王 翔，涂秉峰，敖明勇

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心湖北總隊(duì)，湖北 武漢 430034)

麻城陳家洼地區(qū)成礦區(qū)帶位于東秦嶺—大別山脈石英成礦區(qū)帶，是我國(guó)較為重要的脈石英成礦區(qū)帶之一，區(qū)內(nèi)脈石英礦床成因類型多為中—低溫巖漿熱液型和變質(zhì)熱液型[1-2]。目前，該成礦區(qū)帶內(nèi)對(duì)東秦嶺及大別山東段地區(qū)脈石英礦的地質(zhì)特征及礦床成因有一定的認(rèn)識(shí)[3-7]，但對(duì)于大別山西段脈石英礦特別是變質(zhì)熱液型脈石英礦的研究較少。本文以麻城陳家洼地區(qū)脈石英為研究對(duì)象，對(duì)該區(qū)脈石英地質(zhì)及流體特征進(jìn)行研究，為總結(jié)大別山西段乃至東秦嶺—大別山脈石英成礦區(qū)帶成礦規(guī)律提供依據(jù)。

1 區(qū)域成礦背景

1.1 地層

陳家洼地區(qū)大地構(gòu)造位置位于秦嶺—大別造山帶(Ⅱ)桐柏—大別構(gòu)造帶(Ⅱ2)卡房—大別構(gòu)造亞帶(Ⅱ21)。地層分區(qū)屬桐柏—大別山地層區(qū)桐柏地層小區(qū)，大面積出露前寒武系變質(zhì)巖系，主要為晚太古代—早元古代大別山巖群、中元古代紅安巖群以及新生代第四系沖積物。

大別山群為一套中高級(jí)變質(zhì)表殼巖，根據(jù)變質(zhì)變形和巖石組合特征為兩個(gè)組。下巖組(Ar3-Pt1D1)以黑云斜長(zhǎng)片麻巖、變粒巖為主，似夾層狀、透鏡狀斜長(zhǎng)角閃巖或榴閃巖；上巖組(Ar3-Pt1D2)以二長(zhǎng)淺粒巖、變粒巖為主，夾黑云斜長(zhǎng)片麻巖及斜長(zhǎng)角閃巖或榴閃巖透鏡體，淺粒巖、片麻巖常見強(qiáng)烈條帶狀構(gòu)造。

紅安巖群為一套中高壓相系高綠片巖相變質(zhì)巖，原巖為一套陸源碎屑巖、中酸性火山碎屑巖，根據(jù)構(gòu)造—巖石組合特征分為黃麥嶺組(Pt2h)及天臺(tái)山組(Pt2t)。其中黃麥嶺組(Pt2h)根據(jù)巖性特征分為兩段，下段(Pt2h1)巖性主要為白云鈉長(zhǎng)變粒巖夾白云鈉長(zhǎng)片麻巖、白云鈉長(zhǎng)石英片巖，局部地段夾含石墨白云石英片巖；上段(Pt2h2)巖性主要為白云鈉長(zhǎng)片麻巖、白云鈉長(zhǎng)變粒巖，夾少量大理巖、含石墨白云石英片巖、石英巖等。天臺(tái)山組(Pt2t)為白云鈉長(zhǎng)片麻巖、白云二長(zhǎng)變粒巖夾少量鈉長(zhǎng)淺粒巖、含榴鈉長(zhǎng)角閃巖。

1.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為復(fù)雜，主要發(fā)育一系列韌性剪切帶、褶皺和斷層。區(qū)內(nèi)韌性剪切帶主要為紅安巖群底剪切帶(f1)，位于七里坪—張家河—趙家畈，主要分布于紅安巖群與大別山群的分界面上(圖1)。韌性剪切帶長(zhǎng)約40km，寬50～500m，產(chǎn)狀190～250°∠20～40°。褶皺中元古代紅安巖群內(nèi)較為發(fā)育，褶皺方向與韌性剪切帶的方向基本一致。區(qū)內(nèi)斷層較為發(fā)育，主要為北西向、近南北向和北東向，區(qū)內(nèi)較大的斷裂主要有大石山斷裂(近南北向)、姜家灣—土門斷裂(近南北向)。

圖1 陳家洼地區(qū)構(gòu)造及地質(zhì)簡(jiǎn)圖

1.3 巖漿巖

區(qū)域上巖漿巖較發(fā)育，主要為侵入巖和噴出巖，成巖時(shí)代為晚太古代—早元古代、晚元古代和中生代。晚太古代—早元古代侵入巖為大別山變質(zhì)雜巖的組成部分，根據(jù)接觸關(guān)系和巖石學(xué)資料，劃分為英云閃長(zhǎng)巖—奧長(zhǎng)花崗巖(桂家河片麻巖(Ar3-Pt1ggn))和堿性花崗巖(西張店片麻巖(Ar3-Pt1xgn))。晚元古代為基性侵入巖，分布較少，為陶家塝片麻巖(Pt3tgn)。中生代主要為各類巖脈。

2 成礦地質(zhì)特征

2.1 地質(zhì)特征

陳家洼地區(qū)發(fā)育7條脈石英礦體，主要賦存于大別山巖群下巖組(Ar3-Pt1D1)及紅安巖群黃麥嶺組(Pt2h)，巖性主要為黑云斜長(zhǎng)片麻巖、白云鈉長(zhǎng)片麻巖、淺粒巖、變粒巖等。區(qū)內(nèi)脈石英主要分布于北西—南東向韌性剪切帶兩側(cè)，為韌性剪切帶與脆性斷裂轉(zhuǎn)換位置。圍巖基本無(wú)蝕變，僅個(gè)別礦體與圍巖接觸部位發(fā)育云母片巖。

2.2 礦體特征

脈石英礦體主要呈透鏡狀、脈狀、囊狀等。鄭皮凹脈石英礦體走向近東西向，傾向北，傾角75～80°，最大延伸180m，最大寬度2m；陳家洼脈石英礦體走向近東西向，傾向北，傾角55～60°，最大延伸220m，最大寬度1.2m；東皇廟脈石英礦體走向北東—南西向，傾角60～65°，最大延伸200m，最大寬度2m。礦體產(chǎn)狀總體與圍巖及裂隙產(chǎn)狀一致(表1)。

表1 陳家洼地區(qū)脈石英礦體特征表

2.3 礦石特征

礦石呈煙灰色或白色，透明至半透明，具油脂光澤和貝殼狀斷口(圖2a)。礦石礦物成分簡(jiǎn)單，幾乎全由石英組成。礦石結(jié)構(gòu)為粗粒粒狀變晶結(jié)構(gòu)，鏡下觀察顯示：石英呈不規(guī)則粒狀，粒徑為0.01～ 30.0mm不等，石英表面光滑，受構(gòu)造應(yīng)力作用，局部發(fā)育裂隙，少量鐵質(zhì)及泥質(zhì)等沿石英微細(xì)裂隙零星分布(圖2b)。礦石構(gòu)造主要為脈狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造等。礦石質(zhì)量較好，SiO2含量均高于99.6%，F(xiàn)e2O3平 均 含 量0.01%～0.05%，Al2O3平 均 含 量0.03%～0.13%，其他雜質(zhì)元素含量均小于0.01%。

圖2 陳家洼地區(qū)脈石英礦石特征及礦物鏡下特征

3 流體包裹體特征

3.1 樣品特征和研究方法

本次流體包裹體樣品共4件，其中b12和b14取自鄭皮凹K12和K14號(hào)礦體，b21和b24取自陳家洼K21和K22號(hào)礦體。

在流體包裹體巖相學(xué)研究基礎(chǔ)上，對(duì)樣品進(jìn)行成分分析和顯微測(cè)溫分析。流體包裹體巖相學(xué)觀察及顯微測(cè)溫研究和流體包裹體的顯微激光拉曼光譜分析分別在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院流體包裹體實(shí)驗(yàn)室和地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成。所測(cè)包裹體多為氣液兩相，采用盧煥章等[8-9]提出的NaCl-H2O體系計(jì)算公式計(jì)算鹽度，采用劉斌等[10]提出的水鹽體系包裹體密度計(jì)算公式計(jì)算流體密度。

3.2 流體包裹體巖相學(xué)特征

陳家洼地區(qū)脈石英中原生包裹體及次生包裹體均較為發(fā)育。本次巖相學(xué)觀察對(duì)象為原生包裹體，包裹體呈孤立、狀面狀分布(圖3)，包裹體大小一般在6～10μm，形態(tài)多樣，以橢圓形和不規(guī)則形為主。各種類型的包裹體均可見，以氣液兩相包裹體居多(圖4a、c)；還有含CO2三相包裹體(圖4b)、純氣相包裹體(圖4d)及純液相包裹體(圖4e)，偶見含子礦物的包裹體。

圖3 陳家洼流體包裹體鏡下素描圖

圖4 陳家洼地區(qū)脈石英流體包裹體特征

3.3 流體成分

激光拉曼光譜是一種研究物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的微觀分析技術(shù)，是作為流體包裹體成分分析的重要手段，可以快速方便地對(duì)單個(gè)包裹體進(jìn)行定性、半定量分析[11]。陳家洼地區(qū)流體包裹體激光拉曼測(cè)試結(jié)果顯示：石英中的氣液兩相包裹體的氣相成分多為CO2(特征峰位移為1 386cm-1，1 281cm-1)(圖5a)，液相為H2O(特征峰位移為3 421～3 450cm-1)(圖5b)；石英中純氣相包裹體的成分為CO2(圖5c)，純液相包裹體的成分為H2O(圖5d)。

圖5 陳家洼地區(qū)脈石英流體包裹體激光拉曼圖譜

3.4 流體包裹體顯微測(cè)溫

對(duì)陳家洼地區(qū)4件測(cè)溫片進(jìn)行顯微測(cè)溫，主要測(cè)定氣液兩相包裹體冰點(diǎn)溫度和均一溫度，并計(jì)算鹽度。石英中包裹體加熱至均一液相，獲得的均一溫度范圍分別為164.8～342.3℃，峰值位于250～290℃之 間(圖6a)，均 值 為256.6℃；冰點(diǎn)溫度范圍為-13.4～-1.4℃，對(duì)應(yīng)鹽度為2.41%NaCl～17.26%NaCl，峰值 位于6%NaCl～ 12%NaCl之間(圖6b)，均值為9.51%NaCl；流體密度為0.70～1.02g/cm3。

圖6 陳家洼地區(qū)脈石英流體包裹體均一溫度、鹽度直方圖

4 討論

4.1 流體特征

通過(guò)對(duì)陳家洼地區(qū)流體包裹體巖相學(xué)、流體成分及顯微測(cè)溫分析研究認(rèn)為：陳家洼地區(qū)脈石英中的包裹體以氣液兩相包裹體為主，包裹體成分主要為CO2和H2O，流體總體表現(xiàn)為中溫、低鹽度、低密度的特征，與顏玲亞等[12]總結(jié)的變質(zhì)熱液型脈石英成礦流體特征一致。流體包裹體主要為L(zhǎng)-V兩相，無(wú)子晶，低鹽度，富CO2的流體包裹體是變質(zhì)熱液型礦床區(qū)別于其他類型礦床的重要標(biāo)志[13-14]。因此認(rèn)為，陳家洼地區(qū)脈石英流體特征是較為典型的變質(zhì)熱液型流體特征。

4.2 流體來(lái)源

該地區(qū)有關(guān)流體來(lái)源的研究較少，僅李一良等[15]通過(guò)對(duì)麻城四道河、杉樹灣地區(qū)榴輝巖中的石英脈氧同位素研究認(rèn)為四道河石英脈為同變質(zhì)石英脈，形成于板塊折返早期的壓力降低環(huán)境，成脈流體可能同時(shí)來(lái)自于榴輝巖和其圍巖高壓片麻巖；杉樹灣石英脈形成于角閃巖相退變質(zhì)階段，流體來(lái)自圍巖花崗片麻巖。顏玲亞等[12]認(rèn)為變質(zhì)熱液型脈石英主要成礦物質(zhì)來(lái)源為富含硅質(zhì)成分的片麻巖建造在經(jīng)歷榴輝巖相退變質(zhì)及角閃巖相退變質(zhì)過(guò)程中形成的大量富硅熱液。綜合前人研究成果及陳家洼地區(qū)脈石英地質(zhì)特征、流體特征等初步認(rèn)為：該區(qū)流體主要來(lái)源于區(qū)內(nèi)富硅的片麻巖建造，經(jīng)退變質(zhì)作用形成大量富硅熱液。

4.3 成礦機(jī)制

陳家洼地區(qū)大地構(gòu)造位置屬于華南板塊南秦嶺—大別造山帶大別高壓變質(zhì)折返帶，富硅地層在板塊俯沖過(guò)程中遭受高壓—超高壓變質(zhì)作用，爾后快速折返，在退變質(zhì)過(guò)程中產(chǎn)生SiO2熱液，這些變質(zhì)熱液受構(gòu)造應(yīng)力作用沿韌性剪切帶運(yùn)移，在韌性剪切帶與脆性斷裂轉(zhuǎn)換位置，由于溫壓條件的變化使得SiO2結(jié)晶形成脈石英。

5 結(jié)論

(1)陳家洼地區(qū)脈石英礦主要分布于區(qū)內(nèi)北西—南東向韌性剪切帶兩側(cè)，韌性剪切帶與脆性斷裂轉(zhuǎn)換位置，賦礦圍巖為大別山巖群下巖組(Ar3-Pt1D1)及紅安巖群黃麥嶺組(Pt2h)富硅片麻巖、變粒巖等。礦體規(guī)模較小，質(zhì)量較高，為高純石英的優(yōu)質(zhì)原料。

(2)陳家洼地區(qū)脈石英成礦流體為典型的變質(zhì)熱液型流體特征，包裹體以氣液兩相包裹體為主，包裹體成分主要為CO2和H2O，流體總體表現(xiàn)為中溫、低鹽度、低密度的特征，流體來(lái)源于區(qū)內(nèi)片麻巖建造經(jīng)退變質(zhì)作用形成的富硅熱液。

(3)陳家洼地區(qū)脈石英礦與東秦嶺—大別山脈石英成礦區(qū)帶內(nèi)脈石英礦(如蘄春靈虬山、商洛竹林關(guān)等)地質(zhì)特征及流體特征明顯不同，通過(guò)研究陳家洼地區(qū)脈石英礦地質(zhì)特征及流體特征，有助于總結(jié)大別山地區(qū)乃至成礦區(qū)帶內(nèi)脈石英成礦規(guī)律，為后期建立找礦模型指導(dǎo)找礦提供依據(jù)。