黔东南平秋金矿成矿流体特征及其演化过程

2022-09-06戢兴忠李源洪张石竹袁青松

矿产与地质 2022年2期

刘旭，戢兴忠，李源洪，张石竹，袁青松

(1.贵州省地质矿产勘查开发局106地质大队，贵州遵义 563000；2.中国地质科学院矿产资源研究所，自然资源部成矿作用和资源评价重点实验室，北京 100037)

0 引言

黔东南地区是贵州乃至中国重要的金矿产区，其开采历史可以追溯到三国时期。早在一千多年前的蜀国，黔东南地区就已出现零星的金矿开采。在宋代对于金矿的开采已有文献记载；明清时代对金矿的开采更加盛行，政府设立专门的机构，对金矿进行规模化开采，掀起了一阵“淘金热”，其开采主要集中梵净山、清水江和都柳江等地区。进入新中国以后，黔西南地区的找矿勘查步入正轨，通过研究该区的不同年代地层分布、构造作用及演化过程，发现了平秋、南加、同古、八腊、虎盆、八克、罗里及火冲等众多金矿床(点)[1]。该区金矿化主要有石英脉型和蚀变岩型。

平秋金矿位于锦屏县内的平秋镇，为石英脉型-蚀变岩型金矿化共存的金矿床。平秋金矿具有悠久的开采历史，前人对其研究主要集中于成矿地质特征[2-3]、成矿年代[4-6]、成矿物质来源[7-8]等方面，对于成矿流体特征、流体演化过程以及成矿深度等研究较少。作为金成矿的直接载体，成矿流体的特征对于理解该区石英脉型金矿的形成过程具有重要的意义。文章选取平秋金矿含矿石英脉进行流体包裹体岩相学及显微测温研究，获得其均一温度、盐度、密度及成矿深度、压力等信息，从而还原其成矿流体演化过程。

1 区域地质背景

黔东南地区位于扬子准地台与华南加里东褶皱带的结合部位、雪峰山多金属成矿带的西段。区域出露的地层主要为新元古界青白口系、南华系，并有少量的震旦系、寒武系、二叠系及三叠系。其中，青白口系主要为一套浅变质的复理石式-火山岩建造，主要由凝灰岩、灰岩、粉砂岩、基性—超基性火山岩等组成，岩石经过了普遍的浅变质作用。南华系主要由一套变质的滨海相—浅海相复理石、火山碎屑岩及砂页岩等组成。震旦系主要为砾岩、长石石英砂岩、含砾砂岩、砂砾岩、页岩、硅质岩及炭质硅岩等。寒武系主要为炭质页岩、砂岩、灰岩、白云岩等。二叠系主要为砂页岩、灰岩、泥页岩及硅灰岩等，夹有少量的煤层。三叠系主要为碳酸盐岩、砂页岩等[2]。

该区位于两个板块的交汇部位，断裂、褶皱构造发育，构造方向主要为NE、NNE、EW向；区内褶皱轴部主要沿NE、NNE向展布，为单一褶皱或者复式褶皱，其形态为两翼对称或大致对称，两翼地层倾角为20°～30°。

该区分布着大量的金矿床(点)，如同古、平秋、地查、平茶、金井、八克等。这些金矿主要分布在两个成矿带上：北部的平秋—金井—漠滨金矿带，呈扫帚状，以NE向为主，叠加NW、EW向断裂；中部的地绸—同古—平茶金矿带，以发育NE向断裂为特征(图1)。

图1 平秋金矿床地质简图(据文献[10]等修改)

该区岩浆岩出露面积不大，但种类繁多，侵入岩主要出现在梵净山、从江等地区，超基性—酸性岩体均有出露；喷出岩主要产于在梵净山群、四堡群、板溪群、下江群及丹洲群等，主要为基性火山岩、火山碎屑岩[9-10]。

2 矿区地质特征

2.1 地层

平秋金矿位于江南造山带西南缘，矿区出露地层主要为新元古界青白口系下江群潘召组第二岩性段。根据岩性的不同，该岩性段可进一步划分为三个亚段：以变凝灰质板岩、变凝灰岩、绢云母板岩等为主的第一亚段(Pt3f2-1)，主要呈薄—中厚层、灰—深灰色；以粉砂质绢云母板岩、变凝灰岩、变凝灰质板岩为主的第二亚段(Pt3f2-2)，呈灰色—灰绿色、薄层—中厚层；以粉砂质绢云母板岩为主的第三亚段(Pt3f2-3)，并夹有少量变余砂岩，多呈水平状、中厚层—厚层[7-8]。

2.2 构造

矿区构造以NE向断裂、褶皱为主，其次为层间滑动断层及近EW向脆性破碎断层。矿区NE向褶皱有西北部的十二盘背斜和西南部的金厂溪背斜，前者核部分布第二岩性段第一亚段，两翼分别为第二、三亚段；后者核部出露地层为第二岩性段第二亚段，翼部为第三亚段。沿十二盘背斜轴部，分布有近NE向F1断层，走向50°～65°；沿十二盘背斜和金厂溪背斜之间，分布着NE走向的F2断层，走向45°～55°(图1)[9]。

2.3 矿体特征

平秋矿区有蚀变岩型及石英脉型两种类型的金矿化，均主要赋存在新元古界青白口系下江群番召组第二岩性段。

蚀变岩型矿化主要有Ⅰ、Ⅱ两个矿体，分别沿F1、F2断层分布，走向北东。其中，I号矿体长约900m，平均厚1.5m，Au的平均品位为3.93×10-6；Ⅱ号矿体长约850m，平均厚2.38m，Au的平均品位为4.83×10-6[10-11]。其形成年龄为490Ma～400 Ma，该期矿化中发育少量的不含金石英脉，多呈乳白色。

石英脉型矿化有M1、M2两个矿体，主要分布于金厂溪背斜轴部层间滑动断层中，张性，多沿EW向展布。M1矿体已在多年的民采过程中被采空，而M2矿体长约1300m，宽70～90m，平均厚0.56m，Au的平均品位为10.49×10-6(图2)。含矿石英Rb-Sr定年结果显示，其形成年龄为258 Ma～235 Ma[11]。该期金多以裂隙金的形式存在于石英-硫化物脉体中，石英脉多呈烟灰色，较为宽大，厚度多在3～30cm；该期烟灰色含金石英脉体局部切穿蚀变岩型乳白色石英脉体，并被后期细小的白色石英脉切穿；后期白色石英脉仅含有零星硫化物，硫化物中未见明显自然金。

图2 平秋金矿A—A′线地质剖面图

蚀变岩型金矿体中，金属矿物主要有黄铜矿、黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、毒砂及自然金等，非金属矿物有石英、重晶石、方解石、绢云母、绿泥石等，矿体伴生蚀变主要有黄铁绢英岩化、重晶石化等。

石英脉型金矿体中，主要的金属矿物有闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿、自然金等，脉石矿物有石英、绢云母、绿泥石、方解石等，多呈石英-硫化物脉体的形式出现，伴随着石英绢云母化蚀变、绿泥石化蚀变[12]。金通常以自然金的形态分布在黄铁矿、毒砂、闪锌矿等矿物裂隙中。

3 流体包裹体测温及结果

本研究主要选取第二期成矿过程中形成的石英-硫化物脉及晚期纯净石英脉为研究对象，对其进行岩相学研究。通过研究发现：①早期烟灰色石英-硫化物脉中的石英富含流体包裹体，其形态主要为负晶形、椭圆形及不规则状，大小多为3～20μm，以5～10μm为主，多呈群状、孤立状分布(图3a)；包裹体中气相占比为15%～50%，其中部分流体包裹体为含CO2三相包裹体，该类包裹体占比约为总量的20%(图3b)。②晚期干净石英脉中流体包裹体主要为气-液两相包裹体(约占总量的80%，图3c)及纯液相包裹体(约占总量的20%，图3d)。前者大小为2～8μm，以3～5μm为主，气相占比多为5%～10%，呈负晶形、椭圆状分布；后者大小多为2～6μm，以3～5μm为主，多呈负晶形和椭圆形，少量呈不规则状。

图3 平秋金矿典型包裹体照片

本次实验在贵州大学资源环境与工程学院实验室进行，显微测温实验采用英国产LinKMTHMSG 600型冷热台完成。该冷热台使用温度范围为-196℃～600℃，在-196℃～0℃之间的误差为±0.1℃，在0℃～600℃之间的误差为±1℃。实验过程中，升温速率为10℃/min，接近相变点的速率为1℃/min；降温速率为1℃/min，接近相变点，降温速率为0.1℃/min[13]。测试结果见表1。

表1 平秋金矿均一温度、盐度统计

测试结果表明，石英-硫化物脉中气-液两相包裹体的均一温度为183.9℃～375℃，主要集中于280℃～340℃(图4a)；冰点为-5.3℃～-0.5℃。根据刘斌等[14-15]的公式可得该类流体包裹体的盐度w(NaCleq)为0.88%～8.29%(主要集中于3%～7%)，相应密度为0.60～0.90g/cm3(图4c)。石英中含CO2流体包裹体均一温度为267.1℃～321.9℃，集中于300℃～320℃(图4a)，盐度w(NaCleq)为1.91%～6.01%(主要集中于4%～6%)，密度为0.72～0.79g/cm3(图4c)。后期干净石英脉中流体包裹体均一温度为97.5℃～240℃(集中于160℃～200℃)(图4b)，冰点为-4.18℃～-0.3℃，盐度w(NaCleq)为0.53%～5.56%(集中于1%～4%)，密度为0.84～0.96g/cm3(图4d)。

图4 平秋金矿温度、盐度w(NaCleq)直方图

4 讨论

4.1 平秋金矿成矿流体演化过程

通过对平秋金矿脉状金矿化所形成的石英进行流体包裹体研究发现，成矿流体早期为中—高温(主要为280℃～340℃)、低盐度w(NaCleq)(主要为4%～6%)、低密度流体(0.72～0.79g/cm3)，该流体中富含CO2(图4)。而与早期成矿流体相比，后期脉体中流体包裹体则具有较低的温度(主要为160℃～200℃)、较低的盐度w(NaCleq)(主要为1%～4%)，较高的密度(0.84～0.96g/cm3)，并且流体中无明显的CO2(图4)。根据刘斌等[14]所提出的公式可以计算得出成矿早期流体形成于约750m以内(11～188 bar)，而晚期成矿流体形成于130m以内(1～32 bar)。早、晚成矿流体特征的差异表明，成矿压力、温度以及流体中CO2含量的不同，可能是导致石英脉型矿化中Au沉淀的主要原因。

CO2是一种弱酸，流体中富含CO2可以起到缓冲pH值的作用，使得流体中pH值保持弱酸性[16]。在弱酸性流体中，Au分别与H2S和HS-形成AuHS、AuH2S等络合物，从而提高Au在流体中的含量，有利于Au在流体中的搬运以及金矿的形成[17]。在构造运动的过程中，会形成大量的张性裂隙，从而使得成矿系统压力和温度降低，这会导致流体中CO2发生出溶，使得流体中H+减少，pH值升高，流体中AuHS、AuH2S等络合物分解，从而使得Au发生沉淀[17]。在此过程中，S与金属离子结合形成黄铁矿、毒砂等，从而使得Au与金属硫化物共存。在此过程中，会在围岩中形成绢英岩化、绿泥石化等蚀变。

随着流体中CO2的出溶，流体中金也逐步完成沉淀。到第二期成矿后期，流体温度已降为160℃～200℃，主要形成不含矿的石英脉。

4.2 成矿流体来源

对于黔东南脉状金矿流体来源的问题，已经引起了学者们广泛的关注。张杰等[18]通过对天柱磨石—油麻坳金矿的流体包裹体进行H-O同位素分析认为，其成矿流体主要来自于变质水和地表水的不均匀混合；余大龙等[19-20]通过对贵州东部13个矿床进行研究，认为成矿流体主要来自于深部，部分显示岩浆水或者深部流体与地层流体混合；而另外一些学者[21]则认为成矿流体是多源的，可能为浅成地下水、岩浆水、变质水的混合。

平秋金矿第二期金矿化中所形成的毒砂的3He/4He比值为(0.0483～0.1087)×10-6，R/Ra比值为0.0345～0.0776，与地壳值相似(地壳：0.1 Ra；地幔：6～7 Ra)；4He/40Ar比值为4.4148～7.1754，明显大于地幔值(2～3)，而与地壳值相似[22]。H-O同位素测试结果表明，平秋金矿石英-硫化物脉中，流体δDH2O为-66‰～-49‰，δ18OH2O为9.3‰～17.7‰，在δD-δ18O图解上，显示变质水的特征[22]。

综上，平秋金矿成矿流体可能主要来自于区域构造变质水，其富CO2、低盐度、低密度的特征与变质水相吻合。在成矿流体上升的过程中，流体温度降低、CO2出溶导致流体的酸性降低，Au-S络合物发生分解，导致Au的沉淀。