黔西南卡林型金矿成矿流体性质及其与矿化的关系31998年3月2日收稿.3国家自然科学基金项目(No.49672114)资助.张志坚 张文淮(中国地质大学资源学院,武汉430074)摘 要 对黔西南具有代表性意义的3个大型矿床中的包裹体进行了系统研究,包括单个包裹体的荧光光谱分析、FTIR分析、L RM分析、冷-热两用台分析等.研究表明:本区卡林型金矿成矿流体的盐度极低,均一温度以中、低温为主,水溶液以SO2-4-Cl--Ca2+-Na+(K+)为主,成矿环境主要为弱酸性较还原环境;成矿流体中均含有机质,以成熟或过成熟的芳香族化合物为主;流体中有机质以与水不混溶的形式迁移;金的有机络合物受热裂解可能是导致金矿成矿的主要原因.关键词 卡林型金矿,成矿流体,矿化,黔西南.中图法分类号 P618.51,P618.04第一作者简介 张志坚,男,副教授,1963年生,1997年毕业于中国地质大学(武汉),获博士学位,现主要从事矿床学、包裹体地质学的教学与研究工作. 黔西南地区,是我国卡林型金矿的集中产地之一.对于本类矿床的成矿流体,前人曾进行过较系统的研究[1,2].本区卡林型金矿中矿物包裹体相对简单,以气液两相包裹体为主,偶见富CO2包裹体,气液包裹体中存在大量有机包裹体.笔者选择烂泥沟超大型金(汞、砷)矿、戈塘大型金(锑)矿、紫木凼大型金(砷)矿为典型矿床[1～3]进行工作,对其中金矿矿石中发现的大量有机和无机包裹体进行了详细研究,得出了一些与前人不尽相同的结论,认为成矿流体并非卤水,而是一种盐度极低的、含有大量有机质的有机流体,金矿的形成可能主要与金的有机络合物受热裂解有关.关于单个有机包裹体的研究方法,笔者在以前的文章中讨论过[4],在此不赘述.1 单个有机包裹体的谱学特征1.1 可见荧光分光光度计(MPV-Ⅲ)法荧光光源为高压汞灯,电流为6.3A,电压一般为900V,当用900V不能得到光谱时,采用1100V,此时可能表明包裹体中有机质含量较低.测试波长范围为400～700nm.测定结果见表1.从表1中可知:(1)这3个卡林型金矿的成矿流体包裹体中普遍含有荧光物质.为了确定这些荧光物质是否为有机质,作者曾事先作了本区石英、方解石及用做载玻片的玻璃的荧光谱图,证明荧光不是由主矿物或载玻片发出的,而是包裹体内某些荧光物质发出的,最可能的是有机质.(2)所有的光谱Q 值均大于1,且光谱的相对强度不是很高(一般均小于90%),结合包裹体的其他分析(见包裹体无机成分一节),说明包裹体中有机质的含量不会很高;因此,本区包裹体以红、橙光为主的特征,不应归结为“淬火效应”导致的红移,而应视为有机质种类的反映,即以芳香烃、胶质、沥青成分为主,而少含饱和烃[5].由于沥青和胶质并不能有效地改变荧光光谱特征[5,6],因此这些光谱可认为主要是由芳香族化合物引起的,即本区卡林型金矿成矿流体中所含有机质以芳香族化合物为主,含有一定量的饱和烃,这也表明成矿流体中有机质成熟度较高.(3)对比Khorasani[6]的研究结果,可初步认为:烂泥沟金矿床以缩合芳香化合物为主;紫木凼金矿床以烷基芳香化合物为主;戈塘金矿床以缩合芳香化合物和饱和烃并重.1.2 显微傅立叶变换红外分光光度计(FTIR)法本区有机包裹体的F TIR光谱由清华大学化学系Perkin Elemer公司生产的System2000傅立叶变换红外光谱仪测定,其主要性能指标为:最大分辨率为0.3cm-1,优于0.15cm-1;使用D TGS(氘代第24卷第1期地球科学———中国地质大学学报Vol.24 No.1 1999年1月Earth Science—Journal of China University of G eosciences Jan. 1999表1 黔西南卡林型金矿矿石中单个有机包裹体的荧光光谱Table1Fluorescent s pectra of individual organic inclusion in Carlin type gold deposits in S outhwest Guizhou Province 矿床(岩)矿石类型 主矿物包裹体类型图谱概况(λ/nm) λmax/nm Q(λ650/500)U/V烂泥沟戈塘 紫木凼含金石英脉石英 原生两相气相:540～700液相:无荧光700 4.711100含金汞方解石石英脉石英 原生单相480～700680 1.691100晶洞状脉体方解石原生两相气相:560液相:410～700560670-2.86950氧化矿石中方解石脉方解石原生单相540～700670 1.46950角砾岩中方解石脉方解石原生两相气相:520液相:无荧光520-950方解石脉方解石原生两相气相:590,610液相:570～690610650-4.19900硅化方解石脉方解石原生单相550～680590 1.91900 中国地质大学(武汉)测试中心叶松测定.表2 黔西南卡林型金矿单个有机包裹体的FTIR测定结果Table2FTIR analyses of individual organic inclusion in Carlin type gold deposits in S outhwest Guizhou Province 矿床矿石类型主矿物官能团及鉴定依据[7](单位为cm-1)烂泥沟含汞石英、方解石脉方解石方解石及碳酸盐矿物吸收峰:1430～1420,870～850,730～700,370～310.包裹体中有机官能团吸收峰:3600～3200为OH-的伸缩振动峰(宽强峰);3000～2800为脂肪族的CH伸缩振动(双峰);2590～2350为SH吸收峰;2300～1900为C,O,N的双键或三键;1870～1550为C O的伸缩振动;1200～1000为醇类C—O键的伸缩振动.石英 石英矿物的吸收峰:1300～1000,800～780,698,513～462,398～375.包裹体中可能有的官能团:SH,C,O,N的双键或三键.依据同上.紫木凼方解石脉方解石基本同烂泥沟矿床方解石中包裹体,不同点在于在2360～2342间出现了一个峰,可能为BH或PH.戈塘 含矿方解石脉方解石基本同紫木凼矿床和烂泥沟矿床,所不同的是OH-峰变小.表3 烂泥沟矿床单个有机包裹体的L RM分析结果Table3L RM analyses of individual organic inclusion of Lannigou gold deposit样品主矿物相态x B/%CO2H2S CH4SO2H2O C2H2C2H4C2H6C3H6C3H8C4H6C6H6x(有机)/x(无机)①方解石单相14.929.210.19.614.316.8 5.1 3.00①石英 单相19.033.718.214.514.6∞①石英 单相19.218.19.431.413.28.7 4.20①方解石单相39.921.419.419.3 3.67①石英 二相26.437.318.57.610.2 2.79①方解石单相33.715.411.115.111.713.0 1.04②辰砂 二相12.1 5.1 5.258.7 3.9 5.9 3.9 5.20.32 ①为不含辰砂的含金方解石石英脉,②为含辰砂(金)的方解石石英脉.测定部分均为包裹体中黑色部分.硫酸三甘肽)检测器,K Br分束器,并以4cm-1分辨率测量5s,信噪比>6000∶1峰峰值;杂散光在任何波长位置均低于实际能量的0.1%.大气已由仪器自动扣除,矿物的吸收峰参照《矿物红外光谱图集》[8]扣除.测定结果及鉴定依据见表2.从表2中可以看出:本区3个卡林型金矿矿石的包裹体中,均含有一定的有机官能团,且官能团的种类基本一样.1.3 激光拉曼光谱(L RM)法本文仅对烂泥沟矿床的单个有机包裹体进行了分析.所用仪器为西安地矿所的法国Jobin-Yvon公司产Ramanor U1000型L RM,测试条件为:Ar+激光器激光波长514.5nm,激光功率600mW,双单色器狭缝450μm,色散率9.2cm-1/mm,光电倍增管高压1530V,温度20℃,湿度65%.测试结果见表3.从表3中可以看出:(1)本区流体包裹体中含有较多的有机质,有饱和烃、不饱和烃和芳香烃,此外还含有CO2,H2S,SO2等无机气体分子.(2)从由L RM检测出的分子看,所测定的7个有机包裹体中仅辰砂中的包裹体有机组分少于无机组分,说明包裹体中所含有机质较多.但需说明的是表中的分子57 第1期 张志坚等:黔西南卡林型金矿成矿流体性质及其与矿化的关系决不是包裹体中分子的全部,因为表中气相分子的判别,都是在已知的波数范围内进行扫描的,如C6H6的拉曼特征峰值为3064～3074cm-1.为了检测C6H6分子,将仪器的扫描范围确定在3060～3080cm-1之间,若出现了拉曼散射,则证明包裹体中存在C6H6分子,而对于没有标样或未知拉曼散射位置的复杂的分子,则无法检测,即L RM检测分子的前提,是已知该分子的拉曼特征谱线;因此,笔者认为:可能有许多有机和无机分子没有检测出.(3)由L RM检测出的分子绝大多数为气相分子,这可能主要是因为目前还没有可靠的标样用以检测包裹体中的分子量较大的分子(有机化合物中呈液态的分子)之故.(4)在送检的7个样品中,仅在辰砂包裹体中检出了H2O,表明有机包裹体基本是以纯气态的形式存在的(如果没有呈液态的有机分子存在的话).由于矿石中的包裹体都是成矿期的流体样品,这些包裹体中的有机质可能已在成矿过程中发生裂解,变成了小分子的气体.为了深入分析成矿前包裹体中有机质存在的形式,现作如下假设.有机包裹体中存在液相高分子有机质(如F TIR法中可以验证),不论这些有机质是因为没有检测出或已被分解,而包裹体中物质一般是从均匀的单一相中捕获的(否则即为异常包裹体,自然界中也有,但出现的概率较小),则有如下的可能性:(1)若捕获的是液相,由于大多数包裹体中不含H2O,则表明液相有机质是以与水溶液互不相溶的形式存在于成矿流体中的,现在有机包裹体中的有机、无机气相分子,是液相大分子有机质裂解后的产物,即原始成矿流体中的有机质,是含有S的杂原子液态有机化合物;(2)若捕获的就是气相,则是包含有机气体的混合气体.然而很难设想,与含有大量水的无机包裹体共生的有机包裹体仅仅只捕获气相.因此,本区成矿流体中有机质的存在形式最大的可能是:以液相的、与水溶液互不相溶的、含有S 等杂原子的化合物形式.而目前有机包裹体中的气相,是成矿流体经历了成矿作用后的残余形式.2 成矿流体性质及成分特征由单个无机包裹体的显微冷热台分析可得到成矿流体的均一温度、盐度、密度等方面的信息;由群体无机包裹体热爆后所收集的样品经气相、液相色谱分析后可得到成矿流体的无机成分信息.2.1 成矿流体的性质无机包裹体的均一温度、冷冻温度由中国地质大学(武汉)矿床教研室的英国产TH-600冷热两用台测定,测试前仪器经H2O,CH3(CH2)8CH3, CH3(CH2)12CH3,CH3(CH2)13CH3等进行过冰点校正.为了保证测试结果的准确性,对每个包裹体的测试工作都是从冷冻到加热连续进行的,在一般情况下,每个样品测试包裹体数都在10个以上.测试结果见表4.从表4可知:本区卡林型金矿成矿温度较低,基本属中低温矿床;成矿流体中的盐度很低,密度中等.2.2 成矿流体的无机成分特征本区无机包裹体的气、液相成分,由中国地质大学(北京)包裹体实验室测试,其结果见表5和表6,从而得到本区成矿流体的一些特征值(表7).在表6中,有些样品的Ca2+偏高,主要是因为测试矿物为方解石的缘故.在表7中流体类型中有的Ca2+以“(Ca2+)”表示,也是因为主矿物中含Ca2+,从而导致流体中Ca2+偏高.从表6和表7中可见:本区成矿流体中,阳离子以(Ca2+),Na+,K+为主,阴离子以SO2-4,Cl-,F-表4 单个无机包裹体的冷热两用台分析结果Table4Cool-hot stage analyses of individual inorganic inclusion矿床样品测试矿物均一温度/℃温度区间最佳温度冷冻温度/℃w(NaCl)/%ρ/(g・cm-3)烂泥沟戈塘 紫木凼含汞方解石石英脉晶洞状脉体氧化矿石方解石脉石英方解石辰砂方解石、石英方解石方解石163～294210,280-2.0～-3.4 3.4～5.50.80～0.83110～128110～120-0.4～-1.00.7～1.70.94～0.95241～251240～25095～147120～1400～-1.50～2.70.93～0.9684～17980-0.10.20.97123～222160～180200～2200～-2.50～4.20.89～0.930.84～0.8867地球科学———中国地质大学学报第24卷表5 本区卡林型金矿无机包裹体的气相成分Table5G as compositions of inorganic inclusions in Carlin type gold deposits in studied area矿床矿石类型测试矿物(样号)w B/10-9H2O2N2CH4CO CO2H2O烂泥沟戈塘 紫木凼含金石英脉石英(①) 0.070.00 6.727.510.0039.081961.00含汞方解石脉方解石(②)0.020.0012.449.300.007.61427.64含汞金石英脉石英(③) 0.050.00 3.45 3.070.0024.401536.00晶洞状脉体方解石(④)0.020.0011.14 6.380.00 6.82501.67氧化矿石中方解石方解石(⑤)0.020.007.90 4.460.00 6.30370.07方解石脉方解石(⑥)0.020.0014.5210.570.0014.01482.85 石英爆裂温度为450℃,方解石为250℃.表6 本区卡林型金矿无机包裹体的液相成分Table6Liquid compositions of inorganic inclusions in Carlin type gold deposits in studied area矿床矿石类型测试矿物(样号)w B/10-3F-Cl-NO-3SO2-4K-Na-Ca2+Mg2+烂泥沟戈塘 紫木凼含金石英脉石英(①) 0.060.430.00 3.63 1.010.76 2.350.54含汞方解石脉方解石(②)0.93 2.430.00 1.87 2.06 1.4370.760.99含汞金石英脉石英(③) 0.110.350.00 1.13 1.340.510.370.04晶洞状方解石方解石(④)0.73 1.070.00 2.44 2.830.8871.080.48氧化矿石中方解石方解石(⑤) 1.32 1.620.007.35 4.85 4.12227.14 1.61方解石脉方解石(⑥)0.38 1.790.00 3.26 2.28 1.7981.390.70 石英爆裂温度为450℃,方解石为250℃.表7 本区成矿流体的特征值Table7Features of metallogenic fluids in Carlin type gold deposits in studied area样号n(CO2)/n(H2O)n(CH4)/n(CO2)还原系数n(Na+)/n(K+)n(F-)/n(Cl-)n(Na+)/n(Ca2++Mg2+)w(NaCl)/%矿化度/(g・L-1)p H Eh类 型①8.1×10-30.530.57 1.280.260.410.058.78 5.99-0.54SO2-4-Ca2+-Na+②7.3×10-3 3.35 3.42 1.180.720.030.9580.47 6.81-0.42Cl--(Ca2+)-Na+-K+③ 6.5×10-30.340.390.650.59 2.030.05 3.85 5.56-0.50SO2-4-Cl--K+-Na+④ 5.6×10-3 2.57 2.640.53 1.270.020.4579.51 6.92-0.43F--Cl--(Ca2+)-K+⑤ 6.9×10-3 1.94 2.02 1.44 1.520.030.91248.017.33-0.45SO2-4-F--(Ca2+)-Na+⑥11.9×10-3 2.07 2.11 1.330.400.040.7791.59 6.66-0.41Cl--SO2-4-(Ca2+)-Na+ 表中各参数计算公式见文献[9].为主,n(Na+)/n(K+)和n(F-)/n(Cl-)值不定,盐度低而矿化度较高,对比表4的实测包裹体盐度资料,可知本区成矿流体中的盐度的确较低,矿化度高主要是因为主矿物方解石的阳离子Ca2+溶解于流体中造成的(主矿物为石英的矿化度并不高),因此,阳离子应以Na+,K+为主.水溶液为SO2-4-Ca2+-Na+(K+)型和Cl--(Ca2+)-Na+(K+)型2种,前者为石英测定结果,后者为方解石测定结果.成矿环境主要为弱酸性较还原环境.3 结果的分析与讨论本区卡林型金矿成矿流体中确实含有机质,是一种有机成矿流体,而成矿流体的盐度并不高,构不成“油田卤水”(一般卤水的盐度较高).由于石英比方解石稳定得多,在基于从同一流体捕获包裹体的前提下,由石英测出的离子类型应比方解石的可信度大,这样,成矿流体中Cl-的含量就不占绝对优势,与“油田卤水”的成分差异就较大.而在本区温度较低、弱酸性较还原的成矿条件下,成矿流体中的有机质聚集和分解可能是金成矿的因素之一.众所周知:金在低盐度、低温、接近中性的条件下,溶解度是很低的;但若其中含有机质,溶解度就可以大大增加[10,11],原因是有机质可以与金形成金的可溶有机络合物.本区成矿流体中含有大量的有机质,虽然成熟度较高,但仍然保留了烃、烯、炔(见表3)等物质,表明流体在其形成、演化过程中,没有经历过很高的温度环境,因为有机质对于热的敏感77 第1期 张志坚等:黔西南卡林型金矿成矿流体性质及其与矿化的关系度是极高的,且有机质对于热的变化是单向的、不可逆的.因此,可以相信:成矿过程的热事件是本区有机成矿流体经历的最高温度.这样,成矿流体在成矿前就应是温度更低、有机质成熟度也更低的一种流体,其有机质的种类、含量也应更复杂、更高.那些在更低的温度条件下与金形成可溶络合物的有机质,在成矿阶段较高温度的作用下,发生裂解,一方面使有机质向更成熟、更小的分子转化,另一方面由于络合物的破坏,金的载体瓦解,造成金的沉淀.基于以上分析,笔者认为:在本区成矿条件下,金的有机络合物受热裂解可能是导致金矿成矿的主要原因.感谢殷鸿福院士在笔者研究期间给予的亲切指导.对文中所引文献的作者,在此也一并表示感谢!参考文献1 李文元,姜信顺,具然弘等.黔西南微细金矿床地质特征及成矿作用.见:沈阳地质矿产研究所编.中国金矿主要类型区域成矿条件文集(6).黔西南地区.北京:地质出版社,1989.1～812 何立贤,曾若兰,林立青.贵州金矿地质.北京:地质出版社,1993.46～543 王砚耕,索书田,张明发等.黔西南构造与卡林型金矿.北京:地质出版社,1994.1～1104 张志坚,张文淮.有机包裹体的研究现状.地质科技情报, 1995,14(3):39～435Bertrand P,Pittion J,Bernaud C.Fluorescence of sedimentary organic matter in relation to its chemical G eochem,1986,10:641～6476Khorasani G K.Novel development in fluorescence microscopy of complex organic mixtures:application in petroleum G eochem,1987,11(3):157～1687 卢涌泉,邓振华.实用红外光谱解析.北京:电子工业出版社,1989.18～348 彭文世,刘高魁.矿物红外光谱图集.北京:科学出版社, 1982.1～349 王真光.矿物中流体包裹体物化参数的计算程序.地质与勘探,1991,27(7):22～2710刘金钟,傅家谟,卢家烂.有机质在沉积改造型金矿成矿中作用的实验研究.中国科学(B辑),1993,23(9):993～100111刘金钟,傅家谟,卢家烂.含有机质热水溶液对金、铜、汞相互作用的实验研究.现代地质,1992,6(3):309～316INVESTIGATION INTO METALLOGENIC FL UID FEATURE IN CAR L IN TYPE G OLD DEPOSITS AN D ITS RE LATION TOMINERAL IZATION IN SOUTHWEST GUIZH OU PROVINCEZhang Zhijian Zhang Wenhuai(Faculty of Earth Resources,Chi na U niversity of Geosciences,W uhan430074)Abstract A systematic research is made in this paper into the inclusions in the three large-sized ore deposits typical of those in the Southwest Guizhou Province,in order to reveal the metallogenic fluid feature in Carlin type gold deposits and its relation to the mineralization.A study of a single inclusion is also included in this systematic research,in terms of fluorescent s pectral analysis,F TIR analysis,L RM analysis,and cool-hot stage analysis.The present research shows that the metallogenic fluid in the selected Carlin type gold deposits is extremely low in salinity,intermediate and low in homogeneous temperature,and contains SO2-4-C1--Ca2+-Na+(K+)in its water solution.The metallogenic environment is mainly dominated by the weak acid and relatively reduction.The metallogenic fluid contains some organic matter dominated by mature or over-mature aromatic series.The organic matter in the metallogenic fluid migrates in the form of immiscibility with water.The gold-deposit metallogenesis results probably mainly from the thermal cracking of the gold organic complex compounds.K ey w ords Carlin type gold deposit,metallogenic fluid,mineralization,Southwest Guizhou Province.87地球科学———中国地质大学学报第24卷。
