湖北麻城陈家洼地区脉石英矿流体特征研究

王 翔，涂秉峰，敖明勇

(中国建筑材料工业地质勘查中心湖北总队，湖北 武汉 430034)

麻城陈家洼地区成矿区带位于东秦岭—大别山脉石英成矿区带，是我国较为重要的脉石英成矿区带之一，区内脉石英矿床成因类型多为中—低温岩浆热液型和变质热液型[1-2]。目前，该成矿区带内对东秦岭及大别山东段地区脉石英矿的地质特征及矿床成因有一定的认识[3-7]，但对于大别山西段脉石英矿特别是变质热液型脉石英矿的研究较少。本文以麻城陈家洼地区脉石英为研究对象，对该区脉石英地质及流体特征进行研究，为总结大别山西段乃至东秦岭—大别山脉石英成矿区带成矿规律提供依据。

1 区域成矿背景

1.1 地层

陈家洼地区大地构造位置位于秦岭—大别造山带(Ⅱ)桐柏—大别构造带(Ⅱ2)卡房—大别构造亚带(Ⅱ21)。地层分区属桐柏—大别山地层区桐柏地层小区，大面积出露前寒武系变质岩系，主要为晚太古代—早元古代大别山岩群、中元古代红安岩群以及新生代第四系冲积物。

大别山群为一套中高级变质表壳岩，根据变质变形和岩石组合特征为两个组。下岩组(Ar3-Pt1D1)以黑云斜长片麻岩、变粒岩为主，似夹层状、透镜状斜长角闪岩或榴闪岩；上岩组(Ar3-Pt1D2)以二长浅粒岩、变粒岩为主，夹黑云斜长片麻岩及斜长角闪岩或榴闪岩透镜体，浅粒岩、片麻岩常见强烈条带状构造。

红安岩群为一套中高压相系高绿片岩相变质岩，原岩为一套陆源碎屑岩、中酸性火山碎屑岩，根据构造—岩石组合特征分为黄麦岭组(Pt2h)及天台山组(Pt2t)。其中黄麦岭组(Pt2h)根据岩性特征分为两段，下段(Pt2h1)岩性主要为白云钠长变粒岩夹白云钠长片麻岩、白云钠长石英片岩，局部地段夹含石墨白云石英片岩；上段(Pt2h2)岩性主要为白云钠长片麻岩、白云钠长变粒岩，夹少量大理岩、含石墨白云石英片岩、石英岩等。天台山组(Pt2t)为白云钠长片麻岩、白云二长变粒岩夹少量钠长浅粒岩、含榴钠长角闪岩。

1.2 构造

区内构造较为复杂，主要发育一系列韧性剪切带、褶皱和断层。区内韧性剪切带主要为红安岩群底剪切带(f1)，位于七里坪—张家河—赵家畈，主要分布于红安岩群与大别山群的分界面上(图1)。韧性剪切带长约40km，宽50～500m，产状190～250°∠20～40°。褶皱中元古代红安岩群内较为发育，褶皱方向与韧性剪切带的方向基本一致。区内断层较为发育，主要为北西向、近南北向和北东向，区内较大的断裂主要有大石山断裂(近南北向)、姜家湾—土门断裂(近南北向)。

图1 陈家洼地区构造及地质简图

1.3 岩浆岩

区域上岩浆岩较发育，主要为侵入岩和喷出岩，成岩时代为晚太古代—早元古代、晚元古代和中生代。晚太古代—早元古代侵入岩为大别山变质杂岩的组成部分，根据接触关系和岩石学资料，划分为英云闪长岩—奥长花岗岩(桂家河片麻岩(Ar3-Pt1ggn))和碱性花岗岩(西张店片麻岩(Ar3-Pt1xgn))。晚元古代为基性侵入岩，分布较少，为陶家塝片麻岩(Pt3tgn)。中生代主要为各类岩脉。

2 成矿地质特征

2.1 地质特征

陈家洼地区发育7条脉石英矿体，主要赋存于大别山岩群下岩组(Ar3-Pt1D1)及红安岩群黄麦岭组(Pt2h)，岩性主要为黑云斜长片麻岩、白云钠长片麻岩、浅粒岩、变粒岩等。区内脉石英主要分布于北西—南东向韧性剪切带两侧，为韧性剪切带与脆性断裂转换位置。围岩基本无蚀变，仅个别矿体与围岩接触部位发育云母片岩。

2.2 矿体特征

脉石英矿体主要呈透镜状、脉状、囊状等。郑皮凹脉石英矿体走向近东西向，倾向北，倾角75～80°，最大延伸180m，最大宽度2m；陈家洼脉石英矿体走向近东西向，倾向北，倾角55～60°，最大延伸220m，最大宽度1.2m；东皇庙脉石英矿体走向北东—南西向，倾角60～65°，最大延伸200m，最大宽度2m。矿体产状总体与围岩及裂隙产状一致(表1)。

表1 陈家洼地区脉石英矿体特征表

2.3 矿石特征

矿石呈烟灰色或白色，透明至半透明，具油脂光泽和贝壳状断口(图2a)。矿石矿物成分简单，几乎全由石英组成。矿石结构为粗粒粒状变晶结构，镜下观察显示：石英呈不规则粒状，粒径为0.01～ 30.0mm不等，石英表面光滑，受构造应力作用，局部发育裂隙，少量铁质及泥质等沿石英微细裂隙零星分布(图2b)。矿石构造主要为脉状构造、块状构造等。矿石质量较好，SiO2含量均高于99.6%，Fe2O3平 均 含 量0.01%～0.05%，Al2O3平 均 含 量0.03%～0.13%，其他杂质元素含量均小于0.01%。

图2 陈家洼地区脉石英矿石特征及矿物镜下特征

3 流体包裹体特征

3.1 样品特征和研究方法

本次流体包裹体样品共4件，其中b12和b14取自郑皮凹K12和K14号矿体，b21和b24取自陈家洼K21和K22号矿体。

在流体包裹体岩相学研究基础上，对样品进行成分分析和显微测温分析。流体包裹体岩相学观察及显微测温研究和流体包裹体的显微激光拉曼光谱分析分别在中国地质大学(武汉)资源学院流体包裹体实验室和地质过程与矿产资源国家重点实验室内完成。所测包裹体多为气液两相，采用卢焕章等[8-9]提出的NaCl-H2O体系计算公式计算盐度，采用刘斌等[10]提出的水盐体系包裹体密度计算公式计算流体密度。

3.2 流体包裹体岩相学特征

陈家洼地区脉石英中原生包裹体及次生包裹体均较为发育。本次岩相学观察对象为原生包裹体，包裹体呈孤立、状面状分布(图3)，包裹体大小一般在6～10μm，形态多样，以椭圆形和不规则形为主。各种类型的包裹体均可见，以气液两相包裹体居多(图4a、c)；还有含CO2三相包裹体(图4b)、纯气相包裹体(图4d)及纯液相包裹体(图4e)，偶见含子矿物的包裹体。

图3 陈家洼流体包裹体镜下素描图

图4 陈家洼地区脉石英流体包裹体特征

3.3 流体成分

激光拉曼光谱是一种研究物质分子结构的微观分析技术，是作为流体包裹体成分分析的重要手段，可以快速方便地对单个包裹体进行定性、半定量分析[11]。陈家洼地区流体包裹体激光拉曼测试结果显示：石英中的气液两相包裹体的气相成分多为CO2(特征峰位移为1 386cm-1，1 281cm-1)(图5a)，液相为H2O(特征峰位移为3 421～3 450cm-1)(图5b)；石英中纯气相包裹体的成分为CO2(图5c)，纯液相包裹体的成分为H2O(图5d)。

图5 陈家洼地区脉石英流体包裹体激光拉曼图谱

3.4 流体包裹体显微测温

对陈家洼地区4件测温片进行显微测温，主要测定气液两相包裹体冰点温度和均一温度，并计算盐度。石英中包裹体加热至均一液相，获得的均一温度范围分别为164.8～342.3℃，峰值位于250～290℃之 间(图6a)，均 值 为256.6℃；冰点温度范围为-13.4～-1.4℃，对应盐度为2.41%NaCl～17.26%NaCl，峰值 位于6%NaCl～ 12%NaCl之间(图6b)，均值为9.51%NaCl；流体密度为0.70～1.02g/cm3。

图6 陈家洼地区脉石英流体包裹体均一温度、盐度直方图

4 讨论

4.1 流体特征

通过对陈家洼地区流体包裹体岩相学、流体成分及显微测温分析研究认为：陈家洼地区脉石英中的包裹体以气液两相包裹体为主，包裹体成分主要为CO2和H2O，流体总体表现为中温、低盐度、低密度的特征，与颜玲亚等[12]总结的变质热液型脉石英成矿流体特征一致。流体包裹体主要为L-V两相，无子晶，低盐度，富CO2的流体包裹体是变质热液型矿床区别于其他类型矿床的重要标志[13-14]。因此认为，陈家洼地区脉石英流体特征是较为典型的变质热液型流体特征。

4.2 流体来源

该地区有关流体来源的研究较少，仅李一良等[15]通过对麻城四道河、杉树湾地区榴辉岩中的石英脉氧同位素研究认为四道河石英脉为同变质石英脉，形成于板块折返早期的压力降低环境，成脉流体可能同时来自于榴辉岩和其围岩高压片麻岩；杉树湾石英脉形成于角闪岩相退变质阶段，流体来自围岩花岗片麻岩。颜玲亚等[12]认为变质热液型脉石英主要成矿物质来源为富含硅质成分的片麻岩建造在经历榴辉岩相退变质及角闪岩相退变质过程中形成的大量富硅热液。综合前人研究成果及陈家洼地区脉石英地质特征、流体特征等初步认为：该区流体主要来源于区内富硅的片麻岩建造，经退变质作用形成大量富硅热液。

4.3 成矿机制

陈家洼地区大地构造位置属于华南板块南秦岭—大别造山带大别高压变质折返带，富硅地层在板块俯冲过程中遭受高压—超高压变质作用，尔后快速折返，在退变质过程中产生SiO2热液，这些变质热液受构造应力作用沿韧性剪切带运移，在韧性剪切带与脆性断裂转换位置，由于温压条件的变化使得SiO2结晶形成脉石英。

5 结论

(1)陈家洼地区脉石英矿主要分布于区内北西—南东向韧性剪切带两侧，韧性剪切带与脆性断裂转换位置，赋矿围岩为大别山岩群下岩组(Ar3-Pt1D1)及红安岩群黄麦岭组(Pt2h)富硅片麻岩、变粒岩等。矿体规模较小，质量较高，为高纯石英的优质原料。

(2)陈家洼地区脉石英成矿流体为典型的变质热液型流体特征，包裹体以气液两相包裹体为主，包裹体成分主要为CO2和H2O，流体总体表现为中温、低盐度、低密度的特征，流体来源于区内片麻岩建造经退变质作用形成的富硅热液。

(3)陈家洼地区脉石英矿与东秦岭—大别山脉石英成矿区带内脉石英矿(如蕲春灵虬山、商洛竹林关等)地质特征及流体特征明显不同，通过研究陈家洼地区脉石英矿地质特征及流体特征，有助于总结大别山地区乃至成矿区带内脉石英成矿规律，为后期建立找矿模型指导找矿提供依据。