新疆西天山阿希金矿石英组构及电子探针成分分析的指示意义

李 羚，彭义伟，田秦珠

（成都理工大学，四川 成都 610059）

阿希金矿床是新疆西天山大型低硫型浅成低温热液矿床，其巨大储量和成矿的特殊性引发了众多学者的研究，包括地质特征[1，2]地球化学特征[3，4]、成因意义[5，6]、成矿作用类型[7]以及找矿远景[8]等。石英是浅成低温热液金矿床中主要的脉石矿物和载金矿物，其形态结构、化学成分和物化性质等特征可能反映了矿床发育过程中热液条件的变化，包括有利于金矿化的热液条件[9]。因此，石英及其集合体的形态、化学组分、阴极发光等特征，对找矿有很好的指示作用。石英阴极发光是研究石英的一种手段，它能很好的显示出石英在光学显微镜下难以观察区分的各种原生结构和次生结构，如生长环带、显微裂隙等，具有很大的应用价值[10，11]。

由于黄铁矿作为最直接的载金矿物，前人对阿希金矿中的黄铁矿进行了大量的测试分析[12]，忽视了石英这一矿物与金的联系。因此，本文结合镜下观察、石英阴极发光和电子探针成分分析的研究，旨在查明阿希金矿中不同类型石英与金成矿的耦合关系，希望对该区指导找矿工作提供参考。有效地区分阿希金矿中富矿石英和贫矿石英的特征，也能为其他浅成低温热液型金矿床提供参考。

1 区域地质背景

阿希金矿床大地构造位置处于天山褶皱系博罗科努加里东地槽褶皱带吐拉苏断陷盆地西段。吐拉苏盆地具双层结构，下部浅变质层为中元古界蓟县系库松木契克群（Jxks）灰岩、钙质砂岩和不整合覆盖于其上的新元古界青白口系开尔塔斯组（Qnkr）泥质岩、白云岩及大理岩；上部为加里东期未变质沉积岩，由中奥陶统奈楞格勒达坂组（O2nl）凝灰质钙质粉砂岩、上奥陶统呼独克达坂组（O3h）灰岩夹细碎屑岩、下志留统尼勒克河组（S1nl）碳酸盐岩夹碎屑岩、上泥盆统吐乎拉苏组（D3t）石英砂岩和砂砾岩组成。盖层为下石炭统大哈拉军山组（C1d）陆相中酸性火山岩和火山碎屑岩以及不整合覆盖于其上的阿恰勒河组（C1a）海相碎屑岩和生物碎屑岩组成[14]。下石炭统大哈拉军山组地层具有区域控矿意义[1，14]。

吐拉苏盆地断陷形成于早石炭世，盆地基底褶皱和断裂构造十分发育。北有科古琴山南坡断裂，南有伊犁盆地北缘断裂，这两个深大断裂对盆地的演化有着深远影响，同时也是重要的导矿构造。区内基底褶皱包括青白口纪末的契尔格（隆起）背斜和晚志留世的蒙马拉勒复背斜，区内盖层褶皱具有叠加性质,产状平缓。盆地内还发育有晚古生代火山机构以及围绕火山机构形成的一系列环形构造，它们对金矿的形成都具有重要意义[16]。

区域侵入岩以中酸性为主，不甚发育，主要分布于科古尔琴坳陷褶皱带内。火山岩分布广泛，以喷发岩为主，岩性由中偏基性-中酸性-酸性过渡，火山岩区及喷发带在区域上控制着金矿床的展布特征。下石炭统大哈拉军山组地层为一套中性-中酸性火山岩夹碎屑岩建造，厚约1500 m，分为灰色砾岩段酸性凝灰岩段、下安山岩段、火山碎屑岩段、上安山岩段五个岩性段，其安山岩段是金等成矿元素的主要来源。

2 矿区地质特征

阿希金矿矿区出露的地层主要为下石炭统大哈拉军山组第五岩性段火山岩和阿恰勒河组碎屑沉积岩，后者呈不整合覆盖于前者之上。阿希金矿床产于大哈拉军山组安山岩中，矿体产出位置严格受F2断裂控制[15]。矿区发育一系列与古火山机构密切相关的环形放射状断裂构造，对矿床的形成和产出起着重要作用（图1）。

阿希金矿矿体总长超过1000m，一般厚度为11m ～15m，最大厚度35m，最大控制斜深450m。矿体产于断裂带及其上盘黄铁绢英岩化带内。I 号矿体位于主矿带-F2断裂上盘的安山玢岩中，在断层控制下呈近南北向弧状展布，方向延伸，倾向东，倾角85°～55°。矿体在剖面图呈若干平行似板状、脉状、透镜状向深部延伸并逐渐变薄乃至尖灭。I 号矿体Au 平均品位为5.57 g/t，占总储量的93.35%[15]。I 号矿体又可分为8 个矿体，其中Ⅰ1-1规模最大，为石英脉型金矿，余者规模较小（图2）。

图1 阿希金矿床矿区地质图

阿希金矿床的矿石按氧化程度可分为原生型矿石（约占90%）和氧化型矿石（约占10%）。原生矿石又可据其组构特征分为石英脉型矿石（约占20%）、蚀变岩型矿石（约占20%）和角砾岩型矿石（约占60%）。其中，石英脉型矿石为矿体主要类型，主要由烟灰色脉状石英、玉髓和含金硫化物组成（图3a,b）；蚀变岩型矿石由近矿围岩经强烈绢英岩化和粘土化蚀变形成，常被细脉或网脉状烟灰色石英穿插；角砾岩型矿石是由安山岩或不同期次石英脉经过改造挤压破碎呈角砾后被晚期热液矿物胶结而成（图3c）。

矿石主要金属矿物有黄铁矿、白铁矿、毒砂、自然金、黝铜矿、闪锌矿，有少量的黄铜矿、方铅矿、深红银矿。脉石矿物以石英为主，还有少量绢云母、菱铁矿、白云石、方解石等。矿石构造主要有星散浸染状构造（图3f）、细脉浸染状构造、皮壳状构造（图3d）、脉状构造（图3b）、网脉状构造、角砾状构造（图3c）、条带状构造（图3b）、梳状构造（图3b）、晶洞状构造、火焰状构造等；矿石结构主要有胶状结构（图3e）、玉髓状结构、叶片状结构、环带结构、交代残余结构等。根据矿物组合、结构构造以及脉体间的相互穿插、交代关系，可将阿希金矿床热液成矿期可划分为4个成矿阶段：隐晶-微晶质石英（玉髓）阶段（Ⅰ），该阶段石英（QⅠ）为乳白色胶状或玉髓状，常呈细脉状产出，含少量细粒自形-半自形黄铁矿，先胶结安山岩角砾，后又破碎成角砾被更晚期的脉石矿物胶结；石英-硫化物-自然金阶段（Ⅱ），为金的主要成矿阶段，发育大量烟灰色石英脉（QⅡ1）、皮壳状石英（QⅡ2）和乳白色角砾状石英（QⅡ3），石英脉中发育黄铁矿、毒砂等硫化物，为主要的成矿阶段；石英碳酸盐阶段（Ⅲ），发育粗粒自形的梳状石英（QⅢ）或碳酸盐矿物；碳酸盐阶段（Ⅳ），形成粗粒脉状方解石。

图2 阿希金矿A-A’勘探线剖面图[17]

图3 阿希金矿矿石组构

表1 石英电子探针成分分析数据

通过大量的岩相学观察，我们发现仅有石英-硫化物-自然金阶段（Ⅱ）阶段的皮壳状石英（QⅡ2）中的灰色硫化物层中含有自然金。皮壳状构造的矿石，石英约占80%，呈自形-半自形粒状，分未结晶的二氧化硅胶体、微晶石英、粗大自形石英三种晶形。自皮壳外向内依次为微晶石英，胶状石英，微晶石英，粗晶石英。微晶石英和粗晶石英多呈梳状。黄铁矿约占13%，常呈长条状或叶片状，皮壳状构造中通常有若干层金属硫化物，主要为黄铁矿，有少量白铁矿和毒砂。金属硫化物多沿皮壳的圈层分布于微晶石英中，少量介于微晶石英和胶状石英之间，总体上更靠近微晶石英。当然，同一块矿石可能形成若干期次皮壳状构造中各种结构的石英循环往复出现。

3 样品采集及测试方法

用于镜下观察、阴极发光拍照和电子探针成分分析的样品均采自阿希金矿区露天采坑矿体中，主要为安山岩矿石中的烟灰色石英-硫化物脉。将样品磨制成探针片，进行详细的矿相学观察，选择矿石中的典型皮壳状石英，采用扫描电镜阴极发光（SEM-CL）仪，结合电子探针分析（EPMA），得到皮壳状石英主量元素含量。样品测试分析在西南石油大学完成，分析方法遵循《岩石样品扫描电子显微镜分析方法》（SY/ T 5162-1997）规定的要求。

4 结果

对阿希金矿床标本中皮壳状石英进行阴极发光拍照（图4），可以更清晰地观察到石英的结构特征，皮壳状石英分未结晶的二氧化硅胶体、细粒石英、粗大自形石英三种晶形。自皮壳外向内依次为细粒石英，胶状石英，细粒石英，粗晶石英。细粒石英和粗晶石英多呈自形的梳状。皮壳状构造中通常有若干层金属硫化物，沿皮壳的圈层分布于微晶石英中，少量介于微晶石英和胶状石英之间，总体上更靠近微晶石英。胶状石英具有明暗相间的特征，粗粒梳状石英内部明暗程度也有一定的变化。

同时，用电子探针分析不同种石英的Na、Al、Ti、Fe、Mn等元素，结果显示，通常Na2O、Al2O3较高的部位为亮带，FeO、MnO 较高的部位为暗带，即含矿带，这与上述岩相学观察的结果保持一致。Na、Al 含量随阴极发光强度的增加而增加，而Fe、Mn 含量随阴极发光的增强而减少； Na+Al 含量在细粒石英和梳状石英中偏低，在胶状石英中含量偏高；单从Al 的含量来看，在自皮壳向外的生长方向上，即由胶状石英到粒状石英，再到梳状石英的方向，Al 含量有一个明显降低的趋势；Ti 含量在梳状石英中最低，在细粒石英中普遍较低，在胶状石英中普遍较高（表1）。

5 讨论

通过对阿希金矿床中石英组构、阴极发光和电子探针成分分析的研究，我们有以下发现：

（1）前人将浅成低温热液型金矿床中的石英结构分为原生生长结构、重结晶结构和交代结构三种，定义了13 种石英结构[9]。其中石英的原生生长结构是指形成于晶体生长或非晶质二氧化硅沉淀过程中的结构，包括了胶状、梳状、环带等结构。胶状结构普遍被认为是流体沸腾的标志，形成于温压变化很快，二氧化硅来不及结晶就迅速冷却沉淀的条件下[18，19]。而自形的梳状石英通常缓慢沉淀于空间充足，温压变化不大的环境中。阿希金矿床中同一块矿石中胶状石英、粒状石英、梳状石英的多次重复出现，说明流体经历过多次沸腾作用；沸腾时二氧化硅胶体先沉淀，随后温度逐渐降低，金属矿物随细粒石英一起沉淀下来；温度进一步降低，基本维持在稳定条件下时，梳状石英缓慢沿裂隙两壁对称生长。综合考虑矿床构造控矿的显著特征，推测皮壳状构造形成于构造作用导致的压力突然释放并逐渐稳定下来的过程。

（2）阿希金矿床中金主要赋存于石英-硫化物-自然金阶段皮壳状构造的矿石中，自皮壳外向内依次为微晶石英，胶状石英，微晶石英，粗晶石英。金属硫化物多沿皮壳的圈层分布于微晶石英中，少量介于微晶石英和胶状石英之间，总体上更靠近微晶石英。从手标本来看，无矿石英则一般为块状纯净的乳白色或白色，透明度好，而含矿石英通常为烟灰色，透明度差，含较多的杂质，如金属硫化物等。

（3）石英阴极发光拍照和电子探针成分分析表明，胶状石英具有明暗相间的特征，粗粒梳状石英内部明暗程度也有一定的变化，说明即使在特定的某种石英形成过程中，其外部物理化学条件也存在一定波动。Na+Al 含量在细粒石英和梳状石英中偏低，在胶状石英中含量偏高，Na2O、Al2O3较高的部位为亮带，FeO、MnO 较高的部位为暗带，即含矿带，因此石英的阴极发光强度可作为评价矿石含矿性一种判别标志。石英自皮壳向外生长方向上，Al 含量有明显的下降的趋势，表明含矿热液从早期富 Al 到晚期 Al 耗尽的变化过程，揭示了矿化形成于pH 值增加的过程，pH 值的改变导致金络阴离子失去平衡，使得大部分金从其络阴离子中沉淀下来。而温度的改变也能使金从含矿热液中沉淀，Ti 含量从胶状石英到细粒石英再到梳状石英不断下降，因为Ti 含量与石英形成温度有明显的正相关关系。反映出皮壳状结构的石英形成过程中温度在不断下降，证明了温度下降破坏了含矿热液体系平衡，金等金属元素与饱和SiO2开始沉淀，因此，先形成的粒度晶形较差的胶状石英和细粒石英中的金含量最多。