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(jié)晶結(jié)構(gòu)和組成的變化與沉淀期間的力學(xué)條件（溫度、壓力、介質(zhì)等）有關(guān)。它的晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷和組成的變化也會(huì)影響光譜特性。因此，石英不僅是釋光機(jī)理和定年應(yīng)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(yīng)用前景。湖南水口山是一個(gè)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(duì)該區(qū)與成礦密切相關(guān)的硅化角礫巖中石英進(jìn)行熱釋光測(cè)量，并分析其熱釋光特征與成礦的關(guān)系及其對(duì)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(nèi)，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(fēng)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(yuǎn)，但嚴(yán)格受構(gòu)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?zé)嵋旱V床。這類礦床是該地區(qū)重點(diǎn)找礦研究對(duì)象。本文針對(duì)與鉛-鋅-金-銀-黃鐵礦充填型礦床密切相關(guān)的硅化角礫巖開展熱釋光研究。硅化角礫巖沿?cái)嗔褞С书L(zhǎng)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(zhǎng)度0.1–5km不等，寬度一般10–40m，局部達(dá)100m以上。硅化角礫巖的化學(xué)成分以SiO2為主，含量多為80%–95%，基質(zhì)礦物成分主要為微晶質(zhì)石英，角礫成分復(fù)雜，主要有碳酸鹽巖、砂頁(yè)巖、硅質(zhì)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(diǎn)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(zhì)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(duì)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(zhǎng)石等雜質(zhì)。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(gè)20cm高的試管中。搖勻，將第二個(gè)試管放置約20min，棄去上層懸浮液，下沉粒徑的樣品供實(shí)驗(yàn)用。通過以上懸浮時(shí)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(zhǔn)備就緒后，將大試管中收集的細(xì)粒樣品和丙酮的懸浮液搖勻，超聲振動(dòng)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(gè)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(nèi)取出鋁片，作天然熱釋光測(cè)定。測(cè)定天然熱釋光的鋁片(退火后)進(jìn)行90Srβ源輻照(20min，劑量70Gy)，作人造熱釋光測(cè)定。熱釋光測(cè)定用ELSEC7188型熱釋光分析儀(Littlemore科學(xué)儀器公司，英國(guó))。樣品在恒定的高純(99.999%)氮?dú)饬?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(gè)樣品進(jìn)行三片平行樣品的分析測(cè)試。3天然熱釋光特征與成礦關(guān)系對(duì)水口山礦區(qū)的5個(gè)剖面的25個(gè)樣品進(jìn)行了天然熱擇光和人造熱釋光測(cè)定(表1)。為分析熱釋光與礦化的關(guān)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(gè)主要成礦元素的含量。為綜合評(píng)價(jià)樣品的成礦作用強(qiáng)度，進(jìn)而探討熱釋光與成礦強(qiáng)度的關(guān)系，采用成礦強(qiáng)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(qiáng)，品位越高，則E值越大。計(jì)算結(jié)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(gè)峰，少數(shù)樣有2–3個(gè)峰，而人造熱釋光曲線都有兩個(gè)以上的高峰，最多的有5個(gè)峰。如康家灣礦區(qū)的TK131號(hào)樣品，天然熱釋光曲線僅有一個(gè)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(gè)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(hào)樣品，天然熱釋光曲線有兩個(gè)300℃以上的高溫峰，一個(gè)為322℃，另一個(gè)為466℃；而人造熱釋光曲線有五個(gè)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(biāo)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(zhì)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(qiáng)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(gè)數(shù)量級(jí)(圖2)。天然熱釋光量與礦化強(qiáng)度成正比，成礦強(qiáng)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(dá)(5.4–7.43)×104，將所有樣品的成礦系數(shù)的對(duì)數(shù)對(duì)天然熱釋光強(qiáng)度作圖(圖3)，可以看出，成礦系數(shù)E的對(duì)數(shù)與天然熱釋光峰值成正相關(guān)關(guān)系，并具有近似的線性關(guān)系，其擬合方程為lgE=5×10-5INTL+1.7005，擬合直線的相關(guān)系數(shù)R2=0.835。(4)熱釋光峰溫位置與成礦強(qiáng)度有關(guān)。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(qiáng)烈，高溫峰溫度在310℃–330℃范圍內(nèi)。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(guān)的硅化角礫巖石英的熱釋光特征與成礦作用密切相關(guān)，熱釋光特征能反映出成礦信息，天然熱釋光強(qiáng)度(峰值)大，表明成礦強(qiáng)度也大，天然熱釋光具有310℃–330℃的發(fā)光峰也反映成礦強(qiáng)烈。因此，熱釋光分析可以作為該礦區(qū)今后找礦的技術(shù)指標(biāo)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