唐興國　李朝旭　胡浩

(1新疆地礦局第二區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊新疆昌吉831100；2地球化學勘查與海洋地質(zhì)調(diào)查研究院江蘇南京210007）

LS型淺成低溫熱液金礦床水-巖作用的討論

唐興國1李朝旭2胡浩2

(1新疆地礦局第二區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊新疆昌吉831100；2地球化學勘查與海洋地質(zhì)調(diào)查研究院江蘇南京210007）

近年來的研究表明，低硫化(LS)型金礦床大致可區(qū)分為受斑巖（體）侵位機制下熱體系控制的低硫化型Au系統(tǒng)和弧后-裂谷環(huán)境產(chǎn)出，與斑巖體無直接關(guān)系的Au-Ag系統(tǒng)。不同類型的LS型Au系統(tǒng)在上升含礦流體與下降不同性質(zhì)地下水之間的水-巖相互作用也存在差異。LS型礦床的水-巖作用受pH及溫度變化影響，范圍較廣。從特有的明礬石礦物組合到近中性的綠泥石組合及堿性環(huán)境下的鈣-硅酸鹽礦物組合。該類金礦床沸騰現(xiàn)象常見，蝕變礦物在結(jié)構(gòu)構(gòu)造、組分組合上有標志的特征。

LS型淺成低溫熱液金礦水-巖作用

0　前言

淺成低溫熱液金礦是一種非常重要的金礦床類型，由于其對大構(gòu)造背景極強的專一性及同一構(gòu)造環(huán)境大規(guī)模成群出現(xiàn)的特點，使得對它的研究更具有推廣性和經(jīng)濟性。自上世紀末，對其廣泛研究得到了許多突破，并在找礦勘查中更取得了顯著成效。

LS型（低硫化型）金礦是淺成低溫熱液金礦床中最重要及最廣泛的礦床類型，其成礦流體特征為還原、近中性的流體，即等同于Heald等（1987）依據(jù)礦物組成及蝕變特征劃分出的冰長石—絹云母型。

1　礦床地質(zhì)背景

LS型淺成低溫熱液金礦床主要產(chǎn)出于俯沖帶上盤、島弧區(qū)及活動大陸邊緣，少數(shù)產(chǎn)于弧后伸展的裂谷環(huán)境，總體上為拉張應力場。在地球動力背景上，洋脊和海嶺與洋島弧、大陸島弧相互作用（或者俯沖于島弧區(qū)），這些構(gòu)造擾動促進了平板俯沖及地殼增厚、隆起，同時誘發(fā)了埃達克質(zhì)—類埃達克巖的巖漿作用，這為形成巨大的斑巖—淺成低溫熱液礦床體系提供了能量及物質(zhì)場(Cooke D R,et al.2006)。

淺成低溫熱液金礦的礦化作用發(fā)生在火山活動的晚期，LS型金礦床最遲可以延續(xù)到容礦巖石形成后的1Ma內(nèi)，一般比HS型（高硫化型）金礦床形成的要晚。由于這類礦床主要形成于隆起帶、埋深程度淺、易剝蝕風化并具有成礦專屬性的特點，所以現(xiàn)在保存下來的LS型金礦床主要是集中在古生代之后的三個構(gòu)造巖漿活動帶中，如環(huán)太平洋成礦域;地中?！柴R拉雅成礦域;和古亞洲成礦域（陳根文等，2001）。特別是環(huán)太平洋地區(qū)，幾乎集中了全球最著名的大型和超大型LS型淺成低溫熱液金礦床。

2　礦床地質(zhì)特征

LS型金礦床形成于一系列的火山環(huán)境中，主要產(chǎn)出于弧后盆地的構(gòu)造環(huán)境中，在控礦構(gòu)造上，基本上都會受控于區(qū)域性深大斷裂，這些斷裂形成于板塊斜向俯沖，板塊會聚速度較快的近中性的拉張應力環(huán)境下，在地震的應力釋放過程中，成為橫切島弧的高角度走滑斷裂(Corbett G J,et al.1995)。LS型金礦床在能量場上屬于侵入體熱能系統(tǒng)的末梢，于是一個可膨脹擴容的構(gòu)造環(huán)境對成礦物質(zhì)的運移是至關(guān)重要的，從深部到淺部，礦化主要呈膨脹構(gòu)造－殼狀條帶脈狀－角礫狀－網(wǎng)脈狀，主要受多組斷裂，放射狀和環(huán)狀裂隙系統(tǒng)控制。

3　水-巖作用

熱液礦床的水-巖作用（water-rock interaction）其實就是流體-圍巖互相的作用，這種作用是圍巖與熱液體系處于熱力學不平衡狀態(tài)所引起的，為了使圍巖與熱液達到平衡狀態(tài)，圍巖與熱液組分之間發(fā)生化學反應及其他變化，使新礦物形成，舊礦物消失（姚鳳良等，2006），這個作用過程使得成礦物質(zhì)發(fā)生溶解、運移并沉淀富集，從而形成礦床。

3.1熱液的來源及形成

LS型金礦床成礦流體的來源，如果按其衍生源區(qū)劃分的話，大體上是由兩大類別構(gòu)成的：①巖漿成因熱液，確切的說是含H2S、CO2的氣相流體，它是通過圍巖對初生巖漿組分SO2、HCl進行中和作用之后形成的，它是攜帶有用組分的含礦熱液；②大氣水熱液，這是成礦流體的主要組成部分，是卸載成礦物質(zhì)的最重要媒介。主要包括潛水面之下不含氣的大氣循環(huán)水，它是形成石英-硫化物Au± Cu型礦床的重要流體；碳酸氫鹽流體，這是由于CO2沿構(gòu)造裂隙溢出，到達較淺的含水層形成的，是形成碳酸鹽-賤金屬Au型礦床的流體；氧化的地下水，是形成更淺的淺成低溫石英Au-Ag型的主要流體。

LS型金礦床成礦流體的形成主要是一個流體中和作用的演化過程,這個演化過程通過理想模式建立起來大致為：①巖漿初始脫氣，主要為SO2、CO2、HCl、HF；②巖漿氣體活躍組分的中和作用，形成含H2S、CO2的氣相流體；③大氣循環(huán)水的下降加入，熱液對流過程；④氣液兩相沸騰帶，即張性構(gòu)造造成的壓力突然釋放區(qū)域，氣體溢出，礦質(zhì)沉淀；⑤上升的溢出氣體在近地表發(fā)生氧化，形成酸性硫酸鹽流體，蝕變形成一系列硫酸鹽，位于LS型金礦床礦體的頂部。

3.2容礦火山巖特征

LS型金礦床與陸相火山巖的巖性有密切的關(guān)系（龐獎勵，1995），大多數(shù)LS型金礦床產(chǎn)出于巖漿弧作用環(huán)境，其圍巖主要為島弧安山巖，以鈣堿性系列為主，總體上為一個鈣堿性安山巖—英安巖—流紋英安巖—流紋巖的巖石系列。近期的研究表明，LS型金礦床的圍巖具有中高鉀的特征，這與匯聚板塊邊緣消減作用形成的高鉀巖漿組分有直接關(guān)系（陳衍景等，2007）。并且環(huán)太平洋地區(qū)的LS型金礦床與鉀質(zhì)火山巖之間的密切關(guān)系已從很多研究成果中證實。如在LS型金礦床經(jīng)常出現(xiàn)的富含K的流紋巖，被認為是冰長石化發(fā)育的直接原因(Corbett G J,et al.1995)。

3.3水-巖化學作用

LS型金礦床的水-巖作用是還原(m(H2S)>>m(SO4-2)的近中性流體與中性-中酸性的陸相火山巖反應形成的一系列蝕變相.從強酸性環(huán)境-弱酸性-近中性，這些蝕變組合依次為:硅化組合-明礬石組合-(明礬石-高嶺石)組合-高嶺石組合-(伊利石-高嶺石)組合-伊利石組合-綠泥石組合-(鈣-硅酸鹽化)組合(Corbett G J,et al.1995)，這些蝕變組合主要受溫度和pH值控制，它們不僅記錄了流體的演化史，更直接影響了礦質(zhì)的沉淀。

3.3.1圍巖蝕變組合

3.3.1.1硅化礦石組合

硅化蝕變伴隨著水-巖作用的每一步反應，貫穿整個低溫熱液體系，是與礦化最為密接的圍巖蝕變，并且在低的pH值(pH<2)流體環(huán)境中，只有硅化相是最重要的水-巖作用(Hedenquist J W,et al. 1988)在酸性的環(huán)境下，蛋白石，方石英和鱗石英會在近地表的環(huán)境下出現(xiàn)，通常是在低于100℃的條件下（Leach T M,et al.1988)而石英主要是更高溫度下出現(xiàn)的硅化相。

3.3.1.2明礬石礦物組合

LS型金礦床的明礬石組合區(qū)別于HS型的硫酸鹽組合，它是一定深度下發(fā)生沸騰上升的逃逸氣體(H2S,CO2)在近地表被氧化形成酸性流體，在下降加熱的過程中形成的.這種明礬石組合可能發(fā)生在低溫熱液系統(tǒng)衰減期，大致在1-1.5Km的深度.這種LS型特有的硫酸鹽組合反映了一定深度的沸騰“漏氣”作用，所以它的大量出現(xiàn)會一定程度反映深部的大規(guī)模礦質(zhì)的卸載，也可以是找礦的一種標志.

3.3.1.3綠泥石礦物組合

綠泥石相是由更低溫度下，圍巖中的暗色礦物黑云母及角閃石發(fā)生硅化形成的，在淺成低溫熱液系統(tǒng)中，是LS型特有的蝕變礦物。它的發(fā)育代表著近中性的還原環(huán)境，與之伴隨的還有冰長石化及碳酸鹽化的蝕變礦物，這些在酸性環(huán)境下不會出現(xiàn)或酸性條件下化學性質(zhì)活潑的礦物是LS型礦床類型的標志性礦物組合。

3.3.1.4鈣硅酸鹽礦物組合

在近中性到堿性的條件下，鈣硅酸鹽礦物才會出現(xiàn)。在較低的溫度下，沸石—綠泥石—碳酸鹽化礦物出現(xiàn)，由于沸石類礦物對壓力及溫度較敏感，并具含水沸石族（＜150-200℃）—無水沸石族（150-200℃）的垂直分帶現(xiàn)象，從淺部到深部，依次為鈉沸石—菱沸石—絲光沸石—片沸石—輝沸石—濁沸石。這些垂向連續(xù)的蝕變礦物組合對礦體的剝蝕程度有一定的表征作用。

3.3.2礦質(zhì)的溶解、運移及沉淀

整個低硫化作用過程是巖漿熱液（已用硫同位素研究證明）脫氣（一次沸騰）產(chǎn)生含H2S的氣相流體，在低溫熱動力驅(qū)動下，溶解容礦巖石中的礦質(zhì)，同時伴隨一系列的圍巖蝕變。溶解Au的化學反應式為：

在中低溫（＜300—350℃）的熱液系統(tǒng)內(nèi)，幾乎在任何條件下，Au都是以Au（HS）2-絡(luò)合物的形式遷移，而在更高的溫度下才會以（AuCl）-氯絡(luò)合物的方式遷移。Large（1994）進一步研究得出，Au以二硫化物絡(luò)合物遷移，需要在一個近中性（pH﹥4）的低硫化熱液系統(tǒng)內(nèi)；同樣在

高硫化作用的酸性體系，是以（AuCl）-氯絡(luò)合物形式遷移。Au（HS）2-絡(luò)合物的溶解遷移主要受流體的pH環(huán)境及溫度控制，在低溫范圍（150—300℃）內(nèi)，Au（HS）2-的溶解度隨著溫度降低而緩慢增大，并且在低硫化系統(tǒng)下（pH﹥4），Au（HS）2-的溶解度隨著流體性質(zhì)趨于中性而明顯增大。所以可以看出一個更低溫度（150—200℃），還原性質(zhì)（pH介于6—8）的流體是對礦質(zhì)溶解遷移的最佳載體。

在低溫熱液系統(tǒng)中，礦質(zhì)是從上升的含礦流體中沉淀而來的，而導致這樣的礦質(zhì)沉淀作用則需要整個化學場平衡被破壞，流體性質(zhì)改變。LS型的成礦作用總結(jié)起來為：①沸騰作用；②與低pH流體的混合作用；③與氧飽和流體的混合作用。

流體的沸騰作用是LS型金礦床最普遍的現(xiàn)象，大量的礦物學、流體包裹體和穩(wěn)定同位素證據(jù)表明，沸騰可能是導致低硫化型淺成低溫熱液型礦床貴金屬和賤金屬沉淀的主要原因.

流體的混合作用是LS型金礦床另一個成礦機制，當富含CO2的地下水下降與上升的含礦熱液混合后，發(fā)生沉淀.所以在LS型金礦床的成礦過程中，內(nèi)生相的赤鐵礦是Au大量沉淀的一個重要標志.。

3.4水-巖作用系統(tǒng)

低硫化熱液系統(tǒng)的水-巖作用分為兩大方面：1.S+4向S-2轉(zhuǎn)換的還原過程引起礦質(zhì)溶解的作用；2.與之伴隨的圍巖蝕變.礦質(zhì)溶解與圍巖蝕變的誘發(fā)關(guān)系尚不清楚，假設(shè)礦質(zhì)溶解破壞了整個化學場平衡。當大量的Au被溶解，發(fā)生碳酸鹽化，進入另一個成礦機制。

LS型金礦床的圍巖蝕變是在開放熱液系統(tǒng)下發(fā)生的，總體上反映出流體性質(zhì)從弱酸性到近中性的演化過程。在蝕變礦物方面具有以下的顯著特征：（1）淺部具有明礬石—硬石膏硫酸鹽礦物組合，作為礦化部位的蓋層產(chǎn)出;（2）石英—絹云母—伊利石—綠泥石蝕變礦物組合，一般在垂向上具有線性蝕變展布的特點，是伴隨成礦元素溶解運移的最重要水-巖作用；（3）表征中性還原環(huán)境的碳酸鹽化礦物組合及在堿性巖系統(tǒng)下廣泛發(fā)育的冰長石化蝕變；（4）代表沸騰作用的玉髓及在迅速冷卻作用下形成的無晶形硅石等。

4　 LS型金礦床分帶性

由于LS型金礦床產(chǎn)出的專屬性及集中性，使對其的親緣性及組合關(guān)系的研究更具有意義。通對西南太平洋板塊區(qū)域內(nèi)LS型金礦的研究得出，不同地殼深度的LS型熱液系統(tǒng)都受到同樣的熱事件作用，并且在垂向上具有分帶性，整個熱事件作用是由深部侵入體的侵位造成的，它提供一個巨大的熱源，加熱鹽度低的大氣循環(huán)水，進而形成一個低溫熱液的對流系統(tǒng)，被加熱的流體壓力驅(qū)動進入構(gòu)造單元及滲透性好的區(qū)域，在已存的構(gòu)造上，進一步形成垂直分帶的裂隙構(gòu)造、角礫巖充填、角礫巖筒、卵石巖墻、席狀脈及帶狀脈。

5　討論

Corbett(2002)通過對環(huán)太平洋區(qū)域的研究，對LS型金礦床進一步分類，并指出了它們在相似的低溫熱液系統(tǒng)下，不同的地殼深度，水-巖作用有著重要的差別，同時也認為這些礦床在成礦上屬于一個垂向上具有分帶性的系列（Corbett G J,2002），這就暗示了在一個合適的低溫熱液系統(tǒng)中，巨大的伸展構(gòu)造環(huán)境下LS型金礦床不會僅為單一、零星的產(chǎn)出。

我國東北地區(qū)位于太平洋成礦域的外帶，淺成低溫熱液成礦作用與燕山晚期的伸展機制的斷裂活動關(guān)系密切（胡朋等，2004）。近年來，在該區(qū)域陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些LS型淺成低溫熱液金礦床，于是對其圍巖蝕變及礦物組合的深一步研究，能否來進一步劃分亞類，建立一個成礦系列，并在已知礦區(qū)是否存在別的亞類礦床是一個值得研究的問題。

F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2015）-7-112-2

唐興國（1962～），男，地質(zhì)礦產(chǎn)高級工程師，研究方向為地質(zhì)礦產(chǎn)勘查。