豫西上宮金礦床成礦流體特征

王俊德，任彧仲，杜曉陽，夏文則，岳 輝，孫朝陽，孫樂飛

(1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院；2.河南省金銀多金屬成礦系列與深部預(yù)測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.自然資源部貴金屬分析與勘查技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

上宮金礦床位于華北克拉通南緣熊耳山金礦田北部，隸屬于河南省洛寧縣西山底鄉(xiāng)，礦區(qū)中心點(diǎn)坐標(biāo)為：東經(jīng)111°34′18″，北緯34°09′12″。上宮金礦床是20世紀(jì)90年代在熊耳山金礦田內(nèi)發(fā)現(xiàn)的構(gòu)造蝕變巖型金礦床。在全國“358”找礦突破戰(zhàn)略行動中，上宮金礦床深部取得重大找礦突破，新增金資源量50 t以上。近年來，許多學(xué)者已對典型礦床開展成礦期次及成礦流體物理化學(xué)特征研究[1-4]，本文以“河南省洛寧縣上宮金礦深部普查”和“河南省康山—上宮金成礦帶三維地質(zhì)建模與資源定量預(yù)測研究”項(xiàng)目為依托，對上宮金礦床成礦流體特征進(jìn)行研究，旨在為區(qū)域內(nèi)類似金礦床開展礦化期次及成礦流體的物理化學(xué)特征研究提供借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

上宮金礦田位于華北板塊南緣，華熊臺隆熊耳山隆斷區(qū)中部[5],結(jié)晶基底為太古界太華群片麻巖，蓋層為中元古界熊耳群火山巖。區(qū)域斷裂主要為近東西向馬超營斷裂，北東向上宮斷裂、焦園斷裂等(見圖1)。其中，上宮斷裂北東段縱貫全區(qū)，為主要控巖控礦構(gòu)造。區(qū)域巖漿巖發(fā)育，出露燕山期花山、五丈山、合峪等巖體，主要為重熔型花崗巖體，大量研究表明，花山巖體與金礦床的形成密不可分[6-9]。區(qū)域成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，礦產(chǎn)資源豐富，規(guī)模較大的有上宮構(gòu)造蝕變巖型金礦床，祈雨溝、店房爆破角礫巖型金礦床，沙溝、鐵爐坪銀鉛鋅礦床等[10-11]。

1—第四系 2—中元古界官道口群白云巖夾石英砂巖 3—中元古界熊耳群火山巖 4—太古界太華群片麻巖 5—花崗巖 6—研究區(qū) 7—斷裂 8—不整合接觸界線 9—金礦床(點(diǎn))及名稱 10—鉛鋅銀礦床(點(diǎn))及名稱 11—鉬礦床(點(diǎn))及名稱

2 礦區(qū)及礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)出露地層主要為太古界太華群石板溝組(Arsb)片麻巖和淺粒巖，中元古界熊耳群許山組(Pt2x)安山巖、雞蛋坪組(Pt2j)流紋巖及新生界第四系(Q)殘坡積物和松散砂礫石層(見圖2)。礦區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，根據(jù)走向及力學(xué)性質(zhì)，可分為北東向、北北東向和北北西向3組。其中，北東向斷裂、北北東向斷裂形成的含金構(gòu)造蝕變帶，是礦床主要含礦構(gòu)造。北東向斷裂F1為區(qū)域性斷裂，是礦床主要控礦斷裂，總體走向45°，傾向南東或北西，傾角45°～85°，寬20～30 m，最寬達(dá)400 m。礦區(qū)內(nèi)巖漿活動主要表現(xiàn)為中元古代的火山噴發(fā)和淺成相巖脈侵入。

1—第四系 2—雞蛋坪組 3—許山組 4—石板溝組 5—燕山期花崗巖 6—含金構(gòu)造蝕變帶 7—淺部已探明礦體及編號 8—地質(zhì)界線 9—不整合接觸界線 10—斷裂及編號 11—勘探線及編號

2.2 礦床地質(zhì)

礦區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)多條不同規(guī)模、不同礦化程度的含金構(gòu)造蝕變帶，其中賦存于F1、Ⅳ、Ⅴ斷裂內(nèi)的含金構(gòu)造蝕變帶規(guī)模較大[12]。礦體賦存于含金構(gòu)造蝕變帶中，以主礦體F1-Ⅰ7為例，介紹礦區(qū)內(nèi)礦體大致特征。F1-Ⅰ7礦體賦存于含金構(gòu)造蝕變帶下盤，近礦圍巖主要為構(gòu)造角礫巖、碎裂巖及碎裂安山巖等構(gòu)造巖類。礦體賦存標(biāo)高-558～672 m，埋深512～1 210 m，長度1 892 m，傾向最大延伸637 m，向北東側(cè)伏，側(cè)伏角約40°，厚度0.53～5.66 m，金品位0.32×10-6～53.94×10-6，金平均品位5.14×10-6。

頂?shù)装褰V圍巖1.5 m范圍內(nèi)具有硅化、絹云母化、黃鐵絹英巖化、碳酸鹽化等，礦體與圍巖界線較為清晰，局部呈過渡關(guān)系。除近礦圍巖外，礦區(qū)其他區(qū)域也存在強(qiáng)烈的蝕變，且類型復(fù)雜。蝕變類型主要有硅化、碳酸鹽化、黃鐵礦化、絹云母化、鉀化、綠泥石化、赤鐵礦化，次為綠簾石化、伊利石化、螢石化，及少量重晶石化。硅化主要分布于構(gòu)造破碎帶內(nèi)，具體表現(xiàn)為含礦熱液交代或充填各類構(gòu)造巖而形成的硅化巖石和石英脈等，具有多期次的特點(diǎn)；碳酸鹽化主要以白云石、鐵白云石、方解石、菱鋅礦等礦物形式出現(xiàn)，并且鐵白云石化貫穿整個成礦期；黃鐵礦化是最為普遍的熱液蝕變之一，發(fā)育期次多，幾乎貫穿整個成礦期。

3 成礦流體特征

3.1 包裹體的礦相學(xué)特征

包裹體對于研究礦物形成時的物理化學(xué)條件是一種極為重要的載體，許多學(xué)者開展過包裹體的研究[13-14]。上宮金礦區(qū)石英礦物中包裹體較為發(fā)育，以原生包裹體為主，少量假次生包裹體和次生包裹體，主要成群分布，部分呈帶狀分布(見圖3)。本次研究選擇的包裹體形態(tài)多樣，有橢圓形、菱形、梯形、三角形和各種不規(guī)則形。包裹體密度小，多為隨機(jī)分布，部分沿晶內(nèi)裂隙和晶體生長帶分布。包裹體粒度多數(shù)在(2 μm×3 μm)～(4 μm×7 μm)。包裹體以氣液兩相包裹體為主，少量CO2包裹體、純氣相包裹體及含子晶三相包裹體。氣液比變化較小，從5 %～30 %均有產(chǎn)出，但以5 %～10 %的氣液比為主。

LH2O—液相H2O LCO2—液相CO2 VCO2—?dú)庀郈O2

3.2 流體包裹體均一溫度、鹽度特征

前人對上宮金礦床流體包裹體進(jìn)行多次研究，大致將流體演化劃分為3個階段，并且各階段溫度跨度大致相等。其中，范宏瑞等[15-16]對礦石中石英包裹體進(jìn)行了均一法測溫，研究數(shù)據(jù)顯示，上宮金礦床最佳成礦溫度為190 ℃～280 ℃，且以215 ℃～280 ℃最為有利。主成礦階段形成深度3.8～10.5 km(封閉系統(tǒng))，鹽度1.1 %～28.3 %，表明該礦床為中深成中低溫巖漿期后熱液金礦床。

根據(jù)野外成礦階段劃分，認(rèn)為上宮金礦床成礦流體演化過程復(fù)雜，至少存在4個成礦階段：石英-鐵白云石化-(少)黃鐵礦階段(Ⅰ)，該階段石英多呈粗脈狀、團(tuán)塊狀、透鏡狀、角礫狀等產(chǎn)出(見圖4-b)，被后期石英-硫化物細(xì)脈膠結(jié)并發(fā)生面狀蝕變，形成鐵白云石化-硅化蝕變巖，黃鐵礦僅以較粗粒發(fā)育在石英脈或鐵白云石裂隙面中，金礦化較差，次要蝕變?yōu)榫G泥石化和絹云母化。石英-多金屬硫化物-鐵白云石階段(Ⅱ)，該階段黃鐵礦等金屬硫化物(少量方鉛礦、黃銅礦、閃鋅礦)以細(xì)?！⒓?xì)?；蚍勰町a(chǎn)于硅化、鐵白云石化中，呈煙灰色(見圖4-a、c、g、h)，此階段是金的主要成礦階段。中細(xì)粒方鉛礦-閃鋅礦-黃鐵礦-石英階段(Ⅲ)，該階段的方鉛礦呈鋼灰色，自形—半自形粒狀(中細(xì)粒)結(jié)構(gòu)，與閃鋅礦共生產(chǎn)出；閃鋅礦，褐色—棕褐色，自形—半自形粒狀(中細(xì)粒)結(jié)構(gòu)，呈脈狀、團(tuán)塊狀與方鉛礦共生產(chǎn)出；黃銅礦、黃鐵礦，少量呈星點(diǎn)狀或團(tuán)塊狀與方鉛礦、閃鋅礦共生(見圖4-d)。石英-碳酸鹽(-螢石)階段(Ⅳ)，該階段鐵白云石、方解石、石英，以及少量螢石、重晶石呈細(xì)脈穿插早階段礦石(見圖4-i)，并伴有赤鐵礦化和少量綠泥石化、絹云母化，且有較少量硫化物生成。

Py—黃鐵礦 Cp—黃銅礦 Ga—方鉛礦 Sph—閃鋅礦 Qz—石英

本次流體包裹體測溫樣品采集工作，根據(jù)劃分的4個成礦階段，對F1斷裂內(nèi)礦體中深部586 m中段至986 m中段采集樣品進(jìn)行測試。流體包裹體顯微測溫結(jié)果及相關(guān)參數(shù)見表1。由表1可知，流體包裹體完全均一溫度為102 ℃～466 ℃，大致出現(xiàn)4個峰值(見圖5)，并且第2峰、第3峰值界線不明顯，這可能是由于成礦Ⅲ階段與成礦Ⅱ階段在時限上流體系統(tǒng)關(guān)系密切。

圖5 上宮金礦床礦石石英包裹體完全均一溫度直方圖

表1 上宮金礦床流體包裹體顯微測溫結(jié)果及相關(guān)參數(shù)

完全均一溫度大部分分布在150 ℃～280 ℃，反映上宮金礦床應(yīng)為以中溫為主的中低溫?zé)嵋旱V床。與前人的研究成果相似的是，成礦Ⅰ階段富含CO2包裹體，液相均一，完全均一溫度最高(320 ℃～390 ℃)；成礦Ⅱ階段為復(fù)雜的純CO2包裹體、富CO2包裹體和貧CO2包裹體組合，異相均一化，完全均一溫度為230 ℃～300 ℃，有沸騰現(xiàn)象；成礦Ⅲ階段為富CO2包裹體和貧CO2包裹體組合，異相均一化，完全均一溫度180 ℃～240 ℃，與成礦Ⅱ階段無明顯界線；成礦Ⅳ階段為貧CO2包裹體，液相均一，完全均一溫度110 ℃～200 ℃。

綜上所述，上宮金礦床成礦溫度為180 ℃～330 ℃，最有利的成礦溫度為200 ℃～300 ℃。鹽度為0.35 %～43.73 %，主要集中于5 %～10 %(見圖6)，1 375個數(shù)據(jù)的平均鹽度為8.9 %，反映其為中高鹽度流體。

圖6 上宮金礦床礦石石英包裹體鹽度直方圖

4 討 論

4.1 成礦壓力及成礦深度

成礦壓力及成礦深度估算是人們一直想解決的、較復(fù)雜的問題?？赏ㄟ^研究熱液型礦床的流體包裹體特征并進(jìn)行分類，找出含CO2、H2O-CO2體系的包裹體進(jìn)行成礦壓力及成礦深度估算。

本次研究通過在樣品中找同源包裹體和CO2包裹體，用冷凍法確定純CO2包裹體和純H2O包裹體，測定CO2包裹體部分均一溫度和純H2O包裹體完全均一溫度。根據(jù)CO2包裹體部分均一溫度和CO2相密度關(guān)系圖解(見圖7)求出CO2的密度，H2O密度亦可用圖解法、查表法或計算法確定。結(jié)合H2O和CO2體系聯(lián)合p-t圖解(見圖8)，得到成礦流體壓力估算結(jié)果(見表2)。結(jié)果顯示，成礦壓力為80～93 MPa。根據(jù)該礦床無沸騰包裹體、中高鹽度、中低溫等特征，以1 MPa/0.1 km的開放系統(tǒng)計算，成礦深度應(yīng)該在8.0～9.3 km；按封閉系統(tǒng)(2.7 MPa/0.1 km)計算，成礦深度應(yīng)該在2.2～2.5 km。

表2 上宮金礦床成礦流體壓力估算結(jié)果

圖7 CO2包裹體部分均一溫度和CO2相密度關(guān)系圖解

圖8 H2O和CO2體系聯(lián)合p-t圖解

4.2 成礦流體成分特征

鐵白云石、石英、方解石流體包裹體成分測定結(jié)果見表3。由表3可知，包裹體氣相成分以H2O為主，次為CO2，二者占總量97 %以上，含少量CO及微量CH4和N2，晚期方解石中H2O和CO2含量明顯減少，且?guī)缀醪缓珻O、CH4和N2，反映巖漿熱液成因的特點(diǎn)。n(CO2)/n(H2O)值為0.068～1.310，平均值為0.730，相對較高，反映巖漿熱液成因的特點(diǎn)。

表3 上宮金礦床鐵白云石、石英、方解石流體包裹體成分測定結(jié)果

液相成分中陽離子以Ca2+為主，Na+、K+次之；陰離子成分以Cl-為主。晚期方解石中Ca2+含量明顯比鐵白云石、石英中多，且Na+含量明顯減少，反映成礦流體總體以富鈣、鈉為特點(diǎn)。

綜上所述，上宮金礦床成礦流體為含鹵素和堿質(zhì)的水溶液，屬于NaCl-CO、CO2-H2O的水溶液體系，隨著溫度的降低，由主成礦階段到成礦后階段，成礦溶液發(fā)生了由弱酸性向弱堿性的變化。

5 結(jié) 論

1)上宮金礦床包裹體以氣液兩相包裹體為主，少量CO2包裹體、純氣相包裹體及含子晶三相包裹體。

2)上宮金礦床成礦溫度為180 ℃～330 ℃，最有利的成礦溫度為200 ℃～300 ℃。包裹體鹽度為0.35 %～43.73 %，主要集中于5 %～10 %，平均值為8.9 %，為中高鹽度流體。

3)上宮金礦床成礦壓力為80～93 MPa，以1 MPa/0.1 km的開放系統(tǒng)計算，成礦深度應(yīng)該在8.0～9.3 km；按封閉系統(tǒng)(2.7 MPa/0.1 km)計算，成礦深度應(yīng)該在2.2～2.5 km。

4)上宮金礦床成礦流體為含鹵素和堿質(zhì)的水溶液，屬于NaCl-CO、CO2-H2O的水溶液體系，隨著溫度的降低，由主成礦階段到成礦后階段，成礦溶液發(fā)生了由弱酸性向弱堿性的轉(zhuǎn)變。