红化蚀变-碳酸盐脉复合型金矿地质地化特征及成矿机制探讨-以老挝爬奔金矿为例

高亚龙 石永兴 金文强 韩志伟

（天津华北地质勘查局，天津 300170）

0 引言

老挝爬奔金矿位于老挝琅勃拉邦省巴乌县，自上世纪90年代发现并勘查以来，目前已达大型规模。其矿体由含金方解石脉或其两侧的红化碳酸盐化蚀变带单独或复合产出，矿化特征与国内胶东和豫西地区破碎蚀变岩型、石英脉型金矿床（宋明春等，2020；李宗彦等，2004）差异明显；矿体内几乎不发育黄铁矿、载金矿物主要为碳酸盐矿物及其特征性的红化蚀变等特征也使其区别于胶东辽上黄铁矿碳酸盐脉型金矿（李国华等，2017）；矿物组合、围岩蚀变与同区域成矿带上的斑岩-矽卡岩型、浅成低温热液型金矿有明显差异（施美凤等，2013）；其独特的地质矿化特征，目前国内已报道金矿类型中鲜有描述（毛景文等，2005；张文钊等，2014）。

近年来随着矿山开发程度的加大，对该矿的研究工作不断深入（陆芳芳等，2015；牛英杰等，2015，2017；杨昌正等，2017；郭林楠等，2019；Guo et al.，2019），但目前对本矿的地质地化特征的独特性及其成矿机制缺乏全面系统的总结阐述；同时对该类型金矿特征的总结研究，对于指导区域上同类型金矿的找矿工作意义重大。本文对爬奔金矿地质地化特征进行了系统总结研究，探讨了其成矿机制，为区域上同类型金矿的研究和找矿工作提供了借鉴和指导。

1 成矿地质条件

爬奔金矿大地构造上位于思茅—彭世洛地块（王宏等，2015）东部的墨江-黎府火山弧带。矿区地层由新到老为中上三叠统紫红色砾岩、砂岩，二叠系安山岩、凝灰岩、玄武岩、灰岩及石炭系泥质粉砂岩、页岩、泥灰岩等，总体北东向展布，彼此不整合或断层接触。

矿区褶皱构造只发育于基底石炭系地层中。断裂构造发育，走向上以北东向、北西-北北西向为主，其次为北西西向：（1）北东-北北东向韧脆性断裂，构成了矿区主体构造格架，具多期多阶段性，与区域内北东向韧脆性剪切带基本一致；（2）北西-北北西向断裂：主要含矿构造，倾向南西，呈右行侧幕式近平行排列；（3）北西西向断裂：倾向南西，右行平移张扭性断裂，切割了北东向及北西-北北西向断裂、三叠系及之前的地层。

矿区岩浆活动比较微弱，下二叠统灰岩底部发育安山质凝灰岩；晚二叠世发育安山岩、玄武安山岩，主要出露在矿区西部。

2 矿体地质特征

矿区目前发现的金矿体主要赋存于下二叠统厚层灰岩之中。区域性北东向琅勃拉邦断裂贯穿全区，控制下二叠统含矿灰岩块体的分布和定位，在灰岩地层中形成了一组北西-北北西向的次级断裂构造，矿体主要赋存在该组断裂中，呈现‘北东成带、北西成矿’特点。

2.1 矿石矿物组成及结构构造特征

矿石矿物主要为自然金。脉石矿物主要为方解石，其次为菱铁矿等碳酸盐类矿物，另外含极少量石英、黄铁矿、雄黄、雌黄。矿石结构主要有灰岩经交代蚀变后形成的内碎屑亮晶、内碎屑微晶结构，受构造作用影响形成的碎裂岩化、弱糜棱岩化和糜棱岩化等定向结构，和充填作用形成的碳酸盐脉体的自形粒状结构。矿石构造主要有块状构造、角砾构造（压溶角砾、断层角砾、液压致裂角砾）、脉状构造、条带构造（压溶劈理，压溶线理）、网脉状构造、缝合线构造等。

2.2 矿化类型及特征

矿区主要矿化类型为蚀变岩型、方解石脉型和角砾岩型。

蚀变岩型：为早期含矿热液交代北北西向断裂、构造破碎带内灰岩角砾及上下盘灰岩围岩，发生铁碳酸盐化、赤铁矿化和褐铁矿化等蚀变作用，在此过程中释放出金赋存到碳酸岩矿物中，形成了蚀变岩型金矿石。该阶段由于Fe离子呈机械混入物或铁碳酸盐、赤铁矿和褐铁矿等矿物形式的带入，矿化岩石呈弱红色-红色，为爬奔金矿主要矿化类型。

方解石脉型：走向北西-北北西，以单个方解石大脉为主，厚度1cm～2m，可进一步分为条带状方解石脉型和粗粒自型方解石脉型矿化。粗粒自型方解石脉型矿化：以方解石为主，含少量菱铁矿、白云石、石英；单独出现或产在条带状方解石脉两侧，垂直脉壁向外生长，形成自型粗粒方解石晶簇；局部切穿、胶结早期红化蚀变岩或其角砾，走向上延伸不稳定，局部尖灭，整体金含量较低。条带状方解石脉型矿化：多在方解石复脉的中心呈平行密集条带状展布，呈很细的舒缓弯曲的锯齿状；条带颜色深浅分明，黑-灰黑色，局部淡红-淡黄，为微晶方解石，可能有一定的泥质和硅质；浅色条带为白色细晶方解石；局部脉体内部或边部零星发育星点状或团块状雄黄，个别脉体切穿交代早期蚀变岩；是矿区主要的方解石脉型金矿化。

角砾岩型：晚阶段构造活动以及流体压力使得构造带内灰岩围岩、早阶段矿化蚀变岩及方解石脉被破碎成角砾，并被成矿热液胶结形成角砾岩型矿化；分布较局限，是本区金品位最高的矿石。

以上三种矿化类型形成从早到晚依次为蚀变岩型金矿→方解石脉型金矿→角砾岩型金矿，局部叠加复合形成富矿石。

2.3 围岩蚀变

以低温蚀变为特征，表现为方解石溶解形成含钙、铁、硅溶液，再次对灰岩进行交代，是原地、半原地、就近溶解和交代。蚀变类型主要有碳酸盐化（主要指方解石化）、菱铁矿化、褐铁矿化、赤铁矿化等，其中菱铁矿化、褐铁矿化和赤铁矿化在肉眼尺度表现为岩石整体的“红化”蚀变；矿区硅化很弱，肉眼不可辨，显微镜下主要呈细脉状微晶石英或玉髓。

3 矿床地球化学特征

3.1 流体包裹体特征

方解石中流体包裹体为液气（L-V）二相包裹体，大小（2～10）μm×（2～6）μm，呈圆、椭圆形、条、肾、眼、三角状和不规则状，成群或散状分布；以液相为主，其气液相体积比多介于5%～15%，部分在20%～30%之间。

流体包裹体的液相成分浓度组成上Na+＞K+＞Ca2+＞Mg2+，Cl-＞HCO3-＞F-，各组分的浓度均显著低于典型的盆地卤水；气相组成主要为CO2，占气体总量的97.5%以上，其次为痕量CH4（牛英杰等，2017）；成矿流体为富含CO2的低矿化度Na-K-Cl型热液。

流体包裹体均一温度介于107～332℃，集中在160～260℃，冰点温度为-10.7～-0.5℃，盐度1.22～16.7wt.%NaCleq（陆芳芳等，2015）；其中方解石脉型金矿石中包裹体均一温度介于162～268℃、冰点温度介于-6.5～-2.1℃、盐度3.5～9.9wt.%NaCleq，蚀变岩型矿石中包裹体均一温度介于157～239℃、冰点温度介于-5.2～ -0.9℃、盐 度1.6～8.1wt.% NaCleq（Guo et al.，2019）；成矿热液为中低温低盐度NaCl-H2O体系。

3.2 氢氧同位素

不同学者对方解石矿物包裹体水氢氧同位素测试结果差异性较大。陆芳芳等（2015）测得δD 值在-49～-92‰之间、平均-82.82‰，δ18OH2O介于8.32～13.42 ‰，平均11.17‰；Guo et al.（2019）测得δD 值在-68～-51‰之间，平均-58‰，其中含金方解石脉型矿石中方解石δD 值介于-59～-51‰（均值-54‰）、δ18OH2O介于15.0～20.8‰，红化蚀变岩型矿石中方解石δD 值介于-68～-55‰（均值-62‰），δ18OH2O的值介于18.1～19.4‰。不同学者样品差异性较强；考虑到近年来随着采矿活动的推进，矿体揭露信息的丰富及矿床地质特征认识的深化，认为后期学者（Guo et al.，2019）获得的采样数据精准性和代表性更强。

爬奔金矿的成矿流体δD 值与滇西温泉的δD 值域（-80.8～-113.0‰）不一致，与滇中地区中生代大气降水的δD 值（-98‰左右）存在差异；不同学者样品数据均与岩浆水差异较大，且均偏离大气降水线；矿区成矿流体低盐度特征与岩浆热液高盐度特征（陈衍景等，2007）不符；矿区目前尚未发现侵入岩体；最新样品氢氧同位素测试结果与变质热液相近，揭示变质热液参与成矿。

3.3 碳氧同位素特征

矿区载金方解石碳氧同位素分析结果显示，13C值介于-5.2～1.8‰，18O 值介于20.0～29.6‰；灰岩围岩的δ13CV-PDB范围为2.6‰～3.6‰，平均3.1‰，略高于方解石；灰岩的δ18OV-SMOW值介于18.8‰～27.4‰，平均24.3‰，略低于方解石（Guo et al.，2019;牛英杰等，2015）。样品同位素组成与沉积有机物、地幔、岩浆成因碳酸盐差别较大，与海相碳酸盐及矿区灰岩C-O同位素较为接近，揭示成矿流体与灰岩围岩继承性。

3.4 稀土元素特征

矿区灰岩、弱蚀变灰岩、红化蚀变岩总体上均呈轻稀土元素富集、重稀土元素平坦的配分模式，三者与载金方解石脉均表现出相似的负Eu 异常（δEu 均值分别为0.67、0.70、0.68、0.77）和较强的负Ce 异常（δCe 均值分别为0.39、0.38、0.38、0.40），稀土元素配分曲线具有相似性；灰岩、弱蚀变灰岩、红化蚀变岩和载金方解石脉的Tb/La 和Sm/Nd 比值显示逐步升高趋势，揭示上述地质体从早到晚继承演化特点（Chesley，1991）。

由灰岩→弱蚀变灰岩→红化蚀变岩→载金方解石，稀土元素总量平均值15.30×10-6→8.82×10-6→6.45×10-6→2.68×10-6，呈降低趋势，表明三者继承同时具备分异演化特点，也不排除成矿过程中有大气降水的逐步混入；灰岩、弱蚀变灰岩和红化蚀变岩的LREE/HREE 均值分别为3.49、2.68和2.36，轻稀土元素分馏程度明显强于重稀土，这与LREE 比HREE 更容易置换晶格中的Ca2+而进入新生成的方解石矿物（梁婷等，2007）有关；载金方解石脉的LREE/HREE均值1.26，未表现出轻稀土元素富集特征，这与流体演化晚期随着CO32-含量降低，pH 值升高、温度降低环境下流体络合反应（Bau，1991）有关。

雄黄和雌黄稀土元素含量特征非常相似，稀土元素总量明显低于围岩、矿化蚀变岩和载金方解石，稀土元素配分模式总体上呈较明显的轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的“右倾”配分模式，δEu和δCe未显示负异常，配分曲线明显不同于灰岩、弱蚀变灰岩、红化蚀变岩和载金方解石脉；郭林楠等（2019）测得雄黄和雌黄δ34SV-CDT值介于-2.2‰～-0.2‰，与地幔或岩浆δ34S值相近，表明成矿过程可能有深部流体参与。

综上，稀土元素特征显示弱蚀变灰岩、红化蚀变岩及载金方解石与灰岩围岩有继承关系，可能是灰岩围岩依次重溶再结晶的产物，方解石脉阶段可能有深部流体参与。

3.5 不同构造岩石元素富集特征

矿区灰岩围岩发生不同程度的糜棱岩化，其内压剪压溶现象比较普遍。针对压剪压溶作用的先后递进，按形成先后依次采取了糜棱岩化压溶灰岩→斜列剪切方解石脉→网脉状方解石→北西向方解石脉→构造角砾岩开展元素地球化学富集规律对比研究。

与本区正常灰岩相比，糜棱岩化压溶灰岩→斜列剪切方解石脉→网脉状方解石→北西向方解石脉→构造角砾岩中：Au、As、Sb和Hg等元素表现出逐步富集特征，Au 富集系数自2.37→3.56→78.53→234.21→2188.88 倍，其中网脉状方解石中Au 局部富集系数较高，开始形成金矿石或矿化；As富集系数自1.25→3.68→3.80→70.75→22.05 倍，北西向方解石脉中As 富集系数很大，局部出现了雄黄、雌黄；Sb 富集系数自0.97→1.65→1.13→3.94→14.65倍，Hg富集系数自1.29→1.56→3.81→26.92→65.26 倍；Au、As、Sb 和Hg 元素为爬奔金矿矿（化）体的主要异常指示元素组合，其逐步富集揭示了成矿作用与灰岩压剪压溶作用逐步递进的吻合性。

4 成矿机制探讨

爬奔金矿赋存于区域性琅勃拉邦脆韧性剪切带内下二叠统灰岩中，上二叠统安山岩及三叠系砂岩中未发现金矿化。矿床地质地化特征总结研究表明，成矿经历了同造山→后造山→造山后三期七阶段，前三阶段为构造为主流体配合的成矿物质准备期，中间三个阶段为流体为主构造配合的流体涌流成矿期，最后阶段为构造为主流体配合的成矿晚期或成矿期后，各阶段特征分述如下：

（1）压碎及初糜棱岩化阶段：韧性变形作用初期，形成压溶角砾、缝合线等压溶构造，压溶构造是流体出溶的标志，是成矿的物质准备过程；

（2）糜棱岩化与剪切层内（层间）流动阶段：韧性剪切发育期，构造-流体第二次耦合，定向动态重结晶形成一系列定向糜棱岩组构，Au充分活化，进入活动态；

（3）自由流体切层流动阶段：压剪斜列方解石脉，代表流体出溶的结束和流体涌流的开始；

（4）韧性-韧脆性剪切转换阶段：随着脆性变形加强，裂隙发育，各种不同方向的斜列压剪裂隙和方解石脉互相贯通连接形成方解石网脉，代表脆性变形的加强和流体涌流的开始，矿化相关元素出现沉淀和富集，同时也淋滤围岩中的相关元素，流体与围岩发生强烈的扩散交代形成蚀变岩型金矿化或矿石；

（5）韧脆性-压扭性脆性变形转换阶段：随着脆性变形加强，出现北北西向断裂带，其内早期发育方解石脉显示韧性与脆性兼有的特点，该阶段流体主动扩容、脉动式开合充填，形成了密集分布的黑白相间的舒缓波状或圆滑的锯齿状条带条纹状含金方解石脉；

（6）压扭性-张性转换阶段：随着流体压力的急剧增加，出现流体大规模涌流，后期沿断裂充填，条带状方解石脉再次张开，流体充填在其两侧形成粗粒自型晶方解石脉；同时在断层构造角砾岩带，岩石孔隙度提高，压力骤然降低，在流体扩容-充填贯入的过程中，随着压力的突然降低，巨大流体压力和蒸汽压力的涌流和扩容过程还会产生新的热液角砾岩，该阶段物化条件剧烈变化导致热液的快速卸载，形成矿区最富的矿石类型；

（7）成矿后：形成了粗粒自型方解石脉与马尾丝状透明方解石微细脉。

5 结论

（1）爬奔金矿金属矿物主要是自然金，偶见雄黄、雌黄等硫化物；脉石矿物主要是方解石，极少量石英；蚀变主要为红化（菱铁矿化、褐铁矿化、赤铁矿化等组合蚀变在肉眼尺度直观表现）、碳酸盐化，弱硅化；矿化类型从早到晚依次为蚀变岩型金矿→方解石脉型金矿→角砾岩型金矿，局部叠加复合形成富矿石。

（2）流体包裹体均一温度集中在160～260℃，盐度1.22～16.7wt.%NaCleq，为中低温低盐度热液矿床；O-H 同位素结果显示，成矿热液与变质热液的特点相近；C-O 同位素结果揭示成矿流体与灰岩围岩继承性；稀土元素特征显示弱蚀变灰岩、红化蚀变岩及载金方解石与灰岩围岩有继承关系；不同构造岩石元素富集特征显示，从糜棱岩化压溶灰岩→剪切斜列方解石脉→方解石网脉→北西向方解石脉→构造角砾岩，Au-As-Sb-Hg 金矿化异常指示元素组合呈逐步富集趋势，成矿作用与灰岩围岩压剪压溶作用逐步递进具有吻合性。

（3）以爬奔金矿为代表的红化蚀变-碳酸岩脉复合型金矿是以区域动力变质作用下灰岩围岩压剪压溶构造流体为主，可能有深部岩浆流体或大气降水阶段性参与成矿。