黔東南平秋金礦成礦流體特征及其演化過程

劉 旭，戢興忠，李源洪，張石竹，袁青松

(1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局106地質(zhì)大隊(duì)，貴州 遵義 563000；2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，自然資源部成礦作用和資源評價重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100037)

0 引言

黔東南地區(qū)是貴州乃至中國重要的金礦產(chǎn)區(qū)，其開采歷史可以追溯到三國時期。早在一千多年前的蜀國，黔東南地區(qū)就已出現(xiàn)零星的金礦開采。在宋代對于金礦的開采已有文獻(xiàn)記載；明清時代對金礦的開采更加盛行，政府設(shè)立專門的機(jī)構(gòu)，對金礦進(jìn)行規(guī)模化開采，掀起了一陣“淘金熱”，其開采主要集中梵凈山、清水江和都柳江等地區(qū)。進(jìn)入新中國以后，黔西南地區(qū)的找礦勘查步入正軌，通過研究該區(qū)的不同年代地層分布、構(gòu)造作用及演化過程，發(fā)現(xiàn)了平秋、南加、同古、八臘、虎盆、八克、羅里及火沖等眾多金礦床(點(diǎn))[1]。該區(qū)金礦化主要有石英脈型和蝕變巖型。

平秋金礦位于錦屏縣內(nèi)的平秋鎮(zhèn)，為石英脈型-蝕變巖型金礦化共存的金礦床。平秋金礦具有悠久的開采歷史，前人對其研究主要集中于成礦地質(zhì)特征[2-3]、成礦年代[4-6]、成礦物質(zhì)來源[7-8]等方面，對于成礦流體特征、流體演化過程以及成礦深度等研究較少。作為金成礦的直接載體，成礦流體的特征對于理解該區(qū)石英脈型金礦的形成過程具有重要的意義。文章選取平秋金礦含礦石英脈進(jìn)行流體包裹體巖相學(xué)及顯微測溫研究，獲得其均一溫度、鹽度、密度及成礦深度、壓力等信息，從而還原其成礦流體演化過程。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

黔東南地區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺與華南加里東褶皺帶的結(jié)合部位、雪峰山多金屬成礦帶的西段。區(qū)域出露的地層主要為新元古界青白口系、南華系，并有少量的震旦系、寒武系、二疊系及三疊系。其中，青白口系主要為一套淺變質(zhì)的復(fù)理石式-火山巖建造，主要由凝灰?guī)r、灰?guī)r、粉砂巖、基性—超基性火山巖等組成，巖石經(jīng)過了普遍的淺變質(zhì)作用。南華系主要由一套變質(zhì)的濱海相—淺海相復(fù)理石、火山碎屑巖及砂頁巖等組成。震旦系主要為礫巖、長石石英砂巖、含礫砂巖、砂礫巖、頁巖、硅質(zhì)巖及炭質(zhì)硅巖等。寒武系主要為炭質(zhì)頁巖、砂巖、灰?guī)r、白云巖等。二疊系主要為砂頁巖、灰?guī)r、泥頁巖及硅灰?guī)r等，夾有少量的煤層。三疊系主要為碳酸鹽巖、砂頁巖等[2]。

該區(qū)位于兩個板塊的交匯部位，斷裂、褶皺構(gòu)造發(fā)育，構(gòu)造方向主要為NE、NNE、EW向；區(qū)內(nèi)褶皺軸部主要沿NE、NNE向展布，為單一褶皺或者復(fù)式褶皺，其形態(tài)為兩翼對稱或大致對稱，兩翼地層傾角為20°～30°。

該區(qū)分布著大量的金礦床(點(diǎn))，如同古、平秋、地查、平茶、金井、八克等。這些金礦主要分布在兩個成礦帶上：北部的平秋—金井—漠濱金礦帶，呈掃帚狀，以NE向?yàn)橹?，疊加NW、EW向斷裂；中部的地綢—同古—平茶金礦帶，以發(fā)育NE向斷裂為特征(圖1)。

圖1 平秋金礦床地質(zhì)簡圖(據(jù)文獻(xiàn)[10]等修改)

該區(qū)巖漿巖出露面積不大，但種類繁多，侵入巖主要出現(xiàn)在梵凈山、從江等地區(qū)，超基性—酸性巖體均有出露；噴出巖主要產(chǎn)于在梵凈山群、四堡群、板溪群、下江群及丹洲群等，主要為基性火山巖、火山碎屑巖[9-10]。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

平秋金礦位于江南造山帶西南緣，礦區(qū)出露地層主要為新元古界青白口系下江群潘召組第二巖性段。根據(jù)巖性的不同，該巖性段可進(jìn)一步劃分為三個亞段：以變凝灰質(zhì)板巖、變凝灰?guī)r、絹云母板巖等為主的第一亞段(Pt3f2-1)，主要呈薄—中厚層、灰—深灰色；以粉砂質(zhì)絹云母板巖、變凝灰?guī)r、變凝灰質(zhì)板巖為主的第二亞段(Pt3f2-2)，呈灰色—灰綠色、薄層—中厚層；以粉砂質(zhì)絹云母板巖為主的第三亞段(Pt3f2-3)，并夾有少量變余砂巖，多呈水平狀、中厚層—厚層[7-8]。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造以NE向斷裂、褶皺為主，其次為層間滑動斷層及近EW向脆性破碎斷層。礦區(qū)NE向褶皺有西北部的十二盤背斜和西南部的金廠溪背斜，前者核部分布第二巖性段第一亞段，兩翼分別為第二、三亞段；后者核部出露地層為第二巖性段第二亞段，翼部為第三亞段。沿十二盤背斜軸部，分布有近NE向F1斷層，走向50°～65°；沿十二盤背斜和金廠溪背斜之間，分布著NE走向的F2斷層，走向45°～55°(圖1)[9]。

2.3 礦體特征

平秋礦區(qū)有蝕變巖型及石英脈型兩種類型的金礦化，均主要賦存在新元古界青白口系下江群番召組第二巖性段。

蝕變巖型礦化主要有Ⅰ、Ⅱ兩個礦體，分別沿F1、F2斷層分布，走向北東。其中，I號礦體長約900m，平均厚1.5m，Au的平均品位為3.93×10-6；Ⅱ號礦體長約850m，平均厚2.38m，Au的平均品位為4.83×10-6[10-11]。其形成年齡為490Ma～400 Ma，該期礦化中發(fā)育少量的不含金石英脈，多呈乳白色。

石英脈型礦化有M1、M2兩個礦體，主要分布于金廠溪背斜軸部層間滑動斷層中，張性，多沿EW向展布。M1礦體已在多年的民采過程中被采空，而M2礦體長約1300m，寬70～90m，平均厚0.56m，Au的平均品位為10.49×10-6(圖2)。含礦石英Rb-Sr定年結(jié)果顯示，其形成年齡為258 Ma～235 Ma[11]。該期金多以裂隙金的形式存在于石英-硫化物脈體中，石英脈多呈煙灰色，較為寬大，厚度多在3～30cm；該期煙灰色含金石英脈體局部切穿蝕變巖型乳白色石英脈體，并被后期細(xì)小的白色石英脈切穿；后期白色石英脈僅含有零星硫化物，硫化物中未見明顯自然金。

圖2 平秋金礦A—A′線地質(zhì)剖面圖

蝕變巖型金礦體中，金屬礦物主要有黃銅礦、黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、毒砂及自然金等，非金屬礦物有石英、重晶石、方解石、絹云母、綠泥石等，礦體伴生蝕變主要有黃鐵絹英巖化、重晶石化等。

石英脈型金礦體中，主要的金屬礦物有閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦、自然金等，脈石礦物有石英、絹云母、綠泥石、方解石等，多呈石英-硫化物脈體的形式出現(xiàn)，伴隨著石英絹云母化蝕變、綠泥石化蝕變[12]。金通常以自然金的形態(tài)分布在黃鐵礦、毒砂、閃鋅礦等礦物裂隙中。

3 流體包裹體測溫及結(jié)果

本研究主要選取第二期成礦過程中形成的石英-硫化物脈及晚期純凈石英脈為研究對象，對其進(jìn)行巖相學(xué)研究。通過研究發(fā)現(xiàn)：①早期煙灰色石英-硫化物脈中的石英富含流體包裹體，其形態(tài)主要為負(fù)晶形、橢圓形及不規(guī)則狀，大小多為3～20μm，以5～10μm為主，多呈群狀、孤立狀分布(圖3a)；包裹體中氣相占比為15%～50%，其中部分流體包裹體為含CO2三相包裹體，該類包裹體占比約為總量的20%(圖3b)。②晚期干凈石英脈中流體包裹體主要為氣-液兩相包裹體(約占總量的80%，圖3c)及純液相包裹體(約占總量的20%，圖3d)。前者大小為2～8μm，以3～5μm為主，氣相占比多為5%～10%，呈負(fù)晶形、橢圓狀分布；后者大小多為2～6μm，以3～5μm為主，多呈負(fù)晶形和橢圓形，少量呈不規(guī)則狀。

圖3 平秋金礦典型包裹體照片

本次實(shí)驗(yàn)在貴州大學(xué)資源環(huán)境與工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，顯微測溫實(shí)驗(yàn)采用英國產(chǎn)LinKMTHMSG 600型冷熱臺完成。該冷熱臺使用溫度范圍為-196℃～600℃，在-196℃～0℃之間的誤差為±0.1℃，在0℃～600℃之間的誤差為±1℃。實(shí)驗(yàn)過程中，升溫速率為10℃/min，接近相變點(diǎn)的速率為1℃/min；降溫速率為1℃/min，接近相變點(diǎn)，降溫速率為0.1℃/min[13]。測試結(jié)果見表1。

表1 平秋金礦均一溫度、鹽度統(tǒng)計

測試結(jié)果表明，石英-硫化物脈中氣-液兩相包裹體的均一溫度為183.9℃～375℃，主要集中于280℃～340℃(圖4a)；冰點(diǎn)為-5.3℃～-0.5℃。根據(jù)劉斌等[14-15]的公式可得該類流體包裹體的鹽度w(NaCleq)為0.88%～8.29%(主要集中于3%～7%)，相應(yīng)密度為0.60～0.90g/cm3(圖4c)。石英中含CO2流體包裹體均一溫度為267.1℃～321.9℃，集中于300℃～320℃(圖4a)，鹽度w(NaCleq)為1.91%～6.01%(主要集中于4%～6%)，密度為0.72～0.79g/cm3(圖4c)。后期干凈石英脈中流體包裹體均一溫度為97.5℃～240℃(集中于160℃～200℃)(圖4b)，冰點(diǎn)為-4.18℃～-0.3℃，鹽度w(NaCleq)為0.53%～5.56%(集中于1%～4%)，密度為0.84～0.96g/cm3(圖4d)。

圖4 平秋金礦溫度、鹽度w(NaCleq)直方圖

4 討論

4.1 平秋金礦成礦流體演化過程

通過對平秋金礦脈狀金礦化所形成的石英進(jìn)行流體包裹體研究發(fā)現(xiàn)，成礦流體早期為中—高溫(主要為280℃～340℃)、低鹽度w(NaCleq)(主要為4%～6%)、低密度流體(0.72～0.79g/cm3)，該流體中富含CO2(圖4)。而與早期成礦流體相比，后期脈體中流體包裹體則具有較低的溫度(主要為160℃～200℃)、較低的鹽度w(NaCleq)(主要為1%～4%)，較高的密度(0.84～0.96g/cm3)，并且流體中無明顯的CO2(圖4)。根據(jù)劉斌等[14]所提出的公式可以計算得出成礦早期流體形成于約750m以內(nèi)(11～188 bar)，而晚期成礦流體形成于130m以內(nèi)(1～32 bar)。早、晚成礦流體特征的差異表明，成礦壓力、溫度以及流體中CO2含量的不同，可能是導(dǎo)致石英脈型礦化中Au沉淀的主要原因。

CO2是一種弱酸，流體中富含CO2可以起到緩沖pH值的作用，使得流體中pH值保持弱酸性[16]。在弱酸性流體中，Au分別與H2S和HS-形成AuHS、AuH2S等絡(luò)合物，從而提高Au在流體中的含量，有利于Au在流體中的搬運(yùn)以及金礦的形成[17]。在構(gòu)造運(yùn)動的過程中，會形成大量的張性裂隙，從而使得成礦系統(tǒng)壓力和溫度降低，這會導(dǎo)致流體中CO2發(fā)生出溶，使得流體中H+減少，pH值升高，流體中AuHS、AuH2S等絡(luò)合物分解，從而使得Au發(fā)生沉淀[17]。在此過程中，S與金屬離子結(jié)合形成黃鐵礦、毒砂等，從而使得Au與金屬硫化物共存。在此過程中，會在圍巖中形成絹英巖化、綠泥石化等蝕變。

隨著流體中CO2的出溶，流體中金也逐步完成沉淀。到第二期成礦后期，流體溫度已降為160℃～200℃，主要形成不含礦的石英脈。

4.2 成礦流體來源

對于黔東南脈狀金礦流體來源的問題，已經(jīng)引起了學(xué)者們廣泛的關(guān)注。張杰等[18]通過對天柱磨石—油麻坳金礦的流體包裹體進(jìn)行H-O同位素分析認(rèn)為，其成礦流體主要來自于變質(zhì)水和地表水的不均勻混合；余大龍等[19-20]通過對貴州東部13個礦床進(jìn)行研究，認(rèn)為成礦流體主要來自于深部，部分顯示巖漿水或者深部流體與地層流體混合；而另外一些學(xué)者[21]則認(rèn)為成礦流體是多源的，可能為淺成地下水、巖漿水、變質(zhì)水的混合。

平秋金礦第二期金礦化中所形成的毒砂的3He/4He比值為(0.0483～0.1087)×10-6，R/Ra比值為0.0345～0.0776，與地殼值相似(地殼：0.1 Ra；地幔：6～7 Ra)；4He/40Ar比值為4.4148～7.1754，明顯大于地幔值(2～3)，而與地殼值相似[22]。H-O同位素測試結(jié)果表明，平秋金礦石英-硫化物脈中，流體δDH2O為-66‰～-49‰，δ18OH2O為9.3‰～17.7‰，在δD-δ18O圖解上，顯示變質(zhì)水的特征[22]。

綜上，平秋金礦成礦流體可能主要來自于區(qū)域構(gòu)造變質(zhì)水，其富CO2、低鹽度、低密度的特征與變質(zhì)水相吻合。在成礦流體上升的過程中，流體溫度降低、CO2出溶導(dǎo)致流體的酸性降低，Au-S絡(luò)合物發(fā)生分解，導(dǎo)致Au的沉淀。

5 結(jié)論

1)平秋金礦石英脈型礦化早期成礦溫度為183.9℃～375℃(主要為280℃～340℃)，鹽度w(NaCleq)為0.88%～8.29%(主要為3%～7%)；晚期流體均一溫度為97.5℃～240℃(集中于160℃～200℃)，鹽度w(NaCleq)為0.53%～5.56%(集中于1%～4%)。

2)平秋金礦成礦流體可能來源于變質(zhì)流體，具有富CO2、低鹽度、低密度的特征。