湘中龙山锑金矿热液蚀变作用及元素地球化学迁移规律_程浩.pdf
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1、第 52 卷 第 1 期 Vol.52,No.1,105119 2023 年 1 月 GEOCHIMICA Jan.,2023 收稿日期:2021-01-19;改回日期:2021-03-26 项目资助:国家重点研发计划项目(2016YFC0600405)和国家自然科学基金(40772056、41572071)联合资助。第一作者简介:程浩(1993),男,研究生,地质工程专业。E-mail: 通信作者:杨东生(1967),男,副研究员,主要从事矿床地球化学研究。E-mail: Geochimica Vol.52 No.1 pp.105119 Jan.,2023 湘中龙山锑金矿热液蚀变作用及 元素
2、地球化学迁移规律 程 浩1,2,3,杨东生1,2*,庞保成4(1.中国科学院 广州地球化学研究所 矿物学与成矿学重点实验室,广东 广州 510640;2.中国科学院 深地科学卓越创新中心,广东 广州 510640;3.中国科学院大学,北京 100049;4.桂林理工大学 广西地质工程中心重点实验室,广西 桂林 541004)摘 要:龙山锑金矿床是湘中锑金钨矿集区内最重要的脉状锑金矿床之一,其容矿围岩主要为震旦系江口组板岩。本研究以该矿区 2 个近矿剖面的围岩为研究对象,利用 X 射线衍射和元素等浓度分析法(Isocon 法)等手段,对其蚀变矿物和地球化学特征开展研究,并探讨蚀变过程中的元素迁移
3、规律。结果表明:蚀变作用的类型主要有黄铁矿化、碳酸盐化、硅化和绢云母化。热液蚀变过程中,CaO、SO3、LOI(代表挥发分)、Sb、Au、As、Cs 和 W 明显迁入围岩,Na2O、Cu、LREE 以及局部的 MgO、Fe2O3T、Pb 和 Bi 从围岩中迁出,而Al2O3、TiO2和 P2O5活动性较弱。黄铁矿化的 Fe 来自于围岩自身绿泥石的分解,S 则主要由蚀变热液带入;蚀变热液带入的 Ca 和 CO2与绿泥石分解产生的 Fe 和 Mg 结合发生碳酸盐化;硅化作用所需的游离 SiO2则主要由绿泥石分解及斜长石蚀变(绢云母化及局部高岭土化)所提供。结合元素迁移特征与区域构造背景,认为龙山锑
4、金矿床成矿流体可能与湘中地区元古界甚至太古界的深部变质作用有关。关键词:热液蚀变;Isocon 分析;X 射线衍射;龙山锑金矿;湘中矿集区 中图分类号:P595;P614 文献标志码:A 文章编号:0379-1726(2023)01-0105-15 DOI:10.19700/j.0379-1726.2023.01.07 Elements mobilization during hydrothermal alteration in altered rocks in the Longshan Sb-Au deposit,Xiangzhong district,South China CHENG H
5、ao1,2,3,YANG Dongsheng1,2*,PANG Baocheng4(1.Key Laboratory of Mineralogy and Metallogeny,Guangzhou Institute of Geochemistry,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510640,Guangdong,China;2.CAS Center for Excellence in Deep Earth Science,Guangzhou 510640,Guangdong,China;3.University of Chinese Academy
6、 of Sciences,Beijing 100049;4.Key Laboratory of Geological Engineering Center of Guangxi,Guilin University of Technology,Guilin 541004,Guangxi,China)Abstract:The Longshan deposit is underlain by the greyish-green sandy slate of the Neoproterozoic Jiangkou Formation and serves as one of the most impo
7、rtant Sb-Au deposits in the Xiangzhong Sb-Au ore concentration area.This study focuses on two wall rock profiles near mineralization veins.Isocon analysis and X-ray diffraction results show that CaO,SO3,As,Cs,W and ore-forming elements(Sb,Au)move into altered rock.In fresh rock,Na,Cu,light rare eart
8、h elements,as well as local SO3,Mg,Fe2O3T,Pb,Bi,are depleted,and some major elements,such as Al,P,and Ti,are nearly immobile during hydrothermal alteration.The main wall rock alteration types are pyritization,carbonatization,silicification and sericitization.During pyritization,Fe is mainly formed f
9、rom the decomposition of chlorite,while S is brought in by alteration of hydrothermal fluid.The combination of Fe and Mg,from the decomposition of chlorite and Ca and CO2 from hydrothermal fluids,results in carbonatization.SiO2,mostly from the destruction of feldspar and the decomposition of chlorit
10、e,results in silicification.Consequently,106 2023 年 Geochimica Vol.52 No.1 pp.105119 Jan.,2023 considering the characteristics of element migration and regional tectonics,we infer that the ore-forming fluid of the Longshan Sb-Au deposit is related to the metamorphism of the Proterozoic and Archaeozo
11、ic strata.Key words:hydrothermal alteration;Isocon analysis;X-ray diffraction;Longshan Sb-Au deposit;Xiangzhong ore concentration area 0 引 言 岩石在含矿热液作用下,发生一系列旧矿物被更稳定的新矿物所代替的交代过程,称为蚀变作用(翟裕生等,2011)。热液蚀变过程中,围岩的主量元素含量会因矿物组合发生变化而改变,微量元素也很可能在热液交代作用过程中发生迁移。通过对成矿流体岩石反应过程开展研究,以及分析蚀变过程中元素的迁移规律,可以揭示热液蚀变机理,探讨成矿流
12、体性质及成矿物质来源(Browne,1978;Pirajno,2009;Chinnasamy and Mishra,2013;Qiu et al.,2016;Smith et al.,2017;刘向东等,2019)。热液蚀变现象广泛分布于矿脉或矿体周边,通过对热液蚀变开展研究还可以缩小勘探范围和指导找矿勘查(Xu et al.,2016)。湘中锑金钨矿集区位于扬子地块西南缘,是我国华南低温成矿域的重要组成部分之一(Hu and Zhou,2012;胡瑞忠,2015;胡瑞忠等,2016)(图 1)。在过去的一百多年间,近一百个脉型锑金矿床/点被发现 1.新近系侏罗系;2.三叠系泥盆系;3.震旦系
13、志留系;4.元古界;5.加里东期花岗岩;6.印支期花岗岩;7.主要断裂带;8.锑金矿床;9.锑金钨矿床;10.锑矿床。图 1 湘中锑(金)(钨)矿集区地质图(据 Chu et al.,2012;鲁玉龙等,2017;Fu et al.,2020 修)Fig.1 Regional geological map of the Xiangzhong Sb-Au-W ore concentration area 第 1 期 程 浩等:湘中龙山锑金矿热液蚀变作用及元素地球化学迁移规律 107 Geochimica Vol.52 No.1 pp.105119 Jan.,2023 (Wu,1993)。前人针对
14、矿集区内的重要矿床,如锡矿山超大型锑矿床、沃溪大型锑金钨矿床、板溪大型锑矿床、龙山大型锑金矿床和渣滓溪大型锑矿床成矿物质来源、成矿流体性质和成矿时代等方面开展过大量研究(Peng et al.,2003;Peng and Frei,2004;Zhu and Peng,2015;陈佑纬等,2016;付山岭等;2016;Zeng et al.,2017;Hu and Peng,2018;Li et al.,2018,2019;张志远等,2018;Zhang et al.,2019;Fu et al.,2020)。然而,有关蚀变机制及元素迁移规律的研究工作却相对较少(解庆林等,1997;高斌等,19
15、99;Li et al.,2019;弭希风等,2019),一定程度上限制了对成矿过程的认识。龙山锑金矿床位于湖南省邵阳市东北 40 km,NE 向宁乡新宁区域性断裂的北西侧(图 2),是湘中锑金钨矿集区内脉型锑金矿床中规模最大的一个,累计探获 Sb 金属量 1.657105 t(333+3341)(平均品位3%,最高 61.07%),Au 金属量 16.19 t(333+3341)(平均品位 0.005,最高 0.026)(庞保成等,2011;张志远等,2018)。矿床的容矿围岩主要为震旦系江口组第一亚段灰绿色砂质板岩,其近矿围岩蚀变以显著的“褪色化”(由灰绿色转化为浅红色调)为标志。长期以来
16、,前人对龙山锑金矿床蚀变围岩的研究基本停留在围岩蚀变带的划分、蚀变矿物组合等方面,对围岩蚀变机制及元素迁移规律的研究目前仍是空白(唐松芳和刘奇武,1993;王自潮,1994)。近几十年来,地球化学等浓度分析法(Isocon 法)因规避了蚀变过程中岩石质量和体积变化的问题,已被国内外众多学者广泛应用于热液蚀变过程中元素迁移规律的研究(Grant,1986;John et al.,2003;Mori et al.,2003;Garofalo,2004;Whitbread and Moore,2004;Warren et al.,2007;Guo et al.,2009;Idrus et al.,2
17、009;王翠云等,2012;于立栋等,2020)。X 射线衍射(XRD)技术可分析矿物的晶体结构,近年来被广泛应用于(蚀变)岩石矿物组合及其含量的分析(Tanikawa et al.,2008;Sonntag,2012)。本研究以龙山矿床地下坑道中 2 个近矿脉围岩剖面为对象,按照离矿脉距离的远近,系统采集不同蚀变程度的样品,结合标准化 Isocon 法(Guo et al.,2009)和 XRD 分析技术,1.石炭系;2.泥盆系;3.奥陶系;4.寒武系;5.震旦系上统留茶坡组至下统湘锰组;6.震旦系下统江口组;7.花岗闪长斑岩;8.地质界线;9.不整合地质界线;10.主要矿脉及编号;11.主
18、要断层。图 2 龙山锑金矿区地质简图(据陈佑纬等,2016 修)Fig.2 Geological map of the Longshan Sb-Au deposit 108 2023 年 Geochimica Vol.52 No.1 pp.105119 Jan.,2023 详细研究矿床的围岩蚀变特征、热液蚀变过程中主量和微量元素迁移变化规律以及蚀变机制,为龙山锑矿床的变质流体起源提供进一步的支持证据。1 区域地质概况 湘中锑金钨矿集区位于扬子地块与华夏地块的接合位置(图 1),对应于雪峰山构造带东部内带的西北区域(鲁玉龙等,2017)。雪峰山构造带是一个向北西剪切和逆冲的早中生代陆内造山带,独
19、居石U-Th-Pb 全化学和 SIMS 锆石 U-Pb 定年分析将带中韧性剪切和晚造山花岗岩侵位的时间分别约束在243226 Ma 和 235215 Ma(Chu et al.,2012),剪切带中同变形矿物(白云母、黑云母)的40Ar-39Ar 年龄集中在 217195 Ma 之间(Wang et al.,2005,2012)。区域地层呈“二元”结构,由前泥盆系变质、浅变质巨厚碎屑岩基底和晚古生代碳酸盐岩及碎屑岩盖层共同组合形成(马东升等,2002)。除锡矿山超大型锑矿床容矿围岩为泥盆系佘田桥组和棋梓桥组的硅化灰岩以外,区域内主要赋矿地层为新元古界板溪群和震旦系江口组,岩性主要为浅变质砂砾岩
20、、泥砂质板岩和凝灰岩,局部伴有少量基性、中酸性火山岩、碳酸盐岩和炭质板岩。矿集区范围内经历了多期复杂的构造事件,分布着“四隆两盆”,即:雪峰弧形隆起、沩山隆起、白马山龙山隆起和四明山关帝庙隆起以及涟源盆地和邵阳盆地(图 1)。区域内断裂构造主要发育为 NE和 NW 向(丘元禧等,1998)。桃江城步断裂和宁乡新宁断裂是区内最主要的(NE 向)穿壳深断裂,分别控制锡矿山超大型锑矿床和龙山大型锑金矿床的分布(宁勇云等,2017)(图 1)。区域内最早的花岗质岩浆作用可追溯至加里东期,形成了定位于元古界中的白马山复式岩体(Wang et al.,2007)。早中生代印支造山运动对湘中地区造成强烈影响
21、,导致酸性岩浆广泛侵入前三叠系,形成了白马山、沩山、紫云山、歇马和关帝庙等大型花岗岩岩体,年龄集中在 244204 Ma 之间(Wang et al.,2007;罗志高等,2010;刘凯等,2014)。部分岩体发生变形,以石英波状消光、斜长石扭断及黑云母弯曲为岩相学特征(Wang et al.,2007)。晚中生代燕山造山运动所形成的岩浆岩规模较小,多以小岩体或岩脉的形式产出,如锡矿山矿区内出露的中生代煌斑岩脉(谢桂青等,2001;付山岭等,2015;胡阿香和彭建堂,2016)。2 矿床地质特征 龙山脉型锑金矿床位于白马山龙山 EW 向隆起带东部和宁乡新宁 NE 向区域断裂带的交汇处(图 2)
22、。区内主要出露震旦系下统江口组上段浅变质碎屑岩,总厚度大于 2330 m。江口组上段由老至新可分为 4个亚段,其中第 1亚段(Z1j2-1)由灰绿色砂质板岩组成,厚 441 m;第 2 亚段(Z1j2-2)为由砾砂质板岩夹砂质绢云母板岩组成,厚439 m;第3亚段(Z1j2-3)为暗灰色、灰黑色含砾砂质板岩,夹灰色、灰绿色含砾砂质板岩及少量灰色绢云母板岩透镜体,厚416 m;第 4 亚段(Z1j2-4)为灰绿色含砾砂质板岩夹绢云母板岩透镜体,厚 512 m,其中,第 1 亚段为龙山矿区内的主要赋矿地层,而第 2 亚段局部(谢家山矿区)含矿、第 3 和第 4 亚段则基本未见矿化。龙山矿床由龙山矿
23、区和位于其西北约 3 km 的谢家山矿区组成,矿体定位受龙山倒转复式背斜控制;背斜核部发育有 NWW、NNE、NNW 和 NEE向 4 组断裂,控制着矿脉(体)的空间分布(图 2,谢家山矿区矿脉未标识)。龙山矿区贡献了矿床约 90%的锑金矿石储量和产量,迄今已探明 22 条锑金矿脉及少量金矿脉(张志远等,2018)。其中,NWW 向断裂为主要含矿断层,以 1 号脉、2 号脉、18 号脉为代表,断层走向280295,倾向1025,倾角7080,NNE 向断裂为次要含矿断层,代表矿脉为 7 号脉、4 号脉等,断层走向平均为 2040,倾向 290310,倾角 5087。矿体多呈脉状、透镜状等,厚度
24、 0.20 3.61 m。金属矿物以辉锑矿为主,其次为黄铁矿、毒砂等,此外还有很少量的自然金。脉石矿物主要有石英、绢云母、白云石、方解石等。龙山矿床范围之内未见岩浆岩发育,但地球物理勘探数据显示矿区深部存在隐伏花岗岩体(庞保成等,2011)。此外,在矿床北部及北东约 810 km 的柿乡冲、梳装村、砖湾里等地,发现数条花岗闪长斑岩脉出露。陈佑纬等(2016)对其开展过年代学和地球化学研究,测得锆石U-Pb年龄为220217 Ma,认为岩脉是由古中元古代浅变质碎屑岩在印支晚期的碰撞后伸展背景下经减压部分熔融而形成。前人对龙山矿床的成矿时代开展过许多研究,但仍存在较大争议。张志远等(2018)测得
25、谢家山矿区矿脉中热液白云母40Ar-39Ar 同位素年龄为 162.51.8 Ma,第 1 期 程 浩等:湘中龙山锑金矿热液蚀变作用及元素地球化学迁移规律 109 Geochimica Vol.52 No.1 pp.105119 Jan.,2023 据此认为矿床形成与燕山早期构造岩浆事件有关。付山岭等(2016)测得龙山矿床5号脉630中段围岩中的锆石 U-Th/He 加权平均年龄为 160.77.3 Ma。与之形成对比的是,Zhang et al.(2019)对谢家山矿区 4号矿脉中与石英和辉锑矿共生的白钨矿开展 Sm-Nd同位素定年,得到龙山锑金矿床的年龄为 2102 Ma,付山岭等(20
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