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西秦岭是中国中央造山带的重要组成部分,也是我国重要的金-多金属成矿带之一。西秦岭地区岩浆岩发育,岩石类型从超基性、中性、中酸性、酸性均有,其中尤以印支期中-酸性岩浆岩分布最为广泛。它们集中分布于西秦岭北部甘加-冶力关、礼-岷东部、徽县-两当北部等地,与西秦岭中生代成矿系统关系密切。金厂矽卡岩型金-铜矿位于西秦岭南部,是西秦岭地区唯一的中生代矽卡岩型金铜矿床,其成矿岩体-金厂岩体也是西秦岭少有的矿化岩体。因此,深入研究金厂岩体的岩石成因对于全面了解西秦岭地区中生代岩浆活动及有关的成矿作用均具有重要意义。
金厂金-铜矿矿区内出露地层主要为中上石炭统中厚层灰岩、白云质灰岩、泥灰岩、粉砂质板岩、砂岩、硅质板岩及下二叠统白云岩、白云质灰岩、大理岩等,其中下二叠统为主要赋矿层位。洮坪-武都隐伏基底断裂从矿区通过。矿区内近EW向、近SN向、NNE向、NW向断裂构造及层间破碎带或层间断层发育,这些构造控制了矿床(体)的空间展布:金厂金-铜矿即夹持于NNE向的陡石山-铁家山断裂和化马-大板断裂之间。矿体赋存于金厂岩体与下二叠统碳酸盐地层的接触带和岩体内部的碳酸盐捕虏体中,同时受断裂构造控制明显。矿石按氧化程度可分为原生矿石和氧化矿石,原生矿石的金品位1~4 g/t,平均2 g/t,铜品位0.3%~1.5%;氧化矿石的金、铜品位均明显提高。矿石矿物主要为黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿、磁铁矿、毒砂、斑铜矿、辉铜矿、白铁矿及自然金,次生矿石矿物有孔雀石、蓝铜矿、褐铁矿、镜铁矿等。脉石矿物有斜长石、角闪石、方解石、石英、绿泥石、绿帘石、石榴子石、透辉石、阳起石、方柱石、符山石、绢云母等。围岩蚀变在接触带主要有矽卡岩化、硅化、绢云母化、粘土化、碳酸盐化、绿泥石化等,在岩体内表现为绢云母化、硅化、绿泥石化等,在接触带表现为矽卡岩化、碳酸盐化、粘土化等。
金厂岩体的岩性为黑云母石英二长闪长岩,呈岩株状侵入于石炭-二叠系地层中,平面上呈“钳形”近南-北向分布,出露面积约11K㎡。岩体南部的围岩为中-上石炭统中厚层灰岩、白云质灰岩、泥灰岩和粉砂质板岩;北部的围岩为下二叠统白云岩、白云质灰岩和大理岩。主要矿物组成为斜长石(An=10~50,含量45%~55%)、角闪石(10%~15%)、黑云母(10%~15%)、钾长石(4%~6%)、石英(10%~15%)。金厂岩体具有准铝质-弱过铝质的地球化学属性和Ⅰ型(或磁铁矿型)花岗岩的矿物组合特征及岩石化学特征:Na2O/K2O=0.78~0.98;Fe2O3/FeO=0.82,副矿物组合为磁铁矿、榍石、锆石、磷灰石。
金厂岩体富集大离子亲石元素Rb、Ba、Th、Sr及轻稀土元素(LREE),亏损高场强元素Nb、Ta、Ti和重稀土元素(HREE),具有中等偏弱的Eu负异常。另外,岩石的镁含量高(Mg#=59),富Ni(47 ppm)、Cr(119 ppm)、V(92 ppm)等基性元素。Sr-Nd同位素组成以较低的锶初始比值(Isr=0.70738~0.70834)和偏负的εNd(t)值(-6.81~-8.59)为特征。金厂岩体Nd同位素亏损地幔模式年龄(TDMM=1.51~1.55Ga)显著大于它的侵位年龄(212±2 Ma),其源区物质可能为成熟度不高的中新元古代玄武质下地壳。金厂岩体显著高的Sr含量(630~300 ppm)及Nb/Y、Rb/Ba、Zr/Y和Sr/Y比值及较低的Y、Yb含量和分馏程度很低的HREE,表明其形成于后碰撞(post-collisional)阶段的伸展环境,岩浆源区为斜长角闪岩或含角闪石、石榴子石的麻粒岩,岩体形成过程中有幔源物质的加入。
金厂岩体中广泛发育闪长质暗色微粒包体,包体大多呈浑圆状、椭球状或不规则拉长状,与寄主岩的接触界线截然或呈渐变过渡关系。包体中针状磷灰石的出现及斜长石、黑云母、角闪石的矿物特征表明闪长质暗色为例包体是岩浆混合作用的产物。激光剥蚀ICP-MS锆石U-Pb定年表明,寄主岩(石英二长闪长岩)及包体的形成时间一致,分别为212±2 Ma和214±1Ma,进一步证明壳幔岩浆混合作用是金厂岩体及其包体的形成机制,同时表明金厂岩体侵位于秦岭造山带碰撞期后应力松弛阶段,反映晚三叠世是秦岭造山带构造体制从挤压向伸展的转变时期。
金厂岩体形成于较高的氧逸度环境,岩石化学、造岩矿物、副矿物组合均显示磁铁矿系列(Ⅰ型)花岗岩类特征。其异常的铝碱组合特征和低Y、低MnO、富Cu、Au、V、Cr、Co、Ni等元素的地球化学特征表明金厂岩体具有良好的铜金成矿潜力。岩石样品的(La/Yb)N值远大于1、稀土元素分布模式为右倾平滑型,明显不同于与钨、锡有关的花岗岩类。其部分熔融的岩浆演化机制和较低的岩浆演化程度也显著区别于与钼矿化有关的花岗岩类。以上均说明金厂岩体有利于Au、Cu的矿化,而不利于W、Sn与Mo的矿化。
金厂岩体高Sr低Y的地球化学特征暗示其应该起源于一个较深的地壳源区,黑云母镁质率大于0.45、角闪石全铝压力计(0.317~0.368GPa)等均指示岩体的深源成因。较高的Mg#(59)和Cr、Co、Ni含量,暗示幔源组分在金厂岩体的形成过程中有明显的幔源组分加入。计算的锆石饱和温度(822~902℃)明显高于黑云母脱水反应的温度(760~830℃),说明源岩物质的部分熔融作用可能起因于角闪石的脱水反应,有利于产生富挥发分的成矿母岩浆。岩石样品的Sm/Yb=3.4~3.83,与安第斯新生代Cu、Au矿床的含矿岩体一致,证明部分熔融的确发生在角闪岩相向榴辉岩相转变的阶段。这种富水、富硫和高氧逸度的类埃达克质岩浆决定了金厂岩体具有良好的萃取和容载Cu、Au等金属元素的能力,较一般长英质岩浆具有更强的Cu-Au成矿偏在性和亲和性。西秦岭主碰撞期后的岩石圈伸展减薄背景下的软流圈地幔物质上涌是金厂铜金矿成矿的地球动力学背景,这一背景下基性下地壳物质的部分熔融及壳幔岩浆混合作用则是形成金厂岩体及金厂金-铜矿的深部岩浆过程。