貴州灰家堡金礦田成礦與蝕變元素遷移

趙廷嚴(yán), 董樹義, 程文斌, 李葆華, 公凡影, 劉 鵬, 李永玲, 王 洋, 劉琳琳

(1.中國國土資源航空物探遙感中心，北京100083； 2.成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，成都 610059；3.中國地質(zhì)調(diào)查局 發(fā)展研究中心，北京 100037； 4. 國土資源部 礦產(chǎn)勘查技術(shù)指導(dǎo)中心，北京 100120；5.北京超圖軟件股份有限公司，北京 100015； 6.黑龍江省有色金屬地質(zhì)勘查七〇七隊(duì)，黑龍江 綏化 152054；7.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局七總隊(duì)，貴陽 550005；8.國土資源實(shí)物地質(zhì)資料中心，河北 廊坊 065201)

貴州灰家堡金礦田成礦與蝕變元素遷移

趙廷嚴(yán)1, 董樹義2, 程文斌2, 李葆華2, 公凡影3,4, 劉 鵬5, 李永玲6, 王 洋7, 劉琳琳8

(1.中國國土資源航空物探遙感中心，北京100083； 2.成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，成都 610059；3.中國地質(zhì)調(diào)查局 發(fā)展研究中心，北京 100037； 4. 國土資源部 礦產(chǎn)勘查技術(shù)指導(dǎo)中心，北京 100120；5.北京超圖軟件股份有限公司，北京 100015； 6.黑龍江省有色金屬地質(zhì)勘查七〇七隊(duì)，黑龍江 綏化 152054；7.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局七總隊(duì)，貴陽 550005；8.國土資源實(shí)物地質(zhì)資料中心，河北 廊坊 065201)

選擇貴州省灰家堡金礦田內(nèi)最為典型的水銀洞礦床和太平洞礦床，研究卡林型金礦床圍巖蝕變過程中元素遷移規(guī)律與方式，探討圍巖蝕變與金礦化的內(nèi)在聯(lián)系。典型礦床圍巖→礦化圍巖→礦石的巖相學(xué)特征及與其對應(yīng)的Grant質(zhì)量平衡方程計(jì)算結(jié)果表明，卡林型金礦各成礦階段所對應(yīng)的圍巖蝕變類型與通過計(jì)算所反映的元素遷移規(guī)律相一致；地球化學(xué)熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果顯示，Au主要以AuHS0絡(luò)合物的形式在成礦溶液中遷移。元素遷移研究的結(jié)果證明不同成礦階段發(fā)生的圍巖蝕變促進(jìn)卡林型金礦主要成礦物質(zhì)發(fā)生遷移，進(jìn)而沉淀富集成礦。

地球化學(xué)；元素遷移；金的遷移形式；圍巖蝕變；灰家堡金礦田

卡林型金礦床已被廣泛認(rèn)為是一種淺成低溫?zé)嵋盒偷V床，圍巖蝕變現(xiàn)象普遍存在，且與成礦關(guān)系密切。對礦床圍巖蝕變的研究，將有助于對成礦作用的研究，也將為地質(zhì)找礦提供依據(jù)。目前對卡林型金礦床的圍巖蝕變的研究，主要側(cè)重于通過野外宏觀描述和室內(nèi)鏡下鑒定對蝕變巖(礦化圍巖、貧礦、富礦)進(jìn)行結(jié)構(gòu)、構(gòu)造以及分帶性的研究。從元素遷移的角度對蝕變過程中元素的活動(dòng)規(guī)律的研究較少。本文利用Grant質(zhì)量平衡方程[1]，計(jì)算卡林型金礦成礦過程中蝕變巖中主要元素(成分)相對于圍巖的元素遷移情況，并用元素在原巖中的含量-在蝕變巖中的含量圖解法表示組分的得失，結(jié)合室內(nèi)薄片的觀測，使微觀計(jì)算與宏觀觀測相互印證。運(yùn)用這一思路和方法，本文選取黔西南灰家堡礦田的2個(gè)典型卡林型金礦床(水銀洞、太平洞)的圍巖、礦石樣品進(jìn)行元素遷移量計(jì)算，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，總結(jié)主要成礦元素的遷移規(guī)律。利用水銀洞金礦床流體包裹體成分?jǐn)?shù)據(jù)，進(jìn)行地球化學(xué)熱力學(xué)計(jì)算，得出Au在成礦溶液中主要以AuHS0絡(luò)合物的形式遷移。

1 基本地質(zhì)特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

黔西南地區(qū)的卡林型金礦是滇黔桂“金三角”(下同)的重要組成部分，也是目前“金三角”內(nèi)探明金礦資源量最多、單個(gè)礦床規(guī)模最大的微細(xì)浸染型金礦的集中產(chǎn)區(qū)[2]。位于黔西南地區(qū)的灰家堡礦田主要受揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)西南緣與華南褶皺系右江褶皺帶西延部分的接合部位的灰家堡背斜控制，灰家堡礦田內(nèi)產(chǎn)出的卡林型金礦床主要有水銀洞、紫木凼、太平洞和簸箕田等超大型、大中型金礦床，以及香巴河、雄黃巖、皂凡山等多個(gè)小型金礦床或礦點(diǎn)。

1.2 礦田地質(zhì)特征

灰家堡金礦田內(nèi)出露地層主要有上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M(P2l)、長興組和大隆組(P2c+d)，下三疊統(tǒng)夜郎組(T1y)和永寧鎮(zhèn)組(T1yn)。該礦田的卡林型金礦主要賦存在龍?zhí)督M、長興組、大隆組和夜郎組中，巖性主要為含煤碎屑巖及不純碳酸鹽巖-細(xì)碎屑巖(圖1)。

礦田內(nèi)的主要控礦構(gòu)造為灰家堡背斜，東西方向長約20 km，南北方向?qū)捈s6 km，背斜軸向整體為近東西向，發(fā)育不平衡，東段不對稱，北翼陡、南翼緩，西段則兩翼基本對稱?；壹冶け承鄙习l(fā)育有東西向、北東向、近南北向及層間斷裂。

礦田內(nèi)的卡林型金礦體的產(chǎn)出形式大致有2種，一種為俗稱“樓上礦”的斷控型礦體，受切層斷裂控制產(chǎn)于斷層破碎帶中，呈似板狀、透鏡狀，賦礦層位為夜郎組、大隆組和長興組。另一種為俗稱“樓下礦”的層控型礦體，受地層層位或?qū)娱g破碎帶控制產(chǎn)于背斜軸部、近軸部的層間破碎帶及有利巖性中，呈似層狀、層狀或透鏡狀，其賦礦層位為龍?zhí)督M和構(gòu)造蝕變體[3]。

黃鐵礦和毒砂為礦石中主要的金屬礦物，另含少量的雌黃、雄黃、輝銻礦、金紅石等；石英和方解石為主要的非金屬礦物，白云石、白云母和螢石等非金屬礦物少量存在。環(huán)帶結(jié)構(gòu)(黃鐵礦)和莓粒結(jié)構(gòu)為主要的礦石結(jié)構(gòu)，骸晶結(jié)構(gòu)和交代殘余結(jié)構(gòu)也零星存在。浸染狀構(gòu)造、草莓狀構(gòu)造、生物遺跡構(gòu)造、脈狀構(gòu)造和星散狀構(gòu)造等為主要的礦石構(gòu)造。黃鐵礦和毒砂是主要的載金礦物[4]。

結(jié)合礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造、圍巖蝕變和礦物共生組合等特征，可將灰家堡礦田卡林型金礦床的成礦期大致劃分為3個(gè)階段：(Ⅰ)黃鐵礦-石英階段、(Ⅱ)含金石英-黃鐵礦-毒砂-白鐵礦階段和(Ⅲ)方解石-石英-雄黃±雌黃±自然砷±輝銻礦±辰砂階段，第Ⅱ階段為金的主成礦期。

1.3 礦床圍巖蝕變

灰家堡金礦田內(nèi)卡林型金礦床的圍巖蝕變類型有黃鐵礦化、硅化、碳酸鹽化(方解石化和白云石化)、毒砂化、輝銻礦化和雄黃(雌黃)化等。與金礦關(guān)系密切的蝕變?yōu)辄S鐵礦化、毒砂化、碳酸鹽化、硅化(圖2)。

黃鐵礦化在礦田內(nèi)普遍發(fā)育。黃鐵礦主要以自形或半自形晶結(jié)構(gòu)呈浸染狀、條帶狀分布于礦石和圍巖中，顆粒細(xì)小，在整個(gè)成礦期均有黃鐵礦化現(xiàn)象。毒砂化往往與黃鐵礦化相伴產(chǎn)生。碳酸鹽化主要發(fā)生在成礦晚期，礦區(qū)內(nèi)發(fā)育的碳酸鹽化主要為方解石化和白云石化，多呈脈狀、細(xì)脈狀和團(tuán)塊狀。礦田內(nèi)硅化作用較強(qiáng)、分布較廣，在整個(gè)熱液成礦期均有硅化出現(xiàn)，早期硅化呈隱晶質(zhì)玉髓交代巖石，晚期硅化形成細(xì)小的石英顆粒，呈斑狀、細(xì)脈狀充填于裂隙中。

圍巖蝕變的強(qiáng)度一般與金礦化和金的品位呈正相關(guān)。黃鐵礦化和硅化越強(qiáng)烈，金的品位就越高，相應(yīng)的礦體厚度也越大。

2 樣品采集及測試

2.1 樣品采集

用于元素遷移量計(jì)算的樣品采自灰家堡礦田中的水銀洞金礦床和太平洞金礦床，其中水銀洞金礦樣品29件、太平洞金礦樣品12件。水銀洞金礦床的樣品主要采自1220中段、ZK810鉆孔和ZK802+1鉆孔，太平洞金礦床的樣品主要采自香巴河礦段ZK33017鉆孔，采樣具體位置見表1。

2.2 樣品測試

樣品分析測試由西南冶金地質(zhì)測試所完成，主要采用X射線熒光法、質(zhì)譜法、滴定法等對樣品進(jìn)行了硅酸鹽和痕量元素的測試分析。依據(jù)采樣位置，結(jié)合巖金礦地質(zhì)勘查規(guī)范(DZ/T 0205-2002)[7]中對巖金品位的相關(guān)規(guī)定[按Au的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wAu)可將樣品劃分為：富礦(wAu≥10×10-6)、貧礦(1×10-6≤wAu<10×10-6)、礦化圍巖(0.1×10-6≤wAu<1×10-6)、圍巖(wAu<0.1×10-6)]，將采自水銀洞和太平洞金礦床的41件樣品細(xì)分為：礦石樣品28件(富礦樣品7件、貧礦樣品11件)、礦化圍巖樣品15件、圍巖樣品8件。

本文統(tǒng)計(jì)了前人[3,8-14]對灰家堡礦田水銀洞金礦床和太平洞金礦床的礦石和圍巖樣品中SiO2和MgO含量的變化情況(表2)，通過對比分析發(fā)現(xiàn)：(1)礦石中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化范圍為12.18%～68.33%，平均值為36.09%，且以30%～40%者居多；MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化范圍為0.14%～15.22%，平均值為6.79%，且以1%～5%者居多。(2)近礦圍巖樣品中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化范圍為38%～68.33%，平均為50.52%；MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為2.62%。(3)圍巖樣品中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化范圍為13.53%～39.08%，平均為34.45%；MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化范圍為2.81%～15.50%，平均為4.33%。

表1 水銀洞金礦床和太平洞金礦床樣品位置Table 1 The sampling locations of the Shuiyindong and Taipingdong gold deposits

SY-#和S33017-#為本文測試數(shù)據(jù)；810-#和802+1-#數(shù)據(jù)引自張敏[6]。

圖2 灰家堡金礦田水銀洞金礦床樣品薄片顯微照片F(xiàn)ig.2 Microphotographs showing thin section from the Shuiyindong gold deposit (A)圍巖樣品ZK33017-15中的海百合碎屑發(fā)生去碳酸鹽化,(+); (B)貧礦樣品SY-07中生物碎屑中發(fā)生的硅化,(+); (C)富礦樣品SY-04中的膠狀黃鐵礦,(-); (D)貧礦SY-03中的針狀菱形毒砂交代斑狀自形晶黃鐵礦,(-)

數(shù)據(jù)來源取樣位置樣品類型SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%變化范圍平均值變化范圍平均值夏勇(2005)水銀洞金礦床的礦石礦體31.68～65.7840.790.62～9.785.98王成輝(2008)水銀洞金礦床1280、1240和1200三個(gè)中段的19件礦體和圍巖礦體12.18～41.5627.110.14～15.225.60近礦圍巖38.00～68.3350.522.62陳本金(2010)水銀洞金礦床灰?guī)r(碳酸鹽型)礦石、砂巖型礦石及相應(yīng)未經(jīng)礦化的灰?guī)r、砂巖各2件樣品灰?guī)r型礦石和砂巖型礦石12.58～65.8631.504.78～14.7510.05未經(jīng)礦化的砂巖和灰?guī)r13.53～39.0827.322.81～15.506.43劉建中(2003)水銀洞金礦床礦石礦石18.08～32.8024.969.60～14.0412.21劉建中(2010)水銀洞金礦床礦石礦石34.64～67.1255.0040.21～5.281.54沈文杰(2005)水銀洞金礦床的礦石、與礦體層位相當(dāng)?shù)臒o礦段巖石和圍巖礦體13.23～32.7321.7811.73圍巖41.582.22覃禮敬(2006)太平洞金礦床的礦石原生礦石20.55～21.621.60～1.90劉建中(2010)太平洞金礦床的礦石礦石46.883.70本文水銀洞金礦床的樣品主要采自1220中段、ZK810和ZK802+1鉆孔,太平洞金礦床的樣品主要采自香巴河礦段ZK33017鉆孔礦石16.68～48.5132.530.76～8.524.44礦化圍巖23.85～70.8742.011.25～5.972.54圍巖28.54～45.3937.191.62～4.963.04

本文所測試的灰家堡金礦田典型礦床SiO2和MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：(1)礦體(富礦和貧礦)樣品的SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體較低，且變化范圍較大，為16.68%～48.51%，平均為32.53%。礦體(富礦和貧礦)樣品中MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體較高，其變化范圍為0.76%～8.52%，平均為4.44%。(2)礦化樣品中SiO2的含量普遍較高，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為23.85%～70.87%，平均為42.01%。礦化樣品中MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為1.25%～5.97%，平均為2.54%。(3)圍巖樣品的SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍較小，為28.54%～45.39%，平均為37.19%。圍巖樣品中MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍為1.62%～4.96%，平均為3.04%。

通過對比可以發(fā)現(xiàn)，本文所選用的礦石、近礦圍巖和圍巖樣品的SiO2、MgO含量測試結(jié)果的變化范圍、平均值與前人的測試結(jié)果相差無幾，故本文的測試結(jié)果基本可反映灰家堡金礦田礦石、近礦圍巖和圍巖中各主元素、痕量元素的含量情況。

3 元素遷移研究

卡林型金礦床成礦過程中發(fā)生的圍巖蝕變，宏觀上表現(xiàn)為容礦圍巖的顏色、密度、體積、礦物成分的變化，在微觀上則表現(xiàn)為元素的帶入、帶出。

3.1 成礦與蝕變過程中元素的遷入與帶出

Grant[1]依據(jù)Gresens[17]的觀點(diǎn)，推導(dǎo)得出了用于計(jì)算熱液礦床圍巖蝕變過程中原巖-蝕變巖成分變化的質(zhì)量平衡方程

wi,A= (mo/mA)(wi,o+Δwi)

(1)

式中：wi,o為原巖中第i種元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；wi,A為蝕變巖中第i種元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；mo為原巖的質(zhì)量;mA為蝕變巖的質(zhì)量;Δwi為蝕變過程中第i種元素的遷移質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

在圍巖蝕變過程中，某些元素因?yàn)樾再|(zhì)不活躍而遷移量很小，將此類元素視為不活動(dòng)元素，假定其未發(fā)生元素遷移，即可認(rèn)為其Δwi=0，則上述公式可簡化為

wi, A=(mo/mA)wi,o

(2)

在wi, A-wi,o坐標(biāo)系中，公式(2)是一條穿過原點(diǎn)(0，0)、斜率為k=mo/mA的直線。對于斜率，可根據(jù)不活動(dòng)元素的性質(zhì)，依據(jù)其原巖和蝕變巖中的含量通過擬合直線的方法得出。由此得出元素遷移量的計(jì)算公式

Δwi=(wi, A/k)-wi,o

(3)

以往的研究[1,15-17]表明，卡林型金礦在圍巖蝕變過程中Th、Al2O3、TiO2、Zr、Hf、Nb、Ta的質(zhì)量得失率均較小，可以作為不活動(dòng)元素進(jìn)行k值計(jì)算。

選取Th、Al2O3、TiO2進(jìn)行k值計(jì)算，擬合直線，結(jié)果較好。運(yùn)用公式(3)分別計(jì)算礦化、貧礦、富礦樣品中各元素相對于圍巖的元素遷移情況(表3)。根據(jù)元素遷移量計(jì)算結(jié)果，做出各組分的wi, A-wi,o圖解(圖3)。圖3中位于等含量線以上部分的組分表示在圍巖蝕變過程中元素從圍巖向成礦流體中遷移(計(jì)算結(jié)果為正數(shù))，記為遷入；位于等含量線以下部分的組分表示在圍巖蝕變過程中元素從成礦流體向圍巖中遷移(計(jì)算結(jié)果為負(fù)數(shù))，記為遷出。

3.2 成礦溶液中Au的運(yùn)移形式

夏勇[4]對水銀洞金礦床礦石中之石英脈樣品進(jìn)行了包裹體研究，發(fā)現(xiàn)次生流體包裹體沿次生裂隙或曲面分布，在次生裂隙中常見黃鐵礦、毒砂、輝銻礦、雄黃(雌黃)等硫化物，這反映了早期石英形成之后的多次張裂，這些沿次生裂隙分布的流體包裹體應(yīng)保存成礦流體的信息。故在進(jìn)行金的遷移形式計(jì)算時(shí)，可采用石英中流體包裹體的均一溫度作為成礦時(shí)的溫度進(jìn)行金的遷移形式的相關(guān)計(jì)算。

圖3 灰家堡礦田典型礦床圍巖蝕變過程中主要組分的wi,A-wi,o圖解Fig.3 wi,A-wi,o diagram showing the main components in the typical deposit of the Huijiabao orefield during the wallrock alteration

wowA礦化wA貧礦wA富礦Δw礦化Δw貧礦Δw富礦w/%SiO237.1942.0130.8335.19-6.07-12.2410.36Al2O310.5414.2212.847.91-0.01-0.150.14TFe2O315.8412.5117.4511.72-6.58-1.710.00MgO3.042.543.835.41-1.160.064.27CaO8.668.049.5813.60-2.70-0.909.72Na2O0.210.120.100.16-0.12-0.120.01K2O2.672.701.901.39-0.67-1.13-0.79TiO21.841.831.431.17-0.49-0.69-0.26MnO0.230.120.270.34-0.14-0.010.23P2O50.190.160.070.26-0.07-0.130.16w/10-6Hg2.414.904.7810.721.221.4512.08As1503.063829.934444.064218.841334.142094.214198.09Sb23.7627.7214.2539.24-3.22-12.2229.27Ag0.160.450.531.260.180.271.54Ba181.24323.59246.90135.1058.4718.611.32Cd0.150.460.400.630.190.170.70Co27.4841.1426.3022.443.00-6.192.85Cr161.84128.9583.8397.65-66.31-93.98-29.87Cu64.23101.7765.0140.7511.16-11.61-9.16Hf6.919.478.7310.420.110.167.17Mo1.412.7211.661.520.608.020.64Au0.050.443.5236.100.272.8048.73Ni51.6169.8240.1836.580.11-19.09-2.18Pb20.4911.598.906.27-11.91-13.29-12.02Rb67.6882.9439.8746.44-6.24-35.41-4.93Sc13.5716.0512.4711.05-1.68-3.481.36Sr418.48274.07349.89326.41-215.45-135.2622.61Th5.077.105.493.600.19-0.62-0.20Tl2.202.562.723.06-0.300.001.95U0.893.811.832.731.930.592.80V175.43226.92204.22175.72-7.33-10.1262.02W39.6541.7328.1216.55-8.74-16.89-17.28Zn133.50133.8191.2280.06-34.37-59.66-25.31Zr298.80355.83195.08185.85-35.20-140.89-47.65w/%S9.218.6510.284.62-1.780.13-1.95有機(jī)碳5.915.743.493.96-0.53-1.960.57

表中各組分wo、wA礦化、wA貧礦、wA富礦數(shù)據(jù)為樣品原始數(shù)據(jù)的平均值；Δw礦化、Δw貧礦、Δw富礦數(shù)據(jù)為根據(jù)樣品原始數(shù)據(jù)的平均值計(jì)算所得數(shù)據(jù)。

有關(guān)水銀洞金礦床石英中流體包裹體均一溫度，前人[9,18-20]做了較多研究，本文采用李保華[18]測定的16件石英樣品中的包裹體均一溫度變化范圍，為215～267 ℃，平均值為236.4 ℃；均一壓力變化范圍為28.5～37.2 MPa，平均為32.4 MPa。本文引用陳本金[9]的包裹體成分分析數(shù)據(jù)，進(jìn)行金的遷移形式和沉淀機(jī)制研究。

利用水銀洞毒砂和黃鐵礦是主成礦階段的礦物共生組合(圖4)建立平衡反應(yīng)式，根據(jù)涂光熾[21]給出平衡反應(yīng)式的平衡常數(shù)進(jìn)行硫逸度(fS)計(jì)算；引用李保華[18]計(jì)算的 CO2的摩爾分?jǐn)?shù)xCO2=0.354 8， 采用Ryzhenko[22]的計(jì)算公式和參數(shù)進(jìn)行計(jì)算得出在成礦溫度和壓力下的CO2逸度系數(shù)(rCO2)，利用公式fCO2=pCO2·rCO和pCO2=p·xCO2進(jìn)行 CO2逸度(fCO2)的計(jì)算；依據(jù)劉斌[23]推導(dǎo)的中-低壓(p≤100 MPa)條件下的氧逸度計(jì)算公式進(jìn)行氧逸度(fO2)計(jì)算；利用流體中普遍存在的H2(g)和O2(g)發(fā)生反應(yīng)生成H2O(I)的平衡反應(yīng)，建立平衡反應(yīng)式，根據(jù)徐文炘[24]給出平衡反應(yīng)式的平衡常數(shù)進(jìn)行氫逸度(fH2)計(jì)算；采用Crerar等[25-26]提出的CO2-H2O-NaCl體系的pH方程和平衡常數(shù)進(jìn)行計(jì)算。通過計(jì)算得出的成礦物理化學(xué)參數(shù)列于表4。

圖4 SY-01樣品中黃鐵礦與毒砂共生現(xiàn)象Fig.4 The symbiosis of pyrite and arsenopyrite in the SY-01 sample(單偏光)

表4 水銀洞礦區(qū)各種物理化學(xué)參數(shù)計(jì)算結(jié)果Table 4 Physical and chemical characteristic parameters for the ore deposit

表5 總硫活度計(jì)算結(jié)果Table 5 Calculation of total sulfur activity

上述金的絡(luò)合物主要存在于下列平衡反應(yīng)[28]中：

Au+2H2S+O2=2AuS-+2H++H2O

AuHS0+H2(g)=H2S(aq)+Au(s)

2Au+3HS-+O2+H+=

表6 金的絡(luò)合物活度計(jì)算結(jié)果Table 6 Calculation of gold complexion activity

4 討 論

a.以往研究[4,31-32]表明，卡林型金礦大致經(jīng)歷了去碳酸鹽化、金與硫化物沉淀和碳酸鹽脈形成3個(gè)成礦過程，各成礦過程發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)如下。

(1)去碳酸鹽化：

CO2+H2O=H2CO3

(4)

(5)

(2)金與硫化物沉淀：

AuHS0+0.5H2=Au0+H2S

(6)

(7)

2 H2S+Fe2+=FeS2+2H++H2

(8)

(3)碳酸鹽脈形成：

2HS-+Fe2+=FeS2+2H+

(9)

(10)

通過室內(nèi)鏡下鑒定，發(fā)現(xiàn)在礦化圍巖樣品和貧礦樣品中可見明顯的去碳酸鹽化和硅化現(xiàn)象(圖5-A、B)，而在富礦樣品中存在較多的呈脈狀分布的石英、方解石脈和脈狀黃鐵礦(圖5-C、D)。

從礦化樣品→貧礦樣品→富礦樣品，可看作是圍巖蝕變逐漸增強(qiáng)的一個(gè)過程。元素遷移研究的計(jì)算結(jié)果表明，CaO和SiO2在礦化樣品和貧礦樣品中表現(xiàn)為遷出，而在富礦樣品中卻表現(xiàn)為明顯的遷入。這與卡林型金礦的成礦過程經(jīng)歷的去碳酸鹽化-金和硫化物沉淀-碳酸鹽脈形成相一致，礦化樣品和貧礦樣品可能只經(jīng)歷了成礦早階段的去碳酸鹽化過程，而富礦樣品中發(fā)現(xiàn)的細(xì)小的碳酸巖脈和脈狀黃鐵礦，表明富礦樣品經(jīng)歷了硫化物沉淀和碳酸鹽脈的形成過程。Ca和Si表現(xiàn)出相似的性質(zhì)，去碳酸鹽化和硅化往往也一起出現(xiàn)。

顯微鏡下和手標(biāo)本上發(fā)現(xiàn)的去碳酸鹽化、硅化和碳酸鹽化現(xiàn)象，與通過Grant質(zhì)量平衡方程計(jì)算的元素遷移量結(jié)果中SiO2(CaO)含量從圍巖→礦化圍巖→礦石(貧礦和富礦)樣品的呈先升高(降低)再降低(升高)的變化規(guī)律相一致。

b.根據(jù)元素遷移量計(jì)算的結(jié)果，卡林型金礦的特征元素組合(Au-As-Hg-Tl)，表現(xiàn)出相同的遷移規(guī)律，即隨著礦化程度的逐漸深入(礦化圍巖→貧礦→富礦)，特征元素的遷移量呈逐漸增大的趨勢，而且相對于本身的含量遷移量均較大。Au-Hg-Ag這3個(gè)元素在富礦樣品中的遷移量均略大于富礦樣品本身的含量，說明卡林型金礦主要成礦元素可能并不只是來源于圍巖地層。

c. Au在圍巖、礦化、貧礦和富礦中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是0.05×10-6、0.44×10-6、3.52×10-6和36.10×10-6，而遷移量Δw礦化、Δw貧礦和Δw富礦分別為0.27×10-6、2.80×10-6和48.73×10-6，說明Au在卡林型金礦的主成礦階段發(fā)生了大規(guī)模的元素遷移活動(dòng)。

d. Ba與Ca元素的化學(xué)性質(zhì)相似， 在礦化圍巖、貧礦和富礦樣品中Ba元素的計(jì)算結(jié)果均為負(fù)，表現(xiàn)為遷入，且隨著礦化程度的逐漸深入遷入量明顯減少，這與Ca元素的遷移規(guī)律不同，其中原因還需做進(jìn)一步研究。

圖5 水銀洞金礦床樣品照片F(xiàn)ig.5 Photographs showing samples from Shuiyindong gold deposit(A)貧礦樣品SY-03中成礦前的碧玉狀石英,(+); (B)礦化樣品SY-09中去碳酸鹽化、硅化現(xiàn)象,(+);(C)富礦樣品SY-01薄片中石英、方解石脈,(+); (D)富礦樣品SY-04中分布的脈狀黃鐵礦

e.黔西南地區(qū)的卡林型金礦和古油藏受相同構(gòu)造單元的控制，前人[33-36]對黔西南地區(qū)卡林型金礦與有機(jī)質(zhì)的關(guān)系的研究中，認(rèn)為在卡林型金礦的成礦過程中有機(jī)質(zhì)可能對金的活化遷移和富集沉淀起到促進(jìn)作用。水銀洞礦床的有機(jī)質(zhì)主要以固體瀝青的形式產(chǎn)于礦石內(nèi)，與礦化關(guān)系密切，瀝青的形成時(shí)間與金礦化近于同時(shí)[33]。在礦化樣品和貧礦樣品中有機(jī)碳(Corg)主要呈遷出狀態(tài)；在富礦樣品中，Corg主要呈遷入狀態(tài)。通過對Corg的元素遷移量計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)Corg的遷移情況與Au等主要成礦元素同步變化，說明Corg與卡林型金礦的成礦存在某種關(guān)系，可能對金的活化遷移和富集沉淀起到促進(jìn)作用。

5 結(jié) 論

通過對灰家堡金礦田中典型金礦床的圍巖蝕變特征的研究，以及通過計(jì)算得出的成礦與蝕變過程中元素的遷入與帶出和成礦溶液中Au的遷移形式規(guī)律，得出如下結(jié)論：

a. Grant質(zhì)量平衡方程計(jì)算結(jié)果顯示，Au等卡林型金礦特征元素在卡林型金礦的主成礦階段發(fā)生了大規(guī)模的元素遷移活動(dòng)，SiO2(CaO)含量從圍巖→礦化圍巖→礦石(貧礦和富礦)樣品的呈先升高(降低)再降低(升高)的變化規(guī)律；利用流體包裹體進(jìn)行的地球化學(xué)熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果顯示，Au主要以AuHS0絡(luò)合物的形式在成礦溶液中發(fā)生遷移。

b.典型礦床不同成礦階段所發(fā)生的圍巖蝕變特征，與Grant質(zhì)量平衡方程計(jì)算的元素遷移量結(jié)果，二者相互印證；也間接證明了有關(guān)卡林型金礦不同成礦階段發(fā)生的圍巖蝕變促進(jìn)卡林型金礦主要成礦物質(zhì)(Au)發(fā)生遷移，并因過飽和析出發(fā)生沉淀、富集成礦。

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Study on mineralization and migration of alteration elements in Huijiabao gold field, southwestern Guizhou, China

ZHAO Tingyan1, DONG Shuyi2, CHENG Wenbin2, LI Baohua2, GONG Fanying3,4,LIU Peng5, LI Yongling6, WANG Yang7, LIU Linlin8

1.China Aero Geophysical Survey & Remote Sensing Center for Land and Resources, Beijing 100083, China; 2.College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China; 3.Development and Research Center of China Geological Survey, Beijing 100037, China;4.Technical Guidance Center for Mineral Resources Exploration, Ministry of Land and Resources, Beijing 100120, China; 5.SuperMap Software Co., Ltd., Beijing 100015, China; 6.No.707 Brigade of Heilongjiang Non-Ferroous Metals Geological Exploration, Suihua 152054, China; 7.The 7th team of Guizhou Nonferous Metal and Nucleus Industry Geological Exploration Bureau, Guiyang 550005, China; 8.Sample Center of Land & Resources, China Geological Survey, Langfang 065201, China

The Shuiyindong deposit and Taipingdong deposit in the Huijiabao ore field are selected to study the migration regularity and mode of elements in the process of wallrock alteration of the Carlin-type gold deposit and to explore the internal relationship between the alteration and gold mineralization. Study of typical surrounding rocks, mineralization rocks, ore petrographic characteristics and corresponding grant mass balance equation shows that the type of wallrock alteration corresponding to the metallogenic stage of the Carlin-type gold deposit is consistent with the element migration law revealed by calculation. Geochemical thermodynamics calculation suggests that gold mainly migrates in the form of AuHS0complex in the ore-forming solution. It shows that the wallrock alteration in different metallogenic stages promotes the migration of major ore-forming materials in the Carlin-type gold deposits, and then precipitates and enriches the gold ore formation.

geochemistry；element migration; migration of gold; wallrock alteration; Huijiabao gold orefield

10.3969/j.issn.1671-9727.2017.04.13

1671-9727(2017)04-0494-12

2015-11-10。

中國地質(zhì)調(diào)查局地調(diào)項(xiàng)目(12120120300016006)。

趙廷嚴(yán)(1984-)，男，工程師，從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作, E-mail:zhaotingyan@126.com。

董樹義(1973-)，男，博士，副教授，從事礦床學(xué)研究, E-mail:dongshuyi@cdut.cn。

P618.51

A