辽宁青城子矿田高家堡子银矿成矿流体特征及地质意义

2015-03-14吕骏超寇林林杨志军

地质与勘探 2015年3期

关键词：银矿堡子青城

赵岩，张朋，吕骏超，张森，寇林林，杨志军

(1. 中国地质大学(北京)，北京 100083； 2. 沈阳地质矿产研究所，辽宁沈阳 110034；3. 陕西省地质调查中心，陕西西安 710068)

辽宁青城子矿田高家堡子银矿成矿流体特征及地质意义

赵岩1,2，张朋2，吕骏超2，张森2，寇林林2，杨志军3

(1. 中国地质大学(北京)，北京 100083； 2. 沈阳地质矿产研究所，辽宁沈阳 110034；3. 陕西省地质调查中心，陕西西安 710068)

流体包裹体成矿流体成矿机制高家堡子银矿青城子矿田辽宁

Zhao Yan, Zhang Peng, Lǚ Jun-chao, Zhang Sen, Kou Lin-lin，Yang Zhi-jun. Characteristics of ore-forming fluids in the Gaojiapuzi Ag deposit of the Qingchengzi orefield, Liaoning Province and geological implications[J]. Geology and Exploration, 2015, 51(3):0441-0450.

青城子矿田在不到100km2的范围内产出大型铅锌矿、金矿、银矿及十余个中小型矿床(李基宏，2005)。高家堡子银矿是20世纪90年代在青城子矿田内发现的一个重要的大型银矿床，以往成矿流体诸多研究认识不尽统一：有认为岩浆热液为主要的成矿流体(代军治等，2006a)；大气降水为主要成矿流体(王可勇等，2008)；地热水及原生地层水为成矿流体来源(张森等，2012)等。此次研究在详细调查高家堡子银矿野外地质特征的基础上，系统采集样品并测试分析，研究了成矿流体的特征。同时充分考虑了前人的研究成果，分析了青城子矿田范围内成矿流体来源，并探讨了高家堡子银矿矿床的成矿机制。

1 区域地质背景

青城子矿田位于古元古代辽吉裂谷带轴部凹陷带内，矿田内陆续发现了数十个金、银、铅锌矿床(图1)。区内出露一套属元古代辽河群变质岩系的高家峪组、大石桥组及盖县组地层。赋矿围岩主要为大石桥组三段四层、五层的黑云变粒岩、硅化大理岩及其与盖县组云母片岩接触部位的层间破碎带。

区内主要发育两期古元古代褶皱构造，早期为近东西向褶皱；晚期为北东向褶皱。两期褶皱叠加部位常构成金银矿床赋存空间。区内发育北西、北东、近南北和近东西向断裂构造，其中北西向尖山子断裂南起杨家岭，经桃源金矿区向北西至白云金，矿区走向330°，延伸15～20 km，局部近南北，倾向北东倾角60°～80°。此条断裂是区内银(金)矿的控矿构造，高家堡子银矿、小佟家堡子金矿床等皆产于此断裂下盘。另一条北东向的石家沟断裂也是重要的区域性断裂构造。

图1 青城子矿田地质简图(据李基宏，2005修改)Fig.1 Schematic geological map of the Qingchengzi orefield (modified after Li, 2005) 1-辽河群盖县群；2-辽河群大石桥组；3-辽河群浪子山组；4-辽河群里尔峪组；5-印支期斑状花岗岩；6-吕梁期花岗岩；7-吕梁期斜长花岗岩；8-地质界线；9-断裂；10-矿床 1-Gaixian Formation of Liaohe Group; 2-Dashiqiao Formation of Liaohe Group; 3-Langzishan Formation of Liaohe Group; 4-Li’eryu Formation of Liaohe Group; 5-porphyritic granite of Indo-Chinese epoch; 6-Lüliang epoch granite; 7-Lüliang epoch pla gioclase granite; 8-geological boundary; 9-fault; 10-deposit

矿区内元古代和中生代岩浆活动比较强烈，发育古元古代朱家堡子钾质花岗岩, 中元古代大顶子、尖山子、方家隈子、石家岭等钠质花岗岩, 中生代双顶沟、新岭中酸性花岗岩。大顶子岩体是辽东裂谷造山带内出露面积最大的钠质花岗岩, 位于朱家堡子花岗岩的北接触带, 周围有尖山子、方家隈子、石家岭等花岗岩小岩株侵入。

2 矿床地质

高家堡子银矿床赋存于大石桥组顶部与盖县组接触带中，位于小佟家堡子金矿西部，属于高家堡子-杨树金银多金属矿化带的一部分。矿区出露地层主要是辽河群大石桥组三段上部及盖县组下部岩层。大石桥组三段四层下部为斜长细粒岩，中部为条带状白云石大理岩，上部为石榴石矽线石黑云片岩。大石桥组三段五层以白云石大理岩为主，其上部局部夹方柱石大理岩，中下部夹薄层矽线石云母片岩。盖县组主要为黑云母片岩、矽线石云母片岩、黑云变粒岩等。矿区断裂构造发育，有近东西、北西、北东和近南北向四组，其中与成矿关系密切的近东西向断裂(70°～80° )最为重要。矿区褶皱构造主要为早期形成的东西向榛子沟背斜，矿区处于倾没端北翼单斜地层中。矿体受次级构造高家堡子背形控制，高家堡子银矿矿体产出于其西南翼。矿化带多赋存于白云石大理岩与石榴石云母片岩互层的过渡带中。带内岩石变形强烈，具有较强的片理化和石墨化现象，矿化带在空间上连续性较好，与地层产状基本一致。矿化带近平行产出，带内的银(金)矿体呈层状、似层状、扁豆状和脉状产出。银主要产于闪锌矿、方铅矿、石英、白云石颗粒中或颗粒间，其中以嵌布于石英、白云石颗粒间为主，闪锌矿、方铅矿颗粒内次之。含银硅化矿石为主要的矿石类型，形成于早期碎裂大理岩之上。有研究认为碎裂大理岩也是一种矿化类型，但其含矿性不好，可能仅为初级富集矿物元素集合体(王可勇等，2008)。矿区与银矿化有关的围岩蚀变主要有硅化、碳酸盐化，次为绢云母化、绿泥石化等，其中硅化作用强度与银矿化强弱呈明显的正相关关系①。

3 样品采集与测试方法

本次研究在详细考察高家堡子银矿床地质特征的基础上，选取矿化较好矿段采集硅化含银石英脉及脉状铅锌银矿石样品(图2)8件。样品经切割、磨制、抛光等程序后，对流体包裹体测温片进行显微镜下岩相学观察。通过系统观察，选择流体包裹体发育的测温片共6件进行显微测温测试，并选取直径较大的单个流体包裹体进行激光拉曼测试分析。同时对采集样品中的石英单矿物进行了群体流体包裹体气、液相成分分析。所有测试均在核工业北京地质研究所实验室完成。

包裹体显微测温测试在LINKHAM THMSG600型显微冷热台上进行，可测温度范围为-196℃～+600℃，实验精度理论值为0.1℃。流体包裹体盐度通过包裹体的冰点温度计算，据Bodnar (1993)计算公式。

图2 高家堡子银矿矿石及共生石英中流体包裹体显微照片Fig.2 Photos of ores and photomicrographs of fluid inclusions in paragenesis quartz from the Gaojiapuzi Ag deposit a～b-高家堡子银矿含矿石英脉野外照片; c～f-石英颗粒中流体包裹体显微照片 a～b-Photos of ore-bearing quartz veins ; c～f-photomicrographs of fluid inclusions in host quartz minerals

包裹体激光拉曼光谱分析仪器为 Renishaw System 1000型激光拉曼光谱仪, 采用514nmAr+离子激光器，激光功率5mW，激光束斑大小约为 1μm，扫描范围4500 ～ 850cm-1，狭缝宽度20μm，积分时间150s，拉曼峰位移精度为±1 cm-1。

包裹体群体气相测试仪器型号为PE.Clarus600，载Ar2气流速为25ml/min，载气压力为100 kPa。液相离子测试仪器型号DIONEX-500 离子色谱仪，根据DZ/T 0064.28-1993、DZ/T 0064.51-1993标准进行检测。

氢氧同位素测试使用仪器为MAT-253稳定同位素质谱仪。天然水中氢同位素通过锌还原法测定，硅酸盐及氧化物矿物氧同位素组成通过五氟化溴法测定，分析精度为δ18O为0.2‰， D/H为2 ‰。

4 岩相学特征

通过详细的显微镜下流体包裹体岩相学观察发现，高家堡子银矿硅化含银石英脉内流体包裹体较发育。包裹体大小2～10μm不等，呈椭圆形、次圆形、长条形及不规则形状产出(图2)。根据流体包裹体岩相学及激光拉曼测试结果将流体包裹体分为两类：①纯液相包裹体，多为原生及次生包裹体，大小多在2～5μm左右，该种包裹体数量较多；②气液两相包裹体。该类包裹体亦有原生、次生及假次生包裹体，大小多在3～8μm，偶见大于10μm者。②类包裹体呈椭圆形、卵圆形及不规则形产出，气液比多在90%～95%，加热后均一至液相。除此之外，高家堡子银矿发育极少含CO2三相及含子矿物相包裹体，其数量极少不具统计意义，本次研究不纳入测试范围。

5 结果与分析

5.1 流体包裹体均一温度及盐度

根据流体包裹体岩相学特征及分类，② 类气液两相流体包裹体为本次研究测试的对象。实验过程中排除后期次生流体包裹体的影响，选择原生与假次生流体包裹体进行测试。测试过程中发现样品中存在“岩相学上相互关联”的流体包裹体组合(迟国祥和卢焕章，2008)。通过观察，该类包裹体组合在大小、气液比方面特征极其相近，均为原生包裹体产出在基本完整的石英颗粒内部。该组合流体包裹体均一温度与冰点温度不尽相同，本次研究采取了前人提供的方法测试与处理数据(详见迟国祥和卢焕章，2008)。虽然总体显示测温数据不是很多，但其数据有效性却得到保障。

均一温度测温结果见表1及图3。从表中可见矿床流体包裹体均一温度介于122℃ ～ 202℃之间，主要集中在122℃～185℃，属典型的低温成矿流体。根据流体包裹体冰点温度换算得到的盐度范围为1.05 NaCleq～9.34%NaCleq(表1)，盐度与均一温度图解见图4。根据盐度与均一温度可得成矿流体密度为0.91 g/cm3～0.97g/cm3。说明高家堡子银矿成矿流体盐度为一具有较低密度的低盐度流体，盐度分布范围连续，可能反应了后期低盐度流体的持续加入。

5.2 单个流体包裹体激光拉曼

前已述及，高家堡子银矿床流体包裹体片内单个流体包裹体的直径不大。故本次单个包裹体激光拉曼光谱测试只能选取部分合适的包裹体进行测试，存在部分测试结果峰值不十分明显的现象。测试结果反映单个流体包裹体气相成分主要为H2O、CH4及CO2(图5)。由于受到包裹体直径大小限制，激光拉曼光谱测试可能仅部分揭示了成矿流体的特征。

表1 高家堡子银矿流体包裹体均一温度测定结果Table 1 Microthermometric data of fluid inclusions from the Gaojiapuzi Ag deposit

图3 高家堡子银矿流体包裹体均一温度直方图Fig.3 Histograms of fluid inclusions homogenization temperature in the Gaojiapuzi Ag deposit

图4 高家堡子银矿流体包裹体均一温度盐度图解Fig.4 Homogenization temperature-salinity diagram of fluid inclusions in the Gaojiapuzi Ag deposit

5.3 群体流体包裹体气液相成分

鉴于激光拉曼光谱测试未能全面揭示成矿流体特征，故本次研究采用了群体流体包裹体气液相成分测试加以印证。表2、表3分别列出了群体包裹体气相、液相阴阳离子成分测试结果。

图5 高家堡子银矿流体包裹体激光拉曼光谱图Fig.5 Laser Raman spectra of fluid inclusions in the Gaojiapuzi Ag deposit表2 高家堡子银矿包裹体气相成分表(mol%)Table 2 Chemical compositions of gases in fluid inclusions from the Gaojiapuzi Ag deposit (mol%)

样品号矿物H2N2COCH4CO2H2ODg-2石英0.07690.19340.05210.034921.881.949×105Dg-3石英0.09540.13450.03230.03785.5262.197×105Dg-4石英0.10470.20040.05000.017417.322.476×105

5.4 氢氧同位素测试

D-O同位素测试分析的δD值由实验室测定给出，δ18OH2O值通过公式1000lnα石英-水=3.38×106T2-3.40计算，其中T为绝对温度。经计算的D-O同位素结果列入表4，成矿期石英单矿物δDV-SMOW值介于-96.4‰～-90.5‰，δ18OH2O值介于-4.62‰～-2.64‰。在氢氧同位素图解(图6)上，本次研究的样品投点范围在岩浆水下方，向大气降水线偏移。

6 讨论

6.1 成矿流体特征

高家堡子银矿床内发育气液两相水盐流体包裹体与纯液相包裹体，极少见有含CO2三相及含子矿物相包裹体。该特征与多名学者在青城子矿田内其他矿床的研究结果(迟永坤，2002；李基宏，2005；张森等，2012；马玉波等，2012)一致。详细的流体包裹体显微矿相学特征在成矿流体研究中应当引起足够重视(卢焕章等，2004)；详尽的流体包裹体矿相学特征研究才能完整反映成矿流体的特征(Zhaoetal., 2013；Dengetal., 2015)。有研究(代军治等，2006b)认为高家堡子银矿内存在流体不混溶现象，依据是采集自蚀变大理岩中的样品内存在含CO2三相流体包裹体。这种认识与证明存在流体不混溶现象的包裹体显微矿相学特征(卢焕章等，2004)有偏差；且据研究(王可勇等，2008)，蚀变大理岩并非高家堡子银矿的主要矿石类型。

表3 高家堡子银矿包裹体液相阴阳离子成分表(×10-6)Table 3 Chemical compositions of liquid in fluid inclusions from the Gaojiapuzi Ag deposit(×10-6)

本次研究发现所采集样品内存在流体包裹体组合，多个单个流体包裹体具有相近的大小、气液比等特征，并均产出在同一石英矿物颗粒内。该特征反映了主矿物均一捕获流体相的过程(迟国祥和卢焕章，2008)。流体包裹体均一温度在较低温度区间(122℃～185℃)，反映成矿温度较低。成矿流体的盐度在1.05%～9.34%NaCleq，盐度变化连续。低温低盐度的流体包裹体可能反映了大气降水部分参与了成矿。激光拉曼光谱测试与群体包裹体气相成分测试也显示成矿流体中H2O为最主要的气相成分。但是低盐度流体参与了成矿流体不能简单地说明成矿流体来自大气降水。成矿是一个多种因素有机耦合的过程，成矿流体演化亦是一个复杂的过程(Dengetal., 2003a, 2003b; 王庆飞等，2007；刘利等，2012；李义明等，2013；黄凡等，2014)。群体包裹体液相阴阳离子分析结果中Na+/K+比值稳定且介于2～10之间，反映了成矿流体可能不具岩浆流体的特征。

6.2 青城子矿田金银矿床成矿流体来源

前人对青城子矿田范围内多个矿床成矿流体的氢氧同位素特征已有研究(孙立民等，1999；刘先利等，2000；孙文涛等，2008；马玉波等，2012；张森等，2012)。由于部分测试数据年代较远，有的测试数据未对氧同位素进行温度校正，使得测试数据可信性有所降低。区域地质背景与矿床地质特征反映矿田内金、银矿体特征基本一致，有的矿床甚至就是另一个矿床延长的某一矿段(张森等，2012)。多个金银矿床具有相同的赋矿层位、矿石结构构造及流体包裹体岩相学特征，包裹体均一温度也基本都在110℃～200℃之间。此次研究选取了部分青城子矿田内金、银、铅锌矿床氢氧同位素测试结果进行研究分析。氢氧同位素测试结果见表4，氢氧同位素关系图解见图6。

根据资料，金银矿床的δD值范围在-48‰ ～ -93‰，计算后的δ18OH2O值范围为-8.36‰～+4.45‰。单纯看数据范围，落在大气降水与变质流体、岩浆流体混合范围之内。矿田内中生代浅成侵入岩与成矿具有直接的关系，有研究者(代军治等，2006b)认为金银矿成矿流体只来自于岩浆流体。可以肯定侵入岩对于成矿具有直接贡献，但同时流体包裹体研究所反映的低盐度大气降水也有参与其中。且根据对成矿流体中阴阳离子成分的测试中，Na+/K+>4；Na+/(Ca2++Mg2+)<1，均不在(Roedder, 1972，转引自熊索菲等，2014)统计研究的典型岩浆来源流体范围内。

通过与青城子矿田内铅锌矿氢氧同位素特征对比(图6)可以看出：从铅锌矿向金、银矿成矿流体中岩浆热液成分减少，而大气降水成分增加。该特征反映了成矿流体符合岩浆活动驱动的浅成低温热液成矿系统的特征：由较靠近热源核心的中温铅锌矿向外围低温的金、银矿床，岩浆热液参与成分减少而围岩中低盐度大气降水参与增多。成矿时，来自深源花岗岩的侵位使整个地区温度提升，形成了一系列对流循环系统，成矿物质从围岩中活化出来并运移，最终在不断与对流循环的大气降水混合并融合成统一系统至合适的空间部位沉淀成矿。该种成矿模式已经在德兴地区开展了较深入研究，并得到印证(毛景文等，2012)。该类型矿床中成矿流体为岩浆活动驱动热液与大气降水持续反应，最终融合，而并非简单的岩浆水与大气降水的混合。

表4 青城子矿田部分矿床氢氧同位素测试结果Table 4 Oxy-hydrogen isotope composition of fluid inclusions in some deposits from Qingchengzi orefield

6.3 矿床成矿机制探讨

矿床有用成矿物质的沉淀与聚集是一个漫长又受到诸多条件限制的过程(邓军，2012；张朋等，2015)。高家堡子银矿所处的辽东裂谷于古元古代早期开始形成，裂谷内发育海底热水沉积物，沉积了大量的金、铅、锌、银、铜等成矿物质 (董存杰等，2010；张朋等，2013)。海底还原环境与生物分解作用于沉积物，加之后期裂谷闭合引起的区域变质作用使得成矿物质在该地区初步富集，形成了初始矿源层(李基宏，2005；孙文涛等，2008；张森等，2012)。至中生代太平洋板块的俯冲引发的一系列岩浆活动在本区内也有体现，矿田范围内有新岭岩体、姚家岭岩株及双顶沟岩体(图1)侵位。有研究者(王可勇等，2008)认为薛春纪等(2003)高家堡子银矿石英包裹体Rb-Sr等时线年龄234±14Ma和石英40Ar/39Ar快中子活化年龄238.8±0.6Ma代表了矿床成矿年龄，而芮宗瑶等(1994)测得的新岭岩体年龄230.7±5Ma晚于成矿时代，反映成矿与岩浆岩活动无关。事实上，薛春纪等(2003)在小佟家堡子-高家堡子成矿时代研究的结果讨论中已经探讨过成矿年龄与花岗岩成矿时代的关系，认为成矿年龄与早期花岗岩K-Ar法测年结果相吻合，并认为是岩浆活动导致成矿事件发生的。陈江峰等(2004)通过研究高家堡子银矿及辽东裂谷带内其他矿床Pb同位素特征，指出花岗岩为成矿提供热源是可能的。马玉波等(2013)分析了青城子矿田范围内榛子沟铅锌矿及白云金矿的硫、铅同位素特征，通过分析指出矿床成矿物质有来自地层与岩浆的证据。

图6 青城子矿田部分矿床流体包裹体氢氧同位素关系图Fig.6 δD-δ18OH2O relationship of fluid inclusions in some deposits from the Qingchengzi orefield 1-高家堡子银矿(刘先利等，2000)；2-高家堡子银矿(张森等，2012)；3-高家堡子银矿(本文数据)；4-小佟家堡子金矿(张森等，2012)；5-小佟家堡子金矿(孙立民等，1997)；6-杨树金矿(孙文涛等，2008)；7-榛子沟铅锌矿(马玉波等，2012)；8-榛子沟铅锌矿(迟永坤，2002)；9-甸南铅锌矿(迟永坤，2002) 1-Gaojiapuzi Ag deposit (Liu et al., 2000); 2-Gaojiapuzi Ag deposit (Zhang et al., 2012); 3-Gaojiapuzi Ag deposit (from this study); 4-Xiaotongjipuzi Au deposit (Zhang et al., 2012); 5-Xiaotongjipuzi Au deposit (Sun et al., 1997); 6-Yangshu Au deposit (Sun et al., 2008); 7-Zhenzigou Pb-Zn deposit (Ma et al., 2012); 8-Zhenzigou Pb-Zn deposit (Chi et al.,2002); 9-Dian nan Pb-Zn deposit (Chi et al.,2002)

结合本次对于成矿流体特征及来源分析，对高家堡子银矿的成矿机制初步探讨如下：古元古代裂谷形成过程中形成了初始矿源层；中生代岩浆侵位为初始矿源层的活化再次富集提供了热源及新的构造空间。在岩浆热力的驱动下局部发育热液活动系统，岩浆分异演化流体与沿构造裂隙渗入的大气降水反应，矿源层内成矿物质再次活化富集并沉淀，形成了高家堡子银矿。

7 结论

(2) 青城子矿田内金银矿床成矿流体为有低盐度大气降水参与其中的岩浆热液驱动的热液系统；成矿流体并非简单的岩浆水与大气降水的混合。

(3) 高家堡子银矿成矿机制为古元古代辽东裂谷初始矿源层富集基础上，中生代岩浆活动驱动的热液系统成矿；岩浆热液在成矿过程中起到了重要的作用。

致谢野外考察过程中得到了辽宁地勘局与青城子矿业公司相关领导的关心与帮助，成文过程中与中国地质大学(北京)王庆飞教授进行了诸多有益讨论，匿名审稿人对论文提出了诸多建设性意见，在此一并表示衷心感谢！

[注释]

① 辽宁地质调查局103队. 1993.辽宁凤城青城子矿田高家堡子银矿床详查储量计算说明书.

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Characteristics of Ore-Forming Fluids in the Gaojiapuzi Ag Deposit of the Qingchengzi Orefield,Liaoning Province and Geological Implications

ZHAO Yan1,2, ZHANG Peng2, LÜ Jun-chao2, ZHANG Sen2, KOU Lin-lin2，YANG Zhi-jun3

(1.ChinaUniversityofGeosciences(Beijing),Beijing100083;2.ShenyanginstituteofGeologyandMineralResources,Shenyang,Liaoning110034;3.ShaanxicenterofGeologicalSurvey,Xi'an,Shaanxi710068)