豫西上宫金矿床成矿流体特征

王俊德，任彧仲，杜晓阳，夏文则，岳 辉，孙朝阳，孙乐飞

(1.河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院；2.河南省金银多金属成矿系列与深部预测重点实验室；3.自然资源部贵金属分析与勘查技术重点实验室)

上宫金矿床位于华北克拉通南缘熊耳山金矿田北部，隶属于河南省洛宁县西山底乡，矿区中心点坐标为：东经111°34′18″，北纬34°09′12″。上宫金矿床是20世纪90年代在熊耳山金矿田内发现的构造蚀变岩型金矿床。在全国“358”找矿突破战略行动中，上宫金矿床深部取得重大找矿突破，新增金资源量50 t以上。近年来，许多学者已对典型矿床开展成矿期次及成矿流体物理化学特征研究[1-4]，本文以“河南省洛宁县上宫金矿深部普查”和“河南省康山—上宫金成矿带三维地质建模与资源定量预测研究”项目为依托，对上宫金矿床成矿流体特征进行研究，旨在为区域内类似金矿床开展矿化期次及成矿流体的物理化学特征研究提供借鉴。

1 区域地质背景

上宫金矿田位于华北板块南缘，华熊台隆熊耳山隆断区中部[5],结晶基底为太古界太华群片麻岩，盖层为中元古界熊耳群火山岩。区域断裂主要为近东西向马超营断裂，北东向上宫断裂、焦园断裂等(见图1)。其中，上宫断裂北东段纵贯全区，为主要控岩控矿构造。区域岩浆岩发育，出露燕山期花山、五丈山、合峪等岩体，主要为重熔型花岗岩体，大量研究表明，花山岩体与金矿床的形成密不可分[6-9]。区域成矿地质条件优越，矿产资源丰富，规模较大的有上宫构造蚀变岩型金矿床，祈雨沟、店房爆破角砾岩型金矿床，沙沟、铁炉坪银铅锌矿床等[10-11]。

1—第四系 2—中元古界官道口群白云岩夹石英砂岩 3—中元古界熊耳群火山岩 4—太古界太华群片麻岩 5—花岗岩 6—研究区 7—断裂 8—不整合接触界线 9—金矿床(点)及名称 10—铅锌银矿床(点)及名称 11—钼矿床(点)及名称

2 矿区及矿床地质特征

2.1 矿区地质

矿区出露地层主要为太古界太华群石板沟组(Arsb)片麻岩和浅粒岩，中元古界熊耳群许山组(Pt2x)安山岩、鸡蛋坪组(Pt2j)流纹岩及新生界第四系(Q)残坡积物和松散砂砾石层(见图2)。矿区内断裂发育，根据走向及力学性质，可分为北东向、北北东向和北北西向3组。其中，北东向断裂、北北东向断裂形成的含金构造蚀变带，是矿床主要含矿构造。北东向断裂F1为区域性断裂，是矿床主要控矿断裂，总体走向45°，倾向南东或北西，倾角45°～85°，宽20～30 m，最宽达400 m。矿区内岩浆活动主要表现为中元古代的火山喷发和浅成相岩脉侵入。

1—第四系 2—鸡蛋坪组 3—许山组 4—石板沟组 5—燕山期花岗岩 6—含金构造蚀变带 7—浅部已探明矿体及编号 8—地质界线 9—不整合接触界线 10—断裂及编号 11—勘探线及编号

2.2 矿床地质

矿区内发现多条不同规模、不同矿化程度的含金构造蚀变带，其中赋存于F1、Ⅳ、Ⅴ断裂内的含金构造蚀变带规模较大[12]。矿体赋存于含金构造蚀变带中，以主矿体F1-Ⅰ7为例，介绍矿区内矿体大致特征。F1-Ⅰ7矿体赋存于含金构造蚀变带下盘，近矿围岩主要为构造角砾岩、碎裂岩及碎裂安山岩等构造岩类。矿体赋存标高-558～672 m，埋深512～1 210 m，长度1 892 m，倾向最大延伸637 m，向北东侧伏，侧伏角约40°，厚度0.53～5.66 m，金品位0.32×10-6～53.94×10-6，金平均品位5.14×10-6。

顶底板近矿围岩1.5 m范围内具有硅化、绢云母化、黄铁绢英岩化、碳酸盐化等，矿体与围岩界线较为清晰，局部呈过渡关系。除近矿围岩外，矿区其他区域也存在强烈的蚀变，且类型复杂。蚀变类型主要有硅化、碳酸盐化、黄铁矿化、绢云母化、钾化、绿泥石化、赤铁矿化，次为绿帘石化、伊利石化、萤石化，及少量重晶石化。硅化主要分布于构造破碎带内，具体表现为含矿热液交代或充填各类构造岩而形成的硅化岩石和石英脉等，具有多期次的特点；碳酸盐化主要以白云石、铁白云石、方解石、菱锌矿等矿物形式出现，并且铁白云石化贯穿整个成矿期；黄铁矿化是最为普遍的热液蚀变之一，发育期次多，几乎贯穿整个成矿期。

3 成矿流体特征

3.1 包裹体的矿相学特征

包裹体对于研究矿物形成时的物理化学条件是一种极为重要的载体，许多学者开展过包裹体的研究[13-14]。上宫金矿区石英矿物中包裹体较为发育，以原生包裹体为主，少量假次生包裹体和次生包裹体，主要成群分布，部分呈带状分布(见图3)。本次研究选择的包裹体形态多样，有椭圆形、菱形、梯形、三角形和各种不规则形。包裹体密度小，多为随机分布，部分沿晶内裂隙和晶体生长带分布。包裹体粒度多数在(2 μm×3 μm)～(4 μm×7 μm)。包裹体以气液两相包裹体为主，少量CO2包裹体、纯气相包裹体及含子晶三相包裹体。气液比变化较小，从5 %～30 %均有产出，但以5 %～10 %的气液比为主。

LH2O—液相H2O LCO2—液相CO2 VCO2—气相CO2

3.2 流体包裹体均一温度、盐度特征

前人对上宫金矿床流体包裹体进行多次研究，大致将流体演化划分为3个阶段，并且各阶段温度跨度大致相等。其中，范宏瑞等[15-16]对矿石中石英包裹体进行了均一法测温，研究数据显示，上宫金矿床最佳成矿温度为190 ℃～280 ℃，且以215 ℃～280 ℃最为有利。主成矿阶段形成深度3.8～10.5 km(封闭系统)，盐度1.1 %～28.3 %，表明该矿床为中深成中低温岩浆期后热液金矿床。

根据野外成矿阶段划分，认为上宫金矿床成矿流体演化过程复杂，至少存在4个成矿阶段：石英-铁白云石化-(少)黄铁矿阶段(Ⅰ)，该阶段石英多呈粗脉状、团块状、透镜状、角砾状等产出(见图4-b)，被后期石英-硫化物细脉胶结并发生面状蚀变，形成铁白云石化-硅化蚀变岩，黄铁矿仅以较粗粒发育在石英脉或铁白云石裂隙面中，金矿化较差，次要蚀变为绿泥石化和绢云母化。石英-多金属硫化物-铁白云石阶段(Ⅱ)，该阶段黄铁矿等金属硫化物(少量方铅矿、黄铜矿、闪锌矿)以细粒—微细粒或粉末状产于硅化、铁白云石化中，呈烟灰色(见图4-a、c、g、h)，此阶段是金的主要成矿阶段。中细粒方铅矿-闪锌矿-黄铁矿-石英阶段(Ⅲ)，该阶段的方铅矿呈钢灰色，自形—半自形粒状(中细粒)结构，与闪锌矿共生产出；闪锌矿，褐色—棕褐色，自形—半自形粒状(中细粒)结构，呈脉状、团块状与方铅矿共生产出；黄铜矿、黄铁矿，少量呈星点状或团块状与方铅矿、闪锌矿共生(见图4-d)。石英-碳酸盐(-萤石)阶段(Ⅳ)，该阶段铁白云石、方解石、石英，以及少量萤石、重晶石呈细脉穿插早阶段矿石(见图4-i)，并伴有赤铁矿化和少量绿泥石化、绢云母化，且有较少量硫化物生成。

Py—黄铁矿 Cp—黄铜矿 Ga—方铅矿 Sph—闪锌矿 Qz—石英

本次流体包裹体测温样品采集工作，根据划分的4个成矿阶段，对F1断裂内矿体中深部586 m中段至986 m中段采集样品进行测试。流体包裹体显微测温结果及相关参数见表1。由表1可知，流体包裹体完全均一温度为102 ℃～466 ℃，大致出现4个峰值(见图5)，并且第2峰、第3峰值界线不明显，这可能是由于成矿Ⅲ阶段与成矿Ⅱ阶段在时限上流体系统关系密切。

图5 上宫金矿床矿石石英包裹体完全均一温度直方图

表1 上宫金矿床流体包裹体显微测温结果及相关参数

完全均一温度大部分分布在150 ℃～280 ℃，反映上宫金矿床应为以中温为主的中低温热液矿床。与前人的研究成果相似的是，成矿Ⅰ阶段富含CO2包裹体，液相均一，完全均一温度最高(320 ℃～390 ℃)；成矿Ⅱ阶段为复杂的纯CO2包裹体、富CO2包裹体和贫CO2包裹体组合，异相均一化，完全均一温度为230 ℃～300 ℃，有沸腾现象；成矿Ⅲ阶段为富CO2包裹体和贫CO2包裹体组合，异相均一化，完全均一温度180 ℃～240 ℃，与成矿Ⅱ阶段无明显界线；成矿Ⅳ阶段为贫CO2包裹体，液相均一，完全均一温度110 ℃～200 ℃。

综上所述，上宫金矿床成矿温度为180 ℃～330 ℃，最有利的成矿温度为200 ℃～300 ℃。盐度为0.35 %～43.73 %，主要集中于5 %～10 %(见图6)，1 375个数据的平均盐度为8.9 %，反映其为中高盐度流体。

图6 上宫金矿床矿石石英包裹体盐度直方图

4 讨 论

4.1 成矿压力及成矿深度

成矿压力及成矿深度估算是人们一直想解决的、较复杂的问题。可通过研究热液型矿床的流体包裹体特征并进行分类，找出含CO2、H2O-CO2体系的包裹体进行成矿压力及成矿深度估算。

本次研究通过在样品中找同源包裹体和CO2包裹体，用冷冻法确定纯CO2包裹体和纯H2O包裹体，测定CO2包裹体部分均一温度和纯H2O包裹体完全均一温度。根据CO2包裹体部分均一温度和CO2相密度关系图解(见图7)求出CO2的密度，H2O密度亦可用图解法、查表法或计算法确定。结合H2O和CO2体系联合p-t图解(见图8)，得到成矿流体压力估算结果(见表2)。结果显示，成矿压力为80～93 MPa。根据该矿床无沸腾包裹体、中高盐度、中低温等特征，以1 MPa/0.1 km的开放系统计算，成矿深度应该在8.0～9.3 km；按封闭系统(2.7 MPa/0.1 km)计算，成矿深度应该在2.2～2.5 km。

表2 上宫金矿床成矿流体压力估算结果

图7 CO2包裹体部分均一温度和CO2相密度关系图解

图8 H2O和CO2体系联合p-t图解

4.2 成矿流体成分特征

铁白云石、石英、方解石流体包裹体成分测定结果见表3。由表3可知，包裹体气相成分以H2O为主，次为CO2，二者占总量97 %以上，含少量CO及微量CH4和N2，晚期方解石中H2O和CO2含量明显减少，且几乎不含CO、CH4和N2，反映岩浆热液成因的特点。n(CO2)/n(H2O)值为0.068～1.310，平均值为0.730，相对较高，反映岩浆热液成因的特点。

表3 上宫金矿床铁白云石、石英、方解石流体包裹体成分测定结果

液相成分中阳离子以Ca2+为主，Na+、K+次之；阴离子成分以Cl-为主。晚期方解石中Ca2+含量明显比铁白云石、石英中多，且Na+含量明显减少，反映成矿流体总体以富钙、钠为特点。

综上所述，上宫金矿床成矿流体为含卤素和碱质的水溶液，属于NaCl-CO、CO2-H2O的水溶液体系，随着温度的降低，由主成矿阶段到成矿后阶段，成矿溶液发生了由弱酸性向弱碱性的变化。

5 结 论

1)上宫金矿床包裹体以气液两相包裹体为主，少量CO2包裹体、纯气相包裹体及含子晶三相包裹体。

2)上宫金矿床成矿温度为180 ℃～330 ℃，最有利的成矿温度为200 ℃～300 ℃。包裹体盐度为0.35 %～43.73 %，主要集中于5 %～10 %，平均值为8.9 %，为中高盐度流体。

3)上宫金矿床成矿压力为80～93 MPa，以1 MPa/0.1 km的开放系统计算，成矿深度应该在8.0～9.3 km；按封闭系统(2.7 MPa/0.1 km)计算，成矿深度应该在2.2～2.5 km。

4)上宫金矿床成矿流体为含卤素和碱质的水溶液，属于NaCl-CO、CO2-H2O的水溶液体系，随着温度的降低，由主成矿阶段到成矿后阶段，成矿溶液发生了由弱酸性向弱碱性的转变。