湖南洪江市石榴寨金矿流体包裹体特征及地质意义

江福兵，毛 寅，孙立吉，范春玉

(湖南省自然资源事务中心，湖南 长沙 410000)

0 引言

雪峰山地区是华南地区最重要的多金属成矿带[1-3]，洪江市石榴寨金矿大地构造位置位于雪峰弧形构造带中段，属于湖南省著名的铲子坪金矿集区的Ⅲ矿带中部，矿山累计探明金金属量6.26 t，属中型矿山。前人已对位于同一矿田的铲子坪和大坪金矿床进行了较多的基础地质工作[4-7]，但是对石榴寨矿床的矿体形态、容矿建造、围岩蚀变及矿化特点、成矿流体特征尚未进行系统研究。本文通过对石榴寨金矿床的岩相学、成矿流体特征进行研究，探讨其成矿机制，以期为该区下一步边深部找矿工作提供指导。

1 成矿地质背景

1.1 区域地质

矿床大地构造位置处于扬子微板块与华南褶皱系之间的过渡地带，属于雪峰山弧形构造成矿带。区内地层以中元古界冷家溪群、新元古界板溪群、南华系、震旦系最发育，分布最广，沉积厚度在1000 m以上，是雪峰山成矿带金矿床的赋矿地层。构造以NE向断裂和褶皱构造为主，局部发育有NW、SN向断裂，切割或改造早期的NE向断裂和褶皱。区内岩浆岩发育，中华山、崇阳坪、白马山一带有燕山期中酸性侵入岩呈岩基、岩株产出；芷江艾头坪、大洪山、中方隘口、洪江黄师洞、新庄垅、会同东育司、通道垅城等地有基性—超基性岩呈岩脉、岩墙产出；洪江山石洞、颜容地区冷家溪群中可见少量玄武岩。

1.2 矿区地质

石榴寨金矿床处于区域性NNE向挤压构造带与白马山酸性岩基侵入上拱形成的NW向构造的交叉复合部位。构造的多期活动，在NE—NNE向压扭性断裂和紧密褶皱上叠加了NW向扭性断裂和宽缓褶皱。矿区处于牛塘界—双溪口复式背斜的宽缓的东翼，出露地层为下震旦统江口群长滩组一套浅变质岩，主要为长滩组第二、三岩性段(Zc2-Zc3)的含砾泥质板岩夹粉砂质板岩、变质砂岩及砂砾岩等(图1)。岩石矿物主要由隐晶长英质、碳酸盐及绢云母组成，可见细粒石英、碳酸盐-绢云母呈弯曲脉状产出，并且具有明显的定向变晶特征。虽然在石榴寨矿床范围内未见岩浆岩分布，但整个铲子坪矿集区内岩浆活动比较频繁，中华山岩体和白马山岩体分别在矿区西南和东北部出露。

图1 石榴寨矿区地质简图(大地构造图据文献8)

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

矿体主要赋存于震旦系长滩组第三岩性段第三层(Zc3-3)的含砾砂质板岩、夹砂质板岩、粉砂质板岩及长石石英杂砂质板岩中。矿化蚀变作用受NW向断裂构造控制，矿体空间形态呈透镜体。矿床主要的矿化蚀变带有Ⅲ-2、Ⅲ-18，矿化蚀变带中可划分出多个矿化体，矿化体中矿化较强的地段形成矿体。矿化蚀变带Ⅲ-2出露地表，规模较大，控制走向延长约740 m，倾向最大延深350 m，倾角50°～82°。其内赋存有 Ⅲ11、Ⅲ12、Ⅲ13、Ⅲ15、Ⅲ16、Ⅲ20、Ⅲ21 等矿体，其中规模较大的矿体为 Ⅲ11、Ⅲ12、Ⅲ20、Ⅲ21(图2)。

图2 石榴寨金矿Ⅲ10勘探线剖面图(据文献8)Fig.2 Sectional map of exploration line No.Ⅲ10 in Shiliuzhai deposit [8]

2.2 矿石特征

矿床的物质组分属简单类型。有用矿物为单一自然金，矿石矿物主要是黄铁矿、毒砂等(图3a、3b)，主要载金矿物是黄铁矿、毒砂和石英，次要的是绢云母、黄铜矿。脉石矿物为石英、绢云母，金属矿物与脉石矿物接触边界可见明显的压力影现象。矿石结构有晶粒结构、碎裂结构、交代结构，构造有块状构造、浸染状构造等。浸染状黄铁矿、毒砂以粗粒自形晶为主，毒砂约为黄铁矿含量的1/2～1/3(图3c、3d)。金矿化强弱与黄铁矿、毒砂含量呈正相关，硫化物多的地方金矿化好。部分矿体中石英及部分黄铁矿受挤压而破碎，形成碎粒、碎斑，甚至糜棱岩化，这种结构主要发育在NE向片理化带及断层通过矿化带的部位，部分金矿物就以裂隙金的形式产于碎裂石英和黄铁矿裂隙中[8]。

图3 石榴寨矿床岩相学照片Fig.3 Petrography photos of Shiliuzhai deposit

2.3 围岩蚀变

围岩蚀变有硅化、绢英岩化、绢云母化、黄铁矿化、毒砂化、碳酸岩化等，其中黄铁矿、毒砂从热液中结晶而成，呈星散状、浸染状或不规则团块状产于硅化和绢云母化岩石中，在绢英岩化岩石中较富集。

3 包裹体特征研究

3.1 样品及测试方法

作为封存在矿物晶格内的原始地质流体，流体包裹体是反映矿物形成环境和地质过程的重要原始记录，地质流体的组分、温度和压力测试分析是了解成矿流体理化性质最直接的手段[9-13]。由于前人对铲子坪金矿已做过包裹体研究，石榴寨金矿与铲子坪金矿同属一个矿集区，成矿流体极有可能为同一时期岩浆热液活动的产物。故本次研究选取石榴寨金矿床两件含石英、方解石脉硫化物矿石，经磨制、抛光后制成厚度为0.06～0.1 mm的包裹体测温片，从岩相学和包裹体测温研究方面，揭示石榴寨金矿与铲子坪成矿流体的关系(表1)。

表1 石榴寨金矿测温样品特征Table 1 Sample characteristics of inclusion temperature measurement in Shiliuzhai gold deposit

3.2 流体包裹体岩相学特征

石榴寨金矿石英脉中发育原生包裹体和次生包裹体两大类。次生包裹体较少，大多沿裂隙成排成串出现，且排列有一定的方向性，包裹体大小和形状都相似，容易识别。镜下所见包裹体类型主要为气液两相(Ⅰ型)，存在少量纯液相(Ⅱ型)。石英中气液两相流体包裹体(Ⅰ型)大小为4～8 μm；气液比为10%～40%；呈多边形，不规则状，卡脖子状。方解石中气液两相流体包裹体(Ⅰ型)多为4～8 μm；气液比为20%～40%，小群分布，形状多为四边形、长条状。纯水包裹体(Ⅱ型)在常温下该类包裹体大部分呈液态单相，形状为椭圆形(图4)。

图4 石榴寨金矿流体包裹体特征图Fig.4 Fluid inclusion characteristics of Shiliuzhai gold deposit (a)石英脉中的气液两相水溶液包裹体及纯液相包裹体，呈孤立状半负晶形；(b)方解石中气液两相包裹体，呈长条状； L—水溶液相 V—蒸汽相

3.3 流体包裹体均一温度、盐度和密度

本次研究样品选择石榴寨金矿8线及18线不同位置矿石样品进行包裹体研究，研究工作在信阳师范学院豫南岩矿、宝玉石鉴定及加工中心流体包裹体实验室完成。研究采用Linkam公司出产的THMSG-600型地质用冷热台，温度范围在-196℃～600℃之间，经标准人工包裹体校准，温度范围为30℃～600℃时精度为1℃，-196℃～30℃时精度为0.1℃。显微热台测定了包裹体的均一温度，并通过水溶液包裹体的冰点温度(水溶液包裹体)的测定，根据Brown(1989)的FLINCOR计算机程序，采用Brown-Lamb(1989)的等式及池国祥的H2O-NaCl-CaCl2计算体系计算了水溶液的盐度[14-16](表2)。

表2 石榴寨金矿包裹体测温结果统计Table 2 List of temperature measurement results of fluid inclusions in Shiliuzhai gold deposit

测试结果显示，石英为主矿物的Ⅰ型流体包裹体均一温度介于170℃～310℃之间；盐度w(NaCleq)为2.06%～16.53%，流体密度为0.84 g/cm3～1.02 g/cm3；方解石为主矿物的Ⅰ型流体包裹体均一温度介于161℃～215℃之间，盐度w(NaCleq)为6.29%～6.72%，流体密度为0.90 g/cm3～0.96 g/cm3。根据不同浓度的NaCl溶液的均一温度与压力关系图(Potter，1977)对所测得包裹体均一温度进行校正，校正值仅有几度至十几度，基本可以忽略不计，均一温度约等同于捕获温度。

总体上，石榴寨金矿流体包裹体均一温度介于161℃～310℃之间，盐度w(NaCleq)为2.06%～16.53%(图5)。

图5 石榴寨金矿流体包裹体均一温度、盐度直方图及均一温度-盐度频点图Fig.5 Histogram of uniform temperature and salinity and temperature-salinity frequency chart of fluid inclusions in Shiliuzhai gold deposit

3.4 成矿压力与深度的估算

流体压力的计算是根据邵洁涟计算成矿压力经验公式P1=P0×Tht/T0，P0=219+2620×N，T0=374+920×N获得[18]。其中，P1为成矿压力(105Pa)，P0为初始压力(105Pa)，T0为初始温度(℃)，N为盐度w(NaCleq)(%)，Tht为实测均一温度。由上述公式计算出石榴寨金矿成矿阶段压力范围为8.82 MPa～39.56 MPa，由此可见，石榴寨成矿压力较低。

根据流体包裹体捕获压力估算成矿深度，是目前常用的方法之一。据Sibson建立断裂带内流体与深度之间的非线性关系[19]，利用分段拟合深度和压力之间关系进行成矿深度估算[20]，求得石榴寨金矿成矿深度为0.9～4.0 km，属于浅成矿床。

4 讨论

该矿床内流体包裹体主要为气液两相，存在少量纯液相包裹体，成矿流体均一温度主要集中在180℃～220℃和280℃～320℃两个区间，盐度w(NaCleq)集中4%～8%和12%～18%两个区间(图5)，呈现出两期成矿流体特征。据曹亮等(2015)研究认为，铲子坪矿区流体包裹体完全均一温度集中在两个峰值区间，一个为160℃～220℃，另一个为280℃～360℃(6个样品135个包裹体)。本次测试结果显示，主成矿期的石英中的流体包裹体具有中低温度中低盐度的特征，与前人在铲子坪金矿测试结果大体相当，推断石榴寨金矿与铲子坪金矿为同一时期岩浆热液活动的产物。虽然在石榴寨金矿并未进行激光拉曼及氢氧同位素研究工作，但前人对铲子坪金矿流体包裹体的研究反映了主成矿期流体具岩浆热液流体特征[7]。晚期的方解石脉中的包裹体具有典型的低温低盐度特征，以方解石为代表的碳酸盐矿物的出现为特征，暗示着该流体很可能来源于大气降水，随着成矿流体的降温过程及淡水的进一步混入，也反映本次成矿作用进入尾声。

石榴寨金矿床原始成矿流体，在向上迁移过程中初步富集，而区域上NE向破碎带和劈理化带为成矿热液运移提供了通道，在NW向构造破碎带发生硅化、绢云母化、黄铁矿化、绢英岩化等强烈的热液蚀变，并与大气降水混溶，Au元素在此沉淀、富集，最终形成金矿体。

5 结论

1)石榴寨金矿主要成矿阶段可以划分为主成矿期中低温热液硫化物阶段和晚期碳酸盐阶段。

2)石榴寨金矿成矿流体主要为一种中低温(180℃～320℃)、中低盐度 [w(NaCleq)：6%～16%]、低密度(0.84 g/cm3～1.02 g/cm3)的盐水体系。估算成矿深度在4 km以内。总体上，早期成矿流体温度盐度较高，晚期随着大气降水的混入，盐度和温度进一步降低，形成了与成矿关系不大的方解石细脉。

3)野外基础地质特征、室内岩相学及流体包裹体特征表明，石榴寨金矿床为中低温岩浆热液型矿床。