廣西大福樓錫多金屬礦床成礦流體特征

成永生 ，胡瑞忠

(1. 中南大學 地球科學與信息物理學院，有色金屬成礦預測教育部重點實驗室，湖南 長沙，410083；2. 中國科學院地球化學研究所 礦床地球化學國家重點實驗室，貴州 貴陽，550002)

廣西南丹大廠錫多金屬礦床是世界上著名的超大型錫多金屬礦床之一，由于礦床規(guī)模巨大、元素組合復雜、產(chǎn)出特征多樣等特點，長期以來備受國內(nèi)外礦床地質(zhì)學家的廣泛關(guān)注[1?6]。關(guān)于大廠錫礦成礦流體的研究資料非常豐富[7?9]，李蔭清等[10]對丹池成礦帶錫多金屬礦床進行了包裹體成分和同位素研究，認為礦帶內(nèi)不同地段和不同成礦階段存在相對開放和相對封閉的環(huán)境，成礦流體具有巖漿水和大氣水混合特征，早期以巖漿水為主，晚期主要為大氣降水。蔡明海等[11]應用顯微測溫和激光拉曼光譜分析對銅坑－長坡礦床的流體包裹體參數(shù)和成分進行了系統(tǒng)測試，認為區(qū)內(nèi)層狀礦體和脈狀礦體中的流體包裹體具有相同特征，在成礦流體的演化過程中，流體組成發(fā)生了較大變化，但流體鹽度變化不明顯。在成礦過程中，地幔流體顯著參與了成礦作用，但在成礦的晚階段，地下水成分明顯地加入到成礦流體中。梁婷等[12]利用S和 Pb同位素示蹤技術(shù)探討了大廠錫多金屬礦床的成礦物質(zhì)來源，指出相同來源的成礦流體在自下而上遷移過程中硫同位素的演化機制是一致的，早期以巖漿硫源為主，后期為混合硫源。不同類型或不同產(chǎn)狀礦體中的鉛同位素也基本上是一致的，即以殼源為主，但也有幔源鉛參與。這些研究成果極大地豐富了大廠錫礦的成礦理論，為礦床的成因研究提供了詳實的資料。大福樓礦床位于大廠錫礦田的東礦帶，建國前已有不同程度的開采，是大廠礦田東礦帶中研究較少的大型錫石硫化物礦床。本文作者在剖析大福樓礦床地質(zhì)特征的同時，對產(chǎn)自錫多金屬礦的硫化物進行流體包裹體研究，以便為深化大廠礦田錫多金屬礦床的成因理論提供新資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)位于江南臺背斜與滇桂臺向斜間的丹池坳陷帶內(nèi)，該成礦帶北起麻陽汞礦，南至五圩礦田，東到芒場、北香礦田，西到益蘭汞礦－九圩一帶，總體呈北東－南西向展布，延長約為100 km，寬約為30 km，已知產(chǎn)有超大型礦床2處，大型礦床6處，中型礦床11處，共計錫、鋅、鉛、銻、銀、銅、鎢、汞礦產(chǎn)地200多處，是我國重要的有色金屬產(chǎn)地[13]。

丹池成礦帶產(chǎn)于丹池盆地，是晚古生代至早中生代在淺海碳酸鹽臺地上發(fā)育起來的臺盆相沉積盆地。盆地內(nèi)地層為泥盆系－三疊系的泥質(zhì)巖、碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖和碎屑巖等。丹池大背斜和丹池大斷裂組成的丹池褶斷帶，主體構(gòu)造呈北西－南東走向，背斜軸部逆沖斷層發(fā)育，疊加東西向、南北向的斷裂和次一級褶皺構(gòu)造，在構(gòu)造疊加之處有花崗巖侵入，形成以大廠礦田為代表的多個構(gòu)造隆起[14]。大福樓礦床位于大廠礦田東礦帶龍箱蓋背斜之東翼(見圖1)，區(qū)域上北西向線型復式褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育，隨著褶皺斷裂活化，在部分隆起區(qū)伴有酸性火成巖侵入及礦液活動。

2 礦床地質(zhì)特征

圖2 廣西大福樓錫礦床空間剖面圖(據(jù)中國有色金屬工業(yè)總公司資料修編)Fig. 2 Profile of Dafulou tin ore deposit, Guangxi

大福樓礦床位于大廠礦田的東礦帶丹池大背斜的東翼，區(qū)內(nèi)發(fā)育以北西向為主導的線性斷裂構(gòu)造，如逆掩斷裂和小擾曲構(gòu)造；次之則為北東向和近南北向的斷裂構(gòu)造，如北東向橫張平移斷裂。礦床由21號和22號水平似層狀礦體以及0號陡傾斜脈狀礦體所組成(見圖2)，脈狀礦體和層狀礦體在空間上的分布具有規(guī)律性，由下往上依次為：(1) 22號礦體，標高87～27 m，產(chǎn)狀 50°∠7°～8°，礦體控制長度 1 100 m，寬 250～400 m，均厚 1.65 m。Sn含量(質(zhì)量分數(shù)，下同) 0.32%～3.14%，最高含Sn 6.16%，Sn平均品位為0.96 %，Zn含量0.02%～0.06%，最高含Zn 0.18%，主要工業(yè)礦物有錫石、磁黃鐵礦、黃鐵礦、毒砂、鐵閃鋅礦等。(2)21 號礦體，標高 140～49 m，產(chǎn)狀 50°∠8°～10°，控制長度600 m，寬200～300 m，均厚21.9 m，礦體平均品位Sn為1.14%，Sn品位變化系數(shù)71%；礦體平均厚度2.38 m，厚度變化系數(shù)56%，主要工業(yè)礦物包括錫石、磁黃鐵礦、黃鐵礦、毒砂、鐵閃鋅礦等。(3) 0號礦體，屬陡傾切層大脈，已控制長度1 250 m，深500 m，厚2 m左右，標高560～60 m，礦體平均厚度為 2.07 m。礦體上部產(chǎn)狀 240°∠84°，下部產(chǎn)狀60°∠72°，主要工業(yè)礦物有錫石、磁黃鐵礦、黃鐵礦、毒砂、鐵閃鋅礦等。

大福樓礦床主要產(chǎn)于下泥盆統(tǒng)上部和中泥盆統(tǒng)下部的含炭質(zhì)頁巖中(圖2)，水平似層狀礦體與地層整合產(chǎn)出，脈狀礦體主要沿陡傾斜的張性裂隙充填而成。根據(jù)野外觀察以及室內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)礦化特征比較復雜，主要發(fā)育有順層礦化、穿層礦化以及網(wǎng)脈狀礦化三種類型；圍巖蝕變類型主要包括硅化、碳酸鹽化、絹云母化、黃鐵礦化以及磁黃鐵礦化；礦石構(gòu)造類型主要有塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、(細)脈狀構(gòu)造、網(wǎng)脈狀構(gòu)造和角礫狀構(gòu)造。

3 樣品特征及研究方法

流體包裹體是研究深部地質(zhì)體以及深部地質(zhì)過程的重要手段，可提供深部地質(zhì)作用的重要證據(jù)[15]。流體包裹體均一測溫于國土資源部中南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心(湖北宜昌地質(zhì)礦產(chǎn)研究所)流體包裹體實驗室完成。選擇的3個樣品均來自于礦化體中，其中Y05-3號樣品為錫石、黃鐵礦礦體，呈塊狀構(gòu)造；Y09-2-1號樣品為產(chǎn)于10號采場2號面灰黑色含炭質(zhì)灰?guī)r中的細脈狀黃鐵礦化，脈寬約0.5 mm；Y29-4號樣品為采自818面的錫石－黃鐵礦礦體，礦石呈塊狀構(gòu)造。

4 流體包裹體巖相學及顯微測溫學

4.1 流體包裹體類型和特征

我國許多學者對大廠礦田流體包裹體特征開展過系統(tǒng)研究。李蔭清等[10]對大廠礦帶內(nèi)的包裹體進行了深入研究，對成礦流體的動力學機制進行了探討。Fu等[16]認為，拉么矽卡巖型鋅銅礦的成礦流體以高溫度、高鹽度為特征，銅坑－長坡錫礦的成礦流體以中溫、中－低鹽度流體為特征。近年來，蔡明海等[11]根據(jù)石英中流體包裹體在室溫下的物理相態(tài)和化學組成，區(qū)別出CO2型和NaCl-H2O型2種包裹體類型，指出銅坑－長坡礦床脈狀和層狀礦體的流體包裹體具有相同特征，成礦早階段流體成分主要以CO2和H2O為主，成礦晚階段的流體成分主要為H2O，在成礦過程中存在深部地幔流體的顯著參與。

石英和方解石是研究流體包裹體的最重要的礦物，尤其是石英礦物與錫石緊密伴生。本次研究共選擇了礦化蝕變巖的 3個流體包裹體樣品(野外編號為Y05-3，Y09-2-1和Y29-4)，其中石英礦物2個(Y05-3和Y29-4)，方解石礦物1個(Y09-2-1)。按照相態(tài)組合及物理狀態(tài)，大福樓錫礦主要發(fā)育6種類型的包裹體(見圖3)：Ⅰ型(單相氣相包裹體)、Ⅱ型(單相鹽水溶液包裹體)、Ⅲ型(兩相富蒸汽包裹體)、Ⅳ型(兩相富液體包裹體)、Ⅴ型(含CO2相包裹體)和Ⅵ型(含NaCl子礦物包裹體)。

(1) 單相氣相包裹體(Ⅰ型)。以含氣態(tài)水為主，另含有少量的氣態(tài)CH4及H2S，包裹體直徑為3～15 μm，形態(tài)主要表現(xiàn)為多邊形、米粒狀、橢圓形和不規(guī)則狀，呈小群狀分布或沿方解石愈合微裂隙中，占包裹體總量的5%左右。

(2) 單相鹽水溶液包裹體(Ⅱ型)。由純鹽水組成的包裹體，占包裹體總量的15%～65%，液相H2O在透光下為無色；包裹體直徑為1～15 μm，形態(tài)多為橢圓形、不規(guī)則狀和米粒狀，多呈自由狀分布，部分沿石英或方解石微裂隙定向分布。

(3) 兩相富蒸汽包裹體(Ⅲ型)。由水蒸氣和液體水所組成，占包裹體總量的30%～55%；液相H2O在透光下為無色，包裹體直徑為2～18 μm，形態(tài)多為橢圓形、多邊形和長方形等，其次為三角形以及不規(guī)則狀，呈自由狀分布或小群分布。

(4) 兩相富液體包裹體(Ⅳ型)。包裹體主要由純鹽水和水蒸氣所組成，占包裹體總量的15%～50%；液態(tài)H2O在透光下為無色，包裹體直徑為2～25 μm，形態(tài)多以橢圓形以及半自形的負晶形為主，其次為三角形及不規(guī)則狀，呈自由分布或小群分布。

圖3 廣西大福樓錫礦流體包裹體照片F(xiàn)ig. 3 Photomicrographs of fluid inclusions in Dafulou tin ore deposit, Guangxi

(5) 含CO2相包裹體(Ⅴ型)。由三相構(gòu)成，分別為液態(tài)水( LH2O)、液態(tài) CO2( LCO2)和氣態(tài) CO2( VCO2)，占包裹體總量小于5%；包裹體大小為5～15 μm，形態(tài)多以橢圓形為主，次為多邊形、負晶形，主要呈自由分布或與其他包裹體混合分布。

(6) 含NaCl子礦物包裹體(Ⅵ型)。以氣態(tài)和液態(tài)水、固態(tài)NaCl為主構(gòu)成，約占包裹體總量的30%；包裹體大小為5～30 μm，形態(tài)多為橢圓形、多邊形和長方形，呈自由分布或與其他包裹體混合分布，其中液態(tài)H2O相體積分數(shù)為70%，固態(tài)NaCl相體積分數(shù)約為10%，氣態(tài)H2O相體積分數(shù)約為15%。

4.2 流體包裹體均一溫度、鹽度和密度

通過流體包裹體巖相學的觀察研究，選擇具有代表性的流體包裹體片在國土資源部中南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心(湖北宜昌地質(zhì)礦產(chǎn)研究所)的Linkam?THMSG600型冷熱臺上進行測試。儀器測定的溫度范圍為?196～600 ℃，均一法測溫精度為±1 ℃，冷凍法的精度在±0.1，在小于0 ℃時的測試精度為 0.1 ℃，0～30 ℃范圍的測試精度為 0.5 ℃，＞30 ℃時的測試精度為1 ℃。

顯微測溫結(jié)果表明(見表1)：礦區(qū)不同類型包裹體的溫度范圍和峰值溫度差異很大，各類礦物流體包裹體顯微測溫結(jié)果如下。

Ⅲ型兩相富蒸汽包裹體均一溫度范圍在 120～395℃，主要存在 3個溫度區(qū)間：120～145 ℃，240～265 ℃以及350～395 ℃，以120～145 ℃溫度區(qū)間為主；Ⅳ型兩相富液體包裹體均一溫度范圍在230～430 ℃，其中主要存在2個溫度段：230～260 ℃和380～430 ℃，且以380～430 ℃溫度區(qū)間為主；Ⅴ型含CO2相包裹體均一溫度范圍在380～420 ℃。不難發(fā)現(xiàn)，從Ⅲ型兩相富蒸汽包裹體、Ⅳ型兩相富液體包裹體到Ⅴ型含CO2相包裹體流體溫度整體呈升高的趨勢，基本能夠反映成礦的主要階段以及成礦流體的活動與演化情況。

鹽度表示包裹體溶液中所含鹽類的總濃度，對確定成礦階段、指示成礦流體的運動方向、尋找隱伏盲礦體具有很好的作用，在礦產(chǎn)勘查學以及礦床成因研究等方面具有廣泛應用。根據(jù)大福樓錫礦床礦物流體包裹體的巖相學研究結(jié)果，Ⅲ型和Ⅳ型流體包裹體的鹽度將根據(jù)所測出的包裹體冰點，由 Bodnar[17]的鹽度?冰點表得到；Ⅵ型含子礦物流體包裹體的鹽度根據(jù)Hall等[18]提出的鹽度公式計算得到，公式適用的溫度范圍為0.1≤t≤801 ℃(其中，t為NaCl子礦物消失溫度)；Ⅴ型含CO2流體包裹體的鹽度將通過測試籠形化合物熔化溫度，然后根據(jù) Roedder[19]提出的公式計算得出，適用的溫度范圍為?9.6≤t≤10 ℃(其中，t為籠形化合物熔化溫度)。結(jié)果顯示：Ⅲ型兩相富蒸汽包裹體的鹽度范圍為17.30%～22.44%，Ⅳ型兩相富液體包裹體的鹽度范圍為17.20%～20.30%，Ⅴ型含CO2相包裹體的鹽度范圍為 17.00%～18.70%。不難發(fā)現(xiàn)，3種類型的流體包裹體鹽度變化不大，基本保持在17.00%～22.00%，屬于高鹽度的流體。高鹽度的包裹體是巖漿熱液的重要標志，成礦溶液是在高鹽度流體運移過程中鹽度迅速降低的情況下礦物先后析出沉淀的，溶液沸騰以及地下水的混入是巖漿結(jié)晶濃縮和巖體運移稀釋的根本原因[20]，大廠錫石－硫化物成礦期溫度與鹽度具有相關(guān)趨向[10]。

表1 廣西大福樓錫多金屬礦區(qū)流體包裹體參數(shù)Table 1 Parameters of fluid inclusion of the Dafulou tin ore deposit, Guangxi

利用劉斌等[21?22]根據(jù)實驗數(shù)據(jù)推導的 NaCl－H2O體系不同鹽度流體包裹體的密度經(jīng)驗公式：

式中：ρ為流體密度，g/cm3；t為均一溫度，℃；a，b和c均為無量綱參數(shù)，不同鹽度流體對應不同值。

通過式(1)計算得到大福樓礦床錫多金屬礦體成礦流體密度(見表1)。由表1可見：大福樓錫多金屬礦Ⅲ型包裹體流體密度為0.974～1.105 g/cm3，Ⅳ型包裹體流體密度為0.970～0.996 g/cm3，Ⅴ型包裹體流體密度為 0.158～0.703 g/cm3。

4.3 流體包裹體壓力及成礦深度

利用礦物中流體包裹體的有關(guān)特征參數(shù)進行成巖成礦壓力的測定，可為地質(zhì)體的形成深度提供依據(jù)，對指導深部地質(zhì)找礦具有重要的作用。根據(jù)流體包裹體的均一溫度和流體鹽度，利用邵潔連[23]計算流體壓力的經(jīng)驗公式p=p0Th/T0來計算包裹體捕獲時的流體壓力。式中：p0=219+2620w；T0=374+920w；w表示成礦溶液的鹽度，見表2。

表2 據(jù)流體包裹體計算的成礦壓力與深度Table 2 Calculated pressure and depth of mineralization based on fluid inclusion

從表2可見：Y05-3號樣品石英中流體包裹體形成壓力(p)為 63.0～65.0 MPa，形成深度(H)為 2.10～2.16 km；Y09-2-1號樣品方解石中流體包裹體形成壓力(p)為33.6～40.6 MPa，形成深度(H)為1.12～1.35 km；Y29-4號樣品石英中流體包裹體形成壓力(p)為 12.0～15.0 MPa，形成深度(H)為 0.4～0.5 km(表 1)?？傮w來說，礦物包裹體捕獲時的壓力(p)為 12.0～65.0 MPa，形成深度(H)為0.40～2.16 km。李蔭清等[10]研究得出：大廠礦區(qū)錫石－硫化物礦床的形成壓力為20～80 MPa，同時推算花崗巖的侵位深度為3～4 km，成礦深度為1.0～2.5 km。本次測定的礦床形成壓力為12.0～65.0 MPa，介于李蔭清等[10]所測得的成礦壓力區(qū)間，表明大廠礦田不同礦帶礦床的形成壓力具有很好的一致性，暗示其可能具有相似的成礦物質(zhì)來源以及成礦流體演化。

5 結(jié)論

(1) 大福樓錫多金屬礦床中流體包裹體均一溫度為120～430 ℃，其中主要存在2個溫度區(qū)間：120～145℃和380～430 ℃，從兩相富蒸汽包裹體、兩相富液體包裹體到含CO2相包裹體流體溫度整體呈升高趨勢。

(2) 流體包裹體鹽度變化不大，為 17.00%～22.00%，屬于高鹽度流體，流體具有巖漿熱液的典型特征；流體包裹體密度為0.158～1.105 g/cm3，壓力為12.0～65.0 MPa，屬于中高壓力的成礦流體。

(3) 大福樓錫多金屬礦床的成礦流體特征與大廠礦田其他礦床具有很好的相似性，表明礦田內(nèi)諸多礦床具有相似的流體來源與演化過程。

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