造山帶巖漿弧的成礦地質背景
中國造山帶成礦火山地質背景主要有板塊結合部蛇綠巖帶、島弧和活動陸緣火山帶、弧內盆地、弧後盆地和造山帶上的微陸塊(中間地塊),其特征分述如下。
1.板塊結合部蛇綠巖帶
蛇綠巖帶是板塊結合部的標誌。壹套完整的蛇綠巖套應該由鎂質超鎂鐵質巖(方輝橄欖巖、二輝橄欖巖等)、堆積雜巖(橄欖石堆積巖、單輝橄欖巖和斜長石堆積巖)、基性席狀巖墻(輝綠巖、輝綠玢巖)、枕狀及塊狀熔巖(玄武巖)和放射蟲矽質巖、碳酸鹽巖和細碎屑巖系組成。由於造山擠壓和剪切作用,蛇綠巖類及其***生的各類地質體常被切割、肢解、混雜。因此,不同地區蛇綠巖套的出露並不完整,但其中的鎂質超鎂鐵質巖卻常常存在,並保留了變形的痕跡(如脆韌性剪切、斷塊的斜沖-平移等)和不同程度的低級變質作用(如蛇紋石化、滑石化和菱鎂礦化等)。
與蛇綠巖***生的玄武巖既可以形成於大洋中脊(洋脊型),又可以形成於陸緣裂谷洋盆向淺海洋盆過渡部位(準洋脊型),後者與金礦的區域分布關系比前者更為密切,如西南地區金沙江-哀牢山蛇綠巖帶。洋脊型玄武巖主要為大洋橄欖拉斑玄武巖,其SiO2(wB)含量為42.42%~49.46%,K2O較低(0.07%~0.71%),K值(K為w(K2O)×10/[w(Al2O3)+w(TiO2)×10]×100%)為8%~12%,P2O5較低(0.06%~0.25%),TiO2中等偏高(0.64%~3.02%),世界洋脊型為1%~1.5%,MgO含量較高且變化範圍大(6.06%~13.47%),稀土元素總量變化範圍為(42.28~186.77)×10-6,輕重稀土元素比值為0.69~2.54,無Eu異常(δEu值為0.77~1.10);準洋脊型玄武巖除橄欖拉斑玄武巖外,還出現石英拉斑玄武巖、玄武安山巖和流紋巖。玄武巖的SiO2(wB)為44.75%~50.25%,Al2O3較低(13.67%~15.30%),K2O較高(0.23%~1.39%),K值為12%~20%,TiO2(1.57%~3.25%)和P2O5(>0.3%)較高,輕稀土元素富集,w(La)/w(Sm)比值大於1.5。因此,與蛇綠巖***生的玄武巖特征是區別構造環境的良好標誌。
與蛇綠巖***生的火山沈積巖系通常為基性的凝灰巖、沈凝灰巖、矽質巖、炭質及泥質粉砂巖,它們是容礦巖系的壹部分。其中變凝灰巖SiO2含量為40.18%~68.66%(平均54.42%),Al2O3為12.73%~16.06%(平均14.40%),Na2O為0.24%~6.28%(平均3.26%),K2O為0.38%~0.94%(平均0.66%),稀土元素總量為63.81×10-6,輕重稀土元素比值較低(0.64),δEu值為1左右,顯示出與其他火山巖同源的特征。變基性火山巖系金的背景值較高。
有些蛇綠巖分布區還出露了時代較老的基底變質巖系,主要巖性為斜長角閃巖、花崗質混合巖、二雲母片巖及大理巖,金的背景值為(0.71~1.07)×10-9。
分布在結合帶蛇綠巖組合的菱鎂巖、玄武巖和火山-沈積巖中的金礦主要為淺成熱液型金礦,礦體在空間上常受剪切帶糜棱巖系統所控制,成因上與更晚的巖漿巖源大氣降水熱液活動有關。此類金礦呈含金石英脈或蝕變巖產出,有時可與汞礦、銻礦***生。我國西準噶爾和哀牢山地區的金礦即產出在這類地質背景內。
2.島弧和活動陸緣的巖漿弧
由於板塊的俯沖和碰撞作用,導致了強烈的火山作用,形成島弧和活動陸緣火山弧。火山作用的早期主要形成玄武質、安山質火山巖及少量的玄武巖,屬玄武質-安山質火山巖組合;後期形成玄武質-安山質-英安質-流紋質火山巖組合。其中火山碎屑巖可達地層總厚度的1/3以上,安山質火山巖以晶屑巖屑凝灰巖為主,英安質、流紋質火山巖以熔結凝灰巖和凝灰巖為主,並形成壹套相應的酸性和中酸性侵入巖。火山弧靠大陸壹側,酸性火山巖數量明顯增多。
島弧拉斑玄武巖的SiO2(wB)含量為46%~51%,w(FeOT)/w(MgO)比值較低(<1),Cr為399×10-6,Ni為106×10-6,接近原生巖漿成分,TiO2較低(0.85%~1.10%),K2O含量低(0.19~0.45),輕稀土元素富集型或平坦型,具鈣堿性玄武巖特征,Rb、Ba、K、Sr相對較高,而Zr、Hf、Nb、Ta相對較低,可能與俯沖板片脫水時對楔形地幔的交代影響有關。
島弧鈣堿性安山質火山巖的SiO2(wB)含量為52.8%~60.08%(英安質火山巖為58.10%~69.80%),Al2O3較高(14.18%~18.03%),TiO2和w(FeOT)/w(MgO)較低,K2O變化較大(1.19%~4.30%),輕稀土元素為輕微富集型,出現負Eu異常,w(La)/w(Yb)比值為7.46~13.16,相對富集Rb、Ba、K、Sr,虧損Zr、Hf、Th、U、Nb、Ta等。
與島弧火山巖***生的還有火山碎屑沈積巖和碳酸鹽巖,整個火山巖系常為海陸交互相。壹般早期以海相為主,晚期可出現數量不等的陸相沈積物,海相玄武巖和玄武安山巖可出現枕狀構造。陸相和近陸濱海區,中酸性熔結凝灰巖數量增多,濱海相凝灰巖發育韻律層理和斜層理,常見火山灰球層和豆狀凝灰巖層。火山碎屑巖和火山碎屑沈積巖中的灰巖夾層主要為碎屑灰巖,其中有數量不等的巖屑、晶屑和生物碎屑。
在島弧火山帶,以形成淺成熱液型金礦床為主,呈石英脈、熱液角礫巖型和熱泉沈積等形式產出,金礦床和礦田同時可以受火山穹丘、破火山口或遠火山口的斷裂系統所控制。典型的低硫淺成熱液型金礦,如新疆西天山的阿希金礦;高硫淺成熱液型金礦,如臺灣的金瓜石金礦。
3.弧內地塹盆地
在火山島弧發展過程中,由於應力場階段性地由擠壓向拉張的轉變,形成了弧內拉張盆地(地塹),空間上位於火山弧的內外弧之間。弧內盆地早期的火山巖組合與島弧區相似,主要為鈣堿性安山質、英安質和流紋質火山巖,火山碎屑巖,火山碎屑沈積巖和正常沈積巖,但隨著拉和強度的不斷加劇,出現了基性巖漿的噴發,形成玄武質火山巖,在中性巖不發育的情況下,可以出現“雙峰式”火山巖組合。
雙峰式組合中玄武巖與島弧期鈣堿性玄武巖明顯不同,表現由島弧玄武巖向大洋玄武巖過渡的地球化學性質,其SiO2(wB)含量為47%~52.8%,K2O較低(0.23%~0.6%),w(FeOT)/w(MgO)較高,FeOT含量隨SiO2含量增高而趨富集,為拉斑玄武巖系列的特征,TiO2中等(1.1%~1.7%),輕稀土元素為弱富集型,w(La)/w(Yb)比值為4~5,Yb為(2.3~3.0)×10-6,比島弧玄武巖相對富集Ti、Zr、Hf、Ta、Nb,貧Sr、Ba、Rb;以峰式組合中的英安質和流紋質火山巖,其SiO2相對集中在70%~76%之間,Na2O+K2O含量為6%~7.5%(K2O與Na2O含量相近),輕稀土元素為富集型;w(La)/w(Yb)比值為9~12。常常還有壹定數量的安山英安巖或石英安山巖。
與火山巖***生的還有壹定數量的碳酸鹽巖和細碎屑濁流沈積巖,有些地區(如西南地區)已發生了輕微的變質,形成板巖、千枚巖和大理巖。整個弧間盆地中的火山巖系,其金的背景值為(0.95~7.90)×10-9,平均為3.14×10-9,其中發生過火山噴氣-沈積或含有機質的層位對進壹步找礦更加有利。
該背景下常形成大型塊狀硫化物型礦床,如三江北段義敦島弧內的地塹盆地中的呷村鉛、鋅、銀礦(伴生金)和日本黑礦,雖然金的品位不高,但儲量大,因此賤金屬和貴金屬都具有重大的經濟價值。
4.弧後盆地和陸緣盆地
板塊俯沖的後期,可以形成弧後擴張盆地或陸緣洋盆。其中以發育火山-沈積巖系為特征,火山巖主要是玄武巖,有時出現酸性的火山巖而呈“雙峰式”組合,沈積巖以碳酸鹽巖和濁積巖為主,常含數量不等的有機質。
在發育較好的弧後盆地中,其玄武巖接近大洋拉斑玄武巖或洋脊玄武巖的特征,SiO2(wB)含量為47%~49%,MgO為6.5%~9.5%,貧堿,(Na2O+K2O)為2.7~3.2。往往只是在拉張的開始階段,出現堿性程度較高的堿性玄武巖,或者在海底陸殼的基礎上發育起來的拉張盆地中可出現雙峰式火山巖。
弧後盆地中雙峰式火山巖為玄武質-流紋質組合。其中,玄武巖的SiO2(wB)含量為48%~49%,TiO2較低(1.1%~1.7%),P2O5、Na2O+K2O和Al2O3較高,分別為0.5%~0.8%、7.0%~7.2%和17.7%~18.1%,其中的K2O含量高達4.00%~4.40%,輕稀土元素為富集型,w(La)/w(Yb)比值為7.65~9.52,Yb為(1.47~1.53)×10-6,富集Rb、Ba、Sr、K,屬堿性系列;酸性火山巖的SiO2含量可達76%,Na2O+K2O為7.1%(其中K2O為3.8%~4.6%),輕稀土元素為富集型,w(La)/w(Yb)比值為37.8~41.5,富集K、Rb、Sr、Ba,屬堿質較高的流紋巖。
與弧後火山巖***生的黑色細碎屑沈積巖主要為矽質巖系和碎屑巖系,金的背景值較高,前者由矽質巖類、板巖類和碳酸鹽巖類組成,後者由不同粒級的長石石英雜砂巖、巖屑雜砂巖和少量的黑色板巖、千枚巖、絹雲母板巖等組成。矽質巖多呈塊狀、角礫狀、多孔狀、條帶狀和層紋狀以及球(藻)粒狀,其SiO2(wB)含量為81.42%~98.13%,壹般為94.21%(因含有黃鐵礦、重晶石、泥質和炭質等雜質成分),金的背景值為(20~30)×10-9,其中炭泥質層紋狀矽質巖可高達(50~60)×10-9;板巖類主要為炭質板巖、矽質板巖及少量的粉砂質板巖,有機碳含量壹般為2%~5%,金的背景值為(20~30)×10-9,其中炭質板巖的有機碳含量高達22%,金的背景值高達50×10-9;碳酸鹽巖多呈透鏡狀,多為白雲巖、鈣質白雲巖和泥質白雲巖,化學成分為w(CaO)>w(MgO),CO2占30%~40%,MgO占10%~20%。
由上可知,這套黑色沈積巖系富含有機質,決定了它們在形成過程中海底微生物就吸收了壹定量的金,而火山活動使海水加熱,形成了海底熱液系統,它們在對流循環中,不斷地萃取了火山巖及沈積巖系中的金,造成火山-沈積型金礦和某些微細粒浸染型金礦形成的有利條件。揚子陸臺西緣的部分金礦產出在弧後或陸緣盆地的環境。
5.中間地塊(微陸塊)
在大的復合造山帶中,常夾持著壹些微型地塊,在大陸活化期內,伴隨大型走滑斷裂系的活動,微陸塊活化邊緣發育壹系列淺成相或次火山巖相的中酸性侵入巖類,巖體均為小巖株、巖枝、巖墻。
微陸塊上侵入巖組合為鈣堿性的閃長質-花崗閃長質和鈣堿性富堿的二長質-石英二長質-二長花崗質侵入巖,主要巖性為花崗閃長斑巖和二長花崗斑巖,其SiO2(wB)含量為66.01%~71.10%,Al2O3為14.86%~17.60%,Na2O為3.11%~3.96%,K2O為3.89%~4.48%,稀土元素總量為(139.67~208.93)×10-6,87Sr/86Sr初始比值為0.705~0.707,206 Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb分別為18.06~18.89、15.488~15.682、38.528~39.119。
巖體的圍巖為造山帶火山-沈積巖系,除中基性和中酸性火山巖之外,尚有火山碎屑沈積巖、濁積巖和碳酸鹽巖,有些還含壹定的有機質。
該背景下靠近斑巖體附近常形成斑巖型銅鉬礦和銅(金)礦,而遠離斑巖體的沈積巖系中常形成淺成熱液型金礦床,遇到碳酸鹽巖地層可形成矽卡巖型銅(鉬)礦床。
(二)大陸活化帶火山巖和侵入巖地區的成礦地質背景
大陸活化帶上分布著構造隆起區、坳陷區、大型走滑斷裂帶和拉張裂谷帶,與金礦成礦有關的巖漿活動地質背景主要有五種。
1.上疊式火山斷陷盆地
該類型盆地位於活化帶上構造隆起區內,基底為前寒武紀變質巖系,主要由太古宙的壹套深變質的高鐵鎂質斜長角閃片麻巖、斜長角閃巖和磁鐵石英巖以及元古宙淺變質的綠片巖或板巖、千枚巖、變沈凝灰巖、凝灰質板巖等組成,前者的原巖為壹套中-基性火山巖及其火山碎屑-沈積巖,並夾有超鎂鐵質巖;後者的原巖為中基性火山巖、細碎屑沈積巖,其中沈積巖含有豐富的有機碳。凝灰質板巖中金的背景值為(2.2~6.3)×10-9,平均為3.16×10-9,變沈凝灰巖為(0.5~6.9)×10-9,平均為2.64×10-9。
盆地中出露的火山巖系主要為中生代中性—中酸性火山巖系,包括鈣堿性富堿的英安質、流紋質火山灰流凝灰巖組合,火山巖系的SiO2(wB)含量為66.56%~71.38%,(Na2O+K2O)為7.04%~10.14%,w(Na)/w(K)比值為0.58~0.98,裏特曼指數為2.10~4.48。其中流紋巖稀土元素總量平均為200.77×10-6,輕重稀土元素比值為5.09,δEu值為0.55。在英安質、流紋質火山巖系之下,有時還有玄武粗安質和粗安質火山巖系。
在火山噴發的後期,常常發育侵出相(火山穹丘)和巖頸相的英安斑巖和流紋斑巖,其地球化學特征與火山巖相似。
基底變質巖系和蓋層火山巖系均為容礦巖系,但礦化時間與火山作用的時間相同或略晚,礦化受火山中心斷裂系統、基底和蓋層之間的不整合面等控制,常形成淺成熱液型金礦,並伴生有熱液鉛鋅銀(金)多金屬礦,如浙江龍泉八寶山金礦,遼寧與內蒙古交界的二道溝-金廠溝梁金礦帶。
2.隆起基底邊緣活化帶
在大陸活化帶的坳陷區與隆起區過渡帶位於隆起區壹側,常發育中生代超淺成鈣堿性中酸性斑巖體,其同位素年齡值壹般在170~100Ma之間。區域巖漿巖帶的分布受隆起區邊緣的多級復合斷裂系控制。
基底為前寒武紀的變質巖系,但不同的隆起區略有差異,如北方出露的基底為低角閃巖相-綠片巖相和麻粒巖相的變質巖,前者主要為斜長角閃巖,其次為黑雲母變粒巖、糜棱巖化大理巖等,其原巖為壹套基性-中基性-中酸性海相火山巖及少量的矽質沈積巖系;後者主要為麻粒巖、片麻巖和磁鐵石英巖,其原巖為壹套孔茲巖系和TTG巖系;而南方的贛東北(德興)主要為壹套低綠片巖相的變質巖,如各種千枚巖、黑雲母片巖等,原巖為壹套火山沈積巖系。各變質巖系中普遍含有炭質,金的背景值為(0.6~4)×10-9。
隆起邊緣的侵入巖體多呈小巖株、巖墻、巖瘤和巖脈狀,其內外接觸帶及控巖構造帶上熱液蝕變強烈,主要為雲英巖化、矽卡巖化、黃鐵絹英巖化、絹雲母化、綠泥石化、碳酸鹽化和矽化。主要巖石類型為重熔型的花崗閃長斑巖、流紋斑巖、花崗斑巖、二長花崗斑巖等。侵入巖SiO2(wB)含量變化於56.8%~71.27%之間,平均為63.54%,Al2O3為14.43%~16.19%,Na2O+K2O為6.02%~7.59%,壹般為w(K2O)>w(Na2O),但偏基性的安山玢巖則為w(Na2O)>w(K2O)。德興銅廠的花崗閃長斑巖(172Ma,Rb-Sr法)稀土元素總量為61×10-6輕重稀土元素比值5.59,無Eu異常,87Sr/86Sr初始比值為0.7042。
該背景下形成的金礦主要為構造破碎帶蝕變巖型、石英脈型和斑巖型,不同地區礦化元素組合有所不同,如銀-金、鉛鋅銀(金)組合和銅金組合,這與各地區的區域地質地球化學背景有關,有些地區的侵入巖為堿性系列巖石時,可出現富碲化物型的金礦床,如膠東金礦、小秦嶺金礦、德興銅金礦和東坪碲金礦等產出在這類地質背景中。
3.繼承性火山斷陷盆地
該類型盆地常位於大陸活化帶的坳陷區內,主要沈積壹套古生代的地層,中生代活化期內再次沈降,形成火山巖盆地。因此,古生代的地層成為火山盆地的基底巖系,而蓋層則為中生代的火山巖系(124.6~76.3Ma,溧水),同時,盆地邊緣有少量的淺成侵入巖體分布。
古生代基底巖系通常為壹套海相—淺海相和海陸交互相的碎屑巖、碳酸鹽巖。其中石炭系和三疊系含有膏鹽沈積,二疊紀有含煤建造,石炭系局部地方含有炭質、泥質和草莓狀黃鐵礦、膠狀黃鐵礦層。其金的背景豐度平均為5.8×10-9。
中生代蓋層為壹套鈣堿性富堿和堿性系列中基性—中性火山巖及次火山巖系,主要巖性為玄武粗安巖、粗安巖、粗安玢巖、粗安質凝灰巖,局部有石英二長斑巖的侵入。火山巖的SiO2(wB)含量為52%~54%,侵入巖含量為56.95%~62.06%,Al2O3為14.90%~17.31%,(Na2O+K2O)為7.36%~9.52%(K2O稍大於Na2O或近於相等),稀土元素總量為(141.58~217.5)×10-6,輕重稀土元素比值為7.72~12.39,δEu值為0.73~0.91,87Sr/86Sr為0.7045~0.706。
盆地中的火山巖系為主要容礦巖系,主要發育淺成熱液型碲-金礦化,局部地方出現斑巖型的金-銅礦化,如寧蕪地區的銅井碲金礦、溧水碲金礦和大平金礦等皆產於這類地質背景中。
4.坳陷褶皺帶的局部隆起區
坳陷褶皺帶位於大陸活化坳陷區內。其間主要發育壹套古生代的海相沈積地層,由於加裏東和海西運動的影響,使得區域地殼發生升降變化,進而導致海水進退交替,因而古生界缺失某些時代的地層(如D1、C1等),但區內整體仍為壹較穩定的沈積環境。進入中生代大陸活化期後,這些古生代的地層常發生強烈的褶皺隆起和斷裂坳陷,在隆起區內常發育大量中酸性侵入巖,巖體年齡在150~110Ma之間。
隆起區褶皺地層主要為壹套海相碎屑巖和碳酸鹽巖,局部為半深海相的黑色頁巖、炭質頁巖、矽質巖和海陸交互相的碎屑巖。其中石炭系和三疊系普遍含有膏鹽沈積和膠狀黃鐵礦夾層,為區內重要的容礦巖系。主要巖性為灰巖、白雲質灰巖、白雲巖、炭質頁巖,金的背景值為(1.9~6.7)×10-9。
侵入巖主要為鈣堿性富堿的石英二長閃長巖、花崗閃長巖、石英二長巖、二長花崗巖等,部分地區還出現富堿的輝石閃長巖類。花崗巖類的SiO2(wB)含量壹般為56%~66%,Al2O3為15%~17%,Na2O+K2O為6.5%~7.8%,稀土元素總量為(140~260)×10-6,輕重稀土元素比值為5~9,δEu值為0.83~1.02,巖體中金的背景值為(1~24)×10-9,87Sr/86Sr初始比值為0.706~0.710,δ18O值為9.0‰~11‰(平均9.9‰),δ34S值為2.35‰~11.36‰(平均6.39‰)。
圍巖為碳酸鹽巖時,巖體的內外接觸帶發育矽卡巖化,圍巖發育大理巖化,並形成有關的矽卡巖型銅、鐵礦床,在退變質階段形成後矽卡巖型金礦,遠離巖體的地層內常形成鐵-硫-金組合的獨立金礦,下揚子地區(湖北、江西、安徽)的很多矽卡巖礦床和侵入體外接觸帶礦床均產於這種背景之中。
5.古老的陸內拉張區
主要指大陸活化區內古老的火山裂谷盆地或裂陷槽,其中分布了中元古代的堿性玄武質、拉斑玄武安山質和安山質火山巖,中生代的巖漿活動導致金礦床的形成。
壹般基底巖系為太古宙低角閃巖相的斜長角閃巖、斜長角閃片巖、角閃斜長片麻巖、角閃巖、黑雲母斜長變粒巖,含石墨片麻巖、石墨大理巖,原巖為中基性-中酸性火山巖建造。在此基底之上,發育中新元古代的火山-沈積巖蓋層,主要巖性為拉斑和堿性系列的基性、中基性、酸性火山巖及其火山碎屑巖和正常碎屑巖。火山巖為雙峰式組合,其中玄武巖的SiO2(wB)含量平均為51.21%,Al2O3為14.64%,Na2O為2.68%,K2O為3.58%,屬堿性系列玄武巖,稀土元素總量為164.93×10-6,輕重稀土元素比值為5.18;拉斑玄武質安山巖的SiO2含量平均為55.77%,Al2O3為14.20,Na2O為3.13%,K2O為2.86%,稀土元素總量平均為255.38×10-6,輕重稀土元素比值為8.48,δEu值為0.63~0.93;英安巖的SiO2含量為67.84%,Al2O3為12.95%,Na2O為1.88%,K2O為5.69%,稀土元素總量為368.35×10-6,輕重稀土元素比值為9.19;流紋巖的SiO2含量為74.05%,Al2O3為11.95%,Na2O為0.81%,K2O為5.55%,稀土元素總量為336.17×10-6,輕重稀土元素比值為9.35。整個蓋層巖系金的背景值為(0.4~1.9)×10-9。
侵入巖主要為燕山期堿性系列的堿性正長巖(132.63Ma)-黑雲母正長巖-石英正長斑巖和鈣堿性富堿系列的花崗閃長斑巖-花崗斑巖-二長花崗斑巖組合(115Ma),它們均侵位於中、新元古代的蓋層巖系中。前壹組合巖石的SiO2(wB)含量為62.2%~70.93%,Al2O3為12.87%~15.59%,Na2O為1.42%~3.62%,K2O為3.91%~7.19%,後壹組合巖石的SiO2含量為68.52%~73.38%,Al2O3為13.33%~14.56%,Na2O為2.02%~5.25%,K2O為3.2%~6.2%。它們的稀土元素總量變化於(32~200)×10-6之間,輕重稀土元素比值為4.61~8.34,δEu值為0.61~1.01。巖體中金的背景值為(1.5~10.3)×10-9,平均為7.8×10-9。
太古宙、中新元古代地層和燕山期的花崗巖系均為容礦巖系,主要礦化類型為富碲的熱液型金礦,呈石英脈和角礫巖脈狀礦體產出,並有鉛、鋅多金屬礦相伴生,河南的熊耳地區和甘肅北山地區的部分金礦就產在此類地質背景中。