2016, Vol. 32
2. 中国地质大学资源学院, 武汉 430074 ;
3. 美国地质调查局丹佛流体包裹体分析实验室, 丹佛 80225 ;
4. 贵州省地质矿产勘查开发局105地质大队, 贵阳 550018 ;
5. 贵州理工学院资源与环境工程学院, 贵阳 550003
2. Faculty of Earth Resources, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China ;
3. Denver Inclusion Analysis Laboratory, U. S. Geological Survey, Denver 80225, USA ;
4. 105 Geological Party, Guizhou Bureau of Geology and Mineral Exploration & Development, Guiyang 550018, China ;
5. School of Resources and Environmental Engineering, Guizhou Institute of Technology, Guiyang 550003, China
黔西南地区是除美国内华达州以外世界上最大的卡林型金矿床集中区，也是华南大面积低温成矿域的重要组成部分(Hu et al., 2002; Hu and Zhou, 2012)。区内已探明泥堡(97t)、水银洞(270t)和烂泥沟(167t)等数十个大、中、小型金矿床，金矿床的远景资源量超过1000t(Chen et al., 2015; Jin et al., 2015)。寒武系和泥盆统至中三叠统海相地层在黔西南及邻近地区广泛出露或隐伏，其中发育多套与油气资源相关的生-储-盖地层组合(李浩, 2005; 徐仕海, 2007; 刘慧卿, 2008)，成油条件十分优越，一直是我国南方海相油气勘探的重要区块，其中南盘江坳陷区(包括黔西南及桂西北地区)在“八五”期间还被列为油气资源勘探战略突破区。因而，该区卡林型金矿成矿作用与油气藏成藏作用的关系一直是矿床学家和石油地质学家关注的焦点(顾雪祥等, 2007)。
卡林型金矿床是一种赋存于沉积岩或极低级变质沉积岩(岩性以不纯的碳酸盐岩为主)中、以发育低温热液蚀变为特征的微细浸染型金矿床(Hofstra and Cline, 2000; Hu et al., 2002; Cline et al., 2005; Xia et al., 2011)。前人在很多卡林型金矿床的围岩、矿石及流体包裹体中均观察到大量有机质或烃类化合物(Hulen et al., 1998; Hulen and Collister, 1999; 张志坚和张文淮, 1999; Norman and Blamey, 2005; Gu et al., 2012; 顾雪祥等, 2013; 彭义伟等, 2013)。基于这种地质观察事实以及金成矿与油气运移的关系，国内外学者开展了大量研究并取得了丰硕成果，但对一些关键科学问题的认识还存在争议。对卡林型金矿床成矿时代和油气成藏时代的准确限定一直是一个世界性难题，可靠年龄资料的缺乏制约了对二者成因联系的理解与认识。关于有机质在金成矿过程中的作用主要有以下几种观点：(1)强调有机质的吸附作用，认为有机质相对较高的比表面积有助于金的吸附和预富集作用，为后期热液或变质过程中金的进一步富集成矿提供物质基础(Peters et al., 2007; Large et al., 2011)；(2)强调有机质的还原作用，认为有机质与含金热液之间的氧化-还原反应有助于热液中金的卸载沉淀(Xiao and Zhang, 1997; Bao et al., 2005; Hu et al., 2015)；(3)强调有机络离子团对Au的搬运能力(李友川和张爱云, 1997; Jedwab et al., 1999; Kucha and Plimer, 1999; 张志坚和张文淮, 1999; Zhuang et al., 1999)，认为有机质有助于Au的活化迁移；(4)强调成矿流体与有机质受相同的构造-热事件影响，在相近的构造通道及圈闭条件下迁移和富集，但可能并不存在必然的成因联系(Hulen et al., 1998; Hulen and Collister, 1999)。
已有资料显示，黔西南地区卡林型金矿床的矿石和流体包裹体中均不同程度地发育各种碳氢化合物(李忠和刘铁兵, 1995; 张志坚和张文淮, 1999; Gu et al., 2012; 顾雪祥等, 2013; 彭义伟等, 2013)，而该区古油藏的有机质中也检测到卡林型金矿床中常见的Au-As-Hg-Sb-Tl元素组合(Zhuang et al., 1999)，暗示该区金成矿与油气藏之间可能存在某种特殊联系。但流体包裹体研究表明，黔西南地区成矿与成藏的富烃流体性质(温度、压力、盐度等)具有明显差异(顾雪祥等, 2007)，这种差异究竟反映两种流体的来源不同还是同一流体的差异演化所致尚不清楚。已有研究多限于二者空间关系的描述，对成矿、成藏流体的来源和演化及其成因联系的探讨还非常有限。本文以黔西南地区典型金矿床不同成矿阶段的矿物为研究对象，对矿物中流体包裹体的成分进行系统分析，以查明各矿物中流体包裹体碳氢化合物的组成和含量，进而对典型金矿床矿石中的浸染状沥青开展激光拉曼光谱分析，查明其拉曼光谱特征。在此基础上，结合区域成矿地质背景及构造资料的综合分析，探讨该区金成矿流体的来源，阐明金成矿过程及油气运移富集过程，揭示二者之间可能存在的成因联系。
1 区域地质背景黔西南地区位于扬子板块西南缘，东南方向过渡至华夏地体(图 1a)。扬子板块在约830Ma沿江南造山带与华夏地体拼合形成广义的华南板块，随后长期接受稳定的海相碳酸盐岩和碎屑岩沉积，形成巨厚的盖层沉积序列(Zhao et al., 2011)。晚二叠世(~260Ma)的峨眉山地幔柱活动在扬子板块西部形成峨眉山大火成岩省(Xu et al., 2008)，至晚三叠世(~200Ma)时期华南板块与其西南方向的Indochina板块沿松马缝合带一线拼合(Carter and Clift, 2008)。自~135Ma开始，由于太平洋板块俯冲方向和角度的变化(从NNW转向N)，华南板块的大陆岩石圈遭受强烈伸展并形成大量断陷盆地和变质核杂岩(Hu et al., 2008, 2009; 毛景文等, 2008)。研究区的沉积构造格局定型于印支晚期，其主体是从扬子板块南缘早古生代基底上发育的晚古生代-中生代沉积盆地，主要经历了被动陆缘裂谷盆地(D1-P1)、弧后裂陷盆地(P2-T2)和前陆盆地(T3)三个演化阶段，印支运动导致的区域隆升致使海水退去最终定型为如今盆-台相间的沉积构造格局(曾允孚等, 1995)；其中盆地相主要为陆源碎屑浊积岩，岩性主要为深水硅质岩、泥质岩、粉砂岩、砂岩、微晶灰岩，局部夹凝灰质火山岩，而台地相区则主要为灰岩和生物礁、滩相碳酸盐岩沉积(顾雪祥等, 2013)。
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图 1 滇黔桂“金三角”区域地质简图 (a)黔西南地区的大地构造位置示意图(据Goldfarb et al., 2014改编)，黄色三角区示意滇黔桂“金三角”; (b)滇黔桂“金三角”区域地质简图和卡林型金矿床及古油藏的分布(据Chen et al., 2015; Gu et al., 2012改编).区域古地温异常据煤的镜质体反射率估算(庄新国, 1995);隐伏中酸性及基性-超基性岩体的空间位置推断自贵州省地质矿产勘查开发局105地质大队未发表的区域地球物理勘探资料 Fig. 1 Geological map of Dian-Qian-Gui "Golden Triangle" area (a) tectonic divisions of SE Asia with the location of the 'Golden Triangle' marked by the yellow triangle, SW China (modified after Goldfarb et al., 2014); (b) simplified geologic map of the 'Golden Triangle', showing the distribution of major sedimentary facies, magmatic rocks, gold deposits, and paleo-petroleum reservoirs (modified after Chen et al., 2015; Gu et al., 2012). The paleothermal gradient pattern is derived from vitrinite reflectance anomalies of coal beds in the Permian strata (Zhuang, 1995), whereas the inferred magmatic rocks are based on interpretations of aeromagnetic data (Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Guizhou Province, unpublished data) |
黔西南地区从震旦纪至中三叠世均为海相沉积，而晚三叠世以来为断续的陆相沉积，沉积总厚度大于13500m(陈玲, 2010)。震旦纪至志留纪地层的沉积厚度为3050~3880m，岩性以碳酸盐岩为主，夹砂、泥岩，在黔西南地区完全隐伏，主要出露在黔中和桂西北的隆起区；泥盆系为一套以硅质岩、灰岩和黑色泥岩为主的台盆相深水沉积，至石炭纪出现明显的南北岩相分异，区域北部为台地相浅色碳酸盐岩和砂页岩组合，区域南部为盆地相深色灰岩及硅质岩组合，沉积厚度为200~1520m；二叠纪继承之前的沉积格局，北部台地相区仍以碳酸盐岩为主，而在南侧盆地相区逐渐出现泥质岩、硅质岩和深色灰岩，其中早二叠世晚期至晚二叠世受峨眉山地幔柱喷发影响，该区茅口组顶部古喀斯特岩溶面上发育有以玄武质和凝灰质火山岩为主的火山碎屑沉积岩，总沉积厚度为50~1000m；三叠纪总沉积厚度超过5000m，主要为一套陆源碎屑浊积岩，台地相区从底部以杂色页岩夹灰岩、白云质灰岩向顶部钙质、粉砂质粘土岩、碎屑岩过渡；自三叠纪后逐渐演变成零星分布的陆相沉积(陈本金, 2010; 陈玲, 2010; 杜远生等, 2013; 黄虎, 2013)。其中二叠系与三叠系地层是该区金矿床最主要的赋矿层位。
根据矿体产状和控矿构造特征，黔西南地区的卡林型金矿床可划分为层控型、断控型和复合型(杨科伍, 1992; 刘建中等, 2006; Su et al., 2009a)。层控型矿化主要受宽缓背斜褶皱中的层间滑脱断裂构造及二叠系茅口组和龙潭组之间的区域性不整合面控制，主要分布在台地相区，典型代表有水银洞、泥堡和戈塘金矿床(图 1b)。断控型矿化主要受高角度压扭性断裂构造控制，多分布在盆地相区，如烂泥沟、丫他和板其金矿床(图 1b)。复合型矿化同时兼具上述两种控矿形式，主要分布于研究区西北侧碳酸盐岩台地、盆地内孤立碳酸盐岩台地(台丘)或生物礁、古潜山及其边缘斜坡相带内(顾雪祥等, 2013)，如分布在灰家堡背斜东西两侧的簸箕田和紫木凼金矿床。黔西南地区金矿床的含矿岩系主要为二叠系至中三叠统的不纯碳酸盐岩(以生屑灰岩和钙质粉砂岩为主)和陆源碎屑浊积岩，其次为二叠系喷发相沉凝灰岩。区域金矿床具有相似的矿化和地质特征，主要包括：(1)赋矿岩石含有不等量有机质(林清和刘德汉, 1995; 顾雪祥等, 2013; 彭义伟等, 2013)，矿石主要为微细浸染状原生矿石；(2)围岩蚀变主要表现为脱碳酸岩化、硫化、硅化(似碧玉岩化)、碳酸盐化和粘土化；(3)金属矿物主要与含砷黄铁矿、毒砂、白铁矿和辉锑矿，而非金属矿物主要为方解石、白云石、石英、雄黄、雌黄和伊利石；(4)金主要以“不可见金”(纳米级包裹体金或晶格金)的形式赋存于含砷黄铁矿和毒砂中，偶见微米级显微自然金颗粒(陈丰等, 1991; Su et al., 2008; 刘建中等, 2010)；(5)成矿流体主要为中低温、低盐度流体，含有不等量有机质(张志坚和张文淮, 1999; 彭义伟等, 2013)。值得指出的是，在盆地相和台地相区金矿床的矿石和流体包裹体中均发现有含碳有机质(沥青)和有机烃类包裹体(李忠和刘铁兵, 1995; 张志坚和张文淮, 1999; 吴程赟, 2012; 顾雪祥等, 2013; 彭义伟等, 2013)。
2 古油藏特征及与金矿床的空间关系 2.1 古油藏特征黔西南及周边地区的上震旦统至中三叠统的地层中发育多套生-储-盖组合，且均有不同程度的油气显示(李浩, 2005; 徐仕海, 2007; 刘慧卿, 2008)。区域上以下寒武统牛蹄塘组黑色岩系为代表的烃源岩系被认为是该区最好的生油层位(翟光明, 1992)，其次为泥盆系-二叠系台盆相泥质岩中的烃源岩(徐仕海, 2007)；研究区内有油气显示的烃源岩系主要为后者(赵孟军等, 2006)。同时，区域上发育多层储层圈闭，主要包括泥盆系和二叠系的生物礁、区域不整合面下的白云岩、泥盆系底部的海侵砂岩以及三叠纪的陆源碎屑浊积岩储层，其中研究区的古油藏主要分布在上二叠统-中上泥盆统的生物礁灰岩储层中(赵孟军等, 2006; 徐仕海, 2007)。如黔西南地区二叠纪岩相古地理恢复图(图 2)所示，古油藏主要产在台地相碳酸盐岩沉积区外围的边缘相和丘台相生物礁滩沉积区。这些古油藏与卡林型金矿床空间关系密切，如赖子山古油藏与烂泥沟金矿床相隔不到700m，而板街古油藏外围则依次发育有板其和丫他金矿床。作为油气裂解产物的大量固态沥青常充填在生物礁灰岩的孔隙、裂缝和溶洞内，少量沥青油质亦见于灰岩压溶缝合线和生物腔内。区内沥青的热演化程度很高，反射率Ro变化在2.2%~4.3%之间，H/C比值变化范围为0.2~0.52，属于原油裂解成因的焦沥青(赵孟军等, 2006; Zhao et al., 2007)。
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图 2 黔西南及邻区二叠纪岩相古地理及古油藏分布图(据徐仕海，2007) Fig. 2 Sketch map showing Permian paleogeography and distribution of paleo-petroleum reservoirs in SW Guizhou Province and its adjacent regions (after Xu, 2007) |
盆地相区已报道的古油藏主要发育在受穹窿构造控制的丘台相生物礁滩沉积区，现以册亨县纳板穹窿为例进行说明。纳板穹窿为东西向展布的近圆形短轴背斜构造(图 3)，自核部向外依次发育有下二叠统常么组、中二叠统栖霞组-茅口组、上二叠统吴家坪组-长兴组的生物礁灰岩以及下三叠统紫云组、中三叠统许满组和边阳组陆源碎屑浊积岩(陈远明等, 1987)。板街古油藏发育在短轴背斜翼部，主要分布在中二叠统栖霞组-茅口组礁灰岩中，沥青大量分布在礁体上部的溶孔、生物体腔孔及岩缝中(图 4a, b)。在外围的上覆下三叠统紫云组和中三叠统许满组陆源碎屑浊积岩地层中分别发育有板其和丫他金矿床。野外观察发现古油藏外围上覆生屑灰岩中大量发育的含方解石和沥青的破碎带和裂隙构造(图 4c, d)。同时在古油藏外围上覆三叠系紫云组和许满组陆源碎屑岩中发育的板其和丫他金矿床中也有大量有机质的发育，如在板其金矿矿体顶板高角度压扭性断层构造中的有机质(图 4e)和丫他金矿矿体中受断裂构造控制的石英脉中的沥青(图 4f)。
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图 3 黔西南地区盆地相纳板穹窿构造地质图(据陈远明等，1987改编) Fig. 3 Geological map of Naban dome, SW Guizhou Province (modified after Chen et al., 1987) |
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图 4 盆地相地区沥青产状特征 (a)板街古油藏生屑灰岩溶孔及生物化石中充填的方解石和沥青，沥青多产于方解石内部; (b)板街古油藏生屑灰岩中方解石化生物结构，沥青沿生物结构边界呈连续线状或断续团块状充填; (c)板街古油藏外围上覆生屑灰岩中大型断裂破碎带中网脉状方解石充填胶结生屑灰岩碎块，沥青等有机质沿断裂边界间断发育，生屑灰岩内部也发育少量含沥青的方解石溶洞; (d)板街古油藏外围上覆致密块状生屑灰岩中发育的显示下伏油气向上逃逸的含沥青细脉裂隙构造; (e)板街古油藏外围板其金矿区的高角度压扭性断层充填沥青和方解石; (f)丫他金矿床矿体中发育含沥青和黄铁矿的石英脉 Fig. 4 Photographs showing the field occurrences of bitumen in basin-facies sediments (a) pore-and fossil-infillings of bitumen in bioclastic limestone reservoirs at Banjie; (b) bitumen coexisting with hydrothermal calcite in voids previously occupied by fossils in the Banjie bioclastic limestone reservoirs; (c) bitumen and calcite veinlets in brittle fault zone that developed in the overlying massive limestone around the Baijie reservoirs; (d) drop-shaped bitumen developed in overlying limestone of the Baijie paleo-petroleum reservoirs indicating migration of hydrocarbon-rich fluids; (e) bitumen and calcite infillings in high angle compressive fault zone developed in Banqi gold deposit that is hosted by the Lower Triassic Ziyun Formation around Banjie; (f) pyrite-bearing bitumen coexisting with quartz occurs as hydrothermal cements of breccias in Yata gold deposit hosted in Middle Triassic Xuman Formation around Baijie |
台地相区的古油藏分布非常局限，主要发育在台地边缘相的生物礁滩沉积区，如白层、赖子山、石头寨、岜赖和平绕古油藏(图 2)。最近在晴隆金-锑矿床外围找矿时发现1个古油藏，在5个钻孔中合计发现15层沥青(王鹏鹏等, 2016)，这些沥青主要分布在二叠纪凝灰质火山岩和茅口组生物礁灰岩中，储集空间以裂缝、孔隙和溶洞为主。该层位与台地相区内发育在二叠系茅口组和龙潭组之间的古喀斯特区域性不整合面对应。台地相区的典型金矿床如水银洞、泥堡和戈塘的金矿体均主要赋存在该区域不整合面之间的蚀变体和上覆龙潭组中。在这个区域性不整合面内发现大量沥青等有机质，如在水银洞金矿床钻孔岩芯中发现大量网脉状含沥青的方解石充填穿插在蚀变体内茅口组生屑灰岩角砾间隙(图 5a, b)。在蚀变体顶部上覆龙潭组一段2C矿体中穿插的条带状含沥青方解石脉，其中的沥青细脉总是先于方解石脉沉淀(图 5c)。此外，在上覆龙潭组二段3A矿体的层间裂隙中也充填有沥青细脉(图 5d)。在台地相区，典型金矿床中金主要富集在生屑灰岩和钙质粉砂岩中，在矿化的生物碎屑灰岩中可见沥青等有机质呈短脉状、豆粒浸染状分布(图 5e)，而在矿化钙质粉砂岩孔隙度较大的层位常见稠密浸染状沥青发育(图 5f)。
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图 5 台地相地区沥青产状特征 (a)水银洞金矿蚀变体内(SBT)网脉状含沥青的方解石穿插胶结茅口组礁灰岩角砾，沥青多沿角砾边界分布; (b)水银洞金矿蚀变体内(SBT)脉状沥青和方解石穿插茅口组礁灰岩角砾; (c)水银洞金矿2C矿体内发育的多次张合，脉冲式充填的条带状含沥青方解石脉，沥青略早于方解石沉淀; (d)充填于水银洞金矿3A矿体层间裂隙的沥青细脉; (e)水银洞金矿生屑灰岩型矿石内呈短脉状和豆粒浸染状分布的沥青; (f)水银洞金矿钙质粉砂岩型矿石内沿孔隙度较大层位呈稠密浸染状分布的沥青 Fig. 5 Photographs showing the field occurrences of bitumen widely distributed in platform-facies carbonates (a) bitumen coexisting with calcite in veinlets cementing limestone breccias in a regional unconformity immediately underlying the Shuiyindong gold deposit; (b) irregular bitumen and calcite veins in limestone of the Middle Permian Maokou Formation in the Shuiyindong gold mine; (c) bitumen veins filling fractures in hydrothermal calcite vein developed in 2C orebody of the Shuiyindong gold deposit; (d) fracture-filling bitumen vein in 3A orebody of the Shuiyindong gold deposit; (e) bitumen vein and disseminations in hydrothermally altered and gold mineralized bioclastic limestone at Shuiyindong; (f) dense disseminations of bitumen filling porosities and overprinted by late-stage realgar and calcite in gold ores of the Shuiyindong gold deposit |
本次流体包裹体气相组成研究的矿床包括台地相区的水银洞和泥堡金矿床以及盆地相区的丫他和烂泥沟金矿床，主要对这些矿床不同成矿阶段形成的热液矿物(包括含砷黄铁矿、石英、方解石、萤石和雄黄)进行流体包裹体的岩相学观察和气相组成分析。所有样品均取自经矿山分析圈定满足工业开采品位的富矿体，包括12件黄铁矿、8件石英、3件方解石以及1件萤石和1件雄黄样品(表 1)。用于沥青激光拉曼光谱分析的样品分别来自台地相区的水银洞(2件)、戈塘(1件)、泥堡(1件)、紫木凼(3件)以及盆地相区的烂泥沟(2件)和丫他(2件)金矿床的高品位矿石(表 2)。将矿石样品切割并磨制光片、经光学显微镜岩相学观察后，圈出呈微细浸染状分布的沥青颗粒用于激光拉曼光谱分析。
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表 1 黔西南地区典型矿床不同蚀变矿物流体包裹体气相组分相对摩尔含量(ca.10-4μg/mol) Table 1 Molar gas composition (ca.10-4μg/mol), ratios of fluid inclusion extracts from the main alteration minerals of the selected gold deposits, SW Guizhou |
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表 2 黔西南地区典型金矿床矿石中沥青的拉曼光谱特征参数 Table 2 Raman spectra parameters of bitumen from the selected gold deposits, SW Guizhou |
流体包裹体的气相组成分析和沥青的激光拉曼分析均在美国地质调查局丹佛联邦中心(USGS, Denver Federal Center)的包裹体分析实验室(DIAL)完成。流体包裹体气相组成分析利用四极杆质谱仪(Pfeiffer QMG 410-3*)完成，主要分析项目包括H2O、CH4、CO2、N2、SO2、He、Ar及各种有机气相组分。利用传统的矿物分选方法获得重量为5~25mg、纯度>99%的单矿物(包括含砷黄铁矿、石英、方解石、萤石和雄黄)，各矿物中的流体包裹体通过碎裂法释放，产生的混合气体进入四极杆质谱仪进行气体种类和相对含量的分析。根据检测到的不同种类气体的峰值强度和峰区面积进行数据校正并以相对摩尔含量表示，详细的分析方法参阅Landis and Hofstra(1991, 2012)。由于每种矿物中的流体包裹体气相成分测定不具重复性，因而难以给出分析精度。但根据对美国科罗拉多州高海拔气体的重复测试可大致估计本次研究的分析精度为3%~5%。分析误差则由流体包裹体释放的气体量决定，释放气体总量越大，分析误差越小。
沥青的激光拉曼光谱分析利用Horiba Xplora*型Raman光谱仪在室温条件下(295K)完成，测试条件：Ar+激光器，激光波长为532nm，激光功率50MW，光栅1800grooves/mm，谱线分辨率3cm-1 (一级峰区拉曼光谱：1050~1850cm-1)，空间分辨率1μm (×100物镜)，扫描时间60s。因为石墨是含碳有机质发生裂解转化最终稳定存在的产物(Buseck and Beyssac, 2014)，故采用相同测试条件对一件2H铅笔的石墨芯进行测试以作对比。
4 实验结果 4.1 流体包裹体气相组成各金矿床的流体包裹体群分析结果列于表 1并示于图 6中。分析结果显示，包裹体的气相组分主要为H2O和CO2，与该区典型矿床中的流体包裹体岩相学观察结果一致(徐仕海, 2007; Su et al., 2009a; 肖德长, 2012; 刘丽等, 2012; 王疆丽等, 2014a)。气相组成还有大量N2、SO2及少量He和Ar惰性气体组分。黄铁矿、石英、方解石、萤石和雄黄中的流体包裹体均含有大量烃类化合物(图 6)，其组成以CH4为主，其次包括C2H4、C2H6、C3H4、C3H6、C4H5和C6H6等有机气体分子(表 1)。
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图 6 黔西南地区典型金矿床中不同蚀变矿物流体包裹体气相组成相对含量变化统计相框图 (a)各不同蚀变矿物; (b)黄铁矿; (c)石英; (d)方解石、萤石和雄黄.图中绿色曲线表示CH4和其他有机气相组分在成矿作用过程不同阶段形成的不同蚀变矿物的流体组成中含量没有发生较明显变化 Fig. 6 Relative contents and variation of gaseous species in fluid inclusions extracted from alteration minerals from selected gold deposits, SW Guizhou (a) different alteration minerals; (b) pyrite; (c) quartz; (d) calcite, fluorite, realgar. The green trend illustrates the variation trend of hydrocarbon phases in fluid inclusions from each mineral |
流体包裹体的气相组成中H2O的相对含量数值(单位：ca. 10-4μg/mol)变化为88.94~171.69，CO2相对含量数值变化为0.08~3.33，N2，SO2以及少量He和Ar惰性气体相对含量数值变化分别为0.22~2.41、0.02~1.05、0.27~0.42和0.03~0.08。有机碳氢化合物分子中CH4的相对含量数值(ca. 10-4μg/mol)变化为0.107~3.315，而有机气体分子总的相对含量数值变化则达到0.34~3.81。此外，CO2/CH4比值变化为0.58~15.91，而N2/Ar比值变化为6.94~65.19。流体包裹体气相组成的相对摩尔含量具有以下特征：(1)黄铁矿中SO2的相对含量数值(0.14~1.05; 图 6b)明显高于其他矿物中SO2的相对含量(0.018~0.058; 图 6b, c)；(2)形成于成矿较晚阶段的方解石、萤石和雄黄等矿物，其流体包裹体中各类气体分子的相对含量均明显低于相对早阶段的黄铁矿和石英(图 6d)；(3)不同成矿阶段矿物中各有机烃类化合物的相对含量基本一致，但早阶段结晶的黄铁矿和石英中各有机烃类化合物的含量略高于晚期方解石、萤石和雄黄(图 6)。
4.2 沥青的激光拉曼光谱特征典型金矿床矿石中浸染状沥青的激光拉曼光谱特征参数见表 2。不管是赋存于台地相区的金矿床还是赋存于盆地相区的金矿床，其矿石中沥青的激光拉曼光谱特征都很相似(图 7)，具体表现为拉曼光谱D峰(Defect-activated peaks)能量强度较低，拉曼位移变化为1346~1353cm-1，半峰全宽(Full width at half maxima)变化为103~109cm-1，G峰(Graphite G peak)能量强度较高，拉曼位移变化为1594~1600cm-1，半峰全宽变化为54~62.5cm-1。作为对比参照的2H铅笔石墨芯的拉曼光谱D峰能量强度非常低，拉曼位移为1349cm-1，半峰全宽为54cm-1，G峰能量强度特别高，拉曼位移变化为1579cm-1，半峰全宽变化为29.5cm-1。所有测试样品的D峰与G峰能量强度的比值R1变化0.82~0.97，石墨芯的R1值为0.37，该结果与前人对随着R1的降低含碳有机质记录的温度逐渐升高的认识一致(Hu et al., 2015)。沥青样品D峰与G峰的半峰全宽的比值R2变化为1.74~2.02，而D峰与(D+G)峰积分面积之比R3的变化为0.69~0.73；石墨芯的R2和R3比值分别为1.83和0.38。大量研究证实有机质激光拉曼光谱特征参数R3和记录的最高温度(T)之间存在很好的线性关系(Beyssac et al., 2002; Rahl et al., 2005)，因此含碳有机质的拉曼光谱特征可以作为地质温度计。本文根据Rahl et al. (2005)提出的地质温度计计算公式：T1(℃)=737.3+320.9R1-1067R3-80.638R12和Beyssac et al. (2002)的公式：T2(℃)=-445R3+641计算黔西南地区典型金矿床中沥青记录的最高温度，结果分别为194~218℃和317~336℃，铅笔石墨芯对应的温度分别为439℃和472℃。
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图 7 黔西南地区典型金矿床沥青的拉曼光谱特征参数变化 Fig. 7 Characteristic parameters of Raman spectroscopic data of bitumen from the selected gold deposits, SW Guizhou |
已有研究表明，在烃源岩和储集层中油气的运移方式以浓度梯度造成的扩散作用为主，而在盖层构造中则以由压力梯度造成的对流作用为主(许跃等, 2016)。盖层中的断层和裂隙是油气逃逸迁移的重要通道，本次研究发现古油藏外围上覆生屑灰岩中大量发育含方解石和沥青的破碎带和裂隙构造(图 4c, d)，证明这些沥青是沿断裂迁移的有机质受热裂解的产物。赋存于上覆三叠系紫云组和许满组陆源碎屑岩中的板其和丫他金矿床中富含有机质部位也明显受陡倾断裂构造控制，如板其金矿床矿体顶板高角度压扭性断层中的有机质(图 4e)和丫他金矿床矿体中受断裂构造控制的石英脉中的沥青(图 4f)。这些现象说明金矿床中的有机质为异地迁移有机质，是下伏古油藏中的有机质沿断裂逃逸进入成矿流体的产物。产于台地相区的晴隆金锑矿床其矿区内古油藏中的沥青也已证实为下伏泥盆系烃源岩沿断裂迁移的油气裂解成因产物(王鹏鹏等, 2016)。这些沥青主要富集于二叠系茅口组与龙潭组之间的区域不整合面间，该不整合面亦是台地相区其他典型矿床如泥堡、戈塘和水银洞的重要导矿和赋矿构造，如在水银洞金矿区沿该区域不整合面间发育的构造蚀变体中可见大量网脉状含沥青的方解石脉充填穿插在蚀变体内茅口组生屑灰岩角砾间隙(图 5a, b)，同时在上覆龙潭组一段的2C矿体中亦可见含沥青的方解石脉沿裂隙充填(图 5c)，在龙潭组二段的3A矿体中沿层间裂隙充填的沥青细脉(图 5d)以及矿石中短脉状、豆粒浸染状沥青可能均反映了有机质沿构造裂隙发生逃逸的地质事实。综上认为，黔西南地区典型金矿床中的有机质可能均为后期加入的异地迁移有机质。
如前所述，黄铁矿、石英、方解石、萤石和雄黄等蚀变矿物中均含有大量有机烃类化合物(图 6)，其组成以CH4为主，其次为C2H4、C2H6、C3H4、C3H6、C4H5和C6H6等(表 1)。上述结果与该区典型金矿床中普遍发育丰富的气相有机包裹体、有机质-H2O包裹体以及少量气液两相烃类包裹体的观察事实一致(顾雪祥等, 2013; 彭义伟等, 2013)，也与张志坚和张文淮(1999)利用激光拉曼光谱识别出的该区流体包裹体有机气相组成基本一致，说明黔西南地区卡林型金矿成矿流体中确实含有丰富的有机质。彭义伟等(2013)根据灰家堡金矿田矿石和蚀变围岩中固体沥青和热液矿物的穿切关系认为这类沥青的形成略早于成矿期黄铁矿，但整体与矿化同时。本次研究在水银洞金矿发现穿插2C矿体的条带状含沥青方解石脉由脉壁向内依次出现沥青细脉-方解石-沥青细脉-方解石，暗示多次构造开合及含有机质流体的脉冲式充填(图 5c)。此外，顾雪祥等(2013)和彭义伟等(2013)在该区金矿床主成矿阶段和晚阶段脉石矿物中均发现固体沥青-气相烃类包裹体，这些现象都说明成矿流体是一种多相态的油-水不混溶体系，流体演化过程中存在明显的相分离现象。
成矿流体中大量发育的有机气相组分确证研究区金矿床与古油气藏的空间关系，但二者是否具有成因联系目前仍缺少有力的证据。部分学者(李友川和张爱云, 1997; Jedwab et al., 1999; Kucha and Plimer, 1999; 张志坚和张文淮, 1999; Zhuang et al., 1999)指出，成矿流体中的有机络离子团可能具有搬运Au的能力，因而有助于Au的活化迁移。这些作者认为，这种流体在有利的构造岩性组合中发生水-岩相互作用并导致含金有机络离子团的分解，最终导致金的富集和沉淀成矿。按照这种模式，含金有机络离子团的分解或重组必然导致成矿流体中有机气相组成的变化，具体表现在不同成矿阶段形成矿物中流体包裹体的有机气相组成出现系统变化。硫化、硅化和碳酸盐化是卡林型金矿床最重要的蚀变类型，是成矿作用过程中水-岩相互作用的产物，对应的代表性矿物分别是黄铁矿、石英和方解石。但本文的研究结果显示，上述不同成矿阶段形成的矿物中其流体包裹体的有机气相组分种类和含量基本没有发生变化(图 6)。虽然雄黄中流体包裹体的有机气相组分含量整体偏低，但各有机气体含量的相对比例没有发生变化，与其他矿物一致。这一现象表明成矿流体演化过程中(包括Au发生卸载富集在黄铁矿中的硫化作用阶段)可能并没有出现有机络离子团的分解或重组。换句话说，黔西南地区卡林型金矿成矿作用过程中有机质并未以有机络合离子团的形式对Au进行搬运迁移或其搬运迁移能力非常有限。成矿流体中丰富的有机质可能仅反映含金热液与含烃流体在同一构造-热事件背景下通过相似的构造通道进行迁移，二者之间可能没有内在成因联系。
5.2 成矿流体的来源与演化前人通过对数以千计的流体包裹体气相组成分析(Norman and Musgrave, 1994; Norman and Moore, 1999; Moore et al., 2001)归纳总结出能判断流体来源的N2/Ar -CO2/CH4图解(图 8)。在该图解中，黔西南地区典型金矿床的流体包裹体气相组成主要落在循环的大气降水区域，经大气水区域向岩浆流体区域延伸，整体上构成一条非常好的线性分布趋势(图 8)。由此可以认为，黔西南金矿床的成矿流体可能与深部岩浆活动有关，但成矿流体演化过程中有大量循环的大气水加入。水银洞金矿床的1件石英样品偏离上述趋势线并向有机流体靠近，可能反映成矿系统中局部有大量富烃流体的加入。
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图 8 流体包裹体CO2/CH4 -N2/Ar相关性图解 各源区范围引自Norman and Moore (1999). Air=大气; ASW=大气饱和水 Fig. 8 Molar CO2/CH4 vs. N2/Ar plot of fluid inclusion extracts The volatile sources were defined by Norman and Moore (1999). Air=atmosphere; ASW=air-saturated water |
美国西部内华达地区的卡林型金矿床与始新世的幔源岩浆活动具有直接的成因联系(Mutean et al., 2011)，但黔西南地区的金矿是否与岩浆活动有关尚不清楚。包括黔西南地区在内的整个右江盆地除东部地区局部出露晚白垩世基性岩脉和酸性石英斑岩脉(其侵位时代为96~84Ma; 陈懋弘等, 2009a, 2012; Liu et al., 2010)以外，极少有岩浆岩的出露(图 1)。另外，金矿床与岩浆岩的成因联系一直缺少可靠的年代学证据支撑。对已有同位素年龄数据的统计显示，黔西南地区金矿可能主要形成于印支期(235~195Ma)(王国田, 1992; 陈懋弘等, 2007, 2009b; Chen et al., 2015)、燕山早期(148~134Ma)(陶长贵等, 1987; 刘平等, 2006; Su et al., 2009b)和燕山晚期(106~82Ma)(张峰和杨科佑, 1992; 胡瑞忠等, 1995; 苏文超等, 1998)，但究竟是一期成矿还是多期叠加成矿仍不清楚。虽然右江盆地缺少明显的岩浆活动标志，但盆地周边的华南、越北地块及滇东南等地区均有中酸性侵入岩及与之相关的中高温热液矿床(W、Sn、Mo、Cu、Pb-Zn等)的发育。这些侵入岩和中高温岩浆热液矿床主要形成于印支期和燕山晚期，后者与右江盆地中基性和酸性岩脉的侵位时代近于一致(Lepvrier et al., 2008; 杨宗喜等, 2008; 冯佳睿等, 2011; 伍静等, 2012; 王疆丽等, 2014b; 陈懋弘等, 2015; 王新宇等, 2015; Xu et al., 2015; Yuan et al., 2015; Zu et al., 2016)，也与黔西南地区金矿床现有同位素年龄资料最重要的两个分布区间一致。最近的地球物理资料解译结果显示(贵州省地质矿产勘查开发局105地质大队，未发表资料)，黔西南地区深部可能存在隐伏岩体(图 1)。以上资料分析和观察事实表明，黔西南地区和右江盆地其他地区的深部可能存在隐伏岩体，卡林型金矿的形成可能与这些岩体冷却过程中出溶的岩浆流体有关。
虽然已有的碳-氢-氧同位素地球化学研究结果显示黔西南地区金矿成矿流体具有明显的变质流体(岩浆流体)、有机流体和大气水混合特征(严钧平, 1989; Hu et al., 2002; Hofstra et al., 2005; 陈本金, 2010; 肖德长, 2012; 彭义伟等, 2014)，但一些典型矿床中与成矿有关的含羟基矿物的氢-氧同位素组成则表现出明显的岩浆流体信息(Hofstra et al., 2005)。另外，碳-氧同位素组成分析结果表明，该区成矿流体中的碳和氧主要来源于海相碳酸盐岩的溶解，明显有相当一部分数据显示δ13C的降低(Hu et al., 2002; Hofstra et al. 2005)，但究竟是深部岩浆碳的加入还是有机质脱羧基作用引起的还不清楚。根据本文的研究，不同阶段矿物流体包裹体中有机质的种类和含量没有明显变化，说明成矿作用过程中并不存在明显的有机质脱羧基作用，间接说明δ13C的明显降低可能与深部岩浆碳的注入有关。成矿流体的岩浆来源也得到最新的硫同位素研究结果的支持。Hou et al.(2016)采用SHRIMP微区分析技术对灰家堡金矿田的硫化物开展原位硫同位素组成分析，结果显示与成矿有关的黄铁矿和毒砂的硫同位素组成变化范围为-2.6‰~1.5‰和-0.8‰~0.9‰，与典型的岩浆硫同位素组成一致。此外，王泽鹏等(2012)发现太平洞金矿成矿期晚阶段雄黄的硫同位素组成为0.8‰~3.0‰(均值为1.6‰)，同样反映深部岩浆硫的可能性。
综上所述认为，黔西南地区卡林型金矿床的初始成矿流体可能以岩浆热液为主，流体在向上运移和演化过程成中有大量循环大气降水及富有机质流体的加入。
5.3 沥青激光拉曼光谱特征对区域成矿热源的启示黔西南地区产于台地相和盆地相的金矿床的沥青激光拉曼光谱特征基本一致，但明显不同于石墨芯的激光拉曼光谱特征(图 9)。相似的激光拉曼光谱特征表明黔西南地区不同金矿床矿石中的沥青具有相同成因，可能均为先存古油藏烃类物质沿控矿构造发生逃逸和裂解的产物。
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图 9 沥青激光拉曼光谱一级峰区拉曼位移与相对强度变化 (a)黔西南典型金矿床矿石中沥青的拉曼光谱一级峰区拉曼位移与相对强度变化; (b)记录不同温度含碳有机质的拉曼光谱一级峰区拉曼位移与相对强度变化(Buseck and Beyssac, 2014).图中Pencil-铅笔中的石墨芯; GT-戈塘金矿床; LNG-烂泥沟金矿床; ZMD-紫木凼金矿床; NB-泥堡金矿床; SYD-水银洞金矿床; YT-丫他金矿床 Fig. 9 Shift and strength variation of the first-order regions of the Raman spectra of bitumen (a) shift and strength variation of the first-order regions of the Raman spectra of bitumen from the selected gold deposits, SW Guizhou; (b) Raman spectra of organic matter with different peak temperatures indicated (Buseck and Beyssac, 2014). Pencil-graphite refill; GT-Getang; LNG-Lannigou; ZMD-Zimudang; NB-Nibao; SYD-Shuiyindong; YT-Yata |
如图 5c所示，条带状含沥青方解石脉清楚地显示沥青-方解石-沥青-方解石的充填顺序和热液脉的多次裂开-闭合，同时表明成矿流体中的有机质处于油-水不混溶体系的前锋，在水-岩反应过程中最先卸载沉淀。已有研究表明沥青等含碳有机质对区域热状态具有很强的敏感性和不可逆转性(Beyssac et al., 2002; Rahl et al., 2005; Lahfid et al., 2010)，因此可以有效记录含烃流体的温度。本文基于Rahl et al.(2005)和Beyssac et al.(2002)提出的地质温度计计算出黔西南地区典型金矿床的沥青记录的成矿流体早阶段的温度分别为194~218℃和317~336℃，而铅笔石墨芯对应的温度分别为439℃和472℃。将这些结果与Buseck and Beyssac(2014)总结的地质温度计进行对比(图 9)可知，黔西南各金矿床矿石中沥青的激光拉曼光谱特征与对应温度~300℃的含碳有机质光谱特征相近，而与~200℃的光谱特征明显不同。同时作为对比的铅笔石墨芯的激光拉曼光谱特征与温度~460℃的含碳有机质的激光拉曼光谱特征相近，而与~440℃的含碳有机质拉曼光谱相去甚远。此外，区域典型金矿床流体包裹体的显微测温结果表明，成矿期石英中流体包裹体的均一温度可高达300℃(图 10)，这一结果明显高于根据Rahl et al.(2005)地质温度计计算的结果。在上述两个地质温度计中前者采用R1和R3两个变量，而后者利用R3一个变量，其中R1为含碳有机质一级峰区D峰与G峰能量强度的比值，而R3是二者面积的比值。含碳有机质一级峰区D峰与G峰能量强度及半峰全宽受分析激光的波长、功率以及扫描时间的影响常会发生一定程度的变化，但D峰与G峰的面积相对稳定(Beyssac et al., 2002)。本次研究虽然是对不同矿床矿石中沥青进行激光拉曼光谱分析，但结果同样显示R1和R2比值具有较大的波动范围，而R3则相对稳定(图 7)。因此本文认为根据Beyssac et al. (2002)的地质温度计计算的沥青沉淀温度更可靠，即成矿流体早阶段的温度为317~336℃
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图 10 黔西南地区典型金矿床成矿期石英流体包裹体均一温度及变化 统计数据来源于张志坚和张文淮, 1999; 夏勇, 2005; 刘平等, 2006; Su et al., 2009a; 肖德长, 2012; 彭义伟等, 2014).数据来自台地相区的水银洞金矿床(SYD)、太平洞金矿床(TPD)、泥堡金矿床(NB)和戈塘金矿床(GT)，以及盆地相区的丫他金矿床(YT)和烂泥沟金矿床(LNG) Fig. 10 Homogenization temperature variation of fluid inclusions in ore stage quartz ata from Zhang and Zhang, 1999; Xia, 2005; Liu et al., 2006; Su et al., 2009a; Xiao, 2012; Peng et al., 2014). Platform-facies carbonates hosted gold deposits: SYD-Shuiyindong, TPD-Taipingdong, NB-Nibao, and GT-Getang; Basin-facies sediment hosted gold deposits: YT-Yata and LNG-Lannigou |
上述温度区间与庄新国(1995)根据右江盆地镜质体反射率和牙形石色变指数恢复的盆地古地温(160~250℃; 图 1)相比明显偏高，也显著高于区域上二叠统古油藏储层的流体包裹体均一温度(73~175℃; 顾雪祥等, 2007)。说明根据沥青激光拉曼光谱特征获得的成矿流体温度是叠加在区域古地温场之上的异常温度场，间接证明成矿流体可能起源于深部岩浆活动，或者说深部隐伏岩浆房为黔西南地区金成矿作用提供了重要的热源。
6 结论(1)黔西南地区卡林型金矿床中的浸染状沥青和流体包裹体中的有机气相组分均属于异地迁移型有机质。相似的激光拉曼光谱特征表明黔西南地区典型金矿床中的浸染状沥青具有相同成因，可能均为先存古油藏沿该区卡林型金矿床控矿构造发生逃逸的油气物质转化的产物。
(2)黔西南卡林型金矿床成矿作用过程中有机质并未以有机络合离子团的形式对Au进行搬运迁移或其搬运迁移金的能力非常有限。成矿流体中丰富的有机质可能反映了含金热液与区域古油藏中逃逸的含烃流体在同一构造-热事件背景下，通过相似的构造通道进行迁移并近于同时沉淀，二者之间可能没有内在的成因联系。
(3)基于沥青激光拉曼光谱分析结果计算的区域金矿床早阶段成矿流体的温度为317~336℃，明显高于区域古地温温度(160~250℃)及区域古油藏储层流体温度(73~175℃)，可能反映了深部岩浆活动引起的异常温度场，间接证明成矿流体可能起源于深部岩浆活动。
(4)黔西南地区卡林型金矿床的初始成矿流体可能以岩浆热液为主，是深部岩浆房流体出溶的结果，但在向上运移和演化过程成中混入了大量循环的大气降水及富有机质的流体。
致谢 感谢贵州省地质矿产勘查开发局一〇五地质大队杨成富、王泽鹏、陈发恩、祁敏和刘光富等多位领导和同志以及中国地质大学(武汉)资源学院毕诗健、赵少瑞、戚贵章、玉雪玲、代许可和马媛媛等老师和同学在此项研究工作中提供的帮助。两位审稿人的意见对论文质量的提高具有重要作用，表示感谢。| [] | Bao ZW, Zhao ZH, Guan J. 2005. Organic geochemistry of sedimentary rock-hosted disseminated gold deposits in southwestern Guizhou Province, China. Acta Geologica Sinica , 79 (1) :120–133. DOI:10.1111/acgs.2005.79.issue-1 |
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