黑龍江省黑河三道灣子金礦床成礦流體特征及成因探討

黑龍江省黑河三道灣子金礦床成礦流體特征及成因探討

黑龍江省黑河市三道灣子金礦床位于大興安嶺東北端、小興安山嶺西北部。這是典型的金屬礦床。初期的研究認(rèn)為,該礦床中的金主要以銀金礦形式存在,并有少量自然金賦存于脈石礦物裂隙中(呂軍等,2005a;劉寶山等,2006)。陳美勇等(2008)通過光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡觀察和能譜分析發(fā)現(xiàn),該礦床中存在有大量的金、銀碲化物。Liu等(2009)則揭示出,其礦體中的金有95%以上以金、銀碲化物的形式存在,以裂隙充填和局部交代作用作為主要成礦機(jī)制,并提出該礦床是一個(gè)典型的低硫化物淺成低溫?zé)嵋盒徒鸬V床。金、銀碲化物在淺成低溫?zé)嵋航鸬V床中普遍存在(張招崇等,1994;毛景文等,2003),但是,以碲化物為主構(gòu)成的金礦床還鮮有報(bào)道。因此,對于這種類型金礦床的深入研究,有助于正確認(rèn)識和理解金、銀碲化物聚集和富集的機(jī)理及過程,對于這類礦床的成因機(jī)理與區(qū)域成礦規(guī)律的認(rèn)識具有重要意義。本文對三道灣子金礦床內(nèi)的含礦石英脈開展了流體包裹體巖相學(xué)觀測和顯微測溫,并運(yùn)用激光拉曼光譜對單個(gè)包裹體進(jìn)行了成分分析,結(jié)合硫、氫、氧、鉛同位素資料的分析,對該礦床的成礦溫度、流體來源、成礦作用進(jìn)行了討論,以期更深入地認(rèn)識三道灣子金礦床。1成礦過程及成礦階段晚中生代時(shí)期Izanagi板塊向歐亞板塊之下的俯沖作用,對于歐亞大陸東緣有著深刻的影響。區(qū)域性的巖石圈板塊的伸展形成了諸如松遼盆地、海拉爾盆地等中生代盆地群,以及華北變質(zhì)核雜巖構(gòu)造群。這次伸展事件直接導(dǎo)致華北克拉通出現(xiàn)了大規(guī)模的巖石圈減薄(Liuetal.,2006),造就了大興安嶺火山巖帶的發(fā)育,也伴隨著中國東部晚中生代成礦事件的發(fā)生(毛景文等,2005)。三道灣子金礦床位于大興安嶺東北端,其賦礦圍巖是大興安嶺晚中生代火山活動帶的一部分,主要為早白堊世塔木蘭溝期和光華期活動大陸邊緣陸相噴發(fā)火山巖(呂軍等,2005a)。在區(qū)域上受NE向深大斷裂的影響,NW向的張性斷裂系統(tǒng)為容礦構(gòu)造。該礦床的含金石英脈產(chǎn)于下白堊統(tǒng)塔木蘭溝組粗面安山巖和粗面安山質(zhì)火山角礫巖中。筆者及其同仁運(yùn)用LA-ICP-MS方法,對礦體圍巖塔木蘭溝組粗面安山巖及穿切礦脈的輝綠巖(脈)內(nèi)的巖漿結(jié)晶鋯石進(jìn)行了U-Pb年齡測定,依據(jù)這2個(gè)測年結(jié)果(另文發(fā)表),認(rèn)為該礦床的成礦時(shí)代為早白堊世。礦區(qū)內(nèi)主要有5條含金石英脈充填在NW向張性斷裂帶中,可劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等3個(gè)礦帶(圖1),沿走向延伸830m,寬1～70m。礦體形態(tài)以脈狀、透鏡狀為主,沿走向和傾向有膨脹及狹縮現(xiàn)象,產(chǎn)狀總體呈NW-SE走向,傾向NE,傾角50～80°,NW向側(cè)伏。用于流體包裹體研究的礦石主要采自Ⅰ號礦帶。Ⅰ號礦帶在空間位置上與Ⅰ號石英脈基本一致,長510m,平均寬4.5m,最寬處10m,最窄處不足1m。石英脈在走向上呈反“S”形,延伸基本穩(wěn)定,總體走向NW310°,傾向40°,傾角較陡,為53～68°(呂軍等,2005a;騰憲鋒等,2005)。三道灣子金礦床以碲化物為主的金屬礦物的成礦作用明顯表現(xiàn)出同期多階段礦化的特點(diǎn)。本文及Liu等(2009)經(jīng)過詳細(xì)研究,對該礦床的成礦過程進(jìn)行了重新劃分,共分為7個(gè)成礦階段(表1,圖2)。第1階段為黃鐵礦-石英階段,第2階段為多金屬硫化物-石英階段,第3階段為金銀碲化物共生集合體階段,第4階段為碲化物微-細(xì)脈階段,第5階段是金銀碲化物階段(碲化物脈階段),第6階段為自然金階段,第7階段為碳酸鹽-石英脈階段。前2個(gè)階段為早礦化階段,其后的4個(gè)階段為主成礦階段,第7階段為晚礦化階段,無礦化或局部可能有弱礦化。從成礦早階段的高硫礦化階段到主成礦階段的低硫富碲礦化階段,碲化物中的金含量急劇增高。2關(guān)于液體包體的研究2.1巖相學(xué)、顯微測溫和激光拉伸探針lgm原位成分分析實(shí)驗(yàn)樣品采自三道灣子礦區(qū)內(nèi)Ⅰ號礦帶地表探槽及4個(gè)中段的不同穿脈中的石英脈礦石,具有普遍性和代表性,其手標(biāo)本上可見塊狀、脈狀、網(wǎng)脈狀、浸染狀、梳狀、晶簇狀及角礫狀構(gòu)造。在對手標(biāo)本進(jìn)行詳細(xì)觀察的基礎(chǔ)上,選定切片位置,并對所有包裹體片先在顯微鏡下進(jìn)行了礦相學(xué)及流體包裹體巖相學(xué)的整體觀察和素描,在此基礎(chǔ)上,在冷熱臺上進(jìn)行了流體包裹體的巖相學(xué)觀測、照相和顯微測溫。顯微測溫及激光拉曼探針(LRM)原位成分分析在中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的流體實(shí)驗(yàn)室完成。顯微測溫采用MDSG-600冷/熱臺(與德國ZEISS公司的偏光顯微鏡匹配),溫度控制范圍為-196～600℃,可控的冷凍/加熱速率范圍為0.01℃/min～130℃/min,精確度及穩(wěn)定性為±0.1℃之內(nèi),樣品最大視域直徑為1cm。單個(gè)流體包裹體的原位成分分析采用英國Renishaw公司生產(chǎn)的RenishawinVia型激光拉曼光譜儀,其主要指標(biāo):①激發(fā)波長:514.5nm,785nm,空冷;②光譜范圍:100～4000cm-1,可連續(xù)掃描;③光譜分辨率:<2cm-1;④空間分辨率:×50倍鏡頭下,橫向分辨率<1μm,縱向分辨率<2μm;×100倍鏡頭下,橫向分辨率<0.5μm,縱向分辨率<1μm;⑤光譜重復(fù)性:+0.2cm-1。2.2流體包裹體形狀三道灣子金礦床內(nèi)的流體包裹體以原生為主,類型簡單,主要為鹽水溶液包裹體,包括含氣液兩相的液體包裹體、純液體包裹體和純氣體包裹體3種類型,未發(fā)現(xiàn)CO2型包裹體及含子晶的多相流體包裹體。含氣液兩相的液體包裹體占包裹體總數(shù)的90%以上,多為原生,次為假次生,少量為次生。包裹體大小為1～20μm,以3～10μm大小的為主;形狀以橢圓形居多,條形、板狀、不規(guī)則狀次之(圖3a、b、c),氣相分?jǐn)?shù)大多為5%～15%,有少量為30%～40%,偶見達(dá)60%左右的次生包裹體(圖3d)。少量,不足包裹體總數(shù)的5%,為次生或假次生包裹體,形狀規(guī)則,多成群、成帶分布,個(gè)體較小,一般為1～2μm(圖3e)。不足包裹體總數(shù)的2%,多為規(guī)則的圓形、橢圓形。在富礦段的含較多碲化物的包裹體片中為黑色(圖3f)、棕黑色及棕灰色,大小為5～15μm,為原生包裹體。成群出現(xiàn)的假次生、次生包裹體的大小為1～5μm,無色透明。2.3包裹體測溫結(jié)果以流體包裹體的詳細(xì)顯微觀察為基礎(chǔ),對石英中具代表性的流體包裹體進(jìn)行了測溫,盡可能做到對同一包裹體進(jìn)行加熱和冷凍雙重測定。所測試的流體包裹體的均一溫度總體為120～400℃,范圍較大。絕大多數(shù)流體包裹體均一到液相,只有極少數(shù)在完全均一前爆裂。在所有樣品的均一溫度直方圖(圖4,所有數(shù)據(jù)均用原生包裹體的均一溫度數(shù)據(jù))中,石英內(nèi)原生流體包裹體均一溫度的峰值為260～280℃,具有塔式效應(yīng),為主要的成礦溫度。所有樣品的均一溫度直方圖(圖4)是幾個(gè)階段的溫度疊加的結(jié)果。下面列舉2個(gè)典型樣品的包裹體測溫結(jié)果:樣品zhao-1采自富礦段130中段23穿脈,其包裹體片中可見2個(gè)階段的石英(圖5),分別為主成礦階段的碲化物-石英及晚礦化階段的石英脈。碲化物-石英階段原生包裹體的均一溫度為233～333℃,峰值為260～280℃,晚礦化階段石英脈中包裹體的均一溫度為160～292℃,主體在180～240℃(圖6)。樣品130CM23-3采自富礦段130中段23穿脈。該樣品中的石英可分為早礦化階段的透明狀石英脈、主成礦階段的針碲金銀礦-石英、晚礦化階段石英脈。早礦化階段石英脈的均一溫度為267～315℃,峰值為290～300℃,只有一個(gè)數(shù)據(jù)為386℃,其中的次生包裹體有2個(gè)區(qū)間,即260～267℃和350～372℃;針碲金銀礦-石英的均一溫度為251～303℃,峰值為260～280℃;晚礦化階段石英脈的均一溫度為192～242℃(圖7,表2)。上述2個(gè)樣品中,碲化物-石英階段是主成礦階段,其包裹體均一溫度代表了主成礦階段的溫度。通過對類似上述兩個(gè)典型樣品的分析及所有測溫?cái)?shù)據(jù)的整理,可將包裹體的均一溫度劃分為與成礦階段對應(yīng)的幾個(gè)溫度區(qū)間:早礦化階段的均一溫度為230～396℃,峰值不明顯;主成礦階段的均一溫度為220～320℃,峰值為260～280℃,是三道灣子金礦床主成礦階段碲化物的形成溫度;晚礦化階段的均一溫度為140～300℃,峰值為180～240℃,屬成礦晚期熱液,局部可能有弱礦化。2.4流體包裹體表面活性劑均一溫度特征流體包裹體的鹽度是根據(jù)包裹體冷凍回溫后最后一塊冰融化的溫度(冰點(diǎn)),再利用Hall等(1988)的方程計(jì)算而得,鹽度換算所用公式為:式中,w為鹽度[w(NaCleq)],X為冰點(diǎn)絕對溫度。表2僅列出了樣品130CM23-3中流體包裹體的冰點(diǎn)及對應(yīng)的均一溫度數(shù)據(jù)。本文應(yīng)用冷凍法測定了各成礦階段石英中包裹體的冰點(diǎn)溫度,通過計(jì)算得出三道灣子金礦床流體包裹體的鹽度w(NaCleq)范圍為1.05%～8.14%,主體為1.22%～3.87%。由此可見,該礦床各個(gè)成礦階段的流體均為低鹽度,其主體更為極低鹽度,而且鹽度的范圍窄(圖8)。2.5鹽度l0根據(jù)氣液包裹體在石英中的特點(diǎn)及均一溫度和冰點(diǎn)溫度數(shù)據(jù),選用NaCl-H2O溶液包裹體的密度公式(劉斌等,1987)對密度進(jìn)行了計(jì)算。式中,D為流體密度(g/cm3);t為均一溫度(℃);A,B,C為無量綱參數(shù),又是鹽度的函數(shù):w為鹽度[w(NaCleq)/%];A0、A1、A2、B0、B1、B2、C0、C1、C2為無量綱參數(shù),其數(shù)值如下:適用范圍:均一溫度(t)≤500℃;鹽度w(NaCleq)≤30%。把氣液包裹體的鹽度和均一溫度代入上述公式,計(jì)算出流體的密度為0.55～0.95g/cm3,主成礦階段流體的密度為0.70～0.85g/cm3,表明不同成礦階段的流體均為低密度流體。2.6主成礦段及深源流體的包裹體對三道灣子金礦床的流體包裹體樣品進(jìn)行了激光拉曼探針原位成分分析,可能因熒光的影響,使一些包裹體的測試結(jié)果不理想,但測出成分的包裹體的拉曼光譜峰值則很明顯。就那些測試出成分的包裹體而言,絕大多數(shù)液體包裹體的氣、液相成分均為水,富礦段內(nèi)部分液體包裹體的液相成分主要為H2O(圖9a),無CO2液相,部分包裹體含有甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、丁炔(C4H6)等烴類(圖9b),氣相成分以H2O、CH4為主,伴有丙烷(C3H8)、丁炔(C4H6)等烴類。富礦段內(nèi)的或與碲化物關(guān)系密切的褐黑色、黑色純氣體包裹體,屬主成礦階段包裹體,多為橢圓或近圓形,大小多在10μm左右,成分主要為甲烷(CH4),其次為丙烷(C3H8)、丁炔(C4H6)等(圖10),偶見有H2O、CO。此外,在富礦段內(nèi),上述褐黑色純氣體包裹體與大量碲化物伴生,它們包裹于石英顆粒中,多呈橢圓形或近圓形,大至20μm,小至1μm,碲化物與褐黑色純氣體包裹體常混雜在一起,極易混淆,這也說明褐黑色純氣體包裹體與碲化物成礦的相關(guān)性和重要性。此類包裹體特殊的形態(tài)、產(chǎn)狀具有重要意義,甲烷等烴類的存在可能指示了深源流體的存在,但流體成分的另一個(gè)特點(diǎn)是無CO2,這可能是因?yàn)樵摿黧w處于氧逸度較低的條件下,此時(shí),地幔流體的成分主要是甲烷和水(毛景文等,2005)。與絕大多數(shù)金礦床的流體成分(多富含CO2)不同,三道灣子金礦床具有顯著的自身特點(diǎn),從而也體現(xiàn)出其類型的特殊性。3礦物組成中的黃鐵礦本文的硫同位素?cái)?shù)據(jù)由中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地學(xué)實(shí)驗(yàn)中心的EA-Isoprime儀器測定。具體的實(shí)驗(yàn)流程為:碎樣至200目左右,將烘干的樣品稱取3份,每份約為0.10～0.12mg(包含盛樣的錫杯質(zhì)量);將稱出的樣品放入EA中,通入純度為99.99%的O2,進(jìn)行高溫燃燒,使礦物發(fā)生氧化還原反應(yīng),以WO3為氧化劑,反應(yīng)溫度為1000℃,瞬時(shí)溫度達(dá)到1800℃(錫杯助燃);高溫燃燒產(chǎn)生純SO2(多余的O2被純銅吸收),將其導(dǎo)入質(zhì)譜儀中進(jìn)行分析,得出硫同位素?cái)?shù)據(jù)。三道灣子金礦床的礦石中,黃鐵礦的含量整體上較少,且顆粒較細(xì)小,但與礦石中其他硫化物相比,其含量相對較高;在該區(qū)的黃鐵礦化粗安巖中,黃鐵礦含量高,顆粒粗大,自形程度高。本文用于硫同位素測試的樣品均采自石英脈礦石及黃鐵礦化粗安巖,唯一的黃銅礦樣品則采自130中段23穿脈的富礦體。由表3和圖11可見,黃鐵礦的δ34S值介于-1.64‰～1.91‰之間,組成較為穩(wěn)定,均一化程度較高,具有塔式效應(yīng);黃銅礦的δ34S值為-2.18‰。三道灣子金礦床的δ34S值在0附近,為較小的正值或負(fù)值,該數(shù)據(jù)與幔源硫(δ34S=0±3%)相吻合,表明硫的來源比較單一,具有地幔硫的特征,顯示出該礦床圍巖及礦體中的硫均屬深源。4成礦流體及成礦溫度大量流體包裹體及其巖相學(xué)分析揭示出三道灣子金礦床石英中流體包裹體的類型簡單,主要為液體包裹體,其成分均為NaCl-H2O溶液,氣相分?jǐn)?shù)大多數(shù)為5%～15%,以原生為主。測溫結(jié)果顯示,該礦床內(nèi)流體包裹體的均一溫度總體為120～400℃,峰值為260～280℃。對應(yīng)于早礦化階段、主成礦階段、晚礦化階段的流體包裹體的測溫結(jié)果為:230～396℃;220～320℃(峰值260～280℃);140～300℃(峰值180～240℃)?？傮w上呈現(xiàn)出均一溫度降低的趨勢。其成礦流體的鹽度w(NaCleq)變化于1.05%～8.14%之間,峰值為1.22%～3.87%,具有整體低、變化小、略有降低趨勢的特點(diǎn)。諸成礦階段的流體均為低密度流體。低鹽度低密度的成礦流體經(jīng)過早礦化階段的黃鐵礦-石英階段和多金屬硫化物-石英階段(第1和第2階段)的初始富集,形成了浸染狀貧礦石,細(xì)粒石英的晶出是流體冷卻所致,這2個(gè)階段的溫度范圍較寬,沒有明顯的峰值。在成礦物理化學(xué)條件改變的情況下,含Au-Ag-Te的低硫流體滲入到主要斷裂帶中,并受到構(gòu)造擾動的影響,經(jīng)歷了主成礦階段的4個(gè)階段,生成了浸染狀、脈狀、微細(xì)脈狀富礦石,有些礦石中可見到幾種結(jié)構(gòu)的疊加,體現(xiàn)了成礦過程的時(shí)差性和復(fù)雜疊加,應(yīng)用脈體多階段充填和裂隙縫合機(jī)制可以很好地解釋石英-碲化物的分帶現(xiàn)象。主成礦階段的超常富集形成了幾千乃至幾萬g/t品位的富礦體;而晚礦化階段的低溫流體對成礦的作用不大,形成了穿插早礦化階段石英的石英細(xì)脈、網(wǎng)脈?；诖罅康牡刭|(zhì)事實(shí),淺成低溫?zé)嵋旱V床成礦溫度的上限由200℃(Lindgren,1922)提高到300℃已得到了廣泛的認(rèn)同(張德全等,1991;胡受奚等,1997;閆升好,1998)。毛景文等(2003)總結(jié)了中國東部中生代15個(gè)淺成熱液金礦的成礦溫度,主要集中在120～300℃之間。Roedder(1984)統(tǒng)計(jì)了內(nèi)華達(dá)州、科羅拉多州、墨西哥、秘魯和斐濟(jì)等地的淺成熱液礦床的成礦溫度,在65～350℃之間,大多集中于150～270℃。三道灣子金礦床的成礦溫度主要為220～310℃,稍高于上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。三道灣子金礦床的圍巖蝕變由礦體向圍巖主要有硅化、黃鐵礦化、絹云母化、碳酸鹽化、綠泥石化、綠簾石化等。再者,三道灣子金礦床是一個(gè)典型的碲化物型金礦床已毋庸置疑,而碲化物型金礦床則是一種淺成低溫?zé)嵋盒偷V床。綜上所述,成礦流體的中低溫、低鹽度和低密度特點(diǎn),碲化物型金礦床的確定等等,都指示出三道灣子金礦床是一個(gè)淺成中-低溫?zé)嵋旱V床。三道灣子金礦床的同位素測試結(jié)果,為探討其礦床成因提供了依據(jù)。從硫同位素看,該礦床與中國東部的含碲化物金礦床的δ34S值相類似(胡華斌,2005),在0附近,為較小的正值或負(fù)值,具有地幔硫的特征,即來自深源。從鉛同位素看,三道灣子金礦床的含金石英脈與圍巖粗面安山巖及硅化粗面安山巖的鉛同位素組成基本一致,變化范圍很小,說明其鉛源相同,暗示成礦物質(zhì)來源于巖漿(劉寶山等,2006);由Pb-Pb關(guān)系圖解可見,其金礦體與圍巖的鉛同位素均投影于造山帶與地幔演化線之間靠近地幔演化線一側(cè),表明礦體與圍巖的鉛來自同一源區(qū),即為深源。從氫氧同位素看,三道灣子金礦床與中國東部碲金型金礦床的氫氧同位素組成差別稍大,據(jù)胡華斌(2005)統(tǒng)計(jì),后者的數(shù)據(jù)區(qū)域多數(shù)位于巖漿水與大氣降水線之間,并有向大氣降水漂移的趨勢,指示出中國東部碲化物型金礦床的成礦流體為深部來源,在成礦晚期逐漸與大氣降水混合,從而具有向大氣降水方向演化的總趨勢,部分礦床具有更接近巖漿水(大水溝碲金礦和東坪金礦)或者大氣降水(刺猬溝金礦)的特點(diǎn),但都保留了地幔流體的印跡。三道灣子金礦床的氫氧同位素?cái)?shù)據(jù)分布于大氣降水線附近(呂軍等,2005b),表明流體中氫和氧主要源自大氣水,顯示了成礦過程中大氣降水的參與,與此相對應(yīng)的包裹體測溫?cái)?shù)據(jù)整體偏小,可能多數(shù)是代表晚成礦階段的均一溫度,而更能確定為主成礦階段的氫氧同位素?cái)?shù)據(jù)還有待補(bǔ)充。其主成礦階段的純氣體包裹體的成分主要為甲烷,其次為丙烷、丁炔等,可能是深源流體的啟示。因此,三道灣子金礦床成礦流體的氫和氧主要源自大氣水,流體包裹體成分分析揭示出其部分流體(尤其是主成礦階段的流體)具有深源特點(diǎn),成礦物質(zhì)碲、金、硫、鉛等均來自深源。這一特點(diǎn)可能表明,深源成礦流體經(jīng)過了長距離的遷移,最終受大氣水的影響而在地殼淺部富集成礦。在該礦區(qū)所在區(qū)域內(nèi),上古生界變質(zhì)巖及中生界火山巖層的金豐度值均高,可能是該區(qū)巖金礦床金的另一礦源?。該礦區(qū)所在區(qū)域,自中生代以來主要受濱太平洋構(gòu)造域構(gòu)造活動的影響,發(fā)育NE向區(qū)域性深大斷裂,也發(fā)育NW和EW向斷裂構(gòu)造以及伴隨火山活動而形成的環(huán)狀和放射狀斷裂構(gòu)造。深大斷裂誘發(fā)了塔木蘭溝期亞堿性火山活動,并為來自深部的礦質(zhì)及含礦熱液提供了通道,也為大氣水的深循環(huán)提供了通道,使大氣水成為主要的成礦流體而攜帶了來自深部的礦質(zhì),并溶解了圍巖中的金、銀等有用組分。NW向平行排列的張性斷裂系統(tǒng)作為導(dǎo)礦和容礦構(gòu)造,為礦液提供了運(yùn)移通道和賦存空間。綜上所述,三道灣子金礦床的碲、金、硫、鉛等來源于深部,與區(qū)域上的NE向深大斷裂密切相關(guān),碲化物的礦化作用主要受斷層和溫度條件的控制。其成礦流體經(jīng)過早礦化階段的初始富集,在成礦物理化學(xué)條件改變的情況下,由于主成礦階段的超常富集而形成了富礦體,此時(shí),具有高碲逸度和低硫逸度的介質(zhì)是碲化物礦物能大量形成和積累的重要條件(張招