广西大瑶山金龙河地区铜矿矿物学和包裹体特征

2022-10-20谢卓麟吴金铭胡煦阚

世界有色金属 2022年16期

谢卓麟，吴金铭，胡煦阚

（桂林理工大学地球科学学院，广西桂林 541004）

1 地质背景

金龙河地区属于金秀县北三角乡管辖，位于大瑶山隆起北西侧。区域上，地表主要出露南部寒武系变质砂岩和北泥盆系碎屑砂岩，两者呈不整合接触。SN、NW和NE向断裂发育，具有多期活动的特征，其中，NE向断裂为区域性深大断裂，NW向断裂被NE向深大断裂错断，而近SN向断层是石英脉型铜矿体的主要容矿断层。

区域上有4条大规模的近SN向断裂，均错断泥盆系和寒武系地层，具有左行走滑特征，向北延伸略向东偏斜。东侧断层控制了朴全岩珠的展布；中部F1罗萝-金龙河断裂SN向延伸长约35km，倾向西，倾角30°～60°，是一组重要控矿断层，控制了长乐、寨宝等矿山的部分矿体；F2金秀-六定断裂长约26km，倾向主体向西，局部发生倒转，倾角62°～90°，也是一组重要地控矿断层，沿断裂出露六定、寨宝和龙围等矿山的部分矿体；南部大进、朴全、祖岭等三个酸性小岩珠，定年数据显示为加里东期414Ma～446Ma，其形成时代早于赋矿地层下泥盆莲花山组时限[1]。在中下泥盆系地层中出露有数十个石英脉型铜矿床，其中，莲花山组碎屑岩和那伦组碳酸盐岩夹碎屑岩为主要赋矿地层。金龙河地区龙围铜矿（北部）、寨宝铜矿（中部），六定铜矿（南部）和长乐铜矿（东部）等，均属断层控制的矿体。

2 矿区地质及矿体特征

研究区仅出露下泥盆统组莲花山组地层（D1l），可分为下段紫红-浅灰色中厚层状砂岩（633m～674m）和上段紫红色中薄层状砂岩、泥质砂岩夹少量页岩、泥灰岩等（610m～740m）。地层主体倾向西，倾角10°～25°。岩石破碎，发育多组节理，沿着裂隙和层理发育蚀变现象[2]。

区内主要发育3条近SN向容矿断层。F1罗萝-金龙河断裂北段约7km，断层破碎带宽1.5m～8m，南部SN向展布，向北延伸略偏东，倾向265°～285°，倾角75°～82°。F2金秀-六定断裂北段在研究区长8.5km，主体走向近SN，有明显的东西波动，破碎带宽0.5m～3m，倾向255°～290°，倾角67°～85°。F3位于F1和F2之间，长4.5km，主体走向近SN，倾向东，南部呈NNW向，北部呈NNE向延伸，断层宽0.5m～2.5m，倾向85°～105°。此外，还有一些小断裂，多平行或小角度斜交主断层，延长小于300m。少量顺层逆断层，主要为NE和EW向，一般延伸小于200m，右行错断矿体，断距5m～30m，属后期破矿构造。

石英脉型热液铜矿主要分布在F1、F2和F3断裂带内或其次级小断裂中。矿体呈脉状或串珠状，单个矿段一般长50m～1800m，每个块段又由2～5个矿体组成，形成串珠。总体上，矿脉浅部较分散，深部延伸连接性较好。如F3中龙围和寨宝段，浅部矿段分散成数个50m～300m的块段，但在340中段以下200m下的钻探中，已经可以连接起来了。矿体水平面上具有较显著的等间距性（1.5m），断层内矿体串珠状分布[3]。浅部和地表有零星的铅锌矿化，氧化矿层厚20m～50m，深部主要为铜铁硫化物矿石。石英脉与地层为侵入接触关系，可见热液烘烤边和冷凝边，在矿区和周边无岩浆岩出露。

尽管研究区矿段较多，但主要矿石类型相同，均为石英脉型硫化物矿石。这些矿石具有块状、角砾状、浸染状、条带状、细脉状、交织网脉状构造，交代和交代残余、碎裂结构、包含构造、蚀变残留结构等。其中浸染、交代和碎裂结构最为典型。金属矿物主要有黄铜矿和黄铁矿为主，斑铜矿、辉铜矿、黝铜矿、孔雀石、铜蓝和铅锌矿等次之。矿石中斑铜矿、黄铜矿被辉铜矿交代，黄铜矿、辉铜矿被铜蓝交代，形成交代残余结构，黄铁矿普遍碎裂形成碎裂结构。靠近断裂热液蚀变特征普遍，主要有硅化（主矿脉两侧），黄铁矿化（裂隙发育地带），绿泥石化（较普遍）、重晶石化和褐铁矿化（矿体和矿化体上部）等[4]。根据区域矿石矿物共生组合特征，可将矿石矿物生成顺序为黄铁矿→黄铜矿、斑铜矿、坳铜矿、辉铜矿→闪锌矿、铅锌矿、重晶石、石英→铜蓝、褐铁矿等四个阶段。

3 测试与分析方法及结果

3.1 采样与测试

本次主要在四个块段采集矿石和含矿石英脉包裹体样品。其中F1断层中⑦矿段的450和380平硐，采集标本BGT10-1和BGT10-2两件石英包裹体样品和数件矿石样品；在F2断层中①块段820中段，采集BGT02-1，BGT02-2两件石英脉和部分矿石样品；在②号块段平硐中，采集BGT06-1和BGT06-2石英包裹和矿石样品；在F3断层④块段275中段，采集BGT01-1石英脉和部分矿石样品。所有样品均为含矿石英脉和新鲜矿石。样品送北京领航测试中心进行制作成包裹体片和探针片。

电子探针测试方法：先在光学显微镜下观察，然后选取典型矿物黄铁矿、黄铜矿、铜蓝和矿脉石英进行电子探针分析，探讨胶结物与碎裂斑晶结晶信息。分析在桂林理工大学广西隐伏金属矿产勘查重点实验室进行。仪器采用日本电子公司产JXA8230，加速电压15kV，束流1×10-7A，束斑直径1μm，对矿物薄片中矿物微区的化学组成进行分析。

包裹体测试方法：流体包裹体测温工作在桂林理工大学广西隐伏金属矿产勘查重点实验室进行，所用仪器为英国Linkam公司生产的THMS600，测试温度范围-196℃～600℃，最大加热速率150℃/min，可控温度精度0.1℃。测试过程升温、降温速率为0.5℃/min～15℃/min，相变点附近速率为0.5℃/min～1.5℃/min。

3.2 测试结果

本次共计测试电子探针123个点，其中斑晶黄铁矿40个点。胶结物中黄铜矿45个点，斑铜矿12个点，石英26个点。原生石英包裹体7件合计测试72组数据，采用前人经验公式，计算盐度、压力、密度和距离地表等参数一并列入表1。

表1 流体包裹体显微测温数据分析表

4 数据分析

4.1 电子探针

黄铁矿中Fe和S的含量变化较大，Fe在43.987%～46.941%之间；S含量在51.159%～53.76%之间。Fe/S有12件（30%）略大于理论值0.871，平均比值0.862。其它的金属元素主要有As、Cu、Pb、Mo、Ni等。As平均0.128%，Pb平均为0.022%，Mo平均0.933%，Co平均0.124%，Ni平均0.04%。黄铁矿具有含量相对较高As、Co、Ni和Mo等元素，相对低的Zn为0.007%。大部分测点Pb/Zn比值大于1。

黄铜矿中Cu含量在33.186%～36.169%。Fe在28.311%～30.996%，S在33.908%～35.704%，显示出较大的波动，平均34.805%比理论值34.92%略低，Fe平均29.665%，比理论30.52%低，Cu平均34.575%比理论值34.56%略高。As平均0.006%，Pb平均0.024%，Mo平均0.65%，Co平均0.051%，Ni平均0.002%，Zn平均0.031%。黄铜矿具有相对较高的Zn，低As、Co、Ni和Mo等元素特征。大部分测点Pb/Zn比值小于1。

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斑铜矿中Cu和Fe含量变化相对较大，S相对稳定。微量元素与黄铜矿特征基本一致，低As、Co、Ni和Mo等元素，高Zn达到0.051%。大部分测点Pb/Zn比值小于1。

含矿石英中，As含量为0.005%，与黄铜矿和斑铜矿相当，Zn含量0.006%与黄铁矿相当。Sb在石英和金属矿物中含量大体一致，Co和Mo在金属中明显比石英中富集，Ni在铜矿物中最少，在黄铁矿中最多。石英中Cu∶Fe∶S=18∶39∶6，与主要金属矿物黄铜矿理论比值94∶114∶83相差大，显示残留热液中金属元素比S含量高的多。石英中单个点Pb和Zn含量形成此消彼长特征，数量相当。Ni在石英中含量变化比金属矿物稳定，具有高Ni低Co的特征。

4.2 包裹体

原生石英流体包裹体分析显示，研究区样品主要为富气包裹体，石英矿物内包裹体粒度较小，多呈线状排布。气体含量10%～43%，平均24%。包裹体粒度较小，2.33μm～11.21μm，平均4.29μm，主要呈近圆形和椭圆形。72件包裹体均一温度在108.5℃～256.9℃，主要集中在130℃～220℃之间，具有连续性，属中低温范围。包裹体冰点温度在-1.5℃～-20.7℃，变化范围比较大，其中大于-8℃有4件，小于-20℃仅有2件，1件冰点温度-21.3℃，达到饱和状态。

经计算包裹体盐度在2.57%～22.23%，大部分盐度超过10%。压力在101.55P/MPa～356.35P/MPa范围内。包裹体密度在0.95g/cm3～1.27g/cm3，绝大部分大于1g/cm3，形成时距离地表1.02km～2.86km。总体上，包裹体具有相对高盐度，高密度和形成时距离地表近等特征。

5 讨论

5.1 成矿条件

包裹体研究可以提供热液流体中铜矿物的结晶信息。研究区原生包裹体范围108.5℃～256.9℃，核心区集中在130℃～190℃之间，两个小峰值区为130℃～150℃和170℃～190℃，每个块段有1～3个小峰值区，但总体上具有连贯性，属中低温范围。分析均一温度和热液盐度、压力关系。深度与均一温度有很好的相关性，主要集中在1.2km～2.4km范围内，显示随着含矿热液从深部向浅部侵入，温度逐渐降低。而盐度与温度变化不大，表明成矿热液上侵冷凝过程中，热液的盐度未发生显著变化，主要集中在10%～20%之间，属相对高盐度和密度的溶体。

在渗透交代作用方式下，碎裂的黄铁矿在成矿溶液流动过程中可以被搬运迁移，这种迁移的驱动力主要是压力差。迁移的速度与溶液的密度、粘度和通道的畅通性有关。研究区主要含铜成矿热液在距离地表深约3km处，约260℃条件下，携带着碎裂的黄铁矿颗粒，沿着近SN向的断裂向上运移。具有中高盐度和密度的成矿热液上侵，压力逐渐降低，温度降低，平均每升高100m，温度降低7.5℃。在此过程中，连续有金属矿物和石英结晶析出，交代碎裂的黄铁矿。碎裂的黄铁矿在热液中冷凝固结形成碎裂流。在成矿热液上侵降温过程中，密度和盐度未发生显著变化，说明其可能处于一个相对封闭的平衡体系，渗透交代作用沿着区域性大断裂，运移到数十公里的范围。最终，含矿热液在距离地表1km左右的有利区段冷凝固结成矿，而被交代黄铁矿则是早期已经存在于断裂中的金属矿物。

5.2 矿床形成过程

金龙河段石英脉型热液黄铜矿的形成，至少经历了SN向容矿断裂的形成→岩浆作用地层在断裂内形成黄铁矿晶体→脆性动力作用使黄铁矿碎裂→含铜成矿热液充填交代成矿→地表氧化等几个阶段。

SN向容矿断裂在加里东期已经形成雏形，后多次活动具有多期性，为成矿提供了空间位置。在岩浆作用地层过程，沿容矿断裂形成了相对高Pb/Zn，低Ni/Co的黄铁矿。其后，区域动力作用和断裂多次活动，不仅造成区域岩石破碎，同时造成断裂内结晶的黄铁矿碎裂，具体地质作用还有待进一步研究。然后，含铜的热液（来源有待进一步研究）沿着断层，渗透交代、充填碎裂的黄铁矿，并携带成矿热液进入各级成矿裂隙中，在浅部中低温条件下结晶形成矿床。由于容矿断裂的通畅性存在差异，在浅部矿体形成豆荚状或串珠状分段，其深部连续性可能更好，具有更好的找矿空间。