湖南锡矿山超大型Sb矿床成矿流体演化——来自围岩蚀变及石英微量元素的约束

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华南低温成矿域位于扬子地块西南部,由一系列低温矿床组成,主要包括卡林型金矿床、MVT型铅锌矿床以及脉状锑、金、汞等矿床类型。其中,脉状Sb、Au矿床主要位于扬子地块向华夏地块过渡部位的湘中地区。根据矿种类型和赋矿围岩,可将湘中地区的脉状Sb、Au矿床分为两类:一类是赋存于新元古界浅变质碎屑岩中的Sb-Au-(W)矿床,主要分布在湘西及雪峰山隆起带地区,代表性矿床有沃溪Sb-Au-W矿床、板溪Sb矿床、渣滓溪Sb矿床;另一类是赋存于泥盆系-石炭系灰岩-砂岩中的单Sb矿床,主要分布在湘中盆地内部,典型代表为锡矿山锑矿床。虽然锡矿山锑矿床矿种单一,但Sb金属储量却占湘中地区总储量的76%,可见锡矿山锑矿床在湘中地区占有十分重要的地位。  作为目前全球已发现的最大的锑矿床,前人已经对锡矿山锑矿床做过很多方面的研究工作,对矿床成因、成矿时代及成矿物质来源等问题有了较深入的认识,但有关围岩蚀变对成矿流体性质、演化过程及其对成矿过程指示意义的研究相对较薄弱。在锡矿山锑矿床,硅化作用是主要的围岩蚀变类型,与矿化的关系也极为密切,且强度大、范围广。从成矿期早阶段硅化交代蚀变形成的硅化灰岩(玉髓)、成矿期中阶段与辉锑矿共生的脉状石英以及成矿期晚阶段与辉锑矿和方解石共生的粗粒石英,石英在整个成矿过程中均有发育。因此,石英是成矿流体和成矿过程良好记录者。  本论文在结合前人研究资料和野外地质观察的基础上,通过对硅化蚀变过程及不同阶段石英微区微量元素组成进行研究,初步探讨了成矿热液的性质、演化过程及其对成矿过程指示,主要的研究手段和取得的认识有以下几点:  (1)根据锡矿山锑矿床硅化作用强弱的不同,按照距离矿体的远近将矿区内围岩分为灰岩、弱硅化灰岩、强硅化灰岩、矿石四个带。利用标准化Isocon图解法,以Al2O3为惰性组分,对各蚀变带围岩及矿石的主、微量元素进行质量平衡计算。结果表明热液蚀变过程中,主量元素Si和微量元素Sb、As、Hg、Tl、Li、Bi大量迁入,而Ca、Mg、Na和大离子亲石元素Sr、Ba、Rb等大量迁出;成矿热液呈酸性和富硅特征;成矿热液中Hg、As、Au等元素含量极低,这可能是导致锡矿山锑矿床矿种单一的原因。成矿过程中稀土元素未发生明显的活化迁移,水岩反应也并未影响原岩稀土元素的配分模式;蚀变岩及矿石中的Eu负异常可能是由热液活动的影响造成的。  (2)对成矿期不同阶段的石英进行LA-ICP-MS微量元素分析。结果表明,石英中的微量元素主要有Al、Li、Ti、Sb、Na、K、Ba、As、Sc、Sr、Ca、P、S、Ge;成矿期早阶段石英具有最高的Ti,较低的Sb、Li、Na、 Ba,以及较高的Al;中阶段石英较早阶段石英具有普遍较高微量元素,除Ti的含量显著降低以外,Al、Li、Sb、K、Na、Ca、Ba等含量普遍升高;晚阶段石英的微量元素含量逐渐降低,Ti含量持续下降到最低,Al、Li、Sb、K、Na、Ca、Ba等元素含量也降低;早阶段石英Ti含量>10×10-6,表明硅化作用的发生温度可能>350℃;中、晚阶段石英Ti含量<10×10-6,表明成矿温度可能<350℃,Ti含量的大幅度降低可能暗示温度是影响锑沉淀的重要因素。成矿期早阶段石英到成矿期中、晚阶段石英Al含量的阶梯式变化,表明流体pH的变化可能也是导致矿质沉淀的因素之一。  (3)通过对不同成矿阶段辉锑矿以及黄铁矿的原位硫同位素分析,发现辉锑矿的δ34S组成比较均一,集中分布在4‰~10‰的范围内,且与前人的研究成果相似;黄铁矿的δ34S分布范围较大,在-26‰~+22‰的范围内。硫同位素研究表明,锡矿山锑矿床的硫可能主要是由成矿热液从基底地层中萃取的,且赋矿地层硫可能几乎没有参与成矿。
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