喀麥隆北部Bougma金礦流體包裹體研究

葉張煌，閆強(qiáng)，劉杰，戴倩萍，蔡憶，蔡陽輝

(1.江西科技師范大學(xué)，南昌330038;2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京100037;3.江西省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)研究中心，南昌330002)

喀麥隆位于非洲中西部，面積47.5萬km2，南北最長距離約1 232 km，東西約720 km，形似一個南寬北窄的三角形，東鄰乍得、中非，南與赤道幾內(nèi)亞、加蓬、剛果等國接壤，西部與尼日利亞交界，北隔乍得湖與尼日爾相望，西南瀕臨幾內(nèi)亞灣，海岸線長354 km。

喀麥隆全國地形復(fù)雜，自然地理風(fēng)貌相當(dāng)豐富，有“小非洲”之美譽(yù)，按地理環(huán)境特點，喀麥隆大致可分為5個自然區(qū):西部山區(qū)、沿海森林平原、內(nèi)陸森林高原、阿達(dá)馬瓦高原、北部熱帶草原。西部和中部的高原和山地占了國土面積的3/4以上，平均海拔2 200 m，西南的喀麥隆火山是西非的最高峰，海拔4 070 m，成為境內(nèi)諸多水系的分水嶺?？溌贌釒夂颍瑲鉁馗?，全國年平均溫度為25℃，年平均降雨量在2 000 mm以上，喀麥隆火山山麓全年降雨量高達(dá)10 000 mm，是世界降雨量最多的地區(qū)之一。一年分為兩季:每年3月到10月為雨季，10月到次年3月為旱季。氣溫北高南低，降雨量北少南多。

喀麥隆的礦產(chǎn)資源種類較多，已查明的固體礦產(chǎn)主要有鋁土礦、銅、鐵、金紅石、金、鉆石、鋅、鉛、錳、鉬、鎳、白鎢礦等，主要產(chǎn)在北部和東部;能源礦產(chǎn)主要是分布在幾內(nèi)亞灣的石油和天然氣。

1 區(qū)域地質(zhì)

喀麥隆北部地區(qū)是中非褶皺帶(Central African Fold Belt)和剛果克拉通(Congo Craton)的一部分，經(jīng)歷了長期和復(fù)雜的地殼演化，如Eburnian造山運動(2 100 Ma)和Pan Africa造山運動(600 Ma)[1]。Buffle Noir剪切帶是北部重要的地質(zhì)分界線，該剪切帶南端位于8°30'N附近，北東－南西走向，向南傾斜，傾角為20°～30°。界線西北邊，以新老地層交替出現(xiàn)為特征。新元古代熔巖臺地占了一半以上的面積，現(xiàn)代河流處形成內(nèi)陸盆地，為白堊系的砂礫巖，往北則是更老的新元古代Poli群，最北部(乍得湖附近)則為第四系的沉積層。侵入巖面積不廣，僅發(fā)育在與尼日利亞接壤的邊界狹長地帶。界線的東南部，以發(fā)育老地層和古老的花崗巖為特征。Pan Africa造山運動形成的花崗質(zhì)侵入巖分布廣泛，古元古代地層也很發(fā)育(圖1)。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

Bougma礦區(qū)位于喀麥隆北部，Buffle Noir剪切帶以北，面積約為440 km2，礦區(qū)不僅包括石英脈型金礦(圖2)，還包括紅土型金礦(圖3)和現(xiàn)代河流附近的砂金(圖4)。石英脈型金礦賦礦地層主要為新元古代Poli群片麻巖和白堊系的砂礫巖，后兩者的賦礦層位主要為第四系。當(dāng)?shù)乩习傩帐止ら_采紅土型金礦和淘洗砂金作為主要經(jīng)濟(jì)來源，這些金礦類型和居民生活方式在西非具有普遍的代表性。

2.1 巖石類型

礦區(qū)巖石類型以陸源碎屑巖、片麻巖、云母片巖、混合巖、花崗巖為主，這些巖石大多強(qiáng)烈變質(zhì)變形，褶皺發(fā)育，傾角較陡，部分大于60°，基本走向是N—NE。

(1)陸源碎屑巖:礦區(qū)東北角發(fā)育白堊紀(jì)的礫巖、砂礫巖，礦物成分主要由石英和長石組成。具體以紫紅色中厚層狀中粗礫巖、紫紅色中厚層狀石英砂礫巖為主，夾薄層狀含礫石英粗砂巖、長石石英細(xì)砂巖。野外能觀察到砂礫巖和細(xì)砂巖的交錯層理。在該巖系中還出現(xiàn)了一些石英礫巖基準(zhǔn)面，長石嚴(yán)重風(fēng)化，形成粘土，石英殘留其中。

圖1 喀麥隆地質(zhì)簡圖(據(jù)文獻(xiàn)[1－2]修改)Fig.1 Simplified geological map of Cameroon

圖2 Bougma礦區(qū)含金石英脈Fig.2 Lode gold mine in Bougma deposit

圖3 Bougma礦區(qū)紅土型金礦Fig.3 Lateritic gold mine in Bougma deposit

圖4 Bougma礦區(qū)砂金礦Fig.4 Placer gold mine in Bougma deposit

(2)變質(zhì)巖:礦區(qū)西南部發(fā)育深變質(zhì)的黑云斜長片麻巖。主要由角閃石、黑云母等暗色礦物(約占60%)和石英、斜長石、正長石等淺色礦物(約占40%)組成，這些片麻巖的鋯石U－Pb年齡為2 100 Ma[2]。礦區(qū)中部廣大地區(qū)發(fā)育中變質(zhì)的變粒巖和片巖，深灰色、淺灰色中厚—厚層狀黑云斜長變粒巖、二云斜長變粒巖為主，夾灰—深灰色黑云片巖、二云片巖。由接觸變質(zhì)作用和區(qū)域變質(zhì)作用形成，特征變質(zhì)礦物為矽線石、石榴石、黑云母。由于變質(zhì)重結(jié)晶作用，原巖結(jié)構(gòu)已基本消失，據(jù)巖石組分分析，其原巖為泥砂質(zhì)碎屑巖類。

(3)混合巖:礦區(qū)還發(fā)生了普遍的混合巖化作用，主要分布在礦區(qū)的西南部。從混合巖化的程度可以分為兩個亞類:一類是深變質(zhì)巖石經(jīng)混合巖化作用形成的混合片麻巖，但混合巖化作用較淺，可區(qū)分出原變質(zhì)巖的基體和新生成的脈體還保留原巖的片麻狀構(gòu)造特征，深色礦物呈明顯的定向排列;另一類是經(jīng)深熔作用形成的類花崗質(zhì)巖石，基體與脈體之間的界線逐漸消失，呈塊狀構(gòu)造，即程裕淇先生所稱的“混合花崗巖”[3]。

(4)花崗巖:新元古代侵入巖主要分布在礦區(qū)的西部，但范圍不大，可進(jìn)一步劃分為中細(xì)粒黑云母英云閃長巖、黑云母花崗閃長巖、黑云母二長花崗巖等類型。

第四系主要表現(xiàn)為Bénoué河、Mayokébi河、Mayo Reī河、Lissaka河以及Mayo Sala河中下游的沖積層，厚度較大，有時厚度可達(dá)10 m。

礦區(qū)脈巖發(fā)育，主要有石英脈、偉晶巖脈、細(xì)晶巖脈等，產(chǎn)于新元古代地層及侵入巖體內(nèi)。

需要指出的是，Bougma礦區(qū)的巖石組合也再次證明了變質(zhì)巖、混合巖和花崗巖的伴生規(guī)律與相互依存的關(guān)系，它們是深成作用不同發(fā)展階段的產(chǎn)物。劉家遠(yuǎn)等[4]認(rèn)為這種連續(xù)演化模式與成礦作用密切相關(guān)，中國的南嶺成礦帶即是最好的例證。因此，有理由相信喀麥隆北部Bougma地區(qū)的礦產(chǎn)資源前景廣闊，若能發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的原生金礦，有望實現(xiàn)海外找礦的重大突破。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)最重要的構(gòu)造就是Tcholliré－Banyo左旋斷層，這個斷層將古元古代基巖和新元古代基巖分離。該斷層有可能貫穿整個礦權(quán)區(qū)，產(chǎn)狀和延伸不清楚。依據(jù)現(xiàn)有的區(qū)域研究成果，結(jié)合野外實際工作，將Bougma礦區(qū)長時間、復(fù)雜的地殼演化運動分為D1—D3三個階段。

D1階段:構(gòu)造方式以擠壓作用為主，巖石韌性變形，主要表現(xiàn)為M或N形狀的條帶狀片麻巖層間揉皺，以角閃巖相的巖石組合為特征。

D2階段:構(gòu)造方式以拉張作用為主，巖石發(fā)生脆性變形，在水平方向上以左行剪切為主，形成EW向褶皺帶，本期伴隨著強(qiáng)烈的混合巖化作用。

D3階段:構(gòu)造方式也以拉張作用為主，運動方向以右旋剪切為主，形成了近SN向破碎帶，是礦區(qū)內(nèi)主要的控礦構(gòu)造。晚期伴有脈巖的貫入和金礦化作用，是礦區(qū)內(nèi)主要成礦階段之一。

2.3 礦化特征

Bougma礦區(qū)石英脈型金礦的圍巖主要為角閃片麻巖、二長花崗片麻巖及黑云母二長花崗巖，圍巖蝕變以硅化、黃鐵礦化、綠泥石化和絹云母化為主，且有一定的蝕變分帶規(guī)律。大部分強(qiáng)硅化即形成石英脈，出現(xiàn)在破碎帶中部，黃鐵礦化也十分明顯，多呈細(xì)脈狀、孤島狀、浸染狀，后期又受到強(qiáng)烈褐鐵礦化的改造作用。破碎帶兩側(cè)以綠泥石化、絹云母化為主，多呈團(tuán)塊狀，也含有少量的金屬硫化物。礦化類型主要為含金石英脈型，石英脈呈黃白色，與圍巖界限清楚。石英脈可見長度大約5～10 m，推測可能延伸更長，但因第四系覆蓋而無法追索。脈寬10～20 cm，走向近南北，多為平行分布，間距約300 m，常見石英碎塊散落周邊，石英脈偶爾可見。

礦區(qū)紅土型金礦覆于白堊紀(jì)的砂礫巖之上，受不整合面控制。一般呈層狀、似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀隨地形及不整合面形態(tài)變化而變化，一般傾角為0°～20°。金礦物以自然金為主，以顯微、超顯微形式被蒙脫石、高嶺石及伊利石等粘土礦物或鐵錳質(zhì)黑土所吸附，少數(shù)與石英、褐鐵礦連生在一起。肉眼可見微細(xì)粒的黃金顆粒。古紅土型金礦是受熱帶氣候控制的殘坡積型金礦。

區(qū)內(nèi)砂金分布廣泛，尤其于河溝中幾乎無處不有，含金層上部為含砂粘土、泥質(zhì)粘土，風(fēng)化嚴(yán)重，厚度1～2 m，下部為含砂礫層、碎石層，分選性差，主要成分為石英、云母等，厚度1～3 m。砂金礦的平均品位為0.2 g/m3。砂金主要為片狀和粒狀，粒度一般在0.2～0.5 mm，肉眼可見。成因類型為受河流等外動力地質(zhì)作用控制的沖積型砂金礦，這與整個喀麥隆北部及西非廣大地區(qū)分布的砂金礦礦化特征是一致的[5]。

由于古紅土型金礦和砂金礦的成因類型簡單而明確，以下的流體包裹體實驗是針對礦區(qū)內(nèi)石英脈型金礦開展的。

3 流體包裹體研究

將在研究區(qū)采集的具有代表性的樣品，磨成厚度約0.3 mm的測溫片，將測溫片在偏光顯微鏡下觀察樣品的巖相學(xué)特征，照相并確定包裹體類型。挑選符合要求的包裹體片用丙酮浸泡脫落，用于測溫實驗，測溫工作在Linkam THMSG 600型冷熱臺上完成，可測溫度范圍為－180～550℃，冷凍數(shù)據(jù)精度為±0.1℃，均一溫度數(shù)據(jù)精度為±1.0℃。

3.1 流體包裹體特征

根據(jù)20℃室溫下包裹體的相態(tài)特征和冷凍－加熱過程中的相態(tài)變化，將Bougma地區(qū)石英脈型金礦的包裹體類型分為兩類:CO2－H2O－NaCl包裹體(Ⅰ類)和H2O－NaCl包裹體(Ⅱ類)。

Ⅰ類在室溫下呈三相(H2O溶液相+CO2液相+CO2氣相)，呈淺灰色，大小不一，一般在5～20 μm，多呈負(fù)晶型、橢圓形和長條形等形態(tài)。該類包裹體以富含CO2為特征，CO2相比一般大于50%，少數(shù)可達(dá)90%以上，氣泡相CO2所占的比例大于液相CO2。低溫時氣相CO2的邊緣出現(xiàn)液相CO2，液相CO2中的氣泡在室溫下跳動速度較快。

II類在室溫下呈氣液兩相(H2O氣相和H2O液相)，呈無色、灰色，氣液比為10%～30%，液相充填度通常大于70%，個體較小，大小一般在2～7 μm，多呈長條形、橢圓形和不規(guī)則形態(tài)。

偶爾也能觀察到含子晶的包裹體，但數(shù)量極少，因此本研究中不作考慮。

3.2 顯微測溫結(jié)果

本次選擇的包裹體均為石英礦物中的原生包裹體，本次實驗在3件含金石英脈樣品的石英主礦物中測定了37個各類包裹體的特征及相變溫度，詳見表1。

表1 喀麥隆北部Bougma金礦流體包裹體測溫和鹽度結(jié)果Table 1 Microthermometric and salinity data of fluid inclusions in Bougma gold deposit，North Cameroon

測得I類流體包裹體CO2三相點溫度區(qū)間(Tm，CO2)為－63～－52℃，平均為－57.5℃;CO2籠形物分解溫度(Tm，clath)為6.3～7.9℃，平均為7.1℃;CO2部分均一到氣相(Th，CO2)，其部分均一溫度為22.5～28.9℃，平均為25.2℃;完全均一溫度(Th，ToT)為197～312℃，平均為255℃。利用Brown、Bakker等的研究成果[6－7]，計算獲得的含碳相密度(ρCO2)和包裹體總密度(ρ)范圍分別為0.578～0.699 g·cm－3和0.692～0.755 g·cm－3，水溶液相的鹽度w(NaCleq)為3.54%～9.33%，平均為6.89%。根據(jù)富CO2包裹體的部分均一溫度以及最終均一溫度，由CO2等容線P－T相圖[8]，求得該類包裹體均一壓力為20～28 MPa，平均為24 MPa。

Ⅱ類流體包裹體冰點溫度為－5.7～－3.5℃，平均為－4.7℃;對應(yīng)的鹽度w(NaCleq)為2.23%～6.39%，平均為4.56%。包裹體完全均一溫度為159～285℃，平均為217℃。

從該礦區(qū)包裹體的均一溫度和鹽度直方圖(圖5)上看，石英脈型金礦流體包裹體的均一溫度分布范圍較廣，集中在200～300℃，峰值為220～240℃，且I類包裹體的均一溫度范圍略窄于Ⅱ類包裹體;鹽度w(NaCleq)主要集中在3.0%～9.0%，且I類包裹體的鹽度明顯高于II類包裹體?？傮w而言，成礦流體為中低溫、低鹽度流體。

圖5 Bougma石英脈型金礦流體包裹體均一溫度和鹽度直方圖Fig.5 Histograms of homogenization temperature and sanity for fluid inclusions in Bougma lode gold deposit

4 礦床成因分析

根據(jù)以上特征分析，喀麥隆北部Bougma石英脈金礦屬淺成中溫?zé)嵋盒偷V床。

不混溶作用、水巖反應(yīng)、熱液混合作用、有機(jī)質(zhì)吸附作用、礦物表面沉淀作用均可能引起金的沉淀[9－11]。研究表明，流體的不混溶作用和水巖反應(yīng)是石英脈型金礦床成因的重要機(jī)制[12－20]。

不混溶作用可以誘發(fā)含礦流體外部環(huán)境的變化，如導(dǎo)致CO2、H2S等揮發(fā)份的逃逸，溶液中CO2含量的減少會引起pH值的增加，而H2S的揮發(fā)使金絡(luò)合物穩(wěn)定性降低。物理化學(xué)條件的變化使得金在溶液中的溶解度大大降低，引起流體中成礦元素在構(gòu)造裂隙中沉淀[21－24]。通過巖相學(xué)觀察、包裹體測溫等工作發(fā)現(xiàn)，Bougma金礦存在大量不混溶包裹體群，不同相比的含CO2三相原生包裹體和兩相氣液原生包裹體在同一石英顆粒中的同一視域中同時出現(xiàn)。不同相比I類包裹體均一溫度相近，但均一方式不同，有的均一至液相，有的均一至氣相，此類包裹體為不混溶包裹體組合[25]。

從圍巖蝕變和成礦流體的鹽度、溫度變化推斷Bougma金礦經(jīng)歷了強(qiáng)烈的水巖反應(yīng)。圍巖產(chǎn)生了硅化、黃鐵礦化、綠泥石化和絹云母化等蝕變礦物。初期的成礦熱液鹽度較高，局部達(dá)到9.33%，但隨著地下水的加入，鹽度降低到3%左右;同時，流體溫度也相應(yīng)降低。隨著成礦流體鹽度和溫度的降低，流體中攜帶的金元素沉淀下來形成礦體[26]，而發(fā)育的節(jié)理裂隙又提供了有利的容礦構(gòu)造。

5 結(jié)論

(1)喀麥隆北部Bougma金礦可以劃分為兩個成礦期:巖漿熱液期和表生期。巖漿熱液期形成含金石英脈型金礦，表生期形成古紅土型金礦和砂金礦。古紅土型金礦是受熱帶氣候控制的殘坡積型金礦，砂金礦是受流水等外動力地質(zhì)作用控制的沖積型金礦。

(2)根據(jù)對巖漿熱液期石英脈型金礦的流體包裹體實驗，Bougma金礦主成礦期有兩類流體包裹體:CO2－H2O－NaCl包裹體(Ⅰ類)和H2O－NaCl包裹體(Ⅱ類)。I類包裹體的均一溫度為197～312℃，平均255℃，平均鹽度w(NaCleq)6.89%，計算的平均壓力為24 MPa。Ⅱ類包裹體的均一溫度為159～285℃，平均217℃，平均鹽度w(NaCleq)為4.56%。

(3)Bougma地區(qū)石英脈型金礦屬淺成中溫?zé)嵋盒偷V床。成礦流體因溫度、壓力變化產(chǎn)生的強(qiáng)烈的不混溶作用和水巖反應(yīng)是Bougma礦床金元素沉淀的主要因素。

江西鴻億礦業(yè)公司為本次考察提供了支持，中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所歐陽荷根博士為本文寫作提供了幫助，在此一并致謝。

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