福建邵武水尾銀(金)礦床成礦物理化學(xué)條件研究①

劉乃忠

(福建省閩北地質(zhì)大隊(duì)，福州，350012)

邵武水尾銀(金)礦從1966年開始，福建省區(qū)測(cè)隊(duì)、福建省閩北地質(zhì)大隊(duì)先后在該區(qū)開展地質(zhì)找礦工作，現(xiàn)已查明銀金屬量約569 t，金金屬量1 t(1)福建省閩北地質(zhì)大隊(duì)，福建省邵武市水尾礦區(qū)南礦段銀(金)礦勘探及外圍詳查地質(zhì)工作總結(jié)，2019。。前人對(duì)該礦床地質(zhì)特征及主要控礦因素做了較為詳盡的研究[1]，但在成礦流體、成礦物質(zhì)來(lái)源等礦床形成關(guān)鍵因素方面并未涉及。筆者在野外勘查工作和室內(nèi)研究基礎(chǔ)上，通過(guò)流體包裹體測(cè)溫、氫-氧同位素、硫同位素的研究，深入探討邵武水尾銀(金)礦物理化學(xué)特征及成礦機(jī)制。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

邵武水尾銀(金)礦位于北武夷隆起區(qū)西部，崇安—石城北東向斷裂帶中段，是武夷隆起區(qū)銀銅多金屬成礦遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)新發(fā)現(xiàn)的中型銀(金)礦床。區(qū)內(nèi)出露基底主要由新元古代下峰(巖)組、下古生代寒武紀(jì)林田組淺變質(zhì)地層組成，蓋層由中生代三疊紀(jì)焦坑組、侏羅紀(jì)梨山組、侏羅紀(jì)長(zhǎng)林組沉積地層組成。其中，梨山組長(zhǎng)石石英砂巖微量元素中Ag、Au、Cu、Pb、Zn含量均高于全省梨山組沉積巖背景值，特別是Ag、Au元素。區(qū)內(nèi)北東向和北西向斷裂構(gòu)造發(fā)育，燕山期侵入巖廣泛分布。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層特征

區(qū)內(nèi)出露有中-晚元古代萬(wàn)全(巖)群下峰(巖)組，侏羅紀(jì)梨山組上段、下段和第四紀(jì)(圖1)。

圖1 邵武水尾銀(金)礦地質(zhì)礦產(chǎn)簡(jiǎn)圖及區(qū)域構(gòu)造簡(jiǎn)圖

下峰(巖)組：分布在礦區(qū)西部，主要巖性為云母片巖、石英云母片巖夾黑云斜長(zhǎng)變粒巖，局部見花崗偉晶巖細(xì)脈，僅見K18銀(金)礦體一條。

梨山組：上段呈北東向帶狀主要分布在礦區(qū)F1和F3斷層中間，與下峰(巖)組和梨山組下段呈斷層接觸，巖性以中(細(xì))粒長(zhǎng)石石英砂巖、中細(xì)-細(xì)粒(長(zhǎng)石)巖屑砂巖、粉砂巖為主，偶夾含礫砂巖，區(qū)內(nèi)除K18礦體外所有的銀(金)礦體均產(chǎn)在該層位中。下段呈厚-巨厚層狀，巖性為中-中粗粒長(zhǎng)石石英砂巖，含礫長(zhǎng)石石英砂巖及少量粉砂巖、細(xì)砂巖、黑色粉砂巖，分布在礦區(qū)F3的東南側(cè)，未見銀(金)礦體。第四系沿河床(谷)分布在水尾、窯上、新渠一帶，以沖-洪積層為主，主要由松散狀卵礫石、砂、黏土、淤泥等組成。

2.2 侵入巖特征

區(qū)內(nèi)的侵入巖僅見石英斑巖呈巖侏、巖脈產(chǎn)出。其中最大一條石英斑巖脈長(zhǎng)約600 m，寬約300 m，該巖脈分布于礦區(qū)中部碗泥山一帶，呈北東向展布，侵入于侏羅紀(jì)梨山組上段。其余石英斑巖脈大部分位于侵入于梨山組與下峰(巖)組的接觸帶。巖脈及其東部接觸帶見有金銀元素化探異常分布，石英斑巖與銀(金)礦的形成關(guān)系密切。

2.3 構(gòu)造特征

區(qū)內(nèi)的構(gòu)造表現(xiàn)為一組呈北東向近平行展布的斷裂，是崇安—石城北東向斷裂一部分，為礦區(qū)主要控礦構(gòu)造。主要有F1、F2、F3、F4、F6等5條斷裂。其中規(guī)模最大的為F1、F3斷裂，呈北東向斜貫礦區(qū)，在區(qū)內(nèi)出露長(zhǎng)3.50 km，兩端延出區(qū)外，區(qū)內(nèi)銀(金)礦體均產(chǎn)于該兩條斷裂之間。在走向和傾向上具有舒緩波狀，多階段活動(dòng)特征明顯。斷裂面多平滑、緊閉，常有大量階步擦痕、構(gòu)造透鏡體、壓性劈理及張性羽裂。斷裂帶內(nèi)有碎裂巖和碎斑巖、壓碎角礫巖，以碎裂巖為主，局部見梳狀石英脈貫入，是先壓后張的特征，為礦區(qū)主要控礦和容礦構(gòu)造，主礦體K6等礦體就貯存在F1破碎帶中。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

銀(金)礦體除K18礦體產(chǎn)于F1斷裂上盤的下峰組外，其余均貯存于梨山組上段，嚴(yán)格受北東向的斷裂構(gòu)造帶或其次級(jí)斷層控制。礦體呈透鏡狀、不規(guī)則脈狀，個(gè)別具分枝復(fù)合現(xiàn)象，形態(tài)較簡(jiǎn)單。礦區(qū)共圈定銀(金)礦體150個(gè)，其中工業(yè)品位以上銀(金)礦體98個(gè)，低品位銀(金)礦體52個(gè)。

3.2 礦石礦物特征

黃銅礦、黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、輝銀礦、自然銀為主要礦石礦物，其中金主要貯存在晚期黃鐵礦硫化物中；石英、綠泥石、絹云母、螢石等為主要脈石礦物。

礦石構(gòu)造以稀疏浸染狀-浸染狀、多孔狀-蜂窩狀、晶簇-梳狀構(gòu)造(照片1-A、1-B)為主；礦石結(jié)構(gòu)以交代-交代殘余結(jié)構(gòu)、他形-自形粒狀、脈狀-網(wǎng)脈狀結(jié)構(gòu)等、包含結(jié)構(gòu)等為主(照片1-C、1-D、1-E、1-F)。

照片1 邵武水尾銀(金)礦野外礦石特征及顯微鏡下典型照片

蝕變主要為硅化、鉛鋅礦化、黃鐵礦化、絹云母化和螢石礦化。

基于野外觀察的礦石類型及鏡下礦物共生組合關(guān)系，將邵武水尾銀(金)礦分為3個(gè)成礦階段，即石英-黃鐵礦成礦早階段、硫化物黃鐵礦-閃鋅礦-方鉛礦-黃銅礦-輝銀礦-石英階段主成礦階段、石英-螢石晚成礦階段(表1)。

4 樣品采集及分析方法

礦物物理化學(xué)研究測(cè)試樣品分別采集于水尾銀(金)礦區(qū)ZK709、ZK710、ZK711、ZK802、ZK804中。流體包裹體測(cè)溫在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心流體包裹體實(shí)驗(yàn)室完成，測(cè)試儀器為英國(guó)生產(chǎn)的LINKAM THMS600型冷熱臺(tái)，分析溫度26℃，分析濕度50%，分析精度0.1℃，最高溫度可達(dá)1 500℃。氫-氧同位素分析測(cè)試在北京科薈測(cè)試技術(shù)有限公司實(shí)驗(yàn)室完成，其中δD氫同位素測(cè)試在MAT-251 EM 型質(zhì)譜計(jì)上測(cè)定值，測(cè)試誤差±3‰；δ18O氧同位素分用BrF5 法提取礦物氧，在MAT 252型質(zhì)譜儀上測(cè)定，測(cè)試誤差±0.2‰[2-4]。S同位素樣品測(cè)試在北京科薈測(cè)試技術(shù)有限公司實(shí)驗(yàn)室完成，采用VCDT 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，在MAT - 251 質(zhì)譜儀測(cè)定,分析誤差為±0.2 ‰。

表1 邵武水尾銀(金)礦成礦階段及礦物生成順序

Table 1 Metallogenic stage and mineral formation sequence of Shuiwei silver(gold)mine in Shaowu city

5 流體包裹體研究

5.1 巖相學(xué)分析

此次流體包裹體研究對(duì)象為黃鐵礦-石英脈、閃鋅礦-方鉛礦-黃銅礦-石英脈、石英-螢石脈樣品。通過(guò)顯微觀察，石英中含有比較豐富的流體包裹體，原生包裹體主要為成群分布(照片2-A)，以負(fù)晶形及橢圓形為主(照片2-B)；次生包裹體沿裂隙呈條帶狀分布(照片2-C)，以不規(guī)則或者長(zhǎng)條形為主(照片2-D)。二者包裹體皆幾乎呈透明無(wú)色的富液體包裹體，充填度10%～15%，大小主要集中在2～20 μm，加熱后均一到液相。

照片2 邵武水尾銀(金)礦流體包裹體鏡下特征

5.2 顯微測(cè)溫及密度

溫度-鹽度測(cè)試分析結(jié)果(表2)，再利用顯微測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)分別做流體包裹體均一溫度圖(圖2-A)和鹽度直方圖，結(jié)果顯示流體包裹體均一溫度和鹽度有3個(gè)峰值，溫度峰值分別為140～150℃、150～170℃、220～230℃，鹽度峰值分別為1%～2%NaCl eq.、3%～4%NaCl eq.和7%～8%NaCl eq.(圖2B)。其中溫度220～230℃代表成礦早階段(石英-黃鐵礦階段)，150～170℃代表主成礦階段(黃鐵礦-閃鋅礦-方鉛礦-黃銅礦-石英階段)、140～150℃代表成礦晚階段(石英-螢石階段)。

表2 流體包裹體顯微測(cè)溫結(jié)果

圖2 邵武水尾銀(金)礦流體包裹體均一溫度(A)和鹽度直方圖(B)

根據(jù)Shepherd等[5]提出的流體演化的趨勢(shì)圖(圖3-A)，水尾銀(金)礦溫度鹽度關(guān)系圖顯示(圖3-B)，成礦早期階段(200～240℃)為單純冷卻沉淀作用形成黃鐵礦，成礦早期向成礦期演變及成礦期的過(guò)程中(150～200℃)為混合作用，造成鹽度降低，形成黃鐵礦-閃鋅礦-方鉛礦-黃銅礦-自然銀；成礦期向成礦晚期演化過(guò)程中(140～150℃)，首先為沸騰作用，鹽度升高，然后發(fā)生單純冷卻作用形成螢石-石英。

圖3 水尾銀(金)礦溫度-鹽度雙變量圖中流體的各種可能的演化趨勢(shì)[5](A)及銀(金)流體包裹體均一溫度-鹽度關(guān)系圖(B)

6 同位素研究

6.1 氫-氧同位素

不同來(lái)源的流體具有不同的氫、氧同位素特征，而該惰性同位素在自然界中普遍存在，因此可以用來(lái)示蹤流體來(lái)源[6]。由氫氧同位素組成(表3)可知，水尾銀(金)礦床成礦流體δD=8.50‰～12.72‰，平均為10.35‰；δDv=-46.9‰～65.00‰，平均為-55.31‰；δD與δ18OH2O變化不大，范圍較集中。利用流體包裹體均一溫度平均值及Clayton[2]平衡方程計(jì)算獲得與石英達(dá)到平衡時(shí)成礦流體的δ18OH2O值,計(jì)算獲得成礦流體的δ18O水值在-5.25‰～-0.72‰。在δD-D18OH2O關(guān)系圖(圖4)中，早成礦階段樣品靠近巖漿水附近，流體演化到主成礦階段和晚成礦階段，逐漸向大氣降水靠近。

綜上所述，水尾銀(金)礦床的早成礦階段流體中巖漿水為主要來(lái)源，成礦流體演化到主成礦階段和晚成礦階段有大量大氣降水參與。

表3 氫氧同位素組成

注：δ18OH2O計(jì)算采用分餾方程:δ18O石英-δ18O水=1000ln石英-水=3.38×106/T2-3.40，T=t+273。

圖4 氫氧同位素組成投影圖底圖據(jù)(Taylor and Jr,1974[7])

6.2 硫同位素

硫同位素可以用來(lái)判斷成礦物質(zhì)的來(lái)源，不同物源區(qū)的硫同位素組成有明顯差別，一般將其分為3種類型：地殼硫δ34S值為-5‰～11‰[8]，幔源硫δ34S值約為0±3‰[9]，混合硫是地幔來(lái)源的巖漿在上升過(guò)程混染了地殼物質(zhì)[10]。一般情況下，與巖漿熱液作用有關(guān)的礦床，δ34S變化范圍較窄[11]。

水尾銀(金)礦床硫同位素?cái)?shù)據(jù)分析顯示：δ34S值變化范圍較窄(-2.35%～0.645‰)，平均值-0.55‰，說(shuō)明硫同位素均一程度較高，并且硫源較穩(wěn)定。結(jié)合氫-氧同位素特征，區(qū)內(nèi)硫元素主要以地殼硫?yàn)橹鳌?/p>

7 成礦機(jī)理

(1)流體包裹體研究表明，水尾銀(金)礦的主成礦流體性質(zhì)為低溫低鹽度H2O-NaCl 體系流體。氫-氧同位素分析顯示，早成礦階段流體以巖漿水為主，主成礦階段和晚成礦階段流體有大氣降水大量參與。硫同位素研究表明，成礦物質(zhì)來(lái)源于地殼硫。

(2)梨山組巖性以長(zhǎng)石石英砂巖為主，根據(jù)區(qū)內(nèi)鉆孔采集的3件長(zhǎng)石石英砂巖樣品主微量元素顯示(2)福建省閩北地質(zhì)大隊(duì)，福建省邵武市水尾礦區(qū)南礦段銀(金)礦勘探及外圍詳查地質(zhì)工作總結(jié)，2019。，該類巖石明顯富Si、K，貧Ca，微量元素中Ag、Au、Cu、Pb、Zn含量均高于全省沉積巖背景值，特別是Ag、Au含量明顯偏高(區(qū)內(nèi)Ag、Au平均含量分別為1.084×10-6、6.709×10-9,福建省Ag、Au區(qū)域背景值分別為0.1×10-6、1.6×10-9)。梨山組長(zhǎng)石石英砂巖富Si、富K以及富含礦化劑As等，為礦體的二次活化富集提供了有利條件；豐富的Ag、Au成礦元素，也為銀(金)礦形成提供了豐富的物源基礎(chǔ)；該類巖石性脆、易于破碎、裂隙發(fā)育、孔隙度大，為含礦熱液活化、遷移、沉淀富集提供良好通道和有利空間。

(3)水尾銀(金)礦區(qū)的石英斑巖沿著北東向斷裂帶上升侵入于梨山組，巖漿熱液與梨山組圍巖發(fā)生強(qiáng)烈的水巖反應(yīng)，交代置換圍巖中的成礦元素，使得梨山組中Ag、Au等有益元素進(jìn)一步富集、活化、遷移。在成礦流體繼續(xù)向上遷移的過(guò)程中，由于大氣降水的大量加入與巖漿熱液的進(jìn)行混合，在降溫減壓作用下，成礦熱液在北東向的次級(jí)斷裂等構(gòu)造有利部位中富集沉淀成礦。因此，成礦過(guò)程中石英斑巖主要提供熱源和巖漿熱液，梨山組主要提供成礦物質(zhì)和礦化劑，大氣降水與巖漿水的混合作用是主要成礦作用，北東向次級(jí)斷裂構(gòu)造是主要貯礦構(gòu)造。

8 結(jié)論

(1)富液兩相水溶液包裹體為水尾銀(金)礦床主要包裹體類型， 220～230℃峰值代表成礦早階段(石英-黃鐵礦階段)，150～170℃峰值代表成礦階段(黃鐵礦-閃鋅礦-方鉛礦-黃銅礦-自然銀-石英階段)、140～150℃峰值代表成礦晚階段(石英-螢石階段)。

(2)該礦床成礦流體從成礦早階段到成礦晚階段分別經(jīng)歷了單純冷卻作用、混合作用、沸騰作用、單純冷卻作用，其中與成礦密切相關(guān)的為大氣降水混合作用。

(3)氫氧同位素研究顯示，早成礦階段流體以巖漿水為主，主成礦階段和晚成礦階段以大氣降水為主。礦石硫同位素研究顯示，成礦物質(zhì)主要來(lái)自于地殼硫。

(4)水尾銀(金)礦床屬于淺成低溫低鹽度熱液交代充填型銀(金)礦床。

(5)北東向構(gòu)造、梨山組上段長(zhǎng)石石英砂巖和石英斑巖三者疊加出現(xiàn)的部位是區(qū)內(nèi)找礦的有利地段。

致謝：本文得到福建省閩北地質(zhì)大隊(duì)楊興甫高級(jí)工程師、許才煉工程師及水尾銀(金)礦勘查項(xiàng)目組給予的大力支持和幫助，在此致以衷心感謝！