秦岭凤县庞家河金矿脆—韧性剪切带特征与找矿预测

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庞家河金矿区大地构造位置地处秦岭造山带核心部位,位于华北板块南侧和扬子板块北侧碰撞缝合带,或称秦岭褶皱系凤县~柞水~山阳海西褶皱带西段,处于唐藏~丹凤~商南大断裂带内或其附近。该金矿自1988年中陕核工业211大队开展1:5万金水系沉积物测量时发现了该矿区Ⅰ、Ⅱ号金矿化构造带;1989年在20km2内开展了1:1万土壤测量和地质填图工作时,在Ⅰ、Ⅱ号金矿化带南侧发现Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ号金矿化带;此后,相继查明该矿区地质、构造及主要矿体的形态、产状、规模、空间位置和矿石质量特征,经综合研究反映,庞家河金矿主要赋存在泥盆系下东沟组(现泥盆系舒家坝组)的陆源碎屑含金地层,地层对该区金床的形成起重要作用,近EW向的层间挤压构造带对矿体的空间展布起直接控制作用,中低温热液蚀变作用与金成矿密切相关,物化探资料反映各矿带矿化向东西及深部仍有延伸,找矿潜力较大;1995~2006年对庞家河金矿床西延、东延地段开展地表普查工作,证实含矿构造向东有较大延伸,先后发现堡子山、小泗沟、吴家沟等金矿点;2007~2012年完成陕西省凤县庞家河金矿接替资源勘查工作,基本查明庞家河矿区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ号金矿化带含金构造断裂带的存在,该矿床规模从原来600m长扩展到3000m。虽然前人对该矿区地层岩性、构造蚀变、成矿物质来源以及矿床成因等均进行过若干年的研究,但对于脆-韧性剪切带控矿特征、脆-韧性剪切带与矿化蚀变关系、脆-韧性剪切带剪切强弱变化对成矿的影响、成矿流体特征、脆-韧性剪切带对成矿流体是否有控制作用以及如何控制以及该金矿深部预测和未来找矿方向等诸多问题均缺乏系统性研究。本次论文研究工作主要《秦岭成矿带典型矿集区成果集成与技术支撑研究》项目为依托(项目编号:61201506280;2017~2018年),对庞家河矿区控矿脆-韧性剪切带开展专项研究工作,通过调查矿区各中段及地表控矿脆-韧性剪切产状变化特征,以反映控矿脆-韧性剪切带空间分布规律及矿体空间展布特征;通过调查控矿脆-韧性剪切带内(或剪切带附近)与成矿相关的剪切变形行迹,研究与成矿相关的变形构造几何学、运动学特征;通过对典型矿体区段进行观测编录,研究控矿脆-韧性剪切变形与矿化蚀变的分布特征。其次,对矿区内与成矿相关样品进行采集分析,本次研究工作根据观测矿区内石英脉产状及交切关系等手段,划分矿区内石英脉期次,并对成矿期含矿石英脉进行系统采集,通过对含矿石英脉流体包裹体测温,对矿区内成矿流体基本特征进行综合研究;通过系统采集剪切带内岩(矿)石样品,并对其组构、共生关系进行显微镜下光薄片鉴定,以查明金属矿物赋存状态及岩石显微变形特征;对矿区内侵入岩体(本次采集花岗斑岩和辉绿岩)及矿石(含矿千枚岩)和围岩(千枚岩)进行采集、分析其主微量、稀土元素特征,对矿区侵入岩体与成矿相关性进行探讨。并在总结前人关于庞家河金矿区研究的基础上,尝试构建庞家河金矿矿床成因模式,并提出找矿预测模型,为下一步该矿区找矿提供科学合理的建议。本次论文研究主要得出成果认识有以下几点:(1)庞家河金矿床受多级脆-韧性剪切带,区内脆-韧性剪切破碎带的强弱变化对矿体的赋存具有重要的影响作用。通过路线调查、绘制矿体勘探线联合剖面以及不同中段矿体产状的测量统计发现,研究区内矿体在横向上呈近EW向分布特征,在纵深方向呈“上陡下缓”及向南侧列的分布特征,此外,形成一系列高角度区域性脆-韧性复合断裂系统,奠定了区域基本构造格架,其中对庞家河金矿区影响较大的两条断裂系统分别为F8(碾子湾-套坝)和F9(罗汉寺-瓦窑上)脆-韧性复合断裂,矿区内次级剪切构造带(例如矿区3条近EW向分布主要控矿脆-韧性剪切带F3、F4、F5)是该矿区3条主要的容矿构造,表现出多级脆-韧性剪切带对矿体的控制作用。通过对地质剖面图以及对坑道中段(例如西山980中段)进行详细编录发现,剪切作用强烈地段往往是金矿体产出的主要地段,且往往伴有明显且蚀变强度较大的硅化、绿泥石化、绢云母化和褐铁矿化等现象出现。相反,在远离剪切作用强烈地段,各蚀变程度变弱,无明显矿化现象出现。因此,剪切作用强弱变化是该研究区找矿(尤其是高品位矿体)重要的研究方向,与成矿关系密切的几类蚀变特征是该区找矿的重要标志之一。(2)从成矿流体特征表明,庞家河矿区金矿床属中温热液型矿床,具中成深度成矿特点。本次研究工作对研究区硅化期次进行划分认为,该研究区硅化可以分为3期,第Ⅰ期和第Ⅲ期硅化分别在成矿前和成矿后出现,与成矿无密切关系,第Ⅱ期硅化为成矿期出现,通过采集成矿期含矿石英脉进行流体包裹体测试发现,成矿流体的均一温度整体属中温流体,均一温度有一个峰值,主要集中在220~250℃;出现三个温度变化阶段,分别为早期270~250℃、中期250~220℃、晚期180~150℃;庞家河金成矿流体的盐度峰值为5.4%~9.8%,属中-低盐度流体;流体密度峰值在0.80~0.85g/cm3,整体属中-低密度流体;对流体捕获压力进行计算得出,流体捕获压力在40.62~89.53MPa,推算庞家河矿区金成矿深度在1.50~3.32km,平均成矿深度为2.47km,属中成成矿深度。此外,根据Wilkinson(2001)矿床均一温度-盐度图解进行投图发现,庞家河金矿床成矿流体数据主要落在中温区,属中温热液型矿床;含矿流体包裹体氧同位素测试显示,18O值在10.3~15.45‰之间,具一定离散性,表明庞家河金矿成矿物质主要来源于壳源,成矿介质水以地层水和深循环大气降水为主。(3)庞家河矿区脆-韧性剪切带表现出对矿体控矿和金成矿的双重控制作用。通过对矿区剪切作用下形成的多种构造类型进行几何学和运动学调查以及剪切作用下含矿石英脉体的野外特征以及室内测试分析,综合研究认为,庞家河金矿区脆-韧性剪切带表现出对金矿体形态控制以及金元素富集(即金成矿)的双重控制作用。具体分述如下:a.脆-韧性剪切带对矿体的控制作用:区内脆-韧性剪切带内地层和岩石变形组构特征表明该区域发生过强烈的构造变形,变形构造类型丰富,例如,石英透镜体、石英脉剪切揉皱变形、角砾定向排列、层间劈理以及“X”共轭剪节理等。宏微观剪切特征均十分显著,一般发育左行压扭性透镜体和右行张扭性裂隙,脆-韧性变形转换过程中形成的一系列张扭性、张性裂隙往往是金矿体重要的产出部位,表现出次级脆-韧性剪切带对矿体的控制作用,例如,矿体在走向上常表现为尖灭再现,分枝复合以及膨大收缩的特征,在空间上表现为大透镜状、带状和网脉状等特征均是脆-韧性剪切带对区内矿体控制作用的重要体现;b.脆-韧性剪切带对金元素富集(即金成矿)的控制作用:庞家河矿区脆-韧性剪切带对金成矿的控制作用主要体现在剪切带对成矿流体的控制作用,区内构造环境由碰撞挤压向伸展剪切的过程中,先后又经历了3个变形阶段,分别为韧性剪切阶段、韧-脆性剪切转换阶段以及脆性叠加阶段,此3个变形阶段成矿流体随脆-韧性剪切带的变化而不断发生改变。(4)庞家河金矿区深部及外围仍有巨大的找矿潜力。通过收集对比邻区马蹄沟金矿资料发现,两个矿区均位于唐藏-商丹混杂岩带内,且矿床均受脆-韧性剪切破碎带控制,通过分析资料发现,马蹄沟金矿体在空间上往往呈缓倾,倾向一般为160~200°,倾角20~45°。而庞家河金矿体在空间上往往相对陡倾,矿体产状为160~175°∠55~70°,其矿体在空间上整体分布特征为“上陡下缓”,即越靠近地表矿体倾角越陡,而越往深部矿体倾角越缓,例如,在矿区1065中段矿体倾角一般在70~75°,而980中段矿体倾角为50~55°。据此对比认为,庞家河矿区探明的矿体均以相对较高的角度产出,而深部缓倾度的矿体尚未被勘查发现,故该研究区仍有十分巨大的勘查潜力。庞家河金矿在纵深方向上呈“上陡下缓”以及向南侧列的分布趋势,在走向上呈近EW向展布。因此,下一步找矿方向应在已发现的含矿脆-韧性剪切带深部向南进一步深化研究,在走向上应继续往EW方向上追踪调查,并适当开展工程手段进行验证。
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