黔东南罗里金矿包裹体特征及成因探讨

2011-02-02余大龙

地质与勘探 2011年5期

余超，余大龙

(1.中国地质大学地球科学与资源学院，北京 1000083;2.贵州大学资源与环境工程学院，贵州贵阳 550003)

贵州东南部(黔东南)的罗里金矿是近年获得矿权并进行开采的隐伏石英脉矿体，目前沿走向揭露矿体约300m，倾向约50m，局部形成采场。该矿之前没有进行过研究，本文采用地质及地球化学的研究方法，对罗里金矿地质特征及包裹体特征等方面进行了较系统的研究，探讨了矿床成因，加深了该矿的地质研究程度，可为该矿进一步的找矿和研究提供参考①。

1 区域地质背景

研究区大地构造上属“江南古陆”的西缘，扬子地台与华南褶皱带过渡带的黔东南地区。该区在漫长地质发展演化过程中，经历了多期构造作用和岩浆活动，构造型式多样，出露的沉积地层普遍遭受区域变质作用(余大龙，1993;余大龙，1997)。

区域内地层主要为青白口系板溪群中上部的清水江组、平略组和龙里组，为一套变质的滨海－浅海相砂页岩、复理石和火山碎屑岩建造。自下而上依次为:青白口系清水江组(Pt3q)、青白口系平略组(Pt3q)、青白口系龙里组(Pt3q)、第四系(Q)。

研究区位于江南造山带的西南段，接近扬子陆块的东南缘，以发育北东向与北北东向两组构造为主要特征(图1)。

区内岩浆活动强度不大，岩浆岩少见，仅在北西部之青白口系清水江组中夹有凝灰岩;由于区内已知容矿地层为青白口系平略组第三段及龙里组以及南华系长安组，因此，矿化与中元古代的火山活动似乎没有直接关系。

区域上的中、新元古代地层岩石均已变质，但变质较浅，主体属低级绿片岩相，变质作用主要发生在前寒武纪。变质作用以区域变质为主，其他类型少见。区内的变质岩主要类型有各类板岩、千枚岩、变余砂岩、变余凝灰岩、变余沉凝灰岩等。

图1 黔东南地区地质及金矿分布图(据王尚彦，2006，修改)Fig.1 Map showing geology and gold deposits in southeastern Guizhou(modified from Wang et al.，2006)1－二叠系;2－寒武系;3－南华系长安组;4－青白口系板溪群龙里组;5－青白口系板溪群平略组;6－青白口系板溪群清水江组;7－青白口系板溪群番召组;8－地层界线;9－正断层;10－逆断层;11－走向断层;12－性质不明断层;13－背斜;14－金矿床、点1－Permian;2－Cambrian;3－Nanhua System Changan Fm.;4－Qingbaikou System Longli Fm.;5－Qingbaikou System Pinglve Fm.;6－Qingbaikou System Qingshuijiang Fm.;7－Qingbaikou System Fanzhao Fm.;8－geological boundary;9－normal fault;10－reverse fault; 11－strike fault;12－unknown fault;13－anticline;14－gold deposit

区内矿产资源主要集中分布于天柱－锦屏－黎平、三都－丹寨、从江和梵净山等4个片区。前两个地区产出金矿床(点)最多，规模也最大。内生金属矿产集中分布于中－新元古界(金、铜、银、钨锡、铅锌、锑等)和下元古界中寒武统－下奥陶统(汞、金、锑、铅锌、重晶石等)、赋矿的岩石地层单位有10个。天柱－锦屏－黎平地区，以低－中温热液型及沉积型矿床为主，主要为金矿和重晶石矿。金矿主要为产于变碎屑岩的石英脉型金矿和蚀变岩型金矿(陈佑德等，1994)。

2 矿床地质特征①

2.1 地层

矿区地层以青白口系平略组为主，主要岩性为浅灰、灰绿色粉砂质绢云母板岩、粉砂质板岩、绢云母板岩夹变余粉砂岩，分3个岩性段(图2)。

平略组第一段(Pt3p1):灰、浅灰色厚层块状纹层状含砾粉砂质板岩、厚层块状纹层状含砾粉砂质绢云母板岩。厚约100m。

平略组第二段(Pt3p2):灰、浅灰色厚层块状变余粉砂岩、厚层块状变余细砂岩，夹浅灰色薄至中厚层纹层状粉砂质板岩。厚170～250m。

图2 黔东南罗里金矿区地质图(据贵州地矿局101地质队资料整理)Fig.2 Geological map of the Luoli gold deposit (modified from Geological Team No.101 of Guizhou Geological Bureau)1－板溪群平略组第一段:粉砂质板岩;2－板溪群平略组第二段:变余粉砂岩;3－板溪群平略组第三段:粉砂质板岩、绢云母板岩;4－正断层;5－逆断层;6－地质界线;7－石英脉1－silty slate in the first member of Pinglve Fm.，Banxi Group;2－palimpsest siltstone in the second member of Pinglve Fm.，Banxi Group;3－silty slate and sericite slate in the third of Pinglve Fm.，Banxi Group;4－normal fault;5－reverse fault;6－geological boundary;7－quartz vein

平略组第三段(Pt3p3):下部为灰、浅灰色薄至中厚层纹层状粉砂质板岩、薄至中厚层粉砂质绢云母板岩夹多套10～20m厚的浅灰色极薄层粉砂质绢云母板岩;上部为灰、浅灰色薄至中厚层纹层状粉砂质板岩夹浅灰色薄至中厚层条带状粉砂质板岩，局部夹灰黄色薄至中厚层变余粉砂岩。厚700～1300m。含金石英脉产于此段。

2.2 构造

矿区位于果吉复式背斜南东翼，构造较为复杂，以北东向断裂构造为主要特征。规模较大的有三条断裂，分述于下:

(1)F13断层

南西起于金厂界，北东至高坡、小高相，区内长约4.9km，切割了青白口系龙里组第1～3段地层，断层角砾岩较发育，断层破碎带宽3～5m，断层呈北东向展布，倾向北西，倾角70°。大量采金老硐沿断裂带两侧分布，根据两盘出露地层分析为一陡倾角逆冲断层。

(2)F14断层

在区内长约6.5km，切割了青白口系平略组第1～3段。断层走向北东，倾向南东，倾角50°，可见断层角砾岩，断层破碎带宽5～8m，为一正断层。沿断裂带北西盘发育含金石英脉，断层控矿作用明显。

(3)F4断层

位于图区南面，断层走向北东，两端延出图区，区内长约3.6km，切割了青白口系平略组第1～3段。断层倾向南东，倾角75°，具断层角砾岩，断层破碎带宽2～5m，具多期活动性，早期属正断层，晚期转化为右行剪切断层，水平断距约500m。

3 矿床地质特征

3.1 矿物学特征

矿石中主要非金属矿物有石英、铁白云石、绢云母、绿泥石和方解石，其中石英所占比例约90%;金属硫化物有黄铁矿、毒砂、闪锌矿和方铅矿等，其在矿石中的含量少于5%，另有微量的自然金，其含量变化大，一般在1×10～6～20×10～6。

石英脉的形态呈脉状和层状，受构造控制作用明显，石英脉产状为70°∠15°，长约200m，厚20～50cm，所含硫化物含量约5%。

(1)自然金(明金):区内金以自然金产出为主，直接产于石英脉的小裂隙、石英和硫化物的晶隙间。以明金为主，呈粒状、鳞片状、薄片状、不规则状。据101地质队资料，粒径主要在0.1～1.0mm之间，最大粒径可达3.0mm，次为0.01～0.001mm，说明金以细、微粒为主，中粗粒次之。此外，有部分金呈微粒状赋存于石英脉内黄铁矿中，还有部分较小(粒径小于0.1mm)的金粒产于石英脉的顶底板围岩内黄铁矿细脉中(余大龙等，1999)。

(2)黄铁矿:石英脉中的黄铁矿自形程度较高，有六面体、五角十二面体，粒度一般为0.05～1mm。按粒度大小又分两类:粗粒者晶型完整、晶体较粗大星散状或条带状分布为主，形成于成矿早期;细粒者呈细脉状、小的团块状，晶粒细小，半自形～他形结构，部分细粒充填在裂隙中，形成于主要的成矿阶段。镜下还可观察到黄铁矿具呈“叠层石状”构造，纵剖面呈向上凸起的叠层状弧形。

(3)毒砂:围岩与石英脉中均有产出，均为全自形，粒径较大，一般为2mm左右。在石英脉中毒砂呈点状分布，还有团块状、细脉状等。

(4)石英:存在两期:早期石英晶粒粗大，呈块状构造，自形～半自形，粒径一般＞1mm，可见小晶洞;晚期石英呈致密状，粒径较小，一般为0.03mm～0.3mm不等，半自形～他形粒状集合体，镜下可见其沿早期石英的裂隙与细粒硫化物充填其中并交代之。

(5)铁白云石:呈条带状早于石英晶出，多呈对称条带状分布在石英脉的边缘，在镜下可见铁白云石晶形完好，呈菱形，半自形～他形，正交镜下可观察到“黑三角”，具有非均质性，且双晶纹平行于两组解理短对角线(常丽华等，2006)。

3.2 矿石组构

3.2.1 矿石构造

矿石中可见块状构造、条带状构造、脉状构造、角砾状构造、浸染状和晶洞状构造。另外在石英脉一侧围岩，还发现摩擦镜面，表明脉体形成后受到后期构造作用挤压。

图3 矿物手标本图Fig.3 Photos of hand－made specimen of mineralsa－黄铁矿细脉充填在晚阶段条纹状石英脉中;b－铁白云石氧化后呈褐色条带状;c－早阶段石英结晶良好粗大，可见小晶洞a－photograph showing pyrite veinlets filling in late stage quartz vein; b－oxidized ankerite exhibits brown ribbons;c－early quartz is well crystallized

3.2.2 矿石结构

自形、半自形和他形晶结构、骸晶状结构、碎裂状结构、黄铁矿的叠层状构造、粒状结构、交代结构和交代残余结构和乳滴状结构。

3.3 围岩蚀变

矿床围岩蚀变普遍微弱，范围一般小于1m。可见硅化、黄铁矿化、毒砂化、绢云母化及绿泥石化等。与区域中其他金矿如天柱油麻坳金矿化带相类似(张杰等，1998)。

3.4 成矿期、成矿阶段及矿物生成顺序

该石英脉型金矿床以贫硫化物为特点，石英脉之间的错切、充填，先形成的石英脉破碎被后形成的石英胶结成为角砾状石英脉等现象说明了其成矿具有多阶段性和继承性的特点。主要分热液成矿和表生两个期。

3.4.1 热液成矿期

依据石英的形成先后，热液成矿期又可分为早期成矿阶段、成矿阶段和碳酸盐阶段。

(1)早期成矿阶段:就是形成石英大脉(主脉)的时期，此时形成少量的黄铁矿、毒砂，它们与石英一起，呈粗大的晶形充填于早期形成的构造空隙中，可见较小的晶洞。这是与早期构造运动相一致的早期无矿或贫矿热液充填阶段，可形成很少量的自然金。成脉阶段矿物种类单调，颗粒粗大，自形程度高。成脉阶段后期有少数绢云母和绿泥石。

表1 矿物生成顺序表Table 1 Sequence of mineral formation

(2)主要成矿阶段:随着早期大量热液的溢出，“热液库”中残存的热液比重增大，其中溶解的硫及各种金属的浓度增大，形成了相对富含金属元素(包括Au)的热液。多阶段的构造活动伴随多阶段的热液作用，浓缩了富含成矿物质的热液便渗溢进入构造空间，而这种空间正是在早先形成并充填石英脉的构造上进一步形成的，因此在同一个矿区往往可见前述的多阶段热液产物共存的现象。此时形成的脉体，其金含量高、硫化物种类多、数量大，矿物颗粒细小，自形程度相对较低，硫化物以黄铁矿、毒砂、闪锌矿和方铅矿等为主，与石英一起形成细粒集合体，脉体常呈烟灰色和条带状。此阶段形成金的工业富集。

(3)碳酸盐阶段:成矿流体进一步演化，形成了碳酸盐矿物方解石脉的充填阶段，方解石穿插和充填在石英脉中。碳酸盐阶段与成矿关系不密切。

3.4.2 表生期

表生成矿期是原生矿体受到风化、剥蚀、搬运和产生次生富集的时期，形成砂金。

4 流体包裹体特征研究

4.1 类型

罗里金矿床石英矿物中以原生包裹体为主，也观察到一些次生包裹体和少量的假次生包裹体。包裹体测试样本选自早阶段形成的石英脉中。

4.2 基本特征

4.2.1 大小

该金矿包裹体大小和脉体特征有关，早期结晶粗大的石英脉中包裹体以大于5μm为主，可以找到较大进行观察和测温，这些包裹体以5～40μm为多，大者可达271μ m(表2)。这与黔东南其它金矿包裹体大小分布情况相似。晚阶段石英脉中的包裹体绝大部分＜5μm，难于找到足以观察和测温的包裹体。

4.2.2 形状

包裹体形态总体上分为规则和不规则两大类，前者以负晶形、椭圆形、浑圆状及纺锤状居多，后者主要为长条状、三角形、勺形、云状和蝌蚪状等。

4.2.3 颜色

绝大部分流体包裹体无色透明，由于光线折射及包裹体与包裹体片表面不平行，气泡有时带有棕褐色灰黑色等色调。

4.2.4 气液比

罗里金矿中气液两相包裹体的气液比为0～20%的占50%左右，20%～40%的占25%左右。

4.3 流体包裹体测温及成分研究

本次测温实验在英国产林克姆(Linkam) THMSG600型冷～热台测温系统上进行的。仪器的使用温度为－196～600℃，在0～600℃精度为 ± 1℃，在－196～0℃时，精度为±0.1℃。升降温的速率可以事先设置，也可以在操作过程中自动控制。设置的温度变化速率一般为10℃/min，在相变点温度附近，温度变化率设置1℃/min。测试工作在贵州大学资源与环境工程学院岩矿鉴定实验室完成。

4.3.1 均一温度

罗里金矿包裹体均一温度变化范围较大，在125～350℃之间，存在2个高值区:125～175℃和225～300℃。

4.3.2 盐度

测试结果显示:罗里金矿床的冰点介于－11.8～－0.2之间。可以看出冰点温度分布明显不同的2个区间:－12～8℃和－5～0℃。计算获得罗里金矿床该类型包裹体的盐度为:0.36～15.76%(刘斌等，1987)。总体表现为高低盐度两个区间的流体。由此可推断这是由于多期多阶段的热液活动改造形成的，也可以判断两种类型的包裹体形成于不同的物理、化学条件。

图4 罗里金矿包裹体冰点与盐度关系图Fig.4 Plot of freezing temperature vs.salinity based on ice and hydrate melting temperatures in fluid inclusions of the Luoli gold deposit

4.4 流体的密度

对气液两相包裹体的密度进行计算，得到罗里金矿床成矿流体的密度:0.59～0.97g/cm3。亦可见其两阶段性。

4.5 成矿压力及深度

关于矿床的成矿压力计算，本文采用(邵洁链等，1986)所拟定的成矿压力计算的经验公式而求得，即:

其中，T为均一温度，s为盐度。

经过计算得到罗里金矿床形成时的压力值为: 40.98～86.29MPa，平均62.71MPa。根据成矿深度H和成矿压力P的通式:P=2.7×0.0981×H，计算得成矿深度H=2090.4m。可以推测该矿床形成于浅层深度。

表3 平秋、八克、同古矿床流体包裹体气相成分测试结果(×10－6)Table 3 Gas－phase composition measured in fluid inclusions of the Pingqiu，Bake，and Tonggu deposits(×10－6)

4.6 流体包裹体成分研究

对罗里金矿的20个包裹体样品进行了拉曼光谱分析，激光拉曼光谱分析在中科院地质与地球物理研究所包裹体研究实验室英国Ranishaw公司生产的Raman 2000型激光拉曼光谱仪(50～9000 cm～1)上完成。分析方法采用非破坏性单个流体包裹体分析的技术方法。参照气体部分种类包裹体各分子之特征拉曼峰，拉曼量化因子及扫描范围谱(徐培苍等，1996)，结合图5可知，测试样品均含有大量的H2O、CO2和CH4以及少量的N2。

结合区域上平秋、八克和同古金矿床的流体包裹体进行了气相成分测试结果(表2)②，四矿床均含有很多CO2。CO2含量高并不是罗里金矿的独有特征，湘西黔东地区的绝大部分金矿均具有此特征，从某种意义上来说，CO2的含量可以作为石英脉型金矿勘探的标志。

5 矿床成因探讨

(1)在某一地质时期，源于深部具有高温、高压和活动性流体的成矿热液通过深大断裂(导矿构造或主干断裂)向上运移到地下一定深度，通过以充填为主的方式形成早阶段石英脉，并不强烈的围岩蚀变也在此阶段形成;此阶段形成的矿物颗粒普遍较大，自形程度高，矿物成分相对简单，矿石以块状构造为主，可见角砾状和晶洞状构造。

(2)Phillips et al.，(2004)通过富CO2流体和贫CO2流体的比较研究，证明CO2在金矿形成过程中的作用是缓冲流体pH值、保持Au在流体中的高含量，并且在有利容矿岩石中使Au沉淀。CO2是一种弱酸，它能影响成矿流体的pH值，CO2对成矿流

CO2使Au在良好的环境下沉淀下来，有利于对Au的富集沉淀。Au成矿与CO2的流体有着密切的联系，不少文献证实含金石英脉与非含金石英脉的包裹体在CO2含量上有较大差别，前者往往富CO2流体。但由于Au离子和CO2的化学键不强，一般认为CO2对Au迁移不可能起直接作用。(Nadon J et al.，1989;徐九华等，2007;余大龙，1993)。由于构造的脉动性，导致原断裂和充填了石英脉的裂隙再次张开，已经演化了的活动性流体沿其再次向上运移，由于温度、压力降低和活动性流体逸出等条件的变化导致Au和其他矿物的沉淀和富集。Au的络合物可能是AuHS或AuH2S，这种Au的络合物只有在CO2作为缓冲剂的热液中其溶解度最大，这样的热液就是Au的成矿流体。在主要的成矿时期，这种流体在上升过程中与围岩发生交代作用形成蚀变，并且流体发生了相分离，分出相对富含H2O的流体和相对富含CO2的流体。Au在这种相分离的过程中与CO2一起沉淀下来，形成金矿(卢焕章，2008)。此阶段形成的脉体中，各种矿物结晶颗粒普遍细小，其Au含量相对较高，硫化物种类和数量相对较多、矿石以细粒硫化物组成的条纹条带状矿石为主，是主要的成矿阶段。体的pH值的缓冲调节起到了很大的作用。因为在一定的pH范围内，Au可以与H2S(或HS)形成络合物，从而使Au在成矿流体中的浓度相对较高，或者说成为Au的成矿流体(卢焕章，2008)。其对pH的缓冲作用基于下列反应:

图5 石英流体包裹体的激光拉曼光谱分析结果Fig.5 Raman spectra of quartz fluid inclusions

(3)成矿热液演化到最后，形成了一些方解石脉充填和穿插，即碳酸盐阶段;此阶段与成矿关系不密切，它实际上是非成矿热液作用过程。

(4)最后经过地表的风化、剥蚀及流水的搬运作用，在溪沟和河流中可局部形成砂金。

6 结论

(1)罗里金矿为贫硫化物石英脉型金矿，矿物组合和成矿流体盐度特征等均表明其成矿的多期多阶段性，经历过成脉阶段、成矿阶段、碳酸盐阶段和表生阶段;

(2)包裹体测试数据分析表明，罗里金矿是一个低盐度、低密度的浅层中温热液矿床;

(3)在主要的成矿时期，Au的成矿流体在沿构造缝隙上升到地表浅层的过程中与围岩发生交代作用形成蚀变，分出相对富含H2O的流体和相对富含CO2的流体，CO2使Au在良好的环境下沉淀下来。流体中的CH4扩大了流体不混溶的范围，有利于对Au的富集沉淀。从某种意义上来说，CO2的含量可以作为石英脉型金矿勘探的标志。

［注释］

①刘远俊.2010.贵州省黎平县罗里金矿普查地质报告［R］.:3－20.

②吴文明.2008.黔东锦屏县主要金矿流体包裹体研究［D］.贵阳:贵州大学:8－10

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