东方美食其成因争论也很大

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  卡林型金矿产于碳酸盐岩、粉屑岩和泥岩中,又称微细浸染型金矿,是以 20 世纪 60 年代初在美国内华达州东北部卡林矿带的志留纪碳酸盐岩层中发现的卡林金矿而命名的。该类矿床的显著特点是储量大、品位低、不见明金,金以浸染状亚微粒 ( 微米级或更小) 形态存在。东方美食金矿化与火成岩没有明显、直接的联系。

  从全球范围来看,国外已发现的卡林型金矿床主要分布于美国、印度尼西亚、菲律宾、墨西哥、智利和加拿大 ( 图 1) 。卡林矿带是卡林型金矿床最大的矿集区。该矿带呈 NW 向,长约 60km,主要分布有卡林 ( Carlin) 、金坑 ( Gold Quarry) 、迪普斯塔 ( Deep Star) 、贝茨 - 波斯特 ( Betze - Post)等矿床。到 1996 年末,该带已圈出了 40 多个矿床 ( 图 2) ,共生产黄金约 778t,尚有探明和概略储量近 1700t。

  图 1 全球主要卡林型金矿床分布示意图( 引自施俊法等,2005,修改)

  自 20 世纪 70 年代以来,中国先后发现了板其、丫他、烂泥沟、拉日玛、李坝、八卦庙及东北寨等大中型矿床及一些小型矿床,这些矿床主要分布在滇黔桂三角区、秦岭地区的陕甘川交界地带和广东、江西、湖南、湖北等地区。

  从大地构造背景来看,卡林型金矿主要产于被动大陆边缘以及岛弧地体上,并伴有变形作用和侵入活动。诸如不同大地构造单元的结合部位、稳定大陆边缘的裂谷带等地壳活动较为强烈的部位,是该类型金矿较为发育的地区。例如,美国的卡林金矿床位于美国西部内华达州盆岭山脉区西部冒地槽与优地槽接合部位之西侧的优地槽沉积岩组合区内; 我国的卡林型金矿产出的构造位置主要为扬子地台周边的古生代、中生代褶皱带,如滇黔桂三角区位于扬子地台与华南褶皱带接合部位的右江褶皱带,湘中矿化集中区位于华南褶皱系的赣湘桂粤褶皱带,川西矿化集中区位于松潘 - 甘孜褶皱系的巴颜喀拉褶皱带。有研究还发现卡林型金矿床与裂谷活动有密切关系。例如,朱赖民等 ( 1998) 认为滇黔桂地区卡林型金矿处于滇黔桂裂谷带中。

  卡林矿带位于美国西部盆岭区,矿带中最主要的构造为 NNE 向的罗伯茨山逆断层,其次为逆断层之后的塔斯卡罗拉山背斜及 NW 向和 NE 向的高角度断层。后来背斜遭到剥蚀,下层地层出露形成了构造窗,矿带中矿床明显位于罗伯茨山逆断层两侧,受断层和背斜控制。

  滇黔桂成矿区位于中国扬子地块南西边缘,南盘江造山褶皱带的北部。成矿区的深大断裂主要有册亨 - 荔波断裂、垭都 - 紫云断裂、普定 - 册亨断裂和弥勒 - 师宗断裂。金矿床围绕这些深大断裂分布,矿体产出明显受次级断裂和穹窿制约。

  陕甘川成矿区位于中国秦岭造山带西段,卡林型金矿集中于商州 - 丹凤断裂与龙门山 - 大巴山断裂之间。该成矿区控矿构造较为复杂,因受中生代以来碰撞造山作用的影响,主要为压扭性的构造控矿。控矿构造包括压扭性断层、剪切带、紧闭褶皱等。

  综上所述,卡林型金矿床中,断层、断裂构造为主要的控矿构造形式 ( 图 3) 。

  图 3 典型卡林型金矿床成矿与断裂构造关系示意图( 引自 K. Bettles,2002)

  虽然从寒武纪到白垩纪的地层中都含有卡林型金矿,但它的赋矿层位还是相对比较集中。美国卡林矿带,金矿主要赋存在泥盆纪地层中,其次是奥陶纪和志留纪地层 ( 图 4) 。中国秦岭地区是继美国卡林矿带之后的世界第二大卡林型金矿分布区,其金矿赋矿地层也是以泥盆纪为主。中国滇黔桂地区卡林金矿带,金的赋矿层位却是以三叠纪地层为主 ( 图 5) 。

  至于赋矿岩性,几乎所有的卡林型金矿都赋存在碳酸盐岩和硅质碎屑岩地层中。卡林矿带中主要的赋矿层位———罗伯茨山组为粉砂质灰岩,其次是波波维奇组,为粉砂质石灰岩和含化石的石灰岩。罗伯茨断层上盘的赋矿岩层韦尼尼组主要为硅质碎屑岩 ( 图 4) 。中国秦岭地区卡林型金矿的赋矿岩性主要是大洋台地相碎屑岩 - 碳酸盐岩建造,而滇黔桂地区的赋矿岩性主要为硅质碎屑岩,位于该区西北部的上芒岗、丹寨等矿床的赋矿岩性为碳酸盐岩。

  图 4 美国内华达州卡林矿带理想的地层柱状图和金矿化( 引自 Lewis Teal 等,1997)

  图 5 中国卡林型金矿赋矿地层和成矿年龄统计直方图( 引自刘学飞,2008)

  卡林型金矿床最典型的蚀变类型有脱钙或脱碳酸盐化、泥化和硅化 ( 表 1) 。在粉砂质石灰岩或钙 - 硅酸盐角岩中所含的矿床里泥质蚀变特别发育,原岩中的岩屑、黏土和钾长石蚀变成蒙脱石、高岭石、伊利石和少量绢云母。硅化蚀变受容矿岩石成分的控制,在含有致密生物亮晶石灰岩或钙 - 硅酸盐原岩中的矿床里,流体渗透限于高角度断层通道中,这里硅化最强烈,而且空间上与金矿化相伴随。

  蚀变类型受容矿岩石的岩性成分所控制。含碳酸盐岩的容矿岩石中脱碳酸盐化相当普遍,在钙质细碎屑岩和硅质岩石中泥质蚀变比较发育,而在含矿热液通道中有岩墙侵入的地段硅化比较明显。特别需要注意的是,在脱碳酸盐化地段,碳酸盐岩被溶解形成坍塌角砾岩,这种角砾岩往往对矿化有重要的控制作用。

  原生矿石的主要矿物组合为黄铁矿、毒砂、雄黄、雌黄、辉锑矿、辰砂,另外还有黄铜矿、石英、伊利石、高岭石、绢云母、重晶石、方解石、白云石和自然金等,有时还含有炭质物质。载金矿物为黄铁矿、毒砂、石英和黏土矿物,其中黄铁矿为主要的载金矿物。金颗粒极细,分布在黄铁矿和毒砂的晶格中,或依附在石英和黄铁矿的表面或充填在裂隙中。

  卡林型金矿床中的金呈亚微粒 ( 50 ×10- 8~ 200 × 10- 8cm) ,主要出现在黄铁矿和毒砂的晶格中。流体包裹体研究表明,Au 是以二硫化氢络合物的形式被搬运的,流体盐度低 ( NaCl 当量 1% ~7% ) ,并富含 H2S 和 CO2,矿化形成深度为 ( 4. 0 ±2. 0) km,温度为 180 ~245℃。

  近些年来,为了研究卡林型金矿的成因做了大量的同位素分析。表 2 是美国卡林矿带中几个典型卡林型金矿的 δ34S 值。这些值表明,成矿热液既可能来自地壳上部岩石中循环的大气水,也可能有部分变质热液或岩浆热液。

  中国两大矿集区卡林型金矿脉石矿物 ( 石英、方解石等) 的氢、氧、硫同位素特征见表 3。滇黔桂地区 10 个典型卡林型金矿 δD 平均值为 -67. 74 ,变化范围为 -105. 37 ~ -30. 84 ,峰值主要集中在 -100 ~ -80 之间,均值与滇黔桂地区中生代大气降水的 δD 值 ( -70 左右) 较为接近,反映成矿流体以大气降水为主,兼有部分岩浆流体以及变质水的混合。秦岭地区 10 个典型卡林型金矿的 δD 值较为分散,平均值为 - 70. 14 ,变化范围为 - 117. 90 ~ - 10. 90 ,同样反映成矿流体为大气降水、岩浆水以及部分变质水的混合流体。两大矿集区的 δ18O 特征基本上与沉积岩的组成 ( 10 ~25 ) 一致,部分与火成岩的组成 ( 50 ~10 ) 一致。

  中国两大矿集区25个矿床的δ34S变化范围主体在0~20之间(表3),但也有部分可出现负值。统计表明,滇黔桂地区的δ34S变化范围较大,且均值较低,更接近沉积岩的δ34S特征值。

  卡林型金矿床是一类还没有精确定义的十分复杂的金矿床,其成因争论也很大,过去认为美国卡林矿带是在大盆地内与第三纪或第四纪拉伸构造有关的近地表的热液成矿系统 ( 如低温热液热泉模式) 。随着研究的深入与资料的增多,人们的认识也发生了深刻的变化。

  近年来,许多研究者根据流体包裹体和同位素资料,认为卡林型金矿床是由多种流体在中等地壳深度混合而形成的,如美国西部卡林金矿 ( 图 6) 。

  图 6 美国西部卡林金矿可能存在的流体混合成矿示意图( 引自 S. Bellani 等,2004)

  卡林型金矿的形成过程大致是: 大气降水穿过古生代岩石和前寒武纪基底进行循环,并可能从中获得了 Au、S 等物质。随着大气降水在源岩内流动,在高温下与岩石交换氧,结果使流体的 δ18O 升高,同时有不同来源的 CO2加入。稳定同位素资料表明,CO2不可能来自有机质,可能来自深部的变质流体或者与火成岩侵入体相伴随的岩浆热液。在岩浆热事件或者构造事件的作用下,成矿流体向上运移,在褶皱的顶部,这些流体突破压力封闭流到未受蚀变的含碳酸盐岩的岩层中,与那里存在的大气降水发生混合,从而使金沉淀下来。

  总之,卡林型金矿是在浅成环境下经过加热而循环的大气水热液系统 ( 有部分变质水和岩浆热液加入) 而形成的低温浸染交代型矿床。除控矿断层/断裂构造外,卡林型金矿的成矿条件还包括:①主要容矿岩石之上需覆盖不渗透的盖层岩石,如火成岩岩席、较厚的页岩或粉砂岩等; ②岩石单元之间具有截然的流变性质差异; ③要有深源酸性流体,在地壳浅部与大气流体发生混合作用; ④需有金属及相关元素的来源 ( 图 7) 。

  1) 卡林型金矿床多与深地壳构造有关,如美国卡林金矿的长条状矿带被认为是深地壳构造的反映。可根据包括火成岩、地球物理和地质等特征圈出新的隐伏控矿构造。

  2) 优地槽和冒地槽的构造接合带、稳定大陆边缘的裂谷带、板块之间的碰撞造山带等地壳构造活动强烈的部位是寻找该类型矿床的有利位置。活动的大地构造环境为金矿的产出提供了所需的物质与能量条件,因此它往往在区域上控制着卡林型金矿成矿区的分布。

  3) 矿床往往产于隆起的断块中,含矿岩层沿隆起断块出露到地表,也就是出露在穿过逆冲断层的构造窗中。在构造窗及其附近找矿是 20 世纪 60 年代卡林型金矿的 “构造窗找矿模型”。

  4) 深大断裂 ( 图 7) 。例如,卡林矿带受罗伯茨山逆冲断层的控制,NW 向断层和次级的 NE 向断层是成矿流体的重要通道 ( 表 1) 。滇黔桂成矿区,卡林型金矿明显受册亨 - 荔波、垭都 - 紫云、普定 - 册亨、弥勒 - 师宗几条深大断裂的控制,许多矿床都分布在 EW 向的压扭性断层中。陕甘川成矿区总体受 NW - NWW 向区域性走向断层的控制,多数矿床都产于构造作用形成的挤压破碎带中或其两侧。

  5) 高角度扭断层。美国大盆地 ( Great Basin) 所产出的卡林型金矿都被认为与扭断层构造环境下形成的高角度断层有关。共轭断层与交错断层是重要勘查准则。但由于这种容矿断层为数不多,所以需要进行详细的野外研究。

  1) 大多数矿床都与背斜或穹窿构造有关。美国卡林金矿床位于塔斯卡罗拉山背斜区,容矿的碳酸盐岩发生过广阔至中等幅度的背斜褶皱。我国两大矿集区中卡林型金矿受背斜和穹窿的制约也十分明显。看来,褶皱构造为矿体定位提供了必要的容矿空间,对流体运移起着构造圈团的作用。

  2) 受逆冲断层控制的含水层。美国卡林金矿床大多与逆冲断层有关,这些逆冲断层有助于流体混合和形成矿石。

  3) 受地层控制的含水层。跨区域的不整合面是最常见的一种层位,可以起到使流体混合并使金属沉淀的作用。渗透性沉积岩对许多矿床的形成具有重要意义。背斜构造与矿床的伴生关系,反映了在地层流体流动带、高角度断层、与褶皱有关的断裂中移动的地下水汇集在一起并发生了混合。

  4) 岩墙和岩床。受断层控制的蚀变岩墙和岩床与矿床普遍伴生,因岩墙和岩床侵入体在驱动地下水对流中起重要作用,是成矿的重要因素,必须予以重视。

  5) 含铁沉积物。许多卡林型金矿中的金为浸染状,容矿沉积物受到明显的硫化作用,东方美食表明沉积物中铁的数量、可被利用的程度和活泼程度是控制矿床位置、品位和储量的因素。因此,需要研究与浸染状矿床有关的同期不含矿沉积物和含矿沉积物的地质特征,制定勘查和预测矿床特征的准则。

  6) 卡林矿带中许多矿床的蚀变矿物年龄测定结果为 95 ~ 140Ma,即中—晚白垩世。而对矿带中第三纪的含金岩墙所做的年龄测定大约为 40Ma。看来卡林矿带的金矿化至少有两期,对我国两大矿集区 80 多个卡林型金矿成矿年龄的统计表明,我国卡林型金矿的成矿时代分布于印支期晚期至喜马拉雅期。

  1) 最初认为罗伯茨山组的碳酸盐岩是卡林型金矿的容矿岩石,但是后来发现炭质、硅质石灰岩、白云岩和钙质粉砂岩、各种泥岩、硅质岩、火山岩都是卡林型金矿最常见的容矿岩石。这些容矿岩石的时代虽然从寒武纪到白垩纪都有,但主要还是中古生代,其次是三叠纪。

  2) 大多数卡林型金矿的矿体没有明显的边界 ( 以断层为界的除外) ,而是依靠化学分析边界品位圈定的。矿石中金呈细散浸染状,一般品位较低。与中、低温脉型金矿和矽卡岩型金矿不同的是,卡林型金矿所含的贱金属要低得多。

  3) 卡林型金矿有许多矿床可明显分出上部氧化带和下部未氧化带。氧化带又可进一步分为淋滤的和未淋滤的。氧化的酸性淋滤带,其底界与现在的地形近乎平行,但沿裂隙会向下延伸较深。氧化但未淋滤的表生蚀变带,可延伸到淋滤带以下 20m 处,但也可见于淋滤带之上。

  1) 尽管难选矿石是硫化铁型的,而且也有激发极化反映,但是对卡林型矿床的直接探测往往是不能成功的。地球物理在岩石学填图、构造和蚀变方面却非常有用。

  2) 大地电磁测深剖面可显示出地壳中的主要间断,并揭示出可能为矿化流体提供了通道的区域深断裂构造。

  3) 重力测量可以找到构造、侵入体和块状碳酸盐岩以及盖层深度。卡林型金矿与断裂构造关系密切,可根据重力数据求得的密度界面追索一些已知断层在冲积层下的延伸,并推断出更多的完全隐伏的断层,尤其是山前断层。

  4) 航空和地面磁测能找到构造和侵入体位置。例如,美国内华达州中北部卡林矿带中的许多矿床靠近被推测为白垩纪花岗深成岩体的东缘,这些岩体大部分是隐伏的,依靠航磁测量确定了岩体的整体范围。

  1) Au 和 As、Sb、Hg 常紧密共生,组成 “卡林元素组合”。这种元素组合对寻找卡林型金矿有着非常重要的意义。其中,As、Hg 及 Sb 是最为有效的探途元素。这些元素具有稳定的异常下限值( As 为 100 ×10- 6,Hg 为 1 ×10- 6,Sb 为 50 ×10- 6) ,它们在地表环境和近地表的相对透水带中,例如断层、岩性接触带和角砾岩中有较高的活动性,因而它们可以作为金矿化的指示元素用于勘查。

  2) 在某些矿床中 Ba、Tl、Ga 或 W 异常浓集,它们的重要性虽然不如 Au、As、Hg、Sb,但也有一定的指示意义。

  3) 常见由 Au - As - Ag - Sb - Cu - Zn 等元素组成的次生晕特征,其中,Au、As 异常最为显著,面积大、浓度高且分带明显。受碳酸盐的影响,水系沉积物中的 Au 含量衰减较快,金异常小而弱。

  4) 可根据 Au、As、Sb 等异常组成的原生晕标志,判别矿床的剥蚀程度,预测金矿化富集的部位。

  5) 卡林型金矿中 Ag 的含量比较低,Au / Ag 比值一般为 8。贱金属的含量也比较低。

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