南秦岭七岔沟锑矿点流体包裹体和硫同位素特征及其成因浅析

2022-09-05刘文文刘圣鑫

资源环境与工程 2022年4期

刘文文，刘圣鑫*，周鼎，朱金，周豹，刘雷，袁航，汤旋

(1.湖北省地质调查院，湖北武汉 430034；2.湖北省地质勘查工程技术研究中心，湖北武汉 430034)

秦岭造山带是中国重要的钼、银、金多金属成矿带，其中南秦岭地块于中生代产出一系列铅、锌、金、银、锑等矿产[1-2]。鄂西北地区是南秦岭地块的重要组成部分，其南临扬子板块北缘活动带，北临郧阳—郧西断裂带，经历了复杂的构造—岩浆演化历史，发育大量银、金、锑多金属矿床(点)，尤其是郧阳—郧西断裂带两侧集中分布多个锑矿床(点)[3-6]，显示出良好的锑矿找矿潜力。

锑被广泛应用于半导体、合金、医药、军工等多个领域，近年来更是被列为战略性或关键矿产资源进行储备[7-8]。实现锑矿资源增储具有战略意义，因此需加大锑矿找矿工作力度。前人在鄂西北地区开展过一些锑矿找矿勘查及科研工作，探讨了区域成矿地质条件、控矿因素及找矿潜力[3-6]，但对其成矿物质来源、矿床成因等深入研究较少，总体研究程度较低，限制了该区锑矿成因认识及找矿突破。本文以鄂西北较典型的七岔沟锑矿点为例，在详细的野外地质调查基础上，总结矿点地质特征，重点开展流体包裹体和原位硫同位素分析，探讨其成因，对深化鄂西北地区的锑矿成矿规律认识具有一定推动作用。

1 区域地质概况

三叠纪时期，扬子板块向华北板块俯冲，形成秦岭—大别—苏鲁造山带[9-10]。秦岭造山带属秦岭—大别—苏鲁造山带西段，从北到南划分为华北板块南缘、北秦岭地块、南秦岭地块、扬子板块北缘等四个主要构造单元[11]。秦岭造山带经历了复杂的地质演化过程，主要分为中元古代造山带基底形成阶段、中三叠世多期次碰撞造山演化阶段及中生代陆内造山作用阶段[12-13]。

南秦岭地块夹持于商丹缝合带和勉略缝合带之间，整体呈NWW向带状展布，七岔沟锑矿点即位于南秦岭地块东段(图1)。区域构造形迹总体呈NWW向，印支期形成郧阳—郧西断裂及一系列次级断裂和复式褶皱，并经历多期构造变形、叠加[15]。区域上广泛出露新元古界武当群、耀岭河组、陡山沱组、灯影组及晚古生界泥盆系地层，并发育大量基性岩墙[16]。

图1 鄂西北地区矿产简图[14]

2 矿点地质特征

2.1 矿区地质特征

七岔沟锑矿点位于南秦岭地块金鸡岭复向斜之泗峡口—上津褶皱束东段南翼，矿区内构造变形强烈，未见岩浆岩分布，主要出露下泥盆统公馆组，中泥盆统石家沟组、大枫沟组，中—上泥盆统古道岭组，上泥盆统星红铺组、铁山组地层和少量第四系冲积物(图2)。锑矿主要受地层与断裂控制，主要含矿地层为石家沟组及星红铺组，主要控矿构造为槐树背斜、药树坪向斜及后期发育的断裂。

石家沟组岩性为白云质灰岩、白云岩夹少量泥质粉砂岩，矿(化)体主要赋存于中—厚层状白云质灰岩或白云岩中。星红铺组岩性以砂岩、泥质粉砂岩及(泥质)白云岩为主，矿(化)体主要赋存于薄—中层状白云岩或泥质白云岩中。由此可见，矿(化)体主要产于碳酸盐岩中，岩性对成矿起着明显的控制作用。

槐树背斜呈近EW向展布，向W倾没，轴面倾向S，北翼较陡，局部倒转；受地形切割影响，核部出露公馆组和石家沟组，北翼主要出露大枫沟组和古道岭组，南翼被NW向断裂切割，主要出露大枫沟组。药树坪向斜轴向近EW，轴面倾向S，较为对称，北翼倾角50°～75°，南翼倾角40°～60°，核部出露铁山组，两翼出露星红铺组。锑矿(化)体主要赋存于槐树背斜南翼及药树坪向斜北翼。

矿区断裂发育NW向和NE向两组(图2)。NE向断裂主要有F5-F7，呈大角度切割古道岭组、星红铺组及铁山组，均为正断层。该组为主要的控矿断裂，断裂性质相似，下面以揭露程度较好的F5为例进行介绍。F5位于药树坪向斜转折端，长800～1 200 m，断层面倾向120°～150°，倾角70°～80°，断层面上可见镜面擦痕、铁质及钙质薄膜。该断裂破碎带宽0.5～1.5 m，主要由构造角砾与石英脉组成，石英脉呈条带状不连续分布于破碎带裂隙中，可见辉锑矿呈团块状、脉状充填于乳白色石英粒间或裂隙中。沿F5两侧还发育一些次级脆性断裂，呈雁列式排列，间距10～20 m，长30～150 m。NW向断裂主要有F1-F4，规模较NE向断裂大，但仅有F2与锑矿化有关。F2为压扭性断裂，长800～1 000 m，断层面倾向SW，倾角50°～80°，断层面较光滑。该断裂破碎带宽0.5～3 m，主要由构造角砾及乳白色石英脉体组成，可见少量辉锑矿充填其间。

图2 七岔沟锑矿区地质简图

2.2 矿体地质特征

矿区内共圈定6个锑矿体，编号为Ⅰ-Ⅵ，规模相对较小(厚度<1 m，走向延伸不稳定)。锑矿体主要赋存于NE向断裂带的石英脉中，赋矿围岩主要为星红铺组及石家沟组白云岩、白云质灰岩及少量泥质粉砂岩。区内硅化、褐铁矿化等围岩蚀变较发育，其中硅化与锑矿化关系最为密切，硅化程度越高，矿化强度越大。

Ⅲ、Ⅵ号矿体的规模相对较大。Ⅲ号矿体产于槐树背斜核部NE向脆性断裂中，呈脉状、透镜状产出，长约290 m，厚0.30～0.73 m，走向NE，倾向SE，倾角77°～86°，沿走向厚度变化较稳定，Sb平均品位为3.86%。Ⅵ号矿体产于层间滑脱断裂中，呈条带状、似层状产出，长约480 m，厚0.24～0.94 m，走向NEE，倾向SSE，倾角41°～83°，沿走向厚度变化较稳定，Sb平均品位为2.03%。

2.3 成矿阶段划分

通过野外调查、显微镜下观察，将七岔沟锑矿点分为沉积期和热液期2个成矿期，并将热液期分为石英—黄铁矿—闪锌矿阶段(S1)、石英—闪锌矿—辉锑矿阶段(S2)、石英—黄铁矿阶段(S3)3个成矿阶段(图3)。

图3 成矿阶段划分表

沉积期金属矿物种类较单一，以黄铁矿为主，可见黄铁矿呈石英—黄铁矿细脉穿插白云岩(图4-a)，或呈星散状分布于白云岩中(图4-b)。

a.石英—黄铁矿细脉充填白云岩裂隙；b.黄铁矿呈星散状分布在白云岩中

热液期S1阶段主要形成闪锌矿、黄铁矿，镜下可见闪锌矿交代、包裹早阶段形成的黄铁矿(图5-a)，表明闪锌矿晚于黄铁矿形成。S2阶段为主成矿阶段，辉锑矿在该阶段大量形成，常与石英组成脉体，充填于白云岩裂隙中(图5-b、5-c)。辉锑矿一般呈团块状(图5-d)，与硅化关系密切，镜下可见辉锑矿交代早阶段形成的闪锌矿(图5-e)，表明辉锑矿晚于闪锌矿形成。S3阶段主要产出颗粒较小的黄铁矿，形成黄铁矿—石英细脉(图5-f)。

a.闪锌矿交代、包裹早阶段黄铁矿；b、c.辉锑矿—石英脉沿白云岩裂隙充填；d.辉锑矿呈团块状分布于石英脉中；e.辉锑矿交代早阶段闪锌矿；f.微—细粒黄铁矿分布于石英细脉中；Qtz.石英；Py.黄铁矿；Sph.闪锌矿；Stb.辉锑矿

3 采样、测试及结果

3.1 采样及测试方法

在Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ号矿体中采集热液期各阶段的矿石样品，合计5件，其中S1阶段1件，编号为QCG-3；S2阶段(主成矿阶段)3件，编号为QCG-1-3、QCG-1-5、YJG-8；S3阶段1件，编号为YJG-1。另在矿体围岩中采集黄铁矿样品2件，编号为QCG-2-1、QCG-2-2。

选取主成矿阶段的矿石样品磨制石英流体包裹体测温片，用于流体包裹体显微观察及测温。流体包裹体显微观测及测温在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成，仪器型号为Olympus BX51型显微镜和Linkam MDS 600型冷热台。测温仪器的测试温度范围为-196～600℃，温度低于30℃时，误差为±0.2℃；温度介于30～280℃时，误差为±1℃；温度高于280℃时，误差为±2℃。实验开始后，使用液氮以10℃/min的速率将流体包裹体降温至-120℃，以保证包裹体完全被冻住；随后以10℃/min的升温速率对流体包裹体进行回温，待接近冰点温度时将升温速率降低为0.5℃/min，仔细测量冰点温度；然后以10℃/min的升温速率升温，接近相变点时降低为0.5℃/min，以便观察气泡的形态变化，直到流体包裹体完全均一，测出完全均一温度。

选取各成矿阶段的矿石及围岩磨制黄铁矿、辉锑矿、闪锌矿探针片，开展原位硫同位素分析。原位硫同位素分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成，采用的激光剥蚀系统型号为Resolution S-155。使用ArF准分子激光发生器产生193 nm深紫外光束，经匀化光路聚焦于硫化物表面，激光束斑为33 μm，频率为10 Hz，剥蚀时间为40 s。将高纯氦气、氩气及少量氮气混合作为载气，将样品送入多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)，仪器型号为Nu Plasma Ⅱ。采用交叉测试(SSB)方法对样品δ34S值进行测定及校正，采用的标样为实验室内部黄铁矿标样WS-1，分析精度为±0.5‰。

3.2 流体包裹体特征

本次主要对主成矿阶段的流体包裹体进行岩相学观察与测温。在室温条件下，流体包裹体数量较多，主要呈圆形、椭圆形或不规则形，大小为4～25 μm，主要集中于6～12 μm。流体包裹体以富液两相包裹体为主(图6-a、6-b)，气相分数为5%～45%，少见富气两相包裹体(图6-c)。

图6 主成矿阶段流体包裹体显微特征

表1 主成矿阶段富液两相流体包裹体特征参数

图7 主成矿阶段流体包裹体均一温度和盐度直方图

3.3 硫同位素特征

七岔沟锑矿点各成矿阶段硫化物的原位硫同位素分析结果如表2所示。在S1阶段，主要金属硫化物为闪锌矿，测得其δ34S为7.4‰～10.5‰。在S2阶段，金属硫化物主要为辉锑矿和闪锌矿，测得辉锑矿δ34S为7.4‰～10.4‰、闪锌矿δ34S为8.1‰～8.4‰，与S1阶段闪锌矿的硫同位素组成特征相近。在S3阶段，金属硫化物主要为黄铁矿，测得其δ34S为-3.7‰～5.7‰，低于S1、S2阶段硫化物的δ34S。另外，测得矿体围岩中黄铁矿的δ34S为-23.1‰～-15.3‰，明显低于热液期各阶段硫化物的δ34S。

表2 各成矿阶段硫化物硫同位素组成

4 讨论

4.1 成矿流体性质

采用矿床成矿压力经验公式[18]，推算出七岔沟锑矿点的成矿流体被捕获时的最小压力为29.5～96.0 MPa(表1)，主要集中在50～80 MPa，表明成矿流体成矿时处于中高压环境。成矿深度与流体压力之间存在函数关系[19-20]，因此根据流体压力可进一步推算矿床的成矿深度。根据地质流体的压力垂直分带性特征[21]，采用公式H=0.086 8P/(1+0.003 88P)+2(H为成矿深度，km；P为成矿压力，MPa)计算出七岔沟锑矿点的成矿深度为4.0～8.1 km，主要集中在5.5～7.5 km，表明该矿点成矿时处于浅成环境。因此，七岔沟锑矿点的成矿流体属中低温、低盐度的浅成热液体系，与典型的造山带型锑矿床相似[22]。

流体包裹体的均一温度和盐度一般具有两种变化关系：①横向变化趋势，即温度一定，盐度逐渐发生变化，代表着原始流体与后期不同盐度的流体发生了等温混合；②竖向变化趋势，即盐度一定，温度逐渐发生变化，代表着原始流体自然冷却的过程[23]。从七岔沟锑矿点流体包裹体均一温度—盐度关系图(图8-a)可知，其均一温度变化范围较大(130～367℃)，而盐度主要集中在1.0%～5.6%NaCleq，数据点总体以竖向变化趋势为主，表明成矿流体主要经历自然冷却过程。流体包裹体均一温度—压力关系图(图8-b)显示成矿流体均一温度与压力存在明显的正相关关系，说明成矿流体经历了从深部回流到浅部的冷却降温过程。

图8 主成矿阶段流体包裹体均一温度—盐度关系图(a)及均一温度—压力关系图(b)

4.2 成矿物质来源

七岔沟锑矿点的金属矿物以黄铁矿、闪锌矿、辉锑矿等硫化物为主，未见石膏、重晶石、天青石等硫酸盐，表明成矿流体中的硫主要以HnSn-2的形式存在[24]，硫化物的δ34S接近初始成矿流体的硫同位素特征[25]。七岔沟锑矿点S1阶段硫化物δ34S为7.4‰～10.5‰，S2阶段硫化物δ34S为7.4‰～10.4‰，表明S1阶段到S2阶段成矿流体的硫同位素组成未发生明显改变，整体处于一个较封闭或稳定的环境。该矿点S1、S2阶段硫化物与南秦岭耀岭河组岩石(δ34S为7.4‰～14.5‰[26])具有相似的硫同位素组成特征，暗示耀岭河组岩石可能为七岔沟锑矿点的成矿物质来源之一，与区域上其他锑、金矿床(点)具有一定的相似性[2-6]。而S3阶段硫化物δ34S为-3.7‰～5.7‰，明显低于S1、S2阶段硫化物δ34S，可能与成矿流体从深部循环至浅部过程中因大气降水混入而引起氧逸度升高有关，一般认为氧逸度升高会导致流体δ34S降低[27-28]。本次分析了矿体围岩中黄铁矿的硫同位素组成，其δ34S为-15.3‰～-23.1‰，明显低于矿体硫化物δ34S，说明成矿流体演化至晚阶段也可能遭受了围岩中硫化物的混染[29]，导致δ34S降低。

4.3 矿床成因浅析

伴随扬子板块向华北板块俯冲形成秦岭造山带，秦岭造山带在中生代形成一系列造山型矿床，如天子坪金矿、徐家湾银矿、大湖钼矿等[30-32]。七岔沟锑矿点与上述矿床具有相似的成矿地质背景，形成于板块俯冲造山运动之后，成矿流体具浅成、中低温、低盐度特点，指示其可能为造山型锑矿[32]。七岔沟锑矿点形成于中生代，矿化受控于脆性断裂破碎带，形成含辉锑矿石英脉脉状矿(化)体，伴随强烈的硅化等热液蚀变；成矿流体可能来源于经历了深循环过程的大气降水，并萃取了耀岭河组中的成矿物质。

综合七岔沟锑矿点地质特征、流体包裹体及硫同位素特征，初步构建该矿点的成矿模式，即三叠纪时期扬子板块向华北板块俯冲，发育一系列近EW向大断裂及NE、NW向次级断裂，成为大气降水循环及成矿流体运移的通道；大气降水下渗至地下深处，加热并交代萃取深部耀岭河组海相变火山岩或沉积碎屑岩中的成矿物质，形成中低温(270～310℃)、低盐度(1.0%～5.6% NaCleq)的成矿流体；在构造应力作用下，成矿流体沿断裂构造向上运移，在大致5.5～7.5 km的深度位置，因混入新的大气降水或混染围岩中的硫化物而导致物理化学条件发生改变，促使辉锑矿等硫化物沉淀析出，逐渐富集成矿；随着后期地壳抬升剥蚀，矿(化)体逐渐出露地表，呈现现今矿区之状况。