南秦嶺七岔溝銻礦點(diǎn)流體包裹體和硫同位素特征及其成因淺析

劉文文，劉圣鑫*，周 鼎，朱 金 ，周 豹，劉 雷，袁 航，湯 旋

(1.湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北 武漢 430034；2.湖北省地質(zhì)勘查工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430034)

秦嶺造山帶是中國重要的鉬、銀、金多金屬成礦帶，其中南秦嶺地塊于中生代產(chǎn)出一系列鉛、鋅、金、銀、銻等礦產(chǎn)[1-2]。鄂西北地區(qū)是南秦嶺地塊的重要組成部分，其南臨揚(yáng)子板塊北緣活動(dòng)帶，北臨鄖陽—鄖西斷裂帶，經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造—巖漿演化歷史，發(fā)育大量銀、金、銻多金屬礦床(點(diǎn))，尤其是鄖陽—鄖西斷裂帶兩側(cè)集中分布多個(gè)銻礦床(點(diǎn))[3-6]，顯示出良好的銻礦找礦潛力。

銻被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、合金、醫(yī)藥、軍工等多個(gè)領(lǐng)域，近年來更是被列為戰(zhàn)略性或關(guān)鍵礦產(chǎn)資源進(jìn)行儲(chǔ)備[7-8]。實(shí)現(xiàn)銻礦資源增儲(chǔ)具有戰(zhàn)略意義，因此需加大銻礦找礦工作力度。前人在鄂西北地區(qū)開展過一些銻礦找礦勘查及科研工作，探討了區(qū)域成礦地質(zhì)條件、控礦因素及找礦潛力[3-6]，但對(duì)其成礦物質(zhì)來源、礦床成因等深入研究較少，總體研究程度較低，限制了該區(qū)銻礦成因認(rèn)識(shí)及找礦突破。本文以鄂西北較典型的七岔溝銻礦點(diǎn)為例，在詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上，總結(jié)礦點(diǎn)地質(zhì)特征，重點(diǎn)開展流體包裹體和原位硫同位素分析，探討其成因，對(duì)深化鄂西北地區(qū)的銻礦成礦規(guī)律認(rèn)識(shí)具有一定推動(dòng)作用。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

三疊紀(jì)時(shí)期，揚(yáng)子板塊向華北板塊俯沖，形成秦嶺—大別—蘇魯造山帶[9-10]。秦嶺造山帶屬秦嶺—大別—蘇魯造山帶西段，從北到南劃分為華北板塊南緣、北秦嶺地塊、南秦嶺地塊、揚(yáng)子板塊北緣等四個(gè)主要構(gòu)造單元[11]。秦嶺造山帶經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)演化過程，主要分為中元古代造山帶基底形成階段、中三疊世多期次碰撞造山演化階段及中生代陸內(nèi)造山作用階段[12-13]。

南秦嶺地塊夾持于商丹縫合帶和勉略縫合帶之間，整體呈NWW向帶狀展布，七岔溝銻礦點(diǎn)即位于南秦嶺地塊東段(圖1)。區(qū)域構(gòu)造形跡總體呈NWW向，印支期形成鄖陽—鄖西斷裂及一系列次級(jí)斷裂和復(fù)式褶皺，并經(jīng)歷多期構(gòu)造變形、疊加[15]。區(qū)域上廣泛出露新元古界武當(dāng)群、耀嶺河組、陡山沱組、燈影組及晚古生界泥盆系地層，并發(fā)育大量基性巖墻[16]。

圖1 鄂西北地區(qū)礦產(chǎn)簡圖[14]

2 礦點(diǎn)地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)特征

七岔溝銻礦點(diǎn)位于南秦嶺地塊金雞嶺復(fù)向斜之泗峽口—上津褶皺束東段南翼，礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造變形強(qiáng)烈，未見巖漿巖分布，主要出露下泥盆統(tǒng)公館組，中泥盆統(tǒng)石家溝組、大楓溝組，中—上泥盆統(tǒng)古道嶺組，上泥盆統(tǒng)星紅鋪組、鐵山組地層和少量第四系沖積物(圖2)。銻礦主要受地層與斷裂控制，主要含礦地層為石家溝組及星紅鋪組，主要控礦構(gòu)造為槐樹背斜、藥樹坪向斜及后期發(fā)育的斷裂。

石家溝組巖性為白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖夾少量泥質(zhì)粉砂巖，礦(化)體主要賦存于中—厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r或白云巖中。星紅鋪組巖性以砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及(泥質(zhì))白云巖為主，礦(化)體主要賦存于薄—中層狀白云巖或泥質(zhì)白云巖中。由此可見，礦(化)體主要產(chǎn)于碳酸鹽巖中，巖性對(duì)成礦起著明顯的控制作用。

槐樹背斜呈近EW向展布，向W傾沒，軸面傾向S，北翼較陡，局部倒轉(zhuǎn)；受地形切割影響，核部出露公館組和石家溝組，北翼主要出露大楓溝組和古道嶺組，南翼被NW向斷裂切割，主要出露大楓溝組。藥樹坪向斜軸向近EW，軸面傾向S，較為對(duì)稱，北翼傾角50°～75°，南翼傾角40°～60°，核部出露鐵山組，兩翼出露星紅鋪組。銻礦(化)體主要賦存于槐樹背斜南翼及藥樹坪向斜北翼。

礦區(qū)斷裂發(fā)育NW向和NE向兩組(圖2)。NE向斷裂主要有F5-F7，呈大角度切割古道嶺組、星紅鋪組及鐵山組，均為正斷層。該組為主要的控礦斷裂，斷裂性質(zhì)相似，下面以揭露程度較好的F5為例進(jìn)行介紹。F5位于藥樹坪向斜轉(zhuǎn)折端，長800～1 200 m，斷層面傾向120°～150°，傾角70°～80°，斷層面上可見鏡面擦痕、鐵質(zhì)及鈣質(zhì)薄膜。該斷裂破碎帶寬0.5～1.5 m，主要由構(gòu)造角礫與石英脈組成，石英脈呈條帶狀不連續(xù)分布于破碎帶裂隙中，可見輝銻礦呈團(tuán)塊狀、脈狀充填于乳白色石英粒間或裂隙中。沿F5兩側(cè)還發(fā)育一些次級(jí)脆性斷裂，呈雁列式排列，間距10～20 m，長30～150 m。NW向斷裂主要有F1-F4，規(guī)模較NE向斷裂大，但僅有F2與銻礦化有關(guān)。F2為壓扭性斷裂，長800～1 000 m，斷層面傾向SW，傾角50°～80°，斷層面較光滑。該斷裂破碎帶寬0.5～3 m，主要由構(gòu)造角礫及乳白色石英脈體組成，可見少量輝銻礦充填其間。

圖2 七岔溝銻礦區(qū)地質(zhì)簡圖

2.2 礦體地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)共圈定6個(gè)銻礦體，編號(hào)為Ⅰ-Ⅵ，規(guī)模相對(duì)較小(厚度<1 m，走向延伸不穩(wěn)定)。銻礦體主要賦存于NE向斷裂帶的石英脈中，賦礦圍巖主要為星紅鋪組及石家溝組白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r及少量泥質(zhì)粉砂巖。區(qū)內(nèi)硅化、褐鐵礦化等圍巖蝕變較發(fā)育，其中硅化與銻礦化關(guān)系最為密切，硅化程度越高，礦化強(qiáng)度越大。

Ⅲ、Ⅵ號(hào)礦體的規(guī)模相對(duì)較大。Ⅲ號(hào)礦體產(chǎn)于槐樹背斜核部NE向脆性斷裂中，呈脈狀、透鏡狀產(chǎn)出，長約290 m，厚0.30～0.73 m，走向NE，傾向SE，傾角77°～86°，沿走向厚度變化較穩(wěn)定，Sb平均品位為3.86%。Ⅵ號(hào)礦體產(chǎn)于層間滑脫斷裂中，呈條帶狀、似層狀產(chǎn)出，長約480 m，厚0.24～0.94 m，走向NEE，傾向SSE，傾角41°～83°，沿走向厚度變化較穩(wěn)定，Sb平均品位為2.03%。

2.3 成礦階段劃分

通過野外調(diào)查、顯微鏡下觀察，將七岔溝銻礦點(diǎn)分為沉積期和熱液期2個(gè)成礦期，并將熱液期分為石英—黃鐵礦—閃鋅礦階段(S1)、石英—閃鋅礦—輝銻礦階段(S2)、石英—黃鐵礦階段(S3)3個(gè)成礦階段(圖3)。

圖3 成礦階段劃分表

沉積期金屬礦物種類較單一，以黃鐵礦為主，可見黃鐵礦呈石英—黃鐵礦細(xì)脈穿插白云巖(圖4-a)，或呈星散狀分布于白云巖中(圖4-b)。

a.石英—黃鐵礦細(xì)脈充填白云巖裂隙；b.黃鐵礦呈星散狀分布在白云巖中

熱液期S1階段主要形成閃鋅礦、黃鐵礦，鏡下可見閃鋅礦交代、包裹早階段形成的黃鐵礦(圖5-a)，表明閃鋅礦晚于黃鐵礦形成。S2階段為主成礦階段，輝銻礦在該階段大量形成，常與石英組成脈體，充填于白云巖裂隙中(圖5-b、5-c)。輝銻礦一般呈團(tuán)塊狀(圖5-d)，與硅化關(guān)系密切，鏡下可見輝銻礦交代早階段形成的閃鋅礦(圖5-e)，表明輝銻礦晚于閃鋅礦形成。S3階段主要產(chǎn)出顆粒較小的黃鐵礦，形成黃鐵礦—石英細(xì)脈(圖5-f)。

a.閃鋅礦交代、包裹早階段黃鐵礦；b、c.輝銻礦—石英脈沿白云巖裂隙充填；d.輝銻礦呈團(tuán)塊狀分布于石英脈中；e.輝銻礦交代早階段閃鋅礦；f.微—細(xì)粒黃鐵礦分布于石英細(xì)脈中；Qtz.石英；Py.黃鐵礦；Sph.閃鋅礦；Stb.輝銻礦

3 采樣、測(cè)試及結(jié)果

3.1 采樣及測(cè)試方法

在Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ號(hào)礦體中采集熱液期各階段的礦石樣品，合計(jì)5件，其中S1階段1件，編號(hào)為QCG-3；S2階段(主成礦階段)3件，編號(hào)為QCG-1-3、QCG-1-5、YJG-8；S3階段1件，編號(hào)為YJG-1。另在礦體圍巖中采集黃鐵礦樣品2件，編號(hào)為QCG-2-1、QCG-2-2。

選取主成礦階段的礦石樣品磨制石英流體包裹體測(cè)溫片，用于流體包裹體顯微觀察及測(cè)溫。流體包裹體顯微觀測(cè)及測(cè)溫在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，儀器型號(hào)為Olympus BX51型顯微鏡和Linkam MDS 600型冷熱臺(tái)。測(cè)溫儀器的測(cè)試溫度范圍為-196～600℃，溫度低于30℃時(shí)，誤差為±0.2℃；溫度介于30～280℃時(shí)，誤差為±1℃；溫度高于280℃時(shí)，誤差為±2℃。實(shí)驗(yàn)開始后，使用液氮以10℃/min的速率將流體包裹體降溫至-120℃，以保證包裹體完全被凍?。浑S后以10℃/min的升溫速率對(duì)流體包裹體進(jìn)行回溫，待接近冰點(diǎn)溫度時(shí)將升溫速率降低為0.5℃/min，仔細(xì)測(cè)量冰點(diǎn)溫度；然后以10℃/min的升溫速率升溫，接近相變點(diǎn)時(shí)降低為0.5℃/min，以便觀察氣泡的形態(tài)變化，直到流體包裹體完全均一，測(cè)出完全均一溫度。

選取各成礦階段的礦石及圍巖磨制黃鐵礦、輝銻礦、閃鋅礦探針片，開展原位硫同位素分析。原位硫同位素分析在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，采用的激光剝蝕系統(tǒng)型號(hào)為Resolution S-155。使用ArF準(zhǔn)分子激光發(fā)生器產(chǎn)生193 nm深紫外光束，經(jīng)勻化光路聚焦于硫化物表面，激光束斑為33 μm，頻率為10 Hz，剝蝕時(shí)間為40 s。將高純氦氣、氬氣及少量氮?dú)饣旌献鳛檩d氣，將樣品送入多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)，儀器型號(hào)為Nu Plasma Ⅱ。采用交叉測(cè)試(SSB)方法對(duì)樣品δ34S值進(jìn)行測(cè)定及校正，采用的標(biāo)樣為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部黃鐵礦標(biāo)樣WS-1，分析精度為±0.5‰。

3.2 流體包裹體特征

本次主要對(duì)主成礦階段的流體包裹體進(jìn)行巖相學(xué)觀察與測(cè)溫。在室溫條件下，流體包裹體數(shù)量較多，主要呈圓形、橢圓形或不規(guī)則形，大小為4～25 μm，主要集中于6～12 μm。流體包裹體以富液兩相包裹體為主(圖6-a、6-b)，氣相分?jǐn)?shù)為5%～45%，少見富氣兩相包裹體(圖6-c)。

圖6 主成礦階段流體包裹體顯微特征

表1 主成礦階段富液兩相流體包裹體特征參數(shù)

圖7 主成礦階段流體包裹體均一溫度和鹽度直方圖

3.3 硫同位素特征

七岔溝銻礦點(diǎn)各成礦階段硫化物的原位硫同位素分析結(jié)果如表2所示。在S1階段，主要金屬硫化物為閃鋅礦，測(cè)得其δ34S為7.4‰～10.5‰。在S2階段，金屬硫化物主要為輝銻礦和閃鋅礦，測(cè)得輝銻礦δ34S為7.4‰～10.4‰、閃鋅礦δ34S為8.1‰～8.4‰，與S1階段閃鋅礦的硫同位素組成特征相近。在S3階段，金屬硫化物主要為黃鐵礦，測(cè)得其δ34S為-3.7‰～5.7‰，低于S1、S2階段硫化物的δ34S。另外，測(cè)得礦體圍巖中黃鐵礦的δ34S為-23.1‰～-15.3‰，明顯低于熱液期各階段硫化物的δ34S。

表2 各成礦階段硫化物硫同位素組成

4 討論

4.1 成礦流體性質(zhì)

采用礦床成礦壓力經(jīng)驗(yàn)公式[18]，推算出七岔溝銻礦點(diǎn)的成礦流體被捕獲時(shí)的最小壓力為29.5～96.0 MPa(表1)，主要集中在50～80 MPa，表明成礦流體成礦時(shí)處于中高壓環(huán)境。成礦深度與流體壓力之間存在函數(shù)關(guān)系[19-20]，因此根據(jù)流體壓力可進(jìn)一步推算礦床的成礦深度。根據(jù)地質(zhì)流體的壓力垂直分帶性特征[21]，采用公式H=0.086 8P/(1+0.003 88P)+2(H為成礦深度，km；P為成礦壓力，MPa)計(jì)算出七岔溝銻礦點(diǎn)的成礦深度為4.0～8.1 km，主要集中在5.5～7.5 km，表明該礦點(diǎn)成礦時(shí)處于淺成環(huán)境。因此，七岔溝銻礦點(diǎn)的成礦流體屬中低溫、低鹽度的淺成熱液體系，與典型的造山帶型銻礦床相似[22]。

流體包裹體的均一溫度和鹽度一般具有兩種變化關(guān)系：①橫向變化趨勢(shì)，即溫度一定，鹽度逐漸發(fā)生變化，代表著原始流體與后期不同鹽度的流體發(fā)生了等溫混合；②豎向變化趨勢(shì)，即鹽度一定，溫度逐漸發(fā)生變化，代表著原始流體自然冷卻的過程[23]。從七岔溝銻礦點(diǎn)流體包裹體均一溫度—鹽度關(guān)系圖(圖8-a)可知，其均一溫度變化范圍較大(130～367℃)，而鹽度主要集中在1.0%～5.6%NaCleq，數(shù)據(jù)點(diǎn)總體以豎向變化趨勢(shì)為主，表明成礦流體主要經(jīng)歷自然冷卻過程。流體包裹體均一溫度—壓力關(guān)系圖(圖8-b)顯示成礦流體均一溫度與壓力存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，說明成礦流體經(jīng)歷了從深部回流到淺部的冷卻降溫過程。

圖8 主成礦階段流體包裹體均一溫度—鹽度關(guān)系圖(a)及均一溫度—壓力關(guān)系圖(b)

4.2 成礦物質(zhì)來源

七岔溝銻礦點(diǎn)的金屬礦物以黃鐵礦、閃鋅礦、輝銻礦等硫化物為主，未見石膏、重晶石、天青石等硫酸鹽，表明成礦流體中的硫主要以HnSn-2的形式存在[24]，硫化物的δ34S接近初始成礦流體的硫同位素特征[25]。七岔溝銻礦點(diǎn)S1階段硫化物δ34S為7.4‰～10.5‰，S2階段硫化物δ34S為7.4‰～10.4‰，表明S1階段到S2階段成礦流體的硫同位素組成未發(fā)生明顯改變，整體處于一個(gè)較封閉或穩(wěn)定的環(huán)境。該礦點(diǎn)S1、S2階段硫化物與南秦嶺耀嶺河組巖石(δ34S為7.4‰～14.5‰[26])具有相似的硫同位素組成特征，暗示耀嶺河組巖石可能為七岔溝銻礦點(diǎn)的成礦物質(zhì)來源之一，與區(qū)域上其他銻、金礦床(點(diǎn))具有一定的相似性[2-6]。而S3階段硫化物δ34S為-3.7‰～5.7‰，明顯低于S1、S2階段硫化物δ34S，可能與成礦流體從深部循環(huán)至淺部過程中因大氣降水混入而引起氧逸度升高有關(guān)，一般認(rèn)為氧逸度升高會(huì)導(dǎo)致流體δ34S降低[27-28]。本次分析了礦體圍巖中黃鐵礦的硫同位素組成，其δ34S為-15.3‰～-23.1‰，明顯低于礦體硫化物δ34S，說明成礦流體演化至晚階段也可能遭受了圍巖中硫化物的混染[29]，導(dǎo)致δ34S降低。

4.3 礦床成因淺析

伴隨揚(yáng)子板塊向華北板塊俯沖形成秦嶺造山帶，秦嶺造山帶在中生代形成一系列造山型礦床，如天子坪金礦、徐家灣銀礦、大湖鉬礦等[30-32]。七岔溝銻礦點(diǎn)與上述礦床具有相似的成礦地質(zhì)背景，形成于板塊俯沖造山運(yùn)動(dòng)之后，成礦流體具淺成、中低溫、低鹽度特點(diǎn)，指示其可能為造山型銻礦[32]。七岔溝銻礦點(diǎn)形成于中生代，礦化受控于脆性斷裂破碎帶，形成含輝銻礦石英脈脈狀礦(化)體，伴隨強(qiáng)烈的硅化等熱液蝕變；成礦流體可能來源于經(jīng)歷了深循環(huán)過程的大氣降水，并萃取了耀嶺河組中的成礦物質(zhì)。

綜合七岔溝銻礦點(diǎn)地質(zhì)特征、流體包裹體及硫同位素特征，初步構(gòu)建該礦點(diǎn)的成礦模式，即三疊紀(jì)時(shí)期揚(yáng)子板塊向華北板塊俯沖，發(fā)育一系列近EW向大斷裂及NE、NW向次級(jí)斷裂，成為大氣降水循環(huán)及成礦流體運(yùn)移的通道；大氣降水下滲至地下深處，加熱并交代萃取深部耀嶺河組海相變火山巖或沉積碎屑巖中的成礦物質(zhì)，形成中低溫(270～310℃)、低鹽度(1.0%～5.6% NaCleq)的成礦流體；在構(gòu)造應(yīng)力作用下，成礦流體沿?cái)嗔褬?gòu)造向上運(yùn)移，在大致5.5～7.5 km的深度位置，因混入新的大氣降水或混染圍巖中的硫化物而導(dǎo)致物理化學(xué)條件發(fā)生改變，促使輝銻礦等硫化物沉淀析出，逐漸富集成礦；隨著后期地殼抬升剝蝕，礦(化)體逐漸出露地表，呈現(xiàn)現(xiàn)今礦區(qū)之狀況。

5 結(jié)論

(1)七岔溝銻礦點(diǎn)分布于南秦嶺鄖陽—鄖西斷裂帶，礦體呈脈狀、透鏡狀賦存于脆性斷裂破碎帶中，礦石礦物為輝銻礦，發(fā)育硅化等熱液蝕變，其成礦主要經(jīng)歷石英—黃鐵礦—閃鋅礦階段、石英—閃鋅礦—輝銻礦階段、石英—黃鐵礦階段3個(gè)成礦階段。

(2)七岔溝銻礦點(diǎn)的成礦流體屬中低溫(270～310℃)、低鹽度(1.0%～5.6%NaCleq)流體體系，推測(cè)成礦深度為5.5～7.5 km，硫化物硫同位素組成特征(δ34S為7.4‰～10.4‰)指示成礦物質(zhì)可能來源于耀嶺河組巖石。

(3)七岔溝銻礦點(diǎn)具造山型礦床特征，成因類型為淺成中低溫?zé)嵋盒汀?/p>

致謝：在本次研究中，長江大學(xué)王希君碩士研究生完成流體包裹體、硫同位素分析測(cè)試，段登飛講師為論文撰寫提出了寶貴的修改意見和建議，在此一并表示感謝。