LS型淺成低溫熱液金礦床水-巖作用的討論

唐興國　李朝旭　胡浩

(1新疆地礦局第二區域地質調查大隊新疆昌吉831100；2地球化學勘查與海洋地質調查研究院江蘇南京210007）

LS型淺成低溫熱液金礦床水-巖作用的討論

唐興國1李朝旭2胡浩2

(1新疆地礦局第二區域地質調查大隊新疆昌吉831100；2地球化學勘查與海洋地質調查研究院江蘇南京210007）

近年來的研究表明，低硫化(LS)型金礦床大致可區分為受斑巖（體）侵位機制下熱體系控制的低硫化型Au系統和弧后-裂谷環境產出，與斑巖體無直接關系的Au-Ag系統。不同類型的LS型Au系統在上升含礦流體與下降不同性質地下水之間的水-巖相互作用也存在差異。LS型礦床的水-巖作用受pH及溫度變化影響，范圍較廣。從特有的明礬石礦物組合到近中性的綠泥石組合及堿性環境下的鈣-硅酸鹽礦物組合。該類金礦床沸騰現象常見，蝕變礦物在結構構造、組分組合上有標志的特征。

LS型淺成低溫熱液金礦水-巖作用

0　前言

淺成低溫熱液金礦是一種非常重要的金礦床類型，由于其對大構造背景極強的專一性及同一構造環境大規模成群出現的特點，使得對它的研究更具有推廣性和經濟性。自上世紀末，對其廣泛研究得到了許多突破，并在找礦勘查中更取得了顯著成效。

LS型（低硫化型）金礦是淺成低溫熱液金礦床中最重要及最廣泛的礦床類型，其成礦流體特征為還原、近中性的流體，即等同于Heald等（1987）依據礦物組成及蝕變特征劃分出的冰長石—絹云母型。

1　礦床地質背景

LS型淺成低溫熱液金礦床主要產出于俯沖帶上盤、島弧區及活動大陸邊緣，少數產于弧后伸展的裂谷環境，總體上為拉張應力場。在地球動力背景上，洋脊和海嶺與洋島弧、大陸島弧相互作用（或者俯沖于島弧區），這些構造擾動促進了平板俯沖及地殼增厚、隆起，同時誘發了埃達克質—類埃達克巖的巖漿作用，這為形成巨大的斑巖—淺成低溫熱液礦床體系提供了能量及物質場(Cooke D R,et al.2006)。

淺成低溫熱液金礦的礦化作用發生在火山活動的晚期，LS型金礦床最遲可以延續到容礦巖石形成后的1Ma內，一般比HS型（高硫化型）金礦床形成的要晚。由于這類礦床主要形成于隆起帶、埋深程度淺、易剝蝕風化并具有成礦專屬性的特點，所以現在保存下來的LS型金礦床主要是集中在古生代之后的三個構造巖漿活動帶中，如環太平洋成礦域;地中海—喜馬拉雅成礦域;和古亞洲成礦域（陳根文等，2001）。特別是環太平洋地區，幾乎集中了全球最著名的大型和超大型LS型淺成低溫熱液金礦床。

2　礦床地質特征

LS型金礦床形成于一系列的火山環境中，主要產出于弧后盆地的構造環境中，在控礦構造上，基本上都會受控于區域性深大斷裂，這些斷裂形成于板塊斜向俯沖，板塊會聚速度較快的近中性的拉張應力環境下，在地震的應力釋放過程中，成為橫切島弧的高角度走滑斷裂(Corbett G J,et al.1995)。LS型金礦床在能量場上屬于侵入體熱能系統的末梢，于是一個可膨脹擴容的構造環境對成礦物質的運移是至關重要的，從深部到淺部，礦化主要呈膨脹構造－殼狀條帶脈狀－角礫狀－網脈狀，主要受多組斷裂，放射狀和環狀裂隙系統控制。

3　水-巖作用

熱液礦床的水-巖作用（water-rock interaction）其實就是流體-圍巖互相的作用，這種作用是圍巖與熱液體系處于熱力學不平衡狀態所引起的，為了使圍巖與熱液達到平衡狀態，圍巖與熱液組分之間發生化學反應及其他變化，使新礦物形成，舊礦物消失（姚鳳良等，2006），這個作用過程使得成礦物質發生溶解、運移并沉淀富集，從而形成礦床。

3.1熱液的來源及形成

LS型金礦床成礦流體的來源，如果按其衍生源區劃分的話，大體上是由兩大類別構成的：①巖漿成因熱液，確切的說是含H2S、CO2的氣相流體，它是通過圍巖對初生巖漿組分SO2、HCl進行中和作用之后形成的，它是攜帶有用組分的含礦熱液；②大氣水熱液，這是成礦流體的主要組成部分，是卸載成礦物質的最重要媒介。主要包括潛水面之下不含氣的大氣循環水，它是形成石英-硫化物Au± Cu型礦床的重要流體；碳酸氫鹽流體，這是由于CO2沿構造裂隙溢出，到達較淺的含水層形成的，是形成碳酸鹽-賤金屬Au型礦床的流體；氧化的地下水，是形成更淺的淺成低溫石英Au-Ag型的主要流體。

LS型金礦床成礦流體的形成主要是一個流體中和作用的演化過程,這個演化過程通過理想模式建立起來大致為：①巖漿初始脫氣，主要為SO2、CO2、HCl、HF；②巖漿氣體活躍組分的中和作用，形成含H2S、CO2的氣相流體；③大氣循環水的下降加入，熱液對流過程；④氣液兩相沸騰帶，即張性構造造成的壓力突然釋放區域，氣體溢出，礦質沉淀；⑤上升的溢出氣體在近地表發生氧化，形成酸性硫酸鹽流體，蝕變形成一系列硫酸鹽，位于LS型金礦床礦體的頂部。

3.2容礦火山巖特征

LS型金礦床與陸相火山巖的巖性有密切的關系（龐獎勵，1995），大多數LS型金礦床產出于巖漿弧作用環境，其圍巖主要為島弧安山巖，以鈣堿性系列為主，總體上為一個鈣堿性安山巖—英安巖—流紋英安巖—流紋巖的巖石系列。近期的研究表明，LS型金礦床的圍巖具有中高鉀的特征，這與匯聚板塊邊緣消減作用形成的高鉀巖漿組分有直接關系（陳衍景等，2007）。并且環太平洋地區的LS型金礦床與鉀質火山巖之間的密切關系已從很多研究成果中證實。如在LS型金礦床經常出現的富含K的流紋巖，被認為是冰長石化發育的直接原因(Corbett G J,et al.1995)。

3.3水-巖化學作用

LS型金礦床的水-巖作用是還原(m(H2S)>>m(SO4-2)的近中性流體與中性-中酸性的陸相火山巖反應形成的一系列蝕變相.從強酸性環境-弱酸性-近中性，這些蝕變組合依次為:硅化組合-明礬石組合-(明礬石-高嶺石)組合-高嶺石組合-(伊利石-高嶺石)組合-伊利石組合-綠泥石組合-(鈣-硅酸鹽化)組合(Corbett G J,et al.1995)，這些蝕變組合主要受溫度和pH值控制，它們不僅記錄了流體的演化史，更直接影響了礦質的沉淀。

3.3.1圍巖蝕變組合

3.3.1.1硅化礦石組合

硅化蝕變伴隨著水-巖作用的每一步反應，貫穿整個低溫熱液體系，是與礦化最為密接的圍巖蝕變，并且在低的pH值(pH<2)流體環境中，只有硅化相是最重要的水-巖作用(Hedenquist J W,et al. 1988)在酸性的環境下，蛋白石，方石英和鱗石英會在近地表的環境下出現，通常是在低于100℃的條件下（Leach T M,et al.1988)而石英主要是更高溫度下出現的硅化相。

3.3.1.2明礬石礦物組合

LS型金礦床的明礬石組合區別于HS型的硫酸鹽組合，它是一定深度下發生沸騰上升的逃逸氣體(H2S,CO2)在近地表被氧化形成酸性流體，在下降加熱的過程中形成的.這種明礬石組合可能發生在低溫熱液系統衰減期，大致在1-1.5Km的深度.這種LS型特有的硫酸鹽組合反映了一定深度的沸騰“漏氣”作用，所以它的大量出現會一定程度反映深部的大規模礦質的卸載，也可以是找礦的一種標志.

3.3.1.3綠泥石礦物組合

綠泥石相是由更低溫度下，圍巖中的暗色礦物黑云母及角閃石發生硅化形成的，在淺成低溫熱液系統中，是LS型特有的蝕變礦物。它的發育代表著近中性的還原環境，與之伴隨的還有冰長石化及碳酸鹽化的蝕變礦物，這些在酸性環境下不會出現或酸性條件下化學性質活潑的礦物是LS型礦床類型的標志性礦物組合。

3.3.1.4鈣硅酸鹽礦物組合

在近中性到堿性的條件下，鈣硅酸鹽礦物才會出現。在較低的溫度下，沸石—綠泥石—碳酸鹽化礦物出現，由于沸石類礦物對壓力及溫度較敏感，并具含水沸石族（＜150-200℃）—無水沸石族（150-200℃）的垂直分帶現象，從淺部到深部，依次為鈉沸石—菱沸石—絲光沸石—片沸石—輝沸石—濁沸石。這些垂向連續的蝕變礦物組合對礦體的剝蝕程度有一定的表征作用。

3.3.2礦質的溶解、運移及沉淀

整個低硫化作用過程是巖漿熱液（已用硫同位素研究證明）脫氣（一次沸騰）產生含H2S的氣相流體，在低溫熱動力驅動下，溶解容礦巖石中的礦質，同時伴隨一系列的圍巖蝕變。溶解Au的化學反應式為：

在中低溫（＜300—350℃）的熱液系統內，幾乎在任何條件下，Au都是以Au（HS）2-絡合物的形式遷移，而在更高的溫度下才會以（AuCl）-氯絡合物的方式遷移。Large（1994）進一步研究得出，Au以二硫化物絡合物遷移，需要在一個近中性（pH﹥4）的低硫化熱液系統內；同樣在

高硫化作用的酸性體系，是以（AuCl）-氯絡合物形式遷移。Au（HS）2-絡合物的溶解遷移主要受流體的pH環境及溫度控制，在低溫范圍（150—300℃）內，Au（HS）2-的溶解度隨著溫度降低而緩慢增大，并且在低硫化系統下（pH﹥4），Au（HS）2-的溶解度隨著流體性質趨于中性而明顯增大。所以可以看出一個更低溫度（150—200℃），還原性質（pH介于6—8）的流體是對礦質溶解遷移的最佳載體。

在低溫熱液系統中，礦質是從上升的含礦流體中沉淀而來的，而導致這樣的礦質沉淀作用則需要整個化學場平衡被破壞，流體性質改變。LS型的成礦作用總結起來為：①沸騰作用；②與低pH流體的混合作用；③與氧飽和流體的混合作用。

流體的沸騰作用是LS型金礦床最普遍的現象，大量的礦物學、流體包裹體和穩定同位素證據表明，沸騰可能是導致低硫化型淺成低溫熱液型礦床貴金屬和賤金屬沉淀的主要原因.

流體的混合作用是LS型金礦床另一個成礦機制，當富含CO2的地下水下降與上升的含礦熱液混合后，發生沉淀.所以在LS型金礦床的成礦過程中，內生相的赤鐵礦是Au大量沉淀的一個重要標志.。

3.4水-巖作用系統

低硫化熱液系統的水-巖作用分為兩大方面：1.S+4向S-2轉換的還原過程引起礦質溶解的作用；2.與之伴隨的圍巖蝕變.礦質溶解與圍巖蝕變的誘發關系尚不清楚，假設礦質溶解破壞了整個化學場平衡。當大量的Au被溶解，發生碳酸鹽化，進入另一個成礦機制。

LS型金礦床的圍巖蝕變是在開放熱液系統下發生的，總體上反映出流體性質從弱酸性到近中性的演化過程。在蝕變礦物方面具有以下的顯著特征：（1）淺部具有明礬石—硬石膏硫酸鹽礦物組合，作為礦化部位的蓋層產出;（2）石英—絹云母—伊利石—綠泥石蝕變礦物組合，一般在垂向上具有線性蝕變展布的特點，是伴隨成礦元素溶解運移的最重要水-巖作用；（3）表征中性還原環境的碳酸鹽化礦物組合及在堿性巖系統下廣泛發育的冰長石化蝕變；（4）代表沸騰作用的玉髓及在迅速冷卻作用下形成的無晶形硅石等。

4　 LS型金礦床分帶性

由于LS型金礦床產出的專屬性及集中性，使對其的親緣性及組合關系的研究更具有意義。通對西南太平洋板塊區域內LS型金礦的研究得出，不同地殼深度的LS型熱液系統都受到同樣的熱事件作用，并且在垂向上具有分帶性，整個熱事件作用是由深部侵入體的侵位造成的，它提供一個巨大的熱源，加熱鹽度低的大氣循環水，進而形成一個低溫熱液的對流系統，被加熱的流體壓力驅動進入構造單元及滲透性好的區域，在已存的構造上，進一步形成垂直分帶的裂隙構造、角礫巖充填、角礫巖筒、卵石巖墻、席狀脈及帶狀脈。

5　討論

Corbett(2002)通過對環太平洋區域的研究，對LS型金礦床進一步分類，并指出了它們在相似的低溫熱液系統下，不同的地殼深度，水-巖作用有著重要的差別，同時也認為這些礦床在成礦上屬于一個垂向上具有分帶性的系列（Corbett G J,2002），這就暗示了在一個合適的低溫熱液系統中，巨大的伸展構造環境下LS型金礦床不會僅為單一、零星的產出。

我國東北地區位于太平洋成礦域的外帶，淺成低溫熱液成礦作用與燕山晚期的伸展機制的斷裂活動關系密切（胡朋等，2004）。近年來，在該區域陸續發現了一些LS型淺成低溫熱液金礦床，于是對其圍巖蝕變及礦物組合的深一步研究，能否來進一步劃分亞類，建立一個成礦系列，并在已知礦區是否存在別的亞類礦床是一個值得研究的問題。

F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2015）-7-112-2

唐興國（1962～），男，地質礦產高級工程師，研究方向為地質礦產勘查。