太行山石湖金矿成矿流体成分特征与演化过程

2015-03-05王树志胡建中邸迎伟鞠凤萍

中国矿业 2015年1期

王树志，胡建中，邸迎伟，王涛，鞠凤萍

（1．中国地质大学（北京）科学研究院，北京100083；2．中国地质大学（北京）水资源与环境学院，北京100083；3．北京航天勘察设计研究院有限公司，北京100070）

金属成矿的实质是壳—幔各圈层中的原始分散元素，借助多种水－岩反应在成矿流体中逐渐浓集，并以成矿流体为载体运移至地壳的局部地段，集中沉淀而形成矿体和矿石。因此，成矿流体的时—空演化轨迹实质上就是矿质活化、迁移、聚集定位的过程，即矿床形成的过程［1］。石湖金矿在成矿流体的研究方面，前人只进行简单探讨了成矿热液来源和成矿物理化学条件，没有按照成矿期次对包裹体进行详细的划分，更加缺乏系统的水—岩反应及流体演化的动态认识。因此以成矿流体成分特征探讨其阶段性以及演化过程，对于认识整个金矿的成矿过程尤为重要。

1 研究区地质背景

石湖金矿位于河北省石家庄市灵寿县，区域上处于太行山中段。石湖矿区出露有太古宙的阜平岩群，岩性以角闪斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩为主，同时夹有的浅粒岩、大理岩、斜长角闪岩和角闪磁铁石英岩。石湖矿区位于陈庄复向斜的北西翼，总体构造轮廓为向东倾伏的背斜构造和走向近SN向、NW向和EW向的断裂发育（图1）。根据不同的矿石类型特点、矿化特点及矿化强弱，成矿期可以分为三个阶段：第一阶段为石英脉型或石英脉－黄铁矿阶段，矿化较弱；第二阶段为石英脉多金属硫化物阶段，石英脉中黄铁矿、黄铜矿、方铅矿和闪锌矿等多金属硫化物极为发育，含金品位较高。第三阶段为石英脉－碳酸盐阶段，此阶段的流体温度较低，金属矿物较少或以黄铁矿为主。

图1 石湖金矿矿区地质图

2 采样与分析

石湖金矿流体包裹体样品采集于101号脉含金石英脉。流体包裹体激光拉曼是在中科院地质与物理研究所流体包裹体实验室完成。测试仪器为英国Ranishaw公司生产的Raman 2000型激光拉曼光谱仪。激发波长为514．5nm，光谱范围为50～9000cm－1，光谱分辨率为2cm－1。空间分辨率×100倍镜头下，横向分辨率小于0．5um，纵向小于1μm；光谱重复性±0．2cm－1。选择所测光谱的计数时间一般大于30s，每1cm（波数）计数一次。对具有代表性的流体包裹体中气相、液相、成分进行了激光拉曼分析。

石湖金矿的群体包裹体分析是将石英碎至40～80目，挑纯后采用GC－2010型气相色谱仪和HICSP Super型离子色谱仪进行测试，GC－2010型气相色谱仪最低检出限1ppm；HIC－SP Super型离子色谱仪最低检出限阴离子为1ppb，阳离子为1ppm。样品测试由中国地质科学院矿产资源研究所完成。气相结果见表1，液相结果见表2。

表1 石湖金矿包裹体气相成分／（μg／g）

表2 石湖金矿包裹体液相成分／（μg／g）

3 结果

3．1 激光拉曼光谱分析结果

流体包裹体激光拉曼光谱分析图2显示，包裹体成分主要CO2和H2O，在包裹体液相拉曼图谱中，拉曼位移数值多集中在3460左右，在包裹体气相拉曼图谱中，主要出现CO2峰，其次为SO2峰。在谱线的开始部位仍能清晰的看到石英峰的存在，其拉曼位移值一般为466左右。

3．2 包裹体群体分析结果

石湖金矿成矿气相成分中，水汽（H2O）和CO2占绝大部分，平均达到250．4μm／g和240．5μm／g，反应成矿流体中水是其主要成分。其次，N2的含量也不容忽视，达到平均112．6μm／g。

图2 石湖金矿流体包裹体激光拉曼光谱图

4 讨论与结论

4．1 气相成分的演化过程

对石湖金矿的包裹体的激光拉曼分析以及群体成分分析（气相）发现了大量的CO2，群体分析测试测得CO2平均含量达到240．5μg／g，仅次于H2O的含量，这与前人［2］的结果的差别是较大的，前人也未对此种包裹体给予足够的重视。所以对这CO2组分单独论述，不仅仅是因为这两种组分尤其是CO2在石英脉包裹体的气相和液相成分中大量分布，和前人所测试的结果有较大差异，且这两种组分在成矿过程中的作用更不容忽视，其决定了金的沉淀方式和沉淀环境。通过不同阶段包裹体CO2的变化可以推断矿区流体的演化过程。

首先，与岩浆作用、重熔岩浆作用有关的金矿床中富含CO2，而与低温浅成有天水参与的矿床CO2含量较少［3］。郝英等（2001）也认为富金和CO2流体是在地幔熔融和交代过程中产生的，最终与地壳流体混合参与成矿［4］。因此，石湖金矿成矿流体是岩浆水为主。

其次，在对石湖金矿样品的分期后发现，由成矿早期到主成矿期到成矿晚期的CO2含量是存在波动的，而在主成矿期—多金属硫化物阶段CO2含量是最为丰富，平均含量达到了289．2μg／g，而且经过计算的主成矿期的fCO2也增大明显（fCO2＝18．642bar），其可能促使碳—水反应如下［3－5］：2C＋2H2O== CH4＋CO2；3C＋2H2O==CH4＋2CO；CH4＋H2O== CO＋3H2．而在矿区包裹体气相成分中也确实发现了H2和CH4，说明其在主成矿期极大地改变了溶液的性质，影响了体系的分压、pH和含金络合物的稳定性，最终导致金的沉淀。

4．2 液相成分的演化过程

成矿流体的Na＋／K＋和Cl－／F－可以作为判别流体来源的标志，一般情况下，岩浆热液Na＋／K＋小于1，经过测算石湖包体样品的Na＋／K＋在这个范围之内，具有岩浆热液特征［6］。而当Cl－／F－大于1时属大气降水或着地层流体的特征，表明有大气降水的加入。通过计算Na＋／K＋比发现其介于0．22～0．78之间，平均为0．50小于1，反映了岩浆热液的特征。Cl－／F－的值全部远远大于1，从成矿早期、主成矿期到成矿晚期Cl－／F－的值有降低趋势，因此可以认为石湖金矿的成矿流体为以岩浆热液为主同时含有大气降水的混合流体。另外，包裹体液相阴阳离子成分也说明了成矿流体属富含Ca2＋、Na＋、K＋、SO2－4、Cl－及少量F－、Br－和NO2－（NO3－）的热水溶液，具有较强的溶解成矿物质的能力。

成矿中也有少量的O2的参与（平均22．7464μg／g），特别是在成矿的早期和主成矿期O2的含量相对较多。流体成分中存在CO2和CH4说明在成矿过程主体为还原环境，但是O2的参与会使环境逐渐转换为半封闭环境甚至是开放环境，这可能与成矿裂隙发育和天水（地层水）的加入有关。

图3显示了石湖金矿成矿流体由富K＋的热液演化向贫K＋的方向演化，而成矿晚期Ca2＋＋Mg2＋的含量明显增多，这可能与晚期的温度下降和水－岩反应有关。而流体中的Cl－离子同样经历了由富集到贫化的过程，与之相对应的SO2－4则在主成矿期达到了峰值，而SO2－4含量反映的是介质中与金迁移有密切联系的HS－数量，SO2－4＞Cl－［7］，因此金在成矿流体中主要以硫氢络合物的形式迁移，氯络合物次之。