卡林型金礦研究的若干問題探討

歐陽玉飛,劉繼順,周余國,劉衛明,3,高啟芝

(1.中南大學地球科學與信息物理學院,長沙410083;2.云南大學資源環境與地球科學學院,昆明650091;3.江西理工大學信息工程學院,江西贛州341000;4.云南吉賽礦業有限公司,昆明650200;5.廣東省廣晟礦產資源投資發展公司,廣州510600)

0 引言

自上世紀60年代在美國內華達州發現了卡林型金礦以來,各國地質工作者已將卡林型金礦作為世界上一種重要的金礦類型[1-3],并從空間上、時間上和成因上試圖揭示卡林型金礦的各種判別標志,提出了各種不同的成因模式。至今,無論是在找礦還是在研究上都取得很大的進展,在中國,一大批卡林型金礦在滇黔桂“金三角”地區[4-7]、川陜甘“金三角”地區[8-11]、長江中下游地區[12]等被先后發現并開采。卡林型金礦的眾多特征已被人們所認識,如礦床產在構造過渡帶和裂谷環境中,金的粒度為次顯微-顯微級,成礦溫度為中低溫,具有中低溫的礦物共生組合和圍巖蝕變,Au/Ag(儲量比)＞1等。然而,關于卡林型金礦的賦礦巖性、成礦物質來源、有無礦源層、礦床成因等方面仍是眾說紛紜,對于其定義和命名亦莫衷一是;即使對于同一個金礦床,看法也不盡相同。本文試圖對這些問題進行梳理,并提出自己的一些看法。

1 卡林型金礦的定義

由于人們對卡林型金礦的認識尚不統一,關于如何定義卡林型金礦也出現了多種不同的看法。有人稱之為卡林型金礦[1,3],也有人稱之為微細浸染型金礦(陳紀明,1990)、地下熱(鹵)水溶濾型金礦(貴金屬礦床地質專業組,1983;欒世偉等,1987;羅鎮寬等[13],1993)、沉積巖型金礦[14](涂光熾,1990)、碳硅泥巖型金礦(王學曾,1994)等,甚至有稱濁積巖型金礦、可大規模開采的金礦、熱泉型金礦、殘坡積型金礦[15]、類卡林型金礦[16-18]等。

由上可知,對于如何稱謂和界定卡林型金礦目前還處于一種爭論狀態[19]。卡林型金礦是以首例礦床的發現地命名的;1974年,美國地質學家A.S.Radtke和 F.W.Dickson首先提出了“卡林型金礦”這一概念并歸納其主要特征如下[1]:金與黃鐵礦化、硅化關系密切;含金礦物顆粒極細;礦石中富含 有機物;金礦通常沿充填有蝕變火成巖的高角度斷層分布,產于滲透性良好的不純碳酸鹽巖中,并和細粒硅化巖石及似碧玉巖共生;原生礦之上有氧化帶存在;具泥化巖石;賤金屬罕見;具砷、銻、汞異常,有些礦床中可見砷、銻、汞的礦化;高砷礦石中有鉈;多數礦床可見晚期石英脈、重晶石脈、方解石脈;黃鐵礦既有同沉積期形成的,也有熱液成礦期形成的;成礦時代為第三紀。微細浸染型是中國學者通過該類型金礦的研究后,針對礦床中的含金硫化物和金礦物粒度極細并呈浸染狀分布、礦體(礦石)與圍巖呈漸變過渡、礦化易被忽略等特點而命名。地下熱(鹵)水溶濾型則是在強調該類型金礦的礦化特點和成礦機制而命名。微細浸染型和地下熱(鹵)水溶濾型均是以礦床附近無巖漿侵入活動、成礦與巖漿熱液無成因聯系為前提因素的。沉積巖型突出了容礦沉積建造的未變質和淺變質特征與礦床的后生熱液成礦的性質,以避免礦床成因上的爭論,可以包容更多產于沉積巖中的金礦床,還有學者直接將卡林型金礦與沉積巖型金礦等同視之(楊蔚華等,1997)。碳硅泥巖型著重描述了礦床的容礦-含礦建造的特殊性。類卡林型則是與經典卡林型金礦產于同一地質背景下,礦床地質、地球化學特征既相似又有差別的卡林型金礦的變種,如中國的八卦廟金礦[18]。張復新(1998,2007)提出不能將沉積巖型和卡林型金礦概念等同起來,卡林型金礦的含義不應無限擴大,僅指狹義的沉積巖型金礦。殘坡積型強調的是在原生礦床基礎上的后期疊加富集的成礦作用,從礦床產狀上更貼近實際情況,也反映了微細浸染型金礦多期成礦的特點和過程。各種命名強調了這類礦床不同的成礦地質特點,從不同的角度分析礦床的控礦條件和形成過程,都具合理性但又難于統一歸納。

筆者認為,要對卡林型金礦達成共識,就必須增加卡林型金礦這一概念的包容性,降低進入卡林型金礦的門檻,并有一個相對統一的判別標準。卡林型金礦本身不具有成因意義,任何一種礦床成因類型在其(中)低溫成礦階段,隨著成礦環境的改變和元素間的組合變化,都可能形成大致符合卡林型金礦特征的金礦床。判別一個金礦是否為卡林型金礦應主要考慮以下4條標準:①金呈(超)微細粒存在于不同的容礦巖石中;②礦石構造以浸染狀為主,那些以(網)脈狀構造為主的金礦既使金呈(超)微細粒存在也不能稱之為卡林型金礦;③成因上統一于中低溫熱液成礦;④礦床具有區帶集中分布的特點。基于以上標準,本文認為卡林型金礦定義為區帶上集中分布的(超)微細、浸染、中低溫熱液礦床。對于符合此標準的金礦床均可用“卡林型”稱之。

2 礦源層及成礦物質來源

從國內外卡林型金礦床地質特征來看,卡林型金礦的賦礦地層為古生界和中生界,從寒武系—三疊系均有產出,不同礦集區的賦礦層位不同。美國內華達州卡林型金礦的賦礦層位是志留系—泥盆系羅伯茨山(Roberts)組和泥盆系波波維奇(Popovich)組[1],極少數礦體產于巖漿巖中。我國滇黔桂地區卡林型金礦[20]的賦礦層位主要為三疊系,其次為二疊系和泥盆系;川西北地區[21]主要賦礦層位為三疊系;“西北金三角”陽山金礦[18]賦礦地層主要為泥盆系三河口群;秦嶺地區[22-23]以泥盆系為主,寒武系中也偶有產出(拉爾瑪金礦);贛西地區卡林型金礦[24-25]多產于上古生界和中生界中,以下石炭統華山嶺組、下二疊統茅口組和下三疊統大冶組為主要賦礦層位;鄂東南地區卡林型金礦[12]主要賦存在下三疊統大冶組薄層狀-紋層狀和角礫狀碳酸鹽巖中。傳統的觀點認為容礦巖石為沉積巖(涂光熾,1992;劉東升等,1994),劉繼順(2007)等認為容礦巖石除沉積巖外,還可擴展至(次)火山巖、火山沉積巖、淺變質沉積巖,甚至在花崗巖接觸帶及中酸性巖脈發育區周圍產出的卡林型金礦也不斷有所報道[12]。

關于物質來源主要存在3種觀點:①賦存地層即礦源層[4,26-28],礦床具有典型的層控礦床屬性;②形成該類礦床的所有成礦元素在淺部熱液系統中都是活動組分,熱液流經范圍的任何巖石都可能作為這些元素的來源,因而,賦礦地層不是成礦元素的唯一來源,也不存在特定的礦源層[29-30];Bruce E Nessbitt則進一步指出,一些地區天水的對流深度可達10～12 km,在這樣的深度,熱液從其流經的巖石中萃取的成礦元素足以形成具有工業意義的金礦床[30];③礦質主要來自于地幔或地殼深部的巖漿活動或海底噴流作用而非沉積地層,賦礦層位僅由于其巖性或構造條件有利而起到了“捕集器”的作用[31]。

大部分學者認為卡林型金礦與火成巖沒有直接的成因關系,火成巖只是起著“熱源”的作用,成礦物質主要來自地層,成礦熱液主要來自大氣降水(A.S.Radtke,1985;V.F.Hollister,1985;劉東升等, 1987,1994;韓至鈞等,1996)。而另一部學者則認為卡林型金礦的成礦作用與巖漿活動關系密切,巖漿活動及其產物可以是卡林型金礦床成礦物質和成礦溶液的來源,也可以是驅動熱液系統的熱源(S.B.Romberger,1986;肖龍等,1996)。Geman(1989),Hanington(1986,1988,1989),Huston和Large(1989)等提出卡林型金礦金等成礦物質來源于海底熱水沉積巖。總之,不管卡林型金礦與巖漿關系如何,許多研究者都認為金來自相當深部,而不是來自容礦圍巖本身。

筆者在研究滇黔桂“金三角”卡林型金礦時發現[19,32],黔西南地區并不存在金及其他成礦元素的礦源層。在二疊紀峨眉山玄武巖噴發以前,黔西南地區是一個穩定的地臺,元素含量變化差異甚小,隨著裂谷環境的形成,峨眉山玄武巖及后期(堿)基性巖的侵入,二疊系和三疊系才出現了金及大量親鐵元素含量的顯著變化。也就是說,黔西地區的金礦表面上看來是產在二疊紀和三疊紀沉積巖中,本質上則混入了大量的基性火山物質。金的高背景及其突變性、深源性與本區親基性場元素組合具有大致相似的地球化學行為,是本區右江裂谷帶、富寧—關嶺SN向斷裂帶、文山—富寧逆沖推覆構造帶,特別是峨眉地幔柱所產生的基性巖漿噴溢及火山碎屑濁流沉積的客觀地球化學反映。王國田(1989)、楊科佑(1992)等[33]的研究成果也顯示出滇黔桂卡林型金礦與峨眉山玄武巖噴發有關。李甫安(1990)在研究桂西北主要金礦床地質特征時認為桂西北卡林型金礦礦質來源于幔隆和幔坡帶。另外一些學者認為該區卡林型金礦成礦與燕山期巖石圈伸展形成的幔源基性巖有關,如范軍等(1997)、朱賴民等[34]、劉顯凡等[35-36]通過系統的包裹體成分、熱力學和同位素地球化學、圍巖對比、礦石和相關火成巖的元素地球化學的研究,劉顯凡等(1998)通過礦石、圍巖和石英脈的硅質陰極發光特征的研究,蘇文超等(2001)通過研究石英流體包裹體中的Co,Ni,Cu,Pb,Zn,Pt等微量元素特征研究,均認為成礦物質來源于上地幔分異的成礦流體。蘇文超(2000)利用Sr同位素示蹤,發現黔西南爛泥溝、金牙、丹寨礦床成礦流體的n(87Sr)/n(86Sr)為0.701,普遍低于成礦時賦礦圍巖的0.7124,并據此認為成礦物質的幔源成因。也有學者認為成礦物質主要來源于地殼,如陳懋弘等[37]利用Re-Os法測試貴州貞豐爛泥溝金礦的含砷黃鐵礦,指出成礦物質來源于地殼而不是地幔。

筆者認為,與裂谷、區域性深大斷裂和峨眉山地幔柱長期活動相伴的基性火成巖及火山碎屑濁流沉積是滇黔桂“金三角”地區卡林型金礦及其他低溫礦產的物質來源。我國鄂東南-贛西北礦集區的卡林型金礦成礦與地幔柱也有直接的關系,這與美國卡林金礦帶相似。

另外,革檔金礦床黃鐵礦元素分析結果(表1),環帶狀黃鐵礦明顯表現為核部S過飽和,邊部S虧損,核部無As,Au,Ni,Zn,Sb,反映出原生黃鐵礦(核部)成分較“單純”,且處于相對還原環境,而熱液期黃鐵礦(中邊部)由于成礦熱液對原生黃鐵礦的交代,帶入了大量的As和Au,Ni,Zn,Sb等元素,并且原生黃鐵礦中的S被As置換,形成含砷黃鐵礦。這也表明金礦成礦的物質來源并非地層,地層中的原生黃鐵礦對金礦的成礦作用起到了“捕集器”的作用。

3 礦床成因

礦床成因是個非常復雜的問題,不同學者會形成不同的看法,即使是同一學者對于同一礦床(區)的成因認識,也可能會隨著時間的推移、工程的不斷揭露、測試手段的不斷改進而有所改變。只能說某種假說能更好地解釋(符合)我們所看到的地質現象(劉東升等,1994)。目前,關于卡林型金礦成因比較流行的觀點有:地層改造成礦說(A.S.Radtke,1985;Romberger,1986;劉東升 ,1985,1994;王承祺,1987);熱泉成礦說(B.R.伯格,1980;L.J.布坎南,1981;V.F.Hollister,1987);巖漿熱液成礦說(R.H.西里托,1990;A.潘杰列夫,1986);噴流沉積說(Ridder,1970;Hutch Gison,1971,1975)。P.M.Herzig(1995)等在研究太古宙綠巖型金礦后認為卡林型金礦是噴氣作用把金攜入優地槽建造中,伴隨化學沉積,形成整合的層狀金礦床。汪東坡等[38-39]和劉家軍等[40-41]也分別認為揚子西北緣和黔西南微細浸染型金礦具有噴流沉積成因。以Sillitoe和Bonham為代表,提出卡林型金礦是與侵入體有關的巖漿熱液系統的遠端產物,金等成礦物質主要來源于巖漿,在侵入體為中心的礦化范圍內,含金流體一般通過高角度斷層的滲透通道,使含金熱液長距離運移[42]。此外,還有多源成礦說:盡管卡林型金礦成礦流體以天水為主,但礦質是多源的,巖漿的、地層的、深部的都可能為卡林型金礦的礦質來源,賦礦地層可能提供了部分成礦物質,也可能是成礦的有利場所(張貽俠等,1996)。

表1 滇東南地區主要卡林型金礦黃鐵礦元素分析結果及特征比值Table 1 Analysis of composition and characteristic ratio of elements of pyrite from major carlin type Au deposits

由以上不難看出,關于卡林型金礦成因問題爭論最多,也是最難達成共識的。卡林型金礦類型不屬于礦床成因概念范疇[23],微細浸染型金礦是礦化產出形式的概念,不屬于成因概念,成因研究要從整個區域地質構造演化角度來進行[43]。筆者認為對于卡林型金礦成因之所以會出現如此多的不同認識,主要是因為研究者在研究礦床時的側重點不同,加上對于卡林型金礦地質特征及定義界定上的分歧,不同區帶、不同礦床又表現出地質特征的復雜性和多樣性,測試手段和研究目標的不同也能導致對成因的不同看法,就好比不同地質年齡的測試方法可能導致成礦年代相差甚遠一樣,利用這些不同的成礦年代對同一礦床也會有不同的成因認識。另外,卡林型金礦床不同礦床的成礦作用也具有一定差別。

從金的豐度可知,要形成一個礦床必須要有3～4個數量級的富集,僅憑任何一次成礦作用都是難以完成的,因此同一個金礦床既可有淺部物質來源又可有深部成礦物質來源,這類礦床實際上是多因復成的,具有多源多期成礦作用的特點。但在眾多因素中,只有一個占主導地位,決定了礦床的形成,這就要求全面審視整個成礦過程,抓主導因素。

周余國(2009)在研究滇東南卡林型金礦時根據殼幔不均一性及殼幔相互作用,提出了預成礦作用[44]。所謂預成礦作用,簡言之,就是成礦作用前殼層物質經過了碰撞、擠壓褶斷、加厚、隆起、風化剝蝕等劇烈活動后,再經長期的物理、化學分選進而使成礦元素得到初始聚集的過程。筆者認為對于卡林型金礦的成因不宜過分苛求,其成礦大致經歷了殼幔不均一性及其相互作用→預成礦作用(預富集)→成礦作用(構造改造、巖漿疊加)→后成礦作用這樣一個大自然對殼幔物質所進行的一系列“選礦”過程,各種成礦作用之間既相互聯系又遞進發展,卡林型金礦的形成是多因耦合的結果。

4 成礦深度及金與砷、銻、汞的關系

之前,人們根據卡林型金礦的低溫成礦特征,認為卡林型金礦成礦深度在200～300 m以淺。劉東升等(1994)根據礦物包裹體測定資料計算我國卡林型金礦成礦溫度一般在165～290℃,為中低溫熱液礦床,成礦深度約0.3～1.5 km,個別成礦深度可以大于3 km(如雙王金礦)。S.B.Romberger和Bagby(1991)認為卡林型金礦床形成深度可達3 km;Kuehn和Rose(1992)推斷卡林型金礦石沉淀于(3.8±1.9)km深的減壓帶;Arenhart(1996)推斷該類礦床形成于2～4 km的深度,不同于熱泉型金礦,比人們認為的成礦深度大。最近,美國在600～1 000 m深發現了厚大而品位高的卡林型金礦,如儲量達25×104kg的 Post-Betze金礦有深度大于600 m的礦體,垂向延深最大的礦體超過750 m而沒有礦物組合和結構的變化。由此可見,卡林型金礦成礦深度并不是之前認為的200～300 m以淺。這也啟示我們是否應該對于那些認為成礦深度不大的礦山加強深部的勘探工作。

卡林型金礦有著非常相似的元素共生組合,即Au,As,Sb,Hg,Ba及Ag。目前普遍用于找礦的特征元素是Au,As,Hg,Sb,李朝陽(1995)認為Au與As,Sb,Hg(Tl)等的礦石礦物組合及異常組合是卡林型金礦的“特征”[45]。在研究滇黔桂“金三角”地區金礦的文獻中[3,46]也常把Au與As,Sb,Hg“混”為一談,似乎Au與As,Sb,Hg有必然的聯系。筆者在研究滇黔桂“金三角”地區時,通過區域地層地球化學的對比發現[32],與華南地區相比,本區與淺成中低溫熱液活動有關的親硫元素具有地球化學高背景,如Sb,As,Au,Hg富集系數(富集系數所用參考值為華南地區均值,下同)分別為2.69,1.94,1.56,1.55,也即本區存在Sb,As,Au,Hg等低溫元素礦集區的地球化學塊體,這種地球化學塊體是原始地球的不均一性以及地球從初始演化以來元素分布再分配的最終結果的體現。Au具有深源性,專屬于與裂谷、特提斯、區域性深大斷裂和峨眉地幔柱長期活動相伴的基性火成巖及火山碎屑濁流沉積,而As,Sb,Hg則是區域性的高背景,既可以在有金礦物源的地方在一定的成礦作用下和有利的環境中與Au伴生成礦,又可在沒有金礦物源的地方作為一種低溫元素組合指示其他礦種的找礦,并可能獨立成礦于主礦體的外圍。Au與As,Sb,Hg等的組合關系既有必然性,又有偶然性。筆者認為,在研究卡林型金礦時不宜將Au與As,Sb,Hg相伴產出絕對化,它們之間的組合只是代表一種中低溫成礦作用。

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