硕士论文
摘 要
辽宁白云金矿是辽东-吉南裂谷带内的一个大型金矿床.由于金矿区的含矿 岩系辽河群经历了漫长的地质演化,受多期构造岩浆作用影响,成矿地质作用复 杂,前人对白云金矿的成矿物质来源和矿床成因方面存在较大争议.本论文着重 针对白云金矿成矿物质来源及成因问题进行研究,在大量搜集与整理前人工作的 基础上,开展了野外地质剖面调查和岩心编录等工作,在充分了解其矿床地质特 征和矿体产出特点的基础上,对该地区矿床的矿石和围岩的主量、微量元素、同 位素地球化学等特征进行深入分析,示踪成矿物质来源和分析矿床成因.白云金 矿赋存于辽河群盖县组和大石桥组的地层中,矿体受近东西走向断裂及其次级断 裂所控制,矿石类型主要有蚀变岩型和石英脉型两类.矿体呈似层状、层状、透 镜状、大脉状产出,主要的矿石矿物为黄铁矿,其次可见黄铜矿、方铅矿、闪锌 矿等,围岩蚀变主要有硅化、钾长石化、黄铁矿化、绢云母化、绿泥石化和碳酸 盐化.流体包裹体综合数据显示均一温度主要集中于 200~250℃,盐度主要为 0.35%~19.21%wt.NaCl,表明成矿流体为中温低盐度流体.矿石 S 同位素 34S 值为 ?12.5‰~1.9‰,具有富 32S,贫 34S 的特点,为区内 34S 最小的地质体,表明成矿 元素不来源于围岩或岩脉,而是来源于岩浆热液.矿石中黄铁矿 206Pb/204Pb 值为 17.416~18.908,207Pb/204Pb 值为 15.511~15.714,208Pb/204Pb 值为 35.541~40.032, 207Pb/204Pb-206Pb/204Pb 图解显示三叠纪花岗岩与盖县组可能为成矿金属来源.白 云金矿床含矿石英的 H-O 同位素数据显示,白云金矿床矿石石英δ18OV-SMOW值最 小为-1.1‰,最大为 15.9‰,均值为 11.4‰,极差为 17.0‰;δDV-SMOW的值最小 为-108.3‰,最大为-10‰,均值为-90.2‰,极差为 98.3‰,δ18O-δD 图解显示 成 矿 流 体 来 源 于 岩 浆 水 与 大 气 水 , 且 以 岩 浆 水 为 主 . He-Ar 同 位 素 (0.43Ra~0.52Ra)明显高于壳源流体而低于幔源流体中的氦,3He-4He 图解表示 流体主要是壳幔流体的混合且以壳源流体为主.在矿床地质特征认识的基础上, 综合流体包裹体、S 同位素、Pb 同位素,He-Ar 同位素等特征,认为成矿物质主 要来自于岩浆热液,并有辽河群地层物质不同程度加入,矿床类型属于中低温岩 浆热液型.
关键词:白云金矿,成矿物质来源,成矿流体,岩浆热液型,辽吉裂谷
Abstract
The Liaoning Baiyun Gold Mine is a typical large-scale gold deposit in the Liaodong-Jinan Rift.Because of the long geological evolution of the ore-bearing rock system in the gold deposit area, the Liaohe Group was influenced by multiple stages of tectonic magmatism, and the metallogenic geology was complicated.So there are some controversies about the origin of metallogenic material and the genesis of Baiyun gold deposit. This paper focuses on the research on the source and cause of mineralization of the Baiyun Gold Mine. Based on the extensive collection and collation of previous work, the field geological profile survey and core cataloging have been carried out. On the basis of fully understanding the geological characteristics of the deposit and the output characteristics of the ore body, I deeply analyzed the main quantities, trace elements, isotope geochemistry and other characteristics of the ore and surrounding rocks of the ore deposits in the area, and traced the source and analysis of the mineralization genesis of the deposit. The Baiyun Gold Mine occurs in the strata of the Gaixian Formation and Dashiqiao Formation of the Liaohe Group. Ore bodies are controlled by near-east-west strike faults and their secondary faults. The ore types mainly include altered rock type and quartz vein type.The ore body appears to be layered, lenticular, and large veined. The main ore mineral is pyrite, followed by chalcopyrite, galena, sphalerite, etc. Wall-rock alteration mainly includes silicification, potassic alteration ,pyritization,s ericitization, chloritization and carbonatization. The comprehensive data of fluid inclusions show that the homogenization temperature is mainly concentrated at 200~250℃, and the salinity is mainly 0.35%~19.21% wt.NaCl, indicating that the ore-forming fluid is a kind of medium-temperature low-salinity fluid. The 34S value is-12.5 ‰ to 1.9 ‰, which is rich in 32S and poor in 34S. It is the smallest geological body of 34S in the area, indicating that the ore-forming elements are not from wall-rocks or veins, but from magmatic heat liquid. The 206Pb/204Pb value of the pyrite in the ore is 17.416 to 18.908, the 207Pb/ 204Pb value is 15.511 to 15.714, and the 208Pb/204Pb value is 35.541 to 40.032.According to the 207Pb/204Pb-206Pb/204Pb diagram, the Triassic granite and Gaixian Formation may be the source of ore-forming metals. The H-O isotope data of ore-bearing quartz in Baiyun Gold Deposit shows that the value of δ18OV-SMOW was at least -1.1 ‰ and at most 15.9 ‰, with an average value of 11.4 ‰ and a range of 17.0 ‰.The value of δDV-SMOW is -108.3‰ at the minimum, -10‰ at the maximum, and -90.2‰ at the average, with a range of 98.3‰.The δ18O-δD diagram shows that the ore-forming fluids are derived from magmatic water and atmospheric water, and are mainly magmatic water. The He-Ar isotope value (0.43Ra~0.52Ra) is significantly higher than crust-derived fluid and lower than mantle-derived fluid. The 3He-4He diagram shows that the fluid is mainly a mixture of crust-mantle fluid and mainly crust-derived fluid. Based on the understanding of the geological characteristics of the deposit, combining the characteristics of fluid inclusions, S isotopes, Pb isotopes, He-Ar isotopes, it is believed that the ore-forming materials mainly come from magmatic hydrothermal fluids, and the stratum materials of the Liaohe Group are added to different degrees. The type of deposit belongs to the middle and low temperature magma hydrothermal type.
Key words: Baiyun gold deposit; mineralization source; ore-forming fluid; magmatic hydrothermal type; Liao-ji rift
目 录
1. 引 言.................................................................................................................1
1.1 选题背景及研究意义.............................................................................1
1.2 研究现状及存在问题.............................................................................2
1.2.1 工作区研究现状..........................................................................2
1.2.2 存在的问题..................................................................................3
1.3 研究内容与技术路线.............................................................................4
1.4 完成工作量.............................................................................................5
2. 区域地质背景...................................................................................................6
2.1 区域大地构造.........................................................................................6
2.2 区域地质.................................................................................................7
2.2.1 区域地层......................................................................................7
2.2.2 区域构造......................................................................................8
2.2.3 区域岩浆岩..................................................................................9
2.3 区域变质作用.......................................................................................10
2.4 区域矿产...............................................................................................11
3. 矿床地质特征.................................................................................................12
3.1 矿床地质特征.......................................................................................12
3.1.1 矿区地层....................................................................................12
3.1.2 矿区构造....................................................................................13
3.1.3 矿区岩浆岩................................................................................14
3.2 矿体特征..............................................................................................15
3.3 矿石特征..............................................................................................18
3.3.1 矿石类型及矿物组成................................................................18
3.3.2 矿石结构构造............................................................................18
3.4 围岩蚀变及矿化...................................................................................19
3.5 成矿期次及矿化阶段...........................................................................21
4. 矿床地球化学研究.........................................................................................24
4.1 岩石地球化学.......................................................................................24
4.1.1 主量元素....................................................................................24
4.1.2 微量元素....................................................................................27
4.2 同位素地球化学...................................................................................37
4.2.1 S 同位素...................................................................................... 37
4.2.2 Pb 同位素....................................................................................41
4.2.3 H-O 同位素..................................................................................44
4.2.4 He-Ar 同位素.............................................................................. 46
4.3 流体包裹体...........................................................................................48
4.3.1 流体包裹体相学........................................................................48
4.3.2 流体包裹体均一温度及盐度....................................................48
5. 成矿物质来源及矿床成因.............................................................................50
5.1 成矿元素物质来源...............................................................................50
5.2 成矿流体来源.......................................................................................51
5.3 矿床成因...............................................................................................52
6. 结 论...............................................................................................................55
致 谢....................................................................................................................57
参考文献..............................................................................................................58
1.引言
1.1选题背景及研究意义
黄金作为贵金属行列中最主要的矿产之一,拥有三大属性:货币属性,商品属性,危机属性.黄金作为人类发现和被利用最古老的金属矿产之一,自古以来都被用在各行各业中,它不仅可以用作货币,还可以作为特殊通货来储备和投资,而且在很多行业,黄金都是不可或缺的原材料,例如:首饰业用它来制作珠宝,电子行业用它制作各种电子元件,航天工业中用它制作各种合金等.
黄金的这些用途及其稀缺性,使得各国把黄金都当成了储备物资.自2018年12月以来,我国一直在大举购买黄金,短短不到一年时间,至2019年8月份我国共购买了近100吨黄金.根据加拿大Mining.com官网2019年的新闻,中国的黄金储备在全球排名第六,为1936.5t,排在前五位分别是:第一名:美国:8133.5t;第二名:德国:3366.8t;第三名:意大利:2451.8t;第四名:法国:2436.1t;第五名:俄罗斯:2219.2t.而我国虽然是世界上金矿资源较丰富的国家,黄金储量2000t,排在世界第八位(数据来源:USGS),但金成矿带在全国范围内分布不均衡.其中,华北板块北缘辽吉东部地区,发育有一系列大大小小的金矿床,是我国重要的金矿成矿区,辽东白云金矿就是其中一个特别重要的大型金矿.
白云金矿最早发现于20世纪80年代,很多地质学家都对该地区做过大量的研究,白云金矿区的含矿地层为辽河群岩系,但由于该岩系曾受过多期次的构造岩浆作用的影响,并且经历了漫长的地质演化,其成矿地质作用极其复杂,对于白云金矿的成矿物质来源,成因方面,前人都提出了多种观点,尤其是前人对该地区的成矿模式问题,进行了大量的研究及讨论.目前,随着开采规模的扩大和中国对金储量的需求,本文受国家重点研发计划项目"华北克拉通辽东/胶东重要成矿区带金多金属矿深部预测与勘查示范"(2018YFC0603800)资助开展工作,主要探究白云金矿床成矿物质来源特征,结合前人对该地区以及该矿床的历年研究成果,综合分析其成因,对今后的深部找矿具有重要意义.
1.2研究现状及存在问题
1.2.1工作区研究现状
1978年,辽宁省103地质队在白云地区近1600km2的预查基础上发现了白云金矿床;1984年初,白云金矿正式组建并投产.
前人对白云金矿做了大量研究,取得了较多认识.
关广岳(1986)对白云金矿做了研究,他提出辽河群地层是成矿来源地层,成矿的物质来源于盖县组片岩.
徐英奎(1991)对白云地区的研究表示,动力成矿作用是白云金矿成矿的主要原因.他认为,在动力作用下,岩层形成倒转的紧密褶皱,并在变形最严重的区域成矿.
张宝华等(1993)对白云金矿区进行了专门的构造研究,他认为白云金矿床的生成与分布主要与韧性剪切带有关.由于早期近东西向的韧性剪切作用,区内较为分散的金,在韧性剪切带的变形强烈部位富集.
国家辉等(1993)对矿区黄铁矿标准类型进行了研究,他发现白云金矿床矿体标高与其热电性与含金性存在一定的规律,他认为成矿期黄铁矿为混合热液成因.
刘国平等(2000)认为沸腾作用是白云金矿液沉淀的主导因素.他认为白云金矿床成矿作用是由于在印支期发生的岩浆活动引起的,而非前人提出的成矿作用为变质热液成因.
王富春(2002)详细研究了对白云金矿的控矿构造,得出白云金矿属于岩浆热液矿床的结论.他认为,白云地区的韧性变形只是为成矿提供了有利条件,属于"间接"控矿,岩浆热液才是白云金矿成矿的真正物质和介质来源.
Xu(2013)利用1/20万区域化探资料以及研究地球化学特征及其与地质背景的关系,圈定了89个金地球化学异常.他认为,金地球化学异常的主要原因为辽河群盖县组和大石桥组,以及中生代中酸性侵入岩.
周国超等(2017)对白云金矿体进行了测年,他认为以印支期岩浆活动为主,白云金矿区至少存在两期岩浆作用.测年结果显示白云金矿体与花岗斑岩,石英斑岩在时空意义上均关系密切,推测可能为同一岩浆作用的产物.
李德东等(2018)通过对矿区内成矿流体运移的研究认为,主要的成矿物质 来源并不是围岩,而是来源于岩浆活动的热液流体.
Sun 等(2019)通过对白云金矿床的研究认为白云金矿最早期的成矿流体是 岩浆热液,并且是中温中盐度的还原性流体.他的研究结果显示,与矿体有关的 锆石 U-Pb 年龄为 126Ma 左右,白云金矿是早白垩世华北克拉通断裂所形成的侵 入型脉状金矿床.
Liu(2019)认为盖县组变质岩是主要成矿物质来源,其次来源于三叠系中 酸性岩;他得出白云金矿的成矿流体为中温,富 CO2,矿化度低的流体,是岩浆 流体,变质流体和大气降水的混合成分.
Zhang 等(2019)通过对地质、流体包裹体、同位素研究及综合前人研究资 料,得出白云金矿的矿化分三个阶段,他认为成矿流体主要为岩浆水,来源于地 壳,其次混有少量大气水和变质流体.他推测,成矿金属元素可能来自三叠系岩 浆和盖县组,白云金矿为岩浆热液型矿床.
魏军等(2019)对白云金矿床的研究显示:辽河群为"矿源层",也是赋矿 岩层,该矿床属于沉积-变质-岩浆热液改造型.
1.2.2 存在的问题
白云金矿区含矿地层以辽河群地层为主,但地质时代久远.在漫长的地质时 期中,由于存在多期次构造岩浆作用,成矿地质过程更为复杂.这个受多期次构 造岩浆活动影响的金矿床,一直存在着争议,以成因及物质来源为主,主要观点 如下:
有的学者观点是:白云金矿床是层控矿床,主要经历了沉积变质作用和-岩 浆热液作用,叠加改造成矿(关广岳和金成洙,1983);有的学者观点是:白云金矿床是动力变质型金矿床(徐英奎,1991;张宝华,1996),主要由动力作用形 成韧性剪切带而引发后期成矿;有的学者认为白云金矿床是岩浆热液型矿床,成 矿物质来源于深部岩浆.(刘国平和艾永富,2000;王富春,2002;郝立波等,2012; 杨凤超,2017;张朋,2019).
本文着重根据同位素地球化学方法示踪金属元素来源,从流体包裹体等来指 示成矿流体来源,综合分析研究白云金矿的成因模式和物质来源问题.
1.3 研究内容与技术路线
针对白云金矿床成因及成矿物质来源的争议问题,确定了本次的研究内容:
(1)矿床地质特征
通过大量搜集并总结前人的研究资料,结合野外地质调查研究的结果,确定 白云金矿床的空间分布规律、具体规模、产出形态等特征;研究金矿石的物质组 成、结构构造、矿化特征、围岩蚀变特征等,从而划分成矿期次.
(2)成矿物质来源
通过对矿区样品的同位素数据(S 同位素,Pb 同位素,He-Ar 同位素)研究, 示踪其元素来源.
(3)成矿流体来源及演化规律
主要通过脉岩的主微量元素的测试数据,判断脉岩与成矿流体的关系,判断 成矿流体的性质;研究白云金矿区流体包裹体和 H-O 同位素,对流体的来源、物 理化学条件及演化规律进行推测. 在大量阅读辽宁白云金矿床文献的基础上,结合此类矿床的研究现状,在充 分了解其成矿地质背景和产出特点的基础上,对该地区矿床地质特征、围岩的主 量-微量元素进行深入分析,综合前人发表的 S、Pb、H-O、He、Ar 同位素及流 体包裹体数据,综合探讨其成矿物质来源及成矿流体来源,并总结成因.以下为 技术路线图(图 1-1).
1.4完成工作量
本次白云金矿野外地质工作自2019年5月开始,为期两个多月.随后在室内进行相关的数据整理,资料归纳及分析探讨工作.同时,本次还进行了白云矿区地质图的绘制与修编,青城子地区联合剖面图的绘制,野外地质现象及标本的照片拍摄,矿区岩石与矿石的照片编辑处理,室内的光学显微镜观察拍照等.主要实物工作量如下表(表1-1).
…………由于本文篇幅较长,部分内容省略,详细全文见文末附件
6. 结 论
通过对白云金矿野外地质调查与室内实验室数据资料得出以下结论:
(1)根据野外地质现象的观察,白云金矿区的矿石类型主要有蚀变岩型和 石英脉型,围岩蚀变分带性较为明显,可见主要蚀变有硅化、钾长石化、黄铁矿 化、绢云母化、绿泥石化和碳酸盐化.根据野外记录的穿插关系以及矿物组合特 征,白云金矿的成矿阶段从早到晚可以划分为 3 个阶段,分别为:钾长石-黄铁 矿-石英阶段、石英-硫化物-自然金阶段和石英-方解石阶段.
(2)根据白云金矿岩脉的岩石地球化学的主量元素研究,在 SiO2-氧化物 图中分析,闪长玢岩脉的演化趋势与其它脉岩明显不同,其成分变化较大,在 SiO2含量逐渐升高中,MgO 和铁含量在急速下降,指示了闪长玢岩脉中的暗色矿 物的分离结晶.石英斑岩脉的演化趋势为在 SiO2 含量的升高中,CaO、Na2O 含 量明显降低,指示了斜长石的分离结晶.花岗斑岩脉成分变化小,氧化物与 SiO2 关系不明显.根据 SiO2-氧化物图解及分析,脉岩之间在成分演化上并无关联. 而其中闪长玢岩 Na2O、K2O 的演化特征,可能指示了其与流体作用存在一定关 系.
(3)白云金矿区的微量及稀土元素含量特征均指示了脉岩的成分特点,不 同的脉岩之间微量及稀土元素含量变化范围不一,相互之间并不存在物质成分的 演化关系,闪长玢岩脉、石英斑岩脉、花岗斑岩脉、煌斑岩脉并不是同一原生岩 浆的产物,可能来自不同的岩浆源区.
(4)白云金矿床的硫同位素δ34S 数值为?12.5‰~1.9‰(平均-5.0‰),为区内 δ34S 最低的地质体,贫 34S,富 32S 指示了 S 元素来自热液流体;206Pb/204Pb、 207Pb/204Pb、208Pb/204Pb 图解指示了三叠纪岩浆和盖县组地层为 Pb 的金属来源; He-Ar 同位素指示了白云矿流体以壳源流体为主,幔源输入较少.
(5)白云金矿石流体包裹体和 H-O 同位素数据表明成矿流体来源为深部岩 浆热液,在演化后期混入大气降水,同时流体包裹体研究表明,流体沸腾和流体 混合是成矿作用的主要机制.
(6)对白云金矿床的成矿金属元素来源以及成矿流体来源综合分析,得出 白云金矿体的成矿流体主要是与深部岩浆有关的热液流体,在演化过程中经过多期次的岩浆作用,并在最后加入大气降水,白云金矿床为岩浆热液型矿床.
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