本区金矿赋存在太华群、熊耳群中,经历的地质演化历史悠久,可受到后期多次热-构造事件的叠加影响。这是元古宙火山岩地区金矿成矿作用的特色,区别于其它近代火山岩地区。由于后期热-构造事件的叠加影响,初始成矿作用的痕迹不易保留、辨别,致使难以明确成因类型,并易产生不同的认识。
火山岩地区的金矿床可以在火山岩系堆积盆地及下伏基底的地层中产出。这与本区的地质情况相似,可以参照近代火山岩中浅成热液贵金属矿床的研究成果进行讨论。Harold.F.和Bonham.Jr(1989)将产于火山岩中浅成热液贵金属矿床根据蚀变矿物特征、主要的和微量的金属含量以及有关火成岩的类型分为以下三大类。
第一大类为低硫型,与石英-冰长石-碳酸岩-绢云母蚀变有关,总硫量低,银/金比值通常较高。该类矿床与钙碱性或碱钙性火山岩有关,有大量的Mo、W、Mn、F和Se地球化学异常以及数量不等的贱金属硫化物。
第二大类为高硫型,以泥质蚀变发育为特征,金与硫砷铜族矿物有关。总硫量高,以硫化物和硫酸盐形式出现。该类矿床在时间上、空间上和成因上与中性的钙碱性火成岩有关,Bi、Mo、Te是重要的微量金属元素。
第三大类以石英-萤石-碳酸盐-冰长石-钒云母蚀变为特征,银/金比值低,金一般以碲化物形式产出。该类矿床在成因上与碱性火山岩有关。F和Te是该类矿床的特征地球化学标志,而Cu、Pb、Zn含量少。成矿体系总硫量低。
李兆乃(1992)按金属矿物的特征元素和矿物组合也相应地分为三类:①低硫的冰长石-绢云母型;②高硫的石英-明矾石型,又称明矾石-硫砷铜矿型或酸性硫酸盐型;③近地表的富碲化物型,又称碱性岩型,其容矿围岩为碱性或偏碱性的火山岩、火山穹丘或岩颈。
关于第三类产于碱性岩中的金-碲化物型以往没有单独作为一个类型,1983年Bonham和Giles,1984年Bonham将它们划分为浅成热液矿床的一个亚类,同时Heald—Wetlaufer(1983)则认为金-碲化合物矿床可能成为浅成热液矿床一个单独类型。目前可以认为碲化物型是与碱性岩浆活动有关的一个金矿成因类型。
一、碲化物型金矿
构造蚀变岩型北岭、上宫等金矿都以富碲、硒和种类繁多的碲化物为标型特征,属碲化物型,区别于其它两类。高硫的石英-明矾石型固然存在碲化物,但硫砷铜矿族是其标型矿物,有多种铜矿物出现。Heald—Wetlaufer等(1983)曾指出,尚未发现硫砷铜族矿物产于低硫型和碱性岩型金矿中的现象;泥质蚀变是其典型特征,时间上、空间上、成因上与中性成分的钙碱性火成岩有关,明显地区别于北岭、上宫金矿。低硫的冰长石-绢云母型,缺乏碲化物,银/金比值通常较高,含有较多的Mo、W、Sn,有关围岩为典型的钙碱性或碱钙性安山岩、英安岩、流纹岩,也明显地区别于北岭、上宫金矿。
本区碲化物型金矿有自身的特点:地球化学元素组合为Pb-Mo-Ag-Au-Ge-Sb-As-Ba(北岭)和Ag-Mo-As-Sb-Au-V-Pb-Cu(上宫),Au与Te、Se、As、Sb呈明显的正相关关系,Ag/Au比值低;铅同位素组成指示矿质主要来自地幔和下地壳;围岩蚀变作用有硅化、钾化、青磐岩化并显示分带现象,存在与碱性岩浆活动有关的特征钾质蚀变作用;成矿流体为
型,明显有大气水参与;硫同位素组成以富轻硫为特征;成矿环境氧逸度较高,温度低,压力低,成矿时间为由弱碱性环境向弱酸性环境演化的过渡阶段;矿石与围岩的物质组分有密切的关系,杏仁充填物中含有不等量的金,有的保留有原生矿石组构——显微球粒组构;古地磁研究表明矿石、围岩极点都在熊耳群火山岩系视极移演化曲线范围内。这些都是与熊耳期岩浆侵入-火山喷发活动有关的元古宙碲化物(碱性岩)型金矿的标志。
总之,通过比较构造蚀变岩型北岭、上宫金矿与产于火山岩中的浅成热液金矿床,认定属碲化物(碱性岩)型的标志和证据比属其他两种类型的更充分。应该指出的是,火山岩中三种类型金矿的划分依据多是环太平洋带近代火山岩中的金矿,时间最久远的,也不超过中生代,而熊耳群火山岩系是中元古代早期产物,至少在17亿年前生成,经历悠久的地质演化历史并多次受热-构造事件的影响(王屋山运动—燕山运动),这些都可以对金的成矿作用产生影响或叠加改造作用。上宫矿区绢云母化蚀变岩的Rb-Sr等时线年龄为242Ma,显示了印支期叠加改造作用;北岭矿区熊耳群上覆高山河组具有482±59Ma的Rb-Sr等时线年龄,是否反映了对金矿的叠加作用时间尚待考察。目前测得的292Ma40Ar-39Ar法年龄是海西中—晚期之前成矿的标志。
二、低硫型金矿
角砾岩型祁雨沟金矿与上述金矿有明显差异。祁雨沟金矿角砾岩体贯穿基底太华群和上覆熊耳群火山岩系,矿物组分复杂,以出现多种铋矿物为特征,无硫砷铜族矿物。围岩蚀变作用有较为特殊的绿钙钠闪石化、正长石(冰长石)化和黑云母化。成矿元素组合为Au-Ag-Cu-W-Sn,Ag/Au比值较高。硫同位素组成显示陨石硫特征,铅同位素组成表明铅为地幔铅和造山带铅的混合物。成矿流体由
型转化为
型,是岩浆水、变质水、大气水的混合流体。成矿温度较高。与其相邻的雷门沟地段出现以Mo为主的元素组合。与低硫冰长石型的特征很相似,可以确定为属该类型。目前以其存在花岗斑岩角砾和有关地质年龄为依据,结合与其邻近的雷门沟发育具钼矿化的斑状花岗岩,判断成矿时代为燕山期,有别于其它类型。然而矿区内存在燕山期正长岩脉和Rb-Sr年龄为中元古代的熊耳期次火山岩-闪长玢岩,均穿切矿化角砾岩体;并且花岗斑岩也不是燕山期特有的产物,店坊金矿区除花岗斑岩呈脉状穿切角砾岩体外,还可见到花岗斑岩与流纹(斑)岩过渡的情况。这些问题有待进一步工作解决。
三、热液型金矿
角砾岩型店坊金矿赋存在熊耳群焦园组火山角砾岩筒的南侧,受火山机构及其边缘断裂控制,而角砾岩筒则受东西向马超营深大断裂的分支断裂(东西向、北西向断裂)控制。它以成矿温度较高,出现锰铝榴石化、透辉石(阳起石)化和磁黄铁矿、白铁矿为特色,并有较多的方铅矿。元素组合为Au-(Zn、Pb)-(Sb、Hg)-(Ni、Co)-Cu-Au-As,金与Pb-Cu-Zn-Sb呈显著正相关,Ag/Au比较低,Au与Te、Se也呈相关关系,这些与碲化物(碱性岩)型金矿的特征相似。有关矿化蚀变矿物锰铝榴石的Sm-Nd模式年龄是元古宙的,排除了属燕山期的可能性。同时,古地磁研究表明,角砾岩及其围岩流纹岩剩磁方向相同,极点位置相近,是同时生成的。因此可以认为初始成矿是与熊耳期岩浆侵入火山喷发活动有关的。与北岭、上宫金矿的差异在于在火山机构的不同部位,出现不同的蚀变作用和矿化特征,并且可能存在热-构造事件(加里东期—燕山期)的影响。
蚀变岩-石英脉型金矿的赋矿地层、控矿构造条件与上宫金矿相似,矿物组分比较简单,但有数量较多的金属硫化物。元素组合为Au-Ag-(Bi、Sb)-Cu-As-Mo-(Pb、Zn)-W,Au、Ag、Bi、Sb、Cu、Au呈显著正相关。钾化(钾长石化、绢云母化)明显,硅化强烈(可呈石英脉产出)。成矿温度较低,成矿流体为
型,系变质水、大气水、岩浆水的混合物。硫同位素组成以稍富重硫为特征,铅同位素组成指示为地幔铅与造山带铅的混合物。Ag/Au比兼有高的和低的,并出现银金矿。这些特征与碲化物型金矿有相似之处,也存有明显差异。康山金矿控矿剪切带(F2)有黑云二长岩侵入。其K-Ar法年龄为150.7±0.2Ma,表明后期受到了燕山期岩浆活动的强烈影响,致使出现明显差异。碲化物有待进一步查证。
石英脉型金矿在崤山地区最为发育,太华群、崤山群、熊耳群中都有含金石英脉产出,并存在同时贯穿的现象,受不整合面间滑脱断裂带发育的次级断裂控制。含金石英脉产出的层位不同,但其特征相似。矿物组分比较简单,有较多的铜、铅、锌硫化物。元素组合为Au-Ag-Cu-Pb-Zn,As、Sb、Hg含量较低,W、Mo含量较高,主要为中温元素组合。成矿温度较高,大于200℃,主要在250℃以上。成矿流体为Na+-Cl--F-型,富CO2是其特征,区别于其它类型。氧同位素特征表明成矿热液来自变质水和大气水。硫同位素组成稍富重硫,
为1‰±。铅同位素组成在地幔铅演化曲线两侧,指示地幔来源。这表明矿质来自深部地幔及其衍生物——太华群变质火山-沉积岩系、熊耳群火山岩系。在热-构造事件中,由变质水、大气水发生运移,在中等温度、偏酸性的条件下生成含金石英脉。结合该地存在以辉绿岩为代表的热-构造事件,缺乏燕山期岩浆活动的证据,推断基性岩浆活动提供热能,驱动变质水、大气水循环,发生金的成矿作用。该辉绿岩没有同位素年龄测定资料,但依其在太华群、崤山群中呈似层状产出的特征及其中的片理化构造(以往曾称之为绿泥片岩(图版Ⅵ-6)),通常认为是前加里东期的产物,或许是王屋山构造旋回、熊耳期次火山岩。另据秦国群的论述,该区存在辉绿岩穿切含金石英脉的现象,由此可推断成矿时代为元古宙。
硫化物伴生金矿都在熊耳群中产出,受低序次的断裂控制。金与铅锌矿或铜矿伴生,有的铅锌矿体中可单独圈出金矿体。矿物组分比较简单,除铅、锌、铜硫化物外尚有磁黄铁矿、硅锌矿。元素组合主要为Au-Ag-Cu-Pb-Zn,Ag/Au比值高。银金矿物主要为银金矿。成矿温度变化大,为110—410℃。成矿流体为K+(Na+)-Ca2+(Mg2+)-Cl--
型,与碲化物型北岭金矿相似。硫同位素组成富重硫,与该地熊耳群火山岩的特征相似。铅同位素组成在地幔铅和造山带铅演化曲线间,指示来源于地幔和地壳。矿区及邻近地区出露有元古宙的石英钠长斑岩、石英闪长岩(U-Pb法年龄为1440Ma)和燕山期花岗岩侵入体。已测定出1329士Ma和99.29±6.29Ma的矿化蚀变岩Rb-Sr等时线年龄,表明成矿时代是元古宙和燕山期。铜矿伴生金矿矿石具有典型的杏仁组构,其中的充填物黄铜矿、闪锌矿都含有金。硫化物的硫同位素组成富重硫。这些显示了火山喷发期间岩浆热液的特征。
通过上述讨论,可以认为元古宙熊耳裂陷盆地中各种类型金矿床经历的地质演化历史悠久,初始生成条件有一定差异,并受到了后期热-构造事件的影响。这是近代火山浅成热液金矿床成因类型划分所不能包容的。目前可以比较明确地划分出两类,构造蚀变岩型北岭、上宫等金矿属碲化物(碱性岩)型,角砾岩型祁雨沟金矿为低硫冰长石-绢云母型。其它类型金矿矿物组分比较简单,以无硫砷铜族矿物为标志,具有低硫型的特征,可笼统地归属为热液型。蚀变岩-石英脉复合型热液主要来源于变质水、大气水和后期的岩浆水;石英脉型金矿的热液主要来自变质水、大气水,也包括深源水;硫化物伴生金矿型的热液主要来自变质水、大气水、火山气液水和岩浆水。
同样,本区有不同类型金矿产出,主要成矿时代为熊耳期和燕山期,参与成矿作用的流体组分复杂多样,不是单一的,普遍存在大气水,此外还有岩浆水和变质水(建造水)。全部矿床都形成于燕山期是难以解释的。