喀麦隆北部Bougma金矿流体包裹体研究

叶张煌，闫强，刘杰，戴倩萍，蔡忆，蔡阳辉

(1.江西科技师范大学，南昌330038;2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037;3.江西省地质矿产开发研究中心，南昌330002)

喀麦隆位于非洲中西部，面积47.5万km2，南北最长距离约1 232 km，东西约720 km，形似一个南宽北窄的三角形，东邻乍得、中非，南与赤道几内亚、加蓬、刚果等国接壤，西部与尼日利亚交界，北隔乍得湖与尼日尔相望，西南濒临几内亚湾，海岸线长354 km。

喀麦隆全国地形复杂，自然地理风貌相当丰富，有“小非洲”之美誉，按地理环境特点，喀麦隆大致可分为5个自然区:西部山区、沿海森林平原、内陆森林高原、阿达马瓦高原、北部热带草原。西部和中部的高原和山地占了国土面积的3/4以上，平均海拔2 200 m，西南的喀麦隆火山是西非的最高峰，海拔4 070 m，成为境内诸多水系的分水岭。喀麦隆属热带气候，气温高，全国年平均温度为25℃，年平均降雨量在2 000 mm以上，喀麦隆火山山麓全年降雨量高达10 000 mm，是世界降雨量最多的地区之一。一年分为两季:每年3月到10月为雨季，10月到次年3月为旱季。气温北高南低，降雨量北少南多。

喀麦隆的矿产资源种类较多，已查明的固体矿产主要有铝土矿、铜、铁、金红石、金、钻石、锌、铅、锰、钼、镍、白钨矿等，主要产在北部和东部;能源矿产主要是分布在几内亚湾的石油和天然气。

1 区域地质

喀麦隆北部地区是中非褶皱带(Central African Fold Belt)和刚果克拉通(Congo Craton)的一部分，经历了长期和复杂的地壳演化，如Eburnian造山运动(2 100 Ma)和Pan Africa造山运动(600 Ma)[1]。Buffle Noir剪切带是北部重要的地质分界线，该剪切带南端位于8°30'N附近，北东－南西走向，向南倾斜，倾角为20°～30°。界线西北边，以新老地层交替出现为特征。新元古代熔岩台地占了一半以上的面积，现代河流处形成内陆盆地，为白垩系的砂砾岩，往北则是更老的新元古代Poli群，最北部(乍得湖附近)则为第四系的沉积层。侵入岩面积不广，仅发育在与尼日利亚接壤的边界狭长地带。界线的东南部，以发育老地层和古老的花岗岩为特征。Pan Africa造山运动形成的花岗质侵入岩分布广泛，古元古代地层也很发育(图1)。

2 矿区地质特征

Bougma矿区位于喀麦隆北部，Buffle Noir剪切带以北，面积约为440 km2，矿区不仅包括石英脉型金矿(图2)，还包括红土型金矿(图3)和现代河流附近的砂金(图4)。石英脉型金矿赋矿地层主要为新元古代Poli群片麻岩和白垩系的砂砾岩，后两者的赋矿层位主要为第四系。当地老百姓手工开采红土型金矿和淘洗砂金作为主要经济来源，这些金矿类型和居民生活方式在西非具有普遍的代表性。

2.1 岩石类型

矿区岩石类型以陆源碎屑岩、片麻岩、云母片岩、混合岩、花岗岩为主，这些岩石大多强烈变质变形，褶皱发育，倾角较陡，部分大于60°，基本走向是N—NE。

(1)陆源碎屑岩:矿区东北角发育白垩纪的砾岩、砂砾岩，矿物成分主要由石英和长石组成。具体以紫红色中厚层状中粗砾岩、紫红色中厚层状石英砂砾岩为主，夹薄层状含砾石英粗砂岩、长石石英细砂岩。野外能观察到砂砾岩和细砂岩的交错层理。在该岩系中还出现了一些石英砾岩基准面，长石严重风化，形成粘土，石英残留其中。

图1 喀麦隆地质简图(据文献[1－2]修改)Fig.1 Simplified geological map of Cameroon

图2 Bougma矿区含金石英脉Fig.2 Lode gold mine in Bougma deposit

图3 Bougma矿区红土型金矿Fig.3 Lateritic gold mine in Bougma deposit

图4 Bougma矿区砂金矿Fig.4 Placer gold mine in Bougma deposit

(2)变质岩:矿区西南部发育深变质的黑云斜长片麻岩。主要由角闪石、黑云母等暗色矿物(约占60%)和石英、斜长石、正长石等浅色矿物(约占40%)组成，这些片麻岩的锆石U－Pb年龄为2 100 Ma[2]。矿区中部广大地区发育中变质的变粒岩和片岩，深灰色、浅灰色中厚—厚层状黑云斜长变粒岩、二云斜长变粒岩为主，夹灰—深灰色黑云片岩、二云片岩。由接触变质作用和区域变质作用形成，特征变质矿物为矽线石、石榴石、黑云母。由于变质重结晶作用，原岩结构已基本消失，据岩石组分分析，其原岩为泥砂质碎屑岩类。

(3)混合岩:矿区还发生了普遍的混合岩化作用，主要分布在矿区的西南部。从混合岩化的程度可以分为两个亚类:一类是深变质岩石经混合岩化作用形成的混合片麻岩，但混合岩化作用较浅，可区分出原变质岩的基体和新生成的脉体还保留原岩的片麻状构造特征，深色矿物呈明显的定向排列;另一类是经深熔作用形成的类花岗质岩石，基体与脉体之间的界线逐渐消失，呈块状构造，即程裕淇先生所称的“混合花岗岩”[3]。

(4)花岗岩:新元古代侵入岩主要分布在矿区的西部，但范围不大，可进一步划分为中细粒黑云母英云闪长岩、黑云母花岗闪长岩、黑云母二长花岗岩等类型。

第四系主要表现为Bénoué河、Mayokébi河、Mayo Reī河、Lissaka河以及Mayo Sala河中下游的冲积层，厚度较大，有时厚度可达10 m。

矿区脉岩发育，主要有石英脉、伟晶岩脉、细晶岩脉等，产于新元古代地层及侵入岩体内。

需要指出的是，Bougma矿区的岩石组合也再次证明了变质岩、混合岩和花岗岩的伴生规律与相互依存的关系，它们是深成作用不同发展阶段的产物。刘家远等[4]认为这种连续演化模式与成矿作用密切相关，中国的南岭成矿带即是最好的例证。因此，有理由相信喀麦隆北部Bougma地区的矿产资源前景广阔，若能发现该地区的原生金矿，有望实现海外找矿的重大突破。

2.2 构造

矿区内最重要的构造就是Tcholliré－Banyo左旋断层，这个断层将古元古代基岩和新元古代基岩分离。该断层有可能贯穿整个矿权区，产状和延伸不清楚。依据现有的区域研究成果，结合野外实际工作，将Bougma矿区长时间、复杂的地壳演化运动分为D1—D3三个阶段。

D1阶段:构造方式以挤压作用为主，岩石韧性变形，主要表现为M或N形状的条带状片麻岩层间揉皱，以角闪岩相的岩石组合为特征。

D2阶段:构造方式以拉张作用为主，岩石发生脆性变形，在水平方向上以左行剪切为主，形成EW向褶皱带，本期伴随着强烈的混合岩化作用。

D3阶段:构造方式也以拉张作用为主，运动方向以右旋剪切为主，形成了近SN向破碎带，是矿区内主要的控矿构造。晚期伴有脉岩的贯入和金矿化作用，是矿区内主要成矿阶段之一。

2.3 矿化特征

Bougma矿区石英脉型金矿的围岩主要为角闪片麻岩、二长花岗片麻岩及黑云母二长花岗岩，围岩蚀变以硅化、黄铁矿化、绿泥石化和绢云母化为主，且有一定的蚀变分带规律。大部分强硅化即形成石英脉，出现在破碎带中部，黄铁矿化也十分明显，多呈细脉状、孤岛状、浸染状，后期又受到强烈褐铁矿化的改造作用。破碎带两侧以绿泥石化、绢云母化为主，多呈团块状，也含有少量的金属硫化物。矿化类型主要为含金石英脉型，石英脉呈黄白色，与围岩界限清楚。石英脉可见长度大约5～10 m，推测可能延伸更长，但因第四系覆盖而无法追索。脉宽10～20 cm，走向近南北，多为平行分布，间距约300 m，常见石英碎块散落周边，石英脉偶尔可见。

矿区红土型金矿覆于白垩纪的砂砾岩之上，受不整合面控制。一般呈层状、似层状产出，产状随地形及不整合面形态变化而变化，一般倾角为0°～20°。金矿物以自然金为主，以显微、超显微形式被蒙脱石、高岭石及伊利石等粘土矿物或铁锰质黑土所吸附，少数与石英、褐铁矿连生在一起。肉眼可见微细粒的黄金颗粒。古红土型金矿是受热带气候控制的残坡积型金矿。

区内砂金分布广泛，尤其于河沟中几乎无处不有，含金层上部为含砂粘土、泥质粘土，风化严重，厚度1～2 m，下部为含砂砾层、碎石层，分选性差，主要成分为石英、云母等，厚度1～3 m。砂金矿的平均品位为0.2 g/m3。砂金主要为片状和粒状，粒度一般在0.2～0.5 mm，肉眼可见。成因类型为受河流等外动力地质作用控制的冲积型砂金矿，这与整个喀麦隆北部及西非广大地区分布的砂金矿矿化特征是一致的[5]。

由于古红土型金矿和砂金矿的成因类型简单而明确，以下的流体包裹体实验是针对矿区内石英脉型金矿开展的。

3 流体包裹体研究

将在研究区采集的具有代表性的样品，磨成厚度约0.3 mm的测温片，将测温片在偏光显微镜下观察样品的岩相学特征，照相并确定包裹体类型。挑选符合要求的包裹体片用丙酮浸泡脱落，用于测温实验，测温工作在Linkam THMSG 600型冷热台上完成，可测温度范围为－180～550℃，冷冻数据精度为±0.1℃，均一温度数据精度为±1.0℃。

3.1 流体包裹体特征

根据20℃室温下包裹体的相态特征和冷冻－加热过程中的相态变化，将Bougma地区石英脉型金矿的包裹体类型分为两类:CO2－H2O－NaCl包裹体(Ⅰ类)和H2O－NaCl包裹体(Ⅱ类)。

Ⅰ类在室温下呈三相(H2O溶液相+CO2液相+CO2气相)，呈浅灰色，大小不一，一般在5～20 μm，多呈负晶型、椭圆形和长条形等形态。该类包裹体以富含CO2为特征，CO2相比一般大于50%，少数可达90%以上，气泡相CO2所占的比例大于液相CO2。低温时气相CO2的边缘出现液相CO2，液相CO2中的气泡在室温下跳动速度较快。

II类在室温下呈气液两相(H2O气相和H2O液相)，呈无色、灰色，气液比为10%～30%，液相充填度通常大于70%，个体较小，大小一般在2～7 μm，多呈长条形、椭圆形和不规则形态。

偶尔也能观察到含子晶的包裹体，但数量极少，因此本研究中不作考虑。

3.2 显微测温结果

本次选择的包裹体均为石英矿物中的原生包裹体，本次实验在3件含金石英脉样品的石英主矿物中测定了37个各类包裹体的特征及相变温度，详见表1。

表1 喀麦隆北部Bougma金矿流体包裹体测温和盐度结果Table 1 Microthermometric and salinity data of fluid inclusions in Bougma gold deposit，North Cameroon

测得I类流体包裹体CO2三相点温度区间(Tm，CO2)为－63～－52℃，平均为－57.5℃;CO2笼形物分解温度(Tm，clath)为6.3～7.9℃，平均为7.1℃;CO2部分均一到气相(Th，CO2)，其部分均一温度为22.5～28.9℃，平均为25.2℃;完全均一温度(Th，ToT)为197～312℃，平均为255℃。利用Brown、Bakker等的研究成果[6－7]，计算获得的含碳相密度(ρCO2)和包裹体总密度(ρ)范围分别为0.578～0.699 g·cm－3和0.692～0.755 g·cm－3，水溶液相的盐度w(NaCleq)为3.54%～9.33%，平均为6.89%。根据富CO2包裹体的部分均一温度以及最终均一温度，由CO2等容线P－T相图[8]，求得该类包裹体均一压力为20～28 MPa，平均为24 MPa。

Ⅱ类流体包裹体冰点温度为－5.7～－3.5℃，平均为－4.7℃;对应的盐度w(NaCleq)为2.23%～6.39%，平均为4.56%。包裹体完全均一温度为159～285℃，平均为217℃。

从该矿区包裹体的均一温度和盐度直方图(图5)上看，石英脉型金矿流体包裹体的均一温度分布范围较广，集中在200～300℃，峰值为220～240℃，且I类包裹体的均一温度范围略窄于Ⅱ类包裹体;盐度w(NaCleq)主要集中在3.0%～9.0%，且I类包裹体的盐度明显高于II类包裹体。总体而言，成矿流体为中低温、低盐度流体。

图5 Bougma石英脉型金矿流体包裹体均一温度和盐度直方图Fig.5 Histograms of homogenization temperature and sanity for fluid inclusions in Bougma lode gold deposit

4 矿床成因分析

根据以上特征分析，喀麦隆北部Bougma石英脉金矿属浅成中温热液型矿床。

不混溶作用、水岩反应、热液混合作用、有机质吸附作用、矿物表面沉淀作用均可能引起金的沉淀[9－11]。研究表明，流体的不混溶作用和水岩反应是石英脉型金矿床成因的重要机制[12－20]。

不混溶作用可以诱发含矿流体外部环境的变化，如导致CO2、H2S等挥发份的逃逸，溶液中CO2含量的减少会引起pH值的增加，而H2S的挥发使金络合物稳定性降低。物理化学条件的变化使得金在溶液中的溶解度大大降低，引起流体中成矿元素在构造裂隙中沉淀[21－24]。通过岩相学观察、包裹体测温等工作发现，Bougma金矿存在大量不混溶包裹体群，不同相比的含CO2三相原生包裹体和两相气液原生包裹体在同一石英颗粒中的同一视域中同时出现。不同相比I类包裹体均一温度相近，但均一方式不同，有的均一至液相，有的均一至气相，此类包裹体为不混溶包裹体组合[25]。

从围岩蚀变和成矿流体的盐度、温度变化推断Bougma金矿经历了强烈的水岩反应。围岩产生了硅化、黄铁矿化、绿泥石化和绢云母化等蚀变矿物。初期的成矿热液盐度较高，局部达到9.33%，但随着地下水的加入，盐度降低到3%左右;同时，流体温度也相应降低。随着成矿流体盐度和温度的降低，流体中携带的金元素沉淀下来形成矿体[26]，而发育的节理裂隙又提供了有利的容矿构造。

5 结论

(1)喀麦隆北部Bougma金矿可以划分为两个成矿期:岩浆热液期和表生期。岩浆热液期形成含金石英脉型金矿，表生期形成古红土型金矿和砂金矿。古红土型金矿是受热带气候控制的残坡积型金矿，砂金矿是受流水等外动力地质作用控制的冲积型金矿。

(2)根据对岩浆热液期石英脉型金矿的流体包裹体实验，Bougma金矿主成矿期有两类流体包裹体:CO2－H2O－NaCl包裹体(Ⅰ类)和H2O－NaCl包裹体(Ⅱ类)。I类包裹体的均一温度为197～312℃，平均255℃，平均盐度w(NaCleq)6.89%，计算的平均压力为24 MPa。Ⅱ类包裹体的均一温度为159～285℃，平均217℃，平均盐度w(NaCleq)为4.56%。

(3)Bougma地区石英脉型金矿属浅成中温热液型矿床。成矿流体因温度、压力变化产生的强烈的不混溶作用和水岩反应是Bougma矿床金元素沉淀的主要因素。

江西鸿亿矿业公司为本次考察提供了支持，中国地质科学院矿产资源研究所欧阳荷根博士为本文写作提供了帮助，在此一并致谢。

[1]Toteu S F，Van Schmus W R，Penaye J，et al.New U－Pb and Sm－Nd data from north-central Cameroon and its bearing on the pre-Pan African history of central Africa[J].Precambrian Research，2001，108:45－73.

[2]Penaye J，Toteu S F，Van Schmus W R，et al.U－Pb and Sm－Nd preliminary geochronologic data on the Yaoundé series，Cameroon:Re-interpretation of the granulitic rocks as the suture of a collision in the Centrafrican belt[J].Comptes Rendus de I'Académie des Sciences de Paris，1993，317(6):789－794.

[3]程裕淇.有关混合岩和混合岩化作用的一些问题——对半个世纪以来某些基本认识的回顾[J].中国地质科学院院报，1987(2):5－19.

[4]刘家远，王容嵘，吴郭泉.区域变质—混合岩化—花岗岩形成连续演化的模式——地壳花岗岩类形成的一种重要途径[J].桂林冶金地质学院学报，1990，10(2):109－117.

[5]Embui V F，Omang B O，Che V B，et al.Gold grade variation and stream sediment geochemistry of the Vaimba-Lidi drainage system，northern Cameroon(West Africa)[J].Nature Science，2013，5(2A):282－290.

[6]Brown P E，Hagemann S G.MacFlinCor and its application to fluids in Archean lode-gold deposits[J].Geochimica et Cosmochimica Acta，1995，59(19):3943－3952.

[7]Bakker R J.Clathrates:Computer programs to calculate fluid inclusion V－X properties using clathrate melting temperatures[J].Computers＆Geosciences，1997，23(1):1－18.

[8]Van den Kerkhof A M，Hein U F.Fluid inclusion petrography[J].Lithos，2001，55:27－47.

[9]Seward T M.The Hydrothermal Geochemistry of Gold[M]//Foster R P.Gold Metallogeny and Exploration.London:Black，1991:37－62.

[10]McCuaig T C，Kerrich R.P－T－t-deformation-fluid characteristics of lode gold deposits:Evidence from alteration system atics[J].Ore Geology Reviews，1998，12(6):381－453.

[11]Mikucki E J.Hydrothermal transport and depositional proces-ses in Archean lode-gold systems:A review[J].Ore Geology Reviews，1998，13(1):307－321.

[12]Robert F，Boullier A M，Firdaous K.Gold-quartz veins in metamorphic terranes and their bearing on the role of fluids in faulting[J].Journal of Geophysical Research:Solid Earth，1995，100(B7):12861－12879.

[13]Heinrich C A.The physical and chemical evolution of low-salinity magmatic fluids at the porphyry to epithermal transition:A thermodynamic study[J].Mineralium Deposita，2005，39(8):864－889.

[14]Fan H R，Zhai M G，Xie Y H，et al.Ore-forming fluids associated with granite-hosted gold mineralization at the Sanshandao deposit，Jiaodong gold province，China[J].Mineralium Deposita，2003，38(6):739－750.

[15]刘云飞，侯增谦，杨志明，等.西藏弄如日金矿流体包裹体研究[J].岩石学报，2011，27(7):2150－2158.

[16]张松，曾庆栋，刘建明，等.吉林省海沟石英脉型金矿床流体包裹体特征及地质意义[J].岩石学报，2011，27(5):1287－1298.

[17]陈衍景，倪培，范宏瑞，等.不同类型热液金矿系统的流体包裹体特征[J].岩石学报，2007，23(9):2085－2108.

[18]范宏瑞，谢奕汉，翟明国，等.豫陕小秦岭脉状金矿床三期流体运移成矿作用[J].岩石学报，2003，19(2):260－266.

[19]胡芳芳，范宏瑞，于虎，等.胶东三甲金矿床流体包裹体特征[J].岩石学报，2008，24(9):2037－2044.

[20]Ramboz C，Pichavant M，Weisbrod A.Fluid immiscibility in natural processes:Use and misuse of fluid inclusion data:II.Interpretation of fluid inclusion data in terms of immiscibility[J].Chemical Geology，1982，37(1－2):29－48.

[21]Spycher N F，Reed M H.Evolution of a broadlands-type epithermal ore fluid along alternative P-T paths:Implications for the transport and deposition of base，precious and volatile metals[J].Economic Geology，1989，84(2):328－359.

[22]卢焕章.CO2流体与金矿化:流体包裹体的证据[J].地球化学，2008，37(4):321－328.

[23]Cole D R，Drummond S E.The effect of transport and boiling on Ag/Au ratios in hydrothermal solutions:A preliminary assessment and possible implications for the formation of epithermal precious-metal ore deposits[J].Journal of Geochemical Exploration，1986，25:45－79.

[24]印贤波，张德会，王晨昇，等.中国典型脉型钨、锡矿床和斑岩钼矿流体包裹体特征[J].桂林理工大学学报，2011，31(4):524－532.

[25]卢焕章，范宏瑞，倪培，等.流体包裹体[M].北京:科学出版社，2004.

[26]李杰，陈必河，安江华，等.湖南黄金洞金矿成矿流体包裹体特征[J].华南地质与矿产，2011，27(2):163－168.