湖南洪江市石榴寨金礦流體包裹體特征及地質(zhì)意義

江福兵，毛 寅，孫立吉，范春玉

(湖南省自然資源事務(wù)中心，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

0 引言

雪峰山地區(qū)是華南地區(qū)最重要的多金屬成礦帶[1-3]，洪江市石榴寨金礦大地構(gòu)造位置位于雪峰弧形構(gòu)造帶中段，屬于湖南省著名的鏟子坪金礦集區(qū)的Ⅲ礦帶中部，礦山累計(jì)探明金金屬量6.26 t，屬中型礦山。前人已對(duì)位于同一礦田的鏟子坪和大坪金礦床進(jìn)行了較多的基礎(chǔ)地質(zhì)工作[4-7]，但是對(duì)石榴寨礦床的礦體形態(tài)、容礦建造、圍巖蝕變及礦化特點(diǎn)、成礦流體特征尚未進(jìn)行系統(tǒng)研究。本文通過對(duì)石榴寨金礦床的巖相學(xué)、成礦流體特征進(jìn)行研究，探討其成礦機(jī)制，以期為該區(qū)下一步邊深部找礦工作提供指導(dǎo)。

1 成礦地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)

礦床大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子微板塊與華南褶皺系之間的過渡地帶，屬于雪峰山弧形構(gòu)造成礦帶。區(qū)內(nèi)地層以中元古界冷家溪群、新元古界板溪群、南華系、震旦系最發(fā)育，分布最廣，沉積厚度在1000 m以上，是雪峰山成礦帶金礦床的賦礦地層。構(gòu)造以NE向斷裂和褶皺構(gòu)造為主，局部發(fā)育有NW、SN向斷裂，切割或改造早期的NE向斷裂和褶皺。區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育，中華山、崇陽坪、白馬山一帶有燕山期中酸性侵入巖呈巖基、巖株產(chǎn)出；芷江艾頭坪、大洪山、中方隘口、洪江黃師洞、新莊垅、會(huì)同東育司、通道垅城等地有基性—超基性巖呈巖脈、巖墻產(chǎn)出；洪江山石洞、顏容地區(qū)冷家溪群中可見少量玄武巖。

1.2 礦區(qū)地質(zhì)

石榴寨金礦床處于區(qū)域性NNE向擠壓構(gòu)造帶與白馬山酸性巖基侵入上拱形成的NW向構(gòu)造的交叉復(fù)合部位。構(gòu)造的多期活動(dòng)，在NE—NNE向壓扭性斷裂和緊密褶皺上疊加了NW向扭性斷裂和寬緩褶皺。礦區(qū)處于牛塘界—雙溪口復(fù)式背斜的寬緩的東翼，出露地層為下震旦統(tǒng)江口群長(zhǎng)灘組一套淺變質(zhì)巖，主要為長(zhǎng)灘組第二、三巖性段(Zc2-Zc3)的含礫泥質(zhì)板巖夾粉砂質(zhì)板巖、變質(zhì)砂巖及砂礫巖等(圖1)。巖石礦物主要由隱晶長(zhǎng)英質(zhì)、碳酸鹽及絹云母組成，可見細(xì)粒石英、碳酸鹽-絹云母呈彎曲脈狀產(chǎn)出，并且具有明顯的定向變晶特征。雖然在石榴寨礦床范圍內(nèi)未見巖漿巖分布，但整個(gè)鏟子坪礦集區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)比較頻繁，中華山巖體和白馬山巖體分別在礦區(qū)西南和東北部出露。

圖1 石榴寨礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(大地構(gòu)造圖據(jù)文獻(xiàn)8)

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體特征

礦體主要賦存于震旦系長(zhǎng)灘組第三巖性段第三層(Zc3-3)的含礫砂質(zhì)板巖、夾砂質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖及長(zhǎng)石石英雜砂質(zhì)板巖中。礦化蝕變作用受NW向斷裂構(gòu)造控制，礦體空間形態(tài)呈透鏡體。礦床主要的礦化蝕變帶有Ⅲ-2、Ⅲ-18，礦化蝕變帶中可劃分出多個(gè)礦化體，礦化體中礦化較強(qiáng)的地段形成礦體。礦化蝕變帶Ⅲ-2出露地表，規(guī)模較大，控制走向延長(zhǎng)約740 m，傾向最大延深350 m，傾角50°～82°。其內(nèi)賦存有 Ⅲ11、Ⅲ12、Ⅲ13、Ⅲ15、Ⅲ16、Ⅲ20、Ⅲ21 等礦體，其中規(guī)模較大的礦體為 Ⅲ11、Ⅲ12、Ⅲ20、Ⅲ21(圖2)。

圖2 石榴寨金礦Ⅲ10勘探線剖面圖(據(jù)文獻(xiàn)8)Fig.2 Sectional map of exploration line No.Ⅲ10 in Shiliuzhai deposit [8]

2.2 礦石特征

礦床的物質(zhì)組分屬簡(jiǎn)單類型。有用礦物為單一自然金，礦石礦物主要是黃鐵礦、毒砂等(圖3a、3b)，主要載金礦物是黃鐵礦、毒砂和石英，次要的是絹云母、黃銅礦。脈石礦物為石英、絹云母，金屬礦物與脈石礦物接觸邊界可見明顯的壓力影現(xiàn)象。礦石結(jié)構(gòu)有晶粒結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)，構(gòu)造有塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造等。浸染狀黃鐵礦、毒砂以粗粒自形晶為主，毒砂約為黃鐵礦含量的1/2～1/3(圖3c、3d)。金礦化強(qiáng)弱與黃鐵礦、毒砂含量呈正相關(guān)，硫化物多的地方金礦化好。部分礦體中石英及部分黃鐵礦受擠壓而破碎，形成碎粒、碎斑，甚至糜棱巖化，這種結(jié)構(gòu)主要發(fā)育在NE向片理化帶及斷層通過礦化帶的部位，部分金礦物就以裂隙金的形式產(chǎn)于碎裂石英和黃鐵礦裂隙中[8]。

圖3 石榴寨礦床巖相學(xué)照片F(xiàn)ig.3 Petrography photos of Shiliuzhai deposit

2.3 圍巖蝕變

圍巖蝕變有硅化、絹英巖化、絹云母化、黃鐵礦化、毒砂化、碳酸巖化等，其中黃鐵礦、毒砂從熱液中結(jié)晶而成，呈星散狀、浸染狀或不規(guī)則團(tuán)塊狀產(chǎn)于硅化和絹云母化巖石中，在絹英巖化巖石中較富集。

3 包裹體特征研究

3.1 樣品及測(cè)試方法

作為封存在礦物晶格內(nèi)的原始地質(zhì)流體，流體包裹體是反映礦物形成環(huán)境和地質(zhì)過程的重要原始記錄，地質(zhì)流體的組分、溫度和壓力測(cè)試分析是了解成礦流體理化性質(zhì)最直接的手段[9-13]。由于前人對(duì)鏟子坪金礦已做過包裹體研究，石榴寨金礦與鏟子坪金礦同屬一個(gè)礦集區(qū)，成礦流體極有可能為同一時(shí)期巖漿熱液活動(dòng)的產(chǎn)物。故本次研究選取石榴寨金礦床兩件含石英、方解石脈硫化物礦石，經(jīng)磨制、拋光后制成厚度為0.06～0.1 mm的包裹體測(cè)溫片，從巖相學(xué)和包裹體測(cè)溫研究方面，揭示石榴寨金礦與鏟子坪成礦流體的關(guān)系(表1)。

表1 石榴寨金礦測(cè)溫樣品特征Table 1 Sample characteristics of inclusion temperature measurement in Shiliuzhai gold deposit

3.2 流體包裹體巖相學(xué)特征

石榴寨金礦石英脈中發(fā)育原生包裹體和次生包裹體兩大類。次生包裹體較少，大多沿裂隙成排成串出現(xiàn)，且排列有一定的方向性，包裹體大小和形狀都相似，容易識(shí)別。鏡下所見包裹體類型主要為氣液兩相(Ⅰ型)，存在少量純液相(Ⅱ型)。石英中氣液兩相流體包裹體(Ⅰ型)大小為4～8 μm；氣液比為10%～40%；呈多邊形，不規(guī)則狀，卡脖子狀。方解石中氣液兩相流體包裹體(Ⅰ型)多為4～8 μm；氣液比為20%～40%，小群分布，形狀多為四邊形、長(zhǎng)條狀。純水包裹體(Ⅱ型)在常溫下該類包裹體大部分呈液態(tài)單相，形狀為橢圓形(圖4)。

圖4 石榴寨金礦流體包裹體特征圖Fig.4 Fluid inclusion characteristics of Shiliuzhai gold deposit (a)石英脈中的氣液兩相水溶液包裹體及純液相包裹體，呈孤立狀半負(fù)晶形；(b)方解石中氣液兩相包裹體，呈長(zhǎng)條狀； L—水溶液相 V—蒸汽相

3.3 流體包裹體均一溫度、鹽度和密度

本次研究樣品選擇石榴寨金礦8線及18線不同位置礦石樣品進(jìn)行包裹體研究，研究工作在信陽師范學(xué)院豫南巖礦、寶玉石鑒定及加工中心流體包裹體實(shí)驗(yàn)室完成。研究采用Linkam公司出產(chǎn)的THMSG-600型地質(zhì)用冷熱臺(tái)，溫度范圍在-196℃～600℃之間，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)人工包裹體校準(zhǔn)，溫度范圍為30℃～600℃時(shí)精度為1℃，-196℃～30℃時(shí)精度為0.1℃。顯微熱臺(tái)測(cè)定了包裹體的均一溫度，并通過水溶液包裹體的冰點(diǎn)溫度(水溶液包裹體)的測(cè)定，根據(jù)Brown(1989)的FLINCOR計(jì)算機(jī)程序，采用Brown-Lamb(1989)的等式及池國(guó)祥的H2O-NaCl-CaCl2計(jì)算體系計(jì)算了水溶液的鹽度[14-16](表2)。

表2 石榴寨金礦包裹體測(cè)溫結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 2 List of temperature measurement results of fluid inclusions in Shiliuzhai gold deposit

測(cè)試結(jié)果顯示，石英為主礦物的Ⅰ型流體包裹體均一溫度介于170℃～310℃之間；鹽度w(NaCleq)為2.06%～16.53%，流體密度為0.84 g/cm3～1.02 g/cm3；方解石為主礦物的Ⅰ型流體包裹體均一溫度介于161℃～215℃之間，鹽度w(NaCleq)為6.29%～6.72%，流體密度為0.90 g/cm3～0.96 g/cm3。根據(jù)不同濃度的NaCl溶液的均一溫度與壓力關(guān)系圖(Potter，1977)對(duì)所測(cè)得包裹體均一溫度進(jìn)行校正，校正值僅有幾度至十幾度，基本可以忽略不計(jì)，均一溫度約等同于捕獲溫度。

總體上，石榴寨金礦流體包裹體均一溫度介于161℃～310℃之間，鹽度w(NaCleq)為2.06%～16.53%(圖5)。

圖5 石榴寨金礦流體包裹體均一溫度、鹽度直方圖及均一溫度-鹽度頻點(diǎn)圖Fig.5 Histogram of uniform temperature and salinity and temperature-salinity frequency chart of fluid inclusions in Shiliuzhai gold deposit

3.4 成礦壓力與深度的估算

流體壓力的計(jì)算是根據(jù)邵潔漣計(jì)算成礦壓力經(jīng)驗(yàn)公式P1=P0×Tht/T0，P0=219+2620×N，T0=374+920×N獲得[18]。其中，P1為成礦壓力(105Pa)，P0為初始?jí)毫?105Pa)，T0為初始溫度(℃)，N為鹽度w(NaCleq)(%)，Tht為實(shí)測(cè)均一溫度。由上述公式計(jì)算出石榴寨金礦成礦階段壓力范圍為8.82 MPa～39.56 MPa，由此可見，石榴寨成礦壓力較低。

根據(jù)流體包裹體捕獲壓力估算成礦深度，是目前常用的方法之一。據(jù)Sibson建立斷裂帶內(nèi)流體與深度之間的非線性關(guān)系[19]，利用分段擬合深度和壓力之間關(guān)系進(jìn)行成礦深度估算[20]，求得石榴寨金礦成礦深度為0.9～4.0 km，屬于淺成礦床。

4 討論

該礦床內(nèi)流體包裹體主要為氣液兩相，存在少量純液相包裹體，成礦流體均一溫度主要集中在180℃～220℃和280℃～320℃兩個(gè)區(qū)間，鹽度w(NaCleq)集中4%～8%和12%～18%兩個(gè)區(qū)間(圖5)，呈現(xiàn)出兩期成礦流體特征。據(jù)曹亮等(2015)研究認(rèn)為，鏟子坪礦區(qū)流體包裹體完全均一溫度集中在兩個(gè)峰值區(qū)間，一個(gè)為160℃～220℃，另一個(gè)為280℃～360℃(6個(gè)樣品135個(gè)包裹體)。本次測(cè)試結(jié)果顯示，主成礦期的石英中的流體包裹體具有中低溫度中低鹽度的特征，與前人在鏟子坪金礦測(cè)試結(jié)果大體相當(dāng)，推斷石榴寨金礦與鏟子坪金礦為同一時(shí)期巖漿熱液活動(dòng)的產(chǎn)物。雖然在石榴寨金礦并未進(jìn)行激光拉曼及氫氧同位素研究工作，但前人對(duì)鏟子坪金礦流體包裹體的研究反映了主成礦期流體具巖漿熱液流體特征[7]。晚期的方解石脈中的包裹體具有典型的低溫低鹽度特征，以方解石為代表的碳酸鹽礦物的出現(xiàn)為特征，暗示著該流體很可能來源于大氣降水，隨著成礦流體的降溫過程及淡水的進(jìn)一步混入，也反映本次成礦作用進(jìn)入尾聲。

石榴寨金礦床原始成礦流體，在向上遷移過程中初步富集，而區(qū)域上NE向破碎帶和劈理化帶為成礦熱液運(yùn)移提供了通道，在NW向構(gòu)造破碎帶發(fā)生硅化、絹云母化、黃鐵礦化、絹英巖化等強(qiáng)烈的熱液蝕變，并與大氣降水混溶，Au元素在此沉淀、富集，最終形成金礦體。

5 結(jié)論

1)石榴寨金礦主要成礦階段可以劃分為主成礦期中低溫?zé)嵋毫蚧镫A段和晚期碳酸鹽階段。

2)石榴寨金礦成礦流體主要為一種中低溫(180℃～320℃)、中低鹽度 [w(NaCleq)：6%～16%]、低密度(0.84 g/cm3～1.02 g/cm3)的鹽水體系。估算成礦深度在4 km以內(nèi)?？傮w上，早期成礦流體溫度鹽度較高，晚期隨著大氣降水的混入，鹽度和溫度進(jìn)一步降低，形成了與成礦關(guān)系不大的方解石細(xì)脈。

3)野外基礎(chǔ)地質(zhì)特征、室內(nèi)巖相學(xué)及流體包裹體特征表明，石榴寨金礦床為中低溫巖漿熱液型礦床。