湖南雪峰地区金成矿演化机理探讨

彭建堂

摘　要　研究表明，湖南雪峰地区存在前地槽构造层，该区金矿的成 矿物质主要来自赋矿地层，成矿流体主要为大气降水，其主成矿期为加里东期、印支-燕山 期。金的成矿作用与壳体的演化关系密切，前地槽阶段为矿源层的形成提供了物质基础，地 槽阶段形成矿源层并发生金成矿作用，地洼阶段金发生改造迭加成矿。
关键词　金矿床　成矿演化机理　雪峰地区　湖南

GOLD MINERALIZATION AND ITS EVOLUTION
IN THE XUEFENG DISTRICT， HUNAN

PENG Jiantang
(Open Laboratory of Ore Deposit Geochemistry, Institute of Geochemistry,
CAS, Guiyang 550002, China)

ABSTRACT　It is revealed that there exists the pre-geosynclinal formation in the Xuefeng district. The gold deposits in this area mainly formed in Caledonian and Indo-C hinese-Yanshanian periods, its ore-forming materials are derived from the ore -hosting strata, and its ore-forming fluid mainly originates from the meteoric water. It is proposed that gold mineralization is closely associated with the c rustobody evolution, i. e., the pre-geosynclinal stage prepared materials for t he formation of gold source bed, the source bed formation and gold mineralizatio n took place during the geosynclinal stage, and gold reworking and superposition happened in the diwa stage.
KEY WORDS　Gold deposits, metallogenic evolution mechanism, Xue feng district, Hunan

图1　雪峰地区金矿分布图
1-盖层；2-基底；3-金矿床；4-伴生金矿床
Fig.1　Distribution map of gold deposits in the Xuefeng district, Hunan

1　区域地质背景
1.1　大地构造背景
　　雪峰地区的大地构造性质一直是我国大地构造领域的研究热点。对于其构造属性及大地构造 演化历史，不同的学者、学派所持的观点各不相同［1977，1996，陈国达；1980，1984，郭 令智等；1986，任纪舜等；1987，许靖华等；1993，陈海泓等］。按照壳体大地构造理论［ 1977，1992，1996，陈国达］，雪峰地区至少经历了三个大地构造演化阶段：地槽阶段(Pt ₂-S)、地台阶段(D-T₂)和地洼阶段(T₃-现在)，该区现阶段的大地构造属性为 地洼区。
1.2　前地槽构造层存在的证据
　　对雪峰地区冷家溪群、板溪群和震旦系江口组中火成岩的研究表明，其捕获锆石的U-Pb年 龄为1 821～3 105 Ma，大多数大于2 000 Ma［1996，甘晓春等］，这表明在该区存在早元 古代-太古宙的地壳再循环物质，华南地壳最初可能形成于3.1 Ga之前。
　　冷家溪群、板溪群中基性火岩的ε_Nd值均小于0，且εSr值大于0.710 ，说明这些火山岩的岩浆源均为来自不成熟地壳的重熔物，而不是来自上地幔或洋中脊。板 溪群火山岩之Nd的T_DM年龄为1 557 Ma、1 544 Ma、1 518 Ma，与冷 家溪群早期沉积年龄相当，故有可能直接来源于冷家溪群；而冷家溪群内火山岩T_DM年龄达2 474 Ma和2 595 Ma［1994，唐晓珊等］，这充分表明湖南存在早元 古代形成的陆(壳)核。在Rb-Sr与地壳厚度关系图上，板溪群火山岩均落入15～30 km的区 域，且主要集中于25 km附近，这也显示出新元古代之前，湖南已存在厚度不小于25 km的陆 壳^①。
　　地矿部地球物理探矿局904航空磁测队的探测结果表明，在雪峰山区的大范围内，地槽构造 层之下4 km深处存在着结晶基底［1992，陈国达］。由地矿部、国家地震局及中科院所作的 GGT地学大断面也证实了这个结晶基底的存在［1991，秦葆瑚］。根据陆壳反射地震结果，G GT地学大断面确定出“江南古陆”地区为古隆起，其下存在时代更老的结晶基底。
　　以上地球化学、地球物理资料均显示，湖南存在早元古代或更老的原始陆壳，前地槽构造层 在雪峰地区存在这一事实是毋庸置疑的。事实上，近年来越来越多的地质、地球化学证据［ 1991，李献华等；1996，彭文澜］表明，前地槽构造层在华南地区广泛存在。
1.3　区域地层、构造和岩浆岩
　　雪峰地区主要是由前寒武系浅变质岩组成，它包括中元古界冷家溪群和上元古界板溪群以及 下古生界震旦系下统。冷家溪群是该区出露的最老地层，由海相碎屑岩夹海底火山熔岩组成 ，为浊积成因，主要分布于湘东、湘西。板溪群可分为马底驿组和五强溪组，前者主要分布 于湘西一带，多为紫红色砂岩、集块岩；后者主要为灰绿色凝灰质板岩、砂质板岩、含碳绢 云母板岩，分布于湘西、湘西南一带。其次，该区还出露有少量下古生界地层。
　　雪峰地区为一弧形构造隆起带，该构造带由SW→NE，构造线由NNE偏转为NE，在湘西沃溪一 带转为EW向。因此，在湘西南，构造主要为NNE、NE向褶皱和断裂，而在湘西、湘东则以EW 向构造为主。
　　该区岩浆岩不发育，从湘东→湘西→湘西南，岩浆活动趋于减弱。在湘东发育有雪峰-燕山 期中酸性岩浆岩，脉岩出露广泛；湘西一带的脉岩较发育；而在湘西南仅局有少量中基性脉 岩。
1.4　区域构造演化
　　在太古代晚期，华南可能已有统一的陆壳基底，雪峰地区就处于这一陆块东缘［1998，丘元 禧等］。早元古代及其以前地层属前地槽沉积，构成了该区的结晶基底。
　　中元古代，在活动大陆边缘的大地构造背景下［1991，李日俊等］，该区沉积了一套巨厚的 海相复理石建造和海底基性、超基性火山熔岩建造，显示出优地槽沉积特征。该地层中富含 火山凝灰质物质，为一套有利的含金建造［1987，刘英俊等］。武陵运动使该地层发生变形 、变质作用，形成近EW向的基底断裂和紧闭线状褶皱，并使之岩石变质为千枚状板岩、千枚 岩和变质粉砂岩，并伴有较强的火山喷发作用。
　　晚元古代，由NE→SW该区地壳活动性趋于增强，其沉积-构造演化发生了空间分异。湘西南 地区仍处于活动大陆边缘，沉积了一套海相复理石粘土、碎屑建造和火山碎屑建造，显示出浊流沉积特征，岩性以灰 绿色板岩、凝灰岩为主(五强溪组)，与下伏的冷家溪群呈假整合或整合接触。而湘西、湘东 地区，其大地构造体制转化为被动大陆边缘［1991，李日俊等］，沉积建造为一套砂泥质红 色建造和复理石粘土、碎屑建造，形成以紫红色板岩、钙质板岩为主的马底驿组和以长石、 石英粗碎屑岩为特征的五强溪组，表现出冒地槽沉积特征，该地层与下伏的冷家溪群呈角度 不整合接触。随后的雪峰运动使该区板溪群普遍发生浅变质而形成板岩，产生近EW、NE-NN E向两组断裂和较宽缓的弧形复式褶皱，并伴有基性、超基性脉岩侵入。
　　震旦纪开始，该区转入新一轮拉张裂陷阶段，早古生代发育了一套以大陆斜坡相为主体的被 动陆缘沉积［1998，丘元禧等］。加里东运动使该区大规模隆起抬升，造成NE或NNE和近EW 向的断裂重新活动，并发生宽缓的褶皱作用和酸性岩浆的局部侵入。
　　加里东褶皱回返后，该区地壳运动性质由活动转为稳定，进入地台演化阶段。该区岩浆活动 微弱，晚古生界地层多呈假整合接触，发育有黔阳煤系和辰溪煤系，显示出稳定的地台沉积 特征。
　　印支运动使该区结束海浸历史，进入陆相沉积阶段。另一方面，地壳活动重新加剧，该区在 晚三叠纪进入地洼活动阶段。由于地壳活动的不均一性，该区不同地段地壳活动的强度不同 ：在湘东地区构造活化较强烈，往往伴有花岗岩浆活动；在湘西南地区，只是表现为隆起和 坳陷的继承性发展；而湘西则为介于两者之间的过渡地带。

2　金矿床的地质特征
　　雪峰地区的金矿类型有石英脉型、破碎蚀变岩型、基性蚀变岩型、古砂砾岩型、砂金矿和少 量伴生金矿。其中石英脉型最为重要，具有工业价值的金矿床95%以上为该类型。按其成矿 元素组合，该区脉型金矿可分为： Au-As型(如黄金洞)、 Au-Sb-W(如沃溪)、Au-Sb(如 符竹溪、平茶)、Au(如漠滨、淘金冲)。按其矿体产出形式，它可分为顺层式和切层式两种 ，前者以漠滨、沃溪、阳湾团为代表，矿体赋存于层间破碎带中，与赋矿地层产状一致或近 于一致；而后者则分布于断裂或密集节理带中，产状较陡，如符竹溪、淘金冲、肖家、平茶 等金矿。
　　该区金矿层控特征明显，几乎所有的金矿都赋存于前寒武系地层中，特别是冷家溪群和板溪 群中，赋矿围岩都富含火山凝灰质物质和原生沉积的草莓状黄铁矿。从湘东→湘西→湘西南 ，金矿床的赋矿层位逐步升高，主要成矿元素组合由Au-(As)→Au-Sb-(W)→Au，对区域地 层表现出明显的继承关系。矿体呈层状、似层状、透镜状产于层间破碎带及其次级断裂中， 严格受构造控制。该区金矿的矿石类型有石英-自然金型、黄铁矿-毒砂-自然金型和石英 -硫化物-自然金型。矿物组合简单，主要为中低温矿物共生组合，最常见的为石英、黄铁 矿、毒砂，次为辉锑矿、白钨矿、黑钨矿、闪锌矿、方铅矿、车轮矿、方解石、绢云母等。 矿石结构主要有充填、压碎、交代以及自形-半自形粒状结构，常见的矿石构造为条带状、 网脉状、角砾状及块状构造。围岩蚀变较弱，主要有硅化、毒砂化、黄铁矿化、绢云母化， 次为绿泥石化、碳酸盐化。金主要以自然金形式产出，常呈粒状、树枝状及不规则状。
　　该区金矿的形成温度较低，一般为150～250℃，成矿压力为15～80 MPa；成矿流体以富硫、 富HCO_3^-、贫Cl^-为特征，NaCl盐度一般小于6%，成矿溶液往往呈中性-弱碱性 ②。

3　成矿时代与成矿物质来源
3.1　成矿时代
　　对于雪峰地区金矿床，前人一般认为是武陵-雪峰期(1 000～800 Ma)成矿，特别是雪峰期 成矿［1984，1989，罗献林；1991，黎盛斯］。然而，这种观点难以解释许多地质现象，如 该区许多金矿受加里东期构造的控制，部分矿区含金石英脉切割中、新生代脉岩，晚于区域 变质作用的震旦系江口组地层中亦有该类型的金矿产出(如龙山、平茶)，顺层式和切层式石 英脉中常常有变质围岩角砾，而脉体两侧发育有明显晚于变质围岩的热液蚀变，等等。另外 ，武陵-雪峰期成矿论的主要依据的可靠性也值得商榷［1993，刘继顺；1998，彭建堂等］ 。
　　笔者的研究表明，平茶金矿的成矿年龄为435±9 Ma，肖家金矿为412±33 Ma、418±4 Ma， 湘西南地区主要表现为加里东中、晚期成矿［1998，彭建堂等］。最近对漠滨金矿的定年研 究亦证实了这一点 。近年的测年资料显示，不同研究者所获取的雪峰地区金矿的成矿年龄均落入5 00～70 Ma之间(表1)，远晚于区域变质作用(1 000～800 Ma)。由此可见，区域性的武陵- 雪峰运动并没有导致该区金成矿，金成矿作用应发生于加里东早期以后，加里东期和印支- 燕山期为该区的两个主矿化期(表1)。这与该区许多金矿定位于加里东期的NW、NWW向构造中 和在一些矿区(如桃江合心桥、益阳邓石桥、安化符竹溪、桃江板溪等)中新生代的脉岩为含 金锑石英脉充填切割等地质现象相吻合。据现有的测年资料，雪峰地区金矿的成矿时代具有 空间分带趋势：湘西南主要为加里东期成矿，湘东(北)以印支-燕山期为主，而湘西则存在 加里东、印支-燕山两期成矿作用。金矿形成时代的这种空间分带现象，可能主要与该区地 台构造活化强度的空间差异有关。

　　事实上，近年的研究显示，华南地区赋存于变质岩中的金矿均具有“赋矿地层老，成矿时代 新”的特征，如江西金山、浙江璜山和治岭头、广东河台和新洲、海南抱板，均显示出加里 东期和(或)印支-燕山期成矿。因此，加里东期和印支-燕山期应视为华南两个主要的成金期。
3.2　成矿物质来源
　　对于雪峰地区金矿床的成矿物质来源，前人开展了许多研究，然而目前仍存在着较大分歧。 一种观点认为其成矿物质来源于赋矿地层或下伏岩层［1984，1990，罗献林；1991，黎盛斯 ；1991，马东升等］；另一种观点则强调金成矿与岩浆岩关系密切，认为时代较老的中基性 岩［1993，王甫仁等］或中新生代的长英质脉岩［1996，刘继顺］为该区金成矿提供了矿质 ；亦有人认为，部分成矿物质来自中晚元古宙地层，部分来自深部或燕山期花岗岩［1997， 毛景文等］。众所周知，该区岩浆活动微弱，绝大多数金矿的矿区及其外围并无岩浆岩出露 ，即使少数矿区有脉岩存在，其脉岩的规模甚小，不具备提供大量金的能力，难以解释该区 金大规模成矿。且Sr同位素示踪研究亦表明，湘西南金矿的成矿作用与该区中基性脉岩无关 ^②。物探资料显示，雪峰地区大部分地段重磁平缓，并无隐伏岩体存在。因此，笔者认为 ，该区脉岩或隐伏花岗岩提供矿质的可能性不大。
　　湖南80%金矿床集中分布于雪峰古陆，且金矿几乎都产于前寒武纪地层中，明显地受地层层 位和岩性的控制。元古宙地层对该区金矿床空间分布这种明显的制约作用，表明两者之间必 然有着某种联系。区域地球化学研究表明，该区元古宙地层中普遍存在Au-As-Sb-(W)元 素组合，而该区金矿床亦以Au-As-(Sb)-(W)为成矿元素组合，对区域地层表现出明显的 继承关系。且研究表明，该区金矿的成矿元素组合随区域地层中元素含量特征的变化而变化 ，两者之间有着良好的对应关系［1991，马东升等］。而且该区元古宙地层中普遍存在金贫 化亏损现象［1991，马东升等］，而在金贫化亏损的地段，断层有明显的富金作用 ，这有力地表明地层中的金发生了活化、迁移。因 此，雪峰地区金矿床的成矿物质应主要来自元古宙地层，冷家溪群和板溪群为金的矿源层。 微量元素、稀土元素、同位素(S、Pb、Sr)地球化学的研究^②也证实了这一点。成矿模拟 实验亦显示，该区元古宙地层中的金、锑、钨等成矿元素主要是以易活化形式存在［1991， 牛贺才等；1996，何江等］，在中低温条件下能发生明显地活化转移。
3.3　成矿溶液的来源
　　雪峰地区变质作用较弱，赋矿围岩为低于绿片岩相的板岩，围岩中许多含水矿物并未因变质 作用而显示出脱水现象，显然该区的区域变质作用不能满足金大规模成矿过程中所需的大量 水的要求；且该区的金成矿作用滞后于区域变质作用400～900 Ma，因此该区的成矿流体不 可能为变质热液。
　　该区金矿的成矿溶液盐度较低，NaCl一般小于6%，因此它不可能为深部的热卤水或封存 的建造水。成矿流体中普遍贫Cl^-富HCO₃^-，亦表明它不可能为再循环的海水或封 存的地下水，而很可能为浅部地下水。漠滨、淘金冲、渣滓溪等矿区成矿流体的δ¹⁸ O均有负值出现，表明大气降水参与了成矿作用。湘西金锑矿床中辉锑矿具有M型稀土元素 四分组效应［1993，季峻峰］，也证实其成矿作用与W型浅部地下水有关。金成矿过程中水/ 岩反应的定量计算模拟结果也表明，湘西南金矿的成矿流体是以大气降水为主的热水溶液 ②。

4　成矿演化机理的探讨
　　由前文的分析可知，雪峰地区金矿床的成矿物质主要来自赋矿地层，成矿流体主要为大气降 水，成矿期主要为加里东期、印支-燕山期，金矿的形成演化与该区地壳构造演化关系密切 。结合该区的壳体演化、区域构造演化特征以及金矿的矿床地质特征，该区金矿的形成演化 可概括为以下3个阶段：
　　(1) 前地槽阶段(?-Pt₁)：地壳运动强烈，火山活动频繁，原始地幔中的金随火山作用喷 出，为地槽阶段矿源层的形成提供了物质基础。
　　(2) 地槽阶段(Pt₂-S)：该阶段按其演化特征又可分为3个时期：
　　①中元古代在大陆边缘构造体制下，形成含基性火山熔岩与基性碎屑沉积岩的冷家溪群，晚 元古代在不同的构造背景下，形成板溪群陆源碎屑岩系(湘西)和复理石浊流沉积岩系(湘西 南)。冷家溪群和板溪群中均富含火山碎屑、火山凝灰质和原生沉积的硫化物，为有利的含 金建造，构成该区金的矿源层，矿源层中的金主要以易释放形式存在。②武陵-雪峰期运动 使该区发生区域性地变形、变质作用，矿源层中的金，特别是硫化物中的易释放金，在构造 应力作用下，发生扩散作用，向化学势低的部位作定向迁移：晶体内部→亚晶界→颗粒边界 →微裂纹→裂隙→……，并不断发生归并长大。因此，区域变质作用使地层中的金活化转移 ，并发生某种程度的预富集。③加里东运动使雪峰地区迅速隆起上升，地热梯度明显增加， 同时产生大量脆性断裂，大气降水下渗受热升温，并与矿源层发生水/岩反应，活化、萃取 矿源层中的成矿物质，从而演化为含矿热液。随后，成矿流体受地热梯度、压力梯度等因素 作用，以通道式运移方式沿断裂向上运移，在层间破碎带、褶皱的轴部以及不同岩性的转换 接触面处形成层状、似层状矿体(顺层式石英脉)，而在密集节理带或次级断裂带(主要为NW 、NWW向)则形成陡倾斜的矿体(切层式石英脉)。
　　(3) 地洼阶段(T₃-K)：印支-燕山运动使该区地台发生活化，地壳活动重新加剧，大地 热流明显增高，促使本区金矿发生改造迭加成矿作用。由于地壳活动的不均一性，印支-燕 山运动对湘西南影响较小，而对湘东(北)、次为湘西一带的金矿改造作用较强烈，往往表现 为第二次热液成矿作用。

致谢　本文是作者博士学位论文的一部分，在论文工作期间，得到导师陈国 达院士、副导师戴塔根教授的精心指导，中南工业大学吴延之教授、王增润教授、中科院长 沙大地构造研究所谭克仁研究员给予了热情的支持与帮助，在此一并致以谢意!

作者单位：中国科学院地球化学研究所矿床地球化学开放实验室，贵阳 550002