老寨湾金矿热液独居石地球化学特征及地质意义

李治平，皮桥辉

(桂林理工大学地球科学学院，广西 桂林 541004)

0 引言

老寨湾金矿区位于云南省广南县，地处滇黔桂“金三角”地区。近几十年来，本区已发现了两百多处金矿床和矿化点[1]，探明资源储量达500多吨[2]。前人已经对老寨湾金矿床做了许多系统而深入的研究，有学者认为该矿床属于浅成中-低温、低盐度的热液型金矿床[3]；有学者认为该矿床属于沉积热液改造型金矿床[4]；还有学者认为该矿床属于热液硅化石英岩(脉)型金矿床[5-8]；虽然意见略有不同，但都认为该矿床的形成与热液活动密切相关。前人对老寨湾金矿的研究一般多集中于野外宏观观测及室内镜下观察，偏重于岩矿石的结构构造、地质特征[9]。本文从老寨湾金矿中采集富金矿石，并从中挑选出独居石，通过对独居石进行电子探针分析测试，观察其内部构造、矿物组合、稀土元素等地球化学特征，认为该矿床的独居石属于热液成因独居石，早期的富Th独居石在岩浆期后热液的作用下发生分解，并吸收了Y，Th，P和稀土元素[10-11]，随着岩浆的侵入，并伴随着强烈的脆性剪切变形过程，在退变质的作用下形成了新的贫Th独居石[12-13]。综合前人对本矿区的研究，并依据本次电子探针分析结果，认为老寨湾金矿的形成应该与岩浆热液作用有关。

1 矿区地质特征

老寨湾金矿床地处扬子地台西南缘与华南加里东褶皱带交接处，北部紧临右江裂谷造山带。该区地壳经历了由地槽到地台再到裂谷的复杂演化过程(图1)。区内出露的地层主要有寒武系、奥陶系和泥盆系。岩相为化学沉积相和细碎屑沉积相的交互过渡，反映本区从浅水陆源碎屑沉积到浅海沉积的动荡式的沉积环境变化过程。

1—三叠纪盆地相浊积岩；2—斑岩；3—印支期辉绿岩； 4—花岗岩体 ；5—元古界-震旦系(Pt-Z)；6—古生界(Pz)； 7—推测断层/实测断层 ；8—金矿床(点) ；9—研究区位置图1 区域大地构造略图(a)及滇黔桂地区区域地质图(b)(据文献[4]修改)

本区主要的赋矿层位是泥盆纪下统坡松冲组，该地层主要受F1断层和F8断层的控制。研究区内褶皱和断裂构造极为发育，以NWW向为主，同时受到NE向和NW向断裂的共同作用。构造的发育主要受到区域大地构造影响。矿区岩浆岩仅出露有沿F7断层侵入的辉绿岩脉，走向为NW—SE向，倾向为SW，倾角为30°～80°，地表出露长度为1050 m，宽约4～32 m。辉绿岩脉中含金量约为0.30～13.5g/t，在辉绿岩体的北西和东南端有金富集成矿。矿区出露的辉绿岩多为蚀变辉绿岩，辉石和斜长石等矿物已经蚀变成黏土矿物，但仍保留有辉绿岩的变余结构。含金辉绿岩具细脉状和浸染状的黄铁矿化，还有少许的毒砂化(1)云南地矿资源股份有限公司,云南省广南县老寨湾金矿区椿树湾矿段详查地质报告,2002年。。

2 矿床地质特征

本矿区可分为两个矿段，南部为袁家坪矿段，北部为椿树湾矿段(图2)。袁家坪矿段位于F3断层的南部，由4个矿体组成，金矿体产于该单斜的古隆起构造面上的坡松冲组地层，其分布受不整合面和断层的控制。椿树湾矿段中部发育有北西向的辉绿岩脉，由于经受了后期的硅化热液蚀变和黄铁矿化，金的品位较高。矿区最大矿体(V3矿体)就产在其附近。V3矿体主要沿着F7断层产出，说明F7断层在成矿过程中为流体的运移提供了通道，流体在断裂带附近循环流通，使附近地层中的成矿物质活化运移最终沉淀形成较富的矿体。F7断裂带中矿化蚀变强烈，主要的矿化有硅化、黄铁矿化和辉锑矿化等。

该矿区矿石分为原生矿石和氧化矿石。原生矿石是沉积成岩作用及热液作用共同作用的结果，主要的矿石矿物有黄铁矿、白铁矿、辉锑矿及磁铁矿；主要的载金矿物有黄铁矿及辉锑矿，黄铁矿中的金主要集中于黄铁矿外缘次生增长的环带内，且金与砷的含量一般呈正相关。矿区内氧化矿石高度发育，多形成于热液成矿期的淋滤阶段，是老寨湾金矿的主要矿石类型，占全部矿石的90%以上，主要的载金矿物为褐铁矿和黏土矿物，其中黏土矿物主要为高岭石，其次为伊利石。

老寨湾金矿的成矿过程可分为沉积成矿期、热液期和表生氧化期3个阶段。其中成矿作用主要发生在热液期，而金的富集发生在表生期。

3 样品采集与测试方法

本次实验所用独居石样品采自老寨湾金矿的泥盆统坡松冲组下段沉积岩中。将矿石磨制成光薄片，用室内显微镜观察其岩石岩相学，所用仪器为Nikone CLIPSE50iPOL透反射偏光显微镜；扫描电镜采用的是ZEISS公司的IGMA设备，分辨率为1.3nmat20kV，2.6nmat1kV。放大倍数为(12～1)×106。加速电压为0.1～30kV。放大倍率误差在3%以内；电子探针分析测试所用仪器为日本的JXA-8230电子探针仪，在桂林理工大学广西隐伏金属矿产勘查重点实验室电子探针室完成，测试条件为加速电压15kV，电流为20nA，束斑直径为5μm。标样采用的是桂林理工大学地球科学学院电子探针实验室制作的国家标准硫化矿物标样。

4 测试结果

4.1 独居石矿物学特征

独居石是一种较为常见的多产于中酸性岩浆岩和变质岩中的副矿物，分布较为广泛，甚至在某些沉积岩中也能见到。不同的矿物组合可以反映独居石的不同成因。如岩浆成因的独居石多产于花岗岩、花岗质伟晶岩及碱性伟晶岩中，其共生矿物较多，常见的有锆石、褐帘石、绿柱石、磷钙钍石、铯榴石和黑稀金矿等[14]；热液成因的独居石一般以团粒状、浸染状和分散细粒状的形式产于交代岩和一些矿石矿脉中，共生矿物主要有赤铁矿、磁铁矿、萤石及斜钍石等[15](图3)；沉积成因的独居石一般产于白云岩和泥岩等沉积岩中，共生矿物主要有白云石、磷灰石及重晶石等。

4.2 独居石组构特征

前人对典型地区的不同成因独居石的内部构造特征和晶体形态研究发现：岩浆独居石在单偏光镜下一般呈浅黄色或棕褐色，裂隙周围有暗棕色到黑色的氧化铁杂质分布。表现出透明或油脂光泽，具短柱状、浑圆状或近等轴状晶形，属于单斜晶系，粒径为100～200μm。典型的特征是独居石颗粒以填隙的形式填充在原生矿物(最常见的有石英、长石及黑云母)内(图4)。阴极发光图显示独居石呈紫红色或酱红色，发光较弱且不均匀，裂隙附近一般发光较强[16]。由独居石样品Y-3和5-1的背散射( BSE)图像可知(图5)，独居石呈不规则颗粒出现，尺寸为50～100μm，结构均匀，通常无环带，个别颗粒会有较宽且平直的岩浆环带。

A—硅化(+)；B—硅化石英(+)；C—脉状褐铁矿(+)；D—褐铁矿分布于破碎角砾中(+)；E—黄铁矿褐铁矿化(+)；F—黄铁矿褐铁矿化(+)；Lm—褐铁矿；Q—石英图4 老寨湾金矿矿物组合照片

图5 独居石电子探针背散射图像

4.3 独居石地球化学特征

独居石广泛产出于变质岩、沉积岩及过铝质火成岩中，主要特征是富含轻稀土元素。与大部分含U副矿物一样[17]，独居石的化学组成也较为特殊，由于Nd，Ta，U，Y，Th等元素的离子半径较大，价态高，因此它们一般不会包含在硅酸盐造岩矿物中，而是趋向于富集在残余熔体中，独居石的晶体结构可广泛吸纳稀土元素[18]，因此岩石中的U，Th和稀土元素主要寄住在独居石中。独居石中含有Y，Sc，U，Th等微量元素，其含量与独居石的成因也有一定关系。实验结果表明，老寨湾金矿中独居石的Gd，Dy，Th，Er，Y和U等元素的含量明显偏低[19]，其成分分布图(图6)与前人研究的热液成因独居石的成分分布图相似(图7)，因此可以推断老寨湾矿床的独居石为热液成因独居石。

图6 老寨湾金矿独居石样品成分分布特征

图7 不同成因独居石成分分布特征[20]

5 讨论

5.1 独居石成因

前人的研究表明，不同地质环境中生成的独居石的内部结构和元素组成也不同[20-21]，前人采用等离子质谱仪(ICP-MS)对不同成因独居石中进行稀土元素测定，发现岩浆独居石可能具有宽而扁平的岩浆环带，一般与磷石膏共生。稀土元素的含量通常较低，重稀土和Ho，Tm，Lu等特殊稀土元素相对来说较为富集，La(4%～13%)和Ce(18%～28%)含量低，Sm(1%～5%)和Gd(1%～3%)含量高，LREE/HREE值为7.28～22.31，(La/Yb)N比值为44.17～80.90；而热液和沉积成因的独居石中稀土元素的含量则明显较高，轻稀土元素和Eu，Tb等特殊稀土元素相对较为富集，La(12%～18%)和Ce(>28%)含量高，Sm(0.63%～1.06%)和Gd(0.19%～1.54%)含量低，LREE/HREE(17.12～63.64)，(La/Yb)N(37.5～53.88)，热液和沉积成因的独居石中轻重稀土比值明显高于岩浆成因的独居石，推测可能是因为热液和沉积成因独居石中的轻稀土在成矿流体演化过程中得到了进一步的富集[22]。洪文兴[23]等人通过对各种成因类型的独居石进行电子探针分析，研究其微粒微区分布特征，结果显示，岩浆成因独居石中稀土元素∑La～Lu的含量(一般低于53%)明显低于热液和沉积成因独居石微粒中稀土元素∑La～Lu的含量(53.81%～60.04%)，推测可能是岩浆独居石中有较多的稀土元素被其他元素类质同像置换导致的。

热液和沉积成因的独居石中U，Th，Y含量通常较低(Th一般小于1%)，岩浆独居石与热液独居石的Th/U值差别较大，岩浆独居石中Th/U值与Th和U在岩浆中的含量及它们在独居石和岩浆中的分配系数有关。一般情况下，岩浆独居石中Th/U值较大，而热液独居石Th/U值较小[22]。热液成因独居石一般与热液矿物，如石英和绢云母等有关，它们通常被粒径较小的热液金属矿物包裹，且Th，U和稀土元素的含量非常低；沉积成因的独居石与其自生矿物有关，通常具有不规则形状[24-27]。

电子探针数据表明(表1、表2)，老寨湾独居石核部稀土元素的分布不具有明显的四分组效应，而是呈现出Eu负异常的右倾分配模式[28-29]。四分组效应与岩矿形成过程中的水岩作用密切相关，因此说明老寨湾的独居石在形成过程中处于水含量极少的沉积状态或岩浆熔融状态，所以无法形成四分组效应[30]。核部独居石相对富集HREE和Ho，Tm，Lu等元素，而边部独居石则相对富集LREE和Th，Eu等元素，由稀土元素球粒陨石标准化分布图可知(图8)，核部独居石出现Eu负异常，且向右倾，主要元素的含量和Th/U值与边部独居石也有较明显的差异，说明核部的独居石是沉积和岩浆成因的碎屑独居石；而边部的独居石Th/U值比核部独居石小，稀土元素Tb和Dy的含量由于低于检测下限无法测出其含量，且有部分重稀土元素缺失，Ho，Er，Yb，Tm，Lu，U，Th元素的含量也极低，在不考虑数据缺失的情况下，稀土配分曲线中的一组元素(La，Ce，Pr，Nd)表现出M型曲线，呈现出正Eu异常，因此表明老寨湾边部独居石为热液成因。

表1 老寨湾矿区独居石电子探针稀土元素及部分微量元素数据统计表 10-6

表2 老寨湾矿区独居石电子探针稀土元素数据统计表 10-6

图8 老寨湾独居石稀土配分曲线

5.2 金矿化过程中独居石的形成

大量的实验研究表明，独居石会被钙碱性流体的交代作用溶蚀分解，形成新的独居石[31-32]，此外，岩浆期后热液也会使早期的富Th独居石分解并吸收Yb，Th，P等元素[9-11]，在退变质作用中形成新的不含继承Pb的贫Th独居石[12-13]。美国内华达州和我国滇黔桂地区的卡林型金矿均与岩浆期后热液紧密相关[33-36]。在老寨湾金矿含金量较高的矿石中有贫Th独居石与载金硫化物共生，这种独居石的年龄在一定程度上可以代表金矿年龄。在低温、低压，有石英存在的碱性条件下，独居石有显著的物质迁移现象，其中Si和Th占主导地位[37-38]，热液成因独居石中Th表现出最大的质量损失，部分Th会沉淀在硫酸盐或磷硅酸盐矿物中[39-40]，因此导致热液独居石中的Th含量较低，这与本研究中热液独居石具低Th的特征一致。

独居石除了受热液改造外还会受变质作用的影响，而华南大陆主要以区域沉积作用为主，自三叠纪到现在该区的独居石都未经过变质作用。结合矿物学研究，综合认为老寨湾边部的独居石为热液成因，形成后未经历过变质作用，且与金矿的沉淀同时发生。

6 结论

电子探针测试分析表明，老寨湾金矿独居石稀土配分曲线不具四重分组效应，说明老寨湾独居石在形成过程中处于水含量极少的沉积状态或岩浆熔融状态。稀土元素球粒陨石标准化分布图显示，边部独居石具有明显Eu负异常，且Y，Th，U，Yb等元素含量偏低，综合推断老寨湾矿床的独居石为热液成因独居石，是岩浆期后载金热液流体交代地层碎屑富钍独居石并伴随金的沉淀过程而形成。