热液金矿床围岩蚀变特征及其与金矿化的关系

热液金矿床总是伴随着围岩蚀变， 研究围岩蚀变对金矿勘查具有重要意义。总结不同类型热液金矿发现，与热液金矿密切相关的围岩蚀变主要有硅化、钾长石化、钠长石化、碳酸盐化、绿泥石化、绢英岩化等; 重点分析讨论了硅化、钾长石化、钠长石化、碳酸盐化的特征、形成机理及其与金矿化之间密切关联的内在原因，同时也对热液金矿蚀变的分带性进行了讨论。

关键词: 地球化学勘查; 热液金矿床; 围岩蚀变; 蚀变分带

热液成矿作用总是伴随着热液的交代蚀变作用。热液蚀变是热液流体或溶液在岩石中流动循环， 导致岩石物理化学性质( 包括矿物组合、岩石结构等) 改变的复杂过程。其本质是在条件改变的情况下，母岩重结晶成更稳定新矿物的一种变质作用类型，热液蚀变的一个基本特点就是在温度、压力和成分等热液条件下，原来的矿物组合转变成新的更加稳定的矿物组合。控制热夜蚀变的因素有很多， 主要包括: 温度、压力、岩石类型、渗透率、流体组分和活度等。热液蚀变对矿产勘查非常重要，因为它可以扩展矿床勘查的限制， 缩小找矿目标。金矿的热液蚀变通常围绕着富金石英脉和( 或) 受特定的构造控制，蚀变伴随着金的沉淀， 因此能够成为找金的一个很好目标。

1． 1 热液金矿床

据不完整统计，中外学者提出的金矿床分类方案有多达 50 余种，合理的分类方案对金矿理论研究具有重要意义。同一个金矿床在不同的金矿分类方案中其名称可能完全不同。陈衍景等根据主导成矿系统发育的地质作用特征将金矿划分为 5 种类型: ①浆控高温热液型( 包括斑岩型、爆破角砾岩型、铁氧化物型、矽卡岩型等岩浆热液型矿床) ; ②变质热液型( 造山型) ; ③浅成低温热液型; ④沉积岩容矿的改造热液型( 卡林型或类卡林型) ; ⑤热水沉积型( VMS 型和 SEDEX 型) 。依据此方案， 陈衍景等进一步指出， 除砂金和铜镍硫化物矿床中的伴生金以外， 所有金矿床都属于热液金矿床。

1． 2 热液金矿床的蚀变类型

热液蚀变的分类依据主要有两个: ①可识别的矿物组合; ②化学变化。而 Gifkins 等提出用蚀变矿物组合、蚀变矿物的结构和形态、蚀变的空间分布、蚀变强度这四个标志来描述热液蚀变， 并利用矿物组合的不同， 总结了斑岩系统中的主要蚀变类型为泥化、高级泥化、绢英岩化和钾长石化等，而浅成低温热液系统中的主要蚀变是硅化、泥化、青磐岩化等。

金矿类型繁多，每一种金矿类型的蚀变特征都不尽相同。例如澳大利亚石英脉型金矿床的主要蚀变类型为: 碳酸盐化、硅化、绢英岩化、绿泥石化及钠长石化。巴西的卡拉雅成矿省 IOCG 矿床主要蚀变有钾化、钠化、碳酸盐化和硅化等。对于矽卡岩型金矿来说其主要的蚀变类型包括: 矽卡岩化、钾长石化、青磐岩化、硅化、绢英岩化、碳酸盐化、绿泥石化等( 表 1) 。不同绿岩带型金矿床围岩蚀变主要有硅化、碳酸盐化、绢云母化、钾长石化、钠长石化、绿泥石化和高岭土化等。总结中国著名胶东金矿成矿省的主要蚀变类型， 发现硅化、绿泥石化、碳酸盐化、绢英岩化、钾长石化等十分普遍，此外还有钠长石化和金红石化等。

总结不同类型金矿蚀变特征表明， 与热液金矿密切相关的蚀变主要有: 硅化、钾长石化、钠长石化、碳酸盐化、绿泥石化、绢英岩化等。

2． 1 硅化

硅化是指热液流体与围岩接触反应时， 围岩中硅质含量增高的过程。硅化又包括玉髓化、蛋白石化和似碧玉岩化。硅化与金矿之间的联系，人们早有认识，民间寻找金矿多根据石英脉来作为线索。由于金矿的形成大多与热液密切相关， 而硅化则是热液活动存在的有效证据， 因此将硅化作为金矿勘查的线索不无道理。

金矿大多与硅化有关，而有硅化的地方却未必有金矿。问题在于金矿与硅化之间紧密关联的内在原因何在? 从地球化学的角度来看，硅化是含硅质流体与围岩相互反应的产物，这些流体可以来源于与花岗岩有关的岩浆热液流体、深部循环的大气降水流体、变质脱挥发分产生的流体、幔源流体。Si 在地壳上的含量非常高， 据高山等人的计算，大陆地壳 Si 的平均含量可达 60． 6% ( SiO₂ ) ，而对于整个地壳而言， Si 的质量超过了 25% 。热液或自身含硅质，或从围岩中萃取硅质，在合适的成矿部位伴随着金的沉淀一起析出， 形成石英脉或者硅化。考虑到 Si 在地壳中的含量，这种现象应当十分普遍。

实验表明， Au 与 SiO₂ 之间可以发生络合作用，随着 SiO₂含量的增高， Au 的溶解度也增大( 图 1) 。

在一定的物理化学条件下， AuH₃SiO⁰ ₄ 对 Au 的活化迁移能力远比 AuCl₂^－重要得多， 在含 S、SiO₂ 的热液体系中随着溶液中 SiO₂ 的增高， AuH₃SiO⁰₄ 也可取代 Au( HS) ₂^－， 成为 Au 活化迁移的主要形式，在合适的成矿条件下， 随着 SiO₂的析出( 硅化) ，金发生沉淀。这很好地解释了金矿与硅化之间的内在联系以及石英脉中为何会出现明金。另一种可能的解释是， 金从深部迁移至地表的过程中， 金可以与硅质形成硅胶， 使金以胶体形式完成长距离的迁移搬运， 在一定的物理化学条件下， 硅胶分解， 从而导致金的沉淀析出和石英脉及硅化的形成。

2． 2 钾化与钠化

钾和钠是地壳中分布非常广的造岩元素，它们的交代作用都可称为碱交代作用， 在成矿热液中对多种金属元素具有强烈的活化转移能力。钾化在斑岩及浅成低温热液成矿系统中尤为普遍和重要。钾化的常见矿物组合主要有: ①钾长石—黑云母—石英、② 钾 长 石—绿 泥 石、③ 钾 长 石—磁 铁矿。钾化通常包含 K、Na 矿物的交换反应 ( 式( 1) 、式( 2) ) ， K、Na 交换过程中， Fe 从晶格中被释放出来，并被氧化成赤铁矿包体，从而使钾长石呈红色。

金矿伴生的钾长石化多与花岗岩类有关。钾长 石 化 是 很 多 金 矿 的 找 矿 标 志， 例如河西金矿、内 蒙 古 哈 达 门 沟 金 矿、加 拿 大 ＲattingBrook 金矿等。

与钾长石化类似， 钠长石化也是很多金矿的围岩蚀变特征标志。如新疆的天格尔金矿带， 在同一构造成矿带中， 钠长石化越强， 成矿规模越大。此外胶 东 芦 家 金 矿、陕 西 双 王 金 矿、加 纳Chirano 金矿等金矿中，钠长石化也是重要的蚀变类型和找矿标志。强烈的钠长石化需要高盐度流体，其来源主要有两种观点，一种观点认为来源于蒸发岩的溶解，另一种认为来源于与侵入体有关的结晶分异流体。

金矿化与钾长石化和钠长石化之间的密切关系可以解释如下:

( 1) 金在热液中主要以金在热液中主要以 Au( HS) ₂^－、AuCl₂^－ 、Au( S₂O₃)^3 － ₂ 、Au( CN) ₂^－ 等络合物形式迁移， K ⁺ 、Na ⁺ 等离子是金迁移不可或缺的补偿离子。

( 2) 钾、钠离子在溶液中能在各种微细裂隙， 甚至粒间、矿物的解理、双晶面等具有很强的扩散能力和渗滤能力， 能与许多成矿元素形成易溶的配合物。从地球化学角度来看， K ⁺ 、Na ⁺ 与 Au ⁺ 的离子电位非常接近( 表 2) ， 由于离子电位相近， 从而Au 易与 K ⁺ 、Na ⁺ 构成阳离子络合物一起迁移。

在较酸性条件下， 钠长石和钾长石可进一步蚀变为云母、高岭石、蒙脱石等( 图 2) ，这一过程消耗H ⁺从而使成矿流体 pH 值升高，导致 Au ( HS) ₂^－、AuCl ^－₂ 等络合物不稳定，促使 Au 发生沉淀。

2． 3 碳酸盐化

碳酸盐蚀变包括两个基本过程: 白云盐化和碳酸盐化。白云岩化过程中， Mg^{2 +} 取代 Ca^{2 +} ， Ca-CO₃ 成为 CaMg( CO₃ ) ₂，这个反应将导致围岩体积减少 6% ～ 13% ，岩石孔隙度得以提高，促使成矿流体通过。在很多金矿类型中都可以见到碳酸盐化。富含石英脉型金矿体的太古绿岩带镁铁质岩石中，碳酸盐化是一个常见的蚀变类型。其他如印度尼西亚的 Pongkor 浅成低温热液 Au-Ag 矿; 澳大利亚维多利亚 中 心 中 温 金 矿 床; 新 西兰南岛Ｒeefton 金矿田。有的金矿带， 碳酸盐化普遍到可以划分为一个带，如西澳的 Golden Mile 围岩蚀变可划分为 3 个带， 分别是绿泥石化带、碳酸盐化带和黄铁矿化带。碳酸盐化产生的矿物除了常见的方解石外还主要包括白云石、铁白云石、菱铁矿和菱镁矿。这之中， 铁白云石化与金矿关系尤为密切。例如， 巴西与 Nova Lima 群岩石有关的中温热液金矿或脉状金矿床伴随着强烈的碳酸盐化，并且这些碳酸盐以富铁为特征， 通常为铁白云石。碳酸盐富铁是金矿成矿热液与围岩中含铁矿物( 磁铁矿、钛铁矿、黑云母、绿泥石和绿帘石) 发生反应的结果( 式( 3) ) 。相对富 CO₂ 的成矿流体长期以来被认为是次角闪岩相脉状金矿床的特征。金矿流体包裹体的数据表明，初始成矿流体中 CO₂ 的含量大致为 0． 05 ～ 0． 25 。世界上的一些主要独立金矿床的成矿流体中也富含 CO₂， 有时摩尔分数高达20% ～ 30 % 。因此金矿通常伴随着碳酸盐化应该与金矿初始成矿流体富含 CO₂ 有关( 图 3) 。例如Phllips 认为 Golden Mile 大规模的碳酸盐化是同变质期或变质期后富 H₂O-CO₂的低盐度流体所造成的。另一方面， 金矿容矿围岩包含的活性碳成分可以从成矿溶液中吸附金的络合物。这些碳质可能给碳酸盐化提供碳源。

金矿床的围岩蚀变是含有 Au、H₂O、SiO₂、K₂O、Na₂O 等组分的热液流体作用于围岩， 产生新的蚀变岩石相、蚀变矿物相， 从而在金矿脉两侧形成流体—围岩交代作用晕—围岩蚀变岩带。

热液金矿床围岩蚀变分带具有水平分带和垂直分带的特征。例如胶东典型金矿床围岩蚀变在水平分带上，矿脉两侧由内向外依次对称分布黄铁绢英岩化带、绿泥石化带和或硅化带、钾化带和或碳酸盐化带; 垂直分带上则大致为上部硅化带，中部绿泥石化带和黄铁绢英岩化带，下部钾化带。新疆天格尔金矿围岩蚀变分带在垂向上也具有类似的特征，上部为硅化带，中部为绢英岩化带和钠长石化带，下部为钾长石化带( 图 4b) 。一般认为钾长石化在时间上较早，在空间上常分布在下部，钠长石化则在时间上晚于钾长石化，常叠覆在钾长石化带上。一 个 典 型 的 例 子 就 是 加 拿 大 的 ＲattlingBrook 金矿床，该矿床围岩蚀变主要分为两个阶段，早期的钾化蚀变阶段和晚期的钠化蚀变阶段。

但是并非所有金矿床的围岩蚀变都有这样的特征。巴西卡拉雅成矿省 IOCG 矿床围岩蚀变由矿体向外依次是钾化蚀变、绿泥石化、钠钙化蚀变、钠化蚀变( 图 4a) ， 其中的钠化属于早期的区域性蚀变，分布范围广泛。在垂向上并没有明显的分带特征， 钾化在垂向上分布范围极广。不同的流体组分及原岩类型相互反应会产生不同的蚀变矿物组合及蚀变带， 再加上不同的矿床有同的构造类型，因而蚀变分带的形态也各不相同。然而对于热液金矿床来说， 建立蚀变分带的重要性却不言而喻， 因为蚀变分带和蚀变矿物组合反应了矿化的成因类型、矿床的规模及矿体的位置。

不同的金矿类型有不同的围岩蚀变，总结起来热液金矿的围岩蚀变主要包括硅化、钾长石化、钠长石化、碳酸盐化、绿泥石化、绢英岩化等。

( 1) 硅化是热液金矿床最常见的蚀变类型， 常表现为玉髓化、蛋白石化和似碧玉岩化。硅化与金矿化之间的密切关系与金的迁移方式有关， 一种可能是 Au 与 Si 形成 AuH_{3SiO4 络合物， 并以络合物形式迁移; 另一种可能是金和硅形成硅胶， 从而以胶体形式迁移。}

( 2) 钾长石化和钠长石化的普遍性与 K、Na 对金属的强烈活化迁移能力密不可分， 且 K ⁺ 、Na ⁺ 是Au 以络合物形式迁移时不可或缺地补偿离子。此外 K + 、Na⁺  的离子电位和 Au⁺  相近， 易形成络合物，与金一起发生迁移， 并最终在有利的成矿位置发生沉淀。

( 3) 大多数金矿初始成矿流体中富含 CO₂， 这可能是造成热液金矿围岩蚀变多含碳酸盐的主要原因。另一方面， 金矿容矿围岩含活性碳质， 也可能为碳酸盐提供碳质。碳酸盐以铁白云石为主， 是含CO₂ 成矿流体与早期形成的富铁矿物( 磁铁矿、绿泥石、黑云母等) 反应的结果。

( 4) 热液金矿的蚀变分带具有水平分带和垂直分带的特征。蚀变分带仍以钾长石化带、碳酸盐化带、绢英岩化带、钠长石化带等为主。在空间位置上， 黄铁绢英岩化带更靠近矿体， 而钾长石化带和钠长石化带多分布在矿体外围。