太行山石湖金礦成礦流體成分特征與演化過程

王樹志，胡建中，邸迎偉，王 濤，鞠鳳萍

（1．中國地質(zhì)大學(xué) （北京）科學(xué)研究院，北京100083；2．中國地質(zhì)大學(xué) （北京）水資源與環(huán)境學(xué)院，北京100083；3．北京航天勘察設(shè)計研究院有限公司，北京100070）

金屬成礦的實質(zhì)是殼—幔各圈層中的原始分散元素，借助多種水－巖反應(yīng)在成礦流體中逐漸濃集，并以成礦流體為載體運(yùn)移至地殼的局部地段，集中沉淀而形成礦體和礦石。因此，成礦流體的時—空演化軌跡實質(zhì)上就是礦質(zhì)活化、遷移、聚集定位的過程，即礦床形成的過程［1］。石湖金礦在成礦流體的研究方面，前人只進(jìn)行簡單探討了成礦熱液來源和成礦物理化學(xué)條件，沒有按照成礦期次對包裹體進(jìn)行詳細(xì)的劃分，更加缺乏系統(tǒng)的水—巖反應(yīng)及流體演化的動態(tài)認(rèn)識。因此以成礦流體成分特征探討其階段性以及演化過程，對于認(rèn)識整個金礦的成礦過程尤為重要。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

石湖金礦位于河北省石家莊市靈壽縣，區(qū)域上處于太行山中段。石湖礦區(qū)出露有太古宙的阜平巖群，巖性以角閃斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖為主，同時夾有的淺粒巖、大理巖、斜長角閃巖和角閃磁鐵石英巖。石湖礦區(qū)位于陳莊復(fù)向斜的北西翼，總體構(gòu)造輪廓為向東傾伏的背斜構(gòu)造和走向近SN向、NW向和EW向的斷裂發(fā)育（圖1）。根據(jù)不同的礦石類型特點(diǎn)、礦化特點(diǎn)及礦化強(qiáng)弱，成礦期可以分為三個階段：第一階段為石英脈型或石英脈－黃鐵礦階段，礦化較弱；第二階段為石英脈多金屬硫化物階段，石英脈中黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦和閃鋅礦等多金屬硫化物極為發(fā)育，含金品位較高。第三階段為石英脈－碳酸鹽階段，此階段的流體溫度較低，金屬礦物較少或以黃鐵礦為主。

圖1 石湖金礦礦區(qū)地質(zhì)圖

2 采樣與分析

石湖金礦流體包裹體樣品采集于101號脈含金石英脈。流體包裹體激光拉曼是在中科院地質(zhì)與物理研究所流體包裹體實驗室完成。測試儀器為英國Ranishaw公司生產(chǎn)的Raman 2000型激光拉曼光譜儀。激發(fā)波長為514．5nm，光譜范圍為50～9000cm－1，光譜分辨率為2cm－1。空間分辨率×100倍鏡頭下，橫向分辨率小于0．5um，縱向小于1μm；光譜重復(fù)性±0．2cm－1。選擇所測光譜的計數(shù)時間一般大于30s，每1cm（波數(shù)）計數(shù)一次。對具有代表性的流體包裹體中氣相、液相、成分進(jìn)行了激光拉曼分析。

石湖金礦的群體包裹體分析是將石英碎至40～80目，挑純后采用GC－2010型氣相色譜儀和HICSP Super型離子色譜儀進(jìn)行測試，GC－2010型氣相色譜儀最低檢出限1ppm；HIC－SP Super型離子色譜儀最低檢出限陰離子為1ppb，陽離子為1ppm。樣品測試由中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所完成。氣相結(jié)果見表1，液相結(jié)果見表2。

表1 石湖金礦包裹體氣相成分／（μg／g）

表2 石湖金礦包裹體液相成分／（μg／g）

3 結(jié) 果

3．1 激光拉曼光譜分析結(jié)果

流體包裹體激光拉曼光譜分析圖2顯示，包裹體成分主要CO2和H2O，在包裹體液相拉曼圖譜中，拉曼位移數(shù)值多集中在3460左右，在包裹體氣相拉曼圖譜中，主要出現(xiàn)CO2峰，其次為SO2峰。在譜線的開始部位仍能清晰的看到石英峰的存在，其拉曼位移值一般為466左右。

3．2 包裹體群體分析結(jié)果

石湖金礦成礦氣相成分中，水汽（H2O）和CO2占絕大部分，平均達(dá)到250．4μm／g和240．5μm／g，反應(yīng)成礦流體中水是其主要成分。其次，N2的含量也不容忽視，達(dá)到平均112．6μm／g。

圖2 石湖金礦流體包裹體激光拉曼光譜圖

4 討論與結(jié)論

4．1 氣相成分的演化過程

對石湖金礦的包裹體的激光拉曼分析以及群體成分分析（氣相）發(fā)現(xiàn)了大量的CO2，群體分析測試測得CO2平均含量達(dá)到240．5μg／g，僅次于H2O的含量，這與前人［2］的結(jié)果的差別是較大的，前人也未對此種包裹體給予足夠的重視。所以對這CO2組分單獨(dú)論述，不僅僅是因為這兩種組分尤其是CO2在石英脈包裹體的氣相和液相成分中大量分布，和前人所測試的結(jié)果有較大差異，且這兩種組分在成礦過程中的作用更不容忽視，其決定了金的沉淀方式和沉淀環(huán)境。通過不同階段包裹體CO2的變化可以推斷礦區(qū)流體的演化過程。

首先，與巖漿作用、重熔巖漿作用有關(guān)的金礦床中富含CO2，而與低溫淺成有天水參與的礦床CO2含量較少［3］。郝英等（2001）也認(rèn)為富金和CO2流體是在地幔熔融和交代過程中產(chǎn)生的，最終與地殼流體混合參與成礦［4］。因此，石湖金礦成礦流體是巖漿水為主。

其次，在對石湖金礦樣品的分期后發(fā)現(xiàn)，由成礦早期到主成礦期到成礦晚期的CO2含量是存在波動的，而在主成礦期—多金屬硫化物階段CO2含量是最為豐富，平均含量達(dá)到了289．2μg／g，而且經(jīng)過計算的主成礦期的fCO2也增大明顯（fCO2＝18．642bar），其可能促使碳—水反應(yīng)如下［3－5］：2C＋2H2O== CH4＋CO2；3C＋2H2O==CH4＋2CO；CH4＋H2O== CO＋3H2．而在礦區(qū)包裹體氣相成分中也確實發(fā)現(xiàn)了H2和CH4，說明其在主成礦期極大地改變了溶液的性質(zhì)，影響了體系的分壓、pH和含金絡(luò)合物的穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致金的沉淀。

4．2 液相成分的演化過程

成礦流體的Na＋／K＋和Cl－／F－可以作為判別流體來源的標(biāo)志，一般情況下，巖漿熱液Na＋／K＋小于1，經(jīng)過測算石湖包體樣品的Na＋／K＋在這個范圍之內(nèi)，具有巖漿熱液特征［6］。而當(dāng)Cl－／F－大于1時屬大氣降水或著地層流體的特征，表明有大氣降水的加入。通過計算Na＋／K＋比發(fā)現(xiàn)其介于0．22～0．78之間，平均為0．50小于1，反映了巖漿熱液的特征。Cl－／F－的值全部遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1，從成礦早期、主成礦期到成礦晚期Cl－／F－的值有降低趨勢，因此可以認(rèn)為石湖金礦的成礦流體為以巖漿熱液為主同時含有大氣降水的混合流體。另外，包裹體液相陰陽離子成分也說明了成礦流體屬富含Ca2＋、Na＋、K＋、SO2－4、Cl－及少量F－、Br－和NO2－（NO3－）的熱水溶液，具有較強(qiáng)的溶解成礦物質(zhì)的能力。

成礦中也有少量的O2的參與（平均22．7464μg／g），特別是在成礦的早期和主成礦期O2的含量相對較多。流體成分中存在CO2和CH4說明在成礦過程主體為還原環(huán)境，但是O2的參與會使環(huán)境逐漸轉(zhuǎn)換為半封閉環(huán)境甚至是開放環(huán)境，這可能與成礦裂隙發(fā)育和天水（地層水）的加入有關(guān)。

圖3顯示了石湖金礦成礦流體由富K＋的熱液演化向貧K＋的方向演化，而成礦晚期Ca2＋＋Mg2＋的含量明顯增多，這可能與晚期的溫度下降和水－巖反應(yīng)有關(guān)。而流體中的Cl－離子同樣經(jīng)歷了由富集到貧化的過程，與之相對應(yīng)的SO2－4則在主成礦期達(dá)到了峰值，而SO2－4含量反映的是介質(zhì)中與金遷移有密切聯(lián)系的HS－數(shù)量，SO2－4＞Cl－［7］，因此金在成礦流體中主要以硫氫絡(luò)合物的形式遷移，氯絡(luò)合物次之。

圖3 包裹體液相成分的K＋－（Ca2＋＋Mg2＋）－Na＋和SO2－4－F－－Cl圖解（按離子百分?jǐn)?shù)）

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