滇中小水井金矿床成矿流体地球化学及矿床类型

滇中小水井金矿床成矿流体地球化学及矿床类型
周云满;张长青;覃修平
【摘要】水井金矿床赋存于衷牢山造山带红河断裂东缘韧-脆性剪切构造破碎带中,容矿岩石为砂-泥岩、灰岩之角砾岩、碎裂岩、硫、碳同位素研究表明,流体中碳、硫来自深部或地幔;氯氧同位素的组成特征则表明成矿热液主要为天水下渗及地下水循环从构造活动及岩体获得热源而形成的混合热液流体.矿物包裹体类型以液相为主,少量气相出现.矿石中的石英包裹体液相成分阳离子以Na+、K+为主,阴离子以Cl-、SO42-为主,气相成分以H2O、CO2为主,间有CH4、CO出现,属H2O-CO2-NaCl体系.主要成矿阶段包襄体均一温度为180℃～260℃之间,成矿深度约为1.0km,流体密度0.65～0.9g/cm3,流体盐度w(NaClcq)4.97%～7.76%.小水井金矿床属于浅成条件下,由中低温、低盐度、低密度的混合热液流体在韧-脆性剪切构造带中形成的金矿床,成因类型应归属于浅成造山型金矿床,应用类型为构造蚀变岩型金矿.
【期刊名称】《矿产与地质》
【年(卷),期】2010(024)005
【总页数】9页(P445-453)
【关键词】金矿床;成矿流体;地球化学特征;矿床类型;滇中小水井
【作者】周云满;张长青;覃修平
【作者单位】云南黄金矿业集团股份有限公司,昆明650224;中国地质科学院矿产资源研究所,北京,100037;云南黄金矿业集团股份有限公司,昆明650224
【正文语种】中文
【中图分类】P595;P629
矿床成因与矿床类型的研究,对于总结成矿规律、丰富成矿理论、地球动力学研究
以及指导勘查找矿实践具有重要的理论和实际意义。

本文通过对处于红河断裂东缘—楚雄盆地西南缘红河金矿带中的小水井金矿床成矿地质背景、矿床地质特征、
成矿流体地球化学特征及与造山型金矿和美国西部卡林型金矿特征的对比研究,初
步确定了矿床成因类型与应用类型,以期对红河金矿带的找矿工作有所启迪。

滇中小水井金矿床在大地构造位置上处于欧亚板块与扬子板块俯冲-碰撞造山形成
的哀牢山—红河断裂带东侧,楚雄盆地西南缘,属红河金矿带[1～3]。

矿区出露地层
有上三叠统云南驿组第二段(T3 y2)深灰色中-厚层状泥质灰岩、微-细晶灰岩夹浅灰、黄绿色薄层状钙质泥岩、砂岩,厚285m;第三段(T3 y3)为浅黄绿、灰色钙质泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩,下部夹泥灰岩透镜体及钙质页岩,厚度大于280m。

矿区
构造总体为NW向展布的破背斜,断裂主要有NW向张扭性正断层,其次为NE向、NWW向的横断层。

矿区初步探明11个金矿体,矿体空间分布范围受控于NW向
F3断裂破碎蚀变带,其产状与断层大体一致或略有斜交,同一矿带中的矿体在平面和剖面上平行排列。

容矿岩石为砂-泥岩、灰岩之角砾岩、碎裂岩。

矿体长200～780m,倾斜延深50～大于200m,厚0.80～48.81m,平均7.86m,w(Au)为1.03×
10-6～5.95×10-6,平均为1.63×10-6。

矿石中硫化物以黄铁矿为主,硫化物含量＜2%,脉石矿物以石英、方解石为主,占85%以上。

矿床成矿热液期划分为四个成矿
阶段[4]:石英阶段、黄铁矿—石英阶段、多金属硫化物阶段及石英—碳酸盐化阶段。

为研究矿床成矿流体的特征,对矿床热液期不同成矿阶段形成的矿物分别开展了矿
物包裹体的形态、成分、物理化学条件的研究;对透明矿物石英、方解石进行了均
一法测温;开展了硫、氢、氧和铅同位素的研究。

本次包裹体研究由河北省地质矿产局廊坊实验室诸惠燕同志承担,采用英国地质调查所Shepherd和Linkam公司设计的林克姆(Linkam)THMSG600型冷-热台进行测试,温度范围从-96～+600℃,精度±0.1℃,能对小于1μm的包裹体进行温度和盐度的测定。

矿区金矿石中,热液期四个成矿阶段的石英、方解石等透明矿物的流体包裹体较发育,多为成群密集分布,孤星状者甚少,但在隐晶硅质或玉髓中较难见到。

包裹体形态多为椭圆状、规则状,少数为不规则状,大小为2×2(μm)～14×18(μm),多数为3×3 (μm)～5×6(μm)。

以原生NaCl-H2 O型气-液态包裹体(气液比小于50%)为主,气态包裹体(气液比大于50%)较少,其他类型的包裹体未发现。

第一世代(石英阶段):测定1件方解石样品内的3个原生包裹体,大小为4×5(μm)～4×10(μm),形态呈椭圆状、规则状,少数为不规则状,均为气-液态包裹体,气液比为30%。

测定5件石英样品内的25个原生包裹体,大小为2×3(μm)～14×18(μm),多数为3×3(μm)～6×8(μm),形态以椭圆状、不规则状,少数为规则状。

以气-液态包裹体为主,气液比为5%～30%,多数为10%～20%,约占包裹体总量的75%～89%。

见少数气态包裹体,气液比为60%～100%(图1a、b),约占总量的11%～25%。

包裹体呈单个或成群规则分布,形态相似,长轴大致按一定的方向排列,长轴方向基本上为石英长柱形的方向。

包裹体在被冷冻回温过程中,在-2.1℃～-16.9℃之间冰晶融化。

第二世代(黄铁矿—石英阶段):测定1件方解石样品内的9个原生包裹体,大小为
2×2(μm)～3×8 (μm),大小均匀,形态以圆形、椭圆状、不规则状为主,少数为短柱状。

均为气-液态包裹体,气液比为10%～40%,多数为10%～20%。

测定6件石英样品内的38个原生包裹体,大小为2×2(μm)～6×8 (μm),多数为2×3(μm)～
4×6(μm),大小均匀,形态以圆形、椭圆状、不规则状为主,少数为规则状,均为气-液态包裹体,气液比为5%～30%,多数为10%～20%(图1c)。

包裹体在被冷冻回温过
程中,在-1.7℃～-15.1℃之间冰晶融化。

第三世代(多金属硫化物阶段):测定1件方解石样品内的6个原生包裹体,大小为
2×2(μm)～3×5 (μm),大小均匀,形态以圆形、椭圆状、不规则状为主,少数为短柱状。

均为气-液态包裹体,气液比为10%～30%,多数在10%左右。

测定10件石英样品内的81个原生包裹体,大小为2×2(μm)～10×14 (μm),多数为3×3(μm)～
5×6(μm),形态以椭圆状、不规则状为主,少数为规则状,均为气-液态包裹体,气液比为5%～30%,多数在10%左右(图1d、f),约占包裹体总量的90%～95%。

见少数气态包裹体,气液比为80%～100%,约占包裹体总量的5%～10%。

测定1件石英脉样品内的14个原生包裹体,大小为3×4(μm)～8×12(μm),多数为4×5(μm)～5×6(μm),形态以椭圆状、不规则状为主,少数为规则状,均为气-液态包裹体,气液比为5%～30%,多数在10%左右。

包裹体在被冷冻回温过程中,在-1.0℃～-
11.5℃(多数为-3℃～-4℃)之间冰晶融化。

第四世代(石英—碳酸盐化阶段):测定3件石英样品内的9个原生包裹体,大小为
2×4(μm)～6×10 (μm),多数为3×6μm左右,形态以椭圆状、规则状为主,少数为不规则状,均为气-液态包裹体,气液比为10%左右(图1e)。

测定1件样品石英脉内的8个原生包裹体,大小为2×4(μm)～6×12(μm),多数为2×6(μm)～4×4(μm),形态以椭圆状、不规则状为主,少数为规则状,均为气-液态包裹体,气液比为5%～10%。

该世代矿物中的包裹体数量较少。

包裹体在被冷冻回温过程中,在-0.5℃～-6.2℃之间冰晶融化。

从四个世代方解石、石英包裹体特征对比可看出,从第一世代到第四世代,包裹体总量和气态包裹体数量均由多到少,气-液态包裹体总体占绝对优势,其中以与成矿关系最密切的第三世代石英包裹体较为复杂。

未出现盐类子矿物的包裹体。

经第二、三世代石英气-液包裹体的成分分析结果(表1),粗略分析成矿流体化学成分:液相成分之阳离子以Na+、K+为主,且Na+＞K+,Na+/K+比值为3.056～
4.940。

呈现阳离子富 Na+、K+而贫Ca2+、Mg2+的特点。

阴离子成分以Cl-、SO42-为主,且Cl-＞SO42-＞F-＞HCO3-,SO42-/Cl-为0.253～0.975。

气相成分以 H2 O、CO2为主,同时有CH4、CO出现。

以上包裹体液相、气相成分说明,矿床成矿流体以 H2 O—CO2—NaCl溶液及
SO42-性质的Na质溶液为主,金在 A u—Cl—S—Na—H2 O体系中以A u+、A
u3+的各种络合物形式迁移,溶液p H值在弱酸性与弱碱性之间变化。

对不同成矿阶段所形成矿石中的矿物包裹体进行了均一法测温。

根据中-低盐度
H2 O-NaCl体系盐度计算公式、温度-盐度-密度相图、P-T相图、深度-温度图解[5],粗略求得成矿时的压力,并换算成深度(按1km≈270×105 Pa)。

第一世代(石英阶段):均一温度393℃～480℃(图2)。

成矿时的压力为(280～640)×105 Pa,相应的成矿深度为1.04～2.37km,流体密度＜0.76g/㎝3。

第二世代(黄铁矿—石英阶段):均一温度304℃～449℃,大多数在320℃～390℃之间(图3)。

成矿时的压力为(270～340)×105 Pa,相应的成矿深度为1.0～1.26km,
流体密度小于0.65～0.7g/㎝3。

第三世代(多金属硫化物阶段):均一温度168℃～373℃,大多数在180℃～260℃之间(图4)。

成矿时的压力为(100～260)×105 Pa,相应的成矿深度为0.37～0.9km,
流体密度0.65～0.9g/㎝3,平均0.76g/㎝3。

第四世代(石英—碳酸盐岩化阶段):均一温度157℃～200℃,大多数在174℃～197℃之间(图5)。

成矿时的压力为(5～10)×105 Pa,相应的成矿深度为0.037km,流体密度0.9～0.95g/㎝3。

对石英、方解石矿物包裹体采用冷冻法测得的冰融化温度(冰点),利用Bodnar的方程[6]计算获得盐度w(NaCleq):第一世代方解石中为15.9%～18. 04%,平均
16.88%,石英中为3.55%～20.15%,平均13.28%,总平均14.05%,属中等盐度包裹体;第二世代方解石中为2.9%～8.68%,平均4.97%,石英中为 4.65%～18.72%,平
均 8.61%,总平均7.76%,属低盐度包裹体;第三世代方解石中为6.16%～6.3%,平均6.23%,石英中为1.74%～15.47%,平均5.93%,总平均5.94%,属低盐度包裹体;第四世代石英中为0.88%～9.47%,平均4.67%,属低盐度包裹体。

总体属中-低盐度流体包裹体。

综上所述,从第一世代到第四世代,温度降低,压力减少,形成深度变浅,盐度降低,密度加大。

表明成矿环境由深变浅的演变过程,主要成矿时期为浅成环境,成矿流体为中低温,低盐度、低密度的流体,矿床为中-低温热液矿床。

由于本矿床氧化程度高,硫化矿物少且较细,仅对2件硅化灰岩矿石中黄铁矿样品的硫同位素进行分析,结果是δ34 SV-CDT(‰)为+1.6～+4.8,为正向偏离陨石硫,偏离幅度较小,成矿流体中的硫可能主要来自深源岩浆流体,但混有周围地层中的硫。

对1件硅化灰岩矿石中黄铁矿样品的铅同位素进行分析,获得一组铅同位素数据:206 Pb/204 Pb为18.494±0.065,207 Pb/204 Pb为15.605±0.057,208
Pb/204 Pb为38.272±0.064,属于正常铅,可能为壳、幔混合铅[7～8]。

5件白云石、方解石样品的 13 CV-PDB测定值为-10.3‰～-3.3‰,与深源地幔岩碳的同位素组成相近,指示成矿流体中的碳可能主要来自深部幔源碳。

对9件石英、萤石、白云石、方解石包裹体氢、氧同位素进行测试,结果为:18 OV-PDB为-15.1‰～ -12.5‰,18 OV-SMOW为 -7.2‰～18.0‰, DV-SMOW为-159‰～-101‰(表2)。

在 D-O图中投影点多数远离典型岩浆水,靠近交代水和位于美国卡林金矿的投影区[9]内及周边(图6),其中有3件接近岩浆水,样品来自煌斑岩脉附近,有岩桨水的参与混入,表明成矿热液为以大气降水为主,热液系统主要来自于天水的溶液及地下水循环从构造活动及岩体获得热源形成的流体。

根据胡云中等[10]对哀牢山金矿带含金源岩的浸滤实验结果,金在一些络合剂存在的条件下能够从岩石中活化出来,并与其络合成络合阴离子团(在酸性介质中主要是以Au3+态阴离子团,在碱性介质中主要是以Au+态阴离子团),在以硫代硫酸钠为
溶液时,金主要是以[Au(S2 O3)2]3-形式存在于热液中,而以碳酸氢钠和氯化钠为热液时,则主要以[Au (HCO3)2]-和[AuCl2]-、[AuCl4]-的形式存在,三种热液都能从
含金源岩中活化出一定数量的金,且在300℃～350℃时活化量最高。

被活化进入
成矿热液中的金主要以硫化物络合物和氯化物络合物形式迁移,高温时金主要以氯
化物形式迁移,中低温时金主要以Au(HS)2的络合物形式迁移[11～12]。

本矿区含金流体初始为高温、高压、偏酸性的物化条件,有利于金的溶解、迁移,成
矿时温度为中、低温,成矿流体中含有Cl-、SO42-、HCO3-,热液呈弱酸至弱碱性,表明成矿流体中金主要以金硫络合物形式迁移,金氯络合物次之。

在构造活动应力
的驱动下含矿流体沿断裂破碎带从地壳深部向浅部运移,当运移到地壳浅部,由于温度、压力降低,金络合物溶解度降低,沉淀出金。

同时因压力的突然降低使成矿流体
产生减压沸腾,引起含矿热液中金络合物分解。

成矿流体中大量Fe2+及少量Cu2+、Zn2+、Pb2+等的存在,优先与S2-作用形成硫化物,使含矿流体中S2-浓度降低,导致金硫络合物分解,形成含微量多金属硫化物金矿石;Fe2+也可使金还原沉淀,形成
含大量黄铁矿的矿石[13];黄铁矿对金有吸附能力,使Au以自然金沉淀在黄铁矿表
面上或裂隙中[14]。

水岩反应也是造成金沉淀的重要因素,含矿流体沿断裂破碎带
运移过程中,与围岩发生水岩反应,形成硅化、绢云母化、黄铁矿化,导致成矿流体的成分、酸碱度改变,引起金络合物平衡的破坏,导致金的沉淀。

其反应式如下:
此外,矿区硅化与金矿化在时空分布和成因上密切联系,成矿热液中Au也可以
AuH3 SiO4。

络合物形式迁移和沉淀。

根据试验研究[15-16],Au在酸性和碱性含
Si热液中均可与 SiO2形成稳定的 AuH3 SiO4。

络合物。

Au在含SiO2水溶液中的溶解度随SiO2浓度和氧逸度的增高而增高,富硅热水溶液有利于Au呈 AuH3 SiO4。

形式活化迁移。

当溶液中SiO2浓度由于硅化作用等而降低时,将导致
AuH3 SiO4。

不稳定沉淀出Au。

矿床中主要是中晚期的硅化伴随大量Au的沉淀富集。

成矿晚期溶液趋于偏碱性,生成方解石、白云石、萤石等矿物。

综上所述,金是在偏高温、高压、偏酸性的环境条件下被溶解、运移,在中、低温、
弱酸至弱碱性环境下沉淀成矿。

关于金矿床的成因分类,矿床学家从不同的角度提出了多种分类方案,现有的金矿床
分类有三种:一是按“赋矿建造-容矿空间”分类;二是按“含矿岩性-矿石(化)类型”分类;三是按“物质来源-成矿作用”分类。

最近葛良胜等[17]提出金矿床的新分类
应包括二个层面的分类,一是理论分类(成因分类),二是应用分类(工业分类),该方案
有利于理论研究和勘查实践应用,本文采用该分类方案,从理论研究对勘查找矿的指
导意义上初步提出小水井金矿的成因类型和应用类型。

小水井金矿床处于哀牢山造山带红河韧-脆性剪切构造带东侧次级断裂带中。

本区
中生代印度板块向扬子板块俯冲,自新生代(55～65Ma)印度大陆与扬子陆块对接碰撞[18]以来,发生了碰撞隆升、挤压-走滑及多期强烈的构造活动、岩浆侵位、变质
作用,形成了哀牢山造山带(包括红河断裂东缘NW向断褶带、脆-韧性剪切带)。

在碰撞造山期间,挤压造山与松弛或伸展交替出现,在挤压隆升阶段之间出现地壳松弛
或岩石圈伸展,而造山带中发生的成矿作用与伸展构造有着密切的关系[19]。

造山
期间区域构造应力场由挤压向伸展阶段转换时期,伴随大规模流体活动,有利于成矿
流体运移和成矿元素大规模的堆积。

在此背景下形成了红河金矿带,小水井金矿床
是其中重要矿床之一,其成矿时代为古近纪始新世中
期[20～21]。

据矿床硫、碳同位素研究,金矿石具幔源硫特征,与围岩的硫、碳在同位素组成上有
偏离;氢氧同位素的组成特征则表明成矿热液主要为天水的溶液及地下水循环从构
造活动及岩体获得热源形成的流体;围岩蚀变以硅化、黄铁矿化、碳酸盐岩化、绢
云母化为特征。

由对成矿流体的温度、压力及化学成分的研究可知,矿物包裹体大
小为2×2(μm)～14×18(μm),类型以气-液相为主,少量气相出现。

矿石中的石英包
裹体液相成分阳离子以Na+、K+为主,Na+/K+值为3.056～4.940;阴离子以Cl-、SO42-为主,且Cl-＞SO42-＞F-＞HCO3-;气相成分以 H2 O、CO2为主,间有CH4、CO出现。

主要成矿阶段包裹体均一温度集中于180℃～260℃之间,成矿深度约为1.0km,流体密度0.65～0.9g/㎝3,流体盐度 w(NaCleq)为4. 97%～7.76%。

因此,认为小水井金矿床属于浅成条件下,由中低温、低盐度、低密度的以天水为主的热
液
流体在韧-脆性剪切构造带中形成的构造蚀变岩型金矿床。

与美国西部卡林型金矿床地质特征进行对比(表3),小水井金矿床赋矿围岩、围岩蚀变、控矿构造、矿物组合、结构构造、金赋存状态、氢-氧同位素特征等与之相似。

然而,也有一些显著的差异,如:①成矿构造环境,美国西部的卡林型金矿床产于大陆边缘弧后的盆岭省,而小水井金矿床产于板块俯冲-碰撞-挤压走滑造山带与中生代前
陆盆地的山-盆过渡区(造山带后缘),属碰撞期挤压向伸展阶段转换环境。

②卡林型
金矿床容矿构造主要为层间破碎带、扩容空间、张性断裂,矿体以似层状、透镜状
为主,而本矿区为韧-脆性剪切构造带控矿[3、21],矿体以脉状、透镜状、不规则状
为主。

③矿石结构构造,卡林型金矿床以浸染状、细脉浸染状构造为主,而矿区以网
脉状、细脉状构造为主。

④经典的卡林型金矿床与岩浆岩关系不明显,而本矿区有
较多的煌斑岩脉产于矿化蚀变带中,而且成岩与成矿的时间差距不大,与金成矿有密
切的关系[22]。

⑤卡林型金矿床成矿流体以浅源的大气降水为主,或者以活化的封
存于沉积物中的建造水为主,成矿流体压力较低、CO2含量不高,而本矿区除具有上述特征外,还有大量富CO2包裹体,成矿流体压力较大。

上述表明,小水井金矿床已
向造山型金矿的特征过渡[23～26]。

根据上述成矿地质背景、矿床地质特征、成矿流体地球化学特征及与造山型金矿和美国西部卡林型金矿特征的对比,认为小水井金矿床的地质、地球化学特征与造山
型金矿相似,其成因类型应归属于Groves等定义的浅成造山型金矿床或葛良胜等
建议的碰撞造山型金矿,应用类型为构造蚀变岩型金矿。

小水井金矿床赋存于哀牢山造山带红河断裂东缘韧-脆性剪切构造破碎带中,容矿岩石为砂-泥岩、灰岩之角砾岩、碎裂岩。

成矿流体中碳、硫来自深部或地幔;成矿热液主要为天水下渗及地下水循环从构造活动及岩体获得热源而形成的混合热液流体,属H2 O—CO2—NaCl体系。

主要成矿阶段包裹体均一温度集中于180℃～260℃之间,成矿深度约为1.0km,流体密度0.65～0.9g/㎝3,流体盐度ω(Na-Cleq)为
4.97%～7.76%,成矿热液属于浅成-中低温-低盐度-低密度的混合热液流体。

矿床
成因类型属浅成造山型金矿床,应用类型为构造蚀变岩型金矿。

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