北山內蒙地區主要巖漿?熱力構造類型及控礦作用分析

張善明, 王根厚, 趙士寶, 李海軍, 梁新強, 胡二紅, 劉瑞欽, 張克儉, 王躍飛

北山內蒙地區主要巖漿?熱力構造類型及控礦作用分析

張善明1, 2, 王根厚1, 趙士寶3, 李海軍4, 梁新強4, 胡二紅1, 劉瑞欽5, 張克儉1, 王躍飛1

(1. 中國地質大學(北京) 地球科學與資源學院, 北京 100083; 2. 內蒙古礦業開發有限責任公司, 內蒙古 呼和浩特 010011; 3. 內蒙古地質礦產(集團)有限責任公司, 內蒙古 呼和浩特 010011; 4. 內蒙古國土資源勘查開發有限責任公司, 內蒙古 呼和浩特 010020; 5. 中國地質大學(武漢) 資源學院, 湖北 武漢 430074)

明確與巖漿活動有關礦床的成因類型, 認識巖漿?熱力構造及其控礦作用, 并開展分類和模型化研究, 進行礦化富集中心圈定及找礦預測, 是在巖漿巖控(成)礦地區開展找礦勘探的關鍵工作之一。北山內蒙地區經歷了長期多階段的構造?巖漿演化, 與巖漿侵入有關的成礦作用強烈且廣泛, 但關于巖漿侵入與成礦、巖漿?熱力構造特征及控礦方面的研究甚少。本文通過綜合分析前人資料, 并補充近幾年大量礦產地質調查或找礦勘探所獲得的新資料、新認識, 將北山內蒙地區主要巖漿?熱力構造類型劃分為3類: 巖漿熱液蝕變帶、侵入接觸疊加應力構造蝕變帶、巖漿成礦系統熱力構造體系, 并以開展過1∶10000構造?巖相填圖及找礦勘探工作的3個礦區為例進行研究分析。巖漿?熱力構造作為一類地質異常, 具有異常顯著性和找礦有效性, 表現形式主要為各類不同尺度的與巖漿活動有關的構造建造、結構構造及熱液活動的痕跡、軌跡等, 其可用來反演流體成礦的過程和環境, 應加強認識和深化研究。

巖漿活動; 巖漿?熱力構造; 構造?巖相填圖; 北山; 內蒙

0 引 言

巖漿侵位過程中形成了區域熱力構造、區域熱力場和區域熱流體系統(張旗等, 2003, 2011, 2013, 2014, 2015a; 張德會等, 2004; 張麗芬等, 2005; 冷成彪等, 2009; 劉曉峰和齊榮, 2011; 方維萱, 2019a), 實踐表明, 對它們進行系統的構造巖相學研究, 深化巖漿侵入構造系統與礦田構造及成礦的認識, 對指導找礦意義重大(裴榮富等, 2009, 2011; 方維萱, 2011, 2012b, 2014, 2016; 方維萱等, 2012a; 王同榮等, 2014; Fang, 2017)。由于巖漿控礦的重要性和廣泛性, 地質工作者對巖漿作用及控礦意義給予極大關注。

楊興科等(2005, 2010, 2015a, 2016)提出了巖漿?熱力構造概念, 即受巖漿?熱力作用影響或控制, 與巖漿侵入或火山噴發活動有一定聯系, 形成于巖漿巖體、圍巖地層、遠程熱力作用影響區的一系列熱力(含部分應力)作用形成的構造類型。方維萱(2019a)將其歸為巖漿侵入構造系統的一部分, 并表述為“與巖漿作用有關的熱力場”, 為構造應力?熱應力?地球化學動力所導致的巖石?流體相互作用, 它們在物質?時間?空間上, 形成了多重耦合與空間拓撲結構。羅照華等(2016)認為巖漿成礦系統與相鄰地質系統強相互作用形成成礦地質異常, 該地質異常即巖漿?熱力構造, 包括建造構造、結構構造及流體系統的變化及變化軌跡。張旗等(2013, 2014, 2017)提出的巖漿熱場, 主旨是大規模巖漿活動造成地殼淺部呈高熱狀態, 一方面促使巖漿熱液礦床形成(張旗等, 2015a), 另一方面必將在比礦區更大范圍內形成不同尺度的巖漿?熱力構造(焦守濤等, 2016)。楊興科等(2005, 2010, 2011, 2015a)和張旗等(2015b)通過調研發現, 無論是在造山帶中金屬礦田區還是在多礦種能源盆地, 巖漿?熱力作用和熱力構造均發育且對成礦起到控制作用。盡管如此, 在礦區或礦田范圍內研究巖漿?熱力構造, 劃分其類型, 并進行找礦預測的工作開展得較少。

北山內蒙地區地處華北板塊、塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊交匯地帶, 位于一個巨大的構造楔形區內, 在漫長的地質構造演化歷史中經歷了多陸塊多期次裂解、拼合、增生?俯沖和碰撞造山等構造運動, 相應地發生了多期次的區域巖漿活動和成礦作用(Wang et al., 2007; Windley et al., 2007; Xiao et al., 2009, 2013; Su et al., 2011; Song et al., 2013a, 2013b, 2013c; 丁建華等, 2016)。近年來完成的大量找礦勘探及科研工作發現, 區內與巖漿侵入有關的成礦作用較為強烈, 因此巖漿活動及成礦也成為地質工作者關注的熱點, 但主要集中在巖石地球化學、年代學、地球動力學及成礦作用方面。同時我們也發現, 該區巖漿活動具長期多階段性, 同期巖漿活動也有復雜的繼承演化和水?巖反應過程, 與之相關的不同類型成礦在同一空間互相疊加, 不同期次成礦在時間軸上互相影響; 另北山內蒙地區地質構造背景多樣且復雜, 尤其是控礦構造極為復雜且難識別, 以往的地質勘查均將礦田構造簡單化或模型化, 這就更加制約了對巖漿成(控)礦作用的正確認識及找礦突破的獲得。作者通過在北山內蒙地區多個礦區的找礦實踐及構造研究工作發現巖漿?熱力構造是該地區重要的控礦構造, 其形成的地質異常具有特征顯著性和找礦有效性, 以往野外工作人員非常關注應力構造, 但對巖漿?熱力構造的關注度不夠, 因此加強對巖漿?熱力構造的認識, 并深化研究, 是有效解決這一瓶頸問題的關鍵方面。

本文以大量前人研究成果為基礎, 歸納了北山內蒙地區與巖漿侵入有關的主要礦床類型, 并以在三個典型礦區通過開展構造、巖漿巖?巖相、地層?巖石、礦物?蝕變精細地質填圖等獲得的第一手資料為依據, 論述了北山內蒙地區主要巖漿?熱力構造類型及控礦作用。

1 區域地質背景

北山內蒙地區地層發育齊全, 從中?新太古界到新生界均有分布, 其中: 奧陶系、石炭系、二疊系及中新生界分布最廣泛, 泥盆系分布相對局限。根據地層的巖性、巖相、成巖環境等, 將北山內蒙地區主要地層分為四套巖系, 代表不同地質背景和演化歷程。分別為: 太古宇基底雜巖殘塊, 為一套低角閃巖相?高角閃巖相的區域變質巖; 元古宇?寒武系低綠片巖相?高綠片巖相淺變質的深海、濱淺海、海陸交互相及陸相沉積巖; 奧陶系?二疊系海相、陸相、海陸交互相中基性火山巖、碎屑巖、碳酸鹽巖、硅質巖, 該系列巖石普遍發育面理、線理; 中?新生界河湖相碎屑巖及松散沉積物。

區內侵入巖分布廣泛, 約占基巖總面積的30%, 主要以酸性、中酸性花崗巖類為主, 可劃分為加里東期、海西期、印支期, 其中以海西期的石炭紀?二疊紀侵入巖體規模最大, 且不同時代的侵入巖體均顯示出受(基底)構造控制的帶狀分布特征。區內花崗質巖漿活動與Cu、Mo、W(Sn)、Au和Fe成礦關系密切, 構造?巖漿的耦合作用為成礦提供了物質、能量條件。同時, 近幾年的找礦勘探發現, 各類脈巖的成礦作用也應該被重視, 尤其是花崗偉晶巖脈內的稀有、稀土元素成礦。

區內構造變形明顯, 總體構造格架為近EW向、NE向區域性大斷裂, 二者組合構成的菱格構造控巖控相, 低序次構造為小型斷層、褶皺及面理化帶, 走向主要有NW向、NE向、NNE向和近SN向(圖1)。

2 構造?巖漿活動與成礦

2.1 成礦帶劃分及與侵入巖漿有關的主要礦床類型

按照《全國礦產資源潛力評價(內蒙古部分)》的劃分方案(許立權等, 2011; 丁建華等, 2016), 北山內蒙地區可劃分為2個Ⅲ級成礦帶和3個Ⅳ級成礦亞帶(表1), 與侵入巖漿活動有關的主要礦床類型有接觸交代型Au-Cu-W多金屬礦、斑巖型銅礦、花崗巖型W-Sn-Mo鎢錫鉬礦、斑巖型Mo多金屬礦、堿性花崗巖型稀有金屬礦等。

1. 第四系; 2. 新近系; 3. 白堊系砂礫巖; 4. 侏羅系泥頁巖; 5. 三疊系碎屑巖; 6. 二疊系火山巖、碳酸鹽巖; 7. 石炭系火山巖; 8. 泥盆系火山巖; 9.志留系碎屑巖; 10. 奧陶系火山巖; 11. 寒武系沉積巖; 12. 薊縣系大理巖; 13. 長城系淺變質碎屑巖; 14. 元古宇變質巖組合; 15. 侏羅紀花崗巖; 16. 三疊紀花崗巖; 17. 二疊紀花崗巖; 18. 石炭紀花崗巖; 19. 志留紀花崗巖; 20. 奧陶紀花崗巖; 21. 超基性巖; 22. 輝長巖; 23. 正斷層; 24. 逆斷層; 25. 推測深大斷裂; 26. 地質界線/含礦巖漿巖體界線; 27. 鐵礦; 28. 鎳礦; 29. 錳礦; 30. 銅礦; 31. 鉛礦; 32. 鎢礦; 33.金礦; 34. 銻礦; 35.鐵銅礦; 36. 銅金礦; 37. 銅鉬礦; 38. 鎢錫礦; 39. 銅鉛鋅礦; 40. 文中3個實例區。

表1 北山內蒙地區成礦區帶劃分表

2.2 構造?巖漿活動與成礦

典型礦床地質特征及區域構造演化表明, 北山內蒙地區與構造?巖漿活動有關的成礦作用主要發生在早古生代、晚古生代及中生代。

從新元古代(約820～540 Ma)沿天山南緣?北山?狼山?白云鄂博?赤峰一線, 華北古陸和塔里木古陸與其以北的古陸群逐漸分離(毛景文等, 2013), 北山處于古生代洋?陸演化早期, 總體為拉張裂解構造背景, 鎂鐵?超鎂鐵質巖漿沿裂谷上侵, 該過程最晚持續到早志留世。在奧陶紀?早志留世裂谷環境,發生了與鎂鐵?超鎂鐵質巖漿活動有關的Fe-V-Ti-Cr-Ni成礦作用。

自早志留世后, 北山局部發生地塊、洋陸殼之間的俯沖, 并發育具島弧、陸緣弧性質的中酸性侵入巖、次火山巖等。在志留紀陸緣弧環境, 發生了與火山巖漿活動有關的Cu多金屬成礦作用(毛啟貴等, 2010; 賀振宇等, 2014)。

從志留紀開始, 古亞洲洋進入俯沖消減階段, 這一過程一直持續到晚泥盆世才結束, 并發生碰撞造山、與板塊碰撞造山有關的巖漿活動及強烈的W-Sn成礦作用強烈(楊合群等, 2009, 2010)。

晚泥盆世?中二疊世, 研究區處于擠壓?碰撞造山環境, 石炭紀?二疊紀西伯利亞、哈薩克斯坦和塔里木三大板塊匯聚碰撞, 巖漿活動強烈(夏林圻等, 2008; 宋健, 2013)。在石炭紀?中二疊世匯聚型陸緣環境, 發生了與巖漿活動有關的Fe-Mo成礦作用(李錦軼等, 2009)。

從三疊紀開始, 研究區處于陸內構造?巖漿活動階段。呂新彪等(2012)認為三疊紀造山后伸展環境下的幔源巖漿底侵和下地殼物質重熔, 形成了與三疊紀侵入巖有關的Mo-Au-Pb-Zn成礦系列。苗來成等(2014)認為三疊紀北山為碰撞?碰撞后構造環境, 發育大規模剪切帶和強烈的巖漿活動及伴生的金屬成礦作用?？傊? 研究區中生代巖漿活動廣泛, 成礦作用強烈。區內海西期、印支?燕山期構造巖漿活動與成礦作用, 還表現在對先期成礦的疊加改造、再富集等方面(杜玉良等, 2009)。

研究區構造?巖漿活動及成礦總體具如下規律: ①礦化時間長, 從早古生代到中生代均有成礦;②礦化產出具時限性和局限性, 即某種成礦作用與某一地質時期內的特定大地構造環境和地質過程有關, 空間分布上成群、成帶集中; ③多元素成礦具有明顯的階段性和方向性; ④金屬成礦過程具一定可對比性, 即對于不同成礦時代的同一類金屬, 其成礦過程具一定可對比性; ⑤晚古生代是成礦作用的爆發期, 其他地質歷史階段形成的礦床(點)不論是在數量上、種類上、還是規模上, 均無法與其比擬; ⑥成礦是巖漿活動與構造活動聯合作用的結果, 二者缺一不可。研究區地層?巖石、建造和構造?巖漿?成礦系統見圖2。

3 北山內蒙地區主要的巖漿?熱力構造類型及控礦作用分析

北山內蒙地區巖漿侵入時空廣泛且活動強烈, 直接促使形成多種相關類型礦床。作者多年的工作發現, 在針對與侵入巖漿活動有關的礦床的找礦實踐中, 認識巖漿?熱力構造類型, 分析其控礦作用非常重要。一方面, 成礦作用與巖漿?熱力作用直接相關, 另一方面, 該作用過程必然留下痕跡, 即巖漿?熱力構造。作為一類地質異常, 巖漿?熱力構造具有異常顯著性和找礦有效性, 其表現形式主要為各類不同尺度的與巖漿活動有關的構造建造、結構構造及不同類型熱液蝕變活動的痕跡、軌跡等, 構造建造、結構構造具地球物理屬性, 熱液蝕變活動的痕跡、軌跡具地球化學屬性, 二者均具有一定的時空序列和拓撲結構。

經初步歸納, 認為巖漿熱液蝕變帶、侵入接觸疊加應力構造蝕變帶、巖漿成礦系統熱力構造體系是研究區最重要的三類巖漿?熱力構造, 下文通過三個實例介紹其主要特征。

3.1 巖漿熱液蝕變帶

3.1.1 成礦地質條件分析

白梁東鐵多金屬礦區出露地層為下石炭統綠條山組濱海瀉湖相正常沉積巖夾火山碎屑巖、大理巖及火山熔巖組合, 石炭系白山組濱海相?遠濱海相中酸性火山熔巖夾正常沉積碎屑巖、大理巖組合。侵入巖主要為晚石炭世花崗閃長巖、英云閃長巖、中二疊世二長花崗巖、石英閃長巖等。主量、微量和稀土元素地球化學研究表明(圖3、4), 石炭紀、二疊紀巖漿巖均屬鈣堿性巖類, 稀土元素配分曲線右傾, 具Eu負異常, Ba、K、Sr、P、Ti明顯虧損, Th、U、Zr、Hf、Sm明顯富集, 指示火山弧或同碰撞花崗巖特征(曹燕山等, 2012)。其中白山組安山巖、英安巖普遍具超貧磁鐵礦化, 形成受巖層控制的正磁異常和大面積分布的Co、Ni、Zn化探異常, 1∶5萬區域化探測量顯示, 白山組與晚石炭世花崗閃長巖內外接觸帶處, Pb、Ag、Mo、Sb、W、Ni、As、Cu化探異常顯著。受晚石炭世巖漿侵入作用, 超貧磁鐵礦化中酸性火山熔巖發生改造, 形成含Co-Au-Pb-Zn-Ag-Cu富磁鐵礦體, 礦床類型有矽卡巖型、接觸交代型、巖漿熱液型。

圖2 北山內蒙地區地層?巖石、建造和構造?巖漿?成礦系統圖

圖3 北山內蒙白梁東鐵多金屬礦區侵入巖原始地幔標準化微量元素蛛網圖(a)和球粒隕石標準化稀土元素配分模式圖(b) (標準化值據Sun and McDonough, 1989)

圖4 北山內蒙白梁東鐵多金屬礦區侵入巖構造判別圖解(底圖據Pearce et al., 1984)

3.1.2 巖漿?熱力構造類型及控礦作用分析

由于成礦與巖漿熱液改造作用有關, 區內各種巖漿熱液蝕變發育?？傮w看, 下石炭統呈一個巨大的捕虜體產于晚石炭世花崗閃長巖內, 侵入巖體與圍巖接觸帶構造發育。自侵入巖體內接觸帶→外接觸帶→圍巖, 蝕變礦化具一定分帶性, 為(黃鐵)絹英巖化+螢石化→綠簾石化(無礦化)→鈣鋁榴石矽卡巖化(Fe-Co(Pb-Zn)礦化)→硅化(無礦化)→褐鐵礦化+絹云母化(Au-Ag-Cu礦化)。一般矽卡巖化僅在碳酸鹽巖層位發育, 以鐵為主的多金屬礦化規模受矽卡巖化規?？刂?圖5a)。

露頭可見, 侵入巖體與圍巖接觸界線扭轉處, 因二者接觸面積大, 且巖漿熱液被圈閉在一個封閉空間內, 熱液蝕變作用更強。經探槽揭露發現侵入巖體與圍巖接觸界線平直處, 蝕變弱而狹窄(圖5b), 接觸界線越復雜, 蝕變作用則越強(圖5c)。鏡下觀察發現, 黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦、磁鐵礦呈它形產于石炭系巖石造巖礦物粒間, 閃鋅礦、黃鐵礦是巖漿侵位過程中流體注入濃縮的結果, 其內包裹著造巖礦物碎屑, 注入充填特征非常明顯。磁鐵礦是巖漿流體與圍巖發生水?巖反應的結果, 與閃鋅礦界線平直截然, 但與造巖礦物卻呈交代港灣狀?？梢姶盆F礦與閃鋅礦間被造巖礦物窄條狀碎屑隔開, 說明二者是不同流體過程的產物(圖5d)。

針對其中一個接觸帶的綜合剖面測量顯示, 花崗閃長巖與變質砂巖外接觸帶, W、Sn、Mo、As等與巖漿熱液有關的元素含量顯著增高, 與鐵成礦有關的元素Co、Ni含量增高, Pb、Zn、Ag含量輕微增高, 并形成明顯的高極化率、低電阻率異常, 而遠離接觸帶, 上述異常均消失(圖6a)。

對其中一條揭露接觸帶的探槽開展了原生暈樣測量, 發現在花崗閃長巖與大理巖內外接觸帶處, Pb、Zn、Ni、Co、Mo顯示跳躍變化的高含量, 在接觸帶內的矽卡巖化帶內, Pb、Cu、Ni、Zn、Co、W形成顯著異常, 在遠接觸帶圍巖側, Cu、Ni、Co、Zn形成微弱異常(圖6b)。

3.2 侵入接觸疊加應力構造蝕變帶

3.2.1 成礦地質條件分析

三個井金礦區出露地層為古元古界北山巖群二巖組黑云石英片巖、角閃片巖、黑云鉀長片麻巖、黑云斜長片麻巖, 局部夾大理巖、硅質巖。侵入巖主要為二疊紀灰白色中粒英云閃長巖, 形成于碰撞前陸緣弧環境(趙志雄等, 2015)。礦區位于公路井?三個井區域韌?脆性構造變形帶內, 該變形帶是北山造山帶晚古生代板內走滑剪切作用的產物, 形成時限可能在300±3 Ma(高勇等, 2016)。金多金屬礦床空間分布受韌?脆性構造變形帶和英云閃長巖與圍巖間的接觸蝕變帶構造聯合控制。

3.2.2 巖漿?熱力構造類型及控礦作用分析

在三個井金礦區, 侵入接觸疊加應力構造蝕變帶控制了金礦化體的產出。在二疊紀英云閃長巖與古元古界北山巖群黑云斜長片麻巖外接觸帶, 形成規模巨大的構造蝕變巖。NW向金巴山?三個井區域性壓扭斷層從英云閃長巖與黑云斜長片麻巖接觸帶處通過, 破碎蝕變帶長>5 km, 出露寬度70～450 m, 傾向208°, 傾角72°～81°。帶內壓扭性斷層平行發育, 集中分布。沿斷層形成寬窄不一的強蝕變帶, 寬數米到50 m, 相互間隔數米至幾十米, 與其他走向、不同期次形成的小型蝕變帶交叉構成網狀。受其派生斷裂控制, 斷裂?裂隙構造蝕變帶呈中西部寬、東部窄的帶狀(圖7)?？傮w來看, Au在兩類構造空間富集, 一類為不同巖性層的界面處(圖8a), 另一類為小型斷裂裂隙尤其是裂隙的尖端(圖8b)。當富Au流體運移至第一類空間, 與圍巖發生反應形成高嶺土化和褪色蝕變, 流體中的高嶺石和SiO2含量急劇增加, 逐漸在適宜的物理化學空間沉淀。當流體運移至第二類空間, 其內壓持續升高, 超越極限而發生爆破, 成礦流體瞬間減壓沸騰, 金屬絡合物失穩, Au被卸載并沉淀(于華之等, 2017)。

(a) 礦化露頭; (b) 平直接觸帶特征及蝕變; (c) 復雜接觸帶特征及蝕變; (d) 鐵多金屬礦石鏡下特征。圖5d中: ① 位于Mag與Sp之間的脈石礦物細脈; ② Mag與脈石礦物界線呈波浪狀; ③ Mag與Sp間界線非常平直; ④ Sp在脈石礦物裂隙內具貫入充填特征; ⑤ Sp內的脈石包裹體。礦物代號: Sp. 閃鋅礦; Mag. 磁鐵礦。

1. 第四系; 2. 變質砂巖; 3. 變質石英砂巖; 4. 硅質板巖; 5. 大理巖; 6. 英安巖; 7. 石英巖; 8. 正長巖; 9. 花崗閃長巖; 10. 破碎帶; 11. 綠簾石化; 12. 磁鐵礦化; 13. 孔雀石化; 14. 矽卡巖化; 15. Fe(Co)礦體。元素單位: Au為×10–9; 其他元素為×10–6。

圍巖蝕變主要有矽卡巖化、碳酸鹽化、黃鉀鐵礬化、褐鐵礦化、高嶺土化、硅化、孔雀石化、黃鐵礦化及褪色等。大理巖夾層內形成矽卡巖化, 僅在局部見似鐵帽的褐鐵礦化、銅藍礦化小透鏡體, 偶見團塊狀或細脈狀方鉛礦, 矽卡巖化為早期高溫熱液階段產物, 與Au成礦關系不大。硅化、碳酸鹽化、黃鐵礦化主要分布在斷裂裂隙構造內, 與Au成礦關系密切, 為晚期中低溫熱液階段產物。黃鉀鐵礬化主要分布在地表石英脈型金礦體及其周圍, 高嶺土化及蝕變褪色普遍發育, 是大范圍空白區內找礦的重要標志。

矽卡巖型Au-Cu-Fe小透鏡體空間分布嚴格受英云閃長巖與大理巖接觸帶控制, 在接觸帶拐彎處, 產狀由陡變緩處, FeT品位由10.0%→30.0%變化, Cu品位由0→0.51%變化, 對比發現, 凡是FeT品位>20.0%, Cu品位>0.10%, 礦化體厚度>0.50 m地段, 均是接觸帶復雜、產狀突變且矽卡巖化強烈地段。Au、Pb在遠離接觸帶的次級斷裂裂隙內富集成礦, 區域性壓扭斷層為導礦構造, 斷層上盤斷裂裂隙為容礦構造, 越遠離接觸帶, 毛細彌漫狀斷裂裂隙構造越發育, 金含量越高, 但礦體總體規模越小, 品位厚度越不穩定(圖9)。具體表現為: 自接觸帶→圍巖, 礦化序列為矽卡巖型Fe-Cu礦小透鏡體(含Au、Ag、Pb)(FeT、Cu、Au、Ag、Pb品位分別為10.0%～ 30.0%、0.10%～0.50%、0.50～1.00 g/t、10.0～50.0 g/t、0.10%～1.00%)→Cu-Pb礦(Cu、Pb、Au品位分別為0.10%～2.00%、0.50%～2.00%、0.50～2.50 g/t)→Au-Pb-Ag礦(Au、Pb、Ag品位顯著增高, 分別為0.90～10.0 g/t, 0.30%～28.0%, 40.0～270 g/t)(表2)。矽卡巖化為早期高溫熱液階段產物, 與Au成礦關系不大, 其他蝕變為晚期中?低溫熱液階段產物, 形成區內主要金多金屬礦體(田紅彪等, 2008), 成礦熱液自侵入巖體向圍巖遷移, 礦化蝕變表現一定的時空序列特征。

區內產出石英脈型和蝕變巖型Au礦化, 取6件樣品進行主量元素分析, 結果見表3。CaO、K2O、MgO總量在6.47%～16.62%, SiO2、Al2O3含量分別為48.72%～60.35%, 3.02%～15.46%, 表明蝕變巖型Pb-Au礦石主要由硅酸鹽、鋁硅酸鹽、碳酸鹽類礦物、硫化物、鐵質礦物等組成, 圍巖與蝕變巖型鉛金礦化學成分相近, 而石英脈型金礦石化學成分則與圍巖差別較大。結合成礦地質特征認為, 石英脈型Au成礦與巖漿流體沿斷裂裂隙的充填交代作用有關, 而蝕變巖型鉛金成礦與巖漿流體同黑云斜長片麻巖的交代蝕變作用有關。近幾年系統開展的1∶5萬土壤(巖石)地球化學測量表明, 北山巖群富Pb、Au等元素, 這與前述的成礦地質特征是一致的, 即圍巖提供了金屬元素, 巖漿活動提供了流體和熱能。

40件人工重砂樣品測量表明, 方鉛礦含量在1～20粒的有7件, 鉻鉛礦含量在1～20粒的有2件, 白鉛礦和鉬鉛礦含量在1～20粒的有13件, 在21～100粒的有8件, >100粒的有1件, 伴生礦物有白鎢礦、錫石、金、剛玉、釷石、螢石等, 鉛人工重砂礦物與白鎢礦和錫石伴生, 暗示成礦與巖漿熱液活動有關。

1. 北山群第二巖組黑云石英片巖、角閃片巖; 2. 北山群第二巖組黑云鉀長片麻巖; 3. 北山群第二巖組黑云斜長片麻巖; 4. 二疊紀灰白色中粒英云閃長巖; 5. 鉀長花崗巖脈; 6. 石英閃長巖脈; 7. 輝綠玢巖脈; 8. 構造破碎蝕變巖帶; 9. 礦體位置及編號; 10. 地質界線; 11. 壓扭性斷裂; 12. 推測斷層; 13. 勘查線位置及編號; 14. 鉛重砂異常范圍及編號。

(a) 不同巖性界面處的鉛金礦化; (b) 小型斷裂破碎帶內的鉛銅礦化; (c) 暗色金屬硫化物以不規則狀充填在脈石礦物粒間; (d) 暗色金屬硫化物沿著碳酸鹽礦物的節理裂隙充填。礦物代號: Qz. 石英; Mu. 白云母; Cal. 碳酸鹽; Cp. 金屬硫化物。

圖9 北山內蒙三個井金礦區礦體品位、厚度變化系數柱狀圖

表2 北山內蒙三個井金礦區各礦體礦化特征表

表3 北山內蒙三個井金礦區巖礦石主量元素(%)分析結果

鏡下可見暗色的金屬硫化物以不規則狀充填在脈石礦物顆粒間(圖8c),還可見金屬硫化物呈細脈狀分布在脈石礦物裂隙內(圖8d), 黃銅礦被方鉛礦包裹呈包含結構, 閃鋅礦呈乳滴狀分布在黃銅礦中, 黃銅礦中可見細粒的脈石礦物包裹體, 顯示多期流體成礦和流體注入充填成礦特征。

3.3 巖漿成礦系統熱力構造體系

3.3.1 成礦地質條件分析

額勒根烏蘭烏拉鉬(銅)礦區出露地層為下石炭統綠條山組砂巖、凝灰巖夾灰巖透鏡體, 下石炭統白山組安山巖、英安巖、凝灰巖及火山角礫巖、火山集塊巖等。巖漿巖主要出露石炭紀中酸性侵入巖, 有石英閃長巖、花崗閃長斑巖、似斑狀花崗閃長巖、中細?；◢忛W長巖、鉀長花崗巖, 總體呈一個復式雜巖體產出, 似斑狀花崗閃長巖是主要的含礦巖體。聶鳳軍等(2005)獲得成礦年齡為332.0±9.0 Ma; 江思宏和聶鳳軍(2006)對雜巖體開展了大量年代學研究, 獲得成巖年齡在271.78～355.16 Ma之間; 筆者獲得中細?；◢忛W長巖(99°01′15″E, 42°21′46″N)和花崗閃長斑巖(99°02′36″E, 42°22′40″N)的諧和年齡分別為310.2±1.3 Ma、346.4±1.5 Ma(課題組未發表數據)。脈巖發育, 巖性有石英脈、花崗斑巖脈、球粒狀花崗斑巖脈、花崗閃長斑巖脈、閃長(玢)巖脈、輝綠(玢)巖脈。礦區總體為一走向NW, 傾向SW的單斜構造, 褶皺不發育。斷裂較發育, 以NW向為主, 其次為NWW向和NE向。

3.3.2 巖漿?熱力構造類型及控礦作用分析

在額勒根烏蘭烏拉鉬(銅)礦區, 特有的斑巖熱力構造體系控制著礦化蝕變的類型和分布。在斑巖體內部, 各類地質界面處鉬礦化較強烈、規模較大, 接觸界面包括以下幾類: ①斑巖體礦物成分、結構構造發生突變的界面。大量巖心的觀察發現, 一般在石英、碳酸鹽、鉀長石、黃鐵礦含量驟增處, 鉬礦化較富(圖10a)。從結構構造看, 似斑狀特征越明顯, 長石、石英類礦物晶體越大, 礦化越強(圖10b)。②斑巖體裂隙內充填泥質、硅質及方解石細脈, 在細脈與斑巖接觸帶處礦化發育(圖10c)。③斑巖體內中基性包體或圍巖捕虜體發育, 在包體或捕虜體與斑巖接觸帶處礦化發育(圖10d)。據賀中銀等(2015), 該礦床屬后生斑巖鉬礦, 有兩類封閉空間較有利于成礦: 一類為似斑狀花崗閃長巖呈脈狀貫入圍巖安山巖內, 安山巖致密, 裂隙不發育, 其作為巖脈頂底板, 起到了較好的隔擋層作用, 使礦液不易流通和散失(圖10e)。同時, 這種地段斑巖體與圍巖有更大的接觸面積和更封閉的空間, 有利于礦液在巖體內部特別是頂部或接觸帶成礦(圖10f); 第二類是巖體與圍巖接觸帶處, 因受到阻擋和擠壓作用, 內接觸帶的巖體更致密, 節理裂隙相對不發育, 礦物粒度更細, 亦起到了隔擋層作用, 對成礦有利(圖10g、h)。

(a) 似斑狀花崗閃長巖內鉀長石高含量地段, 礦化富; (b) 似斑狀花崗閃長巖含礦、花崗巖無礦; (c) 礦化富集地段的微構造; (d) 圍巖捕虜體密集分布處礦化富; (e) 似斑狀花崗閃長巖呈巖脈貫入圍巖內, 礦化富; (f) 似斑狀花崗閃長巖與圍巖復雜接觸帶處, 礦化富; (g) 接觸界線處被擠壓的似斑狀花崗閃長巖為流體成礦的隔擋層; (h) 接觸帶處的含鉬磁鐵礦化。

垂向上, 在斑巖體內部形成明顯的熱液蝕變?礦化分帶, 淺部(0～200 m)為絹云母化帶, 中部(200～350 m)為云英巖化帶, 深部(>350 m)為鉀硅酸鹽化帶。絹云母化帶: 位于花崗閃長斑巖淺部或邊部, 金屬礦物有黃鐵礦、黃銅礦、孔雀石, 呈浸染狀或以石英?方解石?硫化物細脈形式產出, 金屬礦化強度與蝕變強度正相關。云英巖化帶: 位于花崗閃長斑巖、似斑狀花崗閃長巖中, 尤以似斑狀花崗閃長巖中廣泛, 金屬礦物有黃鐵礦、輝鉬礦, 呈浸染狀或以石英?硫化物細脈形式產出, 金屬礦化強度與蝕變強度正相關。鉀硅酸鹽化帶: 在深部巖體中發育, 以強烈且廣泛的次生鉀長石發育為特征, 深部鉆探驗證鉀化蝕變與最晚一期的鉀長花崗巖有關, 該蝕變帶內金屬礦化強度明顯降低, 僅見少量黃鐵礦。

平面上, 自斑巖體向圍巖, 亦可見明顯的蝕變?礦化分帶, 巖體中心為云英巖化帶→巖體邊部為絹云母化帶→近接觸帶安山巖為青磐巖化帶→遠接觸帶安山巖、凝灰巖發育綠簾石化(圖11)。云英巖化帶: 主要分布在似斑狀花崗閃長巖內, 常見金屬礦物為黃鐵礦。絹云母化帶: 主要分布在花崗閃長巖內以及似斑狀花崗閃長巖與圍巖捕虜體內外接觸帶處, 金屬礦物有黃鐵礦、黃銅礦、孔雀石、磁鐵礦。青磐巖化帶: 為巖漿熱液與中基性火山巖水?巖反應的產物。侵入巖體周邊安山巖中, 青磐巖化空間分布嚴格受接觸帶控制, 侵入巖體內安山巖捕虜體中, 青磐巖化廣泛發育, 捕虜體規模越小, 蝕變越強。蝕變礦物為微粒綠簾石、綠泥石、碳酸鹽、黃鐵礦、高嶺土, 金屬礦物主要為孔雀石、鏡鐵礦、黃銅礦、黃鐵礦、磁鐵礦, 多呈細網脈狀產出。綠簾石化: 已不具帶狀分布特征, 而是在局部巖石裂隙或斷裂發育處聚集呈片, 局部可見褐鐵礦化、硅化, 金屬礦物偶見孔雀石, 采樣化驗含Cu、Au。

4 討 論

在北山內蒙地區, 巖漿活動強烈, 巖漿巖分布廣泛, 控礦作用明顯, 幾乎絕大部分礦床, 不論其時空分布, 還是成因、后期改造等方面, 均與巖漿活動有著或強或弱的聯系。如研究區非常重要的Au礦床, 以元古界淺變質巖為容礦圍巖, 以往認為其成礦作用與巖漿活動關系不大, 后通過地球化學、成礦流體方面的研究發現, 其主要的控礦因素仍是海西期、印支期的巖漿侵入活動(聶鳳軍等, 2002)。石炭紀?二疊紀巖漿活動與成礦關系的重要性已被普遍接受, 同時也要關注與中生代巖漿活動有關的成礦作用, 近幾年的工作發現, 與中生代堿性花崗巖有關的“三稀”成礦可能一直以來被忽略, 內蒙古地勘八院在北山內蒙微波山地區發現Nb-Ta-Rb多金屬礦點, 顯示較大找礦潛力, 也啟示我們應重視三稀礦產的找礦評價工作(胡二紅, 2018; 胡二紅等, 2020)。苗來成等(2014)認為中生代印支期是北山地區最晚一次大規模巖漿活動與金屬成礦期, 其發育范圍、規模和強度遠超原來的認識。由于遭受剝蝕、改造的時間相對短, 地質過程相對少, 中生代形成的礦產也具備相對好的保存條件。

眾所周知, 一直以來, 應力構造都是探礦人員和科研人員關注的重點, 深入全面認識應力構造的控礦作用, 是取得找礦突破的關鍵。前幾年完成的危機礦山深部找礦取得豐碩成果, 同時也發現一個規律, 幾乎絕大部分礦床, 哪怕是以往認為與巖漿活動幾乎無任何關系的層控礦床, 均顯示與巖漿侵入活動的關聯性?？梢? 巖漿控礦作用與構造控礦作用同等重要。楊興科等(2005)認為, 與巖漿活動相伴的巖漿?熱力運動必將導致巖石物質成分、結構構造等發生變化, 進而形成巖漿?熱力構造。羅照華等(2016)認為含礦流體以巖漿侵入體為起點向遠離巖體方向傳輸, 含礦流體與傳輸路徑中的屏蔽介質每發生一次強相互作用, 都會留下顯著的物質記錄, 巖漿?熱力構造可以說是這種物質記錄與屏蔽介質的集合。方維萱(2019a)認為巖漿侵入構造系統是與巖漿侵入作用有關的構造巖相帶, 其內形成了成巖成礦系統, 并可能發生大規模礦產富集成礦, 可以認為巖漿侵入構造系統包含巖漿?熱力構造, 而巖漿?熱力構造更強調除應力構造以外的熱力構造。

1. 中奧陶統咸水湖組; 2. 下奧陶統羅雅楚山組; 3. 二疊紀鉀長花崗巖; 4. 石炭紀閃長巖; 5. 石炭紀花崗閃長巖; 6. 花崗斑巖脈; 7. 閃長巖脈; 8.流紋角礫凝灰熔巖; 9. 安山質凝灰熔巖; 10. 安山巖; 11. 粉砂質板巖; 12. 花崗斑巖; 13. 鉀長花崗巖; 14. 閃長巖; 15. 花崗閃長巖; 16. 花崗閃長斑巖; 17. 斷層; 18. 孔雀石化; 19. 硅化; 20. 褐鐵礦化; 21. 綠簾石化; 22. 絹云母化; 23. 云英巖化; 24. 青磐巖化; 25. 鉀長石化; 26. 鉬礦體; 27. 產狀。元素單位: Au為×10–9; 其他元素均為×10–6。

巖漿?熱力構造與潛在礦體具一定成因序列和時空關聯性, 正確認識這種成因序列和時空關聯是圈定礦體潛在地段的關鍵, 這就要依賴于精細地質建造填圖和細致的礦物蝕變研究, 宏觀與微觀相結合, 突出研究與成礦有關的巖漿?熱力構造在有限時空上的狀態和變化, 并盡可能利用物化遙多元信息, 重塑巖漿?熱力構造的物質?時間?空間拓撲結構及運動過程。因此應把改造和建造、形變和形成、構造和巖相、繼承和演化、狀態和過程彼此緊密結合去研究巖漿?熱力構造(王宗永等, 2015)。呂古賢等(1998)提出的“構造變形巖相形跡”概念, 即受地殼構造作用影響或控制的, 能反映其形成構造地質環境、物理化學條件的那部分構造巖石單元或構造巖相建造要素, “巖漿?熱力構造”與其有類似之處, 亦指巖漿?熱力作用影響下在地質過程中所形成的那部分巖石礦物及構造形跡的地質實體, 二者都強調礦源巖演化序列的認識, 因此可以參考構造變形巖相形跡大比例尺填圖技術來認識巖漿?熱力構造。楊興科等(2015b, 2016)在東昆侖祁漫塔格礦帶以礦田構造?巖相填圖為主要方法, 開展了巖漿?熱力構造調研及找礦預測的示范性工作。方維萱(2019a)建立的巖漿侵入構造系統的構造巖相學填圖技術, 對巖漿侵入構造系統物質?時間?空間分布規律進行圈定, 探索巖漿侵入構造系統形成的動力學機制與金屬超常富集規律, 是目前認識巖漿?熱力構造最全面的技術方法體系。

熱液蝕變作為流體成礦的副產品, 是水?巖作用的地質事實(祁冬梅等, 2015), 清楚展現了流體類型及活動強度、時空軌跡及與建造構造的關系, 且野外易發現, 規律易查明, 是探尋潛在礦體的有效線索。熱液蝕變是巖漿?熱力構造非常重要的一類表現形式, 強調巖漿?熱力構造的重要性, 就應加強對礦床中蝕變礦物及蝕變特征的精細研究, 并據此反演巖體侵位、成礦流體組成、運移以及金屬沉淀環境的變化等(Cho et al., 1986; Meinert et al., 2005)。熱液蝕變填圖是精細地質填圖非常重要的一個方面, 也是深刻認識巖漿?熱力構造一個非常重要的手段, 我國對于這方面的研究比較深入, 如大比例尺構造巖相學填圖(方維萱等, 2012a, 2019b; 王宗永等, 2015; 楊興科等, 2015a, 2015b)、地球化學巖相學填圖(方維萱, 2012b, 2017)、巖漿侵入構造系統中的流體地質填圖(夏林等, 2002; 蒙義峰等, 2003; 王勇等, 2003; 李榮西等, 2018)、礦物地球化學填圖(方維萱, 2017)等, 均將蝕變巖巖相學作為獨立填圖單元進行圈定、預測建模, 但在基層地勘單位的推廣應用有待進一步加強。另遙感影像填圖在準確識別蝕變礦物, 快速發現認識巖漿?熱力構造方面, 具有其他技術不可比擬的先天性優勢, Sabins (1999)就報道了在美國內華達州Goldfield礦區遙感影像填圖的應用, 目前蝕變礦物紅外光譜研究與勘查應用業已成為熱點(陳華勇等, 2019; 朱玲等, 2020)。

在北山內蒙地區, 巖漿熱液蝕變帶、侵入接觸疊加應力構造蝕變帶、巖漿成礦系統熱力構造體系是最主要的三類巖漿?熱力構造。本文以白梁東接觸交代型鐵多金屬礦床、三個井構造蝕變巖型金礦床、額勒根烏蘭烏拉斑巖型鉬(銅)礦床為例, 分析了不同尺度的具地球物理屬性的構造以及其控礦作用, 同時對具地球化學屬性的各類熱液蝕變的分布、強度、空間序列及與成礦的關系作了探討。巖漿熱液蝕變帶控礦, 礦化富集受接觸帶構造產狀、蝕變類型及與接觸界線距離等因素控制。侵入接觸疊加應力構造蝕變帶控礦, 成礦受多因素控制, 礦化富集規律趨于復雜, 但礦質沉淀、堆積是與成礦條件、過程密不可分的。巖漿成礦系統熱力構造體系控礦, 礦化富集受流體演化及巖體內的各類地質界面、封閉空間、特殊巖性體、圍巖巖性、巖體內的斷裂裂隙或巖體與圍巖間接觸帶控制。

5 結 論

通過分析得出以下認識:

(1) 北山內蒙地區巖漿侵入活動與成礦關系密切, 可劃分為5種主要類型, 分別為: 接觸交代型金銅鎢多金屬礦、斑巖型銅礦、花崗巖型鎢錫鉬礦、斑巖型鉬多金屬礦、堿性花崗巖型稀有金屬礦。

(2) 巖漿?熱力構造一直被忽略, 在找礦科研工作中, 正確認識該類構造非常重要。北山內蒙地區的巖漿熱力構造可分為巖漿熱液蝕變帶、侵入接觸疊加應力構造蝕變帶和巖漿成礦系統熱力構造體系3類。

(3) 本文以3個礦床為實例, 分析了巖漿?熱力構造類型及控礦作用, 探討了正確認識巖漿?熱力構造的基礎、關鍵及要注意的問題。認為開展以巖漿?熱力構造為目標的礦床建造構造、結構構造、熱液蝕變研究、精細構造?巖相填圖及找礦預測, 對如研究區這種巖漿活動成礦作用強烈的地區或深部找礦預測是有重要意義的。

致謝:長安大學楊興科教授和有色金屬礦產地質調查中心方維萱研究員提出了寶貴的修改意見, 對論文質量的提高至關重要, 在此致以最誠摯的感謝。

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The Main Magmstic-thermodynamic Structures and Their Controls on Ore Formation in Beishan, Inner Mongolia

ZHANG Shanming1, 2, WANG Genhou1, ZHAO Shibao3, LI Haijun4, LIANG Xinqiang4, HU Erhong1, LIU Ruiqin5, ZHANG Kejian1, WANG Yuefei1

(1.School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing100083, China; 2. Inner Mongolia Mining Development Co., Ltd, Hohhot 010011, Inner Mongolia, China; 3. Inner Mongolia Geology and Mineral Resources (Group) Co., Ltd, Hohhot 010011, Inner Mongolia, China; 4. Inner Mongolia Land Resources Exploration and Development Co., Ltd, Hohhot 010020, Inner Mongolia, China; 5. School of Earth Resources, China University of Geosciences (Wuhan), Wuhan430074, Hubei, China)

Recognition of the genetic types of the intrusion-related ore deposits, clarification of the ore-controlling features of the magmatic-thermodynamic structures, genetic model establishment, and determination of mineralized enrichment center are critical for exploration and prospecting. The Beishan area, Inner Mongolia has a long history of tectonic evolution and developed multi-stages of magmatic activities, and intrusion-related mineralizationis extensive and widespread. However, studies on the intrusion-related mineralization, magmatic-thermodynamic structures and their ore-control features are rare. Based on a comprehensive analysis of previous data and the new information obtained during the regional geology and mineral resource surveys and local prospecting and exploration in the past few years, this paper identifies three main types of magmatic-thermodynamic structures in Beishan, Inner Mongolia, which include magmatic hydrothermal alteration zone, magmatic intrusive contact structures and stress structures superposed tectonic alteration zone, and thermodynamic structures system of magmatic metallogenic system. These structures are further discussed on the basis of 1∶10000 structure-lithofacies geological mapping and exploration works of three representative exploration areas. The magmatic-thermodynamic structures, as a type of geological anomalies, which may bear significant anomalies of prospecting efficiency, and record information concerning the ore-forming processes, should be the focus of future investigations.

magmatism; magma-thermodynamic structures; structure-lithofacies geological mapping; Beishan; Inner Mongolia

P613

A

1001-1552(2022)04-0691-019

10.16539/j.ddgzyckx.2022.04.002

2020-09-23;

2020-12-08

內蒙古自治區國土資源廳項目(NMKD2014-10、NMKD2016-06)資助。

張善明(1983–), 男, 博士, 高級工程師, 主要從事區域礦產地質調查工作。E-mail: shanming.zhang@163.com