新疆白干湖鎢錫礦流體包裹體特征及成因

曹勇華，賴健清

(中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，有色金屬成礦預(yù)測教育部重點實驗室，湖南 長沙，410083)

流體包裹體指礦物形成過程中由于晶格缺陷導(dǎo)致流體被包裹于礦物中形成的包裹物。礦物中捕獲的流體包裹體作為古流體的樣品，能夠很好地指示流體成礦的全過程，因而在礦床研究中得到廣泛應(yīng)用，也是找礦勘探的重要依據(jù)之一[1?3]。本文研究的白干湖鎢錫礦位于東昆侖西段，海拔為4.2～4.7 km，是秦祁昆成礦帶的西延部分，在新疆維吾爾自治區(qū)若羌縣境內(nèi)，呈北東向不規(guī)則帶狀展布，礦帶長15 km，寬2～4 km。礦區(qū)內(nèi)北東段以石英大脈型白鎢礦體為主，南西段則以石英細(xì)(網(wǎng))脈帶型鎢、錫礦體為主。2001年吉林省地質(zhì)調(diào)查院第一地質(zhì)隊在進行1:10萬水系沉積物測量時發(fā)現(xiàn)該區(qū)鎢錫異常值高，在野外發(fā)現(xiàn)了鎢錫礦石英脈轉(zhuǎn)石[4]。在此，本文作者通過對白干湖鎢錫礦區(qū)流體包裹體進行巖相學(xué)研究和顯微測溫，查明流體包裹體的基本類型、探討礦區(qū)成礦流體的來源、性質(zhì)及演化，成礦物理化學(xué)條件及礦質(zhì)轉(zhuǎn)移沉淀機制等，以便為研究礦床成因提供依據(jù)。

1 礦區(qū)大地構(gòu)造背景

白干湖鎢錫礦床大地構(gòu)造位置位于塔里木—華北板塊南部，柴達(dá)木微陸塊南緣的祁漫塔格加里東褶皺帶北西向北東方向的轉(zhuǎn)折部位，屬秦祁昆成礦帶的西延部分。其北界為阿爾金斷裂帶，與阿爾金陸緣地塊(Ⅱ)相鄰；南界為昆中斷裂帶，與東昆侖?南秦嶺褶皺系相接，是華南、華北兩大板塊的增生帶，處于昆北弧后裂陷槽西段，阿爾金斷裂與白干湖斷裂之間[5]。該區(qū)構(gòu)造作用強烈，巖漿活動頻繁，地質(zhì)體復(fù)雜，成礦作用明顯，是一個較好的鎢錫(金)礦化密集區(qū)(圖1)。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)各時代地層出露較全，從古元古代—新生代地層均有分布，主要為長城系金水口群及志留系白干湖組。金水口群主要為二云石英片巖、大理巖、石英巖、石英透閃巖等，原巖為一套碎屑巖—碳酸鹽巖建造，并局部伴有火山活動。該套巖石變質(zhì)變形作用強烈，其中剛性巖石(石英巖、大理巖等)因變形作用而被拉斷，軟層(泥質(zhì)巖)發(fā)生柔流褶皺，為區(qū)內(nèi)鎢錫礦的主要礦源層。志留系白干湖組沿白干湖斷裂帶南緣呈北東向展布，主要巖性為粉砂巖、巖屑砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、絹云石英片巖夾凝灰質(zhì)長石石英細(xì)砂巖，為一套筆石頁巖建造[4?5]。

礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，貫穿全區(qū)的白干湖斷裂帶為該區(qū)的主要構(gòu)造，屬于阿爾金斷裂的次一級斷裂，在區(qū)內(nèi)表現(xiàn)為寬2.5～5 km的左旋韌性剪切帶、擠壓片理化帶。它控制了區(qū)內(nèi)基本構(gòu)造骨架，呈北東、北東東向展布，具有多期活動和繼承性特點，為后期的成礦提供了有利空間。該斷裂既是成礦構(gòu)造，又是導(dǎo)礦構(gòu)造[5?6]。礦區(qū)褶皺構(gòu)造發(fā)育，具多期變形之特點，褶皺軸走向北東，多與白干湖斷裂相平行，晚期褶皺形態(tài)多呈寬緩狀[4?5]。

圖1 白干湖礦區(qū)大地構(gòu)造位置圖(據(jù)文獻[8]修改)Fig.1 Baiganhu deposit tectonic location map

本區(qū)巖漿活動強烈，以加里東期巖漿活動為主。該期巖漿活動具有多期次侵入、同源演化之特點，其巖石系列為石英閃長巖—英云閃長巖—中粗粒、中細(xì)粒二長花崗巖—似斑狀二長花崗巖—中粗粒鉀長花崗巖，沿白干湖斷裂兩側(cè)呈巖基、巖株狀產(chǎn)出?？傮w具有由東向西演化之特點，巖體內(nèi)鎢、錫等礦化發(fā)育[5]。區(qū)內(nèi)巖漿活動對于鎢、錫礦床的形成是一種不可缺少的重要因素。其廣泛分布的侵入巖多屬中酸性?酸性花崗巖類，這與我國南嶺及其他主要成礦帶與鎢礦床有關(guān)的花崗巖類相一致[7?8]，見圖2。

3 樣品采集及研究方法

用于包裹體研究的樣品取自白干湖礦區(qū)主成礦階段形成的含黑鎢礦石英脈，在室內(nèi)將這些樣品制備成包裹體片進行研究。在4件大樣中選取包裹體發(fā)育的14個小樣開展流體包裹體巖相學(xué)研究和顯微測溫。測溫工作在中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院地質(zhì)流體實驗室完成，儀器采用Linkam THMS?600型冷熱臺，溫度范圍在為?196～600 ℃，在 0～600 ℃時精度為±1 ℃，在?196～0 ℃時精度為±0.1 ℃。測試前用人工合成25% CO2-H2O及純H2O 包體(國際標(biāo)樣)對儀器進行系統(tǒng)校正。顯微熱臺測定了包裹體的均一溫度，并通過測定水溶液包裹體的冰點溫度(水溶液包裹體)或二氧化碳籠合物的融化溫度(含二氧化碳包裹體)，根據(jù)Brown的FLINCOR計算機程序，采用Brown[9]提出的計算式計算水溶液的鹽度，并估算礦物形成的壓力[9]。

4 流體包裹體特征

4.1 流體包裹體類型

包裹體巖相學(xué)研究表明，白干湖鎢錫礦主礦化階段的石英中發(fā)育豐富的原生流體包裹體。依其室溫下的相態(tài)特征，將這些包裹體主要分為3種類型。

圖2 白干湖鎢錫(金)礦床地質(zhì)圖Fig.2 Geologic map of Baiganhu W and Sn(Au) deposit

(1) Ⅰ型包裹體。室溫下為氣液兩相包裹體，氣液比一般為15%～50%，粒度一般為4～20 μm，形態(tài)以橢圓形、不規(guī)則、近圓形、長條形等為主(圖3(a)和3(b))。本類包裹體數(shù)占包裹體總數(shù)的50%左右。

(2) Ⅱ型包裹體。室溫下呈水溶液相、氣相及液相CO2三相產(chǎn)出，依CO2相所占體積分?jǐn)?shù)，該類包裹體可進一步劃分為II(a)和II(b)2類。前者CO2所占體積分?jǐn)?shù)低于50%，氣相CO2占CO2相的20%～60%，大多為25%～50%；后者CO2所占比例>50%，氣相CO2占CO2相的5%～33%，多集中在5%～20%。該類包裹體形態(tài)以橢圓、四邊形、長條狀為主，粒度為 5～15 μm(圖3(c)和3(d))。本類包裹體占包裹體總數(shù)的45%左右。

(3) Ⅲ型包裹體。在室溫下呈液相CO2、氣相CO2兩相產(chǎn)出。包裹體直徑多在 10 μm 左右，氣液比為20%～60%。形狀不規(guī)則，以不規(guī)則四邊形及橢圓形為主(圖3(c))。本類包裹體數(shù)量較少，約占包裹體總數(shù)的5%。

以上不同類型的包裹體常密集成群分布且常分布于同一石英顆粒中，顯示不同類型包裹體捕獲時間可能相近的特點。

4.2 流體包裹體顯微測溫

本次研究對適合測溫的包裹體進行了冷凍?均一法測溫。在冷凍?加熱過程中，測得部分Ⅰ型包裹體初熔溫度范圍為?26.8～?21 ℃，接近H2O-NaCl二元共結(jié)點?20.8 ℃(或?21.2 ℃)和 H2O-NaCl-KCl三元共結(jié)點?21.92 ℃，表明水溶液中主要成分為NaCl，并含有少量KCl等組分。測定Ⅰ型氣液包裹體冰的最終熔化溫度為?1～?12.5 ℃，依相關(guān)公式計算熱液鹽度等價NaCl為 1.82%～16.43%之間[9]，集中分布于 6.5%～11.5%(圖4(d))。該類型包裹體以均一至液相為主，均一溫度變化范圍為160～310 ℃，溫度峰值主要集中于160～180 ℃和 200～260 ℃等，均值為 221.78 ℃(包裹體個數(shù)n=37)(圖4(a))。

Ⅱ型包裹體 CO2相的熔化溫度為?56.9～?58.7℃(圖4(b))，接近并略低于CO2標(biāo)樣標(biāo)準(zhǔn)值?56.6 ℃，反映了主要成分為CO2，可能含有少量CH4等氣體成分[10?12]。CO2相部分均一以液相為主，少數(shù)為氣相，均一溫度為18.3～30.8 ℃(圖4(c))。完全均一溫度多為247～320 ℃且均一成氣相、液相不等。根據(jù)CO2籠合物分解溫度計算水溶液鹽度為2.8～9.4之間(圖4(d))。

圖3 白干湖鎢錫礦床主成礦階段流體包裹體顯微照片F(xiàn)ig.3 Microphotographs of fluid inclusions formed in major metallogenic stage in Baiganhu W and Sn deposit

圖4 白干湖包裹體測溫結(jié)果直方圖Fig.4 Histograms of temperature measuring result in Baiganhu deposit

在冷凍?升溫過程中，Ⅲ型包裹體的固相 CO2全部熔化溫度為?58.1～?57.1 ℃(圖4(b))，同樣反映其中含有少量雜質(zhì)[10?12]。該類型包裹體以均一至液相為主，均一溫度變化為19.8～27.7 ℃，求得CO2相密度為0.66～0.78 g/cm3。

5 流體包裹體研究結(jié)果分析與礦床成因

5.1 成礦流體的不均一性

白干湖礦區(qū)礦化石英脈中同時存在Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ等原生流體包裹體，且成群共生產(chǎn)于同一石英顆粒中，表明其捕獲時成礦流體處于一種不均一的狀態(tài)[11?12]。

排除了不同期次包裹體疊加發(fā)育及頸縮滲漏等后期變化因素，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能有 2種：(1) NaCl-H2O-CO2流體不混溶造成的不均一捕獲；(2) NaCl-H2O及CO22種不同性質(zhì)流體的混合作用。本區(qū)包裹體測溫結(jié)果支持第1種可能性，即成礦流體為不混溶流體，具體表現(xiàn)如下。

(1) 礦區(qū)Ⅱ和Ⅲ型包裹體氣相組分除 CO2外，還含有CH4等微量成分，與相分離特征相符，即在相分離過程中，CH4等成分傾向于CO2相富集[13]。

(2) 一般而言，NaCl-H2O及CO2這2種不同性質(zhì)流體混合形成的各類包裹體，其鹽度應(yīng)存在較大范圍波動。本次實測Ⅰ型和Ⅱ型包裹體鹽度相對穩(wěn)定，兩者鹽度略有差別，據(jù)此可排除2種不同性質(zhì)流體混合。

(3) 由圖4(d)可知：Ⅰ型包裹體與Ⅱ型包裹體鹽度相差較大，符合不混溶流體的特征。

以上現(xiàn)象表明：白干湖鎢錫礦成礦過程中成礦流體發(fā)生不混溶作用(相分離作用)，相分離造成原始的NaCl-H2O-CO2超臨界流體分離為含較低鹽度的富CO2水溶液流體(鹽度 2.8%～9.4%)和較高鹽度的水溶液流體(1.82%～16.43% NaCl)，大部分鹽類將進入富水溶液相中。

5.2 成礦物理化學(xué)條件

在流體不混溶過程中捕獲的流體包裹體，其捕獲端元組分的流體包裹體均一溫度基本代表了成礦作用的溫度。白干湖礦床主成礦階段的Ⅰ和Ⅱ型包裹體是捕獲于NaCl-H2O相和富CO2相2個端元流體的代表，前者均一溫度主要變化范圍為160～260 ℃，后者完全均一化溫度變化范圍主要為255～315 ℃，2種包裹體均一溫度很不一致。造成這一現(xiàn)象的原因可能是成礦過程中隨壓力波動，流體發(fā)生多次不混溶作用。

流體水溶液?CO2包裹體的均一溫度落在很窄的范圍內(nèi)，具有均一捕獲的特征，平均值為285.4 ℃，可能反映仍處于分離兩相平衡狀態(tài)下的富CO2流體中石英的形成溫度?？紤]到黑鎢礦石英脈對稱帶狀構(gòu)造所反映的礦物生成順序，說明黑鎢礦的形成早于石英的形成，其形成溫度應(yīng)大于285.4 ℃，即屬于中高溫的范疇。盧煥章等[12]認(rèn)為若在薄片中同時見到純CO2包裹體和純水包裹體，并能證明它們是同時捕獲的，則可以通過測定純CO2包裹體和純水包裹體的均一溫度，在H2O和CO2體系聯(lián)合P-T圖解上獲得包裹體的捕獲壓力，因為測得極富H2O和純CO2包裹體平均均一溫度分別為211.147 ℃和24.767 ℃，由此獲得的密度分別為0.850 g/cm3和0.716 g/cm3。這2種包裹體的等容線相交于圖5中A點，從而獲得包裹體的捕獲壓力約為95 MPa，相當(dāng)于3.6 km的靜巖壓力，由此推斷其形成深度應(yīng)大于或接近3.6 km。水溶液包裹體端元中雖未見明顯的CO2成分，但其均一溫度變化范圍較大(160～310 ℃)，包裹體未見沸騰特征，可能存在水溶液和少量CO2流體不均一捕獲的現(xiàn)象。對這種特征的唯一合理的解釋是富CO2相向上遷移并與水溶液相完全分離，其條件是構(gòu)造的開放性足夠大，成礦壓力由靜巖壓力降低至接近靜水壓力。由于成礦深度沒有明顯的變化，以95 MPa作為水溶液包裹體的捕獲壓力，校正其捕獲溫度應(yīng)為225～410 ℃，屬于中高溫范疇。從包裹體鹽度較寬的變化范圍來看，尚不能排除有外來水體的混入，很可能是地下水熱液。研究結(jié)果表明[14]：鎢錫礦成礦流體主要為中高溫、低鹽度、低密度的 NaCl-H2O-CO2-CH4流體，其中鎢礦的形成溫度多為200～500 ℃。我國的柿竹園超大型鎢礦床成礦作用溫度亦主要發(fā)生在250～350 ℃。由此可見：白干湖鎢錫礦床與國內(nèi)外熱液型鎢礦床的成礦物理化學(xué)條件類似，成礦流體為中高溫(225～410 ℃)、中低鹽度(1.82%～16.43% NaCl)的 NaCl-H2O-CO2(-CH4)體系。

5.3 礦質(zhì)遷移及沉淀機制

圖5 H2O和CO2體系聯(lián)合P-T圖解(圖中數(shù)據(jù)為密度，g/cm3)Fig.5 United graph of pressures versus homogenization temperature for H2O-CO2 system

由于白干湖鎢錫礦床中的流體包裹體特征反映了成礦流體可能為后期巖漿熱液流體，推斷其可能來源于礦區(qū)酸性巖漿熱液，礦區(qū)圍巖發(fā)育硅化、碳酸鹽化以及石英脈中CO2包裹體，表明含礦熱液為富堿、富硅和富CO2流體，有利于CO2以碳酸根離子或重碳酸根離子存在于熱液中。研究表明：流體中CO2含量是鎢礦化的有效指示劑，流體中高含量的 CO2有利于WO42?，F(xiàn)e2+，Mn2+和 Ca2+共同遷移，對有顯著的穩(wěn)定和保護作用[15]。由此，礦區(qū)鎢錫成礦物質(zhì)是由水溶液-CO2高溫流體攜帶和搬運的。

礦區(qū)流體富含H2O和CO2等揮發(fā)組分。由于后期斷裂或其他構(gòu)造因素以及揮發(fā)組分強大的內(nèi)壓力作用下，流體向上遷移，成礦壓力由靜巖壓力降低至接近靜水壓力，導(dǎo)致原始流體相分離，形成較高鹽度的NaCl-H2O溶液和中低鹽度的水溶液-CO2流體，成礦物質(zhì)更趨向于富集在較高含鹽度的水溶液相中。CO2氣體的逸出以及碳酸根和重碳酸根分解，破壞了礦液內(nèi)物理化學(xué)體系的平衡，引起成礦溶液pH，Eh和氧逸度等顯著變化，引起礦物質(zhì)沉淀。

6 結(jié)論

(1) 白干湖鎢錫礦大地構(gòu)造位置位于塔里木—華北板塊南部，柴達(dá)木微陸塊南緣的祁漫塔格加里東褶皺帶北西向北東方向的轉(zhuǎn)折部位。出露地層主要為金水口群的二云石英片巖、大理巖、石英巖、石英透閃巖等。貫穿全區(qū)的白干湖斷裂帶為該區(qū)的主要構(gòu)造，屬于阿爾金斷裂的次一級斷裂，該斷裂既是成礦構(gòu)造又是導(dǎo)礦構(gòu)造。本區(qū)巖漿活動強烈，以加里東期中酸性巖漿活動為主，具多期次侵入、同源演化之特點。礦區(qū)內(nèi)北東段以石英大脈型白鎢礦體為主，南西段則以石英細(xì)(網(wǎng))脈帶型鎢、錫礦體為主。

(2) 白干湖鎢錫礦區(qū)礦化石英脈中發(fā)育大量的氣液兩相包裹體(Ⅰ)、水溶液-CO2三相包裹體(Ⅱ)以及CO2兩相包裹體(Ⅲ)。

(3) 白干湖鎢錫礦成礦過程中成礦流體發(fā)生不混溶作用(相分離作用)，相分離造成原始的NaCl-H2O-CO2超臨界流體分離為含較低鹽度的富CO2水溶液流體(2.8%～9.4% NaCl)和較高鹽度的水溶液流體(1.82%～16.43% NaCl)，大部分鹽類將進入富水溶液相中。

(4) 礦區(qū)成礦流體為處于中深環(huán)境(≥3.6 km)、中高溫(225～410 ℃)、中低鹽度(1.82%～16.43% NaCl)的NaCl-H2O-CO2(-CH4)體系。

(5) 礦區(qū)流體來源于酸性巖漿熱液，主要含礦熱液為富堿、富硅和富CO2流體，鎢錫成礦物質(zhì)由水溶液-CO2高溫流體攜帶和搬運。隨著溫度的降低及后期構(gòu)造的影響，流體發(fā)生相分離成為中高鹽度的水溶液流體和中低鹽度的水溶液-CO2流體，鎢錫成礦物質(zhì)趨向于富集在中高鹽度水溶液相中，并導(dǎo)致鎢錫礦的成礦作用。

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