湖北麻城陳家洼地區(qū)脈石英礦流體特征研究

王 翔，涂秉峰，敖明勇

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心湖北總隊，湖北 武漢 430034)

麻城陳家洼地區(qū)成礦區(qū)帶位于東秦嶺—大別山脈石英成礦區(qū)帶，是我國較為重要的脈石英成礦區(qū)帶之一，區(qū)內(nèi)脈石英礦床成因類型多為中—低溫巖漿熱液型和變質(zhì)熱液型[1-2]。目前，該成礦區(qū)帶內(nèi)對東秦嶺及大別山東段地區(qū)脈石英礦的地質(zhì)特征及礦床成因有一定的認識[3-7]，但對于大別山西段脈石英礦特別是變質(zhì)熱液型脈石英礦的研究較少。本文以麻城陳家洼地區(qū)脈石英為研究對象，對該區(qū)脈石英地質(zhì)及流體特征進行研究，為總結(jié)大別山西段乃至東秦嶺—大別山脈石英成礦區(qū)帶成礦規(guī)律提供依據(jù)。

1 區(qū)域成礦背景

1.1 地層

陳家洼地區(qū)大地構(gòu)造位置位于秦嶺—大別造山帶(Ⅱ)桐柏—大別構(gòu)造帶(Ⅱ2)卡房—大別構(gòu)造亞帶(Ⅱ21)。地層分區(qū)屬桐柏—大別山地層區(qū)桐柏地層小區(qū)，大面積出露前寒武系變質(zhì)巖系，主要為晚太古代—早元古代大別山巖群、中元古代紅安巖群以及新生代第四系沖積物。

大別山群為一套中高級變質(zhì)表殼巖，根據(jù)變質(zhì)變形和巖石組合特征為兩個組。下巖組(Ar3-Pt1D1)以黑云斜長片麻巖、變粒巖為主，似夾層狀、透鏡狀斜長角閃巖或榴閃巖；上巖組(Ar3-Pt1D2)以二長淺粒巖、變粒巖為主，夾黑云斜長片麻巖及斜長角閃巖或榴閃巖透鏡體，淺粒巖、片麻巖常見強烈條帶狀構(gòu)造。

紅安巖群為一套中高壓相系高綠片巖相變質(zhì)巖，原巖為一套陸源碎屑巖、中酸性火山碎屑巖，根據(jù)構(gòu)造—巖石組合特征分為黃麥嶺組(Pt2h)及天臺山組(Pt2t)。其中黃麥嶺組(Pt2h)根據(jù)巖性特征分為兩段，下段(Pt2h1)巖性主要為白云鈉長變粒巖夾白云鈉長片麻巖、白云鈉長石英片巖，局部地段夾含石墨白云石英片巖；上段(Pt2h2)巖性主要為白云鈉長片麻巖、白云鈉長變粒巖，夾少量大理巖、含石墨白云石英片巖、石英巖等。天臺山組(Pt2t)為白云鈉長片麻巖、白云二長變粒巖夾少量鈉長淺粒巖、含榴鈉長角閃巖。

1.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為復(fù)雜，主要發(fā)育一系列韌性剪切帶、褶皺和斷層。區(qū)內(nèi)韌性剪切帶主要為紅安巖群底剪切帶(f1)，位于七里坪—張家河—趙家畈，主要分布于紅安巖群與大別山群的分界面上(圖1)。韌性剪切帶長約40km，寬50～500m，產(chǎn)狀190～250°∠20～40°。褶皺中元古代紅安巖群內(nèi)較為發(fā)育，褶皺方向與韌性剪切帶的方向基本一致。區(qū)內(nèi)斷層較為發(fā)育，主要為北西向、近南北向和北東向，區(qū)內(nèi)較大的斷裂主要有大石山斷裂(近南北向)、姜家灣—土門斷裂(近南北向)。

圖1 陳家洼地區(qū)構(gòu)造及地質(zhì)簡圖

1.3 巖漿巖

區(qū)域上巖漿巖較發(fā)育，主要為侵入巖和噴出巖，成巖時代為晚太古代—早元古代、晚元古代和中生代。晚太古代—早元古代侵入巖為大別山變質(zhì)雜巖的組成部分，根據(jù)接觸關(guān)系和巖石學(xué)資料，劃分為英云閃長巖—奧長花崗巖(桂家河片麻巖(Ar3-Pt1ggn))和堿性花崗巖(西張店片麻巖(Ar3-Pt1xgn))。晚元古代為基性侵入巖，分布較少，為陶家塝片麻巖(Pt3tgn)。中生代主要為各類巖脈。

2 成礦地質(zhì)特征

2.1 地質(zhì)特征

陳家洼地區(qū)發(fā)育7條脈石英礦體，主要賦存于大別山巖群下巖組(Ar3-Pt1D1)及紅安巖群黃麥嶺組(Pt2h)，巖性主要為黑云斜長片麻巖、白云鈉長片麻巖、淺粒巖、變粒巖等。區(qū)內(nèi)脈石英主要分布于北西—南東向韌性剪切帶兩側(cè)，為韌性剪切帶與脆性斷裂轉(zhuǎn)換位置。圍巖基本無蝕變，僅個別礦體與圍巖接觸部位發(fā)育云母片巖。

2.2 礦體特征

脈石英礦體主要呈透鏡狀、脈狀、囊狀等。鄭皮凹脈石英礦體走向近東西向，傾向北，傾角75～80°，最大延伸180m，最大寬度2m；陳家洼脈石英礦體走向近東西向，傾向北，傾角55～60°，最大延伸220m，最大寬度1.2m；東皇廟脈石英礦體走向北東—南西向，傾角60～65°，最大延伸200m，最大寬度2m。礦體產(chǎn)狀總體與圍巖及裂隙產(chǎn)狀一致(表1)。

表1 陳家洼地區(qū)脈石英礦體特征表

2.3 礦石特征

礦石呈煙灰色或白色，透明至半透明，具油脂光澤和貝殼狀斷口(圖2a)。礦石礦物成分簡單，幾乎全由石英組成。礦石結(jié)構(gòu)為粗粒粒狀變晶結(jié)構(gòu)，鏡下觀察顯示：石英呈不規(guī)則粒狀，粒徑為0.01～ 30.0mm不等，石英表面光滑，受構(gòu)造應(yīng)力作用，局部發(fā)育裂隙，少量鐵質(zhì)及泥質(zhì)等沿石英微細裂隙零星分布(圖2b)。礦石構(gòu)造主要為脈狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造等。礦石質(zhì)量較好，SiO2含量均高于99.6%，F(xiàn)e2O3平 均 含 量0.01%～0.05%，Al2O3平 均 含 量0.03%～0.13%，其他雜質(zhì)元素含量均小于0.01%。

圖2 陳家洼地區(qū)脈石英礦石特征及礦物鏡下特征

3 流體包裹體特征

3.1 樣品特征和研究方法

本次流體包裹體樣品共4件，其中b12和b14取自鄭皮凹K12和K14號礦體，b21和b24取自陳家洼K21和K22號礦體。

在流體包裹體巖相學(xué)研究基礎(chǔ)上，對樣品進行成分分析和顯微測溫分析。流體包裹體巖相學(xué)觀察及顯微測溫研究和流體包裹體的顯微激光拉曼光譜分析分別在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院流體包裹體實驗室和地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室內(nèi)完成。所測包裹體多為氣液兩相，采用盧煥章等[8-9]提出的NaCl-H2O體系計算公式計算鹽度，采用劉斌等[10]提出的水鹽體系包裹體密度計算公式計算流體密度。

3.2 流體包裹體巖相學(xué)特征

陳家洼地區(qū)脈石英中原生包裹體及次生包裹體均較為發(fā)育。本次巖相學(xué)觀察對象為原生包裹體，包裹體呈孤立、狀面狀分布(圖3)，包裹體大小一般在6～10μm，形態(tài)多樣，以橢圓形和不規(guī)則形為主。各種類型的包裹體均可見，以氣液兩相包裹體居多(圖4a、c)；還有含CO2三相包裹體(圖4b)、純氣相包裹體(圖4d)及純液相包裹體(圖4e)，偶見含子礦物的包裹體。

圖3 陳家洼流體包裹體鏡下素描圖

圖4 陳家洼地區(qū)脈石英流體包裹體特征

3.3 流體成分

激光拉曼光譜是一種研究物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的微觀分析技術(shù)，是作為流體包裹體成分分析的重要手段，可以快速方便地對單個包裹體進行定性、半定量分析[11]。陳家洼地區(qū)流體包裹體激光拉曼測試結(jié)果顯示：石英中的氣液兩相包裹體的氣相成分多為CO2(特征峰位移為1 386cm-1，1 281cm-1)(圖5a)，液相為H2O(特征峰位移為3 421～3 450cm-1)(圖5b)；石英中純氣相包裹體的成分為CO2(圖5c)，純液相包裹體的成分為H2O(圖5d)。

圖5 陳家洼地區(qū)脈石英流體包裹體激光拉曼圖譜

3.4 流體包裹體顯微測溫

對陳家洼地區(qū)4件測溫片進行顯微測溫，主要測定氣液兩相包裹體冰點溫度和均一溫度，并計算鹽度。石英中包裹體加熱至均一液相，獲得的均一溫度范圍分別為164.8～342.3℃，峰值位于250～290℃之 間(圖6a)，均 值 為256.6℃；冰點溫度范圍為-13.4～-1.4℃，對應(yīng)鹽度為2.41%NaCl～17.26%NaCl，峰值 位于6%NaCl～ 12%NaCl之間(圖6b)，均值為9.51%NaCl；流體密度為0.70～1.02g/cm3。

圖6 陳家洼地區(qū)脈石英流體包裹體均一溫度、鹽度直方圖

4 討論

4.1 流體特征

通過對陳家洼地區(qū)流體包裹體巖相學(xué)、流體成分及顯微測溫分析研究認為：陳家洼地區(qū)脈石英中的包裹體以氣液兩相包裹體為主，包裹體成分主要為CO2和H2O，流體總體表現(xiàn)為中溫、低鹽度、低密度的特征，與顏玲亞等[12]總結(jié)的變質(zhì)熱液型脈石英成礦流體特征一致。流體包裹體主要為L-V兩相，無子晶，低鹽度，富CO2的流體包裹體是變質(zhì)熱液型礦床區(qū)別于其他類型礦床的重要標志[13-14]。因此認為，陳家洼地區(qū)脈石英流體特征是較為典型的變質(zhì)熱液型流體特征。

4.2 流體來源

該地區(qū)有關(guān)流體來源的研究較少，僅李一良等[15]通過對麻城四道河、杉樹灣地區(qū)榴輝巖中的石英脈氧同位素研究認為四道河石英脈為同變質(zhì)石英脈，形成于板塊折返早期的壓力降低環(huán)境，成脈流體可能同時來自于榴輝巖和其圍巖高壓片麻巖；杉樹灣石英脈形成于角閃巖相退變質(zhì)階段，流體來自圍巖花崗片麻巖。顏玲亞等[12]認為變質(zhì)熱液型脈石英主要成礦物質(zhì)來源為富含硅質(zhì)成分的片麻巖建造在經(jīng)歷榴輝巖相退變質(zhì)及角閃巖相退變質(zhì)過程中形成的大量富硅熱液。綜合前人研究成果及陳家洼地區(qū)脈石英地質(zhì)特征、流體特征等初步認為：該區(qū)流體主要來源于區(qū)內(nèi)富硅的片麻巖建造，經(jīng)退變質(zhì)作用形成大量富硅熱液。

4.3 成礦機制

陳家洼地區(qū)大地構(gòu)造位置屬于華南板塊南秦嶺—大別造山帶大別高壓變質(zhì)折返帶，富硅地層在板塊俯沖過程中遭受高壓—超高壓變質(zhì)作用，爾后快速折返，在退變質(zhì)過程中產(chǎn)生SiO2熱液，這些變質(zhì)熱液受構(gòu)造應(yīng)力作用沿韌性剪切帶運移，在韌性剪切帶與脆性斷裂轉(zhuǎn)換位置，由于溫壓條件的變化使得SiO2結(jié)晶形成脈石英。

5 結(jié)論

(1)陳家洼地區(qū)脈石英礦主要分布于區(qū)內(nèi)北西—南東向韌性剪切帶兩側(cè)，韌性剪切帶與脆性斷裂轉(zhuǎn)換位置，賦礦圍巖為大別山巖群下巖組(Ar3-Pt1D1)及紅安巖群黃麥嶺組(Pt2h)富硅片麻巖、變粒巖等。礦體規(guī)模較小，質(zhì)量較高，為高純石英的優(yōu)質(zhì)原料。

(2)陳家洼地區(qū)脈石英成礦流體為典型的變質(zhì)熱液型流體特征，包裹體以氣液兩相包裹體為主，包裹體成分主要為CO2和H2O，流體總體表現(xiàn)為中溫、低鹽度、低密度的特征，流體來源于區(qū)內(nèi)片麻巖建造經(jīng)退變質(zhì)作用形成的富硅熱液。

(3)陳家洼地區(qū)脈石英礦與東秦嶺—大別山脈石英成礦區(qū)帶內(nèi)脈石英礦(如蘄春靈虬山、商洛竹林關(guān)等)地質(zhì)特征及流體特征明顯不同，通過研究陳家洼地區(qū)脈石英礦地質(zhì)特征及流體特征，有助于總結(jié)大別山地區(qū)乃至成礦區(qū)帶內(nèi)脈石英成礦規(guī)律，為后期建立找礦模型指導(dǎo)找礦提供依據(jù)。