造山型金矿床地质背景、地球化学特征和成矿模型

changyz001 2019-01-23

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造山型金矿床与造山事件在时间和空间上具有十分密切的联系, 本文对造山型金矿床的主要成矿时期、在世界和中国的分布规律、矿床地球化学特征以及成矿模型进行了总结。

造山型金矿时空分布

(1) 造山型金矿床与造山事件具有一定的时空联系, 矿体主要受次级逆冲脆-韧性剪切带控制;成矿时间从太古宙延续到显生宙, 并存在3个主要的成矿时期:新太古代 (2.8～2.55Ga) 、古元古代 (2.1～1.8Ga) 和显生宙 (600～50 Ma) (图1) 。

图1 造山型金矿床在地质历史时期的分布

(2)造山型金矿床在前寒武纪表现出“幕式”成矿的特征, 这与初始大陆的增长作用有很大的关系;但在显生宙则呈现出连续成矿的特征 (图1) , 初步估计显生宙造山型金矿床的经济储量为2.8万t, 约为前寒武纪此类金矿床的2倍 (不包括成因存在争议的南非Witwatersrand金矿床)。造山型金矿床一般形成于陆缘增生型造山带和陆-陆碰撞型造山带, 形成时间一般同步或晚于相应的造山事件。

图2 造山型金矿床在世界范围的分布情况

图3 中国典型造山型金矿床分布图

(3)世界范围内, 造山型金矿床主要分布在Yilgarn、Canadian、Tanzanian、West African、Siberian克拉通, 以及Alaska、Russian Far East、Uralide和Lachlan造山带 (图2) , 典型的金矿床主要有澳大利亚Golden Mile、乌兹别克斯坦Muruntau、加纳A-shanti以及美国Grass Valley等。

(4)我国造山型金矿床主要分布在胶东半岛、华北克拉通北缘、小秦岭和西秦岭、新疆北部、扬子克拉通与华夏地块的碰撞褶皱带、西南三江地区以及中部的祁连山褶皱带, 此外, 巴颜喀拉地区和拉萨地块南北两侧的喜山期和燕山期构造带中也发育造山型金矿床(图3) 。

造山型金矿产出环境

造山型金矿床的本质其实就是由造山作用 (如地壳加厚、洋脊俯冲以及下地壳拆沉等) 引起的地壳中的强大热流所诱发的大规模流体成矿事件。造山型金矿床成矿事件是陆缘增生或陆-陆型碰撞造山作用的结果, 其时间一般同步或滞后于造山事件, 不可能早于造山事件, 如中国西秦岭地区呈脉状产出于韧性剪切带中的金矿床以及中国青海东昆仑地区造山型金矿床都形成于造山事件之后。

造山型金矿床通常发育在造山带内部或受造山事件影响强烈的地区, 如南秦岭夏家店金 (钒) 矿床产于印支期褶皱带, 区域内构造活动强烈而广泛。就陆缘增生型造山带来说, 金矿床主要发育在弧前增生楔或者增生地体内, 即大洋岩石圈俯冲于大陆岩石圈形成的俯冲带或B型俯冲带与岩浆弧之间(图4), 如美国阿拉斯加东南部Juneau金矿带中的脉状金矿床就产于显生宙增生并俯冲到大陆边缘的地体之中。而对于陆-陆型碰撞造山带而言, 造山型金矿成矿系统则主要发育在主边界逆冲断层 (MBT) 和反向边界逆冲断层 (RBT) 之间(图4) , 如秦岭造山带中的造山型金矿床基本分布在龙门山-大巴山主边界逆冲断裂与三门峡-宝丰反向边界逆冲断裂之间。

图4 造山型金矿 (含其他金矿类型) 成矿系统发育的板块构造背景

矿床地球化学特征

(1) 造山型金矿床的成矿流体具有低盐度 (6%～12%) 和富CO2 (10%～50%) 的特征,可以与其他类型的金矿床进行区(图5)。虽然造山型金矿床成矿流体中CO2含量变化范围大, 但是不能简单地认为具有这种成矿流体特征的金矿床就是造山型金矿床, 比如与侵入岩有关金矿床成矿系统中的流体也具有类似的特征。

图5 不同类型金矿成矿流体成分特征

(2)太古宙与元古宙造山型金矿成矿流体的δ18O值为6‰～11‰, δ13C值为0～-10‰, 太古宙δ34 S值集中在0～9‰;显生宙金矿δ18 O值为7‰～13‰, δ13 C值为0～-10‰, δ34 S值0～10‰;δD值主要集中于-80‰～-20‰之间(图6)。

图6 不同时代造山型金矿床成矿流体中δD-δ18 O图

(3)Pb和Sr同位素虽然在示踪物质来源方面研究进展较大, 但是仍不能很好地指示造山型金矿床成矿物质的来源。

矿床成因模式

地壳连续模式、变质脱挥发分模式、断层阀模式以及盆地尺度两阶段模式相继被提出, 用于解释造山型金矿床成矿过程, 但均不够全面、完善。

（1）地壳连续模式主要揭示了造山型金矿床在地壳一定深度范围内垂向上的分布规律与特征, 认为从次绿片岩相一直到麻粒岩相这一地壳深度的变化过程中都有金矿床的形成 (图7)

图7 造山型金矿床地壳连续成矿模式图

（2）变质脱挥发分模式认为造山型金矿床中, 金和流体的释放出现在绿片岩相向角闪岩相转变的过程中, 金的沉淀主要发生在绿片岩相条件下, 或者发生在由脆性向韧性过渡的地壳深度, 并指出金矿床在形成后有可能继续发生进变质作用, 甚至发生部分熔融。

（3）断层阀模式能够合理地解释剪切带的脆-韧性转化过程, 认为这种高角度逆冲断层作为阀门促进了成矿体系的压力从超静岩压力到静水压力的周期性变化与波动, 而断层的活动则主要发生在压力超过静岩负载的地段, 断层破裂会导致断层破碎带内部形成渗透性较高的裂隙, 有利于深部流体的释放;断层的破碎所引起的成矿热液体系的压力骤降, 是导致成矿物质溶解度降低、沉淀结晶的主要原因。断层阀模式中, 压力变化在金沉淀及矿化方面扮演很重要的角色, 随着流体压力的降低, 金的溶解度也逐渐降低, 进而导致金的沉淀及金矿化的发生, 如t=350℃, 当压力从400 MPa降低到50 MPa时, 金的溶解度约从1×10-6降低到0.1×10-6 (图8)

图8 成矿流体温度-压力与金溶解度之间的关系

（4）盆地尺度两阶段模式，认为富含有机质的沉积物是沉积岩容矿的造山型金矿床和卡林型金矿床中金和砷的来源。该模式同时指出, 在早期成矿成岩期, 炭质等有机质沉淀, 同时金、砷以及其他微量元素在沉积和成岩作用过程中就已经开始进入黑色页岩和浊积岩盆地预富集, 并在后期的热液、构造以及岩浆活动的过程中活化富集。