湖南水口山礦區(qū)硅化角礫巖體石英熱釋光分析

湖南水口山礦區(qū)硅化角礫巖體石英熱釋光分析

石英是地殼中最常見的礦物之一。它也是銅、銨和熱液礦床沉淀過程中最重要的脈石材料。其結晶結構和組成的變化與沉淀期間的力學條件（溫度、壓力、介質等）有關。它的晶體結構、晶體缺陷和組成的變化也會影響光譜特性。因此，石英不僅是釋光機理和定年應用研究最重要的礦物，而且在研究礦床成因、找礦信息提取等方面具有廣泛的應用前景。湖南水口山是一個開采歷史悠久的大型鉛鋅金銀(銅)多金屬礦區(qū)，包括老鴉巢、鴨公塘、中區(qū)、康家灣、龍王山等礦床，其中老鴉巢、鴨公塘、中區(qū)等礦床已基本開采完，急需尋找接替資源。本文對該區(qū)與成礦密切相關的硅化角礫巖中石英進行熱釋光測量，并分析其熱釋光特征與成礦的關系及其對找礦的指示作用。1基性巖群及礦物資源水口山礦區(qū)位于湖南常寧縣境內，屬大型鉛鋅金銀(銅)多金屬礦床。根據(jù)礦體空間位置、礦物共生組合、礦床成因等，可分為四種礦床類型：(1)銅-鉛-鋅-黃鐵礦交代型；(2)鉛-鋅-金-銀-黃鐵礦充填型；(3)金-黃鐵礦-鉛-鋅疊加型；(4)金-銀-鐵帽型(風化型)。其中，鉛-鋅-金-銀-黃鐵礦充填型是20多年前在該區(qū)發(fā)現(xiàn)的新礦床類型，其距離火成巖體較遠，但嚴格受構造控制，礦體主要產(chǎn)于斷裂帶硅化角礫巖中。其典型代表是康家灣礦，礦體呈似層狀，金屬礦床規(guī)模大、品位富，主要有方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、輝銀礦、深紅銀礦、自然金、自然銀、黃銅礦，脈石礦物為石英，礦床成因主要是中低溫熱液礦床。這類礦床是該地區(qū)重點找礦研究對象。本文針對與鉛-鋅-金-銀-黃鐵礦充填型礦床密切相關的硅化角礫巖開展熱釋光研究。硅化角礫巖沿斷裂帶呈長條狀分布(圖1)，如F22、F3、F4、F5、F16、F65等斷層均有硅化角礫巖產(chǎn)出。硅化巖體的長度0.1–5km不等，寬度一般10–40m，局部達100m以上。硅化角礫巖的化學成分以SiO2為主，含量多為80%–95%，基質礦物成分主要為微晶質石英，角礫成分復雜，主要有碳酸鹽巖、砂頁巖、硅質巖等。樣品分別采自康家灣、老鴉巢的生產(chǎn)礦體中和大漁灣、朱家山、何家?guī)X的硅化角礫巖體，每一采樣點均為橫穿硅化體的剖面并包括圍巖系統(tǒng)采樣，盡量采集較深部的樣品和角礫含量較少、石英基質含量較高的樣品，樣品采集后馬上用黑紙包裹。2熱釋光分析trt樣品在暗室紅光中用鉗子夾碎和鐵缽中搗碎(用力稍輕，盡量減小破碎過程中對樣品釋光的影響)，盡量選取巖塊中心的樣品以消除光的影響，剔除角礫，分選石英礦物，在瑪瑙缽中研磨加工成粉末。將粉末樣品加入40%HF放置60min，去除長石等雜質。將所得的純石英樣品放入高度為20cm的試管中，加入約10cm高的丙酮，用力搖勻，靜置2min，傾出丙酮與樣品的懸浮液到另一個20cm高的試管中。搖勻，將第二個試管放置約20min，棄去上層懸浮液，下沉粒徑的樣品供實驗用。通過以上懸浮時間的控制，可得到作為熱釋光分析的樣品粒徑為90–120μm。取平底的玻璃試管，將Φ10mm×0.5mm鋁片平穩(wěn)放入試管，并隨即加入丙酮1mL。待所有試管準備就緒后，將大試管中收集的細粒樣品和丙酮的懸浮液搖勻，超聲振動2–3min，移取1mL注入玻璃試管中。為確保分配均勻,每次移取懸浮液前都將大試管搖勻后逐個加入。然后，所有試管置于40℃的恒溫箱中。待丙酮全部蒸發(fā)、樣品干燥，在暗室內取出鋁片，作天然熱釋光測定。測定天然熱釋光的鋁片(退火后)進行90Srβ源輻照(20min，劑量70Gy)，作人造熱釋光測定。熱釋光測定用ELSEC7188型熱釋光分析儀(Littlemore科學儀器公司，英國)。樣品在恒定的高純(99.999%)氮氣流(3L/min)中升溫，升溫速率20℃/s，真空為30Pa，光電管工作電壓1.4kV。每個樣品進行三片平行樣品的分析測試。3天然熱釋光特征與成礦關系對水口山礦區(qū)的5個剖面的25個樣品進行了天然熱擇光和人造熱釋光測定(表1)。為分析熱釋光與礦化的關系，采用無火焰原子吸收法分析了所有樣品的Cu、Pb、Zn、Au、Ag等5個主要成礦元素的含量。為綜合評價樣品的成礦作用強度，進而探討熱釋光與成礦強度的關系，采用成礦強度指數(shù)(E)作為樣品的綜合成礦系數(shù):E=KilnK,其中，Ki=樣品的i元素含量/礦區(qū)沉積巖的i元素平均豐度。礦化元素越多，各元素礦化越強，品位越高，則E值越大。計算結果見表1。(1)硅化角礫巖石英的天然熱釋光曲線大多只有一個峰，少數(shù)樣有2–3個峰，而人造熱釋光曲線都有兩個以上的高峰，最多的有5個峰。如康家灣礦區(qū)的TK131號樣品，天然熱釋光曲線僅有一個高溫峰，峰溫約為328℃；但經(jīng)輻照后的人造熱釋光曲線有兩個峰，并出現(xiàn)了低溫峰，峰溫分別為170℃、276℃。在老鴉巢礦區(qū)的TL14號樣品，天然熱釋光曲線有兩個300℃以上的高溫峰，一個為322℃，另一個為466℃；而人造熱釋光曲線有五個峰，峰溫分別為155℃、200℃、244℃、280℃、312℃(表1)。(2)硅化角礫巖的天然熱釋光均不存在250℃以下的低溫峰，特別是在200℃以下都幾乎無熱釋光，其曲線與橫坐標線重合，高溫峰溫度大多在320℃–380℃。而人造熱釋光都存在200℃以下的低溫峰，其高峰溫度大多在100℃–150℃。這些特征表明后期地質作用使硅化角礫巖中200℃以下充填的低溫陷阱已排放出來。(3)硅化角礫巖的熱釋光強度顯著高于其圍巖，從圍巖向硅化角礫巖體中心300℃–330℃熱釋光峰值大幅度增加1–2個數(shù)量級(圖2)。天然熱釋光量與礦化強度成正比，成礦強度越大，其天然熱釋光峰值也越大，如康家灣礦區(qū)礦體中石英在330℃的熱釋光峰值達(5.4–7.43)×104，將所有樣品的成礦系數(shù)的對數(shù)對天然熱釋光強度作圖(圖3)，可以看出，成礦系數(shù)E的對數(shù)與天然熱釋光峰值成正相關關系，并具有近似的線性關系，其擬合方程為lgE=5×10-5INTL+1.7005，擬合直線的相關系數(shù)R2=0.835。(4)熱釋光峰溫位置與成礦強度有關。在天然熱釋光中，樣品的E值越高，則高溫峰溫度越接近330℃(表1),E值越低礦化越弱的樣品，高溫峰溫度也越高(少數(shù)樣品顯著低于330℃)。如康家灣、老鴉巢礦區(qū)主要礦體中的樣品，330℃附近的高溫峰十分強烈，高溫峰溫度在310℃–330℃范圍內。在人造熱釋光中，低鉛鋅富金礦體的石英樣品有明顯的200℃–220℃的發(fā)光峰，如老鴨巢金礦體的TL14、朱家山的TZ109等樣品。綜合上述分析，水口山礦區(qū)與成礦相關的硅化角礫巖石英的熱釋光特征與成礦作用密切相關，熱釋光特征能反映出成礦信息，天然熱釋光強度(峰值)大，表明成礦強度也大，天然熱釋光具有310℃–330℃的發(fā)光峰也反映成礦強烈。因此，熱釋光分析可以作為該礦區(qū)今后找礦的技術指標之一，通過系統(tǒng)的采樣與熱釋光分析，尋找熱釋光峰值大、并具有