老寨灣金礦熱液獨(dú)居石地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

李治平，皮橋輝

(桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541004)

0 引言

老寨灣金礦區(qū)位于云南省廣南縣，地處滇黔桂“金三角”地區(qū)。近幾十年來(lái)，本區(qū)已發(fā)現(xiàn)了兩百多處金礦床和礦化點(diǎn)[1]，探明資源儲(chǔ)量達(dá)500多噸[2]。前人已經(jīng)對(duì)老寨灣金礦床做了許多系統(tǒng)而深入的研究，有學(xué)者認(rèn)為該礦床屬于淺成中-低溫、低鹽度的熱液型金礦床[3]；有學(xué)者認(rèn)為該礦床屬于沉積熱液改造型金礦床[4]；還有學(xué)者認(rèn)為該礦床屬于熱液硅化石英巖(脈)型金礦床[5-8]；雖然意見(jiàn)略有不同，但都認(rèn)為該礦床的形成與熱液活動(dòng)密切相關(guān)。前人對(duì)老寨灣金礦的研究一般多集中于野外宏觀觀測(cè)及室內(nèi)鏡下觀察，偏重于巖礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、地質(zhì)特征[9]。本文從老寨灣金礦中采集富金礦石，并從中挑選出獨(dú)居石，通過(guò)對(duì)獨(dú)居石進(jìn)行電子探針?lè)治鰷y(cè)試，觀察其內(nèi)部構(gòu)造、礦物組合、稀土元素等地球化學(xué)特征，認(rèn)為該礦床的獨(dú)居石屬于熱液成因獨(dú)居石，早期的富Th獨(dú)居石在巖漿期后熱液的作用下發(fā)生分解，并吸收了Y，Th，P和稀土元素[10-11]，隨著巖漿的侵入，并伴隨著強(qiáng)烈的脆性剪切變形過(guò)程，在退變質(zhì)的作用下形成了新的貧Th獨(dú)居石[12-13]。綜合前人對(duì)本礦區(qū)的研究，并依據(jù)本次電子探針?lè)治鼋Y(jié)果，認(rèn)為老寨灣金礦的形成應(yīng)該與巖漿熱液作用有關(guān)。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

老寨灣金礦床地處揚(yáng)子地臺(tái)西南緣與華南加里東褶皺帶交接處，北部緊臨右江裂谷造山帶。該區(qū)地殼經(jīng)歷了由地槽到地臺(tái)再到裂谷的復(fù)雜演化過(guò)程(圖1)。區(qū)內(nèi)出露的地層主要有寒武系、奧陶系和泥盆系。巖相為化學(xué)沉積相和細(xì)碎屑沉積相的交互過(guò)渡，反映本區(qū)從淺水陸源碎屑沉積到淺海沉積的動(dòng)蕩式的沉積環(huán)境變化過(guò)程。

1—三疊紀(jì)盆地相濁積巖；2—斑巖；3—印支期輝綠巖； 4—花崗巖體 ；5—元古界-震旦系(Pt-Z)；6—古生界(Pz)； 7—推測(cè)斷層/實(shí)測(cè)斷層 ；8—金礦床(點(diǎn)) ；9—研究區(qū)位置圖1 區(qū)域大地構(gòu)造略圖(a)及滇黔桂地區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖(b)(據(jù)文獻(xiàn)[4]修改)

本區(qū)主要的賦礦層位是泥盆紀(jì)下統(tǒng)坡松沖組，該地層主要受F1斷層和F8斷層的控制。研究區(qū)內(nèi)褶皺和斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，以NWW向?yàn)橹鳎瑫r(shí)受到NE向和NW向斷裂的共同作用。構(gòu)造的發(fā)育主要受到區(qū)域大地構(gòu)造影響。礦區(qū)巖漿巖僅出露有沿F7斷層侵入的輝綠巖脈，走向?yàn)镹W—SE向，傾向?yàn)镾W，傾角為30°～80°，地表出露長(zhǎng)度為1050 m，寬約4～32 m。輝綠巖脈中含金量約為0.30～13.5g/t，在輝綠巖體的北西和東南端有金富集成礦。礦區(qū)出露的輝綠巖多為蝕變輝綠巖，輝石和斜長(zhǎng)石等礦物已經(jīng)蝕變成黏土礦物，但仍保留有輝綠巖的變余結(jié)構(gòu)。含金輝綠巖具細(xì)脈狀和浸染狀的黃鐵礦化，還有少許的毒砂化(1)云南地礦資源股份有限公司,云南省廣南縣老寨灣金礦區(qū)椿樹(shù)灣礦段詳查地質(zhì)報(bào)告,2002年。。

2 礦床地質(zhì)特征

本礦區(qū)可分為兩個(gè)礦段，南部為袁家坪礦段，北部為椿樹(shù)灣礦段(圖2)。袁家坪礦段位于F3斷層的南部，由4個(gè)礦體組成，金礦體產(chǎn)于該單斜的古隆起構(gòu)造面上的坡松沖組地層，其分布受不整合面和斷層的控制。椿樹(shù)灣礦段中部發(fā)育有北西向的輝綠巖脈，由于經(jīng)受了后期的硅化熱液蝕變和黃鐵礦化，金的品位較高。礦區(qū)最大礦體(V3礦體)就產(chǎn)在其附近。V3礦體主要沿著F7斷層產(chǎn)出，說(shuō)明F7斷層在成礦過(guò)程中為流體的運(yùn)移提供了通道，流體在斷裂帶附近循環(huán)流通，使附近地層中的成礦物質(zhì)活化運(yùn)移最終沉淀形成較富的礦體。F7斷裂帶中礦化蝕變強(qiáng)烈，主要的礦化有硅化、黃鐵礦化和輝銻礦化等。

該礦區(qū)礦石分為原生礦石和氧化礦石。原生礦石是沉積成巖作用及熱液作用共同作用的結(jié)果，主要的礦石礦物有黃鐵礦、白鐵礦、輝銻礦及磁鐵礦；主要的載金礦物有黃鐵礦及輝銻礦，黃鐵礦中的金主要集中于黃鐵礦外緣次生增長(zhǎng)的環(huán)帶內(nèi)，且金與砷的含量一般呈正相關(guān)。礦區(qū)內(nèi)氧化礦石高度發(fā)育，多形成于熱液成礦期的淋濾階段，是老寨灣金礦的主要礦石類(lèi)型，占全部礦石的90%以上，主要的載金礦物為褐鐵礦和黏土礦物，其中黏土礦物主要為高嶺石，其次為伊利石。

老寨灣金礦的成礦過(guò)程可分為沉積成礦期、熱液期和表生氧化期3個(gè)階段。其中成礦作用主要發(fā)生在熱液期，而金的富集發(fā)生在表生期。

3 樣品采集與測(cè)試方法

本次實(shí)驗(yàn)所用獨(dú)居石樣品采自老寨灣金礦的泥盆統(tǒng)坡松沖組下段沉積巖中。將礦石磨制成光薄片，用室內(nèi)顯微鏡觀察其巖石巖相學(xué)，所用儀器為Nikone CLIPSE50iPOL透反射偏光顯微鏡；掃描電鏡采用的是ZEISS公司的IGMA設(shè)備，分辨率為1.3nmat20kV，2.6nmat1kV。放大倍數(shù)為(12～1)×106。加速電壓為0.1～30kV。放大倍率誤差在3%以內(nèi)；電子探針?lè)治鰷y(cè)試所用儀器為日本的JXA-8230電子探針儀，在桂林理工大學(xué)廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電子探針室完成，測(cè)試條件為加速電壓15kV，電流為20nA，束斑直徑為5μm。標(biāo)樣采用的是桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院電子探針實(shí)驗(yàn)室制作的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)硫化礦物標(biāo)樣。

4 測(cè)試結(jié)果

4.1 獨(dú)居石礦物學(xué)特征

獨(dú)居石是一種較為常見(jiàn)的多產(chǎn)于中酸性巖漿巖和變質(zhì)巖中的副礦物，分布較為廣泛，甚至在某些沉積巖中也能見(jiàn)到。不同的礦物組合可以反映獨(dú)居石的不同成因。如巖漿成因的獨(dú)居石多產(chǎn)于花崗巖、花崗質(zhì)偉晶巖及堿性偉晶巖中，其共生礦物較多，常見(jiàn)的有鋯石、褐簾石、綠柱石、磷鈣釷石、銫榴石和黑稀金礦等[14]；熱液成因的獨(dú)居石一般以團(tuán)粒狀、浸染狀和分散細(xì)粒狀的形式產(chǎn)于交代巖和一些礦石礦脈中，共生礦物主要有赤鐵礦、磁鐵礦、螢石及斜釷石等[15](圖3)；沉積成因的獨(dú)居石一般產(chǎn)于白云巖和泥巖等沉積巖中，共生礦物主要有白云石、磷灰石及重晶石等。

4.2 獨(dú)居石組構(gòu)特征

前人對(duì)典型地區(qū)的不同成因獨(dú)居石的內(nèi)部構(gòu)造特征和晶體形態(tài)研究發(fā)現(xiàn)：巖漿獨(dú)居石在單偏光鏡下一般呈淺黃色或棕褐色，裂隙周?chē)邪底厣胶谏难趸F雜質(zhì)分布。表現(xiàn)出透明或油脂光澤，具短柱狀、渾圓狀或近等軸狀晶形，屬于單斜晶系，粒徑為100～200μm。典型的特征是獨(dú)居石顆粒以填隙的形式填充在原生礦物(最常見(jiàn)的有石英、長(zhǎng)石及黑云母)內(nèi)(圖4)。陰極發(fā)光圖顯示獨(dú)居石呈紫紅色或醬紅色，發(fā)光較弱且不均勻，裂隙附近一般發(fā)光較強(qiáng)[16]。由獨(dú)居石樣品Y-3和5-1的背散射( BSE)圖像可知(圖5)，獨(dú)居石呈不規(guī)則顆粒出現(xiàn)，尺寸為50～100μm，結(jié)構(gòu)均勻，通常無(wú)環(huán)帶，個(gè)別顆粒會(huì)有較寬且平直的巖漿環(huán)帶。

A—硅化(+)；B—硅化石英(+)；C—脈狀褐鐵礦(+)；D—褐鐵礦分布于破碎角礫中(+)；E—黃鐵礦褐鐵礦化(+)；F—黃鐵礦褐鐵礦化(+)；Lm—褐鐵礦；Q—石英圖4 老寨灣金礦礦物組合照片

圖5 獨(dú)居石電子探針背散射圖像

4.3 獨(dú)居石地球化學(xué)特征

獨(dú)居石廣泛產(chǎn)出于變質(zhì)巖、沉積巖及過(guò)鋁質(zhì)火成巖中，主要特征是富含輕稀土元素。與大部分含U副礦物一樣[17]，獨(dú)居石的化學(xué)組成也較為特殊，由于Nd，Ta，U，Y，Th等元素的離子半徑較大，價(jià)態(tài)高，因此它們一般不會(huì)包含在硅酸鹽造巖礦物中，而是趨向于富集在殘余熔體中，獨(dú)居石的晶體結(jié)構(gòu)可廣泛吸納稀土元素[18]，因此巖石中的U，Th和稀土元素主要寄住在獨(dú)居石中。獨(dú)居石中含有Y，Sc，U，Th等微量元素，其含量與獨(dú)居石的成因也有一定關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，老寨灣金礦中獨(dú)居石的Gd，Dy，Th，Er，Y和U等元素的含量明顯偏低[19]，其成分分布圖(圖6)與前人研究的熱液成因獨(dú)居石的成分分布圖相似(圖7)，因此可以推斷老寨灣礦床的獨(dú)居石為熱液成因獨(dú)居石。

圖6 老寨灣金礦獨(dú)居石樣品成分分布特征

圖7 不同成因獨(dú)居石成分分布特征[20]

5 討論

5.1 獨(dú)居石成因

前人的研究表明，不同地質(zhì)環(huán)境中生成的獨(dú)居石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和元素組成也不同[20-21]，前人采用等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)對(duì)不同成因獨(dú)居石中進(jìn)行稀土元素測(cè)定，發(fā)現(xiàn)巖漿獨(dú)居石可能具有寬而扁平的巖漿環(huán)帶，一般與磷石膏共生。稀土元素的含量通常較低，重稀土和Ho，Tm，Lu等特殊稀土元素相對(duì)來(lái)說(shuō)較為富集，La(4%～13%)和Ce(18%～28%)含量低，Sm(1%～5%)和Gd(1%～3%)含量高，LREE/HREE值為7.28～22.31，(La/Yb)N比值為44.17～80.90；而熱液和沉積成因的獨(dú)居石中稀土元素的含量則明顯較高，輕稀土元素和Eu，Tb等特殊稀土元素相對(duì)較為富集，La(12%～18%)和Ce(>28%)含量高，Sm(0.63%～1.06%)和Gd(0.19%～1.54%)含量低，LREE/HREE(17.12～63.64)，(La/Yb)N(37.5～53.88)，熱液和沉積成因的獨(dú)居石中輕重稀土比值明顯高于巖漿成因的獨(dú)居石，推測(cè)可能是因?yàn)闊嵋汉统练e成因獨(dú)居石中的輕稀土在成礦流體演化過(guò)程中得到了進(jìn)一步的富集[22]。洪文興[23]等人通過(guò)對(duì)各種成因類(lèi)型的獨(dú)居石進(jìn)行電子探針?lè)治?，研究其微粒微區(qū)分布特征，結(jié)果顯示，巖漿成因獨(dú)居石中稀土元素∑La～Lu的含量(一般低于53%)明顯低于熱液和沉積成因獨(dú)居石微粒中稀土元素∑La～Lu的含量(53.81%～60.04%)，推測(cè)可能是巖漿獨(dú)居石中有較多的稀土元素被其他元素類(lèi)質(zhì)同像置換導(dǎo)致的。

熱液和沉積成因的獨(dú)居石中U，Th，Y含量通常較低(Th一般小于1%)，巖漿獨(dú)居石與熱液獨(dú)居石的Th/U值差別較大，巖漿獨(dú)居石中Th/U值與Th和U在巖漿中的含量及它們?cè)讵?dú)居石和巖漿中的分配系數(shù)有關(guān)。一般情況下，巖漿獨(dú)居石中Th/U值較大，而熱液獨(dú)居石Th/U值較小[22]。熱液成因獨(dú)居石一般與熱液礦物，如石英和絹云母等有關(guān)，它們通常被粒徑較小的熱液金屬礦物包裹，且Th，U和稀土元素的含量非常低；沉積成因的獨(dú)居石與其自生礦物有關(guān)，通常具有不規(guī)則形狀[24-27]。

電子探針數(shù)據(jù)表明(表1、表2)，老寨灣獨(dú)居石核部稀土元素的分布不具有明顯的四分組效應(yīng)，而是呈現(xiàn)出Eu負(fù)異常的右傾分配模式[28-29]。四分組效應(yīng)與巖礦形成過(guò)程中的水巖作用密切相關(guān)，因此說(shuō)明老寨灣的獨(dú)居石在形成過(guò)程中處于水含量極少的沉積狀態(tài)或巖漿熔融狀態(tài)，所以無(wú)法形成四分組效應(yīng)[30]。核部獨(dú)居石相對(duì)富集HREE和Ho，Tm，Lu等元素，而邊部獨(dú)居石則相對(duì)富集LREE和Th，Eu等元素，由稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布圖可知(圖8)，核部獨(dú)居石出現(xiàn)Eu負(fù)異常，且向右傾，主要元素的含量和Th/U值與邊部獨(dú)居石也有較明顯的差異，說(shuō)明核部的獨(dú)居石是沉積和巖漿成因的碎屑獨(dú)居石；而邊部的獨(dú)居石Th/U值比核部獨(dú)居石小，稀土元素Tb和Dy的含量由于低于檢測(cè)下限無(wú)法測(cè)出其含量，且有部分重稀土元素缺失，Ho，Er，Yb，Tm，Lu，U，Th元素的含量也極低，在不考慮數(shù)據(jù)缺失的情況下，稀土配分曲線中的一組元素(La，Ce，Pr，Nd)表現(xiàn)出M型曲線，呈現(xiàn)出正Eu異常，因此表明老寨灣邊部獨(dú)居石為熱液成因。

表1 老寨灣礦區(qū)獨(dú)居石電子探針稀土元素及部分微量元素?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表 10-6

表2 老寨灣礦區(qū)獨(dú)居石電子探針稀土元素?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表 10-6

圖8 老寨灣獨(dú)居石稀土配分曲線

5.2 金礦化過(guò)程中獨(dú)居石的形成

大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，獨(dú)居石會(huì)被鈣堿性流體的交代作用溶蝕分解，形成新的獨(dú)居石[31-32]，此外，巖漿期后熱液也會(huì)使早期的富Th獨(dú)居石分解并吸收Yb，Th，P等元素[9-11]，在退變質(zhì)作用中形成新的不含繼承Pb的貧Th獨(dú)居石[12-13]。美國(guó)內(nèi)華達(dá)州和我國(guó)滇黔桂地區(qū)的卡林型金礦均與巖漿期后熱液緊密相關(guān)[33-36]。在老寨灣金礦含金量較高的礦石中有貧Th獨(dú)居石與載金硫化物共生，這種獨(dú)居石的年齡在一定程度上可以代表金礦年齡。在低溫、低壓，有石英存在的堿性條件下，獨(dú)居石有顯著的物質(zhì)遷移現(xiàn)象，其中Si和Th占主導(dǎo)地位[37-38]，熱液成因獨(dú)居石中Th表現(xiàn)出最大的質(zhì)量損失，部分Th會(huì)沉淀在硫酸鹽或磷硅酸鹽礦物中[39-40]，因此導(dǎo)致熱液獨(dú)居石中的Th含量較低，這與本研究中熱液獨(dú)居石具低Th的特征一致。

獨(dú)居石除了受熱液改造外還會(huì)受變質(zhì)作用的影響，而華南大陸主要以區(qū)域沉積作用為主，自三疊紀(jì)到現(xiàn)在該區(qū)的獨(dú)居石都未經(jīng)過(guò)變質(zhì)作用。結(jié)合礦物學(xué)研究，綜合認(rèn)為老寨灣邊部的獨(dú)居石為熱液成因，形成后未經(jīng)歷過(guò)變質(zhì)作用，且與金礦的沉淀同時(shí)發(fā)生。

6 結(jié)論

電子探針測(cè)試分析表明，老寨灣金礦獨(dú)居石稀土配分曲線不具四重分組效應(yīng)，說(shuō)明老寨灣獨(dú)居石在形成過(guò)程中處于水含量極少的沉積狀態(tài)或巖漿熔融狀態(tài)。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布圖顯示，邊部獨(dú)居石具有明顯Eu負(fù)異常，且Y，Th，U，Yb等元素含量偏低，綜合推斷老寨灣礦床的獨(dú)居石為熱液成因獨(dú)居石，是巖漿期后載金熱液流體交代地層碎屑富釷獨(dú)居石并伴隨金的沉淀過(guò)程而形成。