新疆西天山阿希金礦石英組構及電子探針成分分析的指示意義

李 羚，彭義偉，田秦珠

（成都理工大學，四川 成都 610059）

阿希金礦床是新疆西天山大型低硫型淺成低溫熱液礦床，其巨大儲量和成礦的特殊性引發(fā)了眾多學者的研究，包括地質(zhì)特征[1，2]地球化學特征[3，4]、成因意義[5，6]、成礦作用類型[7]以及找礦遠景[8]等。石英是淺成低溫熱液金礦床中主要的脈石礦物和載金礦物，其形態(tài)結構、化學成分和物化性質(zhì)等特征可能反映了礦床發(fā)育過程中熱液條件的變化，包括有利于金礦化的熱液條件[9]。因此，石英及其集合體的形態(tài)、化學組分、陰極發(fā)光等特征，對找礦有很好的指示作用。石英陰極發(fā)光是研究石英的一種手段，它能很好的顯示出石英在光學顯微鏡下難以觀察區(qū)分的各種原生結構和次生結構，如生長環(huán)帶、顯微裂隙等，具有很大的應用價值[10，11]。

由于黃鐵礦作為最直接的載金礦物，前人對阿希金礦中的黃鐵礦進行了大量的測試分析[12]，忽視了石英這一礦物與金的聯(lián)系。因此，本文結合鏡下觀察、石英陰極發(fā)光和電子探針成分分析的研究，旨在查明阿希金礦中不同類型石英與金成礦的耦合關系，希望對該區(qū)指導找礦工作提供參考。有效地區(qū)分阿希金礦中富礦石英和貧礦石英的特征，也能為其他淺成低溫熱液型金礦床提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

阿希金礦床大地構造位置處于天山褶皺系博羅科努加里東地槽褶皺帶吐拉蘇斷陷盆地西段。吐拉蘇盆地具雙層結構，下部淺變質(zhì)層為中元古界薊縣系庫松木契克群（Jxks）灰?guī)r、鈣質(zhì)砂巖和不整合覆蓋于其上的新元古界青白口系開爾塔斯組（Qnkr）泥質(zhì)巖、白云巖及大理巖；上部為加里東期未變質(zhì)沉積巖，由中奧陶統(tǒng)奈楞格勒達坂組（O2nl）凝灰質(zhì)鈣質(zhì)粉砂巖、上奧陶統(tǒng)呼獨克達坂組（O3h）灰?guī)r夾細碎屑巖、下志留統(tǒng)尼勒克河組（S1nl）碳酸鹽巖夾碎屑巖、上泥盆統(tǒng)吐乎拉蘇組（D3t）石英砂巖和砂礫巖組成。蓋層為下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組（C1d）陸相中酸性火山巖和火山碎屑巖以及不整合覆蓋于其上的阿恰勒河組（C1a）海相碎屑巖和生物碎屑巖組成[14]。下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組地層具有區(qū)域控礦意義[1，14]。

吐拉蘇盆地斷陷形成于早石炭世，盆地基底褶皺和斷裂構造十分發(fā)育。北有科古琴山南坡斷裂，南有伊犁盆地北緣斷裂，這兩個深大斷裂對盆地的演化有著深遠影響，同時也是重要的導礦構造。區(qū)內(nèi)基底褶皺包括青白口紀末的契爾格（隆起）背斜和晚志留世的蒙馬拉勒復背斜，區(qū)內(nèi)蓋層褶皺具有疊加性質(zhì),產(chǎn)狀平緩。盆地內(nèi)還發(fā)育有晚古生代火山機構以及圍繞火山機構形成的一系列環(huán)形構造，它們對金礦的形成都具有重要意義[16]。

區(qū)域侵入巖以中酸性為主，不甚發(fā)育，主要分布于科古爾琴坳陷褶皺帶內(nèi)?；鹕綆r分布廣泛，以噴發(fā)巖為主，巖性由中偏基性-中酸性-酸性過渡，火山巖區(qū)及噴發(fā)帶在區(qū)域上控制著金礦床的展布特征。下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組地層為一套中性-中酸性火山巖夾碎屑巖建造，厚約1500 m，分為灰色礫巖段酸性凝灰?guī)r段、下安山巖段、火山碎屑巖段、上安山巖段五個巖性段，其安山巖段是金等成礦元素的主要來源。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

阿希金礦礦區(qū)出露的地層主要為下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第五巖性段火山巖和阿恰勒河組碎屑沉積巖，后者呈不整合覆蓋于前者之上。阿希金礦床產(chǎn)于大哈拉軍山組安山巖中，礦體產(chǎn)出位置嚴格受F2斷裂控制[15]。礦區(qū)發(fā)育一系列與古火山機構密切相關的環(huán)形放射狀斷裂構造，對礦床的形成和產(chǎn)出起著重要作用（圖1）。

阿希金礦礦體總長超過1000m，一般厚度為11m ～15m，最大厚度35m，最大控制斜深450m。礦體產(chǎn)于斷裂帶及其上盤黃鐵絹英巖化帶內(nèi)。I 號礦體位于主礦帶-F2斷裂上盤的安山玢巖中，在斷層控制下呈近南北向弧狀展布，方向延伸，傾向東，傾角85°～55°。礦體在剖面圖呈若干平行似板狀、脈狀、透鏡狀向深部延伸并逐漸變薄乃至尖滅。I 號礦體Au 平均品位為5.57 g/t，占總儲量的93.35%[15]。I 號礦體又可分為8 個礦體，其中Ⅰ1-1規(guī)模最大，為石英脈型金礦，余者規(guī)模較?。▓D2）。

圖1 阿希金礦床礦區(qū)地質(zhì)圖

阿希金礦床的礦石按氧化程度可分為原生型礦石（約占90%）和氧化型礦石（約占10%）。原生礦石又可據(jù)其組構特征分為石英脈型礦石（約占20%）、蝕變巖型礦石（約占20%）和角礫巖型礦石（約占60%）。其中，石英脈型礦石為礦體主要類型，主要由煙灰色脈狀石英、玉髓和含金硫化物組成（圖3a,b）；蝕變巖型礦石由近礦圍巖經(jīng)強烈絹英巖化和粘土化蝕變形成，常被細脈或網(wǎng)脈狀煙灰色石英穿插；角礫巖型礦石是由安山巖或不同期次石英脈經(jīng)過改造擠壓破碎呈角礫后被晚期熱液礦物膠結而成（圖3c）。

礦石主要金屬礦物有黃鐵礦、白鐵礦、毒砂、自然金、黝銅礦、閃鋅礦，有少量的黃銅礦、方鉛礦、深紅銀礦。脈石礦物以石英為主，還有少量絹云母、菱鐵礦、白云石、方解石等。礦石構造主要有星散浸染狀構造（圖3f）、細脈浸染狀構造、皮殼狀構造（圖3d）、脈狀構造（圖3b）、網(wǎng)脈狀構造、角礫狀構造（圖3c）、條帶狀構造（圖3b）、梳狀構造（圖3b）、晶洞狀構造、火焰狀構造等；礦石結構主要有膠狀結構（圖3e）、玉髓狀結構、葉片狀結構、環(huán)帶結構、交代殘余結構等。根據(jù)礦物組合、結構構造以及脈體間的相互穿插、交代關系，可將阿希金礦床熱液成礦期可劃分為4個成礦階段：隱晶-微晶質(zhì)石英（玉髓）階段（Ⅰ），該階段石英（QⅠ）為乳白色膠狀或玉髓狀，常呈細脈狀產(chǎn)出，含少量細粒自形-半自形黃鐵礦，先膠結安山巖角礫，后又破碎成角礫被更晚期的脈石礦物膠結；石英-硫化物-自然金階段（Ⅱ），為金的主要成礦階段，發(fā)育大量煙灰色石英脈（QⅡ1）、皮殼狀石英（QⅡ2）和乳白色角礫狀石英（QⅡ3），石英脈中發(fā)育黃鐵礦、毒砂等硫化物，為主要的成礦階段；石英碳酸鹽階段（Ⅲ），發(fā)育粗粒自形的梳狀石英（QⅢ）或碳酸鹽礦物；碳酸鹽階段（Ⅳ），形成粗粒脈狀方解石。

圖2 阿希金礦A-A’勘探線剖面圖[17]

圖3 阿希金礦礦石組構

表1 石英電子探針成分分析數(shù)據(jù)

通過大量的巖相學觀察，我們發(fā)現(xiàn)僅有石英-硫化物-自然金階段（Ⅱ）階段的皮殼狀石英（QⅡ2）中的灰色硫化物層中含有自然金。皮殼狀構造的礦石，石英約占80%，呈自形-半自形粒狀，分未結晶的二氧化硅膠體、微晶石英、粗大自形石英三種晶形。自皮殼外向內(nèi)依次為微晶石英，膠狀石英，微晶石英，粗晶石英。微晶石英和粗晶石英多呈梳狀。黃鐵礦約占13%，常呈長條狀或葉片狀，皮殼狀構造中通常有若干層金屬硫化物，主要為黃鐵礦，有少量白鐵礦和毒砂。金屬硫化物多沿皮殼的圈層分布于微晶石英中，少量介于微晶石英和膠狀石英之間，總體上更靠近微晶石英。當然，同一塊礦石可能形成若干期次皮殼狀構造中各種結構的石英循環(huán)往復出現(xiàn)。

3 樣品采集及測試方法

用于鏡下觀察、陰極發(fā)光拍照和電子探針成分分析的樣品均采自阿希金礦區(qū)露天采坑礦體中，主要為安山巖礦石中的煙灰色石英-硫化物脈。將樣品磨制成探針片，進行詳細的礦相學觀察，選擇礦石中的典型皮殼狀石英，采用掃描電鏡陰極發(fā)光（SEM-CL）儀，結合電子探針分析（EPMA），得到皮殼狀石英主量元素含量。樣品測試分析在西南石油大學完成，分析方法遵循《巖石樣品掃描電子顯微鏡分析方法》（SY/ T 5162-1997）規(guī)定的要求。

4 結果

對阿希金礦床標本中皮殼狀石英進行陰極發(fā)光拍照（圖4），可以更清晰地觀察到石英的結構特征，皮殼狀石英分未結晶的二氧化硅膠體、細粒石英、粗大自形石英三種晶形。自皮殼外向內(nèi)依次為細粒石英，膠狀石英，細粒石英，粗晶石英。細粒石英和粗晶石英多呈自形的梳狀。皮殼狀構造中通常有若干層金屬硫化物，沿皮殼的圈層分布于微晶石英中，少量介于微晶石英和膠狀石英之間，總體上更靠近微晶石英。膠狀石英具有明暗相間的特征，粗粒梳狀石英內(nèi)部明暗程度也有一定的變化。

同時，用電子探針分析不同種石英的Na、Al、Ti、Fe、Mn等元素，結果顯示，通常Na2O、Al2O3較高的部位為亮帶，F(xiàn)eO、MnO 較高的部位為暗帶，即含礦帶，這與上述巖相學觀察的結果保持一致。Na、Al 含量隨陰極發(fā)光強度的增加而增加，而Fe、Mn 含量隨陰極發(fā)光的增強而減少； Na+Al 含量在細粒石英和梳狀石英中偏低，在膠狀石英中含量偏高；單從Al 的含量來看，在自皮殼向外的生長方向上，即由膠狀石英到粒狀石英，再到梳狀石英的方向，Al 含量有一個明顯降低的趨勢；Ti 含量在梳狀石英中最低，在細粒石英中普遍較低，在膠狀石英中普遍較高（表1）。

5 討論

通過對阿希金礦床中石英組構、陰極發(fā)光和電子探針成分分析的研究，我們有以下發(fā)現(xiàn)：

（1）前人將淺成低溫熱液型金礦床中的石英結構分為原生生長結構、重結晶結構和交代結構三種，定義了13 種石英結構[9]。其中石英的原生生長結構是指形成于晶體生長或非晶質(zhì)二氧化硅沉淀過程中的結構，包括了膠狀、梳狀、環(huán)帶等結構。膠狀結構普遍被認為是流體沸騰的標志，形成于溫壓變化很快，二氧化硅來不及結晶就迅速冷卻沉淀的條件下[18，19]。而自形的梳狀石英通常緩慢沉淀于空間充足，溫壓變化不大的環(huán)境中。阿希金礦床中同一塊礦石中膠狀石英、粒狀石英、梳狀石英的多次重復出現(xiàn)，說明流體經(jīng)歷過多次沸騰作用；沸騰時二氧化硅膠體先沉淀，隨后溫度逐漸降低，金屬礦物隨細粒石英一起沉淀下來；溫度進一步降低，基本維持在穩(wěn)定條件下時，梳狀石英緩慢沿裂隙兩壁對稱生長。綜合考慮礦床構造控礦的顯著特征，推測皮殼狀構造形成于構造作用導致的壓力突然釋放并逐漸穩(wěn)定下來的過程。

（2）阿希金礦床中金主要賦存于石英-硫化物-自然金階段皮殼狀構造的礦石中，自皮殼外向內(nèi)依次為微晶石英，膠狀石英，微晶石英，粗晶石英。金屬硫化物多沿皮殼的圈層分布于微晶石英中，少量介于微晶石英和膠狀石英之間，總體上更靠近微晶石英。從手標本來看，無礦石英則一般為塊狀純凈的乳白色或白色，透明度好，而含礦石英通常為煙灰色，透明度差，含較多的雜質(zhì)，如金屬硫化物等。

（3）石英陰極發(fā)光拍照和電子探針成分分析表明，膠狀石英具有明暗相間的特征，粗粒梳狀石英內(nèi)部明暗程度也有一定的變化，說明即使在特定的某種石英形成過程中，其外部物理化學條件也存在一定波動。Na+Al 含量在細粒石英和梳狀石英中偏低，在膠狀石英中含量偏高，Na2O、Al2O3較高的部位為亮帶，F(xiàn)eO、MnO 較高的部位為暗帶，即含礦帶，因此石英的陰極發(fā)光強度可作為評價礦石含礦性一種判別標志。石英自皮殼向外生長方向上，Al 含量有明顯的下降的趨勢，表明含礦熱液從早期富 Al 到晚期 Al 耗盡的變化過程，揭示了礦化形成于pH 值增加的過程，pH 值的改變導致金絡陰離子失去平衡，使得大部分金從其絡陰離子中沉淀下來。而溫度的改變也能使金從含礦熱液中沉淀，Ti 含量從膠狀石英到細粒石英再到梳狀石英不斷下降，因為Ti 含量與石英形成溫度有明顯的正相關關系。反映出皮殼狀結構的石英形成過程中溫度在不斷下降，證明了溫度下降破壞了含礦熱液體系平衡，金等金屬元素與飽和SiO2開始沉淀，因此，先形成的粒度晶形較差的膠狀石英和細粒石英中的金含量最多。