吉林白山荒溝山金礦床流體包裹體特征及其地質(zhì)意義

張?zhí)煨?王力 陳曉航 劉響

摘要：荒溝山金礦床位于吉林省臨江市西南部，華北板塊北緣東段，古元古代遼吉活動(dòng)帶中部，鴨綠江深大斷裂北側(cè)。礦體主要賦存在古元古界老嶺群珍珠門組、閃長(zhǎng)玢巖和閃長(zhǎng)巖中，受韌—脆性剪切帶和脆性斷裂聯(lián)合控制。通過對(duì)主成礦階段礦石石英中流體包裹體進(jìn)行顯微測(cè)溫，結(jié)果表明：主成礦階段流體包裹體均為氣液兩相包裹體，屬NaCl-H2O體系;流體包裹體完全均一溫度為140.9 ℃～229.6 ℃，鹽度為4.48 %～12.42 %，密度為0.841～0.935 g/cm3，成礦壓力為10～24 MPa，成礦深度為1.0～2.4 km，顯示成礦具有低鹽度、低密度、中低溫、淺成的特點(diǎn)。綜合分析認(rèn)為，荒溝山金礦床的形成與古元古代熱水噴流沉積作用有關(guān)，是燕山晚期構(gòu)造熱事件形成的中低溫?zé)嵋好}型金礦床，且經(jīng)歷了不同程度的變質(zhì)變形改造。

關(guān)鍵詞：流體包裹體;礦床地質(zhì)特征;礦床成因;變質(zhì)變形改造;荒溝山金礦床

中圖分類號(hào)：TD11?P618.51文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-1277（2020）06-0014-07doi：10.11792/hj20200604

荒溝山金礦床位于華北地臺(tái)北緣東段，吉南老嶺成礦帶內(nèi)。老嶺成礦帶是吉林省內(nèi)一條重要的貴金屬—多金屬成礦帶，其內(nèi)礦產(chǎn)種類豐富。老嶺成礦帶內(nèi)金礦床分布廣泛，儲(chǔ)量較大，可以利用其分布特點(diǎn)及成礦規(guī)律在該成礦帶內(nèi)進(jìn)行找礦。20世紀(jì)80年代至今，該成礦帶相繼發(fā)現(xiàn)南岔金礦床、八里溝金礦床、錯(cuò)草金礦床及大橫路銅鈷礦床等礦床，找礦工作取得了較大突破。眾多學(xué)者對(duì)荒溝山金礦床進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究，但對(duì)其礦床成因類型存在一定的爭(zhēng)議，認(rèn)為荒溝山金礦床為淺成低溫?zé)嵋盒徒鸬V床[1]、典型低溫?zé)嵋毫蚧镄徒鸬V床[2]、熱水沉積疊加改造型金礦床[3]，以及低鹽度低密度中低溫?zé)嵋好}型金礦床[4]。本文在前人研究成果的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了荒溝山金礦床地質(zhì)特征，針對(duì)主成礦階段礦石石英中流體包裹體進(jìn)行了顯微測(cè)溫，并探討了礦床成因及變質(zhì)變形改造作用，該研究結(jié)果是對(duì)區(qū)域成礦條件的補(bǔ)充與完善，為該區(qū)域進(jìn)一步找礦提供基礎(chǔ)研究證據(jù)。

1?礦區(qū)地質(zhì)特征

荒溝山金礦床大地構(gòu)造位置位于華北板塊北緣東段、古元古代遼吉活動(dòng)帶中部、老嶺斷塊南東側(cè)。

礦區(qū)出露地層主要為古元古界老嶺群珍珠門組（Pt1zh）和花山組（Pt1h）高綠片巖相—低角閃巖相變質(zhì)巖系（見圖1），礦區(qū)南部分布少量第四系（Q）。

珍珠門組主要分布于礦區(qū)中部和東北部，巖性主要為中厚層大理巖、角礫狀和壓碎狀大理巖夾層紋狀硅質(zhì)巖及碎裂狀硅質(zhì)巖，原巖以白云質(zhì)灰?guī)r為主，相當(dāng)于鎂質(zhì)碳酸鹽巖沉積建造，珍珠門組是區(qū)域內(nèi)鉛鋅礦床和金礦床的主要賦礦層位。野外調(diào)查過程中，在珍珠門組中發(fā)現(xiàn)了化學(xué)沉積形成的具有層紋構(gòu)造的硅質(zhì)巖（見圖2）和碎裂狀淺灰紫色硅質(zhì)巖（見圖3），認(rèn)為珍珠門組發(fā)育的具有層紋構(gòu)造的硅質(zhì)巖可能為熱水噴流沉積成因。該巖石的發(fā)現(xiàn)對(duì)確定珍珠門組及其內(nèi)礦產(chǎn)的形成環(huán)境具有一定的指示意義。

花山組主要分布在礦區(qū)東側(cè)，與珍珠門組呈斷裂接觸，沿北東向展布。巖性以片巖為主，主要為石英二云母片巖、石榴十字二云母片巖和角閃綠泥片巖等，局部夾大理巖。其中，片巖原巖為一套發(fā)育在成熟陸殼上的富鉀黏土巖或頁巖;大理巖為鈣質(zhì)大理巖，其原巖為石灰?guī)r。

礦區(qū)構(gòu)造格架主要為老嶺變質(zhì)核雜巖構(gòu)造[5]及其內(nèi)的荒溝山—南岔韌—脆性剪切帶和脆性斷裂?；臏仙健喜眄g—脆性剪切帶是老嶺變質(zhì)核雜巖東南翼蓋層內(nèi)的主要滑脫構(gòu)造之一，總體呈北東向S形縱貫全區(qū)，構(gòu)造面傾向南東，分布于珍珠門組與花山組接觸帶附近，長(zhǎng)約70 km，寬4～5 km[6]。由于拉張作用使珍珠門組和花山組出現(xiàn)了沿?cái)嗔阎鸫位摚a(chǎn)生了大量的脆性斷裂，為后期熱液成礦提供了運(yùn)移通道和存儲(chǔ)空間。礦區(qū)內(nèi)脆性斷裂以北北東向和北西向斷裂為主。其中，北北東向斷裂為主要的控礦構(gòu)造，北西向斷裂為成礦后斷裂，明顯切割地層及早期斷裂，且多被晚期巖脈充填，對(duì)礦體破壞不大。

礦區(qū)內(nèi)出露巖漿巖主要是中基性和中酸性巖脈，受斷裂控制，呈北東向和北西向展布，巖性為閃長(zhǎng)巖（δ）、閃長(zhǎng)玢巖、輝綠巖（βμ）和煌斑巖（χ）等。其中，閃長(zhǎng)巖（見圖4）和閃長(zhǎng)玢巖在礦區(qū)內(nèi)分布較廣，且與礦體受同一構(gòu)造系統(tǒng)控制。根據(jù)閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)玢巖與礦體的生成關(guān)系，可將其分為成礦前、成礦期和成礦后3個(gè)時(shí)期的脈巖，成礦前和成礦期的脈巖與金礦化關(guān)系密切，局部已蝕變褪色，且發(fā)育細(xì)網(wǎng)脈狀硫化物（見圖5）。礦區(qū)西北部出露燕山期老禿頂子似斑狀黑云母花崗巖（γ），年齡為178 Ma[7]，呈巖株?duì)睢?/p>

2?礦床地質(zhì)特征

2.1?礦體特征

荒溝山金礦區(qū)礦體主要賦存于珍珠門組、閃長(zhǎng)玢巖和閃長(zhǎng)巖中。礦體以脈狀（見圖6）、網(wǎng)脈狀為主，少量呈層狀、似層狀、串珠狀、柱狀和透鏡狀等，總體走向北東，傾向南東，傾角較陡（57°～82°），局部直立或反傾。淺部和地表礦體小而零散，長(zhǎng)5～80 m;深部礦體較穩(wěn)定，長(zhǎng)50～236 m。礦體傾向延深多大于走向延長(zhǎng)，平均厚1.00～6.00 m，最厚可達(dá)9.76 m，品位1.00×10-6～50.00×10-6，最高141.52×10-6[1]。

2.2?礦石特征

礦石類型主要有4種，即硅質(zhì)巖型、碎裂硅化大理巖型、褪色脈巖型和氧化型。其中，最主要的礦石類型為硅質(zhì)巖型和碎裂硅化大理巖型。硅質(zhì)巖型礦石顏色為暗灰色或灰黑色，自然金和硫化物呈微細(xì)粒分布在硅質(zhì)巖內(nèi)，硅質(zhì)以玉髓狀石英為主;碎裂硅化大理巖型礦石中自然金和硫化物呈浸染狀和細(xì)脈狀分布;褪色脈巖型礦石由蝕變褪色的閃長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)玢巖脈組成，自然金和硫化物呈浸染狀和細(xì)脈狀分布。

金屬礦物主要有黃鐵礦、毒砂、白鐵礦、輝銻礦、自然金和銀金礦等，次為磁黃鐵礦、閃鋅礦、磁鐵礦、方鉛礦等;金礦物呈包裹金、粒間金和裂隙金分布在石英、黃鐵礦、毒砂和輝銻礦中。非金屬礦物有石英、絹云母、綠簾石、白云石、方解石等。

礦石結(jié)構(gòu)主要有自形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)（見圖7）、他形粒狀結(jié)構(gòu)、顯微粒狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)（見圖8）、假象結(jié)構(gòu)、膠狀結(jié)構(gòu)和充填結(jié)構(gòu)等;礦石構(gòu)造有浸染狀構(gòu)造、細(xì)脈浸染狀構(gòu)造、層紋狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造和角礫狀構(gòu)造等。其中，角礫狀構(gòu)造中的角礫多為大理巖角礫和硅質(zhì)巖的旋轉(zhuǎn)碎斑，旋轉(zhuǎn)碎斑多呈現(xiàn)渾圓狀、透鏡狀、次圓狀等。

2.3?圍巖蝕變和成礦階段

圍巖蝕變類型有硅化、絹云母化、綠泥石化、碳酸鹽化和黏土化等，分布不均勻。其中，硅化、絹云母化和黏土化較為發(fā)育，硅化和絹云母化與金礦化關(guān)系密切。

根據(jù)野外調(diào)查及室內(nèi)巖礦鑒定，可將該礦床的熱液期成礦作用劃分為4個(gè)成礦階段：石英-毒砂-黃鐵礦階段（Ⅰ）、石英-金-黃鐵礦階段（Ⅱ）、石英-金-輝銻礦階段（Ⅲ）、石英-碳酸鹽階段（Ⅳ）。其中，成礦Ⅱ階段和成礦Ⅲ階段為主成礦階段。

3?流體包裹體特征

本次研究針對(duì)荒溝山金礦床主成礦階段礦石石英中流體包裹體進(jìn)行顯微測(cè)溫。流體包裹體顯微測(cè)溫在吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地質(zhì)流體實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，測(cè)溫儀器為L(zhǎng)inKam THMS-600型冷熱臺(tái)。在-100 ℃～25 ℃時(shí)，分析誤差為±0.1?℃;在25 ℃～600 ℃時(shí)，分析誤差為±1 ℃，測(cè)溫前用人造鹽度為25 %的CO2-H2O及純H2O包裹體（國(guó)際標(biāo)樣）對(duì)儀器進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)[8]。

3.1?巖相學(xué)特征

巖相學(xué)研究表明，礦石石英中流體包裹體多成群隨機(jī)分布，部分呈孤立狀分布，且沒有明顯的方向性，主要為原生包裹體。根據(jù)室溫下包裹體的相態(tài)特征和冷凍—加熱過程中的相態(tài)變化特征，成礦Ⅱ階段和成礦Ⅲ階段礦石（見圖9-a、b）石英中流體包裹體均為氣液兩相包裹體（VH2O-LH2O型）（見圖9-c、d），氣液比普遍較低，一般為5 %～10 %，多數(shù)在8 %左右，粒度多為6～18 μm，形態(tài)多為橢圓狀、不規(guī)則狀等。

3.2?顯微測(cè)溫

顯微測(cè)溫結(jié)果均為所觀測(cè)的流體包裹體完全呈均一至液相時(shí)得到的，顯微測(cè)溫結(jié)果及相關(guān)參數(shù)見表1，流體包裹體完全均一溫度、鹽度、密度直方圖見圖10。

流體包裹體顯微測(cè)溫結(jié)果顯示：①成礦Ⅱ階段流體包裹體完全均一溫度為205.1 ℃～229.6 ℃，集中區(qū)間為210.0 ℃～220.0 ℃，密度為0.841～0.874 g/cm3，集中區(qū)間為0.850～0.880 g/cm3，鹽度為8.81 %～12.42 %，集中區(qū)間為10.50 %～12.00 %;②成礦Ⅲ階段包裹體完全均一溫度為140.9 ℃～207.1 ℃，集中區(qū)間為180.0 ℃～190.0 ℃，密度為0.859～0.935 g/cm3，集中區(qū)間為0.890～0.900 g/cm3，鹽度為4.48 %～10.62 %，集中區(qū)間為7.50 %～9.00 %。

4 討?論

4.1?成礦流體性質(zhì)及成礦壓力和深度

流體包裹體巖相學(xué)研究結(jié)果表明，荒溝山金礦床礦石石英中流體包裹體均為氣液兩相包裹體，氣液比近一致，完全均一溫度比較集中，反映了成礦流體的基本特征，表明流體包裹體被捕獲時(shí)成礦流體處于均勻熱液體系狀態(tài)，確定捕獲的原始均勻流體為NaCl-H2O體系。

成礦壓力利用流體NaCl-H2O體系的P-T-D相圖[9-10]求得，根據(jù)分段擬合的成礦壓力與成礦深度之間的關(guān)系求得成礦深度[11]?；臏仙浇鸬V床成礦壓力與成礦深度為：①成礦Ⅱ階段成礦壓力為10～18 MPa（見圖11），成礦深度為1.0～1.8 km;②成礦Ⅲ階段成礦壓力為14～24 MPa，成礦深度為1.4～2.4 km。 目前，該礦區(qū)開采深度僅為地表及淺部，根據(jù)流體包裹體得到的成礦深度，認(rèn)為其深部仍有較大的找礦潛力。

4.2?礦床成因

關(guān)于荒溝山金礦床的成因問題，前人的研究已經(jīng)形成了一系列不同的觀點(diǎn)，主要認(rèn)為其為淺成低溫?zé)嵋盒徒鸬V床[1]、低溫?zé)嵋毫蚧镄徒鸬V床[2]、熱水沉積疊加改造型金礦床[3]和低鹽度低密度中低溫?zé)嵋好}型金礦床[4]等。

本次研究認(rèn)為荒溝山金礦區(qū)礦體賦存于珍珠門組、閃長(zhǎng)玢巖和閃長(zhǎng)巖中，受韌—脆性剪切帶和脆性斷裂聯(lián)合控制，礦體主要呈脈狀、網(wǎng)脈狀，礦石類型主要為硅質(zhì)巖型和碎裂硅化大理巖型礦石，并有少量褪色脈巖型和氧化型礦石，這些特征表明荒溝山金礦床為典型的后生礦床，成礦與珍珠門組、構(gòu)造和熱液關(guān)系密切。

本次研究獲得主成礦階段流體包裹體完全均一溫度為140.9 ℃～229.6 ℃，鹽度為4.48 %～12.42 %，密度為0.841～0.935 g/cm3，成礦壓力為10～24 MPa，成礦深度為1.0～2.4 km，顯示成礦具有低鹽度、低密度、中低溫、淺成的特點(diǎn)。結(jié)合前人所做氫、氧同位素測(cè)試研究成果[12]及孫豐月等[13]提出的樣品投影點(diǎn)向大氣水線靠近，表明成礦流體具有同位素交換的幔源流體特征，故認(rèn)為荒溝山金礦床成礦流體具有幔源流體特征，晚期有大氣降水加入。王有維[14]得到角礫巖型（即前文中的碎裂硅化大理巖型）金礦石K-Ar年齡為103.01～112.15 Ma，確定荒溝山金礦床成礦時(shí)代為燕山晚期。

結(jié)合前人研究成果[15]，認(rèn)為古元古代早期遼吉洋擴(kuò)張，洋底海水被下部巖漿房等熱源加熱，產(chǎn)生對(duì)流，并淋濾下部地質(zhì)體中的成礦元素，形成富含Au、Pb、Zn等元素的熱水沿著構(gòu)造薄弱帶上升至洋底，在物理化學(xué)條件發(fā)生改變時(shí)富集沉淀，形成富含成礦元素的珍珠門組海相碳酸鹽巖和熱水沉積巖（硅質(zhì)巖），形成初始礦源層或?qū)訝畹V體。燕山晚期構(gòu)造熱事件使珍珠門組中的成礦元素發(fā)生活化、遷移和富集，在構(gòu)造有利位置形成脈狀、網(wǎng)脈狀礦體。

綜上認(rèn)為，荒溝山金礦床的形成與古元古代熱水噴流沉積作用有關(guān)，該時(shí)期形成了初始礦源層或?qū)訝畹V體，燕山晚期構(gòu)造熱事件形成中低溫?zé)嵋好}型金礦床。

4.3?變質(zhì)變形改造作用

荒溝山金礦床在古元古代形成初始礦源層或?qū)訝畹V體后，后期經(jīng)歷了不同程度的變質(zhì)變形改造作用，使原來噴流沉積特征保存得不連續(xù)、不完整，同時(shí)使礦體的形態(tài)發(fā)生改變，形成不連續(xù)的囊狀、團(tuán)窩狀等礦體，后期變質(zhì)變形改造作用主要有重結(jié)晶、碎裂、旋轉(zhuǎn)、構(gòu)造置換、沿裂隙貫入等。

野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一些熱水沉積的硅質(zhì)巖發(fā)生變形，形成旋轉(zhuǎn)碎斑，被拉長(zhǎng)、拉斷（見圖12）且局部具有定向性，局部可觀察到旋轉(zhuǎn)拖尾現(xiàn)象;也可見到塑性硫化物圍繞硅質(zhì)巖的旋轉(zhuǎn)碎斑分布的現(xiàn)象，或塑性硫化物貫入到構(gòu)造變形裂隙中的現(xiàn)象（見圖13）。分析認(rèn)為，這不是熱液作用形成的充填礦體，旋轉(zhuǎn)碎斑也不是斑晶，而是后期變形作用的結(jié)果。導(dǎo)致變形的原因是礦物/巖石自身相對(duì)硬度的差異，或是不同礦物/巖石之間能干性的差異。硅質(zhì)巖能干性過強(qiáng)，巖石易碎，易形成旋轉(zhuǎn)碎斑和裂隙;硫化物塑性較強(qiáng)，硬度低，能干性小，導(dǎo)致在一定溫壓條件下發(fā)生固態(tài)流變，使硫化物常圍繞硅質(zhì)巖旋轉(zhuǎn)碎斑分布，或出現(xiàn)沿構(gòu)造變形裂隙貫入的現(xiàn)象。

5?結(jié)?論

1）荒溝山金礦床礦體賦存于老嶺群珍珠門組內(nèi)，受韌—脆性剪切帶和脆性斷裂聯(lián)合控制。

2）成礦流體具有低鹽度（4.48 %～12.42 %）、低密度（0.841～0.935 g/cm3）的特點(diǎn)，成礦溫度表現(xiàn)為中低溫（140.9 ℃～229.6 ℃）特征;成礦壓力為10～24 MPa，成礦深度為1.0～2.4 km，反映了成礦具有淺成的特點(diǎn)。

3）荒溝山金礦床成因與古元古代熱水噴流沉積活動(dòng)有關(guān)，是燕山晚期構(gòu)造熱事件形成的中低溫?zé)嵋好}型金礦床，且經(jīng)歷了不同程度的變質(zhì)變形改造。

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