遼寧凌海市金家金礦床流體包裹體研究

李占春， 李國(guó)寬， 張振強(qiáng)

(1.核工業(yè)二四三大隊(duì)，內(nèi)蒙古 赤峰 024000；2.核工業(yè)二四○研究所, 遼寧 沈陽(yáng) 110032 )

金家中型金礦床位于遼寧省凌海市娘娘宮鄉(xiāng)，該礦床包括劉屯(Ⅰ)和金屯(Ⅱ)兩個(gè)礦體，礦石類型為硫化物石英脈型，以品位富、埋藏淺而受到廣泛關(guān)注。李國(guó)寬等(1995)、王永紅(2013)、侯振遠(yuǎn)(2013)先后對(duì)該礦床開(kāi)展了礦床地質(zhì)特征及成因、深部找礦預(yù)測(cè)研究。但關(guān)于礦床流體包裹體方面的研究仍相對(duì)薄弱，制約了人們對(duì)該礦床成礦物理化學(xué)條件方面的認(rèn)識(shí)。筆者在野外地質(zhì)工作基礎(chǔ)上，對(duì)采取地表、坑道及鉆孔中的含金石英脈樣品進(jìn)行包裹體測(cè)溫和成分分析。通過(guò)成礦溫度、鹽度、流體密度和壓力、氧分壓逸度值等參數(shù)的測(cè)試和計(jì)算，研究礦床形成的物理化學(xué)條件，初步揭示礦床的成因，為下步找礦工作提供參考。

1 礦床地質(zhì)概況

1.1 大地構(gòu)造位置

研究區(qū)處于中朝準(zhǔn)地臺(tái)燕山臺(tái)褶帶醫(yī)巫閭山古凸起與山海關(guān)古隆起的過(guò)渡部位(圖1)。東鄰下遼河坳陷，西鄰遼西坳陷，為長(zhǎng)期隆起區(qū)，具克拉通特征，是青龍-錦西深斷裂與北鎮(zhèn)-錦西斷裂帶的復(fù)合部位(韋永福等，1994)。

圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.1 Regional geological and tectonic map1.燕山期侵入巖；2.中生界；3.元古界-古生界；4.太古界；5.金礦床；6.斷裂；7.地質(zhì)界線；8.研究區(qū)范圍

結(jié)晶基底為太古宙花崗巖及建平群大營(yíng)子組變質(zhì)巖系，蓋層為中元古長(zhǎng)城群大紅峪組及高于莊組、中生代侏羅系、白堊系。侵入巖為燕山期天橋廠巖體，巖性主要有二長(zhǎng)花崗巖和斜長(zhǎng)花崗、黑云母花崗巖。脈巖主要為閃長(zhǎng)巖、花崗斑巖、煌斑巖、角閃巖及長(zhǎng)英質(zhì)巖脈等。

金礦化受東西向斷裂和北東向斷裂的聯(lián)合控制，常產(chǎn)出于兩者的交匯部位。目前已發(fā)現(xiàn)多個(gè)金礦床或礦化點(diǎn)，包括水泉、上隈、老官堡、越泉溝等。礦石類型以含金石英脈型為主，可產(chǎn)出于不同巖性的圍巖中，如新太古代混合花崗巖(2 513 Ma)、中元古代長(zhǎng)城系大紅峪組長(zhǎng)石石英砂巖、石英質(zhì)礫巖、炭質(zhì)板巖和高于莊組燧石條帶灰?guī)r、白云巖夾炭質(zhì)頁(yè)巖。金礦床(點(diǎn))成群出現(xiàn)，帶狀分布，形成了金家地區(qū)東西成帶、北東成行的成礦格局(馬永昌,1991；關(guān)康等,1989)。

1.2 礦床地質(zhì)

金家金礦床產(chǎn)于太古宙花崗巖及建平群大營(yíng)子組中，其明顯受北東向斷裂控制，包括劉屯(Ⅰ號(hào))和金屯(Ⅱ號(hào))兩個(gè)礦體(圖2)。

圖2 金家地區(qū)地質(zhì)圖Fig.2 Geological map of Jinjia area1.第四系砂、礫石；2.長(zhǎng)城系于莊組；3.建平群大營(yíng)子組角閃巖；4.閃長(zhǎng)巖脈；5.煌斑巖脈；6.張扭性及壓扭性斷裂；7.正斷層及構(gòu)造破碎帶；8.金礦床(點(diǎn))

1.2.1 礦體特征

礦體整體近東西向脈狀分布。以含金硫化物為特征的單脈形式出現(xiàn)，局部亦有小規(guī)模的含金銀石英復(fù)脈。與含金石英脈相伴生的主要是閃長(zhǎng)巖脈，兩者呈平行關(guān)系。礦體形態(tài)產(chǎn)狀與含礦構(gòu)造一致(侯振元，2013)。含礦構(gòu)造具多期演化特點(diǎn)，其沿走向具舒緩波狀、膨脹、收縮、尖滅等特征，并嚴(yán)格控制著所充填的閃長(zhǎng)巖脈和含金石英脈(礦脈)產(chǎn)狀和形態(tài)的變化(李國(guó)寬等，1995)。

劉屯礦體走向延伸長(zhǎng)約190 m，出露寬2.20～5.40 m，礦體平均水平寬度2.44 m，金平均品位15.47×10-6；礦體產(chǎn)于構(gòu)造下盤，產(chǎn)狀與構(gòu)造一致，傾向北北西，傾角71°～80°。金屯礦體產(chǎn)于構(gòu)造下盤，地表礦體走向延伸長(zhǎng)約88 m，出露寬3.20～5.20 m，礦體平均水平厚度1.3 m，產(chǎn)狀與構(gòu)造產(chǎn)狀基本一致，傾向北，傾角73°～78°，礦體金平均品位6.19×10-6。

1.2.2 礦石類型及礦物組合

礦石類型分為硫化物-石英脈型和硫化物-硅化帶型。礦石包括氧化和原生礦石。Ⅰ號(hào)地段多為氧化礦石，Ⅱ號(hào)地段多為原生礦石。

礦石中金屬礦物主要有自然金、銀金礦、碲金銀礦、黃鐵礦、黃銅礦、褐鐵礦等；脈石礦物主要為石英，次為長(zhǎng)石、角閃石、絹云母、方解石。

1.2.3 成礦階段

成礦階段可劃分為3個(gè)階段：①金銀-黃鐵礦-白色石英階段；②金銀-多金屬硫化物-石英階段，為主成礦期；③表生氧化階段。黃鐵礦等硫化物在表生氧化條件下形成如褐鐵礦、銅藍(lán)和孔雀石等。

2 樣品采集與測(cè)試方法

樣品采自劉屯和金屯二個(gè)礦體的地表、坑道及鉆孔中(沿礦體傾向)。巖性主要是含礦石英脈，測(cè)定礦物為石英(圖3)。

圖3 金家金礦巖礦石特征 Fig.3 Characteristics of rock and ore in Jinjia gold deposit a.含金及黃鐵礦的石英脈(地表);b.含金屬硫化物的石英脈(坑道)

包裹體的冰點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的均一溫度在GPMR紅外測(cè)溫室完成，測(cè)試儀器為英國(guó)生產(chǎn)的LinkamMDS600型顯微冷熱臺(tái)。測(cè)試精度高(全程0.1 ℃)和高穩(wěn)定(<0.01 ℃)，由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院包裹體實(shí)驗(yàn)室完成測(cè)試工作。

爆裂測(cè)溫樣品制備：破碎后篩分，留取0.2～0.5 mm部分1～3 g。

包裹體薄片制作：薄片磨成厚度0.1 mm，兩面拋光，薄片大小40 mm×20 mm，在溫度為60～80 ℃下進(jìn)行薄片黏合。

3 包裹體特征

3.1 巖相學(xué)特征

包裹體以原生氣液包裹體為主，多呈渾圓狀、三角狀、長(zhǎng)條狀或不規(guī)則形狀，數(shù)量較多(圖4)，大小為4 μm×3 μm～20 μm×40 μm，分布沒(méi)有明顯的規(guī)律性。氣相多為半透明，少數(shù)帶黑灰色色調(diào)；液相為無(wú)色透明。氣液比為5%～80%,多數(shù)為20%～50%。

圖4 石英包裹體巖相學(xué)特征Fig.4 Petrographical features of fluid inclusions in quartzL.液相包裹體；V.氣相包裹體

3.2 成分特征

礦物形成時(shí)所捕獲的原生包裹體成分可以反映成礦時(shí)溶液的正負(fù)離子成分及濃度特性(和中華等，2008；胡寶群等，2013)。

金家金礦成礦流體中氣相成分主要為CO2、CH4及少量H2；液相成分主要成分為Ca2+，Na+，Cl-及HCO3-等(表1)。陽(yáng)離子以Ca2+、Na+為主，其次是K+、Mg2+。Ca2+遠(yuǎn)大于K+。陰離子主要為Cl-，其次是HCO3-、F-及SO42-?？梢哉J(rèn)為成礦流體是一種富含CO2、Ca2+、 Na+、Cl-和一定量的HCO3-、F-及SO42-，少量Hg2+、CH4、H2的流體，為NaCl-H2O-CO2體系。

3.3 溫度與鹽度

3.3.1 溫度

測(cè)溫主要有均一法和爆裂法兩種方法。相比而言，均一法測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)更直接可信(盧煥章等，1991)。均一溫度與實(shí)際成礦溫度之間的關(guān)系為:

Tt=Th+ΔT

式中，ΔT為不確定的校正值，其變化范圍較大，主要由成礦壓力和流體鹽度確定(姚玉增等，2001)。金家金礦成礦流體壓力(平均為133×105Pa)和鹽度(平均為8.5%)都較低(表2)，因此包裹體均一溫度可以近似地視為本礦床的成礦溫度(羅鎮(zhèn)寬等，1993)。

均一法測(cè)溫結(jié)果如表2。劉屯礦體均一溫度為108～240 ℃，平均為214 ℃；金屯礦體均一溫度為160～244 ℃，平均199 ℃(表2)，二者均一溫度大體一致。均一溫度直方圖呈單峰式(圖5)，整個(gè)礦床成礦溫度為108～244 ℃，平均溫度為210 ℃。

圖5 石英包裹體均一溫度直方圖Fig.5 Histogram of homogenization temperature of fluid inclusions in quartz

3.3.2 鹽度與礦化度

鹽度對(duì)研究成礦流體性質(zhì)、包裹體測(cè)溫和壓力估算方面有重要作用。冷凍法所測(cè)定的鹽度實(shí)際上是多組分的綜合結(jié)果，以相當(dāng)于 NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。對(duì)包裹體進(jìn)行冰點(diǎn)測(cè)定，相應(yīng)的鹽度可由盧煥章等(1992)冷凍溫度-鹽度換算表查出。由表2可知，金家金礦鹽度為6.5%～11.6%(NaCl)，平均8.5%(NaCl)，為中低等鹽度。

表2 金家金礦的礦物包裹體溫度、鹽度、密度和壓力

礦化度為1 L水中所溶解溶質(zhì)的總質(zhì)量，它概略表示了成礦流體的礦化能力(李保華等，1995；于成濤等，2011)。由MR=χF-+χCl-+χSO42-+χK++χNa++χCa2++χMg2++χHCO3-計(jì)算所得。由表1可知，劉屯主礦體(I)的礦化度平均為38.34 g/L，金屯主礦體(Ⅱ)礦化度平均為38.35 g/L，二者非常接近，說(shuō)明它們的成礦流體性質(zhì)是相同的。整個(gè)金家金礦礦化度為30.73～51.19 g/L，平均38.35 g/L。

礦化度小于1 g/L為淡水，1～3 g/L為微咸水，3～10 g/L為咸水，10～50 g/L為鹽水，大于50 g/L為鹵水(張為民等，2015；孫清鐘等，2012；寧均陶等，2012)。金家金礦包裹體水(表1)相當(dāng)于鹽水，個(gè)別樣品接近鹵水。

3.4 流體密度和壓力

成礦流體密度和壓力是根據(jù)氣液包裹體的均一溫度和鹽度數(shù)據(jù)，采用NaCl-H2O溶液的密度式和等容式計(jì)算得出(劉斌等，1987；孫曉明等，1996)。從表2可以看出，礦床流體密度較低，為0.85～0.95 g/cm3，平均0.91 g/cm3。壓力的測(cè)算常采用經(jīng)驗(yàn)公式 (邵潔漣等，1986)。計(jì)算表明(表2)，劉屯礦體成礦流體壓力平均為97×105Pa，折算深度0.38 km，金屯礦體成礦流體壓力平均為207×105Pa，折算深度0.81 km。兩個(gè)礦體深度的差異(金屯礦體相對(duì)深些)是由于兩個(gè)礦體在同一剝蝕水平下所出露的部位不同造成。兩個(gè)礦體出露標(biāo)高差不多，幾乎處在同一標(biāo)高的剝蝕水平。劉屯主礦體剝蝕到了中下部，礦體向下延深不大；而金屯礦體僅剝蝕了前緣部分，剛到礦體頭部，礦體向下還有較大延深(李國(guó)寬，2000)。

就整個(gè)金家金礦來(lái)說(shuō)，成礦流體壓力為(79～262)×105Pa，平均為133×105Pa，為低的流體壓力值。若壓力梯度按253.3×105Pa計(jì)算，則成礦深度約為0.53 km，屬淺成礦床，具有中低壓力特征。

3.5 氧分壓逸度

氧分壓逸度是根據(jù)表1列出的包裹體成分計(jì)算得出的。金家金礦的fO2為-50.84～-114.30(表1)，變化較大，平均為-70.36，均屬中低氧逸度范圍(呂軍，2010；劉紅櫻等，2000)。

3.6 pH和Eh值及金的搬移遷移

成礦溶液的pH值采用姚玉增等(2001)計(jì)算的方法獲得。礦化階段流體的pH值基本接近，為5.37～6.70(表1)，平均為6.12，為弱酸性環(huán)境。但兩礦體的礦化酸堿度存在差異，劉屯平均為6.29，金屯平均為5.86。

礦床成礦時(shí)氧化還原電位(Eh)為-0.21～-0.45 V(表1)，平均Eh為-0.37 V，全部小于0，說(shuō)明形成過(guò)程是在還原條件下進(jìn)行的，較低的氧化還原電位對(duì)金的沉淀是有利的(肖德長(zhǎng)等，2012；劉乃忠，2017)。在金的絡(luò)合物溶液中，當(dāng)氧化還原電位高時(shí)，將產(chǎn)生高價(jià)鐵離子，并因受水解作用而帶有正電荷的含水氧化鐵凝膠沉淀，而金的絡(luò)合物為負(fù)電性，從而加強(qiáng)了金的活動(dòng)性。當(dāng)氧化還原電位降低時(shí)，則低價(jià)鐵離子濃度增大，金的活動(dòng)受到抑制而迅速沉淀。

成礦流體中的陰離子主要為Cl-，說(shuō)明金是以氯的絡(luò)合物形式被搬運(yùn)。金的主要絡(luò)合物為Na[AuCl2]組成絡(luò)合物的陽(yáng)離子，還可以是Ca2+、K+、Mg2+等。在金發(fā)生沉淀時(shí)，金是以原子狀態(tài)存在，說(shuō)明金的沉淀處于還原環(huán)境中，同時(shí)還有大量黃鐵礦生成，因?yàn)镕e和S 離子是變價(jià)，如Fe2+→Fe3+以及S2-→S0→S6+，所以起還原作用的是Fe和S離子。

3.7 流體來(lái)源

喻鐵階等(1987)經(jīng)多年研究，確定出成礦熱液類型的經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)，即:當(dāng)Na+/K+<2，Na+/(Ca2++Mg2+)>4時(shí)為典型巖漿熱液；當(dāng)Na+/K+>10，Na+/(Ca2++Mg2+)<1.5時(shí)為典型的熱鹵水；當(dāng)2

4 結(jié)論

(1)包裹體以原生氣液包裹體為主，氣相多為半透明，少數(shù)帶黑灰色色調(diào)；液相為無(wú)色透明。多呈渾圓狀、三角狀、長(zhǎng)條狀或不規(guī)則形狀。

(2)成礦流體是一種富含CO2、Ca2+、Na+、Cl-和一定量的HCO3-、F-及SO42-，少量Hg2+、CH4、H2的流體，屬于NaCl-H2O-CO2體系。

主成礦有一期，成礦溫度210 ℃，為中低溫。成礦流體密度較低，為0.91 g/cm3。壓力為(79～262)×105Pa，平均133×105Pa，折算的成礦深度約為0.53 km。

流體含鹽度較低，平均為8.5%(NaCl)。礦化度為38.35 g/L，相當(dāng)于鹽水。氧分壓逸度f(wàn)O2為-70.36，屬中低氧逸度范圍。成礦流體的pH值為6.12，為弱酸環(huán)境。氧化還原電位(Eh)平均-0.37 V，為還原條件。

成礦流體中陰離子主要為Cl-，金是以氯的化合物形式被搬運(yùn)。包裹體Na+/K+平均為4.49，Na+/(Ca2++Mg2+)平均為1.05，屬于沉積型和層控型熱液。

(3)本礦床是在弱酸、還原環(huán)境沉淀富集形成的淺成中低溫礦床。金屯礦體向下還有較大延深，可繼續(xù)開(kāi)展深部找礦工作。