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甘肃省西秦岭北带西段砷矿床成矿地质条件及矿床成因分析

李龙

甘肃省地质矿产勘查开发局,第四地质矿产勘查院,735000

摘要: 文章重点讨论了西秦岭北带西段砷的成矿特征。发现和评价矿产地8处(即中型矿床4处、小型4处),查明资源储量88076.978吨,主要分布在甘南州年木耳至合作一带,占甘肃省查明资源储量的75.92%。该区产地密集,类型齐全,计有斑岩型、矽卡岩型和热液型。砷与铜、铁、铅、锌、金、银、硫等金属和非金属矿伴生和共生,是很有远景的地区。分布范围从西部夏河年木耳,至东部临潭光尕沟湾,呈北西~南东向带状,长度130km,宽20~30km。
关键词: 西秦岭背带;西段;砷矿;地质条件;矿床成因
DOI:10.12721/ccn.2021.157067
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1、含矿围岩条件

此区砷矿含矿围岩包括地层和岩体两部分。

由该区东部向西,依次分布着上泥盆~下石炭统、下二叠统及下三叠统地层,岩性为砂岩、板岩夹石灰岩等,属浅~滨海相沉积。近接触带地层,普遍角岩化、矽卡岩化。据以往资料判断,该区地层内由于其岩性组合有利于接触交代作用地发育;局部地层内含砷丰度很高为成矿提供了必要的矿质来源。据沉积岩中砷元素平均含量统计,砷含量在砂岩中1ppm、页岩中13ppm、碳酸盐岩中1ppm,砷含量在硫化物相10ppm,金属相9~12ppm。该区部分地层岩性经测定,砷含量高出该类岩石平均含量的数十至100余倍。例如,夏河县年木耳地区砂岩、板岩内As丰度达100~150ppm,高于该类岩石平均含量的100倍;并且Cu、Pb、Zn、Sh、W、Au、Ag的丰度普遍较高。因此,为砷及其他金属成矿作用提供了良好的地球化学条件和围岩条件。

由各类岩体构成砷矿化围岩的情形,亦有与地层围岩相似的特点。主要表现在:

该区主要成矿岩体含As的丰度很高,阿芒沙吉岩体As的丰度248ppm,为平均含量的165倍;年木耳岩体As的丰度100ppm,是平均含量65倍。由于岩体中As及其他成矿元素含量高,这就为各种类型砷矿形成创造并奠定了物质基础。该区内一般的斑岩型(包括隐爆角砾岩筒型)砷矿即形成于中酸性侵入体和浅成侵入体内:龙得岗为石英闪长岩;阿芒沙吉为石英闪长岩及花岗闪长斑岩;尼克江为各类玢(斑)岩及蚀变闪长岩,由此可以认为成矿母岩含砷等成矿元索高是形成区内斑岩型砷矿床的最重要的因素之一。

其次由于该区岩体中As及其他成矿元素丰度高,在岩浆期后热液及交代作用过程中,能将As等元素从侵入体内带出,产生再分配,使之在岩体与地层接触带沉淀、富集、形成矽卡岩型、矽卡岩~热液型、热液型砷矿化。一般发育于中酸性岩体接触带、外接触带围岩及其内接触带捕虏体中。其中,矽卡岩型砷矿化集中于德乌鲁岩体周围,向两侧矿化减弱,形成两个中型砷矿。除毒砂外,尚伴随磁铁矿、黄铜矿、斑铜矿等矿化。砷矿体多产在以透辉石为主的矽卡岩带中。这个类型矿化的围岩在不少矿区以不纯灰岩、砂质灰岩居多,其地球化学性质活泼,易于交代成矿。热液型砷矿产出的围岩种类繁多,总的以各时代砂岩、板岩、灰岩及其蚀变岩石居多,岩体里虽有所见及,但数量较少。矿(化)体以毒砂石英脉、含毒砂电气石石英脉、含毒砂金属硫化物石英脉及毒砂黄铁矿脉几种形式出现。

众所周知,含矿围岩乃是矿液活动、沉淀的场所,成矿的所谓三要素与其密切相关。该区围岩由砂板岩与不纯灰岩相间组合的特点,在一定情况下有利于交代作用进行;另一情况下则因有页岩作隔挡层而不致使矿质溶液逸散。因此总体上对矿化形成是有利的。

2、岩浆活动条件

中生代中期岩浆活动是形成该区砷等矿化的主导因素,且以岩石为中酸性成分和多期活动为其特点。

据统计,与成矿关系最密切的岩体为花岗闪长岩(11处)、石英闪长岩(8处),其次为二长花岗岩、花岗闪长斑岩、花岗斑岩和闪长岩。

以往工作中多将石英闪长岩、二长花岗岩及花岗闪长岩时代归于印支期,次英安岩(龙得岗)和花岗闪长斑岩(阿芒沙吉)等时代归于燕山早期。现据《甘肃省地质志》意见,均将其对比为燕山早期,即相当中生代中期。从相互侵位次序对比,主要成矿岩体属成生较晚的时期。如龙得岗次英安岩及阿芒沙吉花岗闪长斑岩等。

各主要成矿岩体的矿质赋存及蚀交特征等可简要概括为:

龙得岗赋矿次英安岩等,成矿元素Cu、Pb、Sn、Ag丰度很高,其中以As元素丰度最高,最高可达400ppm,高于平均值200余倍,为岩浆后期热液活动提供了丰富的矿源,即为成矿母岩。其隐爆角砾岩筒具有分带性,隐爆角砾岩不但Cu、As、Pb、Ag等成矿元索特别高外,而且Na2O和K2O亦高,尤其K2O明显高于成矿母岩,这充分说明了隐爆角砾岩中的铜、砷成矿作用是由钾交代的钾长石化、石英绢云母化等围岩蚀变,致使岩体中的Cu、As、Ag、Pb、Sn活化富集,稳爆角砾岩中的矿化富集与钾长石化呈正相关关系。

阿芒沙吉矿化花岗闪长斑岩具明显的面型蚀变特征。除青盘岩化带外,斑岩各蚀变带硅、碱质含量适量偏高,矿化剂亦相应亦较高。这种岩浆与热液中硅、碱质和矿化剂适度增高的情况,有利于金属硫化物等富集。但是并非正相关关系,只是在酸度适中、碱质略富的钾化、硅化~绢云母化叠加地带硫化物富集;于碱质特高的钾化带,硫化物反而不高。该岩体里钾化带的氧化系数(Fe2O3/FeO)为5.29,属氧化程度很强的相当开放的条件;钾化与硅化~绢云母化叠加地带氧化系数较低为0.39,属氧化程度不高的半开放条件;硅化~绢云母化至青盘岩化带的氧化系数很低为0.06~0.14,说明蚀变环境属于相对封闭的还原条件。该岩体中H2O+普遍高,说明整个蚀变过程中水热作用很强,对矿化物质密集运移起着重要作用。As在花岗斑岩中丰度达1070ppm,相当该类矿体平均含量500倍;花岗闪长岩丰度达540pprn,相当于平均含量250倍;Cu、Pb、Ag等元素在花岗闪长岩、花岗斑岩中相对较高,其余岩石中则较低,前者约是后者的l倍左右。主要赋矿岩石中的矿质,除来源于岩浆自身外,估计受后期热液蚀变因素富集。

与上述情况相类似的一些特点(如矿化元索的富集等),于该区其余产地里亦多见及。例如卡加沙格石英闪长岩等,一般含砷100~300ppm,高达1000ppm,铜l00~300ppm,钴10~30ppm,部分达70ppm。

3、构造控制条件

此成矿区处秦岭纬向体系与祁吕系前弧西翼的复合地带,其Ⅲ级构造属美武新寺~大草滩复背斜带西段,背斜带由美武新寺向西,至夏河县甘加渐趋倾没。背斜核部由上泥盆~下石炭统、下二叠统组成,两翼由下二叠统、下三叠统组成。背斜带由一系列规模不等、彼此互为斜列或首尾相接的背、向斜构成,核部或略靠南俩有中酸性岩基、岩株侵位,形态已不甚完整。断裂多发育在复背斜带两侧,延伸长度数十~百余公里不等,一般倾角50°~70°,属压或压扭性,具多期活动特征。总的构造线作北西向及北西西向,西段受北西向及北东向构造影响和改造。其成生定型时代约在晚古生代~中生代早期。上述构造乃控制此区岩浆及矿化活动的基础。

分析该区构造情况尚不难看出,与砷等矿产有关的一些岩体,除受两个体系(如前述)复活控制外,尚有区域上呈北西向展布、分段集中的特点,个别岩体(如德乌鲁、阿姨山)则受两组方向断裂制约。

4、成矿物质来源及矿床成因

根据部分硫同位素结果,其重硫(δS34)分布散离度小于10。该地年木耳区龙得岗、阿芒沙吉等斑岩型铜砷矿,δS34在-5‰附近呈塔形分布,在正值+0.7~+6‰区间较为分散。说明硫源接近于陨石硫,但有较为明显的混合作用,即有混合硫参加。

此区热液型、接触交代型矿δS34变化具同样特点。如阿姨山、卡加沙格、德乌鲁、牙日尕……,δS34值-7~+7‰。

以上说明,成矿物质主要来源于上地幔,即δS34接近陨石硫,但大部分有明显的混合作用地改造。这些硫同位素的特点,与东部窑沟、厂坝层控型铅锌矿或多金属矿硫同位素组成间具有明显的区别。

根据热液矿床元素分带模式(邵跃1975),本区毒砂形成于中~高温阶段(即200℃~350℃);个别矿区有高温~气化阶段的矿物,如龙得岗(375℃)、阿芒沙吉(310℃~360℃)。且斑岩型毒砂生成温度高于矽卡岩型和热液型。