出露及钻遇的地层有二叠系中统茅口组(P₂m), 二叠系上统龙潭组(P₃l)、长兴组(P₃c)、大隆组(P₃d), 三叠系下统夜郎组(T₁y)及永宁镇组第一段(T₁yn¹), 另见零星分布的第四系。

主要发育EW向、SN向和NE向3组褶皱-断裂构造。灰家堡背斜、构造蚀变体(SBT)及背斜轴部附近的F105、F101是金矿主要控矿构造。叠加的NE向构造主要控制了矿田内汞矿和铊矿产出, SN向断裂构造为成矿期后构造(图2)。

图2

Fig.2

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	图2 灰家堡金矿田地质简图[2, 4] 1.永宁镇组; 2.夜郎组; 3.长兴组+大隆组; 4.龙潭组; 5.地层界线; 6.正断层及编号; 7.逆断层及编号; 8.性质不明断层; 9.背斜轴; 10.向斜轴; 11.金矿床; 12.金矿点; 13.汞矿床; 14.汞矿点; 15.铊矿床Fig.2 Geological sketch map of Huijiabao gold ore field[2, 4]

SBT为茅口组和龙潭组或峨眉山玄武岩组(P₃β )之间区域构造作用和低温热液蚀变作用的综合产物; 角砾状构造发育, 角砾大小悬殊, 成分复杂, 角砾包含了茅口组灰岩, 龙潭组粉砂岩、黏土岩、煤, 或峨眉山玄武岩、沉凝灰岩; 厚度为0~70 m; 为跨时的地质体^{[4, 5, 6]}。

按容矿岩石的不同, 矿石类型划分为碳酸盐岩型、角砾岩型和钙质砂岩型(图5), 金以包裹金形式赋存于微细— 超微细粒黄铁矿外缘的含砷黄铁矿环带中, 属于难选冶的硫化物型矿石。

图5

Fig.5

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	图5 水银洞金矿床碳酸盐岩型Ⅲ c矿体(a)和SBT中的角砾岩型Ⅰ a矿体(b)Fig.5 Carbonate ore body Ⅲ c (a) and breccia ore body Ⅰ a of SBT (b) in the Shuiyindong gold deposit

矿石结构有莓状、球状、胶状、自形晶、交代、假象和碎裂结构等。

矿石构造有星散浸染状、缝合线、脉(网脉)状、晶洞状、生物遗迹、角砾状、条纹状和薄膜状等。

金属矿物有黄铁矿、毒砂、赤铁矿、辉锑矿(偶见)、辰砂(偶见)和雄黄(偶见)。

非金属矿物有石英、白云石、方解石、水云母、绢云母、高岭石、萤石、海绿石、沸石、有机碳和变质沥青。

碳酸盐岩中仅金矿石具经济价值; SBT中的矿石除金矿石外, 银矿含量为(2.20~22.00)× 10^-6, 具综合利用价值。

载金矿物为黄铁矿和毒砂。由于矿石中毒砂含量甚微, 因此黄铁矿为水银洞金矿中金的最主要载体。含金黄铁矿粒度主要在0.000 5~0.05 mm, 即0.5~50 μ m之间, 呈莓状、球状、皮壳状、环带状等, 环带状黄铁矿具有“ 三层式” 结构特点(图6)。

图6

Fig.6

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	图6 黄铁矿的电子探针波谱砷La(a)、金La (b)和锑La (c)成分扫描图像[2] (注: 黄铁矿含有非常小的金沉淀前的黄铁矿内核, 金沉淀期的砷黄铁矿环带在中间, 和金沉淀后的黄铁矿生长表层, 显示了金与砷间的一种正对应关系, 同时表明至少有两期热液活动。锑似乎与金和砷也有正对应关系)Fig.6 Microprobe spectra scan images of the As La(a), Au La(b) and Sb La(c)compositions of pyrite[2]

苏文超等^[10]于一条含砷黄铁矿细脉(27 mm× 0.5 mm)中发现100余粒次显微— 显微自然金颗粒(0.1~6 μ m)。

容矿岩石类型有生物碎屑灰岩、生物碎屑泥灰岩、生物砂屑灰岩、角砾岩、钙质砂岩和钙质粉砂岩。碳酸盐岩中的矿体的顶底板为黏土岩及粉砂质黏土岩, SBT中的矿体的顶底板界线呈渐变, 没有明显界线。

热液蚀变主要有硅化、白云石化、黄铁矿化、毒砂化、雄(雌)黄化、辉锑矿化、辰砂化、萤石化、方解石化和滑石化等。

硅化、白云石化、黄铁矿化 “ 三化” 组合是成矿的必备条件, 矿石品位的高低取决于热液黄铁矿含量的多少。

(1)硫同位素研究。早期研究^{[12, 13]}矿体和围岩黄铁矿的硫同位素组成一致, 具沉积硫特征, 是因未能区分热液黄铁矿和沉积黄铁矿所致。后对与金矿成矿相关的雄黄、辉锑矿进行了硫同位素研究^{[5, 13, 16, 17, 18, 19, 20, 21]}, S同位素的均一化程度较高, 接近幔源S(δ ³⁴S=0~3‰ )。近期开展了含金黄铁矿原位同位素测定, 黄铁矿内核(δ ³⁴S=-31.77‰ ~41.44‰ )显示沉积硫特征, 含金的环带(δ ³⁴S=2.69‰ ~3.16‰ )显示幔源硫特征^{[14, 15]}(图7)。

图7

Fig.7

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	图7 水银洞金矿床含金黄铁矿原位硫同位素组成[2] 白色十字标记的黄铁矿为沉积成岩期黄铁矿; 黄色十字标记的黄铁矿为热液成矿期黄铁矿Fig.7 In situ sulfur isotopic compositions of gold-bearing pyrite in Shuiyindong gold deposit[2]

(2)Pb同位素研究。矿石热液黄铁矿的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb为17.942~18.452, ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb为15.532~15.642, ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb为38.158~38.729, 铅同位素组成有较大的变化, 具低μ 值的特点, 部分样品靠近低μ 值上限(9.58)。Pb主要来源于上地幔, 并有上部地壳来源铅的混合或混染^[4]。

(3)稀有气体同位素研究。与成矿有关的矿物流体包裹体²⁰Ne/²²Ne值介于9.47 ~ 9.96, 平均值为9.82, 非常接近于地幔值9.8, 证实成矿流体中含有一定量的幔源组分。³He/⁴He比值介于0.012~1.436之间, 显示大气、壳源以及深部幔源三端元混合模式^{[14, 15]}。

(4)碳氧同位素研究。早期开展与成矿有关的方解石C、O同位素测定中, 发现一个点落入花岗岩区^{[7, 18]}, 解读为“ 可能是偶然, 更可能是必然” 。近期开展的方解石C、O同位素研究, C主要表现为地幔碳范畴, C、O同位素投点较多地落入花岗岩区域^{[21, 22]}, 显示了成矿作用与花岗岩关系密切。

(5)年代学研究。刘建中等^[7]首次测定水银洞金矿与成矿有关的石英裂变径迹年龄(60~80 Ma); Su等^[12]测定与成矿有关的方解石的Sm-Nd年龄为(134± 3)~(136± 3) Ma。总体看来, 金矿成矿年龄大体处于燕山期。

根据金的赋存状态、赋矿岩性等特征, 其矿床类型属于微细浸染型金矿。根据成矿物质来源和成矿流体特征, 初步认为成矿作用与花岗岩密切相关, 成矿物质可能主要来源于花岗岩浆, 成矿流体为岩浆水、地层水和大气降水的混合。根据形成深度、压力及成矿物理化学条件, 其属于浅成低温热液型金矿。

(1)构造控矿。灰家堡背斜严格控制了水银洞金矿床的产出, 金矿体的形态与背斜形态基本一致, 赋存于背斜轴部附近800~1 500 m范围内, 由背斜核部向两翼, 金矿体则变贫变薄逐渐尖灭; SBT控制了Ⅰ a矿体的产出; 背斜核部附近发育的与背斜轴线近于平行的断裂(如F162、F163)则控制了“ 断裂型” 矿体的产出。

(2)岩浆岩控矿。区内无岩浆岩出露。近期研究认为^{[6, 21, 23, 24]}, 区内存在的隐伏花岗岩可能是区内金锑矿大规模成矿的关键, 成矿流体来源于深部隐伏花岗岩。

(3)热液蚀变控矿。硅化和白云石化是金矿成矿的先决条件, 金矿成矿与否以及金含量的高低, 取决于黄铁矿(热液期)化的强弱。没有相应的热液蚀变即没有金矿化产生, 热液蚀变强烈部位往往就是金富集部位。

(4)岩性控矿。除赋存于SBT中的金矿外, 其余主要矿体严格受碳酸盐岩控制, 金含量在碳酸盐岩中与其顶底板碎屑岩中呈突变关系。碳酸盐岩与其顶底板的黏土岩(或粉砂质黏土岩)成为金成矿的有机组合体, 它形成的良好的屏蔽障, 是形成水银洞高品位层控型金矿床(金超常富集)最直接的原因。

(5)孔隙度控矿。岩石孔隙度的多少, 决定了含矿热液的运移能力。强白云石化作用过程, 使得生物碎屑灰岩或生物屑砂屑灰岩孔隙度大量增加, 粒间孔、晶间孔、粒间溶孔广泛存在, 孔隙度3%~15%, 大大增强了含矿热液的运移能力, 同时也是金选择碳酸盐岩就位的原因。

扬子与华夏古板块在新元古代碰撞拼贴形成的华南陆块, 在燕山期区域构造(太平洋板块向西俯冲)作用下, 华南陆块处于岩石圈伸展状态, 早期古构造(扬子与华夏古板块碰撞带)复活, 深部热活动加剧, 岩石圈减薄, 地壳重熔增强, 花岗岩浆上侵, 形成了大致受控于扬子与华夏古板块碰撞拼贴带的大面积低温成矿域^{[15, 25, 26]}(图8)。

图8

Fig.8

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	图8 贵州西南部金锑矿成矿动力学机制示意[15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26]Fig.8 Geodynamics metallogenic mechanism of gold-antimony deposit in southwest of Guizhou[15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26]

携带Au、Hg、Sb、As、Tl的深部成矿流体在温度较高和中偏碱性条件下运移, 因压力剧降, 大量挥发分逸出, 成矿流体物理化学环境的急剧改变, 导致金、锑等成矿物质依次沉淀, 并使得金、锑富集于不同的空间位置^[5]。苏文超等^[10]提出了层控卡林型金矿成矿作用地球化学过程: 含铁碳酸盐溶解(去碳酸盐化)释放Fe→ 溶解的Fe²⁺ 硫化物与Au沉淀富集→ 碳酸盐脉形成。谭亲平^[27]认为, 去碳酸盐化和硫化作用是水银洞金矿中金的主要沉淀机制; Hg、Sb、As等成矿元素常常与晚期石英 -方解石脉共生的硫化矿物产出, 流体冷却可能是它们主要的沉淀机制; 另外, 成岩期的有机质可能扮演了地球化学障(还原剂)的作用, 引起 Au、As、 Sb、Hg 和 S 形成微小的硫化矿物颗粒包裹在有机质中沉淀下来。

与深部花岗岩浆作用有关的富含CH₄, N₂, CO₂和Au³⁺、Sb³⁺、Hg²⁺、As³⁺、H₂O的热液, 在燕山期区域构造作用下沿深大断裂上涌至P₂m与P₃l(或P₃β )间不整合界面时, 由于上覆P₃l¹黏土岩封闭阻挡, 热液沿区域构造滑脱面侧向运移(与岩石产生交代形成SBT, 局部形成金矿体或矿床, 如水银洞Ⅰ a矿体、戈塘金矿床), 背斜核部附近发育的斜切层面的断裂构造(水银洞金矿F162、F163等)或一系列节理成为成矿流体穿透一些构造封闭层(如黏土岩), 到达另外一些渗透性较好的地层— — 碳酸盐岩(这些地层上必须有封闭层覆盖)的通道, 热液向上运移过程中, 碳酸盐岩的顶底板黏土岩形成良好的封闭层阻止热液扩散而导致含矿热液沿孔隙度大的碳酸盐岩侧向运移并富集, 形成黔西南独特的层控型矿床— — 水银洞金矿, 少部分成矿流体沿背斜轴部纵向断裂构造继续往上运移, Au在断裂构造形成的有利成矿空间内与围岩发生交代富而成的断裂型矿床— — 紫木凼金矿^{[2, 3, 4, 5, 6, 25, 28]}(图9)。

图9

Fig.9

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	图9 水银洞金矿床成矿模式[2, 4, 19] 1.夜郎组第二段; 2.夜郎组第一段; 3.大隆组; 4.长兴组; 5.龙 潭组; 6.茅口组; 7.花岗岩体; 8.深大断裂; 9.断层; 10.构造蚀变体; 11.含矿流体运移方向; 12.金矿体; 13.地层线Fig.9 Metallogenic model ofShuiyindong gold deposit[2, 4, 19]

区内金矿体具有层控型和断裂型2种产出类型。

(1)层控型金矿。呈层状似层状产出, 按其就位空间分为2种形式。

SBT中的角砾岩型矿体: 产于茅口组和龙潭组或峨眉山玄武岩之间不整合面经区域构造和热液作用形成的SBT中, 区内具面状矿化特点。

龙潭组中的碳酸盐岩型矿体: 产于龙潭组不纯生物碎屑灰岩中, 具顺层矿化特点, 主要矿体集中产于龙潭组中上部。

(2)断裂型金矿。产于与灰家堡背斜轴线近平行或有小交角缓倾斜压扭性逆断层破碎带或两盘牵引膝褶带内。矿体产状与断层产状基本一致, 主要矿体产于紫木凼金矿床F1断层破碎带, 水银洞金矿床的F101及隐伏断层破碎带也有产出。

(1)构造标志。短轴状灰家堡背斜轴部。黔西南地区普遍存在的SBT及背斜构造是良好的构造找矿标志。P₂m与P₃l(或P₃β )之间的不整合界面为区域性含矿热液运移的通道, 斜切层面的断裂构造为含矿热液向上运移的通道。背斜轴部容易形成断裂而成为深部含矿热液向上运移的通道或成矿场所。

(2)蚀变标志。与金矿化关系密切的蚀变主要是硅化、白云石化、黄铁矿化、毒砂化。硅化和白云石化是成矿的先决条件, 最终成矿与否及金含量的高低, 取决于黄铁矿(热液期)化的强弱。热液蚀变强烈部位往往就是金富集部位。

(3)地层岩性标志。海陆交互相区的龙潭组地层中, 碳酸盐岩是区内地层岩性找矿标志。特别是厚度较薄的碳酸盐岩与厚度大的碎屑岩不等厚互层的组合最为有利。

(4)地球化学标志。Au、Hg、As、Sb(Tl)元素组合沿构造轴线分布, 指示着成矿元素Au等在有利构造带的富集规律。Au与Hg、As、Sb之间往往表现为“ 不在其中, 不离其踪” 的特点^{[5, 6]}。

成矿背景: 滇黔桂“ 金三角” 地区的黔西南二叠系— 三叠系浅海碳酸盐台地相区。

容矿岩石: 生物碎屑灰岩、生物碎屑泥灰岩、生物砂屑灰岩、角砾岩、钙质砂岩、钙质粉砂岩。

成矿环境: 低温含金溶(热)液与相对封闭的还原环境。

控矿构造样式: 穹隆、背斜或与背斜轴线近于平行的逆断层。

地质标志: 构造蚀变体(SBT)。

地球化学标志: Au-As-Sb-Hg-Tl套合最好的地段; 高锑异常或锑矿化区是锑成矿有利区, 该区金则多表现为矿化, 难形成独立金矿体。

矿床就位场所: 背斜轴线两侧附近800~1 500 m范围内或者穹隆。

地层标志: 上二叠统— 下三叠统(龙潭组— 长兴组— 大隆组— 峨眉山玄武岩组— 夜郎组)。

工程揭露位置: 层状矿体以揭露SBT进入茅口组终孔, 断裂型矿体以揭穿断层终孔。

找矿靶区: 金矿一般位于灰家堡背斜、戈塘背斜、包谷地背斜、雄武背斜、泥堡背斜、莲花山背斜; 锑矿: 碧痕营穹隆^{[5, 6]}。

从成矿地质体、成矿构造及成矿结构面、结构类型、成矿作用特征标志等方面, 构建了找矿预测地质模型(图10 ), 具体表述如下。

图10

Fig.10

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	图10 水银洞金矿床找矿预测地质模型[15] 1.永宁镇组; 2.夜郎组; 3.大隆组; 4.长兴组; 5.龙潭组; 6.茅口组; 7.深大断裂; 8.断层; 9.含矿流体运移方向; 10.构造蚀变体; 11.金矿体; 12.花岗岩Fig.10 Forcasting metallogenic model of Shuiyindong gold deposit[15]

(1) 成矿地质体为隐伏花岗岩体(埋深3 500~5 000 m)。

(2) 成矿构造及成矿结构面。

①成矿构造主要是褶皱-断裂构造系统, 包括褶皱— — 灰家堡背斜, 断裂— — 构造蚀变体(SBT)、F101、F105、隐伏小断裂(F162 、F163等)。

②成矿结构面主要包括不整合面(P₂m与P₃l)、断裂面、背斜轴面、灰岩与黏土岩(粉砂岩)界面。

(3) 结构类型。

①矿体宏观特征和矿化样式: 层控型— — 赋存于构造蚀变体(SBT)和碳酸盐岩; 断裂型— — 赋存于断裂破碎带。

②成矿作用空间结构为由成矿结构面和成矿地质体构成的二元结构模式。

③成矿作用时间分为3个阶段。

成矿早阶段: 石英-白云石阶段(玉髓+石英+白云石);

成矿主阶段: 自然金-黄铁矿-毒砂阶段(自然金+黄铁矿+毒砂);

成矿晚阶段: 雄黄-辰砂-石英-方解石阶段(雄黄+雌黄+辰砂+辉锑矿+方解石+石英)。

⑷成矿作用特征标志。

①容矿地层: 龙潭组(主)、夜郎组(次)、长兴组(次次)。

②容矿岩石: 灰岩、钙质砂岩、泥灰岩。

③矿物组合: 黄铁矿-毒砂-雄(雌)黄-辉锑矿-白云石-方解石-滑石-萤石-高岭石。

④载金矿物: 黄铁矿(主)、毒砂(次)。

⑤地球化学元素组合: Au-As-Sb-Hg-(Tl)。

⑥矿体就位空间: 碳酸盐岩型矿体, 背斜核部500~800 m; 构造蚀变体(SBT)中矿体, 背斜核部1 500 m范围。

⑦矿体空间特征: 层控型矿体多层叠置。

⑧矿体埋深: 150~1 500 m。

⑨成矿年龄: (135± 3) Ma。