山西辛庄金矿床成矿模式分析
赵晓霞1, 2，刘忠法1, 2，戴塔根1, 2，刘清泉1, 2, 3，张宇1, 2
(1. 中南大学 有色金属成矿预测教育部重点实验室，湖南 长沙，410083；
2. 中南大学 地球科学与信息物理学院，湖南 长沙，410083；
3. 河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，河南 郑州，450016)
摘要：对辛庄金矿的成矿地质条件、控矿因素及矿化富集标志进行研究；结合本区地质特征，总结辛庄金矿床的主要成矿要素，建立辛庄金矿床的成矿模式。研究结果表明：区内五台群金刚库组地层为矿床的形成提供了部分成矿物质；北西向区域性张性大断裂(龙山断裂和义兴寨断裂)及其强烈挤压下形成的北西向次级断裂是本区的主要控矿构造，为成矿物质的就位提供了有利的空间；燕山期的岩浆侵入活动为成矿提供了大量的成矿物质和热能，是成矿的首要因素；五台群金刚库组地层、北西向区域性张性大断裂、燕山期岩浆岩、以硅化、黄铁矿化以及绢云母化为主的围岩蚀变及主脉带与围岩之间的接触带是本区的关键控制因素；多金属硫化物阶段以及热液蚀变的广泛发育是其矿化富集标志。
关键词：成矿地质条件；控矿因素；矿化富集标志，成矿模式；辛庄金矿床
中图分类号：P611.1 文献标志码：A 文章编号：1672-7207(2013)05-1948-07
Metallogenic model of Xinzhuan gold deposit, Shanxi Province
ZHAO Xiaoxia1, 2, LIU Zhongfa1, 2, DAI Dagen1, 2, LIU Qingquan1, 2, 3, ZHANG Yu1, 2
(1. Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals, Ministry of Education, Central South University, Changsha 410083, China;
2. School of Geoscience and InfoPhysics, Central South University, Changsha 410083, China;
3. Nonferrous Mineral Exploration Engineering Research Center of Henan Province, Zhengzhou 450016, China)
Abstract: The geological conditions, ore control factors and mineralization enrichment marks were studied, the metallogenic essential factors were summarized and the metallogenic model was established. The results show that the strata of Jingangku formation of Wutai group provides part of the ore-forming material. The NW regional striking tensional fractures (Longshan fracture and Yixingzhai fracture) and NW secondary fractures formed by strong extrusion of these two fractures are the main ore-controlling structures in this area, and they provide the favorable place for the emplacement of ore-forming material. Magmatic activities of Yanshanian produce a large number of ore-forming material and energy, which is the primary factor for mineralization. The strata of Jingangku formation of Wutai group, the NW regional striking tensional fractures, the magmatic rock of Yanshanian, the wallrock alteration main silicified, pyritized and the contact zone between the main vein with surrounding rock are the key ore control factors. Polymetallic sulphides stage and hydrothermal alteration extensive development are the marks of mineralization enrichment.
Key words: geological conditions; ore control factors; mineralization enrichment marks; metallogenic model; Xinzhuang gold deposit
辛庄金矿床位于华北克拉通中间带北部，山西陆台五台隆起西北侧与燕山沉降带西南缘两大构造单元相互嵌接的中生代构造岩浆活动带上，是碰撞造山作用或陆内造山带作用较强的地区，属于华北陆块金矿成矿域的五台—吕梁成矿带[1-2]。辛庄金矿是1979年山西省地质局217地质队在进行义兴寨金矿外围普查时发现的，与义兴寨金矿同受北西向断裂控制，就目前来看，矿床规模已达到中型，深边部勘探潜力巨大。前人对包括辛庄和义兴寨金矿床在内的矿田进行了大量研究[3-12]，主要包括矿床地球化学特征、成矿流体特征、成矿条件、矿物标型特征、成矿控制因素及矿床成因等，取得了许多研究成果，但在成矿模式这方面的研究较少。对成矿模式进行研究有助于查明矿床时空分布规律及组合特征，提高预测找矿的成效，对今后的找矿预测工作具有很好的指导意义。为此，本文作者在野外调研基础上，从矿床地质、成矿地质条件、控矿因素以及矿化富集标志等方面对其成矿模式进行研究，绘制成矿模式图。
1 矿区地质概况
辛庄金矿床产于孙家庄杂闪长岩体的东南部，与产于孙家庄闪长杂岩体东北部的义兴寨金矿床同受NW向义兴寨断裂和龙山断裂控制(图1)。区域岩浆活动从五台期—燕山期—喜山期均有发生，岩浆岩岩性从基性-酸性均可见，多以浅成—超浅成岩株或岩脉状产出；区域广泛出露太古代老变质岩系、元古代碳酸盐岩和中生代火山岩系地层，与成矿有关的地层主要为五台群金刚库组，其岩性为黑云母角闪斜长片麻岩和石英斜长浅粒岩；北西向区域性张性大断裂即龙山断裂和义兴寨断裂是矿区的主要控岩控矿构造，而在区域性断裂(龙山断裂和义兴寨断裂)的强烈挤压下而形成的次级北北西或北西向的张-压扭性断裂，构成了矿区最主要的容矿构造。成矿岩体主要为酸性脉岩(霏细岩脉和霏细斑岩脉)，以超浅成相或次火山岩相为主，主要由微晶-隐晶的石英以及少量斜长石组成。矿体呈脉状、条带状等，形态不规则，局部以透镜状产出，矿化较连续，局部见有膨大收缩现象，分支复合现象也较为明显。矿体产状稳定，走向以北东—南西为主，倾向以南东为主，倾角为75°~80°，与断层破碎带产状一致。
矿石类型主要有黄铁矿—镜铁矿型矿石(含金—黄铁矿—镜铁矿—石英)、黄铁矿型矿石(含金—石英—黄铁矿型)、黄铁矿—黄铜型矿石(含金—石英—黄铜矿—黄铁矿型)、多金属型矿石(含金—石英—黄铁矿—黄铜矿—斑铜矿型或含金—石英—黄铁矿—黄铜—方铅矿—闪锌矿型)及蚀变岩型矿石(含金—黄铁矿—蚀变岩型)。与金矿化关系密切的金属硫化物主要为黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、闪锌矿、方铅矿，脉石矿物主要为石英和方解石。在野外及显微镜下观察，金与其载体金属硫化物共生，金属硫化物常以单矿物或多金属矿区共生组合等形式产出，形成多种矿物组合关系。研究区内主要矿物共生组合主要有以下几种：石英—镜铁矿、石英—黄铁矿—黄铜矿、石英—黄铁矿—黄铜矿—方铅矿—闪锌矿—斑铜矿—石英—方解石以及黄铁矿—蚀变岩。矿石结构主要有自形粒状结构、半自形—他形粒状结构、裂隙充填结构、包含结构、交代溶蚀结构、脉状结构以及固融体分离结构。矿石构造主要有块状构造、条带状构造、脉状构造、网脉状构造以及浸染状构造(图2)。围岩蚀变主要有钾化、赤铁矿化、硅化、黄铁绢云岩化、高岭土化、绿泥石化、碳酸盐化等。与金矿化关系密切主要有硅化、绢云母化、黄铁绢英岩化，次为高岭土化、绿泥石化、碳酸盐化等。
图1 辛庄金矿地质简图(据文献[7]修改)
Fig.1 Implified geological map of Xinzhuang gold deposit (modified from Ref. [7])
2 成矿地质条件及控矿因素
2.1 成矿地质条件
2.1.1 地层与成矿的关系
矿区内出露的地层主要为五台群金刚库组地层，其岩性主要为黑云母角闪斜长片麻岩和石英斜长浅粒岩。本区黑云母角闪斜长片麻岩及石英斜长浅粒岩微量元素分析结果见表1，分析表1可见：相对于地壳，黑云角闪斜长片麻岩中Pb，Zn，Au和Ag等成矿元素的质量分数较高，而脉状产出的石英斜长浅粒岩(含少量暗色矿物)中成矿元素Au的质量分数比黑云角闪斜长片麻岩的低，反映了五台群地层在成岩过程中分异作用明显，同时也说明岩石中成矿元素金的质量分数的高低不仅与原岩的成分有关，且与变质分异作用的关系更加密切。区域内片麻岩地层中成矿元素质量分数较高，有可能是多期岩浆活动时Au等成矿元素发生活化转移进入围岩所致，也有可能是成矿前期成矿元素在地层中就有一定的富集，使其为成矿作用提供了部分成矿物质[13]。同时，片麻岩在成矿过程中具有重要作用：片麻岩具有硬度大、性脆易开裂的特征，在燕山期地质活动的作用下，容易形成各种脆性断裂，为含矿热液的运移、聚集和定位提供有利的容矿空间，对矿体的产出状态具有重要的控制作用。由此可见：地层对成矿的控制作用主要表现在成矿元素质量分数较高、有利的岩性提供部分成矿物质以及影响成矿物质侵位和矿体定位。
图2 辛庄金矿床矿床典型矿石构造
Fig.2 Typical ore structures of Xinzhuang gold deposit
表1 矿区内地层样品微量元素平均质量分数
Table 1 Mass fraction of trace elements of strata and rock mass samples
2.1.2 构造与成矿的关系
矿区内构造以断裂和褶皱为主，区域性北西向张性大断裂(龙山断裂和义兴寨断裂)以及在其强烈挤压下而形成的北西向次级断裂为区内主要的断裂构造，控制着区内岩体的分布形式和矿体的产出状态。矿区内的褶皱构造主要为单斜褶皱，枢纽走向呈北东东向，局部见小褶皱，与成矿关系不大。
受区域性北西向龙山断裂和义兴寨断裂活动影响，一系列燕山期岩体呈北西向展布，如孙家庄岩体、支家地岩体等，与之相伴的是一系列北西向金矿床的形成，如辛庄金矿和义兴寨金矿等。由此可见：区域性北西向大断裂控制着本区岩浆活动，是深部含矿岩浆热液上侵的主要通道，是本区主要的控岩构造和导矿构造。受区域性北西向大断裂强烈挤压而形成的北西向次级断裂是岩浆热液所携带的成矿物质聚集、沉淀的有利容矿空间是本区主要的容矿构造，这组次级断裂前期以张性为主，具有低压空间。在压力差的作用下，成矿热液渗入，并在有利的场所富集成矿，形成含金石英脉型矿体，如矿区范围内规模最大的1号矿脉就是含矿热液沿北西向次级断裂充填而形成的。后期断裂性质转变为压扭性，在压扭应力的作用下，矿体常呈狭长的透镜状、似脉状以及舒缓波状等，这与在井下见到的现象一致(图3)。在走向和倾向显著改变的地方，矿脉变宽或变窄，局部甚至形成构造闭合。
不同级别的构造对成矿流体的运移、就位及矿体的定位和矿床的形成起了重要的控制作用，严重影响着矿体的形态、产状和规模，是矿区内最重要成矿控制因素。
2.1.3 岩体与成矿的关系
矿区出露的岩浆岩主要为酸性岩脉(主要为霏细岩脉)，属燕山期岩浆侵入活动最晚期的产物，对本区8件霏细岩样品金的质量分数进行统计，其平均质量分数为11.55×10-9(酸性岩浆岩中金的地壳克拉克值为1.6×10-9)，19件石英岩Au平均质量分数为60.518×10-9[15]，说明岩体中成矿元素金的质量分数普遍较高，具有提供成矿元素Au的巨大潜力，反映出岩体是本区成矿的物质提供者，与成矿的关系密切。流体包裹体及氢氧同位素测试结果表明[5, 16]：成矿流体主要来源于岩浆，但在运移演化过程中有大气降水加入。燕山期岩体的S和Pb同位素组成与矿石的S和Pb同位素组成一致[8, 17]。以上结果表明：燕山期岩浆侵入活动与成矿作用关系密切，岩浆活动带来了大量的成矿物质、成矿流体以及热能，为矿床的形成提供了物质基础和热动力，是矿床形成的决定性因素。
图3 辛庄金矿井下矿体典型照片
Fig.3 Typical photos of underground ore body of Xinzhuang gold deposit
2.2 控矿因素
2.2.1 中酸性岩浆岩
矿区出露的岩浆岩主要是由石英和斜长石组成的酸性脉岩，以次火山岩相或超浅成相为主，是燕山期岩浆活动晚期产物。辛庄金矿的形成与燕山期岩浆活动有密切的成因联系，在岩浆由早到晚的演化过程中，成矿元素Au，Cu，Fe，Pb，Zn及Ag等不断往流体中迁移并富集，向成矿有利的构造部位聚集、沉淀成矿。
2.2.2 含矿围岩
含矿围岩主要为五台群金刚库组地层黑云母角闪斜长片麻岩和石英斜长浅粒岩。首先，相对于地壳，黑云角闪斜长片麻岩中成矿元素Pb，Zn，Au和Ag等的质量分数较高，提供了部分成矿物质；其次，片麻岩硬度大，性脆易碎裂，在多期构造运动下，容易形成各种脆性断裂以及层间破碎带，为成矿流体的迁移、聚集和定位提供有利的容矿空间，控制着矿体的产出状态。
2.2.3 围岩蚀变
矿区围岩蚀变强烈，蚀变强烈部位有利于成矿元素富集成矿，本区广泛发育且与成矿关系密切的主要为硅化、黄铁矿化以及绢云母化等中温热液蚀变。中温热液成矿阶段是本区金的最主要的成矿阶段。
2.2.4 控矿断裂
区域性北西向大断裂(龙山断裂和义兴寨断裂)是深部含矿岩浆热液上侵的主要通道，控制着本区岩浆活动，是本区主要的控岩构造和导矿构造，如辛庄金矿和附近的义兴寨金矿就受之控制。北西向次级断裂是本区主要的容矿构造，是成矿物质聚集、沉淀的有利场所，控制着矿体的形成和空间定位，如矿区范围内规模最大的1号矿脉就是含矿热液沿北西向次级断裂充填形成的。另外，地层中的不规则状虚脱部位也对成矿热液的聚集和沉淀起到一定的控制作用。
2.2.5 接触带
主脉带与围岩接触部位以及构造蚀变岩与围岩接触部位是晚期富金硫化物石英脉的富集地带，以网脉及网脉状产出。
3 金矿化富集标志
通过室内综合研究以及对矿区内的1号、2号、4号含金石英硫化物脉矿化富集部位典型地质特征的调查，辛庄金矿区金的矿化富集典型标志主要包括以下几个方面。
(1) 以石英、黄铁绢云岩、黄铁矿、黄铜矿、铅锌矿、闪锌矿等矿物大量生成的石英多金属硫化物阶段为矿化富集的典型标志。
(2) 中低温成矿温度下形成的松脂黄色闪锌矿及蚀变黄铁绢英岩广泛发育。
(3) 矿脉内斑铜矿，黄铜矿、闪锌矿和方铅矿等矿物组合的出现，尤其是矿脉中的孔雀石化和辉铜矿化的广泛发育，是金矿化富集的典型标志。
(4) 矿脉石英结晶程度较高、颗粒较大，并且出现石英晶芽、晶簇以及呈梳状产出。
(5) 多金属硫化物和热液蚀变矿物从高温到低温分带性较好，代表成矿流体分异程度较高，也是金矿化富集的典型标志。
(6) 含金硫化物石英脉与强烈钾化赤铁矿化伴生。
(7) 断裂裂隙带波状起伏产状变化及转折部位。
(8) 不同方向、不同级别、不同类型的断裂裂隙带交汇部位。
(9) 晚期富含金的成矿流体易于充填的构造蚀变岩与围岩接触带下盘地段。
4 成矿模式
矿床的形成与燕山期酸性岩浆侵入活动关系密切，岩浆活动为本区矿体的形成带来了大量的成矿物质，各级断裂为矿体的定位提供了有利的空间，矿床成因属与燕山期中酸性岩浆侵入活动有关的热液充填石英脉型金矿床。
通过对本区矿床地质特征、成矿地质条件、关键控矿因素以及矿化富集标志的研究，得出辛庄金矿床的主要成矿要素见表2，辛庄金矿床的成矿模式见图4。其成矿模式可以描述为：吕梁期区域受北西—南东压应力控制，形成北西向横张断裂构造格局；燕山期早期受区域北西—南东向应力的强烈挤压下，形成本区切割较深、规模较大的北西向区域性张扭性大断裂，随之在南北向应力下形成本区一系列的北西向次级断裂，形成本区错综复杂的构造系统；伴随燕山期构造活动的进行，深部岩浆开始沿切割较深的北西向张扭性断裂上侵；随着岩浆的上侵和演化，形成本区不同相态不同岩性的岩浆岩以及酸性岩脉。岩体在运移及就位冷却过程中与围岩发生交代作用，带入碱质成分，带出硅质成分，产生钾化、硅化等蚀变，并且分异出大量含有挥发分和矿物质的含矿流体，含矿流体沿构造裂隙上升过程中萃取地层中的部分矿物质，随着温度和压力的减小，成矿流体在断裂系统的有利部位形成含金石英多金属硫化物矿脉以及构造蚀变岩型矿脉。
表2 辛庄金矿成矿要素特征表
Table 2 Metallogenic essential factors of Xinzhuang gold deposit
图4 山西辛庄金矿床成矿模式示意图
Fig.4 Metallogenic model of Xinzhuang gold deposit, Shanxi Province
5 结论
(1) 燕山期岩浆侵入活动与成矿作用关系密切，为本区矿床的形成提供了巨大的热能、成矿物质和成矿流体，是矿床形成的决定性因素；北西向区域性张性大断裂(龙山断裂和义兴寨断裂)以及在这2组断裂强烈挤压下而形成的次级断裂是本区的主要控矿构造控制矿体的产状及规模，是成矿最重要的控制因素；五台群金刚库组中的黑云母角闪斜长片麻岩金质量分数较高，能够提供部分成矿物质。
(2) 五台群金刚库组地层、北西向区域性张性大断裂、燕山期岩浆岩、以硅化、黄铁矿化以及绢云母化为主的围岩蚀变及主脉带与围岩之间的接触带是本区的关键控矿因素；多金属硫化物阶段、热液蚀变的广泛发育以及断裂裂隙交汇部位是其矿化富集标志。
(3) 在多期应力作用下，形成了本区复杂的构造系统，伴随燕山期构造活动的进行，深部岩浆开始沿切割较深的北西向张扭性断裂上侵；随着岩浆的上侵和演化，其物理化学条件发生改变，物质成分与外界发生交换，最终含矿流体在有利部位聚集成矿，形成规模较大的矿体。
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(编辑 陈灿华)
收稿日期：2012-06-22；修回日期：2012-08-14
基金项目：国土资源部公益性行业科研专项经费项目04课题(200911007—04)；教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-10-0791)；全球铜矿分布规律与找矿战略区划研究项目(国土资厅发［2011］7号)；中南大学有色金属成矿预测教育部重点实验室联合资助项目(2008年)
通信作者：刘忠法(1984-)，男，山东菏泽人，博士研究生，从事矿床地球化学方面的研究；电话：13574886497；E-mail: liuzhongfa_ok@126.com
