地质通报  2020, Vol. 39 Issue (8): 1221-1232  
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杨成富, 刘建中, 顾雪祥, 王泽鹏, 陈发恩, 王大福, 徐良易, 李松涛. 黔西南水银洞超大型金矿龙潭组赋矿层岩相特征及对金成矿的控制[J]. 地质通报, 2020, 39(8): 1221-1232.
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Yang C F, Liu J Z, Gu X X, Wang Z P, Chen F E, Wang D F, Xu L Y, Li S T. Lithofacies characteristics of the Longtan Formation and its control of gold mineralization in the Shuiyindong gold deposit, Southwestern Guizhou Province[J]. Geological Bulletin of China, 2020, 39(8): 1221-1232.
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基金项目

国家重点研发计划项目课题《深部矿产资源三维找矿预测评价示范》(编号:2017YFC0601506)、国家自然科学基金项目(批准号:U1812402)和贵州省地质矿产勘查开发局地质科研项目(编号:黔地矿科合[2017]9号)

作者简介

杨成富(1984-), 男, 在读博士生, 高级工程师, 从事金矿地质勘查与研究。E-mail:yangcf1616@qq.com

通讯作者

刘建中(1966-), 男, 研究员, 从事金矿地质勘查与研究。E-mail:2825364825@qq.com

文章历史

收稿日期: 2019-04-08
修订日期: 2020-03-12
黔西南水银洞超大型金矿龙潭组赋矿层岩相特征及对金成矿的控制
杨成富1,2,3, 刘建中3,4, 顾雪祥1, 王泽鹏2,3, 陈发恩2,3, 王大福2,3, 徐良易2,3, 李松涛2,3    
1. 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院, 北京 100083;
2. 贵州省地质矿产勘查开发局一○五地质大队, 贵州 贵阳 550018;
3. 自然资源部基岩区矿产资源勘查工程技术创新中心, 贵州 贵阳 550001;
4. 贵州省地质矿产勘查开发局, 贵州 贵阳 550001
摘要: 黔西南地区水银洞超大型金矿床产于上二叠统龙潭组,金异常富集的高品位层状-似层状矿体受特定的不纯碳酸盐岩和有利岩性组合控制。对龙潭组赋矿层及围岩开展系统岩石学对比分析,总结制约龙潭组沉积作用及岩石类型的控制因素,分析龙潭组中高品位金矿体产出特征及其对岩性岩相的选择性规律。结果表明,龙潭组整体为一套浅水三角洲泥炭沼泽与滨岸潮坪泻湖相沉积,以富含有机质为特征,灰岩夹层可能代表不同时期的海侵事件;峨眉山玄武岩浆的喷溢改变吴家坪期沉积古地理格局和龙潭组中陆源碎屑岩的成分,发育与火山活动有关的沉积,矿石中铁白云石可能是火山碎屑物质热蚀变产物;富有机质和玄武质火山碎屑的不纯生物碎屑灰岩是金异常富集形成高品位矿体的重要控制因素。在黔西南地区找寻该类型矿床时应重点评价特定的岩石类型及组合特征。
关键词: 岩性控矿    龙潭组    岩相    水银洞金矿    黔西南    
Lithofacies characteristics of the Longtan Formation and its control of gold mineralization in the Shuiyindong gold deposit, Southwestern Guizhou Province
YANG Chengfu1,2,3, LIU Jianzhong3,4, GU Xuexiang1, WANG Zepeng2,3, CHEN Faen2,3, WANG Dafu2,3, XU Liangyi2,3, LI Songtao2,3    
1. School of Geosciences and Resource, China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083, China;
2. No. 105 Geological Party, Guizhou Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development, Guiyang 550018, Guizhou, China;
3. Innovation Center of Ore Resources Exploration Technology in the Region of Bedrock, Ministry of Natural Resources, Guiyang 550001, Guizhou, China;
4. Guizhou Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development, Guiyang 550001, Guizhou, China
Abstract: The Shuiyindong superlarge gold deposit, located in southwestern Guizhou Provence, has a high-grade layered orebody in the Upper Permian Longtan Formation(P3l).It is controlled by specific impure carbonate rocks and favorable lithology.In this paper, the authors summarized constraints on the sedimentary facies and rock characteristics of the Longtan Formation.Based on a detailed and systematic petrographic comparative analysis of the host rocks and wall rock, the authors hold that the Longtan Formation consists of a set of shallow-water delta peat bogs and coastal tidal flat lagoon sediments characterized by rich organic matter.Limestone interlayers in Longtan Formation may represent transgressive events of different periods.The Emeishan basalt magma eruption changed Wujiapingian epoch sedimentary paleogeographic pattern and composition of terrigenous clastic rocks in the formation of the Longtan Formation and developed sediments related to volcanic activity; iron dolomite in the ore might have been a thermal alteration product of volcanic clastic material; organic matter and basaltic volcanic fragments in impure bioclastic limestone was an important controlling factor for the abnormal enrichment of gold to form high-grade orebodies.When looking for this type of gold deposits in southwestern Guizhou Provence, researchers should focus on the evaluation of the favorable lithological unit.
Key words: lithologic ore-control    Longtan Formation    lithofacies    Shuiyindong gold deposit    southwestern Guizhou Province    

滇黔桂“金三角”地区(南盘江-右江盆地)位于峨眉山大火成岩省东部,其金资源量超过800 t[1],是继美国内华达地区之后全球第二大卡林型金矿省。位于盆地西北部黔西南地区的灰家堡背斜金矿田探明金资源量360 t,远景资源量有望突破400 t。盆地内金矿床的矿石和赋矿围岩以富含有机质为特征,热液矿物中常含沥青和烃类有机包裹体,基于流体包裹体岩相学及成分分析,顾雪祥等[2-3]认为,盆地内沉积的多套富含有机质和Au、As、Hg、Sb等成矿元素的暗色细碎屑岩或不纯碳酸盐岩在埋藏成岩时期发生了Au等元素的预富集,在后期热动力的驱使下,盆地流体迁移过程中交代围岩的钙质组分和活性铁形成载金黄铁矿,成矿流体中Au分解析出并以次显微或超显微的形式被硫化物包裹或吸附。近年Zhu等[4]建立了峨眉山地幔柱与南盘江-右江盆地卡林型金矿之间的成矿物质来源联系,认为峨眉山大火成岩省地幔柱产生的岩浆分离结晶作用形成的富金下地壳,在氧化性流体作用下导致金发生活化再沉淀形成金矿床。单个流体包裹体的LA-ICP-MS成分分析表明,流体包裹体中不含Fe,认为含金硫化物中的Fe很可能来源于赋矿围岩中含Fe碳酸盐矿物(铁白云石)溶解[5]。矿石精细矿相学研究发现,白云石包裹具[6-7],富含CO2[5],抑制了成矿期白云石的溶解。盆地内成矿流体性质及成矿温度、压力比内华达卡林型金矿更高,且与造山带型金矿的低温端元吻合,因此,有学者认为区内金矿床为造山带型金矿[8]

目前水银洞金矿床探明金资源量294 t,是中国最大的卡林型金矿床,在世界卡林型金矿排名第十。该矿床平均品位5.5 g/t, 其中赋存于上二叠统龙潭组中的金资源量约占75%,产出于其中的矿体往往品位高[9](如中矿段Ⅲc矿体平均品位16.19 g/t),厚度稳定,有用组分分布均匀,其矿石类型也是目前最具经济意义的[10]。龙潭组为一套以海陆交互相细碎屑岩为主的沉积建造, 岩性组合以细碎屑岩间夹生物碎屑灰岩及煤层为特征,是水银洞超大型金矿最主要的赋矿层位[11]。在矿床尺度范围内,龙潭组中稳定产出的不纯生物碎屑灰岩多达14层,而与生物碎屑灰岩互层产出的含煤陆源细碎屑岩的成分以板片状-微晶状的玄武-安山质火山岩岩屑、晶屑及火山灰为主。前人通过全岩地球化学、碎屑锆石U-Pb年龄、微量元素分析等手段,对分布于黔西—滇东的河流相宣威组[12-13],过渡相龙潭组[14-15]和黔西南—桂北地区盆地深水相的晒瓦组、领薅组[14-17]的研究认为,碎屑岩的源岩为峨眉山玄武质和长英质火山岩。水银洞金矿作为南盘江-右江盆地最具特色的碳酸盐岩容矿的超大型矿床,赋矿围岩和矿石富含铁白云石(活性铁),其提供载金矿物Fe的来源为学界共识,但对于含铁白云石的来源、形成机制、控制因素等未见相关报道,而龙潭组中赋矿碳酸盐岩的沉积物质组成(沉积相)受控于沉积物质来源和古地理环境。本文对水银洞金矿床龙潭组矿石及围岩开展系统的岩相学对比分析,探讨区内吴家坪期沉积古地理和物源,总结异常富集高品位金矿体产出特征及其对岩性的选择性规律,指示区内对产出于龙潭组中同类型矿床的找矿预测评价。

1 区域地质背景

水银洞金矿床位于扬子陆块与华夏陆块的交界处(图 1),是南盘江-右江Au-Sb-Hg-As-Tl低温成矿带内最具特色的超大型金矿床。自加里东运动之后,南盘江-右江成矿区以下降为主,泥盆纪—三叠纪接受了巨厚沉积。出露地层主要为泥盆系—三叠系,以三叠系广布为特征,二叠系次之,泥盆系和石炭系仅见于少数背斜核部。由于南盘江-右江盆地发展演化的不平衡性,在不同地区和不同时代,其沉积类型不尽相同。总的趋势是受扬子板块与印支地块俯冲消减碰撞造山影响,北部远离构造活动带而相对稳定,南部活动较大。

图 1 黔西南地区区域地质矿产图(据参考文献[18]修改) Fig.1 Simplified geological map of southwestern Guizhou Province

中二叠世以后,台地和盆地沉积相表现更加突出,西北部(台地相区)上二叠统为潮坪相含煤细碎屑岩系,三叠系主要是碳酸盐岩(图 2)。东南部(盆地相区)上二叠统为细碎屑岩和碳酸盐岩沉积, 三叠系以细碎屑岩为主, 盆地边缘的斜坡相带发育钙屑重力流及浊流沉积[19-20]。台地相和盆地相地层横向上变化十分明显, 同一时限的层位有多个不同的岩石地层单元。过渡相岩性组合往往有利于金矿富集,如水银洞金矿容矿地层龙潭组位于龙潭相区向吴家坪相区过渡地带, 紫木凼金矿区容矿地层夜郎组的岩性显示了向西部飞仙关组岩性过渡的特点。区内构造线的展布受前期深大断裂的影响和制约,北东向弥勒-师宗深断裂、北西向紫云-垭都深断裂与东西向开远-平塘深断裂围限的“三角形”夹块内的构造线主要呈东西向展布,表明区内构造主应力场为南北向水平挤压。构造变形的组合和发育同时受岩相、岩性制约。南东盆地相区上部以能干性较小的碎屑岩为主,形成应变较强的强应变域,发育变形程度很高的断裂挤压构造带;台地相区以能干性较大的碳酸盐岩为主,形成应变较弱的弱应变域,形成的褶皱开阔平缓[10],如灰家堡背斜。黔西南主要金矿床基本都分布在盆地相或盆地边缘地层中,沉积盆地对矿产的控制作用明显;深大断裂的走向和分布对成矿带也有严格的控制。茅口组与龙潭组不整合界面间构造蚀变体和龙潭组中褶皱形成的虚脱空间及层间剥离构造带(张性构造破碎带)是水银洞金矿床最主要的容矿空间。

图 2 黔西南台地相区地层综合柱状图(据参考文献[20]修改) Fig.2 Stratigraphic comprehensive columnar section of platform facies in southwestern Guizhou Province
2 矿床地质特征

水银洞金矿矿体主要赋存于灰家堡背斜轴部附近1 km范围内的龙潭组(P3l)与茅口组(P2m)不整合界面间的构造蚀变体(SBT),龙潭组生物碎屑灰岩,长兴组(P3c)、大隆组(P3d)钙质粘土岩及夜郎组一段(T1y1)泥灰岩中。矿体呈板状、似层状、透镜状产出,矿体产出与岩层产状近一致,走向上呈波状起伏,总体向东倾伏,垂向空间具多个矿体上下叠置的特点(图 3)。按矿体在空间产出形态划分为2种类型:①呈层状-似层状产出于龙潭组与茅口组不整合界面间硅化角砾岩容矿的矿体,其形态与构造蚀变体基本一致,具面状矿化特点,含矿层编号为Ⅰa;产于灰家堡背斜核部龙潭组中的层状不纯生物碎屑灰岩容矿的矿体,形态与生物屑灰岩一致,具顺层矿化特点。其中,龙潭组二段(P3l2)中有6个赋矿层,编号自下而上依次为Ⅲa、Ⅲb、Ⅲc、Ⅲc+1、Ⅲd、Ⅲe;龙潭组三段(P3l3)中有6个含矿层,编号自下而上依次为Ⅳa、Ⅳb、Ⅳc、Ⅳd、Ⅳe、Ⅳf。②产出于背斜北翼F101断层及轴部附近深部隐伏断层破碎带中的断裂型矿体,矿体产状严格受断层破碎带控制。矿石矿物以黄铁矿为主,次为毒砂,晚期雄黄、辉锑矿、方解石等呈脉状充填于开放空间;非金属矿物主要由白云石、石英、伊利石组成,次要成分为炭片,少量萤石、重晶石、金红石、陆源碎屑物等,偶见海绿石。金主要以不可见金赋存于含砷黄铁矿环带中。矿石的结构构造主要有莓状结构、胶状结构、球状结构、假象结构、自形晶结构、交代结构、碎裂结构;稀疏浸染状构造、脉(网脉)状构造、晶洞状构造、生物遗迹构造、角砾状构造、块状构造等。围岩蚀变以黄铁矿化(硫化)为主, 次有硅化、白云石化、伊利石化(泥化)、方解石化等。

图 3 水银洞金矿床典型勘探线剖面 Fig.3 Geological cross section of the Shuiyindong gold deposit
3 龙潭组赋矿层岩性及地球化学特征 3.1 龙潭组岩性岩相特征

龙潭组是层控碳酸盐型矿体的主要赋矿层位,与下伏茅口组呈假整合接触,矿体主要产于中上部。地层厚度218.09~567.21 m,平均厚度276.05 m。据龙潭组钻孔资料统计发现,总体上其厚度自西向东、自南向北逐渐增加,碎屑粒度逐渐变细。按岩性分为3段。

(1) 一段(P3l1):厚度4.65~651.51 m,平均厚度70.24 m。上部为深灰色薄层粘土质粉砂岩及粉砂质粘土岩,在区内西部,其顶部有1~2层深灰色中层生物砂屑灰岩;下部为深灰色薄层粘土岩,局部夹深灰色生物屑灰岩透镜体。龙潭组一段岩性以灰黑色泥质沉积为主(图 4),泥质岩以块状层理为主,偶见水平层理或纹层结构,细砂岩可见小型交错层理。生物碎屑灰岩中可见腕足、有孔虫、腹足类、双壳类等生物化石。灰家堡背斜龙潭组一段的厚度在区域上分布极不均匀,在研究区的东北部钻孔控制的沉积厚度高651.51 m,而在西南部和南部区域沉积厚度不足百米,甚至没有接受沉积,沉积厚度差600 m以上。这种显著的沉积地层厚度差异可能是原始地形地貌差异所致,即在龙潭组一段沉积前,该地区具有较大的地形地貌差。本段以灰黑色粘土岩、粉砂质粘土岩为特征,不含或少见煤层和生物碎屑灰岩,黄铁矿多呈结核状产出,富含有机质。从岩性组合及沉积构造看,本段形成于整体能量较低的沉积环境,为潮坪与浅海碳酸盐岩台地之间碎屑泥质潮下沉积,垂向上逐渐向过渡相演变。本段有零星透镜状小矿体产出,多受控于隐伏断裂。

图 4 水银洞金矿床主要赋矿层岩性柱状图 Fig.4 Lithology column for the Shuiyindong gold deposit, showing relationships between major orebodies and stratigraphic units

(2) 二段(P3l2):厚度100.28~129.19 m,平均厚度117.39 m。深灰色、灰黑色薄-中层粉砂质粘土岩、粘土质粉砂岩、灰色中层钙质粉砂岩,夹8~10层厚度为0.5~3.5 m的深灰色中层硅化含生物屑灰岩及2~3层厚度为0.05~0.60 m的薄层炭质粘土岩或煤线,底部有一层厚度为3.20~4.33m的深灰色中层粉砂岩(或细砂岩),为二段与一段的分层标志。细碎屑岩以水平层理或纹层结构、泥沙互层的交错层理、波状层理、脉状层理和透镜状层理为主(图 4图版Ⅰ-AD),矿物主要有水云母、白云石(Fe白云石)、有机碳质、草莓黄铁矿组成,白云石、水云母可能形成于富含Fe、Mg元素的峨眉山玄武质火山碎屑热变质作用,有机碳质较发育,成弯曲条带状、鸡骨状、片状、无定形状等,常见其包裹草莓状黄铁矿生长,长条状有机碳显示长轴定向分布特征。生物碎屑灰岩中可见介形虫、有孔虫、双壳类、海胆等生物化石(图版Ⅰ-GH),泥微晶方解石为主的碳酸盐矿物胶结生物碎屑,富含有机质,透光性差,有机质和富含Fe、Mg元素的峨眉山玄武质火山灰、火山尘加入形成龙潭组中主要赋矿的不纯碳酸盐岩。受热蚀变作用影响,岩层总体黄铁矿化明显,黄铁矿呈透镜状或纹层状展布。从岩性组合及沉积构造看,整体为一套浅水三角洲泥炭沼泽到滨岸潮坪湖相沉积,灰岩夹层可能代表不同时期的海侵事件。本段为研究区层控碳酸盐型矿体的主要赋存地层。

(3) 三段(P3l3):厚度82.07~105.74m,平均厚度92.41 m。灰色、深灰色薄-中层粘土质粉砂岩、粉砂质粘土岩、粘土岩及炭质粘土岩或煤线(0.1~0.60 m)与6层(单层厚度1.81~11.68 m)深灰色中层生物碎屑灰岩呈韵律不等厚互层。上部灰岩含燧石团块或条带,下部灰岩含生物碎屑。底部为5.12~6.21 m灰色中层含生物碎屑灰岩。本段灰岩夹层厚度均大于龙潭组二段,厚度较大灰岩层以存在碎屑岩夹层为特征(如Ⅳb、Ⅳc矿层),是地层和矿体连接对比的重要标志。主要沉积构造有水平层理或纹层结构,粘土质粉砂岩可见小型交错层理、波状层理、脉状层理(图 4)。生物碎屑灰岩中可见介形虫、有孔虫、双壳类、海胆等生物化石。从岩性组合及沉积构造看,整体为一套浅水三角洲泥炭沼泽-湖-潮坪-碎屑泥质潮下-局限台地相沉积。本段为研究区层控碳酸盐岩型矿体主要赋存层位。

3.2 矿床尺度龙潭组岩性岩相变化特征 3.2.1 岩性变化

龙潭组底部岩性以灰黑色粘土岩为主,偶见含粘土质粉砂岩,灰岩夹层或透镜体。在垂向上,龙潭组一段-三段,粉砂质夹层和灰岩厚度和层数明显增加。据揭露龙潭组钻孔资料统计发现,横向上自西向东、自南向北,龙潭组厚度逐渐增加,碎屑粒度逐渐变细,生物碎屑灰岩厚度和层数逐渐增加,间夹煤层的厚度变薄,层数变少。

3.2.2 沉积构造变化

龙潭组下部粘土岩主要为均质层理,向上局部见泥质脉状层理和砂质透镜状层理,砂球构造,平行层理、交错层理、韵律层理和波状层理。横向上从西向东,交错层理和波状层理逐渐向平行层理、韵律层理演变。

3.2.3 生物化石

总体表现为龙潭组一段下部生物化石稀少,向上至龙潭组三段生物化石增多,出现较多生物碎屑灰岩夹层,局部粘土岩中见炭化植物化石碎片。化石主要有双壳、腕足、棘皮、藻类、有孔虫和类,棘皮类中海百合茎居多。据此推测,区内生物逐渐繁盛。

3.2.4 龙潭组一段厚度不均一

根据揭露龙潭组钻孔资料统计分析发现,在矿床尺度范围内,龙潭组一段厚度总体上表现为南薄北厚、西薄东厚的特点,位于矿区东北部的钻孔ZK40765揭露龙潭组一段厚度651.51 m,而在西南部、南部等沉积厚度不足百米,甚至没有接受沉积,沉积厚度相差约600 m。这种显著的地层沉积厚度的差异可能是由受同沉积断裂控制的同沉积隆起和坳陷形成的原始地形地貌差异所致。在龙潭组砂屑灰岩薄片中可见灰岩岩屑,表明灰家堡背斜附近的孤立碳酸盐台地或古隆起可能提供了少量物源输入。

图版Ⅰ   A.采自龙潭组二段(P3l2)Ⅲc矿体顶板,为白云石化水云母化玄武质粘土岩,见小型交错层理;B.图版Ⅰ-A标本薄片透射光显微照片,矿物主要由水云母、白云石、有机碳质、草莓黄铁矿组成。水云母主要形成于热变质作用影响的玄武质火山凝灰物及更细的火山尘,见白云石交代水云母;C.图版Ⅰ-A标本光片反射光显微照片,有机碳质较发育,成弯曲条带状、鸡骨状、片状、无定形状等形态,常见其包裹草莓状黄铁矿生长,长条状有机碳显示长轴定向分布特征;D.采自龙潭组二段(P3l2)Ⅲc矿体底板,为白云石化玄武质粘土质粉砂岩, 见交错层理、波状层理、脉状层理;E.图版Ⅰ-D标本薄片透射光显微照片,主要由0.01~0.05 mm粒级岩屑、晶屑(少见石英晶屑)、火山灰等火山凝灰物与白云石为主的碳酸盐矿物组成。白云石矿物可能为后期热液交代富含Fe、Mg元素的玄武质火山碎屑物的白云石化蚀变形成;F.图版Ⅰ-D标本光片反射光显微照片, 光片中见微层理构造。有机碳片长轴定向或无定形有机碳质定向分布叠加了与其密切共生的草莓状黄铁矿;G.采自龙潭组二段(P3l2)Ⅲc矿体,硅化生物碎屑灰岩,具生物碎屑结构;H.图版Ⅰ-G标本薄片透射光显微照片,见泥微晶方解石为主的碳酸盐矿物胶结生物碎屑,生物碎屑主要有海绵骨针、藻类、海胆、有孔虫、海百合、三叶虫碎片等。胶结物以泥微晶方解石为主,富含有机质,透光性稍差。浸染状分布的石英不同程度交代生物碎屑与胶结物碳酸盐矿物,石英交代易发生在孔洞发育、结构疏松的生物屑部位,见方解石细脉中包裹石英颗粒或切割石英细脉;I.图版Ⅰ-G标本光片反射光显微照片,石英强烈交代的生物碎屑中黄铁矿密集分布,且多颗粒聚集生长。在硅化强烈的部位,偶见粗大辉锑矿分布石英粒间
3.2.5 矿化及蚀变

总体上,龙潭组黄铁矿化极其普遍,下部较纯的粘土岩中也有大量的草莓状黄铁矿产出(图 4),其含量与地层中火山碎屑物质密切相关,矿石和围岩中普遍见白云石或铁白云石,而粘土矿物(伊利石)主要由火山碎屑物质蚀变而来。成矿流体硫化铁白云石中的铁,形成自形-半自形载金黄铁矿,同时铁白云石蚀变为白云石并包裹含金黄铁矿。硅化表现为矿石的方解石被溶解,他形似碧玉岩含有方解石的残余,而白云石和少量铁白云石未能溶解。伊利石常围绕含金黄铁矿和似碧玉岩,或充填在由去碳酸盐化作用形成的孔隙中,在美国内华达Getchell矿床,伊利石的含量与金含量具有很好的相关性[21]。水银洞金矿床产出于龙潭组薄层富含有机质和玄武质火山灰(尘)的不纯生物碎屑灰岩中,金异常富集(最高可达上百克/吨),其特点是矿石中火山碎屑物质热蚀变形成铁白云石,被成矿流体硫化形成载金黄铁矿,而大量微(泥)晶方解石胶结的生物碎屑被石英和黄铁矿交代或取代形成溶蚀孔洞或孔隙,同时富有机质、钙质组分的碳酸盐岩更容易与流体反应,且有利于流体的运移。龙潭组中成矿晚期的脉状石英、辉锑矿、雄黄等产出于隐伏断裂带及其旁侧等开放空间。

3.3 龙潭组元素地球化学特征

于鑫等[14]研究认为,龙潭组细碎屑岩全岩主量元素以低SiO2(28.31%~51.87%,平均40.02%)和Al2O3(4.28%~20.49%,平均15.00%)、高TiO2(0.96%~4.13%,平均3.02%)和Fe2O3(3.96%~16.95%,平均12.21%)为特征,具有相对均一且低的Al2O3/TiO2值(3.88~6.93,平均5.10),与峨眉山高钛玄武岩的Al2O3/TiO2值(2.5~5.5)较一致[22-26]。结合系统的碎屑岩岩矿鉴定结果,可以判定龙潭组下部的沉积碎屑主要来源于峨眉山高Ti玄武质火山岩及酸性火山岩。龙潭组的碎屑锆石显示峰期年龄约为260 Ma,与峨眉山大火成岩省的火山喷发期(263~258 Ma)吻合[14]

4 龙潭组含矿建造沉积古地理及控制因素 4.1 龙潭组赋矿层沉积古地理

中、晚二叠世之交,贵州西部地区岩相古地理在空间上发生了突变,自西向东表现为由茅口期浅海台地碳酸盐岩突变为吴家坪期宣威组陆相沉积碎屑岩、龙潭组过渡相滨浅海碎屑岩和吴家坪组海相台地碳酸盐岩。这种岩相古地理上的突变反映本区经历了重大的地质事件,导致在茅口末期发生了大规模海退,由浅海环境变为陆地环境,通常认为是东吴运动的结果。源于核幔边界或上下地幔边界的地幔柱隐含的巨大能量导致地幔的大规模熔融和大火成岩省的形成[22]。研究认为,快速上升的地幔柱对岩石圈的动力冲击、热效应、岩浆底侵作用等通常会造成大规模的地壳抬升并形成穹状隆起[27-29]。何斌等[30-33]对扬子地块茅口组之上、峨眉山玄武岩之下碎屑岩地层学和沉积学的研究认为,峨眉山玄武岩喷发是晚二叠世重要的地质事件。在峨眉山玄武岩喷发前地壳发生了快速抬升,并形成穹状隆起,为峨眉山大火成岩省地幔柱作用的形成机制和空间展布提供了佐证。因此,玄武岩喷发前的地壳抬升是峨眉山地幔柱构造的重要特征和鉴定标志。东吴运动的性质是一次地壳快速差异抬升,其动力来源于峨眉山地幔柱上升对岩石圈底部的冲击作用[31]

黔西南地区产出于上二叠统龙潭组中的水银洞超大型金矿床与沉积作用、岩石类型及其岩性组合存在密切的关系,而沉积作用及岩石类型受控于当时的古地理格局。贵州西部峨眉山玄武岩浆大面积的喷溢形成玄武岩高原,由西向东形成陆相-过渡相-海相的古地理格局(图 5)。在过渡相-海相水域环境中可能还发育同生断裂,进一步使沉积古地理环境变得复杂。矿区范围内龙潭组岩性岩相特征、沉积构造及生物组合特征表明,水银洞金矿主要赋矿地层龙潭组沉积环境为泥炭沼泽-湖-潮坪-碎屑泥质潮下-局限台地相,煤线-细碎屑岩-不纯碳酸盐岩组合的多次频繁出现,预示海水频繁的进退,可能与西部峨眉山玄武岩多次间歇性喷发对应。

图 5 黔西南地区晚二叠世吴家坪期沉积相模式图[34-35] Fig.5 Schematic sedimentary model showing sedimentary facies of the Late Permian Wujiaping period in southwestern Guizhou Province
4.2 岩相古地理及演变的主要控制因素 4.2.1 古气候对岩相古地理的控制

古气候条件控制着研究区的基本沉积类型和沉积相组合。二叠纪,研究区位于赤道附近,气候温暖潮湿,生物沉积作用和化学风化作用广泛[31-32],发育一套温湿气候条件下的沉积岩组合,如生物碎屑碳酸盐岩沉积及含煤沉积。

4.2.2 古构造对岩相古地理的控制

(1) 同沉积期大型隆起和坳陷对岩相古地理的控制

中晚二叠世,区内可能存在受峨眉山地幔柱上升影响而形成的隆起区,其隆起控制着沉积相带的展布,隆起区为蚀源区,而峨眉山玄武岩喷发后地表坳陷为沉积区。进入晚二叠世早期,除南盘江-右江盆地外的大部分地区已经隆升成为陆地,开始接受陆相和海陆交互相沉积,而盆地仍处于浅海-深海环境。西北部的峨眉山玄武岩为剥蚀源区,峨眉山火成岩经风化剥蚀后,被河流自西北向东南搬运,流经冲积平原、滨海平原,最终沉积在盆地内。而此时的水银洞金矿区可能处于盆地西北缘的海湾环境,由于区域隆升作用的影响,其南面可能存在孤立的古隆起,在晚二叠世早期并没有接受沉积,甚至遭受了风化剥蚀;矿区东北侧为滨海碎屑泥质潮下沉积环境,接受较低能的泥质沉积,导致区内龙潭组具有自西向东、自南向北厚度逐渐增加,碎屑粒度逐渐变细的特征。

(2) 同沉积断裂对岩相古地理的控制

同沉积断裂控制着同沉积隆起和坳陷,断裂带上升盘发育一系列高能生物滩或生物礁,形成碳酸盐台地的边缘(图 5),在同沉积断裂带下降盘为深水盆地沉积。同沉积断裂也是一些相带的分界线,控制一系列特殊沉积体的分布,如水银洞金矿北东缘龙潭组一段显著的地层厚度差异,可能是同沉积断裂控制的隆起或坳陷形成的原始地形地貌差异所致。

(3) 构造运动对岩相古地理的控制和影响

中、晚二叠世之交的东吴运动使贵州西部的古地理面貌发生了很大变化,改变了区内陆源碎屑的物源区,从而改变了晚二叠世的海陆分布和沉积格局。

4.2.3 海平面升降对岩相古地理的的控制

当茅口期海平面上升时,一些大型隆起沉没于水下,使中国南方成为一片汪洋,几乎全部为碳酸盐岩沉积。岩性岩相、厚度均较一致。在吴家坪期,海平面下降时,西部隆起上升成陆,成为区内的陆源碎屑供应地。吴家坪早期为一个海进期,表现为龙潭组一段厚度达600 m左右的粘土岩沉积;吴家坪中期为海退期,在此过程中形成三角洲平原沉积和各类含煤岩系;吴家坪晚期开始海进,至长兴中期海侵最大,形成了含燧石结核的碳酸盐岩沉积。沉积物类型差异的出现与海水进退关系十分密切,海平面的升降影响岩相古地理单元的迁移,出现不同的沉积体系域,沉积物、沉积相、生物群的分异性渐趋明显。

4.2.4 峨眉山玄武岩浆对岩相古地理的影响

晚二叠世峨眉山大火成岩省地幔柱上升[30],峨眉山玄武岩浆的喷溢和侵入,不仅导致该地区沉积古地理格局发生了改变,也发育了与火山活动有关的沉积,改变了陆源碎屑岩的碎屑成分,如龙潭组中普遍发育含火山碎屑物质的沉积岩。

5 龙潭组地层岩性对金成矿的控制

水银洞金矿床受构造和有利岩性组合联合控制,背斜核部有利岩层中形成以碳酸盐岩矿石类型为特征的高品位层状矿体,矿石顶底板为含炭质粘土岩或粉砂质粘土岩(图 4)。这种粘土岩→层状生物碎屑灰岩或泥质生物屑砂屑灰岩→粘土岩组合,构成了对成矿极有利的岩性组合,这种组合在龙潭组地层序列交替叠置,故矿床具有多层矿体的显著特征。从岩石的物理力学性能和流变学特征看,这种有利岩性组合形成能干性(渗透障)与非能干性(不渗透障)有节律性的交替叠置和有序排列。因此在构造作用下,易于在不同岩性界面间形成层间滑动、褶曲、揉皱等构造变形(层间剥离构造带),并释放出足够的容矿空间,有利于热液的迁移和富集。不纯碳酸盐岩主要由方解石、铁白云石、粘土及过渡性矿物组成,岩石化学性质活泼,钙质易溶解,不仅可以扩大孔隙体积,还能释放出CO2增加溶液活性,硫化铁白云石提供铁形成载金黄铁矿。同时灰岩易断裂破碎,节理、裂隙发育,渗透性强,经构造作用易发生破碎(粒)化,使其有效孔隙度增加。而粘土岩具塑性,受构造应力作用易软化、片理化、甚至泥化,其不仅不能增加有效孔隙度,相反还可能降低原岩的有效孔隙度。因此,灰岩夹粘土岩组合,则形成渗透层(障)与不渗透层(障)组合的成矿地球化学障——硅钙面,使成矿热液在其间顺层缓缓流动,并与围岩进行充分的物质交换,或在裂隙、节理附近形成弥散型的蚀变和浸染状的矿化,因此Au在灰岩中发生了高度富集,形成矿体,并且矿体与顶板及底板之间Au含量呈突变关系。龙潭组中上部同一碳酸盐岩赋矿层空间上具有相对稳定的岩层厚度和间距及一致的岩性组合(图 6),连续稳定的灰岩层对矿体有严格的控制,而因相变不连续的透镜状灰岩层不利于形成稳定的矿体。生物碎屑灰岩厚度及其顶底板岩性岩相特征构成的组合标志也是矿体连接对比的依据,辅以各含矿层灰岩之间的相对间距。勘查实践中将矿床尺度范围内稳定产出的某一层生物碎屑灰岩视为一个赋矿层,将矿石品位达到矿床工业指标的连续块体连接为一个矿体。

图 6 水银洞金矿床龙潭组二段主要赋矿层走向上对比图 Fig.6 Stratigraphic columns for the second member of Longtan Formation from west to east in the Shuiyindong gold deposit
6 结论

黔西南地区水银洞超大型金矿高品位层状矿体以不纯碳酸盐岩容矿为特征,受特定的赋矿岩石和有利岩性组合控制,不纯碳酸盐岩及其岩性组合与沉积环境、沉积作用、沉积物来源等关系密切。从龙潭组岩性组合及沉积构造看,整体为一套浅水三角洲泥炭沼泽到滨岸潮坪湖相沉积,岩层中以富含有机质为特征,其中的灰岩夹层可能代表不同时期的海侵事件。沉积作用及岩石类型受控于当时的古地理格局,而岩相古地理的演变受古气候、古构造、东吴运动、峨眉山玄武岩喷发等多种因素控制,特别是峨眉山玄武质岩浆的喷溢改变了沉积古地理格局,导致龙潭组发育与火山活动有关的沉积,改变了地层中陆源碎屑岩的碎屑成分,矿石中铁白云石可能是火山碎屑物质热蚀变的产物。

水银洞超大型金矿床龙潭组中富有机质和玄武质火山碎屑的不纯生物碎屑灰岩易于与流体反应,Fe白云石更有利于硫化释放Fe形成载金黄铁矿,胶结生物碎屑的微(泥)晶方解石更易于被石英和黄铁矿交代或取代,这些有利条件是金异常富集形成高品位层状-似层状矿体的制约因素。在黔西南地区找寻该类型矿床时应重点评价特定的岩石类型及组合特征。

致谢: 中国地质大学(北京)刘家军、邱昆峰教授及审稿专家提出了宝贵的修改意见,在此一并表示衷心感谢。

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