辽宁凌海市金家金矿床流体包裹体研究

2021-07-30李占春李国宽张振强

东华理工大学学报(自然科学版) 2021年3期

李占春，李国宽，张振强

(1.核工业二四三大队，内蒙古赤峰 024000；2.核工业二四○研究所, 辽宁沈阳 110032 )

金家中型金矿床位于辽宁省凌海市娘娘宫乡，该矿床包括刘屯(Ⅰ)和金屯(Ⅱ)两个矿体，矿石类型为硫化物石英脉型，以品位富、埋藏浅而受到广泛关注。李国宽等(1995)、王永红(2013)、侯振远(2013)先后对该矿床开展了矿床地质特征及成因、深部找矿预测研究。但关于矿床流体包裹体方面的研究仍相对薄弱，制约了人们对该矿床成矿物理化学条件方面的认识。笔者在野外地质工作基础上，对采取地表、坑道及钻孔中的含金石英脉样品进行包裹体测温和成分分析。通过成矿温度、盐度、流体密度和压力、氧分压逸度值等参数的测试和计算，研究矿床形成的物理化学条件，初步揭示矿床的成因，为下步找矿工作提供参考。

1 矿床地质概况

1.1 大地构造位置

研究区处于中朝准地台燕山台褶带医巫闾山古凸起与山海关古隆起的过渡部位(图1)。东邻下辽河坳陷，西邻辽西坳陷，为长期隆起区，具克拉通特征，是青龙-锦西深断裂与北镇-锦西断裂带的复合部位(韦永福等，1994)。

图1 区域地质构造图Fig.1 Regional geological and tectonic map1.燕山期侵入岩；2.中生界；3.元古界-古生界；4.太古界；5.金矿床；6.断裂；7.地质界线；8.研究区范围

结晶基底为太古宙花岗岩及建平群大营子组变质岩系，盖层为中元古长城群大红峪组及高于庄组、中生代侏罗系、白垩系。侵入岩为燕山期天桥厂岩体，岩性主要有二长花岗岩和斜长花岗、黑云母花岗岩。脉岩主要为闪长岩、花岗斑岩、煌斑岩、角闪岩及长英质岩脉等。

金矿化受东西向断裂和北东向断裂的联合控制，常产出于两者的交汇部位。目前已发现多个金矿床或矿化点，包括水泉、上隈、老官堡、越泉沟等。矿石类型以含金石英脉型为主，可产出于不同岩性的围岩中，如新太古代混合花岗岩(2 513 Ma)、中元古代长城系大红峪组长石石英砂岩、石英质砾岩、炭质板岩和高于庄组燧石条带灰岩、白云岩夹炭质页岩。金矿床(点)成群出现，带状分布，形成了金家地区东西成带、北东成行的成矿格局(马永昌,1991；关康等,1989)。

1.2 矿床地质

金家金矿床产于太古宙花岗岩及建平群大营子组中，其明显受北东向断裂控制，包括刘屯(Ⅰ号)和金屯(Ⅱ号)两个矿体(图2)。

图2 金家地区地质图Fig.2 Geological map of Jinjia area1.第四系砂、砾石；2.长城系于庄组；3.建平群大营子组角闪岩；4.闪长岩脉；5.煌斑岩脉；6.张扭性及压扭性断裂；7.正断层及构造破碎带；8.金矿床(点)

1.2.1 矿体特征

矿体整体近东西向脉状分布。以含金硫化物为特征的单脉形式出现，局部亦有小规模的含金银石英复脉。与含金石英脉相伴生的主要是闪长岩脉，两者呈平行关系。矿体形态产状与含矿构造一致(侯振元，2013)。含矿构造具多期演化特点，其沿走向具舒缓波状、膨胀、收缩、尖灭等特征，并严格控制着所充填的闪长岩脉和含金石英脉(矿脉)产状和形态的变化(李国宽等，1995)。

刘屯矿体走向延伸长约190 m，出露宽2.20～5.40 m，矿体平均水平宽度2.44 m，金平均品位15.47×10-6；矿体产于构造下盘，产状与构造一致，倾向北北西，倾角71°～80°。金屯矿体产于构造下盘，地表矿体走向延伸长约88 m，出露宽3.20～5.20 m，矿体平均水平厚度1.3 m，产状与构造产状基本一致，倾向北，倾角73°～78°，矿体金平均品位6.19×10-6。

1.2.2 矿石类型及矿物组合

矿石类型分为硫化物-石英脉型和硫化物-硅化带型。矿石包括氧化和原生矿石。Ⅰ号地段多为氧化矿石，Ⅱ号地段多为原生矿石。

矿石中金属矿物主要有自然金、银金矿、碲金银矿、黄铁矿、黄铜矿、褐铁矿等；脉石矿物主要为石英，次为长石、角闪石、绢云母、方解石。

1.2.3 成矿阶段

成矿阶段可划分为3个阶段：①金银-黄铁矿-白色石英阶段；②金银-多金属硫化物-石英阶段，为主成矿期；③表生氧化阶段。黄铁矿等硫化物在表生氧化条件下形成如褐铁矿、铜蓝和孔雀石等。

2 样品采集与测试方法

样品采自刘屯和金屯二个矿体的地表、坑道及钻孔中(沿矿体倾向)。岩性主要是含矿石英脉，测定矿物为石英(图3)。

图3 金家金矿岩矿石特征 Fig.3 Characteristics of rock and ore in Jinjia gold deposit a.含金及黄铁矿的石英脉(地表);b.含金属硫化物的石英脉(坑道)

包裹体的冰点及对应的均一温度在GPMR红外测温室完成，测试仪器为英国生产的LinkamMDS600型显微冷热台。测试精度高(全程0.1 ℃)和高稳定(<0.01 ℃)，由核工业北京地质研究院包裹体实验室完成测试工作。

爆裂测温样品制备：破碎后筛分，留取0.2～0.5 mm部分1～3 g。

包裹体薄片制作：薄片磨成厚度0.1 mm，两面抛光，薄片大小40 mm×20 mm，在温度为60～80 ℃下进行薄片黏合。

3 包裹体特征

3.1 岩相学特征

包裹体以原生气液包裹体为主，多呈浑圆状、三角状、长条状或不规则形状，数量较多(图4)，大小为4 μm×3 μm～20 μm×40 μm，分布没有明显的规律性。气相多为半透明，少数带黑灰色色调；液相为无色透明。气液比为5%～80%,多数为20%～50%。

图4 石英包裹体岩相学特征Fig.4 Petrographical features of fluid inclusions in quartzL.液相包裹体；V.气相包裹体

3.2 成分特征

矿物形成时所捕获的原生包裹体成分可以反映成矿时溶液的正负离子成分及浓度特性(和中华等，2008；胡宝群等，2013)。

金家金矿成矿流体中气相成分主要为CO2、CH4及少量H2；液相成分主要成分为Ca2+，Na+，Cl-及HCO3-等(表1)。阳离子以Ca2+、Na+为主，其次是K+、Mg2+。Ca2+远大于K+。阴离子主要为Cl-，其次是HCO3-、F-及SO42-。可以认为成矿流体是一种富含CO2、Ca2+、 Na+、Cl-和一定量的HCO3-、F-及SO42-，少量Hg2+、CH4、H2的流体，为NaCl-H2O-CO2体系。

3.3 温度与盐度

3.3.1 温度

测温主要有均一法和爆裂法两种方法。相比而言，均一法测温数据更直接可信(卢焕章等，1991)。均一温度与实际成矿温度之间的关系为:

Tt=Th+ΔT

式中，ΔT为不确定的校正值，其变化范围较大，主要由成矿压力和流体盐度确定(姚玉增等，2001)。金家金矿成矿流体压力(平均为133×105Pa)和盐度(平均为8.5%)都较低(表2)，因此包裹体均一温度可以近似地视为本矿床的成矿温度(罗镇宽等，1993)。

均一法测温结果如表2。刘屯矿体均一温度为108～240 ℃，平均为214 ℃；金屯矿体均一温度为160～244 ℃，平均199 ℃(表2)，二者均一温度大体一致。均一温度直方图呈单峰式(图5)，整个矿床成矿温度为108～244 ℃，平均温度为210 ℃。

图5 石英包裹体均一温度直方图Fig.5 Histogram of homogenization temperature of fluid inclusions in quartz

3.3.2 盐度与矿化度

盐度对研究成矿流体性质、包裹体测温和压力估算方面有重要作用。冷冻法所测定的盐度实际上是多组分的综合结果，以相当于 NaCl的质量分数表示。对包裹体进行冰点测定，相应的盐度可由卢焕章等(1992)冷冻温度-盐度换算表查出。由表2可知，金家金矿盐度为6.5%～11.6%(NaCl)，平均8.5%(NaCl)，为中低等盐度。

表2 金家金矿的矿物包裹体温度、盐度、密度和压力

矿化度为1 L水中所溶解溶质的总质量，它概略表示了成矿流体的矿化能力(李保华等，1995；于成涛等，2011)。由MR=χF-+χCl-+χSO42-+χK++χNa++χCa2++χMg2++χHCO3-计算所得。由表1可知，刘屯主矿体(I)的矿化度平均为38.34 g/L，金屯主矿体(Ⅱ)矿化度平均为38.35 g/L，二者非常接近，说明它们的成矿流体性质是相同的。整个金家金矿矿化度为30.73～51.19 g/L，平均38.35 g/L。

矿化度小于1 g/L为淡水，1～3 g/L为微咸水，3～10 g/L为咸水，10～50 g/L为盐水，大于50 g/L为卤水(张为民等，2015；孙清钟等，2012；宁均陶等，2012)。金家金矿包裹体水(表1)相当于盐水，个别样品接近卤水。

3.4 流体密度和压力

成矿流体密度和压力是根据气液包裹体的均一温度和盐度数据，采用NaCl-H2O溶液的密度式和等容式计算得出(刘斌等，1987；孙晓明等，1996)。从表2可以看出，矿床流体密度较低，为0.85～0.95 g/cm3，平均0.91 g/cm3。压力的测算常采用经验公式 (邵洁涟等，1986)。计算表明(表2)，刘屯矿体成矿流体压力平均为97×105Pa，折算深度0.38 km，金屯矿体成矿流体压力平均为207×105Pa，折算深度0.81 km。两个矿体深度的差异(金屯矿体相对深些)是由于两个矿体在同一剥蚀水平下所出露的部位不同造成。两个矿体出露标高差不多，几乎处在同一标高的剥蚀水平。刘屯主矿体剥蚀到了中下部，矿体向下延深不大；而金屯矿体仅剥蚀了前缘部分，刚到矿体头部，矿体向下还有较大延深(李国宽，2000)。

就整个金家金矿来说，成矿流体压力为(79～262)×105Pa，平均为133×105Pa，为低的流体压力值。若压力梯度按253.3×105Pa计算，则成矿深度约为0.53 km，属浅成矿床，具有中低压力特征。

3.5 氧分压逸度

氧分压逸度是根据表1列出的包裹体成分计算得出的。金家金矿的fO2为-50.84～-114.30(表1)，变化较大，平均为-70.36，均属中低氧逸度范围(吕军，2010；刘红樱等，2000)。

3.6 pH和Eh值及金的搬移迁移

成矿溶液的pH值采用姚玉增等(2001)计算的方法获得。矿化阶段流体的pH值基本接近，为5.37～6.70(表1)，平均为6.12，为弱酸性环境。但两矿体的矿化酸碱度存在差异，刘屯平均为6.29，金屯平均为5.86。

矿床成矿时氧化还原电位(Eh)为-0.21～-0.45 V(表1)，平均Eh为-0.37 V，全部小于0，说明形成过程是在还原条件下进行的，较低的氧化还原电位对金的沉淀是有利的(肖德长等，2012；刘乃忠，2017)。在金的络合物溶液中，当氧化还原电位高时，将产生高价铁离子，并因受水解作用而带有正电荷的含水氧化铁凝胶沉淀，而金的络合物为负电性，从而加强了金的活动性。当氧化还原电位降低时，则低价铁离子浓度增大，金的活动受到抑制而迅速沉淀。

成矿流体中的阴离子主要为Cl-，说明金是以氯的络合物形式被搬运。金的主要络合物为Na[AuCl2]组成络合物的阳离子，还可以是Ca2+、K+、Mg2+等。在金发生沉淀时，金是以原子状态存在，说明金的沉淀处于还原环境中，同时还有大量黄铁矿生成，因为Fe和S 离子是变价，如Fe2+→Fe3+以及S2-→S0→S6+，所以起还原作用的是Fe和S离子。