河南灵宝市小秦岭金矿田流体包裹体特征及地质意义

杨生强，张苏坤，王鹏飞，王 辉，黄 昊，薛志强，丁 毅，陈柯颖，王红军，孙保花

(1.河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院，河南 洛阳 471023；2.自然资源部贵金属分析与勘查技术重点实验室，河南 洛阳 471023；3.河南省金银多金属成矿系列与深部预测重点实验室，河南 洛阳 471023；)

0 引言

到2010年末，全国共发现金矿集区32个[1]，其中以胶东、小秦岭、滇黔桂、燕辽4大矿集区最为重要。小秦岭金矿田作为小秦岭金矿集区的重要组成部分，主要分布在河南灵宝市、陕西潼关县，灵宝市累计查明金资源储量约611 t[2]，金矿开发在全国、全省矿业经济中占有重要地位，连续16年稳居全国第二产金大市(县)的地位，有“中国金城”的美誉。20世纪90年代，黎世美等[3]曾对小秦岭金矿田浅部进行过较为系统的流体包裹体研究，此后不同学者[4-13]对小秦岭个别矿区也开展过流体包裹体的研究工作，随着开采深度的增加，有必要对深部流体包裹体特征进行系统研究，以揭示其地质意义，并用于指导矿床成因认识和深部找矿工作。

1 成矿地质背景

小秦岭金矿田大地构造位于华北地块南缘(图1b)，区域出露地层具双层结构特点，结晶基底主要为新太古代—古元古代中—深变质岩系，前人笼统称为“太华杂岩”，盖层为中元古界熊耳群和官道口群、古生界寒武系、奥陶系、白垩系、新生界等(图1c)。区域构造背景复杂，处于东特提斯构造体系域与中新生代环太平洋构造体系域的交错复合地带，晚三叠世以来的陆内构造演化主导了区内构造格架形成，大体可分为三个演化阶段：①扬子板块的俯冲碰撞、挤压、推覆形成巨型逆冲推覆构造；②印支晚期为碰撞后的伸展、走滑阶段，在先期形成的断裂带内叠加形成大规模的近EW—NWW向走滑断层，并派生一系列的NE向的断裂；③燕山晚期在地幔热柱和太平洋板块远程效应的影响下，地壳发生大规伸展、减薄，岩浆侵入，形成大量热穹隆与裂陷盆地，并形成一系列近NE向和SN向断裂，构成典型的盆岭构造[14-18]。区域岩浆活动频繁，以元古代和中生代最发育，元古代熊耳期多旋回火山喷发活动以及中基性岩脉的侵入；中生代岩浆侵位时代主要在晚侏罗世和早白垩世，晚侏罗世以(中)酸性小岩体为主要特征，多成群或成带分布、早白垩世以大型复式岩体为主，具有多期次特点，如小秦岭地区的华山、文峪、娘娘山、熊耳山的花山、伏牛山的合峪等岩体。

图1 小秦岭金矿田区域地质简图(图c，据文献[7])

2 小秦岭金矿田地质特征

小秦岭金矿田范围通常界定为小河断裂与太要断裂之间的断隆区，与幔枝构造核部岩浆岩-变质杂岩区大体一致(图2)。矿田范围地层及岩石单元主要为新太古代变质结晶基底和后期各类侵入岩体(脉)，以及少量第四系。区内构造复杂，整体呈EW向的复背斜构造，长约100 km，宽10～20 km；断裂主要以下几种，①边界断裂如小河断裂、太要断裂，两者是小秦岭断隆与围限盆地分界。②拆离滑脱断层，主要发育于盖层沉积与变质结晶基底之间，变质结晶基底不同岩系之间均可产生滑脱构造。③变质核杂岩区韧-脆性剪切带，小秦岭地区历经多次区域构造体制转变，形成复杂的剪切构造系统。区内金矿床主要产于韧-脆性剪切带内或剪切带上下盘一定范围的次级剪切带内，金矿的规模与剪切带的长度和厚度呈一定的正相关。在小秦岭地区，常常出现主矿脉储量过半的现象，即规模较大的主剪切带控制矿区一半以上的资源储量。剪切带的密度越大表明剪切作用越强烈，往往成矿规模越大。④成矿后断裂，可以分为两类：一类是位于成矿期的剪切带内，并与矿脉产状近于平行性的断裂，此类断裂带中常见到矿石的角砾，带内的矿石由于受到地下水的影响，而发生氧化形成次生褐铁矿、孔雀石以及其他表生矿物，并形成蜂窝状、角砾状构造，结构较松散，这类断裂主要见于北矿带V5的浅部。另一类是横切或斜切矿体并使矿体发生一定相对位移的断裂，常导致矿体的连续性遭到破坏；在此类断裂中常可见到矿石角砾，断裂面上可见滑动面、断层泥或擦痕，在断裂的两侧可以找到相对应的矿体，研究区内的成矿后断裂两盘相对位移较小，断距多在1～20 m之间。

图2 小秦岭金矿田地质简图

区内岩浆活动频繁，自太古宙、元古宙到中生代均有表现，岩性以花岗岩类侵入岩为主。

3 成矿流体特征

3.1 样品的采集与测试

南中矿带以杨砦峪、樊岔、枪马矿区的S60、S706矿脉为主要研究对象，北矿带以大湖、桥上寨的V5、S875矿脉为研究对象，在划分成矿期次阶段(图3)的基础上，采集不同阶段、不同高程具有代表的样品(表1)开展流体包裹体研究工作。南中矿带共磨制包裹体片60件，测温样品20件；北矿带共磨制包裹体片30件，其中测温样品11件。

表1 包裹体测温样品分布及简要描述

图3 小秦岭金矿田矿化期次阶段划分情况

流体包裹体测温工作在核工业北京地质研究院流体包裹体实验室进行，使用仪器为英国产的LinkamTHM600冷热台，均一温度重现误差小于2℃，冰点温度重现误差小于0.2℃。冷冻测温时，利用液氮对包裹体降温，在温度下降过程中观察包裹体的变化，包裹体冷冻后，缓慢升温，至冰晶刚刚熔化，记录冰点温度。根据所测冰点温度查冰点与换算表，得到流体包裹体的盐度值。对气液两相包裹体进行均一温度的测定时，开始的升温速度在10℃/min。在气液两相接近均一时，降低升温速度，将其控制在1℃，并及时记录均一温度。

激光拉曼分析核工业北京地质研究院流体包裹体实验室进行，单个流体包裹体的激光拉曼分析采用LABHR-VIS LabRAM HR800研究级显微激光拉曼光谱仪，激发波长为532 mm，光谱范围为100 cm-1～4200 cm-1。

3.2 包裹体的岩相学特征

3.2.1 南中矿带

镜下观察发现石英脉内包裹体较为发育，成群、成带分布。依据流体包裹体的相态及成分，可将其划分为5种类型，不同类型的包裹体分布较为随机，未见明显的空间变化规律，但在成矿不同阶段却表现出明显分布规律，简述如下：①含CO2包裹体(C型)，此类包裹体在本矿床中非常发育，贯穿成矿的所有阶段，包括含CO2三相包裹体(图4b、4g、4i、4j、4l)以及CO2两相包裹体(图4e、4f)。包裹体形态主要为椭圆形、近圆形，大小为5～20 μm。CO2三相包裹体有H2O液相、CO2液相和CO2气相3个相态组成，可见CO2气相在CO2液相内急速跳动，其中CO2与H2O充填度相差较大(10%～85%)；CO2两相包裹体存在CO2液相和CO2气相，冷冻降温到5℃～15℃时出现气泡，再升温到达一定温度(<30℃)又均一为液相。②气相包裹体(V型)，该类包裹体在各阶段都发育，为单一气相所充填，呈为白—灰白色，形状为圆形、椭圆形等，透明度较低，边缘粗黑，大小一般为5～15 μm(图4f、4i)。③气液两相包裹体(V+L型)，该类包裹体气相成分多为CO2与H2O，液相成分为H2O，以圆形、椭圆形和不规则形态产出，大小一般为3～15 μm(图4f、4i)。④含子矿物3相包裹体(S型)，该类包裹体内存在水溶液相、气相和子矿物3个相态，但以液相为主(图4e、4k)，此类包裹体发育较少，主要出现在第Ⅰ成矿阶段。⑤液相包裹体(L型)，包裹体无色透明，充满水溶液，大小一般为1～5 μm(图4)，主要出现于第Ⅳ成矿阶段。

图4 小秦岭金矿田南中矿带流体包裹体岩相学特征

3.2.2 北矿带

镜下观察发现，V5矿脉中石英脉流体包裹体含量较少，以呈气液两相包裹体为主，部分视域内发育呈透明无色—灰色的富液包裹体，少见CO2三相包裹体，与前人研究多见CO2三相包裹体的现象明显不同，造成这种结果的原因可能是采样多集中于多金属硫化物阶段，其他阶段少。根据其成分和相态特征，可分为含CO2包裹体(C型)、气液两相(L+V型)、纯液相(L型)及纯气相(V型)4种类型，其中的C型可细分为三相(液相水、液相CO2、气相CO2)(图5i)、两相(液相CO2、气相CO2)(图5c)。

图5 小秦岭金矿田北矿带流体包裹体矿相学特征

3.3 流体包裹体温度、盐度特征

流体包裹体测温虽具有随机性，但可从统计学上还原成矿流体温度的真实性，在杨砦峪、枪马、樊岔、崟鑫、大湖5个矿区，共得到有效测温数据899个，包裹体均一温度在116℃～462℃之间，平均温度为270.6℃，与黄铁矿热电系数计算的成矿温度范围为74.29℃～386.64℃之间，平均温度为262.52℃(张苏坤等，待发表数据)吻合较好，大致出现4个峰值(图6a)，并且第3、4峰值界线不明显，这与众多研究者将小秦岭金矿田流体演化划分为3个或4个阶段的认识吻合，并且各阶段温度范围大致相似[8-12，19]。

综上可知，小秦岭金矿田内众多矿床应为中温为主的中高温热液矿床，并认为小秦岭金矿田至少存在4个成矿阶段，且流体系统上关系密切。其中Ⅰ阶段富含CO2型的包裹体，液相均一，均一温度最高，在340℃～280℃之间；Ⅱ阶段为复杂的纯CO2型、富CO2型和贫CO2型组合，异相均一化，均一温度为270℃～230℃，有沸腾现象；Ⅲ阶段为富CO2型和贫CO2型组合，异相均一化，均一温度为190℃～220℃，与Ⅱ阶段在温度上无明显界线；Ⅳ阶段为贫CO2型，液相均一，温度为190℃～160℃。

根据测温所得冰点，计算出盐度w(NaCleq)在0.22%～22.91%之间，主要集中于2.0%～10.0%之间，平均盐度为7.33%，反映其为中—低盐度流体，且北矿带包裹体盐度较南矿带更高(图6b)。将小秦岭金矿田不同矿物中包裹体的均一温度、盐度作散点投图(图7)，发现温度和盐度并没有明显的线性关系，且北、南中矿带均存在低温高盐度的流体包裹体。

图6 小秦岭金矿田流体包裹体均一温度与盐度直方图

图7 小秦岭金矿田流体包裹体盐度-均一温度散点图

3.4 成矿流体成分及空间变化特征

气相成分：气相成分主要为H2O、CO2，占挥发组分的97%～99%，次为CH4、CO、H2、H2S、N2等(表2、图8)。高品位金矿石→中—低品位矿石→非矿石，金矿石中石英包裹体的H2O含量由低到高，CO2/H2O值由高到低；钼矿石CO2/H2O值明显大于金矿石中CO2/H2O值。气相成分中除大量的H2O、CO2之外，还有反映还原环境的还原性气体的CH4、CO、H2、N2和H2S等，从富矿石→贫矿石→非矿石，石英包裹体气相成分CH4、CO等含量有逐渐减少的趋势，说明它们对金的矿化(沉出)起着重要作用。

表2 小秦岭含金石英脉不同矿石类型石英包裹体气体成分对比

图8 小秦岭金矿田流体包裹体激光拉曼光谱图谱

4 结论

1)小秦岭金矿田南中矿带石英脉中流体包裹体可分为CO2包裹体(C型)、气相包裹体(V型)、气液两相包裹体(V+L型)、含子矿物3相包裹体(S型)、液相包裹体(L型)5种类型，而北矿带几乎未见S型包裹体，造成这种现象的原因可能是北矿带后期叠加了钼矿化。

2)小秦岭金矿田内众多矿床流体系统上关系密切，为以中温为主的中高温热液矿床，且至少存在4个成矿阶段，流体性质为中—低盐度流体，且北矿带包裹体盐度和温度跨度较南矿带更高。

4)包裹体岩相学、成矿期次阶段划分是流体包裹体研究的基础，从统计学角度出发对流体包裹体开展测温工作，可有效消除测温过程的人为性、随机性，对今后流体包裹体研究具有一定的借鉴意义。