胶东蓬莱-栖霞金矿带侯格庄金矿流体包裹体特征及其地质意义

2022-10-31李敏刘传娥迟乃杰张伟解玉凤王秀凤孙雨沁李增胜郭广军

山东国土资源 2022年10期

李敏，刘传娥，迟乃杰，3，张伟，解玉凤，王秀凤，孙雨沁，李增胜，郭广军

(1.山东省地质科学研究院，国土资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室，山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，山东济南 250013；2.山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队，山东济南 250014；3.山东科技大学地球科学与工程学院，山东青岛 266590；4.潍坊市建筑设计研究院有限责任公司，山东潍坊 261013)

0 引言

胶东是我国最重要的金矿富集区之一，目前已探明黄金储量超过5000t。金矿主要分布在莱州-招远、蓬莱-栖霞、牟平-乳山三大成矿带。近年来，地质学家为了揭示金成矿机制与成矿物质来源等，对胶东金矿开展了大量流体包裹体研究[1-8]，发现成矿流体整体为中温、低盐度的CO2-H2O-NaCl流体，CO2-H2O包裹体为主要的包裹体类型，包裹体均一温度集中在230～320℃，成矿压力主要为78～300MPa，盐度多集中在4%～8% NaCl eqv[9]。这些研究主要针对莱州的三山岛、焦家和招平成矿带金矿，对蓬莱-栖霞成矿带流体包裹体研究相对较少。

成矿流体在热液矿床形成过程中起到至关重要的作用，对成矿物质活化、运移及沉淀等具有决定性作用。本文以蓬莱-栖霞成矿带的典型石英脉型金矿(侯格庄金矿)为研究对象，开展系统的流体包裹体岩相学观察和显微测温及激光拉曼光谱分析，探讨了侯格庄金矿的成矿流体性质和来源，为深入了解蓬莱-栖霞成矿带金成矿规律及深部找矿预测提供重要依据。

1 区域与矿床地质

1.1 区域地质

蓬莱-栖霞金矿带位于华北板块东缘胶辽隆起的胶北隆起[10-12]。胶东半岛基底包括新太古代胶东岩群、古元古代荆山群、粉子山群和蓬莱群。蓬莱群碎屑岩和碳酸盐岩按层序向上不整合叠置在古元古代荆山群和粉子山群之上。第四纪松散沉积地层主要为临沂组，分布于研究区北部沿岸和河边。中生代花岗岩占该区基岩露头的三分之二以上，主要为晚侏罗世玲珑花岗岩(160～150Ma)[13]和早白垩世郭家岭似斑状花岗闪长岩(132～126Ma)。研究区内还发育大量脉岩，主要包括煌斑岩、闪长玢岩、辉绿岩等(图1、图2)。

1—第四系；2—早白垩世伟德山和崂山花岗岩；3—早白垩世郭家岭花岗闪长岩；4—晚侏罗世玲珑二长花岗岩；5—晚三叠世花岗岩；6—早白垩世火山岩/沉积岩；7—元古代岩石；8—太古代岩石；9—超高压变质岩；10—主要断裂带；11—蚀变岩型金矿；12—石英脉型金矿图1 胶东金矿集区区域地质简图(据范宏瑞等，2016年修改[16])

1—第四系；2—早白垩世青山群；3—早白垩世郭家岭花岗闪长岩；4—晚侏罗世玲珑花岗岩；5—古元古代荆山群；6—元古代花岗岩；7—太古代岩石；8—煌斑岩；9—闪长玢岩；10—金矿脉；11—黄铁绢英岩；12—主要断裂；13—剖面线a—侯格庄金矿矿区地质简图；b—矿区20线剖面图图2 侯格庄矿区地质图

蓬莱-栖霞成矿带主要由多个大、中型石英脉型金矿组成[14-15]，金矿分布受NNE向栖霞-五十里堡断裂、大柳行-虎路线断裂、觅鹿夼断裂、肖古家断裂控制。

1.2 矿床地质

侯格庄金矿是蓬莱-栖霞成矿带典型的石英脉型金矿床，矿床主要受大柳行-虎路线断裂控制，走向大致为NNE向(15°～30°)，倾向SE，倾角60°～65°，矿体长度从数百米到数千米不等，但宽度只有几米(图2a)。

侯格庄矿区内广泛分布的岩浆岩为早白垩世郭家岭花岗闪长岩，是含金石英脉的主要围岩[3-4]。矿区内脉岩发育，主要为煌斑岩、闪长玢岩和花岗斑岩等。地层主体由古元古代荆山群、早白垩世青山群和第四系组成，矿区南部发育前寒武纪变质基底和白垩纪沉积地层。

侯格庄金矿主要由3条金矿脉组成，脉体总体走向NNE向，品位从0.3～52.4g/t不等，平均为7.95g/t。矿石以块状、浸染状构造为主，主要矿物为石英、黄铁矿，次要矿物有钾长石、碳酸盐、绿泥石、高岭石、方铅矿、黄铜矿、闪锌矿、金银矿，碲铋矿局部产出，含微量毒砂、磁黄铁矿、菱铁矿等。

根据矿脉与围岩等穿插关系及矿物组合，可以识别出与胶东其他金矿相似的4个主要阶段：黄铁矿-石英阶段(Ⅰ)、金-石英-黄铁矿阶段(Ⅱ)、金-多金属硫化物阶段(Ⅲ)、石英-碳酸盐阶段(Ⅳ)。其中Ⅱ、Ⅲ阶段是主要的金成矿阶段。阶段Ⅰ岩性以乳白色石英为主，夹杂少量绢云母和细黄铁矿，为成矿早期阶段，在这个阶段几乎没有金矿化(图3a)。阶段Ⅱ主要为石英-黄铁矿脉，通常切割阶段Ⅰ石英脉(图3b、图3c)，此阶段主要矿物为黄铁矿，含少量石英和黄铜矿，是金成矿的主要阶段，该阶段金的主要产出形式为包体金、裂隙金及晶隙金。阶段Ⅲ以金-石英-多金属硫化物矿脉为特征，以黄铁矿、毒砂、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、砷矿为主，该阶段是金成矿的次要阶段，该阶段金的主要产出形式为晶格金、纳米金等。阶段Ⅳ以石英-方解石脉为特征，几乎没有金矿化。

2 样品特征及分析方法

本次测试样品主要采自含金石英脉、石英黄铁矿脉及金多金属硫化物脉，针对阶段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ矿石中的流体包裹体开展工作。包裹体片磨制、岩矿鉴定、包裹体测温激光拉曼光谱分析等工作均在自然资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室进行(图4)。

Py—黄铁矿；Qtz—石英；Sp—闪锌矿；Ccp—黄铜矿图4 侯格庄金矿显微照片(反射光)

2.1 流体包裹体测温

挑选不同阶段的样品磨制成厚度0.2mm左右的包裹体片，进行详细的镜下流体包裹体岩相学观察，了解包裹体特征，包括包裹体形态、大小、分布和相态等。

使用Linkam THMS600 型冷热台对包裹体测温，用液氮作冷却剂，测温范围为-180℃～600℃，误差因测试温度区间不同而异。通过测定人工合成纯水包裹体的冰点(0℃)、临界温度(374.1℃)和CO2-H2O包裹体中CO2三相点(-56.6℃)，对冷热台进行校正。测试升温速率约为5℃/min。在低于室温时，冷热台的误差为±0.2℃，在高于200℃时，误差为±1℃。

2.2 拉曼分析

激光拉曼光谱分析使用英国Renishaw inVia型激光共焦显微拉曼光谱仪。测试选用532nm激光器，光栅1800I/mm(vis)，狭缝20μm，50倍长焦物镜。测试前，采用单晶硅片对光谱仪进行校正，确保520.5cm-1特征峰偏移小于0.2cm-1。测试主要采用Static模式(部分采用Extended模式以获得更大范围的谱图)，Standard共焦，激光功率10%，曝光时间1s，重复测试50次，功率为测定的波数范围在100～4200cm-1。整个测试在室温(23℃)和常压下完成。数据处理采用WIRE 4.3软件。

3 流体包裹体研究

3.1 显微岩相学特征

侯格庄金矿流体包裹体较为发育，主要分布在透明石英颗粒中，并具有生长分带。包裹体具有成群分布、串珠状分布和孤立分布的特征，串珠状分布流体包裹体可能为次生包裹体，本次研究对象为原生包裹体。

在阶段Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ矿石的石英中识别出3种类型的流体包裹体：单相包裹体(Ⅰ型)、气液两相包裹体(Ⅱ型)(图5a、图5c)和含CO2的三相包裹体(Ⅲ型)(图5b)，其中单相包裹体又分为纯液相包裹体(Ⅰa型)和纯气相包裹体(Ⅰb型)，本次未发现含子矿物的包裹体。

图5 侯格庄金矿流体包裹体显微观察及拉曼光谱分析

单相包裹体Ⅰ型(Ⅰa型、Ⅰb型)占总流体包裹体的10%～25%，由纯CO2相(Ⅰa型液体或气体)和纯H2O相(Ⅰb型液体或气体)组成，整体形态呈浑圆形、椭圆形、长条形等，包裹体长轴一般为4～12μm，该类型包裹体在各个阶段普遍出现，但阶段Ⅰ的该类型包裹体含量明显多于其他阶段；部分Ⅰ型包裹体为次生包裹体，沿着裂隙分布。气液两相包裹体(Ⅱ型)是侯格庄金矿包裹体中的主要类型，形态多为椭圆形，长轴为2～26μm，气液比<30%～40%，约占流体包裹体总量的30%～40%，在3个阶段中，该包裹体呈孤立分布或随机不均匀分布；含CO2的三相包裹体(Ⅲ型)由CO2气液相和H2O液相组成，CO2/CO2+H2O相比一般为20%～40%，少数比值达到60%～80%，形状为圆形、椭圆形和不规则形，尺寸为4～22μm，在阶段Ⅱ中，该类型最为发育，部分包裹体见“双眼皮”特征。

3.2 显微测温

显微测温结果表明，3种类型的流体包裹体在阶段I的均一温度为146.9～342.6℃，阶段Ⅱ为141.1～332.1℃(表1，图6)，阶段Ⅲ为211～252℃，流体包裹体的平均均一温度随着成矿阶段的进行温度逐渐降低，后期阶段温度低于前期阶段。Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ阶段的盐度相似，在Ⅰ阶段的为2.74%～8.51% NaCl eqv，在Ⅱ阶段为3.71%～8.81% NaCl eqv，在Ⅲ阶段为3.58%～4.51% NaCl eqv。

表1 侯格庄金矿不同热液阶段流体包裹体显微测温结果

图6 侯格庄金矿流体包裹体不同阶段均一温度及盐度直方图

3.3 流体包裹体成分

激光拉曼光谱结果表明，流体包裹体成分主要为H2O和CO2(图5d和图5e)，气相成分主要为CO2，局部含少量CH4、N2、H2S和有机质等，表明成矿流体为CO2-H2O-NaCl流体，与前人在蓬莱地区金矿中流体包裹体成分获得的结果一致[3-4,6-7]。

4 讨论

4.1 成矿流体性质及演化

研究表明，流体演化过程中的不混溶是某些金属矿化的重要因素。例如，在大量金沉淀阶段经常观察到不混溶流体包裹体。此外，物理和化学实验研究表明[17-18]，流体不混溶有利于金的沉淀[19-21]。本文通过分析侯格庄金矿中不同阶段矿石中产出的流体包裹体的类型、数量、均一温度和密度，分析刻画了侯格庄金矿成矿流体的演化过程。

流体包裹体研究和激光拉曼光谱显示，侯格庄金矿不同阶段的成矿流体表现出与胶东其他金矿相似的化学和物理性质。流体包裹体的均一温度从阶段Ⅰ到阶段Ⅲ逐渐降低，流体包裹体的类型组合也发生了变化。结合盐度分析，阶段Ⅰ流体包裹体形成温度较高，具有中高温—低盐度的特点，该时期流体包裹体类型主要为气液两相包裹体(Ⅰ型)，该类型流体包裹体数量在阶段Ⅱ、Ⅲ减少；阶段Ⅱ时期的流体包裹体主要是单相包裹体(Ⅰ型)和含CO2的三相包裹体，该时期的包裹体均一温度低于阶段Ⅰ，结合盐度及岩相学观察，推断该时期流体发生明显不混溶作用，这也可能是导致金矿发生沉淀的重要机理；阶段Ⅲ，通过岩相学观察等，发现随着温度、压力降低，流体再次发生不混溶或不同性质的流体混合，从而可能导致大量的硫化物及金矿物发生沉淀成矿；碳酸盐阶段由于无金矿化显示，未做包裹体研究。总体而言，侯格庄金矿成矿流体为中-低盐度和中-低温的CO2-H2O-NaCl流体，成矿过程中发生多次流体不混溶作用，该作用可能为导致金矿发生沉淀的重要机制。

4.2 成矿流体来源

为确定成矿流体来源，很多学者对胶东金矿成矿流体的氢、氧、硫等稳定同位素进行了研究，观点各异，主要包括以下几种：来源于岩浆期后热液[22]；源于中生代大气降水[23]；以大气降水为主，后期可能有岩浆水的加入[1]；成矿早期以岩浆水为主，晚期以大气降水为主[4，7]；成矿流体为壳-幔混合来源，以壳源变质流体为主[24]。

不同来源的流体具有其独特的H-O同位素特征，因此H-O同位素研究是探讨流体地质过程强有力的途径。通过收集整理蓬莱成矿带石英脉型金矿中的氢-氧同位素结果(表2)，显示δDv-snow值介于-70.5～-101之间，平均值为-81.4；δ18OH2O值介于2.9～9.2之间，平均值为7.03。

表2 蓬莱金矿区典型矿床H-O同位素测试结果表

总体而言，侯格庄金矿是典型的石英脉型金矿，其成矿流体的深源性和富CO2一定程度上反映了区域成矿作用可能是地幔活动在表壳的响应，岩石圈的拉伸减薄诱发大规模的幔源物质上涌，与下地壳作用形成原始的岩浆-流体系统[25]，后经上升、运移、交代作用形成了具有中—低盐度和富CO2的流体。

4.3 对金成矿过程的指示

金在热液中主要以金—氯络合物和金-硫络合物的形式迁移[26]。金与硫化物(黄铁矿)的密切共生显示成矿阶段金-硫络合物占主导，引起金及硫化物的沉淀的因素主要来自于流体的沸腾及CO2、H2S等挥发性气体的逃逸致使流体pH上升及还原硫浓度下降[27-28]。随着物理化学条件(温度、压力、pH值、氧逸度、Cl-、HS-浓度等)的改变，热液中的Au元素和化合物将以单质或含金矿物的形式沉淀成矿[8]。

根据氢氧同位素关系投点图可以看出(图7)，研究区金矿的氢氧同位素投点中，37.5%的点落在原生岩浆水范围内，其他点主要集中于变质水和岩浆水左侧下方，且更靠近原生岩浆水与变质水，据此推断蓬莱金矿带的金矿流体来源可能主要为岩浆水加有少量大气水参与的混合流体。

图7 蓬莱成矿带金矿氢-氧同位素组成(底图据Sheppard，1986年[21])

结合蚀变分带情况及流体包裹体显微测温结果，阶段Ⅰ流体具有中高温度、低盐度和富CO2的特点，流体主要来源于深部，表明其以较高温度的岩浆期后热液为主。阶段Ⅱ流体仍然保持了较高的温度，以H2O-NaCl为主，盐度变化范围较大，气相仍然以CO2为主，流体中存在少量H2S，说明该期流体硫化物含量较高，金以金—氯络合物和金-硫络合物的形式迁移，在运移到浅部适当位置发生初次沉淀成矿。阶段Ⅲ伴随着温度、压力降低，流体发生沸腾或不同性质流体的混合，导致大量的硫化物及金矿物发生沉淀，流体温度及盐度的下降也说明后期大气水的稀释作用进一步加快了金及其他硫化物的沉淀。阶段Ⅳ随着大气降水的大量加入，流体温度、盐度及CO2含量降至最低，流体中成矿元素大量减少，成矿活动结束。