紅化蝕變-碳酸鹽脈復合型金礦地質地化特征及成礦機制探討-以老撾爬奔金礦為例

高亞龍 石永興 金文強 韓志偉

（天津華北地質勘查局，天津 300170）

0 引言

老撾爬奔金礦位于老撾瑯勃拉邦省巴烏縣，自上世紀90年代發(fā)現(xiàn)并勘查以來，目前已達大型規(guī)模。其礦體由含金方解石脈或其兩側的紅化碳酸鹽化蝕變帶單獨或復合產出，礦化特征與國內膠東和豫西地區(qū)破碎蝕變巖型、石英脈型金礦床（宋明春等，2020；李宗彥等，2004）差異明顯；礦體內幾乎不發(fā)育黃鐵礦、載金礦物主要為碳酸鹽礦物及其特征性的紅化蝕變等特征也使其區(qū)別于膠東遼上黃鐵礦碳酸鹽脈型金礦（李國華等，2017）；礦物組合、圍巖蝕變與同區(qū)域成礦帶上的斑巖-矽卡巖型、淺成低溫熱液型金礦有明顯差異（施美鳳等，2013）；其獨特的地質礦化特征，目前國內已報道金礦類型中鮮有描述（毛景文等，2005；張文釗等，2014）。

近年來隨著礦山開發(fā)程度的加大，對該礦的研究工作不斷深入（陸芳芳等，2015；牛英杰等，2015，2017；楊昌正等，2017；郭林楠等，2019；Guo et al.，2019），但目前對本礦的地質地化特征的獨特性及其成礦機制缺乏全面系統(tǒng)的總結闡述；同時對該類型金礦特征的總結研究，對于指導區(qū)域上同類型金礦的找礦工作意義重大。本文對爬奔金礦地質地化特征進行了系統(tǒng)總結研究，探討了其成礦機制，為區(qū)域上同類型金礦的研究和找礦工作提供了借鑒和指導。

1 成礦地質條件

爬奔金礦大地構造上位于思茅—彭世洛地塊（王宏等，2015）東部的墨江-黎府火山弧帶。礦區(qū)地層由新到老為中上三疊統(tǒng)紫紅色礫巖、砂巖，二疊系安山巖、凝灰?guī)r、玄武巖、灰?guī)r及石炭系泥質粉砂巖、頁巖、泥灰?guī)r等，總體北東向展布，彼此不整合或斷層接觸。

礦區(qū)褶皺構造只發(fā)育于基底石炭系地層中。斷裂構造發(fā)育，走向上以北東向、北西-北北西向為主，其次為北西西向：（1）北東-北北東向韌脆性斷裂，構成了礦區(qū)主體構造格架，具多期多階段性，與區(qū)域內北東向韌脆性剪切帶基本一致；（2）北西-北北西向斷裂：主要含礦構造，傾向南西，呈右行側幕式近平行排列；（3）北西西向斷裂：傾向南西，右行平移張扭性斷裂，切割了北東向及北西-北北西向斷裂、三疊系及之前的地層。

礦區(qū)巖漿活動比較微弱，下二疊統(tǒng)灰?guī)r底部發(fā)育安山質凝灰?guī)r；晚二疊世發(fā)育安山巖、玄武安山巖，主要出露在礦區(qū)西部。

2 礦體地質特征

礦區(qū)目前發(fā)現(xiàn)的金礦體主要賦存于下二疊統(tǒng)厚層灰?guī)r之中。區(qū)域性北東向瑯勃拉邦斷裂貫穿全區(qū)，控制下二疊統(tǒng)含礦灰?guī)r塊體的分布和定位，在灰?guī)r地層中形成了一組北西-北北西向的次級斷裂構造，礦體主要賦存在該組斷裂中，呈現(xiàn)‘北東成帶、北西成礦’特點。

2.1 礦石礦物組成及結構構造特征

礦石礦物主要為自然金。脈石礦物主要為方解石，其次為菱鐵礦等碳酸鹽類礦物，另外含極少量石英、黃鐵礦、雄黃、雌黃。礦石結構主要有灰?guī)r經(jīng)交代蝕變后形成的內碎屑亮晶、內碎屑微晶結構，受構造作用影響形成的碎裂巖化、弱糜棱巖化和糜棱巖化等定向結構，和充填作用形成的碳酸鹽脈體的自形粒狀結構。礦石構造主要有塊狀構造、角礫構造（壓溶角礫、斷層角礫、液壓致裂角礫）、脈狀構造、條帶構造（壓溶劈理，壓溶線理）、網(wǎng)脈狀構造、縫合線構造等。

2.2 礦化類型及特征

礦區(qū)主要礦化類型為蝕變巖型、方解石脈型和角礫巖型。

蝕變巖型：為早期含礦熱液交代北北西向斷裂、構造破碎帶內灰?guī)r角礫及上下盤灰?guī)r圍巖，發(fā)生鐵碳酸鹽化、赤鐵礦化和褐鐵礦化等蝕變作用，在此過程中釋放出金賦存到碳酸巖礦物中，形成了蝕變巖型金礦石。該階段由于Fe離子呈機械混入物或鐵碳酸鹽、赤鐵礦和褐鐵礦等礦物形式的帶入，礦化巖石呈弱紅色-紅色，為爬奔金礦主要礦化類型。

方解石脈型：走向北西-北北西，以單個方解石大脈為主，厚度1cm～2m，可進一步分為條帶狀方解石脈型和粗粒自型方解石脈型礦化。粗粒自型方解石脈型礦化：以方解石為主，含少量菱鐵礦、白云石、石英；單獨出現(xiàn)或產在條帶狀方解石脈兩側，垂直脈壁向外生長，形成自型粗粒方解石晶簇；局部切穿、膠結早期紅化蝕變巖或其角礫，走向上延伸不穩(wěn)定，局部尖滅，整體金含量較低。條帶狀方解石脈型礦化：多在方解石復脈的中心呈平行密集條帶狀展布，呈很細的舒緩彎曲的鋸齒狀；條帶顏色深淺分明，黑-灰黑色，局部淡紅-淡黃，為微晶方解石，可能有一定的泥質和硅質；淺色條帶為白色細晶方解石；局部脈體內部或邊部零星發(fā)育星點狀或團塊狀雄黃，個別脈體切穿交代早期蝕變巖；是礦區(qū)主要的方解石脈型金礦化。

角礫巖型：晚階段構造活動以及流體壓力使得構造帶內灰?guī)r圍巖、早階段礦化蝕變巖及方解石脈被破碎成角礫，并被成礦熱液膠結形成角礫巖型礦化；分布較局限，是本區(qū)金品位最高的礦石。

以上三種礦化類型形成從早到晚依次為蝕變巖型金礦→方解石脈型金礦→角礫巖型金礦，局部疊加復合形成富礦石。

2.3 圍巖蝕變

以低溫蝕變?yōu)樘卣?，表現(xiàn)為方解石溶解形成含鈣、鐵、硅溶液，再次對灰?guī)r進行交代，是原地、半原地、就近溶解和交代。蝕變類型主要有碳酸鹽化（主要指方解石化）、菱鐵礦化、褐鐵礦化、赤鐵礦化等，其中菱鐵礦化、褐鐵礦化和赤鐵礦化在肉眼尺度表現(xiàn)為巖石整體的“紅化”蝕變；礦區(qū)硅化很弱，肉眼不可辨，顯微鏡下主要呈細脈狀微晶石英或玉髓。

3 礦床地球化學特征

3.1 流體包裹體特征

方解石中流體包裹體為液氣（L-V）二相包裹體，大?。?～10）μm×（2～6）μm，呈圓、橢圓形、條、腎、眼、三角狀和不規(guī)則狀，成群或散狀分布；以液相為主，其氣液相體積比多介于5%～15%，部分在20%～30%之間。

流體包裹體的液相成分濃度組成上Na+＞K+＞Ca2+＞Mg2+，Cl-＞HCO3-＞F-，各組分的濃度均顯著低于典型的盆地鹵水；氣相組成主要為CO2，占氣體總量的97.5%以上，其次為痕量CH4（牛英杰等，2017）；成礦流體為富含CO2的低礦化度Na-K-Cl型熱液。

流體包裹體均一溫度介于107～332℃，集中在160～260℃，冰點溫度為-10.7～-0.5℃，鹽度1.22～16.7wt.%NaCleq（陸芳芳等，2015）；其中方解石脈型金礦石中包裹體均一溫度介于162～268℃、冰點溫度介于-6.5～-2.1℃、鹽度3.5～9.9wt.%NaCleq，蝕變巖型礦石中包裹體均一溫度介于157～239℃、冰點溫度介于-5.2～ -0.9℃、鹽 度1.6～8.1wt.% NaCleq（Guo et al.，2019）；成礦熱液為中低溫低鹽度NaCl-H2O體系。

3.2 氫氧同位素

不同學者對方解石礦物包裹體水氫氧同位素測試結果差異性較大。陸芳芳等（2015）測得δD 值在-49～-92‰之間、平均-82.82‰，δ18OH2O介于8.32～13.42 ‰，平均11.17‰；Guo et al.（2019）測得δD 值在-68～-51‰之間，平均-58‰，其中含金方解石脈型礦石中方解石δD 值介于-59～-51‰（均值-54‰）、δ18OH2O介于15.0～20.8‰，紅化蝕變巖型礦石中方解石δD 值介于-68～-55‰（均值-62‰），δ18OH2O的值介于18.1～19.4‰。不同學者樣品差異性較強；考慮到近年來隨著采礦活動的推進，礦體揭露信息的豐富及礦床地質特征認識的深化，認為后期學者（Guo et al.，2019）獲得的采樣數(shù)據(jù)精準性和代表性更強。

爬奔金礦的成礦流體δD 值與滇西溫泉的δD 值域（-80.8～-113.0‰）不一致，與滇中地區(qū)中生代大氣降水的δD 值（-98‰左右）存在差異；不同學者樣品數(shù)據(jù)均與巖漿水差異較大，且均偏離大氣降水線；礦區(qū)成礦流體低鹽度特征與巖漿熱液高鹽度特征（陳衍景等，2007）不符；礦區(qū)目前尚未發(fā)現(xiàn)侵入巖體；最新樣品氫氧同位素測試結果與變質熱液相近，揭示變質熱液參與成礦。

3.3 碳氧同位素特征

礦區(qū)載金方解石碳氧同位素分析結果顯示，13C值介于-5.2～1.8‰，18O 值介于20.0～29.6‰；灰?guī)r圍巖的δ13CV-PDB范圍為2.6‰～3.6‰，平均3.1‰，略高于方解石；灰?guī)r的δ18OV-SMOW值介于18.8‰～27.4‰，平均24.3‰，略低于方解石（Guo et al.，2019;牛英杰等，2015）。樣品同位素組成與沉積有機物、地幔、巖漿成因碳酸鹽差別較大，與海相碳酸鹽及礦區(qū)灰?guī)rC-O同位素較為接近，揭示成礦流體與灰?guī)r圍巖繼承性。

3.4 稀土元素特征

礦區(qū)灰?guī)r、弱蝕變灰?guī)r、紅化蝕變巖總體上均呈輕稀土元素富集、重稀土元素平坦的配分模式，三者與載金方解石脈均表現(xiàn)出相似的負Eu 異常（δEu 均值分別為0.67、0.70、0.68、0.77）和較強的負Ce 異常（δCe 均值分別為0.39、0.38、0.38、0.40），稀土元素配分曲線具有相似性；灰?guī)r、弱蝕變灰?guī)r、紅化蝕變巖和載金方解石脈的Tb/La 和Sm/Nd 比值顯示逐步升高趨勢，揭示上述地質體從早到晚繼承演化特點（Chesley，1991）。

由灰?guī)r→弱蝕變灰?guī)r→紅化蝕變巖→載金方解石，稀土元素總量平均值15.30×10-6→8.82×10-6→6.45×10-6→2.68×10-6，呈降低趨勢，表明三者繼承同時具備分異演化特點，也不排除成礦過程中有大氣降水的逐步混入；灰?guī)r、弱蝕變灰?guī)r和紅化蝕變巖的LREE/HREE 均值分別為3.49、2.68和2.36，輕稀土元素分餾程度明顯強于重稀土，這與LREE 比HREE 更容易置換晶格中的Ca2+而進入新生成的方解石礦物（梁婷等，2007）有關；載金方解石脈的LREE/HREE均值1.26，未表現(xiàn)出輕稀土元素富集特征，這與流體演化晚期隨著CO32-含量降低，pH 值升高、溫度降低環(huán)境下流體絡合反應（Bau，1991）有關。

雄黃和雌黃稀土元素含量特征非常相似，稀土元素總量明顯低于圍巖、礦化蝕變巖和載金方解石，稀土元素配分模式總體上呈較明顯的輕稀土元素富集、重稀土元素虧損的“右傾”配分模式，δEu和δCe未顯示負異常，配分曲線明顯不同于灰?guī)r、弱蝕變灰?guī)r、紅化蝕變巖和載金方解石脈；郭林楠等（2019）測得雄黃和雌黃δ34SV-CDT值介于-2.2‰～-0.2‰，與地?；驇r漿δ34S值相近，表明成礦過程可能有深部流體參與。

綜上，稀土元素特征顯示弱蝕變灰?guī)r、紅化蝕變巖及載金方解石與灰?guī)r圍巖有繼承關系，可能是灰?guī)r圍巖依次重溶再結晶的產物，方解石脈階段可能有深部流體參與。

3.5 不同構造巖石元素富集特征

礦區(qū)灰?guī)r圍巖發(fā)生不同程度的糜棱巖化，其內壓剪壓溶現(xiàn)象比較普遍。針對壓剪壓溶作用的先后遞進，按形成先后依次采取了糜棱巖化壓溶灰?guī)r→斜列剪切方解石脈→網(wǎng)脈狀方解石→北西向方解石脈→構造角礫巖開展元素地球化學富集規(guī)律對比研究。

與本區(qū)正?；?guī)r相比，糜棱巖化壓溶灰?guī)r→斜列剪切方解石脈→網(wǎng)脈狀方解石→北西向方解石脈→構造角礫巖中：Au、As、Sb和Hg等元素表現(xiàn)出逐步富集特征，Au 富集系數(shù)自2.37→3.56→78.53→234.21→2188.88 倍，其中網(wǎng)脈狀方解石中Au 局部富集系數(shù)較高，開始形成金礦石或礦化；As富集系數(shù)自1.25→3.68→3.80→70.75→22.05 倍，北西向方解石脈中As 富集系數(shù)很大，局部出現(xiàn)了雄黃、雌黃；Sb 富集系數(shù)自0.97→1.65→1.13→3.94→14.65倍，Hg富集系數(shù)自1.29→1.56→3.81→26.92→65.26 倍；Au、As、Sb 和Hg 元素為爬奔金礦礦（化）體的主要異常指示元素組合，其逐步富集揭示了成礦作用與灰?guī)r壓剪壓溶作用逐步遞進的吻合性。

4 成礦機制探討

爬奔金礦賦存于區(qū)域性瑯勃拉邦脆韌性剪切帶內下二疊統(tǒng)灰?guī)r中，上二疊統(tǒng)安山巖及三疊系砂巖中未發(fā)現(xiàn)金礦化。礦床地質地化特征總結研究表明，成礦經(jīng)歷了同造山→后造山→造山后三期七階段，前三階段為構造為主流體配合的成礦物質準備期，中間三個階段為流體為主構造配合的流體涌流成礦期，最后階段為構造為主流體配合的成礦晚期或成礦期后，各階段特征分述如下：

（1）壓碎及初糜棱巖化階段：韌性變形作用初期，形成壓溶角礫、縫合線等壓溶構造，壓溶構造是流體出溶的標志，是成礦的物質準備過程；

（2）糜棱巖化與剪切層內（層間）流動階段：韌性剪切發(fā)育期，構造-流體第二次耦合，定向動態(tài)重結晶形成一系列定向糜棱巖組構，Au充分活化，進入活動態(tài)；

（3）自由流體切層流動階段：壓剪斜列方解石脈，代表流體出溶的結束和流體涌流的開始；

（4）韌性-韌脆性剪切轉換階段：隨著脆性變形加強，裂隙發(fā)育，各種不同方向的斜列壓剪裂隙和方解石脈互相貫通連接形成方解石網(wǎng)脈，代表脆性變形的加強和流體涌流的開始，礦化相關元素出現(xiàn)沉淀和富集，同時也淋濾圍巖中的相關元素，流體與圍巖發(fā)生強烈的擴散交代形成蝕變巖型金礦化或礦石；

（5）韌脆性-壓扭性脆性變形轉換階段：隨著脆性變形加強，出現(xiàn)北北西向斷裂帶，其內早期發(fā)育方解石脈顯示韌性與脆性兼有的特點，該階段流體主動擴容、脈動式開合充填，形成了密集分布的黑白相間的舒緩波狀或圓滑的鋸齒狀條帶條紋狀含金方解石脈；

（6）壓扭性-張性轉換階段：隨著流體壓力的急劇增加，出現(xiàn)流體大規(guī)模涌流，后期沿斷裂充填，條帶狀方解石脈再次張開，流體充填在其兩側形成粗粒自型晶方解石脈；同時在斷層構造角礫巖帶，巖石孔隙度提高，壓力驟然降低，在流體擴容-充填貫入的過程中，隨著壓力的突然降低，巨大流體壓力和蒸汽壓力的涌流和擴容過程還會產生新的熱液角礫巖，該階段物化條件劇烈變化導致熱液的快速卸載，形成礦區(qū)最富的礦石類型；

（7）成礦后：形成了粗粒自型方解石脈與馬尾絲狀透明方解石微細脈。

5 結論

（1）爬奔金礦金屬礦物主要是自然金，偶見雄黃、雌黃等硫化物；脈石礦物主要是方解石，極少量石英；蝕變主要為紅化（菱鐵礦化、褐鐵礦化、赤鐵礦化等組合蝕變在肉眼尺度直觀表現(xiàn)）、碳酸鹽化，弱硅化；礦化類型從早到晚依次為蝕變巖型金礦→方解石脈型金礦→角礫巖型金礦，局部疊加復合形成富礦石。

（2）流體包裹體均一溫度集中在160～260℃，鹽度1.22～16.7wt.%NaCleq，為中低溫低鹽度熱液礦床；O-H 同位素結果顯示，成礦熱液與變質熱液的特點相近；C-O 同位素結果揭示成礦流體與灰?guī)r圍巖繼承性；稀土元素特征顯示弱蝕變灰?guī)r、紅化蝕變巖及載金方解石與灰?guī)r圍巖有繼承關系；不同構造巖石元素富集特征顯示，從糜棱巖化壓溶灰?guī)r→剪切斜列方解石脈→方解石網(wǎng)脈→北西向方解石脈→構造角礫巖，Au-As-Sb-Hg 金礦化異常指示元素組合呈逐步富集趨勢，成礦作用與灰?guī)r圍巖壓剪壓溶作用逐步遞進具有吻合性。

（3）以爬奔金礦為代表的紅化蝕變-碳酸巖脈復合型金礦是以區(qū)域動力變質作用下灰?guī)r圍巖壓剪壓溶構造流體為主，可能有深部巖漿流體或大氣降水階段性參與成礦。