广西五圩矿田成矿温度变化及找矿方向分析

陈 玲, 黄文婷, 伍 静, 张 健,梁华英, 林书平, 邹银桥

(1. 中国科学院 广州地球化学研究所 矿物学与成矿学重点实验室, 广东 广州 510640; 2. 中国科学院大学, 北京100049; 3. 广西大学 资源与冶金学院, 广西 南宁 530004)

0 引 言

五圩矿田Pb、Zn、Sb、Ag、As、Hg等金属矿床发育, 形成铅锌锑多金属矿集区, 引起国内外矿床学界的广泛关注[1–7]。五圩矿田位于丹池成矿带南部, 其NW侧大厂矿田及SE侧的大明山矿集区都发现了与岩浆活动有关矿化[8–14], 因此, 五圩矿田内虽然未见岩浆岩出露, 但很多学者都认为五圩矿田的形成与岩浆作用有关[15–21], 并根据航磁资料等推测隐伏岩体位于箭猪坡矿床 NNW 一带(图 1b)。但推测隐伏岩体一带矿床以 Hg-Sb为主(图 1b), 显示相对更低温矿化元素组合特征, 和推测隐伏岩体没对应关系。本文通过五圩矿田三个矿床流体包裹体测温及闪锌矿微量元素分析, 探讨五圩矿田热源中心, 为该矿田的深部找矿提供理论依据。

图1 丹池成矿带构造地质示意图(a)[21–22]和五圩矿田矿床分布图(b)[16]Fig.1 Sketch maps showing the structural geology of the Nandan-Hechi metallogenic belt (a)[21–22] and the distribution of deposits in the Wuxu ore field (b)[16]

1 矿田地质特征

五圩矿田位于江南古陆西南缘, 右江裂陷盆地东北部边缘, NW向丹池褶段带与EW向河池-金城江褶段带复合部位南侧, 河池市西南20 km的五圩乡内(图 1a)。区内出露地层从中泥盆统纳标组至中三叠统, 其中赋矿围岩主要是中上泥盆统碳质泥岩、泥灰岩夹砂岩, 部分泥岩受构造动力作用, 发生轻微变质形成板岩。矿田主干构造格架由 NNW 向展布的五圩背斜及一系列 NNW 向的压扭性断裂组成[23]。五圩背斜两翼地层产状变化大, 东翼地层倾角较缓(20°～50°), 层间破碎带不发育、西翼地层倾角较陡(60°～85°), 层间破碎带发育。矿田内断裂构造主要有NNW、NE和EW向三组, 以NNW向断裂最为发育(图1b)。

五圩矿田主要矿床有水落(As、Hg)、芙蓉厂(Sb、Pb、Zn)、三排洞(Pb、Zn、Sb、Ag)、八达(Zn、Sb)、箭猪坡(Pb、Zn、Sb、Ag)、塘志(Sb)和九瓦(Hg)等。矿床主要分布于五圩背斜西翼轴部, 东翼矿化相对较差。五圩矿田主要矿床矿化主要呈脉状充填于断裂破碎带中, 成群出现, 平行展布。箭猪坡 Zn-Sb-Pb-Ag矿床矿化最强, 达大型规模。其矿体主要呈陡倾斜脉状产于中泥盆统纳标组泥岩、泥灰岩夹砂岩。一条主矿脉两侧往往发育有2～3条平行产出的小矿脉, 组成一个脉组, 若干脉组形成脉群。单脉或脉组延深有限, 一般 50～450 m, 但由多个脉组所组成的脉群则有较大延深(＞ 800 m)。矿脉沿走向尖灭再现、沿倾向尖灭侧现且呈“前列式”展布。走向上,矿体产出标高往南降低[20]。野外考察发现, 箭猪坡矿床经历了多阶段矿化, 据穿插关系, 箭猪坡矿床矿化可分为下述三个阶段: (1) 块状锌锑矿化阶段。该阶段矿化主要发现于 160～190中段, 沿约 330°走向破碎带充填, 主要形成块状闪锌矿及辉锑矿的特富矿体, 该矿化闪锌矿颗粒相对较粗, 而辉锑矿颗粒相对较细, 脉石矿物很少; (2) 黄铁矿-石英阶段。该矿化阶段分布范围不大, 在190中段见黄铁矿-石英脉穿过块状闪锌矿-锑矿, 而其又被辉锑矿/脆硫锑铅矿-碳酸盐矿化脉穿插。该矿化阶段主要金属矿物为粒度较粗黄铁矿, 见少量辉锑矿, 脉石矿物主要为石英, 含少量碳酸盐(图2a和2b); (3) 辉锑矿/脆硫锑铅矿-闪锌矿-碳酸盐阶段。该矿化阶段主要充填于近南北向破碎带中, 主要矿物为辉锑矿、闪锌矿及粉红色方解石, 见少量石英及黄铁矿, 矿化规模较大, 分布较广。在 160中段见其穿过第一阶段富锌锑矿化(图2c)。箭猪坡矿床金属矿物成分较复杂,以硫化物为主, 并出现大量的硫盐矿物, 主要有深色闪锌矿、辉锑矿、辉锑铅矿、硫锑铅矿、脆硫锑铅矿、毒砂、黄铁矿、锡石、黝铜矿、含银锑黝铜矿、水锑铅矿等[18,19,24,25]; 脉石矿物主要有石英、碳酸盐类矿物(方解石、白云石、菱锰矿等)等。矿石结构主要有他形粒状结构、自形–半自形粒状结构、交代结构、双晶结构、针状结构、环带结构等(图2d), 矿石构造主要有脉状、块状、条带状、浸染状等。围岩蚀变较弱, 矿脉与围岩的接触部位几乎无蚀变,与成矿关系较密切的主要有硅化、碳酸盐化及黄铁矿化等。

八达Zn-Sb矿床矿化主要呈脉状产于中泥盆统纳标组泥岩、泥灰岩夹砂岩。金属矿物主要有浅色闪锌矿、特硫锑铅矿及方铅矿, 脉石矿物主要有石英、碳酸盐类矿物(如方解石)等(图2e)。矿石结构主要呈他形粒状结构、交代结构, 矿石构造主要呈脉状、块状等。围岩蚀变较弱, 与成矿关系较密切的主要有碳酸盐化及硅化等。

芙蓉厂 Sb矿床矿化主要呈脉状产于中泥盆统纳标组泥岩、泥灰岩夹砂岩。金属矿物主要有辉锑矿(图 2f)、辉锑铅矿、脆硫锑铅矿、黄铁矿及少量浅色闪锌矿等, 脉石矿物主要有石英、碳酸盐类矿物等。矿石结构主要有他形粒状结构、交代结构等, 矿石构造主要有脉状、浸染状、块状等。围岩蚀变较弱, 与成矿关系较密切的主要有硅化及黄铁矿化等。

2 样品及分析方法

芙蓉厂矿床分析样品采自辉锑矿-黄铁矿-石英矿脉, 地理坐标为 24°35′59.4″N, 107°51′43.39″E; 八达矿床分析样品采自锑矿-闪锌矿-碳酸盐脉, 地理坐标为 24°35′26.31″N, 107°51′37.62″E; 箭猪坡矿床分析样品分别采自 7号矿脉 380中段闪锌矿-锑矿-碳酸盐脉(地理坐标为 24°35′10.78″N, 107°53′0.5″E)、250中段闪锌矿-锑矿-黄铁矿-碳酸盐脉、190中段及160中段闪锌矿-锑矿-方铅矿特富矿体、59号矿脉-30中段锑矿-闪锌矿-碳酸盐脉(四个中段的地理坐标都为 24°35′4.4″N, 107°53′12.4″E)和 300 号 勘 探 线ZK300孔约700米处的锑矿-闪锌矿细脉。

闪锌矿的化学成分分析在中山大学测试中心JEOL JXA8800R型电子探针仪上完成。分析所采用的工作条件为: 加速电压 20 kV, 电子束流 20 nA,激光束径1 µm, 分析误差优于3%。使用美国标样委员会提供的标样对测试结果进行校正。

在显微镜下挑选出包裹体丰富且含不同类型形状规则的流体包裹体进行激光拉曼光谱和显微测温分析。流体包裹体的激光拉曼测试在中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室完成, 使用的仪器为精巧型多功能全自动显微激光拉曼光谱仪(HORIBA-JY Xplora)。拉曼分析的实验条件为: 固体激光器532 nm/50～100 mW, 光栅1800线,共聚焦针孔300 µm, 光栅狭缝100 µm, 观测物镜×100, 曝光时间 10～20 s, 扫描波数范围 100～4000 cm–1。受限于激光的穿透性, 较深包裹体无法测量。当用激光拉曼分析矿物(尤其是金属矿物)中包裹体的成分时应尽量选择靠近表面的包裹体。具体分析方法见文献[26]。

流体包裹体的显微测温工作在中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室完成,使用 Linkam THMSG600型冷热台, 测温范围为–196～600 ℃ , 以美国FLUID INC公司的合成包裹体标定冷热台温度。测试精度: –100～25 ℃时为±0.1 ℃ ,25～400 ℃时为±1 ℃ , 大于400 ℃时为±2 ℃。具体分析方法见文献[27]。

3 分析结果

3.1 闪锌矿化学成分分析

五圩矿田八达矿床和箭猪坡矿床闪锌矿主要元素含量特征见表1。八达矿床6个分析点Zn含量在64.97%～66.49%之间, 平均为 65.77%; S含量在32.78%～33.52%之间, 平均为 33.19%; Fe含量在0.13%～0.27%之间, 平均为 0.20%; Zn/Cd比值在81～158之间, 平均103。箭猪坡矿床37个分析点Zn含量在57.06%～65.52%之间, 平均为61.80%; S含量在33.05%～35.62%之间, 平均为33.85%; Fe含量在1.18%～7.70%之间, 平均为 3.61%; 27个分析点Zn/Cd比值在158～383之间, 平均249。从八达矿床到其SSE向的箭猪坡矿床, 闪锌矿Fe含量及Zn/Cd比值增加(图3)。

3.2 流体包裹体地球化学特征分析

3.2.1 流体包裹体类型和特征

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本文主要开展了五圩矿田芙蓉厂矿床、八达矿床和箭猪坡矿床闪锌矿和石英包裹体分析。矿床包裹体发育, 多为暗色 CO2三相包裹体和气液两相包裹体。

图3 五圩矿田八达矿床和箭猪坡矿床闪锌矿Fe-Zn/Cd关系图Fig.3 Diagram showing the relationship between Fe contents and Zn/Cd ratios of sphalerites from Bada deposit and Jianzhupo deposit, Wuxu ore field

图4 五圩矿田流体包裹体显微照片Fig.4 Micrographs of fluid inclusions from the Wuxu ore field

芙蓉厂矿床石英包裹体发育, 包裹体长径为3～15 μm, 形态主要为多边形或不规则形, 呈孤立或群状分布。依据室温下原生包裹体的物理相态可分为: (1) 气液两相包裹体, 气液比为10%～40%; (2) 富气相包裹体, 气液比 ＞ 50%, 同一视域可见上述两类包裹体; (3) CO2三相包裹体, 由气相 CO2、液相CO2和液相水组成, 气液比为5%～30% (图4a)。

八达矿床闪锌矿包裹体较发育。包裹体长径为3～22 μm, 形态主要为长条形或不规则形, 呈孤立或星散状分布。依据室温下原生包裹体的物理相态可分为: (1) 气液两相包裹体, 气液比为10%～50% (图4b); (2) CO2三相包裹体, 由气相CO2、液相CO2和液相水组成, 气液比为5%～15%; (3) 含子矿物三相包裹体, 由气相、液相和子矿物相组成, 见透明和不透明子矿物, 气液比为15%～25%。

箭猪坡矿床石英和部分闪锌矿包裹体很发育。包裹体长径为 3～30 μm, 形态主要为椭圆形或长条形, 部分包裹体整体或部分发黑。原生包裹体呈孤立或群状分布。依据室温下原生和假次生包裹体的物理相态可分为: (1) CO2三相包裹体, 由气相CO2、液相CO2和液相水组成, 气液比为5%～30% (图4c);(2) 含子矿物 CO2三相包裹体, 由气相 CO2、液相CO2、液相水和子矿物组成, 见不透明和透明子矿物,气液比为5%～30% (图4d和4f); (3) 气液两相包裹体,气液比为5%～45% (图4e)。

3.2.2 激光拉曼光谱分析

五圩矿田八达矿床和箭猪坡矿床闪锌矿中包裹体的液相成分主要为水, 含少量C2H6等液态碳氢化合物; 气相成分主要为 CO2, 含少量 CH4等气相碳氢化合物; 部分暗色包裹体中含石墨和沥青质等有机物[28–30](图 5)。

3.2.3 显微测温分析

图5 五圩矿田流体包裹体激光拉曼谱图

本研究对五圩矿田芙蓉厂矿床、八达矿床和箭猪坡矿床闪锌矿和石英中的原生 CO2三相包裹体和气液两相包裹体进行了均一温度测定(表2)。芙蓉厂矿床石英中包裹体的均一温度变化较大, 在135～286 ℃之间, 在均一温度-频率直方图上有3个峰值, 分别是170 ℃、230 ℃和270 ℃。其中, 大多数集中于160～200 ℃。八达矿床闪锌矿中包裹体的均一温度在163～238 ℃之间, 在均一温度-频率直方图上峰值集中于190～240 ℃。箭猪坡矿床闪锌矿和石英中包裹体的均一温度在 123～349 ℃之间, 在均一温度-频率直方图上峰值集中于240～320 ℃(图6)。

图6 五圩矿田流体包裹体均一温度直方图Fig.6 Histograms showing homogenization temperatures of fluid inclusions from the Wuxu ore field

4 讨 论

4.1 成矿温度变化分析

前人的研究表明, 闪锌矿的 Fe、Cd含量及Zn/Cd比值可用来指示热液矿床的形成温度[31–34]。闪锌矿的Fe含量及Zn/Cd比值越高, 形成温度则越高。五圩矿田八达矿床闪锌矿的 Fe平均含量为0.20%, Zn/Cd平均比值为103; 箭猪坡矿床闪锌矿的Fe平均含量为3.61%, Zn/Cd平均比值为249。箭猪坡矿床闪锌矿的Fe含量和Zn/Cd比值比八达矿床的高, 表明箭猪坡矿床的形成温度高于八达矿床的。

本研究测得芙蓉厂矿床、八达矿床和箭猪坡矿床流体包裹体的均一温度主要分别集中于160～200 ℃、190～240 ℃和 240～320 ℃, 表明五圩矿田从芙蓉厂矿床、八达矿床至其SSE方向的箭猪坡矿床成矿温度增高。五圩矿田闪锌矿微量元素特征及成矿流体包裹体均一温度均表明, 从五圩矿田芙蓉厂矿床、八达矿床至其 SSE向的箭猪坡矿床, 成矿温度逐渐增高。

4.2 成矿流体来源分析

本研究测得五圩矿田成矿流体包裹体富含CO2、CH4、沥青质等有机物, 而五圩矿田一带寒武系及泥盆系地层中富含有机质。这说明五圩矿田成矿流体主要来源于地层水或盆地热卤水。我们测得的流体包裹体均一温度表明, 箭猪坡矿床部分包裹体均一温度大于300 ℃, 最高温度可达349 ℃ (图6)。前人工作表明, 与盆地热卤水或循环的大气降水有关矿床的成矿温度多小于300 ℃[35], 箭猪坡矿床部分包裹体均一温度较高, 在 300～350 ℃之间, 表明五圩矿田有深部高温流体参与了成矿。五圩矿田高温流体既可能和岩浆作用有关, 也可能和变质作用有关。华南地区变质作用多发生在加里东期以前[36],虽然目前还没有该矿区矿床形成时代, 但矿田主要矿床产于泥盆系至二叠系地层中, 成矿应发生在加里东期之后; 丹池成矿带北部大厂矿床和燕山晚期岩浆作用(约 90 Ma)[14]有关, 丹池成矿带南部大明山钨矿也和燕山期岩浆活动有关[11]。五圩矿田北部大厂矿田和南部大明山矿床都和燕山期岩浆活动有关, 五圩矿田发育高盐度流体包裹体(最高可达13.6%), 且箭猪坡矿床深部见Sn矿化[21]。这初步支持五圩矿田成矿作用和区内深部岩浆活动有关。

4.3 找矿靶区分析

箭猪坡矿床部分流体包裹体温度较高, 显示矿田深部发育高温热源。前人据航磁异常提出五圩矿田隐伏岩体位于箭猪坡矿床 NNW 一带(图 1b)。五圩矿田箭猪坡矿床NNW一带矿床以Hg-Sb矿化为主, 显示相对更低温的矿化元素组合特征, 不支持五圩矿田箭猪坡矿床NNW一带深部发育隐伏岩体。五圩矿田矿床多位于背斜轴部, 相距不大, 相对低温元素组合矿床主要产于泥盆—石炭系地层中, 而一些相对高温元素组合矿床如拨旺 Pb-Zn-Ag则产于石炭—二叠系地层中(图 1), 因此, 元素组合差异应不是剥蚀深度差异所致。此外, 箭猪坡矿床垂向上 500多 m 深度内矿物组合及成矿温度(大多数位于 270～310 ℃)变化都不大, 表明矿床成矿温度垂向变化不大, 因此, 即使剥蚀深度有一定的差异,其温度也变化不大。这进一步表明五圩矿田箭猪坡矿床NNW一带矿床形成温度较低。

我们测得闪锌矿微量元素特征及成矿流体包裹体均一温度表明, 从五圩矿田芙蓉厂矿床、八达矿床至其 SSE向的箭猪坡矿床, 成矿温度逐渐增高。这表明五圩矿田热源中心应位于箭猪坡矿床的 SSE方向, 而不是其NNW方向区域。前人工作表明, 箭猪坡矿床矿体向南侧伏[20], 也支持五圩矿田成矿热源中心位于箭猪坡矿床SSE方向。考虑到背斜轴部加断裂带为有利于成矿流体聚集的低压区, 因此,今后的找矿工作应注意箭猪坡矿床SSE向背斜轴部一带。

5 结 论

(1) 五圩矿田成矿温度主要在160～300 ℃之间,成矿流体富有机质, 显示成矿流体以盆地热卤水或建造水为主, 部分成矿温度大于 300 ℃, 最高可达约350 ℃, 表明高温流体参与五圩矿田成矿作用。

(2) 五圩矿田成矿温度从北西的芙蓉厂、八达到南东的箭猪坡逐渐增高, 成矿热源位于箭猪坡矿床SSE一带, 而不是过去提出的NNW一带, 今后应注意箭猪坡矿床SSE主向背斜轴部一带深部找矿工作。

野外工作中得到了五吉矿业公司玉启红总工、广西有色总公司何国朝高工及其团队的大力帮助;闪锌矿电子探针、包裹体测温和激光拉曼光谱分析得到了赵文霞教授、刘德汉研究员、申家贵高级工程师的热心帮助; 两位评审专家对本文提出了宝贵的修改意见, 在此一并表示衷心的感谢！

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