河南省魯山縣草店金礦床地質特征及成因初探

門道改

(1.河南省有色金屬地質礦產局第三地質大隊，河南 鄭州 450016)(2.河南省有色金屬礦產探測工程技術研究中心，河南 鄭州 450016)

0 引 言

草店金礦床位于河南省魯山縣熊背鄉(xiāng)境內。礦區(qū)地理坐標為東經112°44′42″～112°48′00″，北緯33°39′00″～33°41′30″。礦區(qū)分為西溝、王溝、康家溝及黑陰寺4個礦段，面積14.07 km2。2000年以后，河南省區(qū)測隊、河南有色金屬勘查總院和河南有色地礦局二大隊，先后在該區(qū)展開地質工作，勘查程度不斷提高，資源量不斷增加，成為東秦嶺東段及馬超營斷裂東端重要的金礦床。2010年辦理采礦證，保有資源量金金屬量近5 t，金平均品位3.65 g/t，另伴生有銀、銅、鉛、鋅等，目前生產規(guī)模6萬t/a。由于該礦床地處成礦部位獨特，成因復雜，引起不少地質工作者的關注。前人對其礦床成因、成礦時代、成礦流體、礦物學特征等進行了研究[1-11]，取得了一批研究成果，但對成礦特征綜合分析不夠，且對控礦構造研究較為薄弱。本文在前人研究的基礎上，結合筆者自己對草店金礦區(qū)野外地質調查成果，對構造、地層等控礦因素進行了系統(tǒng)研究，并通過全面總結該礦床地質特征，對其成因作進一步探討，以期為本地區(qū)金礦找礦突破提供一些幫助。

1 地質背景

草店金礦區(qū)大地構造位置屬華北陸塊南緣外方山(魯山)斷隆[12-14]，南與北秦嶺褶皺帶相鄰(見圖1A)，成礦區(qū)劃屬熊耳山—外方山金成礦帶東端[15]。

區(qū)域地層具有雙層結構[1]，基底地層為太古宇太華群，主要出露于研究區(qū)南部欒川—確山—固始斷裂的北側，呈條帶狀沿NWW向展布，與區(qū)域構造線的方向基本一致，出露長度達115 km。該群巖石類型為中基性火山-沉積中深變質巖系，總厚度大于3 000 m[16]，巖石內混合巖化現(xiàn)象普遍。蓋層由老至新主要有中元古界熊耳群、汝陽群及新生界第四系等，與下伏地層太華群為斷層或不整合接觸。其中作為第一蓋層的熊耳群巖石類型主要為一套陸相中性火山熔巖及少量碎屑巖，主要分布于區(qū)域性馬超營深大斷裂的北側，南側僅有零星出露。此群自下而上、由老至新可分為大古石組、許山組、雞蛋坪組及馬家河組等，其中許山組為金礦的主要賦礦地層，與成礦關系密切。

圖1 草店金礦區(qū)區(qū)域地質略圖(據文獻[7]改編)

區(qū)域斷裂構造發(fā)育，主要有位居研究區(qū)南側沿NWW-SEE向產出的欒川—確山—固始斷裂(見圖1A)及縱貫研究區(qū)呈NW—SE向分布的下湯—拐河韌性剪切帶。其中欒川—確山—固始斷裂為區(qū)域性深大斷裂，具有長期活動的特點，起著控巖和導礦的作用，而下湯—拐河韌性剪切帶及其次一級構造則分別控制了金礦化范圍和金礦體的產出。受不同期次、不同方向應力影響，區(qū)內形成了復雜的斷裂構造形跡，剪切帶內由韌脆性變形變質作用所形成的糜棱巖帶、碎裂巖帶及蝕變破碎帶特別發(fā)育，與金的礦化關系密切(如宿王店、韓溝金礦等)。

區(qū)域巖漿活動強烈，巖漿巖分布廣泛，成巖時代主要為晉寧期和燕山期。晉寧期晚期侵入巖(γ23)，屬龍池幔片麻狀花崗巖體東延部分，為伏牛山花崗巖基一部分，由于受燕山晚期花崗巖擠占、分割，使巖體形態(tài)不規(guī)則，總體呈近東西向展布，與區(qū)域構造線方向一致，巖石類型為片麻狀花崗巖，灰白色，稍帶肉紅色，普遍具片麻狀構造，片麻理產狀較陡，走向近東西。燕山期巖漿活動最為強烈，燕山期晚期侵入巖(γ53-1)，礦區(qū)西南角有少量分布，礦區(qū)東側則有大面積出露(見圖1B)，其巖性為中、粗粒似斑狀黑云母花崗巖和花崗斑巖脈，與該礦床成礦關系極為密切[17-19]。

區(qū)域上金屬礦產較多，主要有坡根、槐樹莊、宿王店、二道溝、石虎溝及韓溝金礦以及馬莊鉛鋅礦和銀洞溝鉛礦等[20]。

2 礦區(qū)地質特征

2.1 地 層

礦區(qū)出露地層由老至新為中元古界熊耳群許山組(Pt2xx)及新生界第四系(Q)等(見圖2)。其中許山組為一套陸相火山巖系，主要呈NW向分布于礦區(qū)的中東部，其次在銀洞溝的北西側有零星出露。巖石種類主要有變安山巖、變安山玢巖等，其次為黑云母石英片巖、綠泥石片巖及二云石英片巖等變質巖石，其中變安山巖為區(qū)內主要的賦礦巖石。因受構造應力和區(qū)域變質作用的影響，礦區(qū)內巖石片理化強烈，顯示出韌性剪切變形的特征。

2.2 構 造

礦區(qū)內斷裂構造十分發(fā)育，規(guī)模較大的有沿NW—SE向縱貫全區(qū)的下湯—拐河韌性剪切帶(見圖1B)，區(qū)內出露長15 km，寬約4 km，帶內巖石片理極為發(fā)育，見有構造片巖、糜棱巖、構造片理化碎裂巖及碎裂巖等，顯示韌脆性變形特征。受該剪切斷層的影響，礦區(qū)內尚發(fā)育有NW、NWW、NE、近EW及近SN向等5組次級脆性斷裂(見圖2)，均表現(xiàn)為蝕變構造破碎帶，目前礦區(qū)已圈定的11個金礦體均分別產于這些破碎帶內。其中，NW及NWW向斷裂為礦區(qū)的主要控礦斷裂，數量較多，且含礦性較好，兩組斷裂內圈出規(guī)模較大的金礦體各4個(NW向如產于王溝礦段的Au-1及產于康家溝礦段的Au-10等，NWW向如產于西溝礦段的Au-9-2及Au-7-2等)，其余3組斷裂數量較少，含礦性亦較弱，僅圈出規(guī)模較小的金礦體3個(如Au-20-1等)。礦區(qū)王溝、西溝、康家溝及黑陰寺4個礦段共圈出此類蝕變構造破碎帶27條，編號分別為HP1～HP27。其中王溝礦段4條(HP1～HP4)，西溝礦段5條(HP5～HP9)，康家溝礦段17條(HP10～HP17、HP19～HP27)，黑陰寺1條(HP18)。

圖2 草店金礦區(qū)地質簡圖(據文獻[7]改編)

其中王溝和黑陰寺礦段的蝕變構造破碎帶均產于中元古界熊耳群許山組暗灰色杏仁狀安山巖中，而西溝和康家溝礦段的蝕變構造破碎帶則均分布于晉寧期晚期片麻狀花崗巖內。總體而言，多數破碎帶產狀沿走向和傾向變化較大，產狀較緩，傾角僅為10°～35°(如HP1、HP7等)，只有個別破碎帶產狀較陡，傾角可達45°以上(如HP19)；破碎帶在地表的出露形態(tài)各異，有不規(guī)則環(huán)狀、不規(guī)則曲線狀及空心環(huán)狀等型式；破碎帶規(guī)模長一般為200～400 m，最長可達900 m(HP24)，厚0.5～3.0 m；構造帶內巖石較為破碎，片理化發(fā)育，蝕變和礦化明顯，巖石呈碎片和碎塊狀，普遍具有硅化、絹云母化、黃鐵礦化、褐鐵礦化、碳酸鹽化，個別破碎帶內可見綠泥石化、綠簾石化(HP9)、鉀化(HP18)、黃銅礦化及方鉛礦化(如HP20)等蝕變礦化。其中硅化表現(xiàn)為石英呈細脈狀及團塊狀分布，褐鐵礦化以薄膜狀、土狀沿巖石片理面、裂隙面和蜂窩表面浸染，而黃鐵礦則主要以星點狀、浸染狀出現(xiàn)。以上27條蝕變構造破碎帶分別控制了區(qū)內4個礦段金的礦化范圍以及11個金礦體的空間分布和產出位置(見圖2)，為區(qū)內重要的容礦構造。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內巖漿活動強烈，主要有晉寧期晚期和燕山期晚期第一次侵入花崗巖等2期。

晉寧期晚期侵入巖(γ23)，為伏牛山復式花崗巖基之龍池幔片麻狀花崗巖體東延部分[7]，由于受燕山期晚期第一次侵入花崗巖侵位擠占、分割，使巖體形態(tài)不規(guī)則，總體呈近NW向展布，與區(qū)域構造線方向一致。巖石為灰白色、肉紅色、片麻狀構造，片麻理產狀較陡，走向近EW向。

燕山期晚期第一次侵入巖(γ53-1)，其K-Ar年齡為105 Ma[14]，在礦區(qū)西南部和東北角出露(見圖2)，礦區(qū)外圍則大面積展布(見圖1B)，為伏牛山復式花崗巖基的一部分[7]，該巖體的巖石類型為似斑狀黑云母花崗巖，屬重熔型花崗巖[14]。此外，局部可見小規(guī)模燕山末期的花崗斑巖脈，多分布在礦體的上盤。燕山期晚期第一次侵入花崗巖與成礦關系密切[14]。

3 礦床特征

3.1 礦體特征

礦區(qū)分西溝、王溝、康家溝及黑陰寺等4個礦段，共圈出蝕變構造破碎帶27條，編號分別為HP1-HP27，規(guī)模長90～900 m，厚0.5～3.0 m。經對HP1、HP2、HP6、HP7、HP9、HP10、HP18及HP20等8條礦化蝕變破碎帶詳查，圈出金礦體11個。其中王溝2個，編號分別為Au-1、Au-2；西溝5個，編號分別為Au-6、Au-7-1、Au-7-2、Au-9-1及Au-9-2；康家溝3個，編號分別為Au-10、Au-20-1及Au-20-2；黑陰寺1個，編號為Au-18。金礦體呈脈狀分別產于晉寧期片麻狀花崗巖(見圖2)和中元古界熊耳群許山組安山巖之構造破碎帶中(見圖2和圖3)。礦體規(guī)模長30～390 m，寬30～140 m，厚0.5～1.55 m。從厚度變化系數的計算結果來看(見表1)，除Au-20-1及Au-20-2等2個礦體的厚度變化較大外，其余礦體的厚度較為穩(wěn)定；礦石品位 Au 1.05～11.60 g/t，礦體品位變化系數一般為45%～65%，最大為138%，有用組分分布不太均勻。

圖3 草店金礦區(qū)康家溝礦段HP10號蝕變構造破碎帶第1橫勘探線剖面圖(據文獻[2]改編)1-片麻狀花崗巖；2-晉寧期晚期花崗巖；3-蝕變構造破碎帶及編號；4-金礦體及編號；5-探槽及編號；6-平硐及編號；7-礦體產狀(傾向/傾角)；8-金、銀品位(g/t)/真厚度(m)

表1 草店金礦區(qū)主要礦體特征一覽表

3.2 礦石質量

3.2.1 礦石組構

3.2.1.1 礦石結構

礦石結構比較復雜，多為他形、半自形、自形晶粒狀結構，次為破裂壓碎結構、包含結構、交代結構。

3.2.1.2 礦石構造

(1)浸染狀構造：銀金礦、自然金、黃鐵礦(見圖4B、4C)、黃銅礦(見圖4A)、方鉛(見圖4C)礦等呈他形晶粒狀不均勻分散分布于礦石之中，形成浸染狀構造，為礦石的主要構造。

(2)塊狀構造：局部黃鐵礦大于50%，石英等脈石礦物含量較小，黃鐵礦聚集成集合體狀分布構成塊狀構造(見圖4A)。

3.2.2 礦石礦物成分

金屬礦物有黃銅礦、方鉛礦及黃鐵礦，其次有斑銅礦、藍銅礦、閃鋅礦、自然金、銀金礦、輝鉍礦、鉬鉛礦、自然銀、磁鐵礦等，次生礦物有褐鐵礦、孔雀石、銅藍、白鉛礦、泡鉍礦、赤鐵礦及磷氯鉛礦；脈石礦物則以石英和絹云母為主，其次有綠泥石、方解石、黑云母及綠簾石等。

3.2.3 金的賦存狀態(tài)

礦區(qū)內的金礦物主要為自然金和銀金礦，自然金粒度細小，以0.2～0.000 5 mm大小顯微金形式產。金的賦存狀態(tài)以包裹金(交互連生金)及粒間金為主，裂隙金次之，單體金數量最少。可見金的存在形式詳見圖5。

圖4 草店礦區(qū)金礦石照片A—塊狀構造(黃鐵礦呈團塊狀分布，黃銅礦呈浸染狀分布)；B—浸染狀構造(黃鐵礦呈浸染狀分布)；C—浸染狀構造(黃鐵礦、方鉛礦均呈浸染狀分布)；Py—黃鐵礦；Cp—黃銅礦；Gn—方鉛礦；Lim—褐鐵礦

3.3 礦石類型

區(qū)內礦石的自然類型，按照礦化的巖石類別和組構特征可劃分為碎裂石英脈型(見圖4A)、蝕變角礫巖型(見圖4A)、蝕變碎裂巖型和蝕變糜棱巖型(見圖4B、4C)等4類；按照礦石的氧化程度，自上而下可劃分成氧化礦石、混合礦石和原生礦石等3型。其中以原生礦石為主，分布在離地表50 m以深地段；其次為混合礦石，一般位于離地表20～50 m處；氧化礦石較少，分布于20 m以淺部位。

圖5 草店金礦礦石顯微鏡下金賦存狀態(tài)(據文獻[2]改編)A—鉛礬包金;B—黃鐵礦粒間金;C—方鉛礦解理金與黃鐵礦、鉛礬連生金;D—方鉛礦與黃銅礦粒間金;Au—自然金;Lv—鉛釩;Py—黃鐵礦;Cp—黃銅礦;Gn—方鉛礦

3.4 礦體圍巖及蝕變特征

礦區(qū)內礦體圍巖主要有晉寧期晚期片麻狀花崗巖及中元古界熊耳群許山溝組暗灰色杏仁狀安山巖。近礦圍巖蝕變主要有硅化、絹云母化、黃鐵礦化、褐鐵礦化及碳酸鹽化，其次為綠泥石化、綠簾石、鉀化，黃銅礦化及方鉛礦化等。其中硅化、黃鐵礦化、絹云母化，即黃鐵絹英巖化與金礦化關系最為密切。圍巖蝕變強烈地段，可見蝕變水平分帶現(xiàn)象，蝕變帶中心為硅化、黃鐵礦化，向兩側則漸變?yōu)殁浕⒔佋颇富⒕G簾石化等。

4 礦床成因

4.1 成礦物質來源

4.1.1 礦物包裹體特征

為了探討成礦流體的來源及礦床成因，前人[9]在棚溝礦區(qū)(即草店礦區(qū)康家溝礦段)采集金礦石石英包裹體樣品4件(編號分別為2、5、6、7)，對其氣相成分、液相成分、均一溫度及CO2中的σ13C等進行了測定。

(1)包裹體氣相成分：分析結果(見表2)表明，礦石石英包裹體氣相成分除H2O外，CO2的含量亦較高，5號樣的CO2摩爾百分數高達10.80%。CO2/H2O=0.04～0.12<0.5，為巖漿熱液[21]。

(2)包裹體液相成分：從表3中可以看出，成礦流體以高硫、富HCO3-、Cl-及堿金屬離子為特征，與國內外古老變質巖中韌性剪切帶型金礦性質相似[9]。據模擬試驗(王鶴年，1992)，此類流體對圍巖中的成礦元素具有較強的淋濾能力，能將圍巖中的Au等金屬成礦元素淋濾出來，為金礦的形成提供物質基礎。

表2 草店金礦包裹體氣相成分表

表3 草店金礦包裹體液相成分表 mg/L

4.1.2 碳同位表特征

由以上可知，成礦流體中含有豐富的CO2。高含量的CO2來自何處，即它的成因如何，此問題的研究，對解決礦床的成因及形成機理等具有重要的意義。迄今為止，有關CO2的來源概括起來有以下3種：(1)巖石在變質過程中因脫碳酸作用釋放出來的CO2，在高級變質及深熔巖中普遍存在著CO2流體；(2)地幔來源，地幔的排氣作用，排出的CO2(還伴隨著大離子親石元素及U、Au等)沿著深切上地幔的斷裂上移；(3)地層中的有機碳。3種來源CO2區(qū)別主要在于它們的σ13C值不一樣，變質成因的CO2，其σ13C值接近于碳酸鹽(≈0‰)；地幔碳，以金剛石為代表，σ13C=-2.8‰～-8.8‰；而有機碳，以富含輕碳為特征，前寒武紀地層中有機碳的σ13C=-25‰～-35‰。經質譜法測得草店金礦含金石英脈包裹體CO2的σ13CPDB=-1.99‰[9],比地幔碳稍重，比變質流體碳略輕，應是二者的混合物。

4.2 成礦物理化學條件

礦石中石英包裹體用均一法測溫[9]，4件樣品測量的溫度分別為270.5、262.5、256、209 ℃，平均為249.5 ℃。由包裹體均一溫度求出礦物形成的壓力是5.5×10-7Pa，按2.5×10-7Pa/km壓力梯度估算，成礦的深度相當于2 km左右。因此，推斷該礦床成礦是在近地表、中低溫的條件下進行的。

4.3 成礦時代

對草店金礦區(qū)花崗斑巖中礦物包裹體進行K-Ar法測定，測得花崗斑巖的年齡值是81.7 Ma[8]。根據礦床地質特征，草店金礦的形成與花崗斑巖的侵入活動有關，由此推斷成礦時代為燕山晚期。

4.4 成礦機制及礦床成因

綜上所述，草店金礦可能的成礦作用演化及成因如下：

(1)熊耳山—外方山(魯山)地區(qū)是河南省重要的產金區(qū)，但作為該地區(qū)賦礦(金)層位的熊耳群至今尚無依據認為是高于地殼豐度(4.0×10-9)的“礦源層”(0.5×10-9～1.7×10-9)，這與世界上產金特富的南非、西澳地區(qū)十分相似。說明用地層和巖石中金的簡單釋放來解釋成礦問題是令人難以置信的。從目前金礦理論的發(fā)展應充分認識到金活化轉移機制的重要性，即強有力的活化轉移機制也能使低于地殼豐度地層中的金發(fā)生大規(guī)模活化遷移。況且熊耳群由中性火山巖系組成，巖石(安山巖)中含有大量暗色礦物，也不乏見及金屬硫化物，巖石本身氣孔及杏仁體發(fā)育，為巖石中微量易釋放金賦存的有利場所。考慮到金礦的形成是受多種因素控制的復雜問題，在特定的地質條件和熱力學條件下，金是異常活躍的元素。在基性火山巖系提供的良好條件下，通過后期復雜控礦作用過程金是完全可以活化轉移的。

(2)熊耳群含金巖系普遍經歷了中—淺區(qū)域變質作用階段，一方面為巖系中難活化難釋放狀態(tài)金變?yōu)樽冑|后的易釋放狀態(tài)金提供條件，另一方面在區(qū)域變質過程中，金要發(fā)生重新組合配位，巖石中遷移之金則從區(qū)域變質程度較高地區(qū)，向綠片巖較低變質相中集中遷移，對金起預富集作用。特別在區(qū)域變質過程強烈的擠壓作用下，演化出現(xiàn)的韌性剪切帶含礦建造中的金，直接受到變質流體的影響發(fā)生再分配，形成“礦胚”，對金的進一步富集起著重要作用。

(3)燕山期，由于華北板塊和揚子發(fā)生碰撞和陸內俯沖作用，導致早期形成的下湯—拐河等韌性剪切帶再度復活發(fā)生脆-韌性剪切變形，溝通了地表與下地殼和上地幔，為重熔的花崗質巖漿和含礦流體的運移形成了通道，同時高滲透性的容礦巖石也為含礦熱液的流動提供了有利的空間。含礦的深部流體(混有變質水的巖漿水)沿構造帶上升與下滲的大氣降水混合構成熱液循環(huán)系統(tǒng)。隨著對流循環(huán)的進行，這種具有較強淋濾能力的含礦熱液在流經熊耳群或礦胚的過程中，不斷地從其中萃取成礦物質，使熱液中的礦質不斷增加。最終，當富含成礦物質的熱液運移至近地表時，由于溫度和壓力的急劇下降，促使Au等成礦物質在燕山期晚期花崗巖體的外接觸帶(晉寧期片麻狀花崗巖及熊耳群安山巖)脆性斷裂(破碎帶)等有利構造空間中快速沉淀而成礦。

5 結 論

(1)草店金礦受斷裂構造控制明顯，下湯—拐河韌性剪切帶控制了其礦化范圍，次級的脆性斷裂(破碎帶)則控制了金礦體的具體產出空間。

(2)燕山期前，作為區(qū)域主要賦礦層位的中元古界熊耳群(許山組)陸相火山巖系因受區(qū)域變質作用的影響，使得巖石中的難釋放金與賦存在巖石氣孔(杏仁體)中的易釋放金一同活化，之后隨著變質流體由變質程度較高的深部向變質程度較低的(低綠片巖相)淺部遷移和再分配，于韌-脆性剪切帶等有利空間中聚集，形成“礦胚”，對金礦的形成起到了預富集的作用。

(3)中生代燕山期，本區(qū)在板塊碰撞和陸內俯沖的大地構造背景下形成了重熔花崗質巖漿和混合含礦熱液。成礦流體以巖漿水為主，混合有部分變質水。燕山期的構造-巖漿活動為成礦起到了決定性的作用。成礦溫度為中低溫，主成礦期為燕山晚期，礦床成因類型為中低溫熱液礦床。