引用本文
袁和, 白银增, 耿树峰, 洪秀伟, 王登红. 辽宁省重点金矿集区地质特征及成岩成矿作用[J].中国地质调查, 2023,10(4): 37-45.
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doi: 10.19388/j.zgdzdc.2023.04.05
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辽宁省重点金矿集区地质特征及成岩成矿作用
袁和1, 白银增2, 耿树峰1, 洪秀伟1, 王登红3
1.辽宁省第四地质大队有限责任公司,辽宁 阜新 123000
2.辽宁省有色地质一○九队有限责任公司,辽宁 朝阳 122000
3.中国地质科学院矿产资源研究所,自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室,北京 100037
通讯作者简介：王登红(1967—),男,二级研究员,中国地质调查局“战略新兴矿产调查工程”首席专家,主要从事矿产资源研究工作。Email: wangdenghong@vip.sina.com。

第一作者简介: 袁和(1985—),男,高级工程师,主要从事矿床学研究工作。Email: yuanhe1985@126.com。

收稿日期: 2022-06-27
基金资助: 中国地质调查局“中国矿产地质志(编号: DD20160346)”项目资助; 中国地质调查局“中国矿产地质志(编号: DD20190379)”项目资助
摘要

作为我国重要的产金省份,辽宁省的中生代构造、岩浆活动较为强烈,并伴有强烈的金成矿作用。根据金矿床的空间分布特征,将辽宁省划分出5个重点金矿集区,为深入了解各金矿集区内金矿床的成岩成矿作用,对金矿集区的地质特征、成岩成矿时代、地球化学等方面进行了系统分析。研究表明: 各金矿集区的金成矿作用与印支期、燕山期岩浆活动有关,成矿时间集中于126~118 Ma、225~188 Ma; 辽西金矿集区金矿石中的S属于地幔硫,而辽东金矿集区S来源于岩浆和变质岩地层,各矿集区矿石的Pb具有壳幔混合源特征,5个重点金矿集区的成矿物质源区组成为同一岩浆源区、不同岩浆演化阶段的产物,成岩成矿物质为下地壳部分熔融的产物,并有部分幔源物质参与。结合近年找矿进展,建立了辽宁省金矿找矿预测地质模型,可为下一步开展区域矿产勘查工作提供新思路。

关键词: 金矿集区; 成岩成矿作用; 找矿预测地质模型; 辽宁省
中图分类号:P618.51;P612 文献标志码:A 文章编号:2095-8706(2023)04-0037-09
Geological characteristics, diagenesis and mineralization of key gold concentration areas in Liaoning Province
YUAN He1, BAI Yinzeng2, GENG Shufeng1, HONG Xiuwei1, WANG Denghong3
1. No.4 Geological Team of Liaoning Limited Liability Company, Liaoning Fuxin 123000, China
2. No.109 Team of Liaoning Nonferrous Geology Co., Ltd, Liaoning Chaoyang 122000, China
3. MNR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, Institute of Mineral Resources, China Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
Abstract

As the important gold producing province in China, Liaoning Province has strong Mesozoic tectonic and magmatic activities, with great gold mineralization. Liaoning Province is divided into five key gold concentration areas, according to the spatial distribution characteristics of gold deposits. In order to deeply understand the diagenesis and mineralization of gold deposits in each gold concentration area, the authors systematically analyzed the geological characteristics, diagenesis and mineralization age, and the geochemistry of the gold concentration area. The results show that the gold mineralization in each gold concentration area is related to the magmatic activities of Indosinian and Yanshanian periods, and the metallogenic time is concentrated in 126~118 Ma and 225~188 Ma. The sulfur in gold ores in Western Liaoning gold concentration area belongs to mantle sulfur, while the sulfur in Eastern Liaoning gold concentration area comes from magmatic and metamorphic rock strata. The Pb in ore source of each ore concentration area has the characteristics of crust mantle mixed source. The source areas of the five key gold concentration areas are composed of the products of different magmatic evolution stages in the same magmatic source area. The ore material sources of five important gold concentration areas are magmatic evolution products from one magmatic source under different stages, and the diagenetic and diagenetic minerals are the products of partial melting of the lower crust, with the participation of some mantle derived materials. The geological model for gold prospecting prediction in Liaoning Province was established, combined with the recent prospecting progress, which could provide a new idea for further regional mineral exploration.

Keyword: gold concentration area; diagenesis and mineralization; geological model for prospecting prediction; Liaoning Province
0 引言

辽宁省作为我国金矿的矿产集中地之一, 其金矿床主要分布于二道沟、排山楼、猫岭、青城子、五龙等地区, 前人对这些地区产出的大型和中型金矿床的成矿时代、成矿类型、矿床成因等方面做了大量的研究工作[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10], 一般认为金矿床的形成与印支期和燕山期的岩浆作用有关[2, 3, 11, 12]。

近年来, 前人主要针对辽宁省内的典型金矿床开展系统研究, 但缺乏对中生代形成的金矿床的整体研究, 如省内与中生代2期岩浆作用有关的不同类型金矿床间成矿物质来源的区别, 以及各金矿集区成矿物质源区组成的成因联系等科学问题。本文在梳理前人成果的基础上, 提出了辽宁省金矿集区的划分原则, 并对金矿集区的地质特征、成岩成矿时代、地球化学特征等进行分析, 建立了辽宁省金矿找矿预测地质模型, 为深化辽宁省金矿成矿作用的研究以及开展区域矿产勘查工作提供新思路。

1 区域构造演化与金成矿

辽宁省处于华北陆块北缘东段, 其区域构造演化经历了4个阶段: ①古老基底形成阶段, 新太古代华北克拉通发生了各微陆块碰撞— 拼合事件[11], 辽宁省形成了统一的结晶基底, 这一阶段辽宁省部分地区形成含金原始矿源层[5]; ②裂谷演化阶段, 古元古代辽宁省经历了陆内裂谷事件, 辽东裂谷形成, 在裂谷拉张、沉降期间辽东地区沉积了辽河群厚层陆源碎屑岩和碳酸盐岩, 且部分碎屑岩区继承了源区新太古代含金原始矿源层富金的特征, 形成金矿衍生矿源层[13], 同时在冀东— 辽西地区分布的燕辽裂陷槽为金矿床的形成提供了赋存空间; ③陆壳盖层演化阶段, 中元古代— 晚古生代华北陆块经历了超过1 Ga的稳定盖层沉积期[14], 这一阶段金成矿作用不明显; ④构造体制转换阶段, 中生代华北克拉通东部发生了构造体制转换事件, 总体由挤压构造向伸展构造转换, 由此引发了华北克拉通东部与岩浆侵入和喷发作用有关的成矿大爆发事件[5, 11]。

2 金矿集区的划分及其地质特征
2.1 金矿集区划分

根据《辽宁省矿产资源潜力评价报告》[15], 辽宁省共划分为13个四级成矿亚带(图1), 但辽宁省金矿集区的划分方案尚不明确。因此, 本文提出辽宁省金矿集区的划分原则: ①矿集区的划分必须建立在成矿区带的基础上, 原则上不能跨成矿带, 且具有相似的成矿地质环境及成矿机制; ②不同时期的矿床在同一地区密集分布, 且存在一个以上的大型矿床或2个以上的中型矿床, 以及伴有若干个小型矿床(点); ③以区域构造演化史为基础, 综合考虑区域地层、构造、岩浆岩等因素。根据上述原则将本省划分出5个重点金矿集区(表1)。

图1 辽宁省代表性金矿分布
Ⅲ -51-1.通辽科尔沁盆地煤油气Ⅳ 级成矿亚带; Ⅲ -51-2.库里吐— 汤家杖子Mo-Cu-Pb-Zn-W-Au Ⅳ 级成矿亚带; Ⅲ -55-1.山门— 乐山 Mo-Ag-Au-Fe-Ni-Cu-Zn成矿亚带; Ⅲ -55-2.吉中Mo-Ag-As-Au-Fe-Ni-Cu-Zn-W 成矿亚带; Ⅲ -56-1.铁岭— 靖宇(次级隆起)Fe-Au-Cu-Pb-Zn 煤成矿亚带; Ⅲ -56-2.营口— 长白(次级隆起— 裂谷)Pb-Zn-Fe-Au-Ag-U-硼-菱镁矿-滑石矿成矿亚带; Ⅲ -56-3.瓦房店(次级坳陷)Cu-Pb-Zn-Fe-金刚石成矿亚带; Ⅲ -57-1.内蒙隆起东段Fe-Au-Ag-Pb-Zn-Mo-U-P-膨润土成矿亚带; Ⅲ -57-2.燕辽(坳陷)Cu-Mo-Pb-Zn-Ag-Au-Fe-Mn-煤成矿亚带; Ⅲ -57-3.北镇(次级隆起)Au成矿亚带; Ⅲ -57-4.马兰峪— 绥中(次级隆起)Fe-Au-Pb-Zn 成矿亚带; Ⅲ -62-1.法库(断凸)Au煤硅灰石Ⅳ 级成矿亚带; Ⅲ -62-2.辽河(断凹)石油、天然气Ⅳ 级成矿亚带; ①柏杖子金矿床; ②排山楼金矿床; ③二道沟金矿床; ④白云金矿床; ⑤猫岭金矿床; ⑥五龙金矿床; ⑦南龙王庙金矿床; ⑧柴河金矿床; ⑨下大堡金矿床Fig.1 Distribution of representative gold deposits in Liaoning Province

表1 辽宁省金矿集区统计 Tab.1 Statistics of gold concentration areas in Liaoning Province

贾三石等[5]将辽西与内蒙古赤峰、河北冀东相接壤地带产出的金矿床划分金厂沟梁— 二道沟为金厂峪— 峪耳崖(包括柏杖子金矿)金矿集区。本文重新圈定了辽西地区的金矿集区, 并补充了前人遗漏的金矿床, 其中由于柏杖子地区仅柏杖子金矿床为中型矿床, 且部分小型金矿床存在跨成矿带现象, 本文不再将其划入金矿集区。此外, 辽东地区的南龙王庙(花岗-绿岩型)、柴河(砂金型)、下大堡(岩浆热液型)等金矿床具有不同的成矿机制, 因此也不再将其划入金矿集区。

2.2 金矿集区地质特征

2.2.1 辽西地区金矿集区

根据金矿集区划分原则, 将辽西地区划分为二道沟矿和排山楼金矿集区(表1, 图2)。二道沟金矿集区内出露的基底岩系为新太古界建平群小塔子沟组变质岩, 岩性由片麻岩、斜长角闪岩组成, 为东五家子、小塔子沟等金矿床的赋矿围岩, 而陆相火山岩为二道沟金矿的赋矿围岩。区内金矿化的成因多与西对面沟花岗闪长岩体有关, 其成岩年龄为128 Ma[2]。矿床多发育于由该岩体侵位形成的放射状断裂带内, 矿体倾角较陡, 矿化类型以石英脉型为主, 蚀变岩型次之[16]。

图2 金厂沟梁— 二道沟金矿床(左)与排山楼地区(右)地质简图
1.中生界— 新生界; 2.古生界; 3.建平群角闪斜长片麻岩; 4.太古代二长花岗片麻岩; 5.白云质大理岩; 6.海西期黑云母花岗岩; 7.燕山期二长花岗岩; 8.花岗闪长岩; 9.流纹岩; 10.断裂; 11.韧性剪切带; 12.金矿床; 13.补充金矿床Fig.2 Geological sketch of Jinchanggouliang-Erdaogou gold mine (left) and Paishanlou area (right)

排山楼金矿集区赋矿围岩为新太古界建平群大营子组黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩。矿床受近EW向和NE向韧性剪切带控制, 韧性剪切带多呈低角度(35° ~55° )产出。矿体呈似层状、透镜状产于糜棱岩带内, 岩浆岩有海西期黑云母花岗岩和燕山期二长花岗岩, 其中与金矿化有关的岩体为二长花岗岩, 成岩年龄为124 Ma和128 Ma[6, 17]。矿化类型为蚀变糜棱岩型。

2.2.2 辽东地区金矿集区

本文将辽东地区划分为3个金矿集区, 分别为猫岭、青城子和五龙金矿集区(表1, 图3, 图4)。

表2 辽宁省代表性金矿床成矿时代统计 Tab.2 Statistics of the metallogenic ages of representative gold deposits in Liaoning Province

图3 青城子地区(左)与猫岭地区(右)地质简图
1.第四系; 2.白垩系小岭组; 3.中元古界榆树砬子组; 4.古元古界辽河群盖县组; 5.盖县组下段; 6.盖县组上段; 7.辽河群大石桥组; 8.辽河群高家峪组; 9.辽河群里尔峪组; 10.燕山期面理化花岗岩; 11.燕山期二长花岗岩; 12.燕山期花岗岩; 13.燕山期花岗闪长岩; 14.印支期似斑状花岗岩; 15.中元古代钠质花岗岩; 16.古元古代钾质混合花岗岩; 17.古元古代二长花岗岩; 18.古元古代正长岩; 19.断裂; 20.压型、压扭型性断裂; 21.背斜、倒转背斜; 22.向斜、倒转向斜; 23.金矿床Fig.3 Geological sketch of Qingchengzi area (left) and Maoling area (right)

图4 五龙地区地质简图
1.侏罗系大堡组; 2.辽河群盖县组; 3.辽河群大石桥组; 4.辽河群里尔峪组; 5.燕山晚期斑状黑云母花岗岩; 6.燕山晚期斑状二长花岗岩; 7.燕山晚期花岗闪长岩; 8.燕山晚期斑状花岗闪长岩; 9.燕山晚期石英闪长岩; 10.燕山晚期石英二长岩; 11.燕山早期伟晶岩; 12.燕山早期正长花岗岩; 13.燕山早期黑云母二长花岗岩; 14.燕山早期二云母二长花岗岩; 15.闪长岩脉; 16.断裂; 17.糜棱岩化带; 18.金矿床Fig.4 Geological sketch of Wulong area

青城子金矿集区出露的地层有古元古代辽河群盖县组、大石桥组及高家峪组。由于受EW向推覆构造影响, 辽河群产出低角度层间断裂带, 金矿化主要赋存于盖县组云母片岩、夕线石云母片岩的层间断裂带内。区内脆性断裂构造发育, 金矿床多分布于NW向断裂带两侧。区内与金成矿作用有关的双顶沟花岗岩体成岩年龄为224 Ma[18]。矿化以蚀变岩型为主, 少量为石英脉型。

猫岭金矿集区出露的地层包括古元古代辽河群盖县组与中元古界榆树砬子组。盖县组下段岩性为片岩夹变粒岩、石英岩, 上段为变质长石石英砂岩、绢云千枚岩并夹板岩和石英砂岩, 榆树砬子组岩性主要为厚层石英砂岩。金矿床多赋存于盖县组上段, 控矿构造以NE向、NW向韧性剪切带为主。区内与金成矿有关的岩体有卧龙泉和猫岭花岗岩体, 成岩年龄分别为183 Ma和128 Ma[8]。矿化类型为石英脉型和蚀变岩型, 前者以王家崴子金矿床和金厂沟金矿床为代表, 后者以猫岭金矿床为代表。

五龙金矿集区广泛分布的黑云母二长花岗岩为主要赋矿围岩, 以发育片麻状构造为特征(图4)。出露地层包括古元古界辽河群、中生界侏罗系。断裂构造发育NNE向、NE向和NW向3组脆性断裂, 其中NNE向断裂呈等距离产出, 为主要导矿、容矿构造, 其倾向北西, 倾角75° ~85° 。区内与金成矿有关的岩体为三股流岩体[19], 岩石类型由岩体中心向外依次为斑状二长花岗岩、花岗闪长岩、斑状花岗闪长岩、石英闪长岩, 成岩年龄为125 Ma[20]。矿化类型以石英脉型为主, 蚀变岩型次之。

3 成岩成矿作用
3.1 成岩成矿时代

二道沟、排山楼和五龙金矿床的成矿年龄集中于126~118 Ma, 属燕山晚期成矿(表2)。猫岭和白云金矿床的成矿年龄集中于225~188 Ma, 属印支晚期— 燕山早期成矿。而二道沟、排山楼和五龙矿集区内岩浆活动时间为燕山晚期(128~124 Ma), 猫岭和青城子矿集区内岩浆活动时间为印支晚期— 燕山晚期(224~128 Ma)。其中猫岭矿集区内的卧龙泉与猫岭岩体为复式岩体, 属多阶段岩浆活动的产物[10]。

3.2 矿质来源

辽西金矿集区代表性金矿床的金属硫化物δ 34S 变化范围较窄, 属地幔硫范畴(-3.0‰ ~3.0‰ ), 显示S具有一定的相似性和深源性(表3)。

表3 辽宁省代表性金矿床S同位素组成 Tab.3 Sulfur isotopic composition of representative gold deposits in Liaoning Province

辽东金矿集区(除五龙金矿外)金矿床的金属硫化物δ 34S变化范围较宽, 表明硫来源于岩浆和变质岩地层[8, 21, 23]。Pb同位素图解(图5)显示, 大多数代表性金矿床的矿石Pb投点落在地壳与地幔演化曲线之间, 呈明显的线性分布(如辽东五龙、王家崴子、猫岭、白云等金矿床; 辽西排山楼、二道沟等金矿床), 显示出矿石Pb具有混合源特征。

图5 辽宁省代表性金矿床Pb同位素图解Fig.5 Pb isotope diagram in representative gold deposits of Liaoning Province

3.3 成矿物质源区的属性

二道沟、排山楼、猫岭、青城子和五龙金矿集区内与金成矿有关的岩体均具有高硅、富碱、低FeO/MgO及A/CNK值均小于1.1的特征, 且轻重稀土元素之间分馏明显, Eu呈弱— 中等负异常[2, 6, 18, 20, 21](表4), 指示成矿岩体属典型的Ⅰ 型花岗岩。

表4 成矿岩体岩石地球化学特征 Tab.4 Geochemical characteristics of ore-forming rock mass

Sm/Yb值可用于判别岩浆源区的残留相主要为石榴子石、角闪石或辉石[32]。Sm/Yb值大于6, 代表含水量较低的榴辉岩相熔融残留体; Sm/Yb值介于3~6, 代表含水角闪石相残留体; Sm/Yb值小于3, 代表以辉石相为主的残留体。矿集区内成矿岩体中Sm/Yb值介于3.27~6.35之间(表4), 表明2期成矿岩体的岩浆源区是以含水角闪石为主的残留相。

3.4 成矿物质源区组成的联系

各金矿集区内成矿岩体中Sr、Nd同位素变化范围较小(表4), 在Sr-Nd同位素图解(图6)上, 样品多分布于下地壳演化曲线附近, 仅个别样品分布在上地壳附近。根据岩石初始Sr变化范围介于地幔源(≤ 0.706)与地壳源(≥ 0.720)之间, ε Nd(t)值为较大的负值, 且岩石具有高硅、低MgO、TFe2O3和Sm/Nd值, 以及Rb、Th、U富集和Nb、P、Ti亏损的特征[2, 6, 18, 20, 21], 指示成岩成矿物质主要为下地壳部分熔融的产物, 并有部分幔源物质参与。各金矿集区成矿岩体具有相似的地球化学特征, 指示它们可能为同一岩浆源区不同岩浆演化阶段的产物。

图6 金矿集区成矿岩体的Sr-Nd同位素图解[35]Fig.6 Sr-Nd isotope diagram of ore-forming rock mass in gold concentration area [35]

4 找矿预测地质模型
4.1 基本特征

辽宁省内5个重点金矿集区主要存在2种金成矿体系: 一种为高角度断裂控矿体系(倾角大于70° ), 矿集区内与含金石英脉紧密伴生的闪长玢岩脉较发育, 矿体受脆性断裂控制; 矿化类型以石英脉型为主, 成矿期蚀变以硅化、绢英岩化、绢云母化为特征, 此类矿床以二道沟和五龙金矿床为代表; 另一种为低角度断裂控矿体系(倾角小于60° ), 矿区内发育少量中酸性脉岩, 矿体受辽河群低角度层间破碎带或受建平群内低角度韧性剪切带控制; 矿化类型以蚀变岩型、蚀变糜棱岩型为主, 成矿期蚀变以硅化、绢云母化、黄铁矿化为特征, 此类矿床以白云、猫岭、排山楼金矿床为代表。

4.2 矿床空间结构特征

排山楼和猫岭金矿集区的金矿床空间结构受矿源层+韧性剪切带+侵入岩体控制。矿体赋存于新太古界建平群变质岩系(古元古界辽河群变质岩系)内, 受韧性剪切带控制。矿体呈低角度倾斜的似层状、透镜状产出。成矿作用与燕山晚期二长花岗岩体、印支晚期卧龙泉岩体及燕山晚期猫岭岩体有关。矿化类型以蚀变糜棱岩型、蚀变岩型为主, 黄铁矿(毒砂)作为主要载金矿物。

青城子金矿集区的金矿床受EW向推覆构造+赋矿地层+次级断裂带+侵入岩体控制。金矿集区受EW向推覆构造影响, 辽河群产生低角度层间断裂带。矿体赋存于辽河群盖县组、大石桥组的层间破碎带内, 呈似层状产出。以小佟家堡子金矿床为例, 矿体受辽河群大石桥组与盖县组之间的层间破碎带控制; 而白云金矿床受辽河群盖层组低角度层间破碎带控制。矿化类型以蚀变岩型为主。成矿作用与印支晚期双顶沟岩体有关。

五龙和二道沟金矿集区的金矿床受区域断裂构造+次级断裂带+侵入岩体控制。矿体赋存于区域断裂构造产生的次级断裂带内, 并受断裂构造形态控制, 如五龙金矿床受断裂侧伏规律控制, 总体向NW向侧伏; 而二道沟金矿床受放射状断裂构造控制。成矿作用分别与燕山晚期三股流、西对面沟岩体有关, 矿化类型以石英脉型为特征。

5 结论

(1)辽宁省内5个重点金矿集区金成矿作用与印支期、燕山期岩浆岩有关, 成矿时间集中于126~118 Ma、225~188 Ma。辽西金矿集区金矿石中的S属于地幔硫, 而辽东金矿集区的矿石S来源于岩浆和变质岩地层, 各金矿集区的矿石Pb来源具有混合源特征。各金矿集区的成矿物质源区组成为同一岩浆源区不同岩浆演化阶段的产物, 成岩成矿物质为下地壳部分熔融的产物, 并有部分幔源物质参与。

(2)辽宁省金矿集区存在2种成矿体系: 一种产于高角度断裂控矿体系, 矿化类型以石英脉型为主; 另一种产于低角度断裂控矿体系, 矿化类型以蚀变岩型、蚀变糜棱岩型为主。

(责任编辑: 魏昊明, 王晗)

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