湘西钨锑金矿床成矿系列及其稳定同位素研究

湘西钨锑金矿床成矿系列及其稳定同位素研究_追寻地质梦湖

鲍振襄，万溶江，鲍珏敏

（湖南省有色地质勘查局二四五队，湖南 吉首 416007）[1]

摘 要：湘西钨锑金矿床成矿系列泛指湖南沅陵—益阳一带、受雪峰弧形构造及其延伸部位控制的金矿成矿带，是湖南省重要的金矿成矿系列之一，系列中不同矿种的共（伴）生组合的矿床同属变质热液成因，其形成在很大程度上取决于赋矿围岩中成矿元素的丰度及其分布形式。对该成矿系列的研究和总结将会有助于开展进一步的地质找矿及成矿预测。

关键词：湘西；金矿；稳定同位素

湘西钨锑金矿床成矿系列泛指湖南沅陵—益阳一带、受雪峰弧形构造及其延伸部位控制的金矿成矿带，是湖南省重要的金矿成矿系列之一，属于与前寒武系浅变质岩有关的矿床成矿系列（变质成矿系列）。矿床中W、Sb、Au三种成矿元素既可以形成共（伴）生矿床（体），也可以呈独立的矿床（体）产出。它们拥有相同的成矿元素组合和同一矿源层，是在同一的成矿作用、成矿期和热（动）力场中形成的，空间上呈现某种分带现象的钨锑金矿床系列。

1 成矿系列的特征和标志

1.1 成矿系列的空间分布

湘西钨锑金矿床成矿系列在区内由西北向西南依次表现为柳林汊金矿带、渣滓溪锑金矿带、沃溪钨锑金矿带、西冲钨金矿带，西安白钨矿带及大神山—沩山白钨成矿带（图1）。总体上，雪峰弧形构造带的轴部突出部位及其东延地带为钨锑金的矿化中心，矿床成群成带地集中分布；弧形构造的西北侧为单一的金矿带，西南侧为单一的钨矿成矿带。单金矿床及与金有关的钨锑金矿床全部分布在元古宇板溪群和冷家溪群浅变质岩系中。该变质岩系既是钨锑金矿床的赋矿围岩，也是成矿的矿源层。

据82件样品的分析结果，区内板溪群和冷家溪群变质岩系中W、Sb、Au三种成矿元素的背景含量分别高于上部大陆地壳平均值（泰勒，1985）的2.0倍、7.4倍和1.7倍。其中板溪群马底驿组不仅赋存有沃溪钨锑金矿、符竹溪锑金矿及西安白钨矿等重要矿床，而且该组地层中W、Sb、Au的成矿元素均比整个变质岩系的背景含量偏高（表1），更是区内钨锑金矿床最重要的赋矿层位和最主要的成矿矿源层。

表1 成矿元素在赋矿围岩中的含量分布

图1 雪峰山构造地质及钨锑金矿床分布略图

1.第四系；2.白垩系—第三系；3.泥盆系—三叠系；4.震旦系—志留系；5.元古界；6.花岗岩；7.背斜；

8.向斜；9.断层；10.矿带；11.层状—似层状矿床；12.脉状交错矿床

金矿床大致可分为产于缓倾斜的层间破碎（剥离）带整合脉带状金矿床和产于陡倾斜剪切断裂带内的脉状金矿床两类。矿床中，金的矿化范围大于共（伴）生的钨和锑的矿化范围，尤其是在垂向上的矿化范围最深、也最稳定。

产于缓倾斜层间破碎（剥离）带内的脉带状金矿床以沃溪钨锑金矿床为例，在水平方向上自西而东矿化的总趋势是Sb、Au→W、Sb、Au→W、Au，黑钨矿的含量减少、白钨矿的含量增加。垂向（倾斜方向）上， W在上部较富、Sb变化不大、Au向下有增强的趋势[1]。白钨矿的形成温度较高、富集于矿床的上部，闪锌矿、方铅矿、毒砂等形成温度较低的一些矿物则多出现在矿床的下部，表现出矿物生成的逆向分带现象。

产于陡倾斜剪切断裂带内的脉状金矿床以符竹溪锑金矿床为例，地表部分为硅化破碎带和少量石英脉，或伴有金矿化、或伴有锑矿化。金的矿化总体上在矿床北部比南部强烈。矿床的垂向矿化分带现象比较明显，在+360～（-180）m的范围内自上而下可分为6个矿化带[2]，即蚀变褪色岩带→硅化带→石英细脉带→含金锑石英破碎带→含锑金石英破碎带→含金石英破碎带。其中，含金锑石英破碎带为以锑矿化为主的含金锑矿化带，是矿床的主要矿化部位。自该带往下锑的矿化明显减弱、并在含金石英破碎带中基本消失，而金的矿化则继续呈现增强的趋势。

1.2 金矿化的元素相关性及其指示意义

区内金矿化总的特点是矿床（体）中有Sb必有Au，有Au不一定有Sb，但一定有As的相对高含量带出现。据沃溪、符竹溪、西冲等5个矿床的相关分析结果，矿石中Au、Sb正相关，且相关系数为0.24～0.72，有时Au、S及Au、Hg也呈正相关，但尤以Au、As、Sb之间的正相关更具普遍意义，其相关系数为0.44～0.62。主要载金矿物黄铁矿物的分析结果表明，矿物中Sb、As、Au三者的含量基本上是同步增长的（表2），在沃溪矿床中Au、As之间的相关系数达0.78。

表2 沃溪矿床不同部位的黄铁矿中Sb、As、Au的含量

综上述可见，在时空上Au与As的关系更为密切，As是金矿化极为敏感的元素，具有标型的找矿意义；Au、Sb之间既有相关性，又有分离性。当地质体中Au、As明显相关时，指示金矿化的存在；当Au、Sb、As均相关或弱相关时，则可能出现金锑矿化、或以锑为主伴有金的矿化。

1.3 金的共（伴）生矿物组合及其赋存状态

湘西钨锑金矿床中金的矿石类型分钨锑金型、锑金型、钨金型和单金型。其共（伴）生矿物组合中，金属矿物主要有自然金、黄铁矿、含砷黄铁矿、辉锑矿、毒砂、白钨矿、黑钨矿，其次为少量或微量闪锌矿、方铅矿、黄铜矿等。脉石矿物主要为石英，其次为绢云母、方解石、铁白云石、绿泥石，少量或微量磷灰石、钠长石、高岭石、伊利石等。这些矿物都是在同一成矿作用下，于不同的矿化阶段中形成的。自然金除在少数含金石英脉型单金矿床中以明金为主外，主要以显微金和次显微金的形式赋存于黄铁矿及辉锑矿等金属硫化物中。

显微金（包括可见金）在黄铁矿中主要有四种赋存形式。一是沿黄铁矿细脉的一侧进行交代，形成残余结构；二是沿黄铁矿的间隙、裂隙及周边呈细脉状、树枝状及角砾状充填交代；三是在黄铁矿晶粒间呈细脉状充填；四是在黄铁矿的表面呈球粒状沉淀。与辉锑矿的关系则主要表现为自然金细脉被辉锑矿或辉锑矿细脉穿插，其次是辉锑矿沿自然金周边进行交代。

次显微金在镜下呈小球粒状或链状。在黄铁矿中有两种产出形式（张振儒等，1980），一种是呈星散状或细脉状沿黄铁矿的晶隙或微裂隙充填，另一种是小的圆球粒状次显微金呈包裹体夹层沉淀于黄铁矿的晶面上、形成环带状构造。在辉锑矿中则既被辉锑矿所包裹，同时又被辉锑矿的[010]解理所切割。

1.4 主要载金矿物的含金性及其标性特征

金的主要载金矿物是黄铁矿（包括含砷黄铁矿）和辉锑矿。据沃溪、沧浪坪、符竹溪、邓石桥等十余个矿床的化学分析资料统计，金在黄铁矿和辉锑矿中的含量分布如表3所示。

表3 黄铁矿和辉锑矿中金的含量分布

载金黄铁矿的微量元素组成以富As（276×10-6～52810-6）、Sb（198.6×10-6～1600×10-6）和Te （14.6×10-6～18×10-6）为特征标志。其形成时代大体可分为早晚两期。自然金主要与晚期黄铁矿关系密切，该期的黄铁矿结晶程度较差，主要为他形、半自形晶立方体[100]，其次为五角十二面体

[210]与立方体[100]的聚形；粒径较细，一般均＜0.5mm。在粒径、晶形、生成期次和产出部位诸多影响因素中，黄铁矿的粒径对其载金容量的影响比它的晶形更为重要。如在沃溪矿床中，粗粒黄铁矿的含金量为27.5×10-6，细粒黄铁矿结晶程度极差、粒尤细、含金量高达31.4×10-6～254.3×10-6，而大于2mm的五角十二面体黄铁矿的含金量则只有14.66×10-6～33.33×10-6。

含金量比较高的细粒黄铁矿多为灰黄色、暗黄色及暗黄绿色，反射率明显低于不含金的黄铁矿。黄铁矿的热电系数导型为以P型为主的n-p混合型，属于富金的黄铁矿[3]。穆斯堡尔谱的四极分裂值（Q）较大，EPR谱中由空心引起的吸收谱的峰值比较明显。在红外吸收光谱中吸收强度或光密度较小的黄铁矿含金性较好。

辉锑矿亦有两个世代。第一世代的辉锑矿为他形细粒状或致密块状集合体，粒径＜0.05mm，含Au量比较高（0.25×10-6～110×10-6，平均45.39×10-6）；所测的晶胞参数比理论值高[4]，这可能与其亏S（27.18×10-2～28.15×10-2）和微量元素的含量有关。第二世代的辉锑矿呈针状、放射状、毛发状等，晶粒大小不一，长5～10mm；其成分较纯，Au含量较低（0.416×10-6～0.745×10-6，平均0.5805×10-6），晶胞参数而较理论值小。

2 稳定同位素研究

2.1 硫同位素特征

区内富金硫（砷）化物都是以相对富集轻硫同位素为特征，δ34S值大多为负值、与含金量之间具有良好的相关关系（表4）。不含金或含微量金的硫化物中则δ34S值不仅常出现较大的正值，而且δ34S值愈大愈接近地层硫的δ34S值（+12.6×10-3）。据沃溪、符竹溪、西冲、沧浪坪、板溪等十余处矿床139件样品的测量结果统计，δ34S平均值为0.66×10-3、变化范围在-15.71×10-3～6.91×10-3之间，标准差只有3.25。其中，约有93%硫（砷）化合物的δ34S值落在±5×10-3范围内，塔式效应比较清楚，由毒砂（+4.8×10-3）→黄铁矿（-0.63×10-3）→辉锑矿（-1.01×10-3）→闪锌矿（-3.8×10-3）→方铅矿（-5.l×10-3）的变化趋势与平衡热液体系的分馏方向一致。

表4 湘西钨锑金矿床硫同位素组成

注：硫同位素测定与Au含量分析（火法）非同一样品；括号内的数值除δ34S为均值外，其余为样品数。

资料显示，区内载金硫化物是在热液中氧化态硫达到平衡时形成的，金则是与黄铁矿等载金硫化物同期或同期稍晚的产物。含金硫化物中的硫可能主要是源于硫同位素均一化程度较高的地壳深部或下地壳，而不含金或含微量金的硫化物则可能是受到了较多地层硫混染的结果。考虑到赋矿地层、矿层和蚀变岩石中有机碳的含量比较高（0.01%～0.478%）、且富金硫化物中都是以富集32S为主，因此有机质可能也参与了成矿作用。

2.2 铅同位素组成

据西安、沃溪、符竹溪等7处矿床22件Pb同位素的资料[5]，湘西钨锑金矿床的矿石铅同位素组成比较均一，变化不大（表5）。

表5 湘西钨锑金矿床的矿石铅同位素组成

其中，208Pb/206Pb+207Pb≥1.13（1.13～1.16）、208Pb＞52.75（53.36%），明显表现出以正常铅为主、或混有少量异常铅的同位素组成特征；单阶段模式年龄（按Dol BR，1974）中，98%的年龄值分布在761～444Ma，普遍低于赋矿地层的年龄（7800Ma）。在铅的同位素组成分布图上，矿石铅的同位素数据多数落在造山带与地壳演化曲线之间和上地壳之上、少数落在造山带演化曲线之下侧，表明区内的矿石铅属于壳源铅，或以上地壳铅为主的壳幔混合铅。考虑到区内铅同位素的组成大多数均与中国金矿床扬子铅同位素构造区的铅同位数组成（206Pb/204Pb=18.37、207Pb/204Pb=15.68、208Pb/204Pb=38.59）比较接近，其同位素组成及源区特征值的变化与本区元古宙地层之间具有一定程度的相似性，推测湘西钨锑金矿床的成矿物质主要是来源于元古宙地层。

2.3 氢、氯和碳同位素的组成

据沃溪、符竹溪、沧浪坪、西安等矿床的资料，氢氧同位素的组成与变质水比较接近（表6）。由矿物及平衡水的氢氧同位素资料计算包裹体中δ18OH2O的值为2.0×10-3～10.0×10-3，在δ18OH2O-δD关系图上的投影点大多落在变质水范围内、部分落在变质水与建造水之间靠近变质水的部位。可以断定，湘西钨锑金矿床既不是与钨锡系列花岗岩有关的再平衡岩浆水热液成因，也不可能是中生代大气降水改造热液矿化作用的产物（张理刚，1986），其成矿流体可能是一种以变质水为主兼有大气降水（尤其是成矿晚期阶段）渗入的混合热液。

碳同位素的测定结果如表7所示。

表6 湘西钨锑金矿床与变质水的氢氮同位素组成（×10-3）

表7 沃溪、西安矿床的碳同位素测定（×10-3）

从表7中可见，西安矿床的含矿地层与矿石中方解石的碳和氧同位素组成相近，说明矿石中的碳主要来自海相碳酸盐地层或沉积变质岩系。考虑到沃溪矿床中蚀变岩石和未蚀变岩石之间的稀土元素含量及其配分型式也比较接近、都是相对富集轻稀土（邵靖邦等，1989），湘西钨锑金矿床的成矿物质主要是源自赋矿地层本身。

3 流体包裹体研究

湘西钨锑金矿床石英流体包裹体的均一化温度介于99～325℃之间、绝大多数为160～220℃，盐度为4.3%～8.6%、大多数集中分布在6%～8%[6]之间，密度为0.72～0.99g/cm3，计算压力为200×10-5～500×10-5Pa。

在金矿主要成矿阶段包裹体的液相成分中，Na+/K+值为0.2～0.3、小于1（仅邓石桥矿床例外，达1.3～1.5），F-/Cl-值大多数大于1，个别为0.6～0.8。阳离子多数以Ca2+、Na+为主，Ca2+＞Na+＞K+。赋存于冷家溪群中的邓石桥和西冲矿床的包裹体中阴离子分别为F-+Cl-＞HCO3-＞HS-和HCO3-＞F-+Cl-＞HS-、F-＞Cl-，其流体成分属于（Ca2+-Na+）/（F--Cl--HCO3-）、（Ca2+-Na+）/（HCO3--F--Cl-）型。产于板溪群马底驿组沃溪矿床的包裹体的阴离子则表现为HS-＞HCO3-＞F-+Cl、F-＞Cl-，具有（Ca2+-Na+）/（HS--HCO3-）型的特征。

包裹体的气相成分以CO、CO2为主，含一定量的CH4，以CO的含量最高。其中，（CO2+H2O）/（CH4+CO2+H2O）值由成矿早期向成矿晚期逐渐变小。

综前所述，区内元古宙板溪群和冷家溪群变质地层中相对较高的W、Sb、Au成矿元素的地球化学丰度，是湘西钨锑金矿床成矿的物质基础，特别是板溪群马底驿组更为重要，也是最主要的矿源层和赋矿层位。矿床中，砷是金的标型指示元素，金与锑（钨）矿的共（伴）生关系密切，应注意在锑（钨）矿床中开展找金的工作。成矿作用是在弱碱性（p H值为6.01～8.41）、弱还原环境和低压条件下进行的。成矿溶液是一种中等盐度、由变质水溶液兼有大气降水混合形成的中低温热液。热液中硫离子应以HS-为主，金主要呈[Au（HS）2]-络离子的形式迁移。其中，还原硫活度的降低和氧逸度的下降是导致金沉淀的有效机制，温度和p H值的减小是导致金沉淀的主要因素。在成矿过程中，由于成矿热液的化学组分、温度条件和赋矿地层中成矿元素初始丰度的差异及其分布形式的不同，而分别形成了钨锑金矿、锑金矿、钨金矿和单金矿等不同的矿床类型。

参考文献

[1]鲍振襄，等.湘西沃溪钨锑金矿床地质地球化学待征[J].湖南地质，1991，10（3）：207-216.

[2]姚振凯，等.湖南符竹溪金矿床多金复成模式及其找矿意义[J].大地构造与成矿学，1993，17（3）：199-209.

[3]王学明.湘西金矿黄铁矿的找矿矿物学研究[J].黄金，1994，15（11）：7-10.

[4]张振儒，等.湖南沃溪金锑钨矿床矿物学研究[M]//中国人民武装警察部队黄金指挥部.湖南省沃溪式层控金矿地质.北京：地震出版社，1996：216-232.

[5]罗献林.论湖南前寒武系金矿床的成矿物质来源[J].桂林冶金地质学院学报，1990，10（1）：11-26.

[6]刘英俊，等.湖南益阳—沅陵一带金矿床的成矿作用地球化学[J].地球化学，1994，23（1）：1-12.

[1]文章来源：《北京地质》，1999年第1期。作者简介：鲍振襄（1933—），男，湖北襄阳人，高级工程师，从事金属矿床找矿勘探、综合研究。