湘西低温Au、Sb、Hg矿床的C、O、H同位素特征

成矿流体的液相成分对比研究（表18）表明，沃溪成矿带成矿流体具有∑S＞F-＞Cl-及Ca2+＞Mg2+＞K+的离子浓度序列。总硫浓度是氯浓度的六倍，显示成矿流体富硫贫氯的明显特征。时间演化上，由早而晚成矿流体的总硫浓度渐次增高，氯的含量逐渐降低。阳离子的演化上，由早期的富钠贫钙向晚期的富钙贫钠方向演化，表明成矿流体曾经历了由富钠型离子水向富钠型离子水的演化历程。与成矿流体成分的演化特征相对应，在特征参数Cl-/∑S及Na+/Ca2++Mg2+比值上，由早而晚也渐趋减小。上述成矿流体的成分特征表明，沃溪成矿带成矿流体为Ca2+-Na+-H2S型热液体系。在成矿流体的演化历程中，硫阴离子的浓度一直居主导地位并对含矿建造中成矿金属元素的活化、迁移等具有远较氯为重要的控制作用。

表18　湘西Au、Sb、Hg矿床成矿流体的液相成分

渣滓溪成矿带成矿流体的阴离子浓度序列为C1-＞∑S＞F-，阳离子序列为Ca2+＞Na+＞Mg2+＞K+，矿化剂的含量水平与沃溪成矿带明显不同。与沃溪成矿带相比，渣滓溪Sb矿带具有低硫低氯的特征，其总硫浓度仅为沃溪的约1/10。反映在Cl-/∑S比值上，沃溪成矿带的Cl/∑S比值均小于0.5，而渣滓溪成矿带的Cl/∑S比值多接近或大于1。在∑S浓度含量上，沃溪成矿带∑S浓度平均为1.86mol/L，而渣滓溪成矿带平均仅为0.25mol/L。两成矿带虽然具有相近的阳离子浓度序列，但渣滓溪成矿带成矿流体多具有Na+/Ca2++Mg2+＜1的比值特征，且Na+/Ca2++Mg2+比值有随深度增加而升高的特点（图36），显示以Ca型离子水为主的特征。时间演化上，从早到晚∑S及Cl-的浓度同步增加，但以Cl-较明显，揭示成矿流体于晚期有大气降水的加入。由上述可知，渣滓溪成矿带成矿流体为Ca2+-Na+-Cl--H2S的水热体系。与沃溪成矿带相比，由于∑S浓度的差异，决定了成矿流体的运矿负载量及对含矿建造中Au、Sb等成矿元素活化转移的能力不同，也决定了两成矿带矿化类型上的差异。

图36　渣滓溪Sb矿成矿流体的Na+/Ca2++Mg2+）比值随深度的变化

铜仁-凤凰汞矿带成矿流体具有Cl-＞＞∑S＞F-的浓度序列，Cl-/∑S比值多大于5，最高达33和42。Cl-浓度是沃溪成矿带的4.3倍，渣滓溪成矿带的3.2倍，Cl-的含量水平较前述两成矿带均高出一个数量级。∑S浓度较沃溪成矿带低一个数量级而与渣滓溪Sb矿带较为接近。铜仁-凤凰汞矿带成矿流体早期以富Ca贫Na为特征，晚期以富Na贫Ca为特点。由上述讨论可知，铜仁-凤凰汞矿带成矿流体为Na+-Ca2+-Cl--H2S热液体系，成矿流体具有明显的地下热卤水特征。矿化剂中Cl-的高含量水平与沃溪及渣滓溪两成矿带形成鲜明的对照。
湘西低温Au、Sb、Hg矿床成矿流体在矿化剂硫、氯的含量上存在明显差异。从元古宇板溪群的Au、Sb矿化到寒武系的Hg矿化，矿化流体具有硫浓度明显降低、氯浓度显著升高（图37）的演化规律。以沃溪成矿带富硫贫氯的特征最为显著，铜仁-凤凰汞矿带富氯贫硫的特征最为明显，渣滓溪成矿带则以低硫低氯为特点。总体上，成矿流体向地下热卤水的方向演化。这种成矿流体性质上的差异导致了湘西地区不同的矿化类型。

图37　湘西典型Au、Sb、Hg矿床成矿流体的∑S及Cl-浓度对比

A—茶田汞矿；B—渣滓溪Sb矿；C—沃溪矿床

在60年代，人们就注意到“就矿找矿”和“顺层找矿”的重要性。由于湘西中寒武统所具有的良好储-盖组合（白云岩类夹页岩类）关系，利于矿液的运移和停积，故“顺层找矿”乃是本区寻找Hg矿的重要前提。按作者提出的“热水隐弊爆炸”成矿模式，沿保-铜深大断裂一侧呈明显方向性和等距性分布的汞矿床分别代表了不同的热水“爆炸中心”，故“爆炸中心”的寻找和确定对Hg矿床的定位具有十分重要的意义。研究又表明，“中心”往往与保-铜深大断裂相匹配的次级断裂及背斜核部在空间上相吻合。由此可知，伴生有水热角砾岩的背斜核部将是寻找Hg矿床的最有利地质标志。此外，背斜核部的δ18O和δ13C值的低负异常以及下寒武统黑色页岩系中Hg的亏损等也是寻找Hg矿床的有利地球化学标志。另一方面，在已有的老矿山中应加强“爆炸中心”边部脉状及似层状矿体的寻找工作。值得注意的是，江南古陆边缘元古宇板溪群、震旦系乃至古生界寒武系普遍具有较高的Au（Sb）背景含量，在铜仁-凤凰汞矿带邻区又发育有世界著名的贡溪超大型重晶石矿床，与Au-Hg-Ba“三位一体”的卡林型金矿的成矿背景条件相似，故应加强该区震旦系—寒武系中卡林型Au矿的寻找工作。尽管低S、富Cl的成矿流体性质不具备使Au、Sb大量活化的温度及介质条件，但我们也注意到下寒武统黑色岩系中除Hg有较大规模的亏损外，Au、Sb也伴有一定程度的亏损。研究显示，铜仁-凤凰汞矿带成矿流体的∑S/Cl-比值及成矿温度有随深度增加而升高的趋势，故仍不排出在Hg矿床深部寻找到Au（Sb）矿床的可能性。
渣滓溪Sb矿带位于江南古陆边缘，其南侧紧邻华南加里东褶皱系，具有优越的成矿地质、构造背景条件。前已述及，该区板溪群马底驿组具有较高的Au背景含量，迄今于本区马底驿组中尚未发现Au矿床（点），这是个找Au远景地段。研究表明，Au呈双峰态、高离散型分布以及区域性Au亏损带的存在是湘西地区找金的重要地球化学标志。另一方面，渣滓溪地区五强溪组Au的背景含量亦高，成矿流体的∑S/Cl-比值及成矿温度仍有随深度增加而升高的趋势，这暗示在老矿区（Sb矿）的深部仍有找到Au矿的可能。此外，该区震旦系、寒武系，尤其是震旦系为一较典型的Au-Sb衍生含矿建造。如在渣滓溪Sb矿带之羊皮帽矿田的震旦系内发现了Au矿床（点），在湖北徐家山震旦系内已找到规模较大的Sb矿床，这些均说明该区震旦系、寒武系具有找Au、Sb的良好远景。

一、铜仁-凤凰汞矿带的C、O同位素组成特征

铜仁-凤凰汞矿带C、O同位素组成的系统研究（表19）显示，坑道不同标高白云石的δ¹⁸O值具有随深度增加而减小的较明显趋势（图38）。平面上，由远矿区域地层的灰岩、白云石到近矿的重结晶白云岩、角砾岩到矿化中心的白云石及角砾状矿石，δ¹⁸0值具有逐渐减小的明显演化规律（图39），即在矿化中心出现δ¹⁸O值的负异常。δ¹⁸0值水平与垂直方向的变化规律揭示，矿化流体是在由下部向上部、由矿化中心向围岩的渗流过程中成矿的，并产生δ¹⁸O由围岩向成矿流体的明显飘移。汞矿床的大多数矿体主要就位于次级背斜的核部，向两翼矿化强度渐弱以至消失，这与δ¹⁸0值水平方向的变化所揭示的规律是吻合的。故低的δ¹⁸0组成（14.90‰～18.31‰）对矿化中心的预测可能具有指示意义。上述δ¹⁸0的分布特征表明成矿溶液主要为大气降水。

表19　铜仁-凤凰汞矿带C、O同位素组成

图38　茶田汞矿白云石的δ¹⁸0随深度的变化

图39　茶田汞矿δ¹⁸0在水平方向上的变化

A—矿化中心；B—角砾岩；C—近矿蚀变岩；D—区域地层

成矿流体与碳酸盐岩的相互作用可视作水-岩交换过程。这种交换过程的同位素模型符合Talor交换模型，且只要这种模型的水岩比值达10∶1或更大时，δ¹⁸0的组成就有较大的异常范围（徐文，1991）。矿带δ¹⁸0组成的变化规律揭示，成矿流体与围岩间的反应是在较大的水岩比值条件下进行的，这与我们前述的酒店塘矿床附近围岩中存在较大规模的Hg亏损且流体与围岩进行淋滤反应的规模较大的结论是相吻合的。

δ¹³C值在水平方向上的变化与δ¹⁸0值具有一致的规律，即区域上灰岩类具有较高的δ¹³C值，近矿蚀变白云岩的δ¹³C为次高值，到矿化中心的白云石及角砾状矿石则出现δ¹³C的低负值。δ¹³C值水平方向上的变化同样可由Talor水-岩交换模型得到解释。这进一步说明，水热流体与围岩间的交换反应是在较大的水岩比值条件下进行的。低的δ¹⁸O值和低负δ¹³C值的结合可有效地预测矿化中心所在部位。

汞矿带δ¹³C值的变化范围为—0.98‰～1.25‰，与世界上寒武系海相碳酸盐岩的δ¹³C组成接近，这说明成矿流体中的C主要来自区域地层。

二、渣滓溪Sb矿带的0同位素组成

对渣滓溪Sb矿带全岩氧同位素的测量表明（表20），区域板溪群五强溪组第二岩性段的δ¹⁸0范围为15.24‰～16.70‰，平均15.75‰，矿区近矿围岩五强溪组第二岩性段的δ¹⁸0值为14.77‰～19.88‰，平均17.44‰；矿区主干控矿断层F。之断层角砾岩的δ¹⁸O值高达20.57‰。由区域地层→近矿体围岩→主干控矿断层的断层角砾岩δ¹⁸O值逐渐增高，表现为在矿化中心及控矿断层处出现δ¹⁸0的正异常（图40）。由前述Talor水-岩交换反应模型可知，该成矿带成矿流体与围岩间的反应是在较大的水岩比值条件下进行的。众所周知，δ¹⁸0是温度的函数并与温度呈反比，故δ¹⁸0的高值区代表了低温区。渣滓溪Sb矿带之大多数矿床主要就位于陡倾斜的脆-韧性层间剪切破碎带内，故矿体所在部位代表了脆-韧性剪切破碎带及其同生断裂的部位。上述δ¹⁸O值水平方向上的变化规律显示，渣滓溪成矿带成矿流体是由围岩向剪切破碎带集中、汇流而成矿的。剪切破碎带为减压扩容地带。区域变质作用主峰期之后，由于江南古陆的进一步褶皱隆起，使成矿流体快速向剪切破碎带内汇流，因剪切破碎带部位的温度较低，加之大气降水的渗入加合，使成矿物理化学条件突变，导致Sb的硫络合物的稳定性破坏而沉淀成矿。成矿流体因与剪切破碎带内的围岩接触时间过短，加之此时的温度较低，致使水岩反应的氧同位素未达平衡。

表20　渣滓溪Sb矿带氧同位素组成

另一方面，在讨论渣滓溪Sb矿带成矿流体来源时，我们必须面对该区元古宇板溪群变质程度低于绿片岩相的事实，即成矿流体不可能主要靠区域变质作用的释水来提供。研究区内无大规模岩体出露，在考虑成矿流体的来源时，有理由排除岩浆水的贡献。克雷格等（1963）的研究表明，雨水变为近中性的地热水或地下蒸汽后，δD值不变，而δ¹⁸O值可增大1‰～4‰；雨水变为酸性地热水时，δD和δ¹⁸O值均增长，但δD值变化小，δ¹⁸O值增大13‰～18‰，平均15‰，甚至由地表水变为地下水时，δ¹⁸O值也会增大3‰。基于上述δ¹⁸D值的分布特征并结合成矿流体含HCl、H₂S、CO₂等酸性组分的研究结果，我们认为渣滓溪Sb矿带成矿流体主要来自大气降水，这种大气降水于变质作用早期，沿区域性断裂及岩石的孔隙下渗并被酸化和加热而成为地下热水，它是区域变质作用的触发剂。成矿流体还部分来自变质作用晚期沿剪切破碎带下渗的“冷”的大气降水。

图40　渣滓溪Sb矿δ¹⁸0在水平方向上的变化

A—区域地层；B—近矿围岩；C—控矿主干断层

三、湘西低温Au、Sb、Hg矿床成矿流体的H、O同位素特征

渣滓溪Sb矿带六件石英流体包裹体水的δD值（表21）范围为—61‰～—65‰，变化范围相当狭窄。δ¹⁸O值为—6‰～—8‰，变化范围亦很小，具有明显的大气降水特征。坑道不同标高δ¹⁸O值具有向上部降低的趋势。在δD-δ¹⁸O图解上（图41），落点甚为集中，无一例外地均靠近大气降水线，清楚地表明成矿流体以大气降水为主要来源。这与前述讨论结果相一致。

图41　湘西低温Au、Sb、Hg矿床成矿流体的H、O同位素组成

1—渣滓溪锑矿；2—茶田汞矿；3—沃溪矿床；4—黔东热泉

对汞矿带成矿流体的氢、氧同位素研究（表22）表明，δD值为—62‰～—63‰，δ¹⁸O值为—6.0‰～—6.4‰，变化范围均很窄。在δD-δ¹⁸O图解上，落点均在大气降水线附近且与黔东热泉水的氢、氧同位素组成特征相似。成矿流体主要来自大气降水并具热泉水的特征。

表21　渣滓溪Sb矿床成矿流体H、O同位素组成

沃溪成矿带成矿流体的氢、氧同位素组成在δD-δ¹⁸O图解上落点极分散，散布在变质水、建造水及大气降水线上等区域，表明成矿流体的复杂来源特征。成矿流体以建造水、变质水为主，晚期可能有大气降水的混入。

上述成矿流体的氢、氧同位素研究表明，由板溪群的Au-Sb矿化至寒武系的Hg矿化，成矿流体中大气降水的比例不断增高，这是湘西成矿流体演化的又一特征。

表22　铜仁-凤凰汞矿带H、O同位素组成