成矿的控矿因素

成矿地质条件和控矿因素~

阿希金矿处于西天山伊犁火山岩区吐拉苏早石炭世火山岩带中。下石炭统大哈拉军山组火山作用及其伴随而成的古火山机构、环形（弧形）和放射状断裂以及近南北向基底断裂的横跨交切，均为该金矿的形成创造了有利条件（图4-1）。
阿希金矿区内出露的地层主要为下石炭统大哈拉军山组第5 岩性段（C1d5）和下石炭统阿恰勒河组第1岩性段（C1a1）。前者主要为一套陆相中 中酸性火山碎屑岩 火山熔岩 次火山岩建造，岩石组成以爆发相、溢流相、火山管道相、喷发 沉积相和次火山岩相为主体；后者为一套浅海相碎屑岩 碳酸盐岩建造，并以角度不整合覆于前者之上。据钻孔及地表资料，阿恰勒河组（C1 a）底面具有向北倾伏的槽形，倾伏角约10°，走向近东西，这主要反映C1a沉积时的古地形特点。

图4-1 阿希金矿区地质图

矿区构造以断裂构造为主，褶皱构造不发育。
矿区断裂构造以南北向断裂为主，北西向次之，少量为东西向（图4-1，表4-1）。后者属基底断裂，对本区构造格架起着控制作用；前者多是经向基底断裂的再现。阿希矿区发现的16条断裂中，除F3断裂外，其余15条均为火山断裂。火山断裂的形成与火山机构密切相关，以其形成先后、分布空间及展布形式可分为放射状、不规则状和环状3组：放射状断裂组有F4、F15、F16、F14、F13等，分布在火山颈（管道）相外侧西南部圆包山南坡，垂直地层走向展布，规模较小，产状陡立，显张性特征，形成于火山机构早期喷发阶段；环状断裂有F1、F7、F8和F24条，在火山活动末期塌陷阶段形成。见于火山机构西南侧，平行或斜切火山岩层走向产出，向火山机构中心方向陡倾。其中F2断裂为最重要的控矿断裂。
表4-1 阿希矿区主要断裂特征


F2断裂是阿希金矿的主要控矿构造，是伴随大哈拉军山组火山作用而形成之多期活动的断裂带，可能是基底断裂的复活再现。F2断裂作为长期活动的断裂，虽然在成岩成矿前已经形成，但阿希古火山口西壁依附于F2断裂，受到火山口的改造使之在矿区内已具有环状火山断裂的性质，是由区域性断裂和环形（火山）断裂复合的产物。次火山岩浆和含矿热液多次沿其断裂活动，最终形成金矿体。
该断裂经工程（钻探、槽探、硐探）控制长逾1300 m，宽度变化一般20～60 m，延深500 m以上，断裂总体呈一向南西凸出的弧形展布，南段走向340 °，向北逐渐转为北东10 °，倾向东，倾角55 °～85 °，局部直立。F2 断裂带具有多期活动特征，早期呈张裂性质而控制矿体。根据含金石英脉矿石之角砾结构特征和穿切关系（3期含金石英脉或硅化充填交代），该断裂至少经历了3次活动：第一次活动于成矿前，在1∶6 万航片上有清晰的显示，它是在伴随吐拉苏火山岩带形成和大哈拉军山组火山活动由经向基底断裂演变而来；第二次活动为成矿期，F2 断裂由于受到火山管道的影响，逐渐演变而成弧形断裂。在此期间先后来自火山活动晚期的次火山岩浆（石英角闪安山玢岩）和期后的含矿热液依次沿该断裂裂隙上侵（上冲），爆裂围岩，含矿热液使围岩发生硅化、黄铁绢英岩化等蚀变作用。而后在区域构造应力作用下该断裂再度张开，深部含矿富硅的热液再次沿蚀变围岩裂隙贯入、充填，形成了含矿的烟灰色石英脉，构成阿希金矿主矿体，之后，石英碳酸盐脉的贯入，最终结束矿化作用。由此表明，从石英角闪安山玢岩的蚀变，灰白色石英脉和含矿烟灰色石英脉的先后贯入，到最后石英 碳酸盐脉的出现，都反映了F2 断裂的脉动性开合作用特征；第三次为成矿期后，主要表现在主矿体底板以挤压为主的破碎带，破碎带有时较宽，达20～30 m，脆性挤压现象明显，大体与矿体延伸方向一致。由于其被下石炭统阿恰勒河组覆盖，故说明F2 断裂也是在阿恰勒河组（C1 a）以前形成，但该断裂的后期重新活动还是存在的，这对矿体影响不大。
根据钻孔资料，该断裂延伸较深。对24线所采集样品进行Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Sb、Co、Mo、Sn、Ni、As、Bi等元素分析（董连慧，1992），均表现为以断裂为中心向上、下盘由近及远元素含量的递变现象。多数元素递减（以Ag、As、Sb等较明显），Bi递增。Ag、Sb、Sn等部分元素在剖面上呈上宽下窄之倒三角形分布特点，反映了含金溶液是沿着F2断裂从深部上升迁移，说明该断裂既是导矿构造，又是容矿构造，具有双重控矿作用的特征。
阿希矿区地处吐拉苏早石炭世火山岩带的西段，成矿与早石炭世火山作用密切相关。由于NWW向压扭性和近南北向张扭性断裂的共轭作用，在二者交会部位形成了火山喷发中心和环状火山机构，该时期沉积的火山地层大体相当于大哈拉军山组第5岩性段（C1d5）。阿希矿区是这样一个由火山作用而形成的典型的环状古火山机构。在这个时期沿古火山喷发中心喷发了以中酸性火山碎屑岩、火山熔岩为主夹有中基性熔岩的火山岩建造。晚期有次火山岩相（石英角闪安山玢岩）沿火山管道相之英安质角砾熔岩内断裂侵入，并为火山期后含矿热液的充填、交代、蚀变构成近矿围岩。大哈拉军山组火山旋回之后，区内沉积了一套浅海相陆源正常沉积碎屑岩——碳酸盐岩建造（下石炭统阿恰勒河组，C1a）并以角度不整合直接覆于大哈拉军山组火山岩之上。至此，矿区火山作用告一段落（图4-2）。
由上述可知，阿希矿区除广泛发育的大哈拉军山组第5岩性段（C1d5）火山熔岩及火山碎屑岩外，尚存在与火山机构密切相关的次火山岩相及火山颈（管道）相岩石，在空间上构成了一个保存尚好的中心式古火山机构。本区金矿床的形成，则与该古火山机构（破火山口）有着密切的时空和成因联系。
阿希矿区古火山机构为一中心式喷发中心——破火山口，在地面磁测图上呈一典型的椭圆形之环状磁异常带（图4-3），环带由大小不等的局部磁异常链连接而成。环带南北长为2.6 km，东西宽约2.4 km，面积约6.24 km2。阿希金矿正处于该环状构造西部边缘。在地貌特征上，该火山机构呈一中心低洼的不规则状，四周环绕有内陡外缓的山丘（图版Ⅰ-1、2、3），环形及放射状水系发育，地表近椭圆形，沿北部及东北部洼地沉积了下石炭统阿恰勒河组正常沉积碎屑岩。

图4-2 阿希金矿及火山机构示意剖面

阿希矿区火山机构由4个岩相组成，即：①由具灰流堆积特征的火山碎屑流相凝灰岩及空落堆积的含火山弹火山角砾岩、集块岩组成的爆发相；②由辉石安山岩、杏仁状角闪安山岩组成的溢流相；③由英安质-安山质角砾熔岩构成的火山颈相；④由石英角闪安山玢岩组成的次火山岩相。除火山颈相、次火山岩相外，其他岩相火山岩均以火山口为中心呈弧形展布，并呈向内对倾，与火山颈相、次火山岩相呈切割关系。

图4-3 阿希矿区高精度磁测异常图

火山颈相出露于矿区主矿体东侧，其北东部为阿恰勒河组所覆盖，略呈一椭圆形。钻探资料表明其外壁界面向内陡倾，主要由英安质角砾熔岩、含集块角砾熔岩组成。局部发育有近直立的流动构造，边部流面产状平行管道壁。在火山颈相内含有形态多样、成分复杂的具棱角状角砾和集块，并见有塌落的早期冷凝阶段的岩块。
次火山岩相岩石主要分布于矿区主矿体东侧，由石英角闪安山玢岩构成，属近地表超浅成次火山岩相。次火山岩呈椭圆状，与大哈拉军山组第5岩性段呈侵入接触，明显晚于其他火山岩类。上覆下石炭统阿恰勒河组沉积层。次火山岩内常见火山颈相——安山质角砾熔岩残留体。次火山岩沿火山颈相上侵充填而成。次火山岩分布以阿希环状构造为界，环内主要为次火山岩，其规模与环状构造范围基本一致。环状构造外面为一套喷发相到喷溢相为特征的成层产出的火山岩。次火山岩相虽与喷溢相安山岩及火山颈相角砾熔岩具相同的成分组成，但由于其形成时间及环境不同，在矿物组合、组构特征等方面均具明显差异，前者以含石英、富含铁镁矿物（角闪石）及其多斑状结构为特征。这种同质异相构造现象在国内外其他地区也是屡见不鲜。
溢流相由安山岩类、英安岩类和粗安岩类岩石组成，是矿区主要岩石类型之一。
爆发相岩石组合以中酸性火山碎屑岩为主，并含有一定数量的熔结凝灰岩。火山碎屑岩以粗粒级火山集块岩、火山角砾岩为主，细粒级的凝灰岩极少。大哈拉军山组第5岩性段第1、2岩性层中玄武安山质火山角砾岩、集块岩最为发育，厚度也较大。以紫红色、暗紫灰色为主，最大集块者在0.5 m×1 m以上。而且见有强烈的塑性流变和有明显扭曲的紫红色（淬火外壳呈暗紫灰色、紫黑色）火山弹（图版Ⅳ-3）和熔岩饼。火山弹内部含大量细小沿边缘有变形定向的杏仁体。很显然，此类岩石为近火山口处的爆发产物。大量的火山弹存在及紫红色火山碎屑岩、熔结凝灰岩发育，表明，其应为陆相氧化环境下喷发而成。
本区大哈拉军山组与建组地区（特克斯东南大哈拉军山）之大哈拉军山组岩性特征及层序可以对比。我们将其时代界定为早石炭世，是基于以下几方面证据：①大哈拉军山组火山岩上覆以有化石（珊瑚、菊石、腕足类等）依据的下石炭统阿恰勒河组（韦宪阶中上部）不整合覆盖，上界清楚。笔者研究过程中也在阿恰勒河组内发现了只在早石炭世才出现的沟槽古芦木化石，确定其沉积时代为早石炭世应为正常；②在阿希矿脉上部的阿恰勒河组（C1a）底砾岩中发现有含金矿石的近原地砾岩层，局部集中构成了沉积砾岩型矿体，表明成矿作用发生在阿恰勒河（C1a）组堆积之前，容矿围岩大哈拉军山组火山岩（C1d）形成时代上界清楚，早于下石炭统阿恰勒河组（C1a）；③本组所含植物化石（cf.Lepidodendropsis sp.）和火山-沉积相系中发现的Echicochus eleguns 和Lithestrtis，均是早石炭世常见分子；④李华芹等（1994）在对阿希矿区主要容矿岩石辉石安山岩和杏仁状安山岩进行的Rb-Sr和 40Ar/39Ar中子活化法的年龄测定，获得Rb-Sr等时年龄为345.9±0.6 Ma，同时对伊尔曼得金矿区的晶屑凝灰岩进行了锆石铅同位素年龄测定，获（207Pb/206Pb）r表面年龄数据平均值年龄为351±37 Ma，（207Pb/206Pb）r 直方图解峰值年龄为357±20 Ma。凡此种种，对比W.B.Harland等（1989）和王鸿祯（1990）提出的国际和中国地层年代表，大哈拉军山组火山岩的形成时代应为早石炭世。故大哈军山组火山喷发时代应为早石炭世杜内-韦宪早期。不言而喻，赋存于该旋回晚期火山机构中与次火山岩相有关的阿希金矿的成矿时代亦应为早石炭世杜内-韦宪早期。

这类矿床的形成主要取决于如下3个方面因素：构造、含矿热液和成矿物质来源。
1.构造空间
褶皱构造 矿区内最主要的褶皱构造形迹是此唤背斜，岗达概组和岭麦沟组地层均被卷入，背斜轴走向约280°。岩层在褶皱过程中形成顺层剪切形变，后期侵入的脉岩常发生构造透镜体化。
断裂构造 表现为断层、破碎带及节理等。
矿区内较大的断层有3条，它们形成和活动时间较长，并且在成矿后仍有活动，但是它们与矿体无直接联系。破碎带在矿区内也主要有3条，它们均位于此唤背斜附近，近于平行，走向北西，长700～1000 m，宽5～30 m不等。根据在一些地段错断背斜轴表明，其形成时间晚于褶皱。在力学性质上，破碎带具顺向压扭到反向扭张的特征。破碎带与矿体的关系甚为密切。矿区内节理裂隙也比较发育。最发育的是南北和东西两组。裂隙面多平直，断续延伸，时而尖灭再现或分叉，在交叉部位常形成菱形结环，分别具压扭和扭张双重力学性质。这些节理裂隙中也常充填有菱铁矿、方解石和黄铁矿等成分的脉体。
2.热液来源
目前对这一问题仍存在较大争论，核心问题在于区域内及矿区内无较大的岩体出露，出露的脉岩规模甚小。根据对矿石矿物中流体包裹体成分及氢氧同位素研究（详见典型矿例部分），笔者认为，含矿热液来源较为复杂，但主要来自深部岩体和地下水，二者组成了混合热液。根据矿石及蚀变围岩的同位素年龄分布在118.4～139.3 Ma（郑明华，1989；杨岳清，1994）推测，热液可能为燕山中—晚期构造-岩浆活动的产物。
3.成矿物质来源
矿石硫化物的硫同位素（δ34S）（表5-31）证实，其值不仅分散，而且均为正值，平均为5.94‰，表明以硫化物为载体的成矿物质主要来自围岩。
矿区分布最广的碳酸盐中Au、Ag的丰度值普遍偏低，其中Au为0.06×10-9～0.32×10-9，Ag为0.04×10-6～0.1×10-6。但是，在其中所夹的火山碎屑岩中Au的含量明显偏高，一般在10×10-9～20×10-9，这在一定程度上指示了构成矿体的Au可能与火山碎屑岩有关，即热液流体在地壳浅部循环时可能从这类岩石中萃取Au。

根据本次研究和近几年来在石碌矿区及外围开展找矿勘查所获取的各种资料，我们认为石碌铁矿床受层位(石碌群第六层)、岩性(二透岩或角闪岩质铁英岩、二透岩化白云岩或白云岩质铁英岩、白云岩)和构造(复式向斜、层间滑脱剪切带、构造面理)及/或不同岩性界面等严格控制，从而表现了层控性、岩控性和构控性特征。

一、层控性和岩控性特征

中新元古代石碌群是石碌铁矿床的主要赋矿围岩，其原岩属于一套含钙镁质、铁质、泥砂质、硅质和硫酸盐(石膏或重晶石)组合的典型的火山-碎屑沉积岩建造和碳酸盐岩建造，往往可见变余沉积结构和变余沉积韵律性特征。在成因上可能与浅海相、浅海相-潟湖相和/或浅海相-滨海相火山-沉积作用有关。石碌群第六层的中、下层位则是铁矿体和钴铜矿体的主要赋矿岩性段，其主要岩性包括(条纹)条带状二透岩或角闪岩质铁英岩、含石榴子石条带状二透岩、二透岩化白云岩或白云岩质铁英岩、白云岩，其次是含铁的千枚岩和含铁的石英(砂)岩，尤其是铁矿体与第六层中、下层位的二透岩明显具有依存关系。在矿体的产出特征上，整体上，无论是铁矿体、还是钴铜矿体均呈层状、似层状，与围岩大多呈整合接触或突变接触关系，并表现同步褶皱变形特征。可见，石碌铁矿床表现显著的层控性和岩控性特征，矿体均赋存于石碌群第六层特定的岩性中，且铁矿体集中产于石碌群第六层中、下层位，而铜、钴矿则相当稳定的分布在石碌群第六层的下部，两者均具有较好的连续性分布。

二、构控性特征

石碌铁矿床主要受一轴向NW—SE向、局部倒转、且向北西翘起和闭合而向ES倾伏和开阔的复式向斜控制，矿体则均赋存在向斜的槽部和/或两翼向槽部过渡的部位。但铁钴铜多金属的富集与剪切构造变形也有着密切的关系，表现出同剪切构造成矿特征。无论是垂向还是平面上，无论是铁矿体、还是钴铜矿体均呈“S”形或反“S”形透镜体成层状、似层状产出，特别是，在北一铁矿体，由于呈分枝尖灭的不同规模的透镜体在深部可能复合而使之于深部连成一体，从而使北一铁矿体变得更为厚大，形成大矿、富矿。另外，铁矿体与赋矿围岩通常虽呈突变关系，但在脆-韧性剪切断裂附近，出现由含铁围岩向强硅化围岩、贫铁矿(局部出现富铁矿)再到富铁矿的渐变过渡，如在北一铁矿体就非常明显。钴铜矿化也表现了同剪切构造矿化特征，通常沿矿物生长线理、顺层剪切褶皱、S-C组构和构造面理等发生。

从微观上看，铁矿石和钴铜矿石多呈片状和/或致密块状构造，其次为条带状构造和/或脉状、网脉状构造;在结构上，铁矿石以鳞片变晶结构为主，其次为鲕状、变余粉砂状结构，钴铜矿石则以胶状和隐晶—细晶结构为主。显微构造观察也表明，大部分赤铁矿石已经历强烈的塑性变形和糜棱、岩化，其内的石英颗粒具异常消光，并出现动态重结晶，在较强的塑性变形域内石英颗粒则呈雪片状定向排列，具有变晶糜棱岩典型结构、构造特征。矿石的这种结构和构造也反映了沉积-变质和剪切构造改造的特点。

三、变质作用对成矿的控制

从含矿岩系变质矿物及蚀变类型的分布看，石碌矿区曾有多种类型的变质作用。除区域变质作用在整个矿区分布较广外，动力变质、接触变质和热液蚀变也较为明显。它们对石碌矿区铁、钴、铜等多金属的成矿和/或富集都有不同程度的影响。

从石碌群普遍以低绿片相岩为主的变质特征来看，区域变质作用发生于早期，可能与矿区复式向斜的形成时期相同，即发生在地槽发展阶段，控制了石碌铁矿床的基础矿床(即火山-沉积变质型矿床)的形成;动力变质作用，以矿区多种韧-脆性剪切构造和变晶糜棱岩的出现为特征，对成矿物质的富化有重要改造作用，这一动力变质事件可能发生于印支期-燕山早期，即地洼发展阶段的初动期-激烈期;但地洼发展阶段的中晚期，断裂作用、岩浆作用和热液活动也较明显，硅化、黄铁矿化、云英岩化、绢云母化、绿泥石化、绿帘石化、阳起石化和碳酸盐化等普遍，这一热液蚀变造成了晚期脉型、网脉型钴铜矿和脉型、浸染型铅锌矿。矿区接触(交代)变质可能主要发生在印支—燕山早期，与该时期花岗岩侵入有关，其标志是在岩体接触带附近的石碌群第一层出现红柱石以及石碌群岩石发生角岩化现象，但该接触变质作用影响规模小，对成矿作用贡献似乎不大。

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