基于成矿构造和成矿流体耦合条件下的贵州锦丰（烂泥沟）金矿成矿模式
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摘要
贵州锦丰(烂泥沟)金矿是滇黔桂“金三角”目前已知最大的卡林型金矿床。尽管前人作了不少的研究工作,但有关矿床成因的一些重大问题仍未解决。本文在深入解剖该矿床的基础上,抓住成矿构造、成矿流体和成矿时代三个拟解决的关键科学问题,运用现代构造解析、显微构造与组构分析、岩石地球化学、流体包裹体地质学、电子探针显微分析、X射线衍射分析、稳定和放射性同位素年代学等方法和手段,主要研究了矿床构造与成矿关系、成矿流体性质和物质来源、成矿年代等内容,并取得了如下主要成果:
1.锦丰(烂泥沟)金矿床是一个与岩浆作用无关的,以钙质陆源碎屑岩为容矿岩石,断层控矿的后生金矿床。热液蚀变从早到晚可划为四个阶段:①去钙化+白云岩化+弱硅化(交代)阶段→②硅化+黄铁矿化+毒砂化+粘土化(交代)阶段→③石英+方解石+不含金硫化物(充填)阶段→④石英+方解石+高岭石+绢云母(充填)阶段。主要载金矿物环带状含砷黄铁矿电子探针显微分析(EPMA)表明较大颗粒黄铁矿晶体中富As环带与细小无核的富As黄铁矿晶体是同期形成的。岩石中存在四种不同成因的层状硅酸盐矿物,其中热液交代伊利石和热液脉状充填绢云母代表了热液作用的年龄。
2.详细的构造解析表明矿区构造样式总体表现为褶皱-断层组合,北西向构造控制了矿床的总体构造格局。北西向大型复式褶皱是矿床主要褶皱,后期北东向小型褶皱叠加在早期北西向大型褶皱之上。近南北向断层主要是长期活动的同生断层;北西向断层是矿床主要断层,其中主赋矿断层F3上陡下缓,运动学分析表明其早期为由北东向南西的逆冲,后期为右旋-正滑运动。北东向断层则切割前两组断层,其中主赋矿断层F2运动学特征与F3相配套,早期为右旋正滑,晚期左旋剪切。
3.矿床构造演化主要经历了同生期裂陷、造山期挤压、后碰撞造山侧向挤压和岩石圈伸展等四个阶段,并与右江盆地的裂陷-闭合-坍塌的发展演化历史相吻合。成矿发生在由挤压向拉张过渡的构造体制转换阶段。造山期逆冲作用形成的构造闭圈和造山期后挤压向伸展转变的过程中形成的张性构造环境是矿质得以大量聚集、沉淀的主要控制因素。
4.岩矿石常量元素分析表明热液蚀变过程中Fe、Mg、K、Ti等元素带入,Ca、Na等带出。铂族元素配分型式为左倾斜型,说明铂族元素来源与右江盆地裂解有关的基性-超基性岩浆活动有关。含砷黄铁矿和石英及其包裹体稀土元素配分曲线均为明显的右倾斜型,负铕异常清楚;代表成矿流体特征的石英包裹体稀土配分型式及特征值与区域上不同时代的幔源基性-超基性岩差别较大,而与矿床围岩、矿石、含砷黄铁矿及其包裹体稀土配分型式及特征值十分相似,反映成矿流体总体上以壳源为主。Eu负异常反映了偏酸性(富CO2)、具还原性的成矿环境。稀土元素特征表明成矿热液有可能来源于沉积盆地中的建造水。含砷黄铁矿和石英及其包裹体微量元素分析表明,含砷黄铁矿富含亲硫元素,亏损V、Sr及高场强元素;石英除亲石元素含量高以外,还表现为亲硫元素以及Mo、Bi富集。HFSE和REE比值(Th/L、Nb/La)均小于1,HFSE明显亏损,说明成矿流体为富Cl的流体;含砷黄铁矿及其包裹体中Co/Ni比值仅为0.20-0.31,远远小于1,说明成矿温度较低,成矿流体主要为盆地流体。
5.含砷黄铁矿包裹体3He/4He为0.0786～0.43R/Ra, 40Ar/4He为2.26～5.37,40Ar/36Ar为292～372,指示成矿流体属于大气饱和水(ASW),包括由原始大气降水和海水演化形成的盆地建造水。含砷黄铁矿Re-Os同位素等时线初始187Os/188Os比值为1.127±0.043,明显高于地幔比值而接近现代海水的比值,也说明成矿物质为壳源,成矿流体主要为盆地流体。
6.首次采用含砷黄铁矿的Re-Os测年方法,获得加权拟合的Re-Os等时线年龄为193±13 Ma。首次采用常规40Ar/39Ar阶段升温测年法对石英-方解石脉中充填的热液绢云母进行测年,获得坪年龄为194.6±2 Ma。上述两个测年数据在误差范围内十分相似,反映金的成矿时代为早侏罗世,与构造解析推断的金沉淀的构造演化阶段(即碰撞造山后印支期挤压造山向燕山期伸展的构造转换期)吻合。7.建立在成矿时代约束下,基于成矿构造和成矿流体耦合条件下的成矿模式为:①右江盆地裂解-弧后盆地阶段(D2-T1),形成初始矿源岩(层),同生断层F7活动→②右江盆地前陆盆地阶段(T2),巨厚浊流沉积物之下的盆地建造水从矿源层中萃取成矿物质,逐步演化为含矿流体→③右江盆地挤压造山阶段(T3),F7反转成逆断层,并与造山作用形成的北西向逆断层(如F3、F14)及配套走滑断层(如F2、F12)三者共同构成导矿网络体系。而F5及其上盘T2xm4-3泥岩共同形成一个良好的构造闭圈,导致矿液主要在构造闭圈所限制的以同生断层为主的热液运移网络内活动→④右江盆地碰撞后造山侧向挤压阶段(J1),一方面使造山期形成的褶皱发生重褶,形成走向北东的叠加褶皱;另一方面随着构造应力在F2-F3近“X”型断裂系上的分配,F3右旋-正滑运动,在F2-F3交切地段的引张区域形成减压扩容带,含矿流体进入减压扩容空间沉淀形成超大型金矿床。认为该矿床是与盆地流体有关的沉积期后中低温热液矿床,属于后碰撞造山成矿作用的产物。
Jinfeng(Lannigou) gold deposit in Guizhou is the known largest Carlin-type gold deposit in Yunnan-Guizhou-Guangxi triangle area in southwestern China. The problems of deposit genetic still exist, although many work and study have been done there. Based on dissecting the gold deposit in detail, this thesis focused on three key problems consisting of mineralizing tectonism、mineralizing fluid and mineralizing geochronology and applied methods such as modern structural analysis, microstructure and fabric analysis, petrogeochemistry, fluid inclusion, electron-probe micro-analysis (EPMA), X-ray diffraction analysis, stable and radioactive isotopic geochronology to study mainly on the relationship between structure of deposit and mineralization,ore-forming fluid and source origin,geochronology. The main conclusions are as follows:
1. Jinfeng(Lannigou)Gold deposit is a fault controlled epigenetic gold deposit,whose host rock is calcareous terrigenous arenite and,having nothing to do with magmatism. From early to late,hydrothermal alteration can be separate into four stages:decalcification+ dolomitization+slightly silicification ( metasomatism ) stage→silicification+ pyritization+arsenopyrite+ clayzation( metasomatism ) stage→quartz+calcite+unauriferous sulphide ( filling ) stage→quartz+calcite+kaolinite+sericite(filling) stage. The EPMA of arsenian pyrites,the primary hosts mineral for Au,suggest that zones riched in arsenic of larger-grained pyrite and fine-grained pyrite without core, riched in arsenic, formed at the same stage. There are four kinds of phyllosilicates minerals in the rock, and the age of illite of hydrothermal metasomatism and sericite of veinly hydrothermal filled represent the age of hydrothermalism.
2. The detailed structural analysis suggests, in general, that fold-fault association is the main tectonic style of the mining district. The later small NE-trending folds superimpose on the large main NW-trending folds which control the mining district tectonic framework. The nearly SN-striking faults is a long active synsedimentary faults. The main faults in deposit are NW-trending in which the main ore-hosting faults F3 are steep at shallow and gentle at depth, and it thrust early from NE to SW, then became a dextral–normal fault, according to analyse of its kinematics. The NE-trending faults, cutting the two formers, in which the kinematics characteristic of ore-hosting faults F2 is dextral-normal and sinitral at early stage and later stage respectively.
3. The deposit deformation, which underwent four stages consisting of splitting in the contemporaneous stage, compressing in the collisional stage, lateral compressing in the post-collisional stage and extending of lithosphere stage, match the evolution of Youjiang basin from splitting to closing and collapsing. Large scale gold metallogenesis occurred at the structural transition from collisional compression to extension tectonic. The structural trap formed by thrusting in collisional orogeny stage and the splay setting in the transition process from compression to extension are the main ore-control factors for gold’s large congregating and depositing.
4. The analysis of the major elements in the ore and country rock indicates that there were importation of Fe、Mg、K and Ti and exportation of Ca and Na in alteration domain. The platinum group elements(PGE) distribution patterns of positive-slopes suggest that PGE are relative to basic-ultrabasic magmatism of the splitting in Youjiang basin. The REE distribution patterns of arsenian pyrite、quartz and their inclusions are all negative-slopes with clearly negtive Eu anormaly. The REE distribution patterns and its eigenvalue of inclusions in vein quartz of , represent the ore-forming fluid, are quite different from that of asynchronous basic-ultrabasic rock of mantle origin, but quite similar to that of country rock, ore, arsenian pyrite and its inclusions. This indicates the ore-forming fluid is mainly of crust origin in general. Negtive Eu anormaly suggests that ore-forming conditions are of reduction and gentle acidity. REE characteristic indicates that mineralizing hydrothermal fluids may stem from basin formation water. The minor elements analysis of arsenian pyrite, quartz and their inclusions show that arsenian pyrite is riched in sulphophile elements and depleted in V、Sr and high field strength elements(HFSE) and that vein quartz is riched not only in lithophile elements,also in sulphophile elements and Mo,Bi. Ore-forming fluids are riched in chlorine as HFSE/ REE (Th/La,Nb/La) ratio is less than 1 and HFSEs are depleted. Ore-forming temprature is low-moderate because Co/Ni ratio (0.20-0.31) of arsenian pyrite and its inclusions is far smaller than 1 which indicates ore-forming fluids evolved from basin water.
5. 3He/4He,40Ar/4He and 40Ar /36Ar of inclusions in arsenian pyrites are 0.0786-0.43R/Ra, 2.26-5.37 and 292-372 repectively indicate that atmosphere saturation water (including primitive meteoric precipitation and basin formation water evolved from seawater) is the ore-forming fluid. Initial 187Os/188Os ratio (1.27±0.043) of arsenian pyrite suggest the ore-forming materials originated from the crust.
6. Re-Os isochron age (193±13Ma), first time obtained from arsenian pyrite, is within analytical errors consistent with the plateau age(194.6±2Ma) obtained from sericite filled in quartz-calcite vein using normal step-heating method. This indicates that Au depositing epoch is early Jurassic and it is concordant to tectonic evolution stages,namely transition period from post-collision compression at Indosinian to extention at Yanshanian,of gold deposition inferred from structural analysis.
7. The genetic model, based on the constrains on ore-forming geochronology and the coupling of metallotectonics and ore-forming fluid is as follow:
Splitting-backarc basin stage(D2—T1) of Youjiang basin, the initial ore-forming source rock formed, the contemporaneous normal fault F7 became active→Foreland basin stage(T2) of Youjiang basin, the basin formation water beneath the superthickened turbidite extract ore-forming materials and evolved into ore-forming fluid→Orogenic stage(T3) of Youjiang basin, F7 reversed to a thrust fault and form a ore conduit structure network system with NW-striking thrust fault(such as F3,F14) and strike-slip fault(such as F2,F12). Ore-forming fluids migration is confined in the network of coinstantaneous faults constrained by tectonic trap which is formed by the coeffect of F5 and its hanging wall of mud-rock(T2xm4-3)→Post-collision lateral compressing stage(J1)of Youjiang basin. The orogenic folds were refolded by NE-trending folds. As tectonic stress distribution in F2 and F3 nearly‘X’shaped fault system, F3 is dextral-normal slip, and ore-bearing fluids flux into the decompression and expansion space, which is built up at the tensile part of F2-F3 meeting-section. The deposit is a post-sedimentary hydrothermal deposit of low-moderate temperature, with relative to basin fluid, and belongs to a product of post-collision mineralizing tectonism.
1.锦丰(烂泥沟)金矿床是一个与岩浆作用无关的,以钙质陆源碎屑岩为容矿岩石,断层控矿的后生金矿床。热液蚀变从早到晚可划为四个阶段:①去钙化+白云岩化+弱硅化(交代)阶段→②硅化+黄铁矿化+毒砂化+粘土化(交代)阶段→③石英+方解石+不含金硫化物(充填)阶段→④石英+方解石+高岭石+绢云母(充填)阶段。主要载金矿物环带状含砷黄铁矿电子探针显微分析(EPMA)表明较大颗粒黄铁矿晶体中富As环带与细小无核的富As黄铁矿晶体是同期形成的。岩石中存在四种不同成因的层状硅酸盐矿物,其中热液交代伊利石和热液脉状充填绢云母代表了热液作用的年龄。
2.详细的构造解析表明矿区构造样式总体表现为褶皱-断层组合,北西向构造控制了矿床的总体构造格局。北西向大型复式褶皱是矿床主要褶皱,后期北东向小型褶皱叠加在早期北西向大型褶皱之上。近南北向断层主要是长期活动的同生断层;北西向断层是矿床主要断层,其中主赋矿断层F3上陡下缓,运动学分析表明其早期为由北东向南西的逆冲,后期为右旋-正滑运动。北东向断层则切割前两组断层,其中主赋矿断层F2运动学特征与F3相配套,早期为右旋正滑,晚期左旋剪切。
3.矿床构造演化主要经历了同生期裂陷、造山期挤压、后碰撞造山侧向挤压和岩石圈伸展等四个阶段,并与右江盆地的裂陷-闭合-坍塌的发展演化历史相吻合。成矿发生在由挤压向拉张过渡的构造体制转换阶段。造山期逆冲作用形成的构造闭圈和造山期后挤压向伸展转变的过程中形成的张性构造环境是矿质得以大量聚集、沉淀的主要控制因素。
4.岩矿石常量元素分析表明热液蚀变过程中Fe、Mg、K、Ti等元素带入,Ca、Na等带出。铂族元素配分型式为左倾斜型,说明铂族元素来源与右江盆地裂解有关的基性-超基性岩浆活动有关。含砷黄铁矿和石英及其包裹体稀土元素配分曲线均为明显的右倾斜型,负铕异常清楚;代表成矿流体特征的石英包裹体稀土配分型式及特征值与区域上不同时代的幔源基性-超基性岩差别较大,而与矿床围岩、矿石、含砷黄铁矿及其包裹体稀土配分型式及特征值十分相似,反映成矿流体总体上以壳源为主。Eu负异常反映了偏酸性(富CO2)、具还原性的成矿环境。稀土元素特征表明成矿热液有可能来源于沉积盆地中的建造水。含砷黄铁矿和石英及其包裹体微量元素分析表明,含砷黄铁矿富含亲硫元素,亏损V、Sr及高场强元素;石英除亲石元素含量高以外,还表现为亲硫元素以及Mo、Bi富集。HFSE和REE比值(Th/L、Nb/La)均小于1,HFSE明显亏损,说明成矿流体为富Cl的流体;含砷黄铁矿及其包裹体中Co/Ni比值仅为0.20-0.31,远远小于1,说明成矿温度较低,成矿流体主要为盆地流体。
5.含砷黄铁矿包裹体3He/4He为0.0786～0.43R/Ra, 40Ar/4He为2.26～5.37,40Ar/36Ar为292～372,指示成矿流体属于大气饱和水(ASW),包括由原始大气降水和海水演化形成的盆地建造水。含砷黄铁矿Re-Os同位素等时线初始187Os/188Os比值为1.127±0.043,明显高于地幔比值而接近现代海水的比值,也说明成矿物质为壳源,成矿流体主要为盆地流体。
6.首次采用含砷黄铁矿的Re-Os测年方法,获得加权拟合的Re-Os等时线年龄为193±13 Ma。首次采用常规40Ar/39Ar阶段升温测年法对石英-方解石脉中充填的热液绢云母进行测年,获得坪年龄为194.6±2 Ma。上述两个测年数据在误差范围内十分相似,反映金的成矿时代为早侏罗世,与构造解析推断的金沉淀的构造演化阶段(即碰撞造山后印支期挤压造山向燕山期伸展的构造转换期)吻合。7.建立在成矿时代约束下,基于成矿构造和成矿流体耦合条件下的成矿模式为:①右江盆地裂解-弧后盆地阶段(D2-T1),形成初始矿源岩(层),同生断层F7活动→②右江盆地前陆盆地阶段(T2),巨厚浊流沉积物之下的盆地建造水从矿源层中萃取成矿物质,逐步演化为含矿流体→③右江盆地挤压造山阶段(T3),F7反转成逆断层,并与造山作用形成的北西向逆断层(如F3、F14)及配套走滑断层(如F2、F12)三者共同构成导矿网络体系。而F5及其上盘T2xm4-3泥岩共同形成一个良好的构造闭圈,导致矿液主要在构造闭圈所限制的以同生断层为主的热液运移网络内活动→④右江盆地碰撞后造山侧向挤压阶段(J1),一方面使造山期形成的褶皱发生重褶,形成走向北东的叠加褶皱;另一方面随着构造应力在F2-F3近“X”型断裂系上的分配,F3右旋-正滑运动,在F2-F3交切地段的引张区域形成减压扩容带,含矿流体进入减压扩容空间沉淀形成超大型金矿床。认为该矿床是与盆地流体有关的沉积期后中低温热液矿床,属于后碰撞造山成矿作用的产物。
Jinfeng(Lannigou) gold deposit in Guizhou is the known largest Carlin-type gold deposit in Yunnan-Guizhou-Guangxi triangle area in southwestern China. The problems of deposit genetic still exist, although many work and study have been done there. Based on dissecting the gold deposit in detail, this thesis focused on three key problems consisting of mineralizing tectonism、mineralizing fluid and mineralizing geochronology and applied methods such as modern structural analysis, microstructure and fabric analysis, petrogeochemistry, fluid inclusion, electron-probe micro-analysis (EPMA), X-ray diffraction analysis, stable and radioactive isotopic geochronology to study mainly on the relationship between structure of deposit and mineralization,ore-forming fluid and source origin,geochronology. The main conclusions are as follows:
1. Jinfeng(Lannigou)Gold deposit is a fault controlled epigenetic gold deposit,whose host rock is calcareous terrigenous arenite and,having nothing to do with magmatism. From early to late,hydrothermal alteration can be separate into four stages:decalcification+ dolomitization+slightly silicification ( metasomatism ) stage→silicification+ pyritization+arsenopyrite+ clayzation( metasomatism ) stage→quartz+calcite+unauriferous sulphide ( filling ) stage→quartz+calcite+kaolinite+sericite(filling) stage. The EPMA of arsenian pyrites,the primary hosts mineral for Au,suggest that zones riched in arsenic of larger-grained pyrite and fine-grained pyrite without core, riched in arsenic, formed at the same stage. There are four kinds of phyllosilicates minerals in the rock, and the age of illite of hydrothermal metasomatism and sericite of veinly hydrothermal filled represent the age of hydrothermalism.
2. The detailed structural analysis suggests, in general, that fold-fault association is the main tectonic style of the mining district. The later small NE-trending folds superimpose on the large main NW-trending folds which control the mining district tectonic framework. The nearly SN-striking faults is a long active synsedimentary faults. The main faults in deposit are NW-trending in which the main ore-hosting faults F3 are steep at shallow and gentle at depth, and it thrust early from NE to SW, then became a dextral–normal fault, according to analyse of its kinematics. The NE-trending faults, cutting the two formers, in which the kinematics characteristic of ore-hosting faults F2 is dextral-normal and sinitral at early stage and later stage respectively.
3. The deposit deformation, which underwent four stages consisting of splitting in the contemporaneous stage, compressing in the collisional stage, lateral compressing in the post-collisional stage and extending of lithosphere stage, match the evolution of Youjiang basin from splitting to closing and collapsing. Large scale gold metallogenesis occurred at the structural transition from collisional compression to extension tectonic. The structural trap formed by thrusting in collisional orogeny stage and the splay setting in the transition process from compression to extension are the main ore-control factors for gold’s large congregating and depositing.
4. The analysis of the major elements in the ore and country rock indicates that there were importation of Fe、Mg、K and Ti and exportation of Ca and Na in alteration domain. The platinum group elements(PGE) distribution patterns of positive-slopes suggest that PGE are relative to basic-ultrabasic magmatism of the splitting in Youjiang basin. The REE distribution patterns of arsenian pyrite、quartz and their inclusions are all negative-slopes with clearly negtive Eu anormaly. The REE distribution patterns and its eigenvalue of inclusions in vein quartz of , represent the ore-forming fluid, are quite different from that of asynchronous basic-ultrabasic rock of mantle origin, but quite similar to that of country rock, ore, arsenian pyrite and its inclusions. This indicates the ore-forming fluid is mainly of crust origin in general. Negtive Eu anormaly suggests that ore-forming conditions are of reduction and gentle acidity. REE characteristic indicates that mineralizing hydrothermal fluids may stem from basin formation water. The minor elements analysis of arsenian pyrite, quartz and their inclusions show that arsenian pyrite is riched in sulphophile elements and depleted in V、Sr and high field strength elements(HFSE) and that vein quartz is riched not only in lithophile elements,also in sulphophile elements and Mo,Bi. Ore-forming fluids are riched in chlorine as HFSE/ REE (Th/La,Nb/La) ratio is less than 1 and HFSEs are depleted. Ore-forming temprature is low-moderate because Co/Ni ratio (0.20-0.31) of arsenian pyrite and its inclusions is far smaller than 1 which indicates ore-forming fluids evolved from basin water.
5. 3He/4He,40Ar/4He and 40Ar /36Ar of inclusions in arsenian pyrites are 0.0786-0.43R/Ra, 2.26-5.37 and 292-372 repectively indicate that atmosphere saturation water (including primitive meteoric precipitation and basin formation water evolved from seawater) is the ore-forming fluid. Initial 187Os/188Os ratio (1.27±0.043) of arsenian pyrite suggest the ore-forming materials originated from the crust.
6. Re-Os isochron age (193±13Ma), first time obtained from arsenian pyrite, is within analytical errors consistent with the plateau age(194.6±2Ma) obtained from sericite filled in quartz-calcite vein using normal step-heating method. This indicates that Au depositing epoch is early Jurassic and it is concordant to tectonic evolution stages,namely transition period from post-collision compression at Indosinian to extention at Yanshanian,of gold deposition inferred from structural analysis.
7. The genetic model, based on the constrains on ore-forming geochronology and the coupling of metallotectonics and ore-forming fluid is as follow:
Splitting-backarc basin stage(D2—T1) of Youjiang basin, the initial ore-forming source rock formed, the contemporaneous normal fault F7 became active→Foreland basin stage(T2) of Youjiang basin, the basin formation water beneath the superthickened turbidite extract ore-forming materials and evolved into ore-forming fluid→Orogenic stage(T3) of Youjiang basin, F7 reversed to a thrust fault and form a ore conduit structure network system with NW-striking thrust fault(such as F3,F14) and strike-slip fault(such as F2,F12). Ore-forming fluids migration is confined in the network of coinstantaneous faults constrained by tectonic trap which is formed by the coeffect of F5 and its hanging wall of mud-rock(T2xm4-3)→Post-collision lateral compressing stage(J1)of Youjiang basin. The orogenic folds were refolded by NE-trending folds. As tectonic stress distribution in F2 and F3 nearly‘X’shaped fault system, F3 is dextral-normal slip, and ore-bearing fluids flux into the decompression and expansion space, which is built up at the tensile part of F2-F3 meeting-section. The deposit is a post-sedimentary hydrothermal deposit of low-moderate temperature, with relative to basin fluid, and belongs to a product of post-collision mineralizing tectonism.
引文
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