膠東蓬萊-棲霞金礦帶侯格莊金礦流體包裹體特征及其地質(zhì)意義

李敏，劉傳娥，遲乃杰，3，張偉，解玉鳳，王秀鳳，孫雨沁，李增勝，郭廣軍

(1.山東省地質(zhì)科學(xué)研究院，國(guó)土資源部金礦成礦過(guò)程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過(guò)程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250013；2.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，山東 濟(jì)南 250014；3.山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590；4.濰坊市建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，山東 濰坊 261013)

0 引言

膠東是我國(guó)最重要的金礦富集區(qū)之一，目前已探明黃金儲(chǔ)量超過(guò)5000t。金礦主要分布在萊州-招遠(yuǎn)、蓬萊-棲霞、牟平-乳山三大成礦帶。近年來(lái)，地質(zhì)學(xué)家為了揭示金成礦機(jī)制與成礦物質(zhì)來(lái)源等，對(duì)膠東金礦開(kāi)展了大量流體包裹體研究[1-8]，發(fā)現(xiàn)成礦流體整體為中溫、低鹽度的CO2-H2O-NaCl流體，CO2-H2O包裹體為主要的包裹體類(lèi)型，包裹體均一溫度集中在230～320℃，成礦壓力主要為78～300MPa，鹽度多集中在4%～8% NaCl eqv[9]。這些研究主要針對(duì)萊州的三山島、焦家和招平成礦帶金礦，對(duì)蓬萊-棲霞成礦帶流體包裹體研究相對(duì)較少。

成礦流體在熱液礦床形成過(guò)程中起到至關(guān)重要的作用，對(duì)成礦物質(zhì)活化、運(yùn)移及沉淀等具有決定性作用。本文以蓬萊-棲霞成礦帶的典型石英脈型金礦(侯格莊金礦)為研究對(duì)象，開(kāi)展系統(tǒng)的流體包裹體巖相學(xué)觀察和顯微測(cè)溫及激光拉曼光譜分析，探討了侯格莊金礦的成礦流體性質(zhì)和來(lái)源，為深入了解蓬萊-棲霞成礦帶金成礦規(guī)律及深部找礦預(yù)測(cè)提供重要依據(jù)。

1 區(qū)域與礦床地質(zhì)

1.1 區(qū)域地質(zhì)

蓬萊-棲霞金礦帶位于華北板塊東緣膠遼隆起的膠北隆起[10-12]。膠東半島基底包括新太古代膠東巖群、古元古代荊山群、粉子山群和蓬萊群。蓬萊群碎屑巖和碳酸鹽巖按層序向上不整合疊置在古元古代荊山群和粉子山群之上。第四紀(jì)松散沉積地層主要為臨沂組，分布于研究區(qū)北部沿岸和河邊。中生代花崗巖占該區(qū)基巖露頭的三分之二以上，主要為晚侏羅世玲瓏花崗巖(160～150Ma)[13]和早白堊世郭家?guī)X似斑狀花崗閃長(zhǎng)巖(132～126Ma)。研究區(qū)內(nèi)還發(fā)育大量脈巖，主要包括煌斑巖、閃長(zhǎng)玢巖、輝綠巖等(圖1、圖2)。

1—第四系；2—早白堊世偉德山和嶗山花崗巖；3—早白堊世郭家?guī)X花崗閃長(zhǎng)巖；4—晚侏羅世玲瓏二長(zhǎng)花崗巖；5—晚三疊世花崗巖；6—早白堊世火山巖/沉積巖；7—元古代巖石；8—太古代巖石；9—超高壓變質(zhì)巖；10—主要斷裂帶；11—蝕變巖型金礦；12—石英脈型金礦圖1 膠東金礦集區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)范宏瑞等，2016年修改[16])

1—第四系；2—早白堊世青山群；3—早白堊世郭家?guī)X花崗閃長(zhǎng)巖；4—晚侏羅世玲瓏花崗巖；5—古元古代荊山群；6—元古代花崗巖；7—太古代巖石；8—煌斑巖；9—閃長(zhǎng)玢巖；10—金礦脈；11—黃鐵絹英巖；12—主要斷裂；13—剖面線a—侯格莊金礦礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖；b—礦區(qū)20線剖面圖圖2 侯格莊礦區(qū)地質(zhì)圖

蓬萊-棲霞成礦帶主要由多個(gè)大、中型石英脈型金礦組成[14-15]，金礦分布受NNE向棲霞-五十里堡斷裂、大柳行-虎路線斷裂、覓鹿夼斷裂、肖古家斷裂控制。

1.2 礦床地質(zhì)

侯格莊金礦是蓬萊-棲霞成礦帶典型的石英脈型金礦床，礦床主要受大柳行-虎路線斷裂控制，走向大致為NNE向(15°～30°)，傾向SE，傾角60°～65°，礦體長(zhǎng)度從數(shù)百米到數(shù)千米不等，但寬度只有幾米(圖2a)。

侯格莊礦區(qū)內(nèi)廣泛分布的巖漿巖為早白堊世郭家?guī)X花崗閃長(zhǎng)巖，是含金石英脈的主要圍巖[3-4]。礦區(qū)內(nèi)脈巖發(fā)育，主要為煌斑巖、閃長(zhǎng)玢巖和花崗斑巖等。地層主體由古元古代荊山群、早白堊世青山群和第四系組成，礦區(qū)南部發(fā)育前寒武紀(jì)變質(zhì)基底和白堊紀(jì)沉積地層。

侯格莊金礦主要由3條金礦脈組成，脈體總體走向NNE向，品位從0.3～52.4g/t不等，平均為7.95g/t。礦石以塊狀、浸染狀構(gòu)造為主，主要礦物為石英、黃鐵礦，次要礦物有鉀長(zhǎng)石、碳酸鹽、綠泥石、高嶺石、方鉛礦、黃銅礦、閃鋅礦、金銀礦，碲鉍礦局部產(chǎn)出，含微量毒砂、磁黃鐵礦、菱鐵礦等。

根據(jù)礦脈與圍巖等穿插關(guān)系及礦物組合，可以識(shí)別出與膠東其他金礦相似的4個(gè)主要階段：黃鐵礦-石英階段(Ⅰ)、金-石英-黃鐵礦階段(Ⅱ)、金-多金屬硫化物階段(Ⅲ)、石英-碳酸鹽階段(Ⅳ)。其中Ⅱ、Ⅲ階段是主要的金成礦階段。階段Ⅰ巖性以乳白色石英為主，夾雜少量絹云母和細(xì)黃鐵礦，為成礦早期階段，在這個(gè)階段幾乎沒(méi)有金礦化(圖3a)。階段Ⅱ主要為石英-黃鐵礦脈，通常切割階段Ⅰ石英脈(圖3b、圖3c)，此階段主要礦物為黃鐵礦，含少量石英和黃銅礦，是金成礦的主要階段，該階段金的主要產(chǎn)出形式為包體金、裂隙金及晶隙金。階段Ⅲ以金-石英-多金屬硫化物礦脈為特征，以黃鐵礦、毒砂、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦、砷礦為主，該階段是金成礦的次要階段，該階段金的主要產(chǎn)出形式為晶格金、納米金等。階段Ⅳ以石英-方解石脈為特征，幾乎沒(méi)有金礦化。

2 樣品特征及分析方法

本次測(cè)試樣品主要采自含金石英脈、石英黃鐵礦脈及金多金屬硫化物脈，針對(duì)階段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ礦石中的流體包裹體開(kāi)展工作。包裹體片磨制、巖礦鑒定、包裹體測(cè)溫激光拉曼光譜分析等工作均在自然資源部金礦成礦過(guò)程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行(圖4)。

Py—黃鐵礦；Qtz—石英；Sp—閃鋅礦；Ccp—黃銅礦圖4 侯格莊金礦顯微照片(反射光)

2.1 流體包裹體測(cè)溫

挑選不同階段的樣品磨制成厚度0.2mm左右的包裹體片，進(jìn)行詳細(xì)的鏡下流體包裹體巖相學(xué)觀察，了解包裹體特征，包括包裹體形態(tài)、大小、分布和相態(tài)等。

使用Linkam THMS600 型冷熱臺(tái)對(duì)包裹體測(cè)溫，用液氮作冷卻劑，測(cè)溫范圍為-180℃～600℃，誤差因測(cè)試溫度區(qū)間不同而異。通過(guò)測(cè)定人工合成純水包裹體的冰點(diǎn)(0℃)、臨界溫度(374.1℃)和CO2-H2O包裹體中CO2三相點(diǎn)(-56.6℃)，對(duì)冷熱臺(tái)進(jìn)行校正。測(cè)試升溫速率約為5℃/min。在低于室溫時(shí)，冷熱臺(tái)的誤差為±0.2℃，在高于200℃時(shí)，誤差為±1℃。

2.2 拉曼分析

激光拉曼光譜分析使用英國(guó)Renishaw inVia型激光共焦顯微拉曼光譜儀。測(cè)試選用532nm激光器，光柵1800I/mm(vis)，狹縫20μm，50倍長(zhǎng)焦物鏡。測(cè)試前，采用單晶硅片對(duì)光譜儀進(jìn)行校正，確保520.5cm-1特征峰偏移小于0.2cm-1。測(cè)試主要采用Static模式(部分采用Extended模式以獲得更大范圍的譜圖)，Standard共焦，激光功率10%，曝光時(shí)間1s，重復(fù)測(cè)試50次，功率為測(cè)定的波數(shù)范圍在100～4200cm-1。整個(gè)測(cè)試在室溫(23℃)和常壓下完成。數(shù)據(jù)處理采用WIRE 4.3軟件。

3 流體包裹體研究

3.1 顯微巖相學(xué)特征

侯格莊金礦流體包裹體較為發(fā)育，主要分布在透明石英顆粒中，并具有生長(zhǎng)分帶。包裹體具有成群分布、串珠狀分布和孤立分布的特征，串珠狀分布流體包裹體可能為次生包裹體，本次研究對(duì)象為原生包裹體。

在階段Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ礦石的石英中識(shí)別出3種類(lèi)型的流體包裹體：?jiǎn)蜗喟w(Ⅰ型)、氣液兩相包裹體(Ⅱ型)(圖5a、圖5c)和含CO2的三相包裹體(Ⅲ型)(圖5b)，其中單相包裹體又分為純液相包裹體(Ⅰa型)和純氣相包裹體(Ⅰb型)，本次未發(fā)現(xiàn)含子礦物的包裹體。

圖5 侯格莊金礦流體包裹體顯微觀察及拉曼光譜分析

單相包裹體Ⅰ型(Ⅰa型、Ⅰb型)占總流體包裹體的10%～25%，由純CO2相(Ⅰa型液體或氣體)和純H2O相(Ⅰb型液體或氣體)組成，整體形態(tài)呈渾圓形、橢圓形、長(zhǎng)條形等，包裹體長(zhǎng)軸一般為4～12μm，該類(lèi)型包裹體在各個(gè)階段普遍出現(xiàn)，但階段Ⅰ的該類(lèi)型包裹體含量明顯多于其他階段；部分Ⅰ型包裹體為次生包裹體，沿著裂隙分布。氣液兩相包裹體(Ⅱ型)是侯格莊金礦包裹體中的主要類(lèi)型，形態(tài)多為橢圓形，長(zhǎng)軸為2～26μm，氣液比<30%～40%，約占流體包裹體總量的30%～40%，在3個(gè)階段中，該包裹體呈孤立分布或隨機(jī)不均勻分布；含CO2的三相包裹體(Ⅲ型)由CO2氣液相和H2O液相組成，CO2/CO2+H2O相比一般為20%～40%，少數(shù)比值達(dá)到60%～80%，形狀為圓形、橢圓形和不規(guī)則形，尺寸為4～22μm，在階段Ⅱ中，該類(lèi)型最為發(fā)育，部分包裹體見(jiàn)“雙眼皮”特征。

3.2 顯微測(cè)溫

顯微測(cè)溫結(jié)果表明，3種類(lèi)型的流體包裹體在階段I的均一溫度為146.9～342.6℃，階段Ⅱ?yàn)?41.1～332.1℃(表1，圖6)，階段Ⅲ為211～252℃，流體包裹體的平均均一溫度隨著成礦階段的進(jìn)行溫度逐漸降低，后期階段溫度低于前期階段。Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ階段的鹽度相似，在Ⅰ階段的為2.74%～8.51% NaCl eqv，在Ⅱ階段為3.71%～8.81% NaCl eqv，在Ⅲ階段為3.58%～4.51% NaCl eqv。

表1 侯格莊金礦不同熱液階段流體包裹體顯微測(cè)溫結(jié)果

圖6 侯格莊金礦流體包裹體不同階段均一溫度及鹽度直方圖

3.3 流體包裹體成分

激光拉曼光譜結(jié)果表明，流體包裹體成分主要為H2O和CO2(圖5d和圖5e)，氣相成分主要為CO2，局部含少量CH4、N2、H2S和有機(jī)質(zhì)等，表明成礦流體為CO2-H2O-NaCl流體，與前人在蓬萊地區(qū)金礦中流體包裹體成分獲得的結(jié)果一致[3-4,6-7]。

4 討論

4.1 成礦流體性質(zhì)及演化

研究表明，流體演化過(guò)程中的不混溶是某些金屬礦化的重要因素。例如，在大量金沉淀階段經(jīng)常觀察到不混溶流體包裹體。此外，物理和化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究表明[17-18]，流體不混溶有利于金的沉淀[19-21]。本文通過(guò)分析侯格莊金礦中不同階段礦石中產(chǎn)出的流體包裹體的類(lèi)型、數(shù)量、均一溫度和密度，分析刻畫(huà)了侯格莊金礦成礦流體的演化過(guò)程。

流體包裹體研究和激光拉曼光譜顯示，侯格莊金礦不同階段的成礦流體表現(xiàn)出與膠東其他金礦相似的化學(xué)和物理性質(zhì)。流體包裹體的均一溫度從階段Ⅰ到階段Ⅲ逐漸降低，流體包裹體的類(lèi)型組合也發(fā)生了變化。結(jié)合鹽度分析，階段Ⅰ流體包裹體形成溫度較高，具有中高溫—低鹽度的特點(diǎn)，該時(shí)期流體包裹體類(lèi)型主要為氣液兩相包裹體(Ⅰ型)，該類(lèi)型流體包裹體數(shù)量在階段Ⅱ、Ⅲ減少；階段Ⅱ時(shí)期的流體包裹體主要是單相包裹體(Ⅰ型)和含CO2的三相包裹體，該時(shí)期的包裹體均一溫度低于階段Ⅰ，結(jié)合鹽度及巖相學(xué)觀察，推斷該時(shí)期流體發(fā)生明顯不混溶作用，這也可能是導(dǎo)致金礦發(fā)生沉淀的重要機(jī)理；階段Ⅲ，通過(guò)巖相學(xué)觀察等，發(fā)現(xiàn)隨著溫度、壓力降低，流體再次發(fā)生不混溶或不同性質(zhì)的流體混合，從而可能導(dǎo)致大量的硫化物及金礦物發(fā)生沉淀成礦；碳酸鹽階段由于無(wú)金礦化顯示，未做包裹體研究。總體而言，侯格莊金礦成礦流體為中-低鹽度和中-低溫的CO2-H2O-NaCl流體，成礦過(guò)程中發(fā)生多次流體不混溶作用，該作用可能為導(dǎo)致金礦發(fā)生沉淀的重要機(jī)制。

4.2 成礦流體來(lái)源

為確定成礦流體來(lái)源，很多學(xué)者對(duì)膠東金礦成礦流體的氫、氧、硫等穩(wěn)定同位素進(jìn)行了研究，觀點(diǎn)各異，主要包括以下幾種：來(lái)源于巖漿期后熱液[22]；源于中生代大氣降水[23]；以大氣降水為主，后期可能有巖漿水的加入[1]；成礦早期以巖漿水為主，晚期以大氣降水為主[4，7]；成礦流體為殼-?；旌蟻?lái)源，以殼源變質(zhì)流體為主[24]。

不同來(lái)源的流體具有其獨(dú)特的H-O同位素特征，因此H-O同位素研究是探討流體地質(zhì)過(guò)程強(qiáng)有力的途徑。通過(guò)收集整理蓬萊成礦帶石英脈型金礦中的氫-氧同位素結(jié)果(表2)，顯示δDv-snow值介于-70.5～-101之間，平均值為-81.4；δ18OH2O值介于2.9～9.2之間，平均值為7.03。

表2 蓬萊金礦區(qū)典型礦床H-O同位素測(cè)試結(jié)果表

總體而言，侯格莊金礦是典型的石英脈型金礦，其成礦流體的深源性和富CO2一定程度上反映了區(qū)域成礦作用可能是地幔活動(dòng)在表殼的響應(yīng)，巖石圈的拉伸減薄誘發(fā)大規(guī)模的幔源物質(zhì)上涌，與下地殼作用形成原始的巖漿-流體系統(tǒng)[25]，后經(jīng)上升、運(yùn)移、交代作用形成了具有中—低鹽度和富CO2的流體。

4.3 對(duì)金成礦過(guò)程的指示

金在熱液中主要以金—氯絡(luò)合物和金-硫絡(luò)合物的形式遷移[26]。金與硫化物(黃鐵礦)的密切共生顯示成礦階段金-硫絡(luò)合物占主導(dǎo)，引起金及硫化物的沉淀的因素主要來(lái)自于流體的沸騰及CO2、H2S等揮發(fā)性氣體的逃逸致使流體pH上升及還原硫濃度下降[27-28]。隨著物理化學(xué)條件(溫度、壓力、pH值、氧逸度、Cl-、HS-濃度等)的改變，熱液中的Au元素和化合物將以單質(zhì)或含金礦物的形式沉淀成礦[8]。

根據(jù)氫氧同位素關(guān)系投點(diǎn)圖可以看出(圖7)，研究區(qū)金礦的氫氧同位素投點(diǎn)中，37.5%的點(diǎn)落在原生巖漿水范圍內(nèi)，其他點(diǎn)主要集中于變質(zhì)水和巖漿水左側(cè)下方，且更靠近原生巖漿水與變質(zhì)水，據(jù)此推斷蓬萊金礦帶的金礦流體來(lái)源可能主要為巖漿水加有少量大氣水參與的混合流體。

圖7 蓬萊成礦帶金礦氫-氧同位素組成(底圖據(jù)Sheppard，1986年[21])

結(jié)合蝕變分帶情況及流體包裹體顯微測(cè)溫結(jié)果，階段Ⅰ流體具有中高溫度、低鹽度和富CO2的特點(diǎn)，流體主要來(lái)源于深部，表明其以較高溫度的巖漿期后熱液為主。階段Ⅱ流體仍然保持了較高的溫度，以H2O-NaCl為主，鹽度變化范圍較大，氣相仍然以CO2為主，流體中存在少量H2S，說(shuō)明該期流體硫化物含量較高，金以金—氯絡(luò)合物和金-硫絡(luò)合物的形式遷移，在運(yùn)移到淺部適當(dāng)位置發(fā)生初次沉淀成礦。階段Ⅲ伴隨著溫度、壓力降低，流體發(fā)生沸騰或不同性質(zhì)流體的混合，導(dǎo)致大量的硫化物及金礦物發(fā)生沉淀，流體溫度及鹽度的下降也說(shuō)明后期大氣水的稀釋作用進(jìn)一步加快了金及其他硫化物的沉淀。階段Ⅳ隨著大氣降水的大量加入，流體溫度、鹽度及CO2含量降至最低，流體中成礦元素大量減少，成礦活動(dòng)結(jié)束。

5 結(jié)論

(1)侯格莊金礦的流體包裹體主要為單相包裹體(Ⅰ型)、氣液兩相包裹體(Ⅱ型)和含CO2的三相包裹體(Ⅲ型)，其中單相包裹體又分為純液相包裹體(Ⅰa型)和純氣相包裹體(Ⅰb型)。

(2)包裹體顯微測(cè)溫與拉曼分析顯示，侯格莊金礦包裹體的均一溫度為141.1～332.1℃，主要集中在211～252℃。鹽度為2.74%～8.81% NaCl eqv，集中在3.58%～4.51% NaCl eqv。成礦流體為中-低鹽度和中-低溫的CO2-H2O-NaCl流體。

(3)金礦初始和成礦期流體以巖漿流體為主，隨著成礦作用的進(jìn)行，有大氣降水的混入，流體來(lái)源為巖漿水與大氣水的混合流體。