廣西五圩礦田成礦溫度變化及找礦方向分析

陳 玲, 黃文婷, 伍 靜, 張 健,梁華英, 林書平, 鄒銀橋

(1. 中國科學院 廣州地球化學研究所 礦物學與成礦學重點實驗室, 廣東 廣州 510640; 2. 中國科學院大學, 北京100049; 3. 廣西大學 資源與冶金學院, 廣西 南寧 530004)

0 引 言

五圩礦田Pb、Zn、Sb、Ag、As、Hg等金屬礦床發(fā)育, 形成鉛鋅銻多金屬礦集區(qū), 引起國內外礦床學界的廣泛關注[1–7]。五圩礦田位于丹池成礦帶南部, 其NW側大廠礦田及SE側的大明山礦集區(qū)都發(fā)現(xiàn)了與巖漿活動有關礦化[8–14], 因此, 五圩礦田內雖然未見巖漿巖出露, 但很多學者都認為五圩礦田的形成與巖漿作用有關[15–21], 并根據航磁資料等推測隱伏巖體位于箭豬坡礦床 NNW 一帶(圖 1b)。但推測隱伏巖體一帶礦床以 Hg-Sb為主(圖 1b), 顯示相對更低溫礦化元素組合特征, 和推測隱伏巖體沒對應關系。本文通過五圩礦田三個礦床流體包裹體測溫及閃鋅礦微量元素分析, 探討五圩礦田熱源中心, 為該礦田的深部找礦提供理論依據。

圖1 丹池成礦帶構造地質示意圖(a)[21–22]和五圩礦田礦床分布圖(b)[16]Fig.1 Sketch maps showing the structural geology of the Nandan-Hechi metallogenic belt (a)[21–22] and the distribution of deposits in the Wuxu ore field (b)[16]

1 礦田地質特征

五圩礦田位于江南古陸西南緣, 右江裂陷盆地東北部邊緣, NW向丹池褶段帶與EW向河池-金城江褶段帶復合部位南側, 河池市西南20 km的五圩鄉(xiāng)內(圖 1a)。區(qū)內出露地層從中泥盆統(tǒng)納標組至中三疊統(tǒng), 其中賦礦圍巖主要是中上泥盆統(tǒng)碳質泥巖、泥灰?guī)r夾砂巖, 部分泥巖受構造動力作用, 發(fā)生輕微變質形成板巖。礦田主干構造格架由 NNW 向展布的五圩背斜及一系列 NNW 向的壓扭性斷裂組成[23]。五圩背斜兩翼地層產狀變化大, 東翼地層傾角較緩(20°～50°), 層間破碎帶不發(fā)育、西翼地層傾角較陡(60°～85°), 層間破碎帶發(fā)育。礦田內斷裂構造主要有NNW、NE和EW向三組, 以NNW向斷裂最為發(fā)育(圖1b)。

五圩礦田主要礦床有水落(As、Hg)、芙蓉廠(Sb、Pb、Zn)、三排洞(Pb、Zn、Sb、Ag)、八達(Zn、Sb)、箭豬坡(Pb、Zn、Sb、Ag)、塘志(Sb)和九瓦(Hg)等。礦床主要分布于五圩背斜西翼軸部, 東翼礦化相對較差。五圩礦田主要礦床礦化主要呈脈狀充填于斷裂破碎帶中, 成群出現(xiàn), 平行展布。箭豬坡 Zn-Sb-Pb-Ag礦床礦化最強, 達大型規(guī)模。其礦體主要呈陡傾斜脈狀產于中泥盆統(tǒng)納標組泥巖、泥灰?guī)r夾砂巖。一條主礦脈兩側往往發(fā)育有2～3條平行產出的小礦脈, 組成一個脈組, 若干脈組形成脈群。單脈或脈組延深有限, 一般 50～450 m, 但由多個脈組所組成的脈群則有較大延深(＞ 800 m)。礦脈沿走向尖滅再現(xiàn)、沿傾向尖滅側現(xiàn)且呈“前列式”展布。走向上,礦體產出標高往南降低[20]。野外考察發(fā)現(xiàn), 箭豬坡礦床經歷了多階段礦化, 據穿插關系, 箭豬坡礦床礦化可分為下述三個階段: (1) 塊狀鋅銻礦化階段。該階段礦化主要發(fā)現(xiàn)于 160～190中段, 沿約 330°走向破碎帶充填, 主要形成塊狀閃鋅礦及輝銻礦的特富礦體, 該礦化閃鋅礦顆粒相對較粗, 而輝銻礦顆粒相對較細, 脈石礦物很少; (2) 黃鐵礦-石英階段。該礦化階段分布范圍不大, 在190中段見黃鐵礦-石英脈穿過塊狀閃鋅礦-銻礦, 而其又被輝銻礦/脆硫銻鉛礦-碳酸鹽礦化脈穿插。該礦化階段主要金屬礦物為粒度較粗黃鐵礦, 見少量輝銻礦, 脈石礦物主要為石英, 含少量碳酸鹽(圖2a和2b); (3) 輝銻礦/脆硫銻鉛礦-閃鋅礦-碳酸鹽階段。該礦化階段主要充填于近南北向破碎帶中, 主要礦物為輝銻礦、閃鋅礦及粉紅色方解石, 見少量石英及黃鐵礦, 礦化規(guī)模較大, 分布較廣。在 160中段見其穿過第一階段富鋅銻礦化(圖2c)。箭豬坡礦床金屬礦物成分較復雜,以硫化物為主, 并出現(xiàn)大量的硫鹽礦物, 主要有深色閃鋅礦、輝銻礦、輝銻鉛礦、硫銻鉛礦、脆硫銻鉛礦、毒砂、黃鐵礦、錫石、黝銅礦、含銀銻黝銅礦、水銻鉛礦等[18,19,24,25]; 脈石礦物主要有石英、碳酸鹽類礦物(方解石、白云石、菱錳礦等)等。礦石結構主要有他形粒狀結構、自形–半自形粒狀結構、交代結構、雙晶結構、針狀結構、環(huán)帶結構等(圖2d), 礦石構造主要有脈狀、塊狀、條帶狀、浸染狀等。圍巖蝕變較弱, 礦脈與圍巖的接觸部位幾乎無蝕變,與成礦關系較密切的主要有硅化、碳酸鹽化及黃鐵礦化等。

八達Zn-Sb礦床礦化主要呈脈狀產于中泥盆統(tǒng)納標組泥巖、泥灰?guī)r夾砂巖。金屬礦物主要有淺色閃鋅礦、特硫銻鉛礦及方鉛礦, 脈石礦物主要有石英、碳酸鹽類礦物(如方解石)等(圖2e)。礦石結構主要呈他形粒狀結構、交代結構, 礦石構造主要呈脈狀、塊狀等。圍巖蝕變較弱, 與成礦關系較密切的主要有碳酸鹽化及硅化等。

芙蓉廠 Sb礦床礦化主要呈脈狀產于中泥盆統(tǒng)納標組泥巖、泥灰?guī)r夾砂巖。金屬礦物主要有輝銻礦(圖 2f)、輝銻鉛礦、脆硫銻鉛礦、黃鐵礦及少量淺色閃鋅礦等, 脈石礦物主要有石英、碳酸鹽類礦物等。礦石結構主要有他形粒狀結構、交代結構等, 礦石構造主要有脈狀、浸染狀、塊狀等。圍巖蝕變較弱, 與成礦關系較密切的主要有硅化及黃鐵礦化等。

2 樣品及分析方法

芙蓉廠礦床分析樣品采自輝銻礦-黃鐵礦-石英礦脈, 地理坐標為 24°35′59.4″N, 107°51′43.39″E; 八達礦床分析樣品采自銻礦-閃鋅礦-碳酸鹽脈, 地理坐標為 24°35′26.31″N, 107°51′37.62″E; 箭豬坡礦床分析樣品分別采自 7號礦脈 380中段閃鋅礦-銻礦-碳酸鹽脈(地理坐標為 24°35′10.78″N, 107°53′0.5″E)、250中段閃鋅礦-銻礦-黃鐵礦-碳酸鹽脈、190中段及160中段閃鋅礦-銻礦-方鉛礦特富礦體、59號礦脈-30中段銻礦-閃鋅礦-碳酸鹽脈(四個中段的地理坐標都為 24°35′4.4″N, 107°53′12.4″E)和 300 號 勘 探 線ZK300孔約700米處的銻礦-閃鋅礦細脈。

閃鋅礦的化學成分分析在中山大學測試中心JEOL JXA8800R型電子探針儀上完成。分析所采用的工作條件為: 加速電壓 20 kV, 電子束流 20 nA,激光束徑1 μm, 分析誤差優(yōu)于3%。使用美國標樣委員會提供的標樣對測試結果進行校正。

在顯微鏡下挑選出包裹體豐富且含不同類型形狀規(guī)則的流體包裹體進行激光拉曼光譜和顯微測溫分析。流體包裹體的激光拉曼測試在中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室完成, 使用的儀器為精巧型多功能全自動顯微激光拉曼光譜儀(HORIBA-JY Xplora)。拉曼分析的實驗條件為: 固體激光器532 nm/50～100 mW, 光柵1800線,共聚焦針孔300 μm, 光柵狹縫100 μm, 觀測物鏡×100, 曝光時間 10～20 s, 掃描波數范圍 100～4000 cm–1。受限于激光的穿透性, 較深包裹體無法測量。當用激光拉曼分析礦物(尤其是金屬礦物)中包裹體的成分時應盡量選擇靠近表面的包裹體。具體分析方法見文獻[26]。

流體包裹體的顯微測溫工作在中國科學院廣州地球化學研究所礦物學與成礦學重點實驗室完成,使用 Linkam THMSG600型冷熱臺, 測溫范圍為–196～600 ℃ , 以美國FLUID INC公司的合成包裹體標定冷熱臺溫度。測試精度: –100～25 ℃時為±0.1 ℃ ,25～400 ℃時為±1 ℃ , 大于400 ℃時為±2 ℃。具體分析方法見文獻[27]。

3 分析結果

3.1 閃鋅礦化學成分分析

五圩礦田八達礦床和箭豬坡礦床閃鋅礦主要元素含量特征見表1。八達礦床6個分析點Zn含量在64.97%～66.49%之間, 平均為 65.77%; S含量在32.78%～33.52%之間, 平均為 33.19%; Fe含量在0.13%～0.27%之間, 平均為 0.20%; Zn/Cd比值在81～158之間, 平均103。箭豬坡礦床37個分析點Zn含量在57.06%～65.52%之間, 平均為61.80%; S含量在33.05%～35.62%之間, 平均為33.85%; Fe含量在1.18%～7.70%之間, 平均為 3.61%; 27個分析點Zn/Cd比值在158～383之間, 平均249。從八達礦床到其SSE向的箭豬坡礦床, 閃鋅礦Fe含量及Zn/Cd比值增加(圖3)。

3.2 流體包裹體地球化學特征分析

3.2.1 流體包裹體類型和特征

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本文主要開展了五圩礦田芙蓉廠礦床、八達礦床和箭豬坡礦床閃鋅礦和石英包裹體分析。礦床包裹體發(fā)育, 多為暗色 CO2三相包裹體和氣液兩相包裹體。

圖3 五圩礦田八達礦床和箭豬坡礦床閃鋅礦Fe-Zn/Cd關系圖Fig.3 Diagram showing the relationship between Fe contents and Zn/Cd ratios of sphalerites from Bada deposit and Jianzhupo deposit, Wuxu ore field

圖4 五圩礦田流體包裹體顯微照片F(xiàn)ig.4 Micrographs of fluid inclusions from the Wuxu ore field

芙蓉廠礦床石英包裹體發(fā)育, 包裹體長徑為3～15 μm, 形態(tài)主要為多邊形或不規(guī)則形, 呈孤立或群狀分布。依據室溫下原生包裹體的物理相態(tài)可分為: (1) 氣液兩相包裹體, 氣液比為10%～40%; (2) 富氣相包裹體, 氣液比 ＞ 50%, 同一視域可見上述兩類包裹體; (3) CO2三相包裹體, 由氣相 CO2、液相CO2和液相水組成, 氣液比為5%～30% (圖4a)。

八達礦床閃鋅礦包裹體較發(fā)育。包裹體長徑為3～22 μm, 形態(tài)主要為長條形或不規(guī)則形, 呈孤立或星散狀分布。依據室溫下原生包裹體的物理相態(tài)可分為: (1) 氣液兩相包裹體, 氣液比為10%～50% (圖4b); (2) CO2三相包裹體, 由氣相CO2、液相CO2和液相水組成, 氣液比為5%～15%; (3) 含子礦物三相包裹體, 由氣相、液相和子礦物相組成, 見透明和不透明子礦物, 氣液比為15%～25%。

箭豬坡礦床石英和部分閃鋅礦包裹體很發(fā)育。包裹體長徑為 3～30 μm, 形態(tài)主要為橢圓形或長條形, 部分包裹體整體或部分發(fā)黑。原生包裹體呈孤立或群狀分布。依據室溫下原生和假次生包裹體的物理相態(tài)可分為: (1) CO2三相包裹體, 由氣相CO2、液相CO2和液相水組成, 氣液比為5%～30% (圖4c);(2) 含子礦物 CO2三相包裹體, 由氣相 CO2、液相CO2、液相水和子礦物組成, 見不透明和透明子礦物,氣液比為5%～30% (圖4d和4f); (3) 氣液兩相包裹體,氣液比為5%～45% (圖4e)。

3.2.2 激光拉曼光譜分析

五圩礦田八達礦床和箭豬坡礦床閃鋅礦中包裹體的液相成分主要為水, 含少量C2H6等液態(tài)碳氫化合物; 氣相成分主要為 CO2, 含少量 CH4等氣相碳氫化合物; 部分暗色包裹體中含石墨和瀝青質等有機物[28–30](圖 5)。

3.2.3 顯微測溫分析

圖5 五圩礦田流體包裹體激光拉曼譜圖

本研究對五圩礦田芙蓉廠礦床、八達礦床和箭豬坡礦床閃鋅礦和石英中的原生 CO2三相包裹體和氣液兩相包裹體進行了均一溫度測定(表2)。芙蓉廠礦床石英中包裹體的均一溫度變化較大, 在135～286 ℃之間, 在均一溫度-頻率直方圖上有3個峰值, 分別是170 ℃、230 ℃和270 ℃。其中, 大多數集中于160～200 ℃。八達礦床閃鋅礦中包裹體的均一溫度在163～238 ℃之間, 在均一溫度-頻率直方圖上峰值集中于190～240 ℃。箭豬坡礦床閃鋅礦和石英中包裹體的均一溫度在 123～349 ℃之間, 在均一溫度-頻率直方圖上峰值集中于240～320 ℃(圖6)。

圖6 五圩礦田流體包裹體均一溫度直方圖Fig.6 Histograms showing homogenization temperatures of fluid inclusions from the Wuxu ore field

4 討 論

4.1 成礦溫度變化分析

前人的研究表明, 閃鋅礦的 Fe、Cd含量及Zn/Cd比值可用來指示熱液礦床的形成溫度[31–34]。閃鋅礦的Fe含量及Zn/Cd比值越高, 形成溫度則越高。五圩礦田八達礦床閃鋅礦的 Fe平均含量為0.20%, Zn/Cd平均比值為103; 箭豬坡礦床閃鋅礦的Fe平均含量為3.61%, Zn/Cd平均比值為249。箭豬坡礦床閃鋅礦的Fe含量和Zn/Cd比值比八達礦床的高, 表明箭豬坡礦床的形成溫度高于八達礦床的。

本研究測得芙蓉廠礦床、八達礦床和箭豬坡礦床流體包裹體的均一溫度主要分別集中于160～200 ℃、190～240 ℃和 240～320 ℃, 表明五圩礦田從芙蓉廠礦床、八達礦床至其SSE方向的箭豬坡礦床成礦溫度增高。五圩礦田閃鋅礦微量元素特征及成礦流體包裹體均一溫度均表明, 從五圩礦田芙蓉廠礦床、八達礦床至其 SSE向的箭豬坡礦床, 成礦溫度逐漸增高。

4.2 成礦流體來源分析

本研究測得五圩礦田成礦流體包裹體富含CO2、CH4、瀝青質等有機物, 而五圩礦田一帶寒武系及泥盆系地層中富含有機質。這說明五圩礦田成礦流體主要來源于地層水或盆地熱鹵水。我們測得的流體包裹體均一溫度表明, 箭豬坡礦床部分包裹體均一溫度大于300 ℃, 最高溫度可達349 ℃ (圖6)。前人工作表明, 與盆地熱鹵水或循環(huán)的大氣降水有關礦床的成礦溫度多小于300 ℃[35], 箭豬坡礦床部分包裹體均一溫度較高, 在 300～350 ℃之間, 表明五圩礦田有深部高溫流體參與了成礦。五圩礦田高溫流體既可能和巖漿作用有關, 也可能和變質作用有關。華南地區(qū)變質作用多發(fā)生在加里東期以前[36],雖然目前還沒有該礦區(qū)礦床形成時代, 但礦田主要礦床產于泥盆系至二疊系地層中, 成礦應發(fā)生在加里東期之后; 丹池成礦帶北部大廠礦床和燕山晚期巖漿作用(約 90 Ma)[14]有關, 丹池成礦帶南部大明山鎢礦也和燕山期巖漿活動有關[11]。五圩礦田北部大廠礦田和南部大明山礦床都和燕山期巖漿活動有關, 五圩礦田發(fā)育高鹽度流體包裹體(最高可達13.6%), 且箭豬坡礦床深部見Sn礦化[21]。這初步支持五圩礦田成礦作用和區(qū)內深部巖漿活動有關。

4.3 找礦靶區(qū)分析

箭豬坡礦床部分流體包裹體溫度較高, 顯示礦田深部發(fā)育高溫熱源。前人據航磁異常提出五圩礦田隱伏巖體位于箭豬坡礦床 NNW 一帶(圖 1b)。五圩礦田箭豬坡礦床NNW一帶礦床以Hg-Sb礦化為主, 顯示相對更低溫的礦化元素組合特征, 不支持五圩礦田箭豬坡礦床NNW一帶深部發(fā)育隱伏巖體。五圩礦田礦床多位于背斜軸部, 相距不大, 相對低溫元素組合礦床主要產于泥盆—石炭系地層中, 而一些相對高溫元素組合礦床如撥旺 Pb-Zn-Ag則產于石炭—二疊系地層中(圖 1), 因此, 元素組合差異應不是剝蝕深度差異所致。此外, 箭豬坡礦床垂向上 500多 m 深度內礦物組合及成礦溫度(大多數位于 270～310 ℃)變化都不大, 表明礦床成礦溫度垂向變化不大, 因此, 即使剝蝕深度有一定的差異,其溫度也變化不大。這進一步表明五圩礦田箭豬坡礦床NNW一帶礦床形成溫度較低。

我們測得閃鋅礦微量元素特征及成礦流體包裹體均一溫度表明, 從五圩礦田芙蓉廠礦床、八達礦床至其 SSE向的箭豬坡礦床, 成礦溫度逐漸增高。這表明五圩礦田熱源中心應位于箭豬坡礦床的 SSE方向, 而不是其NNW方向區(qū)域。前人工作表明, 箭豬坡礦床礦體向南側伏[20], 也支持五圩礦田成礦熱源中心位于箭豬坡礦床SSE方向。考慮到背斜軸部加斷裂帶為有利于成礦流體聚集的低壓區(qū), 因此,今后的找礦工作應注意箭豬坡礦床SSE向背斜軸部一帶。

5 結 論

(1) 五圩礦田成礦溫度主要在160～300 ℃之間,成礦流體富有機質, 顯示成礦流體以盆地熱鹵水或建造水為主, 部分成礦溫度大于 300 ℃, 最高可達約350 ℃, 表明高溫流體參與五圩礦田成礦作用。

(2) 五圩礦田成礦溫度從北西的芙蓉廠、八達到南東的箭豬坡逐漸增高, 成礦熱源位于箭豬坡礦床SSE一帶, 而不是過去提出的NNW一帶, 今后應注意箭豬坡礦床SSE主向背斜軸部一帶深部找礦工作。

野外工作中得到了五吉礦業(yè)公司玉啟紅總工、廣西有色總公司何國朝高工及其團隊的大力幫助;閃鋅礦電子探針、包裹體測溫和激光拉曼光譜分析得到了趙文霞教授、劉德漢研究員、申家貴高級工程師的熱心幫助; 兩位評審專家對本文提出了寶貴的修改意見, 在此一并表示衷心的感謝！

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