太行山石湖金礦成礦流體成分特征與演化過程

王樹志，胡建中，邸迎偉，王 濤，鞠鳳萍

（1．中國地質大學 （北京）科學研究院，北京100083；2．中國地質大學 （北京）水資源與環境學院，北京100083；3．北京航天勘察設計研究院有限公司，北京100070）

金屬成礦的實質是殼—幔各圈層中的原始分散元素，借助多種水－巖反應在成礦流體中逐漸濃集，并以成礦流體為載體運移至地殼的局部地段，集中沉淀而形成礦體和礦石。因此，成礦流體的時—空演化軌跡實質上就是礦質活化、遷移、聚集定位的過程，即礦床形成的過程［1］。石湖金礦在成礦流體的研究方面，前人只進行簡單探討了成礦熱液來源和成礦物理化學條件，沒有按照成礦期次對包裹體進行詳細的劃分，更加缺乏系統的水—巖反應及流體演化的動態認識。因此以成礦流體成分特征探討其階段性以及演化過程，對于認識整個金礦的成礦過程尤為重要。

1 研究區地質背景

石湖金礦位于河北省石家莊市靈壽縣，區域上處于太行山中段。石湖礦區出露有太古宙的阜平巖群，巖性以角閃斜長片麻巖、黑云斜長片麻巖為主，同時夾有的淺粒巖、大理巖、斜長角閃巖和角閃磁鐵石英巖。石湖礦區位于陳莊復向斜的北西翼，總體構造輪廓為向東傾伏的背斜構造和走向近SN向、NW向和EW向的斷裂發育（圖1）。根據不同的礦石類型特點、礦化特點及礦化強弱，成礦期可以分為三個階段：第一階段為石英脈型或石英脈－黃鐵礦階段，礦化較弱；第二階段為石英脈多金屬硫化物階段，石英脈中黃鐵礦、黃銅礦、方鉛礦和閃鋅礦等多金屬硫化物極為發育，含金品位較高。第三階段為石英脈－碳酸鹽階段，此階段的流體溫度較低，金屬礦物較少或以黃鐵礦為主。

圖1 石湖金礦礦區地質圖

2 采樣與分析

石湖金礦流體包裹體樣品采集于101號脈含金石英脈。流體包裹體激光拉曼是在中科院地質與物理研究所流體包裹體實驗室完成。測試儀器為英國Ranishaw公司生產的Raman 2000型激光拉曼光譜儀。激發波長為514．5nm，光譜范圍為50～9000cm－1，光譜分辨率為2cm－1。空間分辨率×100倍鏡頭下，橫向分辨率小于0．5um，縱向小于1μm；光譜重復性±0．2cm－1。選擇所測光譜的計數時間一般大于30s，每1cm（波數）計數一次。對具有代表性的流體包裹體中氣相、液相、成分進行了激光拉曼分析。

石湖金礦的群體包裹體分析是將石英碎至40～80目，挑純后采用GC－2010型氣相色譜儀和HICSP Super型離子色譜儀進行測試，GC－2010型氣相色譜儀最低檢出限1ppm；HIC－SP Super型離子色譜儀最低檢出限陰離子為1ppb，陽離子為1ppm。樣品測試由中國地質科學院礦產資源研究所完成。氣相結果見表1，液相結果見表2。

表1 石湖金礦包裹體氣相成分／（μg／g）

表2 石湖金礦包裹體液相成分／（μg／g）

3 結 果

3．1 激光拉曼光譜分析結果

流體包裹體激光拉曼光譜分析圖2顯示，包裹體成分主要CO2和H2O，在包裹體液相拉曼圖譜中，拉曼位移數值多集中在3460左右，在包裹體氣相拉曼圖譜中，主要出現CO2峰，其次為SO2峰。在譜線的開始部位仍能清晰的看到石英峰的存在，其拉曼位移值一般為466左右。

3．2 包裹體群體分析結果

石湖金礦成礦氣相成分中，水汽（H2O）和CO2占絕大部分，平均達到250．4μm／g和240．5μm／g，反應成礦流體中水是其主要成分。其次，N2的含量也不容忽視，達到平均112．6μm／g。

圖2 石湖金礦流體包裹體激光拉曼光譜圖

4 討論與結論

4．1 氣相成分的演化過程

對石湖金礦的包裹體的激光拉曼分析以及群體成分分析（氣相）發現了大量的CO2，群體分析測試測得CO2平均含量達到240．5μg／g，僅次于H2O的含量，這與前人［2］的結果的差別是較大的，前人也未對此種包裹體給予足夠的重視。所以對這CO2組分單獨論述，不僅僅是因為這兩種組分尤其是CO2在石英脈包裹體的氣相和液相成分中大量分布，和前人所測試的結果有較大差異，且這兩種組分在成礦過程中的作用更不容忽視，其決定了金的沉淀方式和沉淀環境。通過不同階段包裹體CO2的變化可以推斷礦區流體的演化過程。

首先，與巖漿作用、重熔巖漿作用有關的金礦床中富含CO2，而與低溫淺成有天水參與的礦床CO2含量較少［3］。郝英等（2001）也認為富金和CO2流體是在地幔熔融和交代過程中產生的，最終與地殼流體混合參與成礦［4］。因此，石湖金礦成礦流體是巖漿水為主。

其次，在對石湖金礦樣品的分期后發現，由成礦早期到主成礦期到成礦晚期的CO2含量是存在波動的，而在主成礦期—多金屬硫化物階段CO2含量是最為豐富，平均含量達到了289．2μg／g，而且經過計算的主成礦期的fCO2也增大明顯（fCO2＝18．642bar），其可能促使碳—水反應如下［3－5］：2C＋2H2O== CH4＋CO2；3C＋2H2O==CH4＋2CO；CH4＋H2O== CO＋3H2．而在礦區包裹體氣相成分中也確實發現了H2和CH4，說明其在主成礦期極大地改變了溶液的性質，影響了體系的分壓、pH和含金絡合物的穩定性，最終導致金的沉淀。

4．2 液相成分的演化過程

成礦流體的Na＋／K＋和Cl－／F－可以作為判別流體來源的標志，一般情況下，巖漿熱液Na＋／K＋小于1，經過測算石湖包體樣品的Na＋／K＋在這個范圍之內，具有巖漿熱液特征［6］。而當Cl－／F－大于1時屬大氣降水或著地層流體的特征，表明有大氣降水的加入。通過計算Na＋／K＋比發現其介于0．22～0．78之間，平均為0．50小于1，反映了巖漿熱液的特征。Cl－／F－的值全部遠遠大于1，從成礦早期、主成礦期到成礦晚期Cl－／F－的值有降低趨勢，因此可以認為石湖金礦的成礦流體為以巖漿熱液為主同時含有大氣降水的混合流體。另外，包裹體液相陰陽離子成分也說明了成礦流體屬富含Ca2＋、Na＋、K＋、SO2－4、Cl－及少量F－、Br－和NO2－（NO3－）的熱水溶液，具有較強的溶解成礦物質的能力。

成礦中也有少量的O2的參與（平均22．7464μg／g），特別是在成礦的早期和主成礦期O2的含量相對較多。流體成分中存在CO2和CH4說明在成礦過程主體為還原環境，但是O2的參與會使環境逐漸轉換為半封閉環境甚至是開放環境，這可能與成礦裂隙發育和天水（地層水）的加入有關。

圖3顯示了石湖金礦成礦流體由富K＋的熱液演化向貧K＋的方向演化，而成礦晚期Ca2＋＋Mg2＋的含量明顯增多，這可能與晚期的溫度下降和水－巖反應有關。而流體中的Cl－離子同樣經歷了由富集到貧化的過程，與之相對應的SO2－4則在主成礦期達到了峰值，而SO2－4含量反映的是介質中與金遷移有密切聯系的HS－數量，SO2－4＞Cl－［7］，因此金在成礦流體中主要以硫氫絡合物的形式遷移，氯絡合物次之。

圖3 包裹體液相成分的K＋－（Ca2＋＋Mg2＋）－Na＋和SO2－4－F－－Cl圖解（按離子百分數）

［1］ 鄧軍，高幫飛，王慶飛，等．成礦流體系統的形成與演化［J］．地質科技情報，2005，24（1）：49－54．

［2］ 劉偉．冀西石湖金礦床地球化學特征、礦床成因及成礦預測研究［D］．長沙：中南大學，2007．

［3］ 呂古賢，林文蔚，羅元華，等．構造物理化學與金礦成礦預測［M］．北京：地質出版社，1999．

［4］ 郝英，毛景文，王瑞廷，等．幔源巖漿去氣形成富二氧化碳含金流體—可能性與現實性［J］．地學前緣，2001，8（4）：256－270．

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［6］ 盧煥章，李秉倫．包裹體地球化學［M］．北京：地質出版社，1990：153－154

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