河南祁雨沟热液角砾岩体型金矿床成矿流体研究X

1、河南祁雨沟热液角砾岩体型金矿床成矿流体研究范宏瑞1,2谢奕汉1郑学正1王英兰11.中国科学院地质与地球物理研究所,北京100029;2.中国科学院矿物资源探查研究中心,北京100101.1.Institu te of Geology and Geop hy sics,Ch inese A cad e my of S ciences,B eij ing100029,Ch ina;2.T he R esearch Cen ter of M ineral R esou rces E xp loration,Ch inese A cad e my of S ciences,B eij ing10010

2、1,Ch ina.2000206230收稿,2000209218改回.Fan Hongrui,X ie Y ihan,Zheng Xuezheng andW ang Y i nglan.2000.Ore-for m i ng f luids i n hydrother ma l brecc i a-rela ted gold m i nera liza tion i n Qiyugou,Henan Prov i nce.A cta P etrolog ica S in ica,16(4:559563AbstractQ iyugou go ld depo sit is located in Ya

3、n shan ian hydro therm al b reccia2related p i pe.F lu id inclu si on types in b reccia2cem en t and quartz2carbonate vein s in N o.4b reccia p i pe are comp lex.F ive types inclu si on s like vapo r,vapo r2aqueou s, aqueou s,h igh saline halite2bearing and CO22bearing inclu si on s are found.In iti

4、al o re2fo rm ing flu ids are h igh2temperatu re and h igh2saline w h ich w ere related w ith Yan shan ian gran itic m agm atis m.C ryp tical b lasting,flu id2bo iling and m eteo ric w ater2 m ix ing are reason s of go ld depo siti on in the depo sit,fo rm ing cem en t type and vein type m ineralisa

5、ti on.T emperatu re of go ld m ineralisati on cam e from h igher temperatu re(310390to m iddle temperatu re(200290early late2stage of m ineralisati on.Key wordsO re2fo rm ing flu id,B reccia p i pe,Go ld depo sit,H enan摘要祁雨沟金矿床产于燕山期热液角砾岩筒内。通过对4号角砾岩体胶结物和石英2碳酸盐脉内流体包裹体研究表明,其中的包裹体类型非常复杂,有气体包裹体、气液包裹体、液体包

6、裹体、含子矿物高盐包裹体和含CO2包裹体五种类型。成矿的初始热液为高温高盐流体,它们来源于燕山期花岗岩浆热液。由于角砾岩体的隐爆、流体减压沸腾及古大气水的混入,热液中的金被沉淀成矿,形成胶结物型和脉型金矿化。金矿的开始成矿于温度较高(310390的中阶段,并可能延续至中温(200290的成矿晚阶段早期。关键词成矿流体;角砾岩体;金矿床;河南中图法分类号P618.51;P611.131矿区地质背景祁雨沟矿区位于华北地块南缘熊耳山隆起带东南段。区域出露地层主要为太古界太华群黑云斜长片麻岩和中元古界熊耳群安山岩。区内岩浆活动非常发育,除在矿区西北部有燕山期花山花岗岩基出露外,从该岩基到矿区的广大地带

7、,还发育有燕山期花岗斑岩小岩株和岩脉。根据重磁资料(任富根等,1996,花山花岗岩基向东南可能延伸到矿区深部,而祁雨沟矿区恰好落在这个岩基东南侧的上盘。矿区切穿角砾岩体的花岗闪长斑岩K2A r法年龄为112.66±1.67M a,角砾岩筒内蚀变矿物正长石K2A r法年龄为120.75±1.75M a(任富根等,1996,因而本区金矿的成矿时代应属燕山晚期。角砾岩体分布于太华群和熊耳群不整合面附近及两侧的地层中,明显受北东和北西向两组断裂控制(图1。由于不整合面是构造薄弱地带,因而这一地区是形成角砾岩体极为有利的构造部位。区内已发现角砾岩体30余个,金矿化较好的角砾岩体主要分

8、布在祁雨沟地区。角砾岩体在平面上呈椭圆形、纺锤形和不规则形、长条形,剖面上呈筒形或漏洞状(图2。角砾岩体的规模大小不一,长轴一般150650m,短轴40300m,面积0.0080.18km2,延伸50>700m(罗铭100020569 2000 016(0420559263A cta P etrolog ica S in ica岩石学报本文为国家自然科学基金项目(49773193、国家重点基础研究项目(G1999043207和中国科学院重大项目(KZCX1207资助第一作者简介:范宏瑞,男,1963年生,博士,副研究员,岩石学和地球化学专业.玖,1992。角砾岩体与围岩一般呈突变接触,接

9、触界限多为齿状,局部平直陡立。有时近岩体处围岩破碎程度增高,形成几米至几十米的震碎带,此时角砾岩体与围岩呈渐变接触。角砾的成分较复杂,主要为顶板及周围的太华群各类片麻岩、熊耳群安山岩和各种岩株、岩脉的碎块,其形态多为次棱角状和棱角状,反映为就地自碎角砾。角砾直径大小不一,大者可达15m,小者不足1c m。角砾的胶结物主要为岩屑、岩粉及热液和蚀变矿物,如石英、绿泥石、绿帘石、方解石、钾长石和金属硫化物等。角砾岩体内具较强烈的围岩蚀变作用,按蚀变类型及发生先后,祁雨沟矿区热液活动可以划分成三个阶段:第一阶段蚀变有钾长石化、黑云母化和硅化;第二阶段有硅化、绿泥石化、黄铁绢云岩化和绢云母化;第三阶段主

10、要为碳酸盐化。金矿化主要发生在第二阶段,以自然金和银金矿的形式充填于金属硫化物裂隙中。富金地段一般位于角砾岩体的中2中上部 。图1祁雨沟地区区域地质略图1.太古界太华群变质岩;2.中元古界熊耳群安山岩;3.燕山期花岗岩和花岗斑岩;4.第三系;5.热液角砾岩筒;6.断层;7.断层角砾岩F ig.1Geo logical sketch m ap of the Q iuyugou area show ing thedistributi on of breccia p i pes图2祁雨沟4号角砾岩体剖面图1.太古界太华群变质岩;2.热液角砾岩;3.金矿体F ig.2Geo logical secti

11、 on of N o.4breccia p i pe in the Q iyugougo ld depo sit show ing go ld o re bodies2流体包裹体研究具有工业意义的矿化角砾岩体主要集中分布祁雨沟矿区,其中2号角砾岩体现已闭坑,目前矿山主要对4号角砾岩体进行井下采掘。本文将以4号角砾岩体为例,对其成矿流体进行研究。2.1流体包裹体类型4号角砾岩体内胶结物石英及石英2方解石脉体中含有大量流体包裹体,其个体大小悬殊,分布杂乱,常见到几种不同类型包裹体共生在一起。根据包裹体成分及室温下存在的相态,可将包裹体类型划分成5种:(1气体包裹体(V型,其气液比>50%,通

12、常呈寄主矿物的负晶形或椭圆形,孤立状分布,属原生包裹体。大小一般为715,包裹体的气体部分呈暗棕色;(2气液包裹体(V2L型,气液比1050%,椭圆形,少部分为负晶形,个体大小悬殊,520。孤立状产出,或沿矿物愈合微裂隙定向分布;(3液体包裹体(L型,气液比<10%,呈椭圆形或不规则型,个体较小,<10。一般明显沿裂隙分布,穿插V和V2L型包裹体;(4含子矿物多相包裹体(S型,出现在角砾岩体的中2下部,呈孤立状分布,属原生,大小一般为510。通常子矿物为立方体状的石盐,部分包裹体内发现有近圆形的钾盐子矿物;(5CO2包裹体(C型,室温(25下一般不出现液态CO2圈,只有在冷冻条件下

13、才能将其与气液包裹体区分开来。2.2流体包裹体组合分布规律根据包裹体产出特征及相互间穿插关系,可将流体包裹体分成早( 、中( 和晚( 三个阶段(表1。早阶段包裹065A cta P etrolog ica S in ica岩石学报2000,16(4表1祁雨沟4号角砾岩体流体包裹体特征和测试分析结果T ab le1Summ ary of m icro thermom etric resu lts fo r flu id inclu si on s of the Q iyugou depo sit样号采样位置寄主矿物包裹体类型期次均一温度盐度冰点相应盐度w t%N aC lQ9809岩体顶部外侧方

14、解石脉V-L,CII(?349375-4.1-3.5+3.4+5.0(笼合物融化6.595.79.2012.2Q9860岩体上部氧化带上侧石英脉(标高700mV,V-LV-L362390220235-4.3-5.46.888.41Q9859岩体上部氧化带下侧方解石2石英脉V-LL332350159171-4.7-3.25.267.86Q9801580中段(岩体中部脉石英V,V-L,SV-LL385412315345215225175200-9.0-9.5217313(石盐熔化-3.5-5.5-2.3-2.512.8513.432.539.105.718.553.874.18Q9804430中段

15、(岩体中下部胶结物石英V,V-L,SV-LL379408310328200278-9.0-9.3240345(石盐熔化-4.7-5.5-2.5-3.012.8513.1834.0741.917.458.554.184.96Q9806400中段(岩体中下部胶结物石英V,V-L,SV-LL368415345352208235125171-9.3-10.7190320(石盐熔化-4.8-6.5-2.4-3.213.1813.2931.3939.767.599.864.655.26Q9808370中段(岩体下部胶结物石英V,V-L,SV-LL367476340367261289109175-13.2-

16、13.8200250(石盐熔化-6.5-7.0-2.3-2.916.8917.6131.7834.689.8610.493.874.80体组合为V、V2L和S型,中阶段为V和V2L型,晚阶段为V2L和L型。从空间上看,在角砾岩体的下部主要为V2L和少量S型组合,中部主要为V、V2L和S型组合,中上部为V 和V2L,偶见S型,上部则为L和V2L型,C型包裹体在岩体各部位可偶尔见到,但大量出现是在岩体顶部外侧碳酸盐脉或穿入围岩的石英细脉中。早阶段流体的包裹体常呈V+S 和V+(V2L组合的沸腾包裹体形式出现在岩体中上2中下部位。2.3均一温度和盐度利用L eitz1350热台和Chaixm eca

17、冷热两用台对4号角砾岩体中的各类包裹体进行了详细的均一温度和盐度测试,其测试精度分别为±1和±0.1,对热台都进行了温度标定。测试结果列于表1中。从表1中可以看出,早阶段( 流体包裹体的均一温度为368476,中阶段( 为310390,晚阶段可进一步分为两个区间,200289和109200。从早阶段到晚阶段成矿流体的温度逐渐降低;从岩体下部往上,同一阶段成矿流体的温度也有逐渐降低的趋势,表明成矿流体可能来自岩体深部。岩体中上2中下部出现的低密度与高密度共生的包裹体(V和S共生、V与V2L共生,从均一温度测温来看,其均一温度非常接近,当属沸腾包裹体。它们是在成矿流体沸腾状态下

18、被捕获的,根据测温结果,这些组合显示的沸腾温度为330410。流体包裹体的盐度测试结果(表1表明,成矿流体从早阶段到中阶段,流体盐度从3142w t%N aC l迅速降低到165范宏瑞等:河南祁雨沟热液角砾岩体型金矿床成矿流体研究表2祁雨沟4号角砾岩体中流体包裹体气相成分及成矿流体的氢氧同位素组成T ab le2Gas chem istry and oxygen&hydrogen compo siti on of flu id inclu si on s in Q iyugou样号采样位置矿物温度区间气相成分10-6mo l gH2O CO2CH4COD包裹体水氢同位素18O石英石英氧

19、同位素18O水包裹体水氧同位素(计算温度Q9809岩体顶部碳酸盐脉12050031.148-0.0000.000Q9860岩体上部风化残余石英12050044.0042.8920.0000.175-101.6810.30.35(230Q9801580中段脉石英12028028050012.41021.7030.5091.7750.0000.0240.0000.018-79.04-77.8511.61.11(2206.01(340Q9804430中段胶结物12028028050011.3922.5090.3611.5450.0000.0000.0000.000-78.84-70.4311.32.

20、32(2505.07(320Q9806400中段胶结物石英1202802805002.18921.4340.3341.8840.0000.0000.0050.038-71.62-67.5511.81.31(2206.48(350注:中国科学院地质研究所成矿流体实验室测试;中国地质科学院矿床地质研究所万德芬分析;利用C layton et a l.(1972的平衡方程计算获得57w t%N aC l,到晚阶段盐度只有23w t%N aC l。在岩体下部没有出现沸腾包裹体的部位,早阶段的含石盐子晶包裹体,其相应盐度为3135w t%N aC l,这表明来自岩体深部的初始成矿热液为高温高盐流体。2.

21、4气相成分流体包裹体气体成分利用V arian3400型气相色谱仪测试,结果列于表2中。考虑到样品中含有多期包裹体,部分样品进行了两期分析,它们应能分别代表早2中阶段和晚阶段的气体成分。由表2可见,包裹体的气体成分主要由H2O和CO2组成,部分样品检测到了微量的还原性气体CH4和CO,其中H2O含量占总量的90%以上。在角砾岩体中到下部,早2中阶段的气体总量基本相同,说明流体的迁移是相对均匀的,而在岩体下部,晚阶段的H2O含量明显偏少,这可能是由于天水下渗较少造成的。3成矿流体的氢氧同位素组成及热液来源为了研究成矿热液的来源和演化,特分析了祁雨沟4号角砾岩体不同中段代表性脉石英样品氧同位素及其

22、内包裹体水氢同位素组成。石英氧同位素组成(18O石英用B rF5法制备分析,石英中包裹体水氢同位素组成(D水则由加热爆裂法获取包裹体内水,再用金属Zn法制备H2,测试结果列于表2中。自矿体的深部至浅部,18O石英的值(11.311.8可以说基本未变化,这也间接说明岩体内氧同位素交换比较均匀。早2中阶段包裹体水氢同位素略大于晚阶段,而从岩体下部到上部,氢同位素值有减小的趋势。利用C layton(1972的平衡方程(1000ln石英2水=3.38×106T-2-3.40,可以获得与石英达平衡时的成矿热液18O水值(表2。在D-18O关系图上(图3,祁雨沟4号角砾岩体成矿热液早-中阶段的

23、氢氧同位素投影点都落在岩浆水区内或附近,而晚阶段则明显偏离岩浆水区。因此,祁雨沟金矿的初始成矿热液是较典型的岩浆热液,成矿晚期受到了古大气水混杂,特别是在岩体顶部 。图3祁雨沟金矿4号角砾岩体石英中流体包裹体水氢氧同位素组成(底图据T aylo r,19791.成矿早2中阶段包裹体;2.晚阶段包裹体F ig.3O xygen and hydrogen compo siti on of w ater in fluid inclusi ons in N o.4breccia p i pe in Q iyugou depo sit(base m ap after T aylo r,1979265A

24、cta P etrolog ica S in ica岩石学报2000,16(44矿床成因机理在4号角砾岩体中,大致以500米标高为界,500米标高以上为石英脉状金矿化,500米标高以下则主要为角砾胶结物型金矿化。金主要以自然金的形式存在于黄铁矿等硫化物的微裂隙中,而在石英脉及胶结物中,黄铁矿等硫化物又以裂隙充填形式出现,因此金的成矿应与假次生2次生包裹体有成因联系。根据流体包裹体研究结果,石英2碳酸盐脉及角砾胶结物石英中的包裹体非常复杂,显示有多期流体的叠加。早阶段包裹体由原生含石盐子晶的高盐包裹体和气体包裹体组成,在角砾岩体的中下2中上部位普遍出现沸腾包裹体,这代表了初始流体的成分和流体减压

25、沸腾作用,根据氢氧同位素同位素测试结果及成矿年龄数据,它应与燕山期花岗岩浆活动有关。呈次生状产出的中阶段V2L型包裹体其均一温度为310390,盐度57w t%N aC l,这是减压沸腾流体不混溶后形成的,其中气相组分大量向上逃逸,流体介质的条件发生根本变化,热液中的金发生沉淀。由于角砾岩体中减压沸腾作用是在岩体中部附近较大范围内发生的,形成的金矿化也是面状的,矿化类型为胶结物型。晚阶段早期,由于大气水的混入,流体被进一步稀释,热液中的金继续沉淀,但矿化主要发生在岩体的中上部位,形成石英脉型矿化,根据流体包裹体测温结果,温度范围大致为(200290。晚阶段晚期则为金矿化期后的热液活动,主要在岩

26、体上部形成脉状碳酸盐。因此,角砾岩体的隐爆、流体减压沸腾及古大气水的混入是祁雨沟爆破角砾岩型金矿床成矿的主要机制。在角砾岩体的中2中下部位应以减压沸腾作用为主,形成胶结物型金矿化,而在角砾岩体的上部则以古大气水混入占主要作用,形成脉状金矿化。5结论(1初始成矿流体为高温高盐度热液,它来源于燕山期花岗岩浆活动。(2成矿流体的活动可分为三个阶段,早阶段伴随角砾岩体的隐爆,初始成矿流体发生减压沸腾和流体不混溶分离作用,同时形成石英、长石等角砾胶结物;中阶段随着流体演化和古大气水的混入,流体介质条件发生剧烈变化,热液中金属硫化物和金被晶出,在胶结物中成矿;晚阶段早期则由于大气水的混入,金继续沉淀,形成石英脉型矿化;晚阶段晚期则为金矿化期后的热液活动。(3金矿的开始成矿于温度较高(310390的中阶段,并可能延续至中温(200290的成矿晚阶段早期。(4角砾岩体的隐爆、流体减压沸腾及古大气水的混入是祁雨沟爆破角砾岩型金矿床成矿的主要机制。ReferencesC layton R N.1972.O xygen iso tope exchange betw een quartz andw ater.J.Geophys.R es.,77:30