湖南水口山矿区硅化角砾岩体石英热释光分析

湖南水口山矿区硅化角砾岩体石英热释光分析

石英是地壳中最常见的矿物之一。它也是铜、铵和热液矿床沉淀过程中最重要的脉石材料。其结晶结构和组成的变化与沉淀期间的力学条件（温度、压力、介质等）有关。它的晶体结构、晶体缺陷和组成的变化也会影响光谱特性。因此，石英不仅是释光机理和定年应用研究最重要的矿物，而且在研究矿床成因、找矿信息提取等方面具有广泛的应用前景。湖南水口山是一个开采历史悠久的大型铅锌金银(铜)多金属矿区，包括老鸦巢、鸭公塘、中区、康家湾、龙王山等矿床，其中老鸦巢、鸭公塘、中区等矿床已基本开采完，急需寻找接替资源。本文对该区与成矿密切相关的硅化角砾岩中石英进行热释光测量，并分析其热释光特征与成矿的关系及其对找矿的指示作用。1基性岩群及矿物资源水口山矿区位于湖南常宁县境内，属大型铅锌金银(铜)多金属矿床。根据矿体空间位置、矿物共生组合、矿床成因等，可分为四种矿床类型：(1)铜-铅-锌-黄铁矿交代型；(2)铅-锌-金-银-黄铁矿充填型；(3)金-黄铁矿-铅-锌叠加型；(4)金-银-铁帽型(风化型)。其中，铅-锌-金-银-黄铁矿充填型是20多年前在该区发现的新矿床类型，其距离火成岩体较远，但严格受构造控制，矿体主要产于断裂带硅化角砾岩中。其典型代表是康家湾矿，矿体呈似层状，金属矿床规模大、品位富，主要有方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、辉银矿、深红银矿、自然金、自然银、黄铜矿，脉石矿物为石英，矿床成因主要是中低温热液矿床。这类矿床是该地区重点找矿研究对象。本文针对与铅-锌-金-银-黄铁矿充填型矿床密切相关的硅化角砾岩开展热释光研究。硅化角砾岩沿断裂带呈长条状分布(图1)，如F22、F3、F4、F5、F16、F65等断层均有硅化角砾岩产出。硅化岩体的长度0.1–5km不等，宽度一般10–40m，局部达100m以上。硅化角砾岩的化学成分以SiO2为主，含量多为80%–95%，基质矿物成分主要为微晶质石英，角砾成分复杂，主要有碳酸盐岩、砂页岩、硅质岩等。样品分别采自康家湾、老鸦巢的生产矿体中和大渔湾、朱家山、何家岭的硅化角砾岩体，每一采样点均为横穿硅化体的剖面并包括围岩系统采样，尽量采集较深部的样品和角砾含量较少、石英基质含量较高的样品，样品采集后马上用黑纸包裹。2热释光分析trt样品在暗室红光中用钳子夹碎和铁钵中捣碎(用力稍轻，尽量减小破碎过程中对样品释光的影响)，尽量选取岩块中心的样品以消除光的影响，剔除角砾，分选石英矿物，在玛瑙钵中研磨加工成粉末。将粉末样品加入40%HF放置60min，去除长石等杂质。将所得的纯石英样品放入高度为20cm的试管中，加入约10cm高的丙酮，用力摇匀，静置2min，倾出丙酮与样品的悬浮液到另一个20cm高的试管中。摇匀，将第二个试管放置约20min，弃去上层悬浮液，下沉粒径的样品供实验用。通过以上悬浮时间的控制，可得到作为热释光分析的样品粒径为90–120µm。取平底的玻璃试管，将Φ10mm×0.5mm铝片平稳放入试管，并随即加入丙酮1mL。待所有试管准备就绪后，将大试管中收集的细粒样品和丙酮的悬浮液摇匀，超声振动2–3min，移取1mL注入玻璃试管中。为确保分配均匀,每次移取悬浮液前都将大试管摇匀后逐个加入。然后，所有试管置于40℃的恒温箱中。待丙酮全部蒸发、样品干燥，在暗室内取出铝片，作天然热释光测定。测定天然热释光的铝片(退火后)进行90Srβ源辐照(20min，剂量70Gy)，作人造热释光测定。热释光测定用ELSEC7188型热释光分析仪(Littlemore科学仪器公司，英国)。样品在恒定的高纯(99.999%)氮气流(3L/min)中升温，升温速率20℃/s，真空为30Pa，光电管工作电压1.4kV。每个样品进行三片平行样品的分析测试。3天然热释光特征与成矿关系对水口山矿区的5个剖面的25个样品进行了天然热择光和人造热释光测定(表1)。为分析热释光与矿化的关系，采用无火焰原子吸收法分析了所有样品的Cu、Pb、Zn、Au、Ag等5个主要成矿元素的含量。为综合评价样品的成矿作用强度，进而探讨热释光与成矿强度的关系，采用成矿强度指数(E)作为样品的综合成矿系数:E=KilnK,其中，Ki=样品的i元素含量/矿区沉积岩的i元素平均丰度。矿化元素越多，各元素矿化越强，品位越高，则E值越大。计算结果见表1。(1)硅化角砾岩石英的天然热释光曲线大多只有一个峰，少数样有2–3个峰，而人造热释光曲线都有两个以上的高峰，最多的有5个峰。如康家湾矿区的TK131号样品，天然热释光曲线仅有一个高温峰，峰温约为328℃；但经辐照后的人造热释光曲线有两个峰，并出现了低温峰，峰温分别为170℃、276℃。在老鸦巢矿区的TL14号样品，天然热释光曲线有两个300℃以上的高温峰，一个为322℃，另一个为466℃；而人造热释光曲线有五个峰，峰温分别为155℃、200℃、244℃、280℃、312℃(表1)。(2)硅化角砾岩的天然热释光均不存在250℃以下的低温峰，特别是在200℃以下都几乎无热释光，其曲线与横坐标线重合，高温峰温度大多在320℃–380℃。而人造热释光都存在200℃以下的低温峰，其高峰温度大多在100℃–150℃。这些特征表明后期地质作用使硅化角砾岩中200℃以下充填的低温陷阱已排放出来。(3)硅化角砾岩的热释光强度显著高于其围岩，从围岩向硅化角砾岩体中心300℃–330℃热释光峰值大幅度增加1–2个数量级(图2)。天然热释光量与矿化强度成正比，成矿强度越大，其天然热释光峰值也越大，如康家湾矿区矿体中石英在330℃的热释光峰值达(5.4–7.43)×104，将所有样品的成矿系数的对数对天然热释光强度作图(图3)，可以看出，成矿系数E的对数与天然热释光峰值成正相关关系，并具有近似的线性关系，其拟合方程为lgE=5×10-5INTL+1.7005，拟合直线的相关系数R2=0.835。(4)热释光峰温位置与成矿强度有关。在天然热释光中，样品的E值越高，则高温峰温度越接近330℃(表1),E值越低矿化越弱的样品，高温峰温度也越高(少数样品显著低于330℃)。如康家湾、老鸦巢矿区主要矿体中的样品，330℃附近的高温峰十分强烈，高温峰温度在310℃–330℃范围内。在人造热释光中，低铅锌富金矿体的石英样品有明显的200℃–220℃的发光峰，如老鸭巢金矿体的TL14、朱家山的TZ109等样品。综合上述分析，水口山矿区与成矿相关的硅化角砾岩石英的热释光特征与成矿作用密切相关，热释光特征能反映出成矿信息，天然热释光强度(峰值)大，表明成矿强度也大，天然热释光具有310℃–330℃的发光峰也反映成矿强烈。因此，热释光分析可以作为该矿区今后找矿的技术指标之一，通过系统的采样与热释光分析，寻找热释光峰值大、并具有