根據上述礦床的地質特征和中生代熱液巖溶成礦機理分析,礦床的成因歷史可分為四個階段。
9.2.4.1泥盆紀和石炭紀礦源層沈積形成階段
在晚古生代海相沈積中,除碳酸鹽巖外,上泥盆統和下石炭統中還有矽質條帶或矽質層,是後期晶體沈積的礦源層。
9.2.4.2石炭紀末黔桂運動的古巖溶發育階段
石炭紀末期,區內隆起上升至陸地,形成東西向背斜,發育深達數十至數百米的張性斷層和斷裂。在溫暖濕潤的氣候和充沛的降雨條件下,古巖溶發育。地表巖溶主要有兩種形式。壹種是沿裂縫的溶蝕擴大成寬幾十厘米、長幾十到幾百米的溶隙。第二,沿構造有利帶形成幾十至幾百米的淺碟形凹陷。晚二疊世茅口期,由於海水的膨脹和疊加,在溶隙中形成沈積灰巖“脈”,而在淺窪地中形成含角礫巖的沈積灰巖“體”。
圖9.1夏佳礦區地質示意圖
(據張向勛1990)
1.下二疊統茅口組沈積角礫灰巖;2.上泥盆統石灰巖;3.中泥盆統東港嶺組灰巖;4.故障;5.茅口組沈積灰巖脈;6.含有結晶方解石的礦脈;7.邊界不整合;8.地質界線;9.茅口期巖溶發育範圍
9.2.4.3海西晚期至印支期含礦熱液形成階段
晚二疊世末,吳棟地殼再次上升。除了地表的巖溶侵蝕,地下淺層還形成了連通性差的洞穴,充滿了古巖溶水。由於持續的溶解作用,古巖溶水富含CaCO3和少量SiO2。根據礦脈成分分析,CaCO3占溶出物的95%以上,CaO和SiO2含量與圍巖壹致。根據晶體氧同位素測定,δ18O值為(+24.02±0.28)‰,接近泥盆紀和石炭紀燧石的測定值,表明溶液中的成礦物質主要來自圍巖。三疊紀時,由於區域沈降,其上沈積了3000 ~ 4000 m的泥質碎屑巖,古巖溶水埋深7000 ~ 8000 m,厚度為石炭、二疊系。根據均質法測溫數據,方解石脈為107 ~ 360℃;晶體為130 ~ 300℃,在7 ~ 8 km深度有可能達到這個成礦溫度。以地層厚度計算的壓力可達2000Pa以上。在這樣的溫度和壓力條件下,無疑會增強溶液的酸性,增加CO2在溶液中的溶解度(晶體包裹體中液態CO2較多),從而增加溶解能力,導致含礦古巖溶水較多。
圖9.2 4號和22號礦脈的剖面圖
(據張向勛1990)
Ⅰ.礫巖帶;Ⅱ.灰色方解石脈帶;Ⅲ.白色方解石脈帶
1.上泥盆統榮縣組;2.石灰石;3.溶解礫巖;4.灰色方解石;5.白色方解石;6.水晶洞;7.地質界線;8.礦脈分帶邊界;9.漂流
根據礦脈的δ34S值為-0.3 ‰ ~ 10.54 ‰,平均值為-3.16‰;32S/34S比值在22.237 ~ 22.250之間,為輕硫型,具有生物硫特征,表明硫源來自淺層生物活動區,與古巖溶水產生的環境壹致。
9.2.4.4燕山期成礦階段
三疊紀末,印支運動區回歸陸地,然後在燕山期,地殼處於剝蝕狀態,上覆地層厚度不斷減小,封存的成礦熱液的溫度、壓力等物理化學性質也發生了變化。當壓力降至200 ~ 500 Pa(礦床形成時的壓力由包裹體研究估算)且溫度逐漸降低時,方解石和晶體先後結晶、分異。起初占溶液中溶質99%的CaCO3達到過飽和使方解石結晶,直到殘余熱液體積減少99%,原來占溶質1%的SiO2濃度增加近100倍,然後溶液溫度下降結晶。由於從邊緣向中心逐漸結晶分異,形成了脈紋的環狀分帶,即外側為巨大的灰白色方解石脈帶,內側為白色塊狀方解石脈帶。晶體洞穴出現在內部區域,呈等軸狀、不規則或斷裂狀。根據測試數據,礦脈的均壹溫度從邊緣的298 ~ 340℃→塊狀方解石區的290℃→礦脈中部的134 ~ 268℃→晶洞的176 ~ 250℃有規律地降低,進壹步說明礦脈的形成是壹個從邊緣向中心的過程。
綜上所述,可見結晶礦形成的物質來源於碳酸鹽巖,成礦空間為古溶洞。成礦熱液是地熱增溫和古巖溶水構造作用形成的巖溶熱液。進壹步溶解圍巖獲得豐富礦物後,在燕山期適宜的成礦環境中結晶分異形成礦床。因為中生代是主要成礦期,所以可以作為這壹時期巖溶礦床的典型。
9.2.4.5金礦
王春生(1986)是廣西較滿的壹個方解石脈型金礦床,已報道了碳酸鹽巖中壹種特殊類型的金礦床[23]。礦床產於東北天安背斜的傾沒端與北西向右江斷裂的交匯處。主要產層為中石炭統黃龍組,部分產於北西向構造角礫巖中(圖9.3)。含金方解石脈多沿古溶洞、層間溶體或斷層旁羽狀不規則分布。礦脈與圍巖邊界清晰,接觸處有1 ~ 2 cm的褪色邊緣,局部邊緣有寬達數厘米的角礫方解石。礦脈呈囊狀、串珠狀,寬度壹般為0.3~0.7m,由內向外由細粒方解石→柱狀偉晶巖→菱形偉晶巖組成(圖9.4)。礦石礦物主要為自然金和方解石,少量的應時、高嶺石、螢石和自然金以粒狀、樹枝狀和塊狀不規則地分布在方解石的邊緣凹陷中,常形成富礦包。爆破法礦物包裹體測溫93 ~ 155℃,平均130℃(廣西冶金隊271)。包裹體成分測定,方解石脈中Na2O和K2O為0.253% ~ 0.5%,遠高於圍巖。
圖9.3焦滿金礦區A-A-A '剖面圖。
(據廣西冶金地質勘探公司)
1.黃龍組灰巖;2.黃龍組生物碎屑灰巖;3.方解石角礫巖;4.應時的含金方解石脈和富礦包:5.隧道;6.故障
圖9.4含金方解石脈內部結構
(據王春生1986)
1.菱形偉晶巖方解石;2.柱狀巨晶方解石;3.細方解石和自然金;4.石灰石
根據該區附近圍巖的微量元素分析資料,下三疊統碎屑巖、火山凝灰巖和基性噴發巖的金豐度為0.002 ~ 0.027 μ g/g,平均值為0.018μg/g,遠高於其他同類巖石。黃龍組灰巖的金含量為0.004 ~ 0.005 μ g/g,與碳酸鹽巖中的正常豐度值相近。上述層位是成礦物質的主要礦源層。從區域構造和巖溶發育特征分析,早、晚二疊世的吳棟運動初步形成了安達安背斜,斷裂、裂隙發育,形成溶洞,溶洞內充滿了富含CaCO3的古巖溶水。隨後在印支期,地殼下沈,沈積了800m厚的碎屑巖,封住了洞穴和水,由於地熱增溫和火山活動,形成了巖溶熱水。由於熱水巖溶的進壹步發育,從圍巖中獲得少量金。燕山早期,由於地殼上升,構造運動強烈,熱液巖溶進壹步富集金,沈澱在洞穴和裂隙邊緣的窪地中。燕山晚期,由於上覆三疊系的風化淋濾,部分金以Na型絡合物的形式遷移到下伏碳酸鹽巖的洞穴和裂隙中。由於物理化學條件的變化,絡合物發生分解,在半封閉的低溫環境中,吸附並擴散在先前沈積的微金周圍,形成粗大、巨型的高純亮金,被先結晶的細粒方解石膠結。之後,在全封閉環境下,在礦脈中部形成柱狀巨晶和菱形巨晶方解石。
從上述礦床的形成過程可以看出,成礦物質來自碳酸鹽巖和上覆碎屑巖;成礦空間為古老的巖石洞穴和裂隙;成礦介質為古巖溶熱液;從吳棟期到燕山期,巖溶及其成礦作用持續了很長時間。因此,雖然成礦物質部分來自碎屑巖,但仍是熱液巖溶礦床的壹個實例。