李治平，皮橋輝

(桂林理工大學地球科學學院，廣西 桂林 541004)

0 引言

老寨灣金礦區(qū)位于云南省廣南縣，地處滇黔桂“金三角”地區(qū)。近幾十年來，本區(qū)已發(fā)現(xiàn)了兩百多處金礦床和礦化點[1]，探明資源儲量達500多噸[2]。前人已經(jīng)對老寨灣金礦床做了許多系統(tǒng)而深入的研究，有學者認為該礦床屬于淺成中-低溫、低鹽度的熱液型金礦床[3]；有學者認為該礦床屬于沉積熱液改造型金礦床[4]；還有學者認為該礦床屬于熱液硅化石英巖(脈)型金礦床[5-8]；雖然意見略有不同，但都認為該礦床的形成與熱液活動密切相關。前人對老寨灣金礦的研究一般多集中于野外宏觀觀測及室內鏡下觀察，偏重于巖礦石的結構構造、地質特征[9]。本文從老寨灣金礦中采集富金礦石，并從中挑選出獨居石，通過對獨居石進行電子探針分析測試，觀察其內部構造、礦物組合、稀土元素等地球化學特征，認為該礦床的獨居石屬于熱液成因獨居石，早期的富Th獨居石在巖漿期后熱液的作用下發(fā)生分解，并吸收了Y，Th，P和稀土元素[10-11]，隨著巖漿的侵入，并伴隨著強烈的脆性剪切變形過程，在退變質的作用下形成了新的貧Th獨居石[12-13]。綜合前人對本礦區(qū)的研究，并依據(jù)本次電子探針分析結果，認為老寨灣金礦的形成應該與巖漿熱液作用有關。

1 礦區(qū)地質特征

老寨灣金礦床地處揚子地臺西南緣與華南加里東褶皺帶交接處，北部緊臨右江裂谷造山帶。該區(qū)地殼經(jīng)歷了由地槽到地臺再到裂谷的復雜演化過程(圖1)。區(qū)內出露的地層主要有寒武系、奧陶系和泥盆系。巖相為化學沉積相和細碎屑沉積相的交互過渡，反映本區(qū)從淺水陸源碎屑沉積到淺海沉積的動蕩式的沉積環(huán)境變化過程。

1—三疊紀盆地相濁積巖；2—斑巖；3—印支期輝綠巖； 4—花崗巖體 ；5—元古界-震旦系(Pt-Z)；6—古生界(Pz)； 7—推測斷層/實測斷層 ；8—金礦床(點) ；9—研究區(qū)位置圖1 區(qū)域大地構造略圖(a)及滇黔桂地區(qū)區(qū)域地質圖(b)(據(jù)文獻[4]修改)

本區(qū)主要的賦礦層位是泥盆紀下統(tǒng)坡松沖組，該地層主要受F1斷層和F8斷層的控制。研究區(qū)內褶皺和斷裂構造極為發(fā)育，以NWW向為主，同時受到NE向和NW向斷裂的共同作用。構造的發(fā)育主要受到區(qū)域大地構造影響。礦區(qū)巖漿巖僅出露有沿F7斷層侵入的輝綠巖脈，走向為NW—SE向，傾向為SW，傾角為30°～80°，地表出露長度為1050 m，寬約4～32 m。輝綠巖脈中含金量約為0.30～13.5g/t，在輝綠巖體的北西和東南端有金富集成礦。礦區(qū)出露的輝綠巖多為蝕變輝綠巖，輝石和斜長石等礦物已經(jīng)蝕變成黏土礦物，但仍保留有輝綠巖的變余結構。含金輝綠巖具細脈狀和浸染狀的黃鐵礦化，還有少許的毒砂化(1)云南地礦資源股份有限公司,云南省廣南縣老寨灣金礦區(qū)椿樹灣礦段詳查地質報告,2002年。。

2 礦床地質特征

本礦區(qū)可分為兩個礦段，南部為袁家坪礦段，北部為椿樹灣礦段(圖2)。袁家坪礦段位于F3斷層的南部，由4個礦體組成，金礦體產于該單斜的古隆起構造面上的坡松沖組地層，其分布受不整合面和斷層的控制。椿樹灣礦段中部發(fā)育有北西向的輝綠巖脈，由于經(jīng)受了后期的硅化熱液蝕變和黃鐵礦化，金的品位較高。礦區(qū)最大礦體(V3礦體)就產在其附近。V3礦體主要沿著F7斷層產出，說明F7斷層在成礦過程中為流體的運移提供了通道，流體在斷裂帶附近循環(huán)流通，使附近地層中的成礦物質活化運移最終沉淀形成較富的礦體。F7斷裂帶中礦化蝕變強烈，主要的礦化有硅化、黃鐵礦化和輝銻礦化等。

該礦區(qū)礦石分為原生礦石和氧化礦石。原生礦石是沉積成巖作用及熱液作用共同作用的結果，主要的礦石礦物有黃鐵礦、白鐵礦、輝銻礦及磁鐵礦；主要的載金礦物有黃鐵礦及輝銻礦，黃鐵礦中的金主要集中于黃鐵礦外緣次生增長的環(huán)帶內，且金與砷的含量一般呈正相關。礦區(qū)內氧化礦石高度發(fā)育，多形成于熱液成礦期的淋濾階段，是老寨灣金礦的主要礦石類型，占全部礦石的90%以上，主要的載金礦物為褐鐵礦和黏土礦物，其中黏土礦物主要為高嶺石，其次為伊利石。

老寨灣金礦的成礦過程可分為沉積成礦期、熱液期和表生氧化期3個階段。其中成礦作用主要發(fā)生在熱液期，而金的富集發(fā)生在表生期。

3 樣品采集與測試方法

本次實驗所用獨居石樣品采自老寨灣金礦的泥盆統(tǒng)坡松沖組下段沉積巖中。將礦石磨制成光薄片，用室內顯微鏡觀察其巖石巖相學，所用儀器為Nikone CLIPSE50iPOL透反射偏光顯微鏡；掃描電鏡采用的是ZEISS公司的IGMA設備，分辨率為1.3nmat20kV，2.6nmat1kV。放大倍數(shù)為(12～1)×106。加速電壓為0.1～30kV。放大倍率誤差在3%以內；電子探針分析測試所用儀器為日本的JXA-8230電子探針儀，在桂林理工大學廣西隱伏金屬礦產勘查重點實驗室電子探針室完成，測試條件為加速電壓15kV，電流為20nA，束斑直徑為5μm。標樣采用的是桂林理工大學地球科學學院電子探針實驗室制作的國家標準硫化礦物標樣。

4 測試結果

4.1 獨居石礦物學特征

獨居石是一種較為常見的多產于中酸性巖漿巖和變質巖中的副礦物，分布較為廣泛，甚至在某些沉積巖中也能見到。不同的礦物組合可以反映獨居石的不同成因。如巖漿成因的獨居石多產于花崗巖、花崗質偉晶巖及堿性偉晶巖中，其共生礦物較多，常見的有鋯石、褐簾石、綠柱石、磷鈣釷石、銫榴石和黑稀金礦等[14]；熱液成因的獨居石一般以團粒狀、浸染狀和分散細粒狀的形式產于交代巖和一些礦石礦脈中，共生礦物主要有赤鐵礦、磁鐵礦、螢石及斜釷石等[15](圖3)；沉積成因的獨居石一般產于白云巖和泥巖等沉積巖中，共生礦物主要有白云石、磷灰石及重晶石等。

4.2 獨居石組構特征

前人對典型地區(qū)的不同成因獨居石的內部構造特征和晶體形態(tài)研究發(fā)現(xiàn)：巖漿獨居石在單偏光鏡下一般呈淺黃色或棕褐色，裂隙周圍有暗棕色到黑色的氧化鐵雜質分布。表現(xiàn)出透明或油脂光澤，具短柱狀、渾圓狀或近等軸狀晶形，屬于單斜晶系，粒徑為100～200μm。典型的特征是獨居石顆粒以填隙的形式填充在原生礦物(最常見的有石英、長石及黑云母)內(圖4)。陰極發(fā)光圖顯示獨居石呈紫紅色或醬紅色，發(fā)光較弱且不均勻，裂隙附近一般發(fā)光較強[16]。由獨居石樣品Y-3和5-1的背散射( BSE)圖像可知(圖5)，獨居石呈不規(guī)則顆粒出現(xiàn)，尺寸為50～100μm，結構均勻，通常無環(huán)帶，個別顆粒會有較寬且平直的巖漿環(huán)帶。

A—硅化(+)；B—硅化石英(+)；C—脈狀褐鐵礦(+)；D—褐鐵礦分布于破碎角礫中(+)；E—黃鐵礦褐鐵礦化(+)；F—黃鐵礦褐鐵礦化(+)；Lm—褐鐵礦；Q—石英圖4 老寨灣金礦礦物組合照片

圖5 獨居石電子探針背散射圖像

4.3 獨居石地球化學特征

獨居石廣泛產出于變質巖、沉積巖及過鋁質火成巖中，主要特征是富含輕稀土元素。與大部分含U副礦物一樣[17]，獨居石的化學組成也較為特殊，由于Nd，Ta，U，Y，Th等元素的離子半徑較大，價態(tài)高，因此它們一般不會包含在硅酸鹽造巖礦物中，而是趨向于富集在殘余熔體中，獨居石的晶體結構可廣泛吸納稀土元素[18]，因此巖石中的U，Th和稀土元素主要寄住在獨居石中。獨居石中含有Y，Sc，U，Th等微量元素，其含量與獨居石的成因也有一定關系。實驗結果表明，老寨灣金礦中獨居石的Gd，Dy，Th，Er，Y和U等元素的含量明顯偏低[19]，其成分分布圖(圖6)與前人研究的熱液成因獨居石的成分分布圖相似(圖7)，因此可以推斷老寨灣礦床的獨居石為熱液成因獨居石。

圖6 老寨灣金礦獨居石樣品成分分布特征

圖7 不同成因獨居石成分分布特征[20]

5 討論

5.1 獨居石成因

前人的研究表明，不同地質環(huán)境中生成的獨居石的內部結構和元素組成也不同[20-21]，前人采用等離子質譜儀(ICP-MS)對不同成因獨居石中進行稀土元素測定，發(fā)現(xiàn)巖漿獨居石可能具有寬而扁平的巖漿環(huán)帶，一般與磷石膏共生。稀土元素的含量通常較低，重稀土和Ho，Tm，Lu等特殊稀土元素相對來說較為富集，La(4%～13%)和Ce(18%～28%)含量低，Sm(1%～5%)和Gd(1%～3%)含量高，LREE/HREE值為7.28～22.31，(La/Yb)N比值為44.17～80.90；而熱液和沉積成因的獨居石中稀土元素的含量則明顯較高，輕稀土元素和Eu，Tb等特殊稀土元素相對較為富集，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)，熱液和沉積成因的獨居石中輕重稀土比值明顯高于巖漿成因的獨居石，推測可能是因為熱液和沉積成因獨居石中的輕稀土在成礦流體演化過程中得到了進一步的富集[22]。洪文興[23]等人通過對各種成因類型的獨居石進行電子探針分析，研究其微粒微區(qū)分布特征，結果顯示，巖漿成因獨居石中稀土元素∑La～Lu的含量(一般低于53%)明顯低于熱液和沉積成因獨居石微粒中稀土元素∑La～Lu的含量(53.81%～60.04%)，推測可能是巖漿獨居石中有較多的稀土元素被其他元素類質同像置換導致的。

熱液和沉積成因的獨居石中U，Th，Y含量通常較低(Th一般小于1%)，巖漿獨居石與熱液獨居石的Th/U值差別較大，巖漿獨居石中Th/U值與Th和U在巖漿中的含量及它們在獨居石和巖漿中的分配系數(shù)有關。一般情況下，巖漿獨居石中Th/U值較大，而熱液獨居石Th/U值較小[22]。熱液成因獨居石一般與熱液礦物，如石英和絹云母等有關，它們通常被粒徑較小的熱液金屬礦物包裹，且Th，U和稀土元素的含量非常低；沉積成因的獨居石與其自生礦物有關，通常具有不規(guī)則形狀[24-27]。

電子探針數(shù)據(jù)表明(表1、表2)，老寨灣獨居石核部稀土元素的分布不具有明顯的四分組效應，而是呈現(xiàn)出Eu負異常的右傾分配模式[28-29]。四分組效應與巖礦形成過程中的水巖作用密切相關，因此說明老寨灣的獨居石在形成過程中處于水含量極少的沉積狀態(tài)或巖漿熔融狀態(tài)，所以無法形成四分組效應[30]。核部獨居石相對富集HREE和Ho，Tm，Lu等元素，而邊部獨居石則相對富集LREE和Th，Eu等元素，由稀土元素球粒隕石標準化分布圖可知(圖8)，核部獨居石出現(xiàn)Eu負異常，且向右傾，主要元素的含量和Th/U值與邊部獨居石也有較明顯的差異，說明核部的獨居石是沉積和巖漿成因的碎屑獨居石；而邊部的獨居石Th/U值比核部獨居石小，稀土元素Tb和Dy的含量由于低于檢測下限無法測出其含量，且有部分重稀土元素缺失，Ho，Er，Yb，Tm，Lu，U，Th元素的含量也極低，在不考慮數(shù)據(jù)缺失的情況下，稀土配分曲線中的一組元素(La，Ce，Pr，Nd)表現(xiàn)出M型曲線，呈現(xiàn)出正Eu異常，因此表明老寨灣邊部獨居石為熱液成因。

表1 老寨灣礦區(qū)獨居石電子探針稀土元素及部分微量元素數(shù)據(jù)統(tǒng)計表 10-6

表2 老寨灣礦區(qū)獨居石電子探針稀土元素數(shù)據(jù)統(tǒng)計表 10-6

圖8 老寨灣獨居石稀土配分曲線

5.2 金礦化過程中獨居石的形成

大量的實驗研究表明，獨居石會被鈣堿性流體的交代作用溶蝕分解，形成新的獨居石[31-32]，此外，巖漿期后熱液也會使早期的富Th獨居石分解并吸收Yb，Th，P等元素[9-11]，在退變質作用中形成新的不含繼承Pb的貧Th獨居石[12-13]。美國內華達州和我國滇黔桂地區(qū)的卡林型金礦均與巖漿期后熱液緊密相關[33-36]。在老寨灣金礦含金量較高的礦石中有貧Th獨居石與載金硫化物共生，這種獨居石的年齡在一定程度上可以代表金礦年齡。在低溫、低壓，有石英存在的堿性條件下，獨居石有顯著的物質遷移現(xiàn)象，其中Si和Th占主導地位[37-38]，熱液成因獨居石中Th表現(xiàn)出最大的質量損失，部分Th會沉淀在硫酸鹽或磷硅酸鹽礦物中[39-40]，因此導致熱液獨居石中的Th含量較低，這與本研究中熱液獨居石具低Th的特征一致。

獨居石除了受熱液改造外還會受變質作用的影響，而華南大陸主要以區(qū)域沉積作用為主，自三疊紀到現(xiàn)在該區(qū)的獨居石都未經(jīng)過變質作用。結合礦物學研究，綜合認為老寨灣邊部的獨居石為熱液成因，形成后未經(jīng)歷過變質作用，且與金礦的沉淀同時發(fā)生。

6 結論

電子探針測試分析表明，老寨灣金礦獨居石稀土配分曲線不具四重分組效應，說明老寨灣獨居石在形成過程中處于水含量極少的沉積狀態(tài)或巖漿熔融狀態(tài)。稀土元素球粒隕石標準化分布圖顯示，邊部獨居石具有明顯Eu負異常，且Y，Th，U，Yb等元素含量偏低，綜合推斷老寨灣礦床的獨居石為熱液成因獨居石，是巖漿期后載金熱液流體交代地層碎屑富釷獨居石并伴隨金的沉淀過程而形成。