地质通报  2020, Vol. 39 Issue (8): 1212-1220  
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柳永刚, 杨玉平, 李建军, 刘文龙, 薛金牛, 苏秋红, 吴建福, 胡晓隆. 西秦岭造山带天子坪金矿床成矿时代及成因[J]. 地质通报, 2020, 39(8): 1212-1220.
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Liu Y G, Yang Y P, Li J J, Liu W L, Xue J N, Su Q H, Wu J F, Hu X L. Metallogenic epoch and genetic study of the Tianziping gold deposit, West Qinling orogenic belt[J]. Geological Bulletin of China, 2020, 39(8): 1212-1220.
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基金项目

甘肃省地质勘查基金项目《甘肃省徽县天子坪金矿普查》(编号:201502-D07)和中国地质调查局项目《甘肃省柴家庄-太阳寺整装勘查区矿产调查及成矿预测》(编号:1212011120965)

作者简介

柳永刚(1970-), 男, 高级工程师, 从事地质项目技术管理及矿床研究。E-mail:527709711@qq.com

通讯作者

杨玉平(1979-)男, 工程师, 从事野外地质找矿研究。E-mail:740197372@qq.com

文章历史

收稿日期: 2019-10-09
修订日期: 2020-03-28
西秦岭造山带天子坪金矿床成矿时代及成因
柳永刚1, 杨玉平2, 李建军2, 刘文龙2, 薛金牛2, 苏秋红2, 吴建福2, 胡晓隆3    
1. 甘肃省地质勘查基金管理中心, 甘肃 兰州 730000;
2. 甘肃省地矿局第一地质矿产勘查院, 甘肃 天水 741020;
3. 甘肃省地质矿产勘查开发局, 甘肃 兰州 730050
摘要: 西秦岭天子坪金矿床为含金石英细脉、网脉的蚀变岩型金矿,以含金石英脉中的热液锆石作为研究成矿时代的对象,挑选的锆石部分呈局部溶蚀状,无环带或弱环带,Th、U、Pb含量较高,Th/U值较高,属成矿期热液锆石。LA-ICP-MS锆石U-Pb分析获得了110±7 Ma的谐和年龄,与矿区所在地区早白垩世晚期的推覆构造事件吻合,代表了矿床的成矿时代。分析认为,柴家庄矿集区在燕山晚期有一次强度较大的与大型构造有关的构造蚀变岩型金的成矿作用。
关键词: 成矿时代    矿床成因    天子坪金矿    西秦岭造山带    
Metallogenic epoch and genetic study of the Tianziping gold deposit, West Qinling orogenic belt
LIU Yonggang1, YANG Yuping2, LI Jianjun2, LIU Wenlong2, XUE Jinniu2, SU Qiuhong2, WU Jianfu2, HU Xiaolong3    
1. Geological Survey Fund Management Center of Gansu Province, Lanzhou 730000, Gansu, China;
2. First Institute of Geological and Mineral Exploration, Gansu Bureau of Geology and Mineral Resources, Tianshui 741020, Gansu, China;
3. Gansu Bureau of Geology and Mineral Resources, Lanzhou 730050, Gansu, China
Abstract: The Tianziping gold deposit in West Qinling orogenic belt is an altered rock type gold deposit with gold-bearing quartz veinlets and quartz stockworks.The authors selected hydrothermal zircon in the gold-bearing quartz vein for metallogenic epoch research.Some of the zircons were corroded with no rings or weak rings.These zircons also have high Th, U, Pb content and Th/U ratios, indicating that these zircons are hydrothermal zircons.LA-ICP-MS U-Pb analysis of these zircons yielded a concordant age of 110±7 Ma, which is contemporaneous with the continental napping event in this area in late Early Cretaceous, which should be an important metallogenic epoch of the gold deposit.The authors hold that a tectonic altered rock type gold mineralization occurred in Late Yanshanian period in the Chaijiazhuang gold concentration area, which was related to the contemporaneous large-scale tectonic movement.
Key words: metallogenic epoch    ore genesis    Tianziping gold deposit    West Qinling orogenic belt    

甘肃省徽县天子坪金矿床是近年该区发现的资源量规模较大的金矿,与紧邻的九条沟金矿属同一个矿床,已探明金资源量50 t以上,是西秦岭柴家庄金矿集区规模最大的矿床。研究该矿床的成因及成矿时代对区域找矿具有重要意义。

天子坪金矿普查报告、九条沟金矿详查报告及柴家庄整装勘查区成矿预测报告认为,矿床成因类型是岩浆期后热液型金矿,成矿时代为印支期。西秦岭柴家庄金矿集区金矿床年龄数据主要分布在249~190 Ma,集中在210~220 Ma,从以往年龄数据看,柴家庄金矿集区成矿时代与印支晚期花岗岩关系更密切[1-14]

笔者通过研究天子坪金矿含金石英脉中热液锆石的同位素年龄,结合大地构造演化,初步研究认为,矿床成因类型为与大型断裂构造有关的造山型金矿床[15],成矿时间为早白垩世晚期(110±7 Ma);首次提出柴家庄-天子坪金矿集区在白垩纪中晚期发生了一次强度较高、规模较大与断裂构造有关的中低温热液金的成矿作用,这一事件与本区泥盆系推覆与早白垩世之上的构造事件吻合。这一认识改变了过去对柴家庄金矿集区矿床成因类型及成矿时代的认识,对本区的金矿找矿工作具有重大的指导意义。

1 区域成矿背景

天子坪金矿床位于西秦岭弧盆系商丹缝合带南侧中秦岭陆缘盆地[9, 16](图 1)岷县(寨上)-礼县(李坝)-徽县(天子坪)金成矿带(Ⅲ)

图 1 研究区地质简图 Fig.1 Geological sketch map of the study area 1—新近系;2—白垩系;3—三叠系;4—石炭系;5—大草滩群;6—西汉水群;7—舒家坝群;8—志留系;9—新元古界木其滩组;10—古元古界秦岭岩群;11—侵入岩/花岗闪长岩;12—分区大断裂/次一级断裂;13—脆韧性剪切带;14—韧性剪切带;15—不整合地层界线;16—实测/推测地层界线;17—大/中型金矿床;18—大/中型铅锌矿床;19—中型铜铅锌/铜矿床;20—小型磁铁矿/赤铁/褐铁矿床;21—图 2-a位置

区域上以商丹缝合带分2个地层分区,其北部为北秦岭地层分区,出露地层有古元古代秦岭岩群片麻岩加含石墨大理岩建造,新元古代木其滩组中等变质的以中基性火山岩为主夹中酸性火山岩及正常沉积岩建造和早古生代李子园岩群中等变质的沉积-火山岩建造。南部中秦岭地层分区,出露地层有泥盆系海相陆源碎屑-碳酸盐岩沉积建造及少量石炭系、侏罗系,白垩系及新生界。

区域岩浆活动较频繁,加里东期—燕山期均有岩浆活动,且以酸性岩体为主,中性及基性岩脉较少。其中印支期酸性侵入岩最发育,且与金成矿关系密切。

区域断裂构造发育,以东西向为主,叠加后期主断裂从北向南逆冲伴右行走滑,形成北西西向展布的张剪性断裂破碎带,之后主断裂转换为左行走滑,并挤压早期断裂变为具走滑性质的逆冲断层,同时形成具有张扭性质的北东向断裂,最后主断裂再次发生从北向南兼具右行走滑性质的逆冲,使早期形成的次级断裂变陡或倾向南,构成了不同期次、不同方向的相互交织的断裂构造基本格架,形成以长城纪秦岭岩群为结晶基底,新元古代木其滩组和早古生代李子园岩群为褶皱基底,中生代和新生代地层为2层盖层的“立交桥式”复合大陆造山带[16]

独特的大地构造环境及多期次的构造、岩浆活动,为金成矿提供了优越的条件,已发现大、中型金矿床20余处,小型金矿床及金矿点星罗棋布,形成了柴家庄-天子坪金矿集区。

2 矿床地质特征 2.1 地层

矿区位于大河沟倒转复向斜南翼,呈近东西向向北倾的正常层序。出露地层为中泥盆统舒家坝组,呈近东西向展布,为一套半深海-深海相浊积岩系列的碎屑岩沉积,岩石组合为斑点状板岩、粉砂质板岩、钙质板岩、白云岩等。

2.2 侵入岩

矿区内侵入岩不发育,只出露中性和酸性岩脉。

中性岩脉闪长玢岩脉出露于天子坪以东,呈南北向展布,宽度约2 m,长度约20 m。岩石呈灰绿色,斑状结构,块状构造,斑晶多为斜长石和普通角闪石及少量黑云母。岩石整体颜色呈深灰色及灰绿色。主要矿物含量为斜长石小于70%,角闪石30%左右,云母少量,还有少量金属矿物。

酸性石英脉在矿区内大面积出露,尤其以一岩性段第三岩性层居多,石英脉基本都产出在区内次级断裂中,总体走向为北西向,脉宽0.1~1 m,多呈复脉状产出,部分呈似层状,脉体不连续,长3~10 m,与区内金矿化密切相关。

2.3 构造

矿区地层整体为一向北东倾的单斜构造。区域断裂F2呈近东西向横穿整个矿区,其南侧发育一组大致平行排列呈北西西向展布的张剪性次级断裂(F3~F6),为矿区主要控矿构造,倾向北,倾角介于55°~76°之间,长度150~3800 m,宽度1.2~15 m,与区域断裂F2呈10°~35°的小角度交错分布,距离F2断裂0~500 m范围内往往成群成带分布,在西部天子坪一带和东部九条沟一带形成2个集中区,控制金矿体展布(图 2)。

图 2 天子坪-九条沟金矿区地质图 Fig.2 Geological map of the Tianziping-Jiutiaogou gold deposit a—天子坪-九条沟金矿区地质略图;b—天子坪金矿0号勘查线剖面;c—九条沟金矿1号勘查线剖面;1—舒家坝组三岩段砂质板岩;2—舒家坝组二岩段薄-中厚层变长石石英砂岩;3—舒家坝组一岩段第三岩层粉砂质板岩、斑点状板岩; 4—舒家坝组一岩段第二岩层薄-中厚层状长石石英砂岩、变石英砂岩;5—舒家坝组一岩段第一岩层粉砂质板岩;6—断层破碎带及编号;7—断层及编号; 8—褪色蚀变矿化带;9—金矿体及编号;10-铜矿体及编号;11—铅锌矿体及编号
2.4 蚀变矿化

矿区主要发育2条矿化蚀变带,大致限制在2条北西西向断层之间,宽度10~60 m,长度约2000 m,九条沟金矿产于东部蚀变带中,天子坪金矿产于西部蚀变带中(图 2)。蚀变类型主要是硅化、绢云母化、高岭土化、碳酸盐化,黄铁矿化,与金矿化关系密切的是黄铁矿化。

2.5 矿体特征

天子坪金矿主要矿体产出严格受北西西向F5和F6断裂之间的褪色蚀变带控制,九条沟主要矿体受F3和F4断裂之间的褪色蚀变带控制。矿体多呈似层状、条带状产出,有膨胀收缩、分枝复合现象。带内矿体总体产状0°~20°∠58°~83°,与断层产状基本一致,空间分布上大致平行排列和右行斜列(图 2-a)。

2个矿区圈定金矿化带2条,长2500~3200 m,宽10~100 m。天子坪Ⅰ-4金矿体为区内规模较大的矿体之一,长度920 m,控制矿体最大斜深545 m,平均厚度1.84 m,Au平均品位2.59 g/t(图 2-b)。九条沟Ⅰ-1金矿体长958 m,最大垂深478 m,平均厚度6.21 m,Au平均品位3.30 g/t②③(图 2-c)。

矿石类型为构造蚀变岩型。矿石结构主要有碎裂结构、包含结构、鳞片变晶结构等。矿石构造主要为脉状构造、星散浸染状构造,千枚状、斑点状构造、碎裂状构造等(图版Ⅰ-ab)。

图版Ⅰ   a.天子坪金矿体地表露头;b.九条沟金矿体地表露头;c.含金粉砂质板岩矿石;d.钻孔中含金粉砂质板岩矿石;e.天子坪金矿黄铁矿物显微照片;f.天子坪金矿褐铁矿物显微照片;g.黄铁矿附近的不规则自然金;h.褐铁矿附近的不规则自然金

矿石矿物的组成较简单,主要为自然金、黄铁矿、褐铁矿及少量赤铁矿、黄铜矿等,占矿石总量的2%~5%。载金矿物为自然金、黄铁矿、褐铁矿等,金的共生矿物为赤铁矿、黄铜矿等。脉石矿物主要为石英、斜长石、绢云母、绿泥石、方解石、白云石,以及铁碳酸盐和少量白云母、黑云母等,约占矿石总量的95%以上(图版Ⅰ-c~f)。

金的赋存状态以裸露及半裸露自然金为主,赋存于黄(褐)铁矿粒间,相对含量80.49%~85.12%(图版Ⅰ-gh);硫化物和褐铁矿包裹金较少,仅占0.16%~6.10%;脉石英、硅酸盐、碳酸盐包裹金也较少,相对含量为0.31%~11.81%

3 成矿时代

众所周知,金矿的成矿时间较难界定。为了确定成矿年龄,本次针对矿石特征进行了不同类型取样分析、分类型取光薄片鉴定及锆石LA-ICP-MS U-Pb测定等综合分析工作。认为矿区的网脉状含金石英脉应该是主成矿阶段形成的,因此把含金石英脉的形成时代作为天子坪金矿的形成时代较可靠。对比分析在邻区银洞山金矿及陶家湾金矿采取石英脉中流体包裹体中的铷-锶同位素测年,都没有得到有效的年龄,因此,本次在石英脉中挑选锆石进行LA-ICP-MS U-Pb测定,选择热液锆石年龄为成矿年龄,这种方法在许多矿区得到了成功应用[17-22]

3.1 样品采集及分析方法

本次在天子坪金矿Ⅰ-4矿体地表探槽工程TC15中采取含石英脉的蚀变岩金矿样品1件(样品编号2017DCN-2;图 3),该点金矿体Au品位为2.6 g/t,其中石英脉Au品位为3.15 g/t。

图 3 天子坪金矿体地表露头(a)和金矿石(b)照片 Fig.3 Outcrop(a) and ore sample(b) of the Tianziping gold deposit

所采样品在南京宏创地质勘查技术服务有限公司采用常规方法粉碎至0.180~0.154 mm(80~100目),并经过淘洗、电磁选、酒精精淘进行分选,得到300多颗粒锆石,再在双目镜下挑选出晶形完整的锆石颗粒制作样品靶。将锆石颗粒粘在双面胶上,然后用标乐环氧树脂镶嵌固定,待环氧树脂充分凝固后,对其表面进行抛光打磨至锆石内部暴露,再进行锆石反射光、透射光照相、阴极发光(CL)图像研究及LA-ICP-MS分析。锆石的反射光、透射光和阴极发光照相在南京宏创地质勘查技术服务有限公司实验室完成。阴极发光采用TESCAN MIRA3场发射扫描电镜和TESCAN公司阴极发光探头进行锆石内部结构分析。

锆石原位U-Pb同位素年龄分析在自然资源部武汉矿产资源监督检测中心的LA-ICP-MS仪器上用标准测定程序进行。分析仪器为Agilent 7700x型四级杆质谱仪和Photon Machines Excite型激光剥蚀系统,激光器为193 nm ArF准分子激光器。激光剥蚀斑束直经为35 μm,激光剥蚀样品深度为20~40 μm,锆石年龄计算采用标准锆石91500为外标,校正仪器质量歧视与元素分馏;以标准锆石GJ-1为盲样,检验U-Pb定年数据质量;元素含量采用美国国家标准物质局人工合成硅酸盐玻璃NIST SRM 610为外标,以Si为内标进行校正。详细的仪器操作条件和数据处理方法见Liu等[22]。对分析数据的离线处理采用软件ICPMSDataCal完成。

3.2 分析结果

天子坪含金石英脉样品(2017U-Pb-1)挑选了18个有效锆石点(图 4)。分析结果见表 1

图 4 锆石阴极发光图像(CL)及锆石U-Pb谐和图 Fig.4 Zircons CL images and U-Pb concordia diagram
表 1 天子坪金矿床石英脉锆石U-Th-Pb测试结果 Table 1 U-Th-Pb dating result for the quartz vein of the Tianziping gold deposit

其中8、9、10、11、12、16、17、18号共8个锆石有明显溶蚀现象,无环带或弱环带,粒径大多为20~50 μm,Th/U值介于0.2~0.42之间,平均值为0.3,U、Th含量较高,U大于5415.68×10-6,平均值为9779.13×10-6, Th大于1461.16×10-6, 平均值为3020.28×10-6。对比热液锆石特征[17-21],认为是热液锆石。这8个样品在谐和图(图 4)上集中在谐和线下交点及其附近,206Pb/238U年龄值为103~124 Ma, 平均值为110.12 Ma。在年龄加权平均图中6个锆石平均年龄为110±7 Ma,MSWD=1.9(图 4),代表了含金石英脉的形成年龄,说明锆石是在开放的热液环境下形成的,属于成矿期热液锆石。

其余10个锆石多为无色透明,自形程度较好(图 4),粒径大多为20~60 μm,多呈长柱状和正方双锥状自形晶,阴极发光图像表现出典型的岩浆振荡环带和明暗相间的条带结构,属于岩浆结晶的产物[12], 206Pb/238U年龄值为94~1614 Ma, 较凌乱,为深部带入的不同时期的锆石。

3.3 讨论

根据热液锆石U-Pb同位素测年得出锆石平均年龄为110±7 Ma,说明天子坪金矿床的主成矿期时间约为110 Ma。在天子坪金矿区发育一大型推覆构造,东起鲍家沟,经麻沿河到九条沟金矿南部,主构造在鲍家沟一带可见泥盆纪舒家坝组叠覆于早白垩世麦积山组之上(图 5),说明推覆构造形成的时间为早白垩世晚期,与锆石同位素年龄相近。而天子坪金矿的控矿断裂(F2)是该推覆构造的前端反冲断裂。地质构造事件与同位素测定吻合性较好,认为天子坪金矿床主要形成于燕山晚期的证据是可信的。

图 5 泥盆纪舒家坝组叠覆于早白垩世麦积山组之上的构造剖面图 Fig.5 The relationship between the Devonian Shujiaba Formation and Early Cretaceous Maijishan Formation 1—泥盆纪舒家坝组;2—早白垩世麦积山组;3—灰岩;4—泥岩;5—砂岩;6—泥质砂岩;7—含砾砂岩;8—断层破碎带
4 矿床成因

从目前掌握的资料分析,结合叶天竺等的划分方案[15],认为矿床成因为与大型构造有关的造山型金矿床,成矿过程根据本区的构造演化过程[23-33],大致可分为4个阶段(图 6)。

图 6 天子坪金矿成矿模式图 Fig.6 Metallogenic model for the Tianziping gold deposit K1m—早白垩世麦积山组;J1t—早侏罗世炭和里组;C1b—早石炭世巴都组;D2xh—中晚泥盆世西汉水群;D2sh—中泥盆世舒家坝组;γT2—印支中期花岗岩;γT3—印支晚期花岗岩;AnS—前志留纪基底;Pz1—下古生界;1—粉砂岩;2—细砂岩;3—砂砾岩;4—灰岩;5—扁豆庄灰岩;6—条带状灰岩;7—结晶灰岩;8—泥质灰岩;9—粉砂质板岩;10—绢云石英片岩;11—花岗岩;12—断层/破碎带;13—金矿体;14—铜矿体;15—铅锌矿体

(1) 矿源层形成阶段(D1-2-C1):研究区是在加里东期造山,秦岭洋闭合后,在中泥盆世裂陷形成的有限洋盆,王集磊等[23]认为在麻沿河—鲍家沟一线有东西向的隆起把洋盆分成2个小洋盆,南部较浅,以碳酸盐台地相为主,沉积了西汉水群含铅锌矿地层;北部海水较深,沉积了舒家坝组浊流沉积地层,研究区1 5万化探报告认为舒家坝组金的丰度值较高,是本区金矿的主要矿源层。

(2) 挤压造山阶段(T2-3):三叠纪中晚期的印支运动使该地区又一次褶皱造山,伴随着后期的花岗岩的侵入,地层中的金活化迁移富集在有利部位,部分地段富集成矿。

(3) 伸展裂陷阶段(J1-K1):在侏罗纪,本区又变为张裂环境,形成了小的陆内盆地,沉积了侏罗纪及早白垩世地层,这期间,地下热水进一步萃取地层中的Au等元素,形成富含金的地下热液赋存于构造有力地段,为成矿准备了充足的含金流体。

(4) 挤压推覆主成矿阶段(K1-K2):早白垩世末期的挤压,形成一系列推覆构造,在此过程中含金地下热液随构造上移,在构造有利部位充填或交代成矿。

5 结论

(1) 含金石英脉中热液锆石U-Pb年龄为110±7 Ma,代表了矿床的热液成矿时代。该年龄与矿区早白垩世晚期的推覆构造事件吻合,从地质成矿事件的角度进一步证明锆石同位素测年结果可信。

(2) 首次提出在柴家庄矿集区存在燕山晚期与大型构造有关的构造蚀变岩型金的成矿作用,对本区金的找矿具有开拓性意义。

致谢: 本次研究得到甘肃省地矿局一勘院项目组的大力支持;南京宏创地质勘查技术服务有限公司在同位素样品制片、武汉矿产资源监督检测中心在同位素分析等方面做了很大的帮助,在此一并表示衷心的感谢。

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