甘肅省鹿兒壩金礦流體包裹體研究:對(duì)流體演化和成礦機(jī)制的探討

常 銘，劉家軍，楊永春，翟德高，周淑敏，王建平

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 牡丹江自然資源綜合調(diào)查中心，黑龍江 牡丹江 157000；4.青海大學(xué) 地質(zhì)工程系，青海 西寧 810016)

0 引 言

秦嶺造山帶是華北地塊與揚(yáng)子地塊經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的碰撞匯聚和陸內(nèi)造山作用的結(jié)果，是我國(guó)重要的金屬成礦帶[1]。西秦嶺禮(縣)—岷(縣)成礦帶為秦嶺成礦帶的一個(gè)重要組成部分，發(fā)育眾多金礦床，如岷縣鹿兒壩金礦床、岷縣寨上金礦床、禮縣李壩金礦床、安家岔金礦床、漳縣曹家溝和胭脂溝金礦床等，其中鹿兒壩金礦床又是鹿兒壩金、銻礦集中區(qū)的一個(gè)典型金礦床。前人在西秦嶺地區(qū)開(kāi)展了大量成礦流體性質(zhì)及來(lái)源的研究工作，所獲得的成礦溫度差異較大，關(guān)于成礦流體來(lái)源的認(rèn)識(shí)主要有巖漿水和大氣降水混合及巖漿水、變質(zhì)水和后期部分大氣降水混入兩種，尚未形成統(tǒng)一意見(jiàn)[2]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者在鹿兒壩金礦床中開(kāi)展過(guò)一些研究工作，但主要集中在礦床地質(zhì)特征[3]、地球化學(xué)特征[4-6]、控礦因素分析[7]、找礦遠(yuǎn)景評(píng)價(jià)[8]，而對(duì)成礦流體性質(zhì)及來(lái)源的探討相對(duì)較少。大量研究表明，巖石、礦物以及元素在有無(wú)流體的情況下會(huì)表現(xiàn)出迥異的物理和化學(xué)性質(zhì)，所以對(duì)于認(rèn)識(shí)某一地質(zhì)過(guò)程而言，流體方面的研究往往能夠提供極其重要的信息[9]。流體包裹體研究礦物和巖石中的古流體，結(jié)合現(xiàn)代熱力學(xué)原理的相關(guān)計(jì)算，可以恢復(fù)捕獲流體時(shí)的物理化學(xué)條件，如溫度、壓力、密度、成分、組分逸度等，對(duì)其進(jìn)行研究有助于揭示成礦流體性質(zhì)，進(jìn)而反演成礦流體的來(lái)源。此外，對(duì)鹿兒壩金礦床成礦流體的研究工作，可以完善鹿兒壩金、銻礦集區(qū)成礦流體性質(zhì)及來(lái)源的研究工作，與西秦嶺地區(qū)其余典型金礦床進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)該地區(qū)金成礦機(jī)制提供一定的參考。

1 成礦地質(zhì)背景

礦區(qū)大地構(gòu)造體系屬于秦(嶺)祁(連山)昆(侖山)造山系、秦嶺弧盆系、澤庫(kù)前陸盆地，自加里東運(yùn)動(dòng)以來(lái)是一個(gè)長(zhǎng)期構(gòu)造活動(dòng)的東西向海槽，接收了一套淺海相碎屑巖、碳酸鹽巖沉積；三疊紀(jì)末的印支運(yùn)動(dòng)使地槽回返，地層發(fā)生強(qiáng)烈褶皺，形成了NW向洮河復(fù)向斜，成為本區(qū)的主體構(gòu)造[8,10]。區(qū)域上斷裂構(gòu)造發(fā)育，以區(qū)域性壓性-壓扭性大斷裂為主，走向北西—北北西，其中F5、F13、F15為本區(qū)主體控礦構(gòu)造，眾多金礦體沿?cái)嗔寻l(fā)育。鹿兒壩金礦床位于西秦嶺成礦省中部，三疊統(tǒng)濁積巖建造的淺變質(zhì)巖中的NWW向斷裂破碎帶及兩側(cè)硅化蝕變帶內(nèi)[4]。區(qū)內(nèi)地層結(jié)構(gòu)單一，只出露中三疊統(tǒng)及第四系全新統(tǒng)兩套地層。中三疊統(tǒng)為一套輕微變質(zhì)的淺海相細(xì)碎屑巖、碳酸鹽巖建造，根據(jù)巖性特征可分4個(gè)組，區(qū)域上出露其第二、三、四組。

區(qū)域巖漿活動(dòng)不發(fā)育，僅見(jiàn)少量中酸性巖脈侵入于中三疊統(tǒng)，分布受斷裂構(gòu)造控制；但在其北鄰的中秦嶺陸緣盆地構(gòu)造單元內(nèi)，印支期侵入巖較為發(fā)育。

2 礦床地質(zhì)特征

鹿兒壩金礦床位于澤庫(kù)前陸盆地西段北緣，洮河復(fù)式向斜之北翼，鹿兒壩村北東，向東至大后溝，北起洪家梁，南至馬燁河，南北寬1.15 km，東西長(zhǎng)1.5 km ，面積約1.5 km2(圖1)。礦區(qū)內(nèi)出露的地層主要為中三疊統(tǒng)第三巖組的第一、二巖性段，第二巖組，第四巖組和第四系全新統(tǒng)。金礦體大多產(chǎn)出于第二巖性段中，其主要巖性為長(zhǎng)石石英砂巖、石英砂巖、粉砂巖及砂質(zhì)板巖?？氐V構(gòu)造為近東西向壓性、壓扭性斷裂，其規(guī)模較大，延伸較長(zhǎng)(長(zhǎng)度達(dá)4 km以上)。容礦構(gòu)造則是近東西向與其次級(jí)北東向斷裂的交匯部位，這些部位往往為礦體變寬、變富部位。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)較弱，沿?cái)嗔褬?gòu)造帶形成了數(shù)條長(zhǎng)20～200 m、寬2～5 m的蝕變花崗閃長(zhǎng)玢巖脈，與金礦化有一定關(guān)系。區(qū)域變質(zhì)作用與成礦關(guān)系密切，與金礦化相關(guān)的圍巖蝕變包括硅化和黃(褐)鐵礦化、碳酸鹽化等。鹿兒壩礦區(qū)據(jù)礦體分布特征從北向南可依次劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ礦帶，總體產(chǎn)狀向南傾，傾角75°～85°[11](圖1)。

圖1 鹿兒壩金礦床地質(zhì)圖(據(jù)鹿兒壩金礦公司提供的資料，略有修改)Fig.1 Geological map of the Lu’erba Au deposit (modified from Lu’erba Gold Company)1.中三疊統(tǒng)第三巖組第一巖性段粉砂質(zhì)板巖；2.中三疊統(tǒng)第三巖組第二巖性段板巖+砂巖；3.中三疊統(tǒng)第三巖組第二巖性段砂巖+板巖；4.中三疊統(tǒng)第三巖組第二巖性段板巖；5.中三疊統(tǒng)第三巖組第二巖性段砂巖；6.中三疊統(tǒng)第三巖組第三巖性段；7.第四系；8.逆斷層；9.平移斷層；10.地質(zhì)界線；11.金礦體及其編號(hào)；12.探槽位置；13.鉆孔位置；14.地層產(chǎn)狀(°)

根據(jù)賦礦原巖特點(diǎn)，可將金礦石分為以下3種類型(圖2)：(1)賦存在砂巖中的金礦石；(2)賦存在板巖中的金礦石；(3)賦存在閃長(zhǎng)玢巖中的金礦石，其中賦存在砂巖中的金礦石含金較富，是礦區(qū)的主要礦石類型[7]。本次研究工作所采集的礦石也為該類型礦石。礦石中金屬礦物以黃鐵礦為主，其次為輝銻礦、毒砂，而閃鋅礦、黃銅礦、磁鐵礦等均很少見(jiàn)，載金礦物為黃鐵礦、毒砂。非金屬礦物主要有石英、絹(白)云母，其次為方解石、鐵白云石、長(zhǎng)石等。

圖2 鹿兒壩金礦礦石及礦體特征Fig.2 Photos showing the characteristics of the Lu’erba Au ore(a)(b)鹿兒壩金礦Ⅱ號(hào)礦帶呈浸染狀構(gòu)造的礦石；(c)(d)鹿兒壩金礦Ⅱ號(hào)礦帶平硐中礦體與圍巖的接觸過(guò)渡部位，圍巖呈浸染狀礦化

礦石結(jié)構(gòu)包括自形-半自形-它形晶結(jié)構(gòu)(圖3(a))、共生邊結(jié)構(gòu)(圖3(b))、交代結(jié)構(gòu)(圖3(c))、壓碎結(jié)構(gòu)(圖3(d))、草莓狀結(jié)構(gòu)(圖3(e))。其中，自形-半自形-它形晶結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為礦石中可見(jiàn)呈立方體或五角十二面體的黃鐵礦產(chǎn)出，呈自形-半自形的毒砂和輝銻礦產(chǎn)出，黃鐵礦中可見(jiàn)呈它形的自然金分布；共生邊結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為黃鐵礦與毒砂等硫化物之間的共生產(chǎn)出；交代結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為早階段的礦物如黃鐵礦等被晚階段的多金屬硫化物如毒砂交代；壓碎結(jié)構(gòu)和草莓狀結(jié)構(gòu)均為黃鐵礦的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)。

圖3 鹿兒壩金礦床中的礦石結(jié)構(gòu)顯微照片F(xiàn)ig.3 Thin-section micrographs of the Lu’erba Au ore textures(a)它形自然金分布在黃鐵礦內(nèi)部，反射光；(b)黃鐵礦與毒砂呈共生邊結(jié)構(gòu)產(chǎn)出，反射光；(c)毒砂交代黃鐵礦的交代結(jié)構(gòu)，反射光；(d)黃鐵礦的壓碎結(jié)構(gòu)，反射光；(e)黃鐵礦的草莓狀結(jié)構(gòu)，反射光；(f)毒砂呈星散狀構(gòu)造產(chǎn)出，反射光。Au.自然金；Py.黃鐵礦；Apy.毒砂

礦石構(gòu)造主要有星散狀(圖3(f))、塊狀、板狀、角礫狀、碎裂狀構(gòu)造等，其次為網(wǎng)脈狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造等。其中，星散狀構(gòu)造為毒砂等礦物呈星散狀分布于石英中，網(wǎng)脈狀構(gòu)造表現(xiàn)為硫化物如黃鐵礦呈網(wǎng)脈狀分布在石英中，浸染狀構(gòu)造為黃鐵礦等硫化物在礦石中零星產(chǎn)出。塊狀、板狀、角礫狀和碎裂狀構(gòu)造在礦區(qū)內(nèi)發(fā)育比較普遍。

筆者基于野外礦脈穿切關(guān)系、礦物組合及顯微鏡下礦物共生關(guān)系等特征，將賦存在砂巖中的金礦石的熱液成礦階段劃分為3個(gè)階段：

(1)I階段(黃鐵礦階段)：可在礦石中見(jiàn)細(xì)粒它形黃鐵礦，黃鐵礦多呈星散狀-稀疏浸染狀分布其中，砂巖中可見(jiàn)石英的增生。

(2)Ⅱ階段(自然金-多金屬硫化物-石英-方解石階段)：成礦主階段，表現(xiàn)為細(xì)脈狀石英-碳酸鹽-多金屬硫化物穿切到早期形成的浸染狀礦石中。其中，多見(jiàn)呈星散狀-浸染狀分布的自形粗粒黃鐵礦，黃鐵礦粒度一般小于0.15 mm，多見(jiàn)壓碎現(xiàn)象，其內(nèi)部可見(jiàn)自然金的分布(圖3(a))。其次可見(jiàn)毒砂、輝銻礦等硫化物，其中毒砂多單獨(dú)呈棱柱形自形晶，或與黃鐵礦共生分布在石英中。輝銻礦主要呈自形放射狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)出，或是呈浸染狀、脈狀、塊狀構(gòu)造分布在石英中，與黃鐵礦、毒砂關(guān)系密切。閃鋅礦、黃銅礦含量較少?？梢?jiàn)硫化物與自然金密切共生的現(xiàn)象，也可見(jiàn)石英、方解石與自然金密切共生。多見(jiàn)煙灰色石英細(xì)脈及方解石細(xì)脈分布在圍巖破碎裂隙中。

(3)Ⅲ階段(石英-方解石階段)：金屬礦物少見(jiàn)，主要以碳酸鹽脈或方解石-石英脈為特征。

3 流體包裹體研究

3.1 樣品采集與實(shí)驗(yàn)分析方法

樣品主要取自鹿兒壩礦區(qū)Ⅱ礦帶中，部分樣品采自Ⅱ礦帶3號(hào)礦脈露天開(kāi)采處，部分樣品采于Ⅱ礦帶平硐(圖2(c)和(d))。先將樣品磨制成20個(gè)厚度約0.2 mm、雙面拋光的薄片并進(jìn)行流體包裹體巖相學(xué)觀察，而后對(duì)包裹體片中有代表性的且利于測(cè)試的包裹體進(jìn)行測(cè)溫和激光拉曼分析。由于熱液期早期階段礦脈細(xì)小，且礦脈以面狀蝕變?yōu)橹鳎y以切片觀察，因而未能得到I階段的流體包裹體。由于石英中包裹體發(fā)育較小不易觀察，本次顯微測(cè)溫實(shí)驗(yàn)的對(duì)象主要為熱液期Ⅱ、Ⅲ階段方解石中的流體包裹體。激光拉曼光譜及氫、氧同位素分析的對(duì)象為Ⅱ階段石英及Ⅲ階段方解石樣品。

樣品的巖相學(xué)觀察、顯微測(cè)溫、激光拉曼光譜分析和氫、氧同位素分析工作均是在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心完成。其中顯微測(cè)溫實(shí)驗(yàn)在流體包裹體測(cè)溫室完成，所用儀器型號(hào)為英國(guó)LINKAM THMSG600型冷熱臺(tái)，其測(cè)溫范圍為-196～600 ℃，可控的冷凍/加熱速率范圍為0.1～130.0 ℃/min。測(cè)試時(shí)，室溫下，初始升溫速率為10 ℃/min，在100 ℃以上升溫速率為1 ℃/min，在近均一時(shí)升溫速率為0.1 ℃/min；測(cè)冰點(diǎn)溫度時(shí)，一般降溫速率較快，以達(dá)到包裹體的快速冷凍效果，過(guò)冷卻降溫速率45 ℃/min，升溫后當(dāng)近冰點(diǎn)溫度時(shí)升溫速率為0.1 ℃/min。

激光拉曼光譜分析采用的是LABHR-VIS LabRAM HR800研究級(jí)顯微激光拉曼光譜儀，波長(zhǎng)532 nm，激光器為YAG晶體倍頻固體激光器，掃描范圍100～4 200 cm-1，激光束斑最小直徑1 μm，光譜分辨率1～2 cm-1。

氫、氧同位素分析是在Delta V Plus質(zhì)譜儀上完成。分析精度分別為±2‰和±0.2‰，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)均為SMOW。實(shí)驗(yàn)分析測(cè)試流程為：選取40～60目的純凈樣品，在150 ℃低溫下真空去氣4 h以上，以徹底除去表面吸附水和次生包裹體水；在400 ℃高溫下用爆裂法提取出包裹體中的水，進(jìn)行收集、冷凝和純化處理；然后用金屬鋅置換出水中的氫，在質(zhì)譜儀上測(cè)試氫的組成。

3.2 流體包裹體巖相學(xué)特征

方解石內(nèi)的包裹體個(gè)體大小多在5～50 μm范圍內(nèi)，且多在15 μm左右，而石英中包裹體個(gè)體大小主要在3～8 μm之間，最小為1 μm。從包裹體分布特征來(lái)看，原生包裹體多為呈星散狀隨機(jī)分布、無(wú)定向排列，也沒(méi)有任何裂隙銜接的單個(gè)包裹體；次生包裹體多為呈交叉排列或沿裂隙分布的包裹體群，且包裹體群定向排列，大小相近。包裹體顏色呈無(wú)色透明，氣液比多在10%～20%之間，少數(shù)達(dá)到40%。本文主要探討的為原生包裹體。

礦石中的原生包裹體類型主要為氣液兩相包裹體，少見(jiàn)單一相包裹體、三相包裹體。

(1)單一相包裹體包括純液相包裹體及純氣相包裹體。其中純液相包裹體室溫下呈液相，大小介于3～4 μm，形狀為長(zhǎng)條形，少數(shù)呈不規(guī)則狀，約占總數(shù)的5%；純氣相包裹體室溫下呈單一氣相形式產(chǎn)出，包裹體呈橢圓形，個(gè)體大小約4 μm，在石英中可見(jiàn)這種包裹體，顯微鏡下內(nèi)部呈黑色，中間有一亮點(diǎn)，約占總數(shù)的3%(圖4(a))。

圖4 鹿兒壩金礦礦石(方解石)中流體包裹體巖相學(xué)特征Fig.4 Petrographic characteristics of fluid inclusions in calcite from the Lu’erba Au deposit (a)單一相包裹體；(b)H2O兩相包裹體；(c)CO2兩相包裹體；(d)同一視域下捕獲的流體包裹體組合；(e)CO2三相包裹體。FIA.流體包裹體組合

(2)兩相包裹體。從流體包裹體的相態(tài)類型來(lái)看，該區(qū)流體包裹體主要為氣液兩相包裹體，約占總數(shù)的90%，主要包括H2O氣液兩相包裹體及CO2包裹體，其中90%為水溶液包裹體、10%為CO2包裹體。兩相包裹體在方解石、石英中廣泛分布，室溫下多呈氣液兩相。包裹體大小多介于15～20 μm之間，氣液比介于10%～40%之間，氣泡呈無(wú)色透明，且絕大多數(shù)包裹體加熱均一至液相(圖4(b)和(c))，包裹體形態(tài)多為負(fù)晶形、橢圓形、四邊形及不規(guī)則形。此外，也可見(jiàn)兩相包裹體在方解石顆粒內(nèi)部呈流體包裹體組合的形式分布(圖4(d))。該類包裹體在方解石、石英中均可見(jiàn)到，是本區(qū)最主要的包裹體類型。

(3)三相包裹體為CO2-H2O包裹體。該類包裹體出現(xiàn)最少，室溫下主要為CO2氣相、CO2液相、H2O液相三相，CO2的充填度較低，一般介于5%～25%之間，均呈富H2O相。包裹體大小介于10～30 μm之間，包裹體形態(tài)多為四邊形、負(fù)晶形、橢圓形，約占總數(shù)的2%(圖4(e))。

3.3 流體包裹體均一溫度和鹽度

本次實(shí)驗(yàn)針對(duì)采集的07LEB系列的3個(gè)現(xiàn)象較好的包裹體片進(jìn)行流體包裹體測(cè)溫實(shí)驗(yàn)，共測(cè)試數(shù)據(jù)42個(gè)，都屬于氣液兩相的水溶液包裹體，流體包裹體的寄主礦物均為方解石。在顯微巖相學(xué)觀察后，圈定出要適合進(jìn)行測(cè)溫實(shí)驗(yàn)的流體包裹體，測(cè)定其均一溫度(Th)和冰點(diǎn)溫度(Tice)。

根據(jù)Hall等提出的NaCl-H2O體系的鹽度冰點(diǎn)計(jì)算公式[12]進(jìn)行計(jì)算：

WNaCl=0+1.78Tice-0.0442Tice2+0.000557Tice3

(1)

其中：WNaCl為NaCl的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。

將測(cè)定的Tice值帶入上式就可計(jì)算出水溶液流體包裹體的鹽度值(表1和圖5)。Ⅱ階段流體包裹體的均一溫度(Th)在130～247 ℃范圍內(nèi)，平均均一溫度為166.71 ℃；對(duì)應(yīng)的流體包裹體鹽度在1.23%～8.00%范圍內(nèi)，平均鹽度值為4.39%。Ⅲ階段流體包裹體的均一溫度(Th)在81～173 ℃范圍內(nèi)，平均均一溫度為128.5 ℃；對(duì)應(yīng)的流體包裹體鹽度在2.74%～10.98%范圍內(nèi)，平均鹽度值為6.25%?？傮w上看，礦床成礦流體屬于低溫?zé)嵋毫黧w體系，這一結(jié)果與劉云華等[8]得到的認(rèn)識(shí)相一致。

圖5 鹿兒壩金礦床流體包裹均一溫度、鹽度直方圖Fig.5 Histograms of homogenization temperatures and salinities of fluid inclusions from the Lu’erba Au deposit(a)(b)07LEB2-2中的包裹體均一溫度、鹽度直方圖；(c)(d)07LEB-1中的包裹體均一溫度、鹽度直方圖；(e)(f)07LEB-2中的包裹體均一溫度、鹽度直方圖

表1 鹿兒壩金礦流體包裹體均一溫度及鹽度數(shù)據(jù)Table 1 Homogenization temperature and salinity of vapor-liquid inclusions from the Lu’erba Au deposit

3.4 成礦流體密度、壓力和深度

流體包裹體群的均一溫度可以近似地看作捕獲溫度[13]，故流體包裹體的均一溫度可以近似代表成礦溫度。通過(guò)對(duì)流體包裹體均一溫度和鹽度的相關(guān)數(shù)據(jù)的分析處理，采用鹽水溶液包裹體的密度計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式[14]計(jì)算流體密度：

ρ=a+b×Th+c×Th2

(2)

其中：ρ為流體密度，g/cm3；Th為流體包裹體的均一溫度，℃；a、b、c為無(wú)量綱參數(shù)，可采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算(w為鹽度，%)：

{a=A0+A1×w+A2×w2
b=B0+B1×w+B2×w2
c=C0+C1×w+C2×w2

(3)

在均一溫度Th≤500 ℃、鹽度w≤30%時(shí)，(3)式中各參數(shù)取值如下：A0=0.993 531，A1=8.721 47×10-3，A2=-2.439 75×10-5；B0=7.116 52×10-5，B1=-5.220 8×10-5，B2=1.266 56×10-6；C0=-3.499 7×10-6，C1=2.121 24×10-7，C2=-4.523×10-9。

將所得的流體包裹體均一溫度、鹽度數(shù)據(jù)帶入公式(3)，可求得鹿兒壩金礦床的H2O氣液兩相包裹體的密度范圍為0.82～1.01 g/cm3，平均密度為0.96 g/cm3(表2)，屬于中等密度流體。

將流體包裹體的均一溫度、鹽度帶入邵潔璉提出的流體壓力的計(jì)算式[15]：

{p=p0×Th/T0
p0=219+2620×w
T0=374+920×w

(4)

其中：T0為初始溫度，℃；p為成礦壓力，MPa；p0為初始?jí)毫?，MPa；w為鹽度，%。

計(jì)算可得鹿兒壩金礦床的成礦流體壓力值，成礦壓力范圍為21.32～64.72 MPa，平均壓力為37.31 MPa(表2)。

表2 鹿兒壩金礦流體包裹體密度和成礦壓力、深度Table 2 Density,trapping pressure and depth data of fluid inclusions from the Lu’erba Au deposit

成礦深度是研究礦床成因和判定勘查潛力的重要依據(jù)[16]。將流體包裹體的均一溫度、鹽度帶入邵潔璉提出的成礦深度的計(jì)算公式[15]：

H=p/(300×105)

(5)

其中：H為成礦深度，km；p為成礦壓力(流體壓力)，MPa。

將數(shù)據(jù)帶入公式(5)可得鹿兒壩金礦床的成礦深度范圍為0.71～2.16 km，平均深度值為1.24 km(表2)，表明礦床屬于淺成成礦。

3.5 流體包裹體激光拉曼光譜分析

本次實(shí)驗(yàn)對(duì)07LEB4系列的4個(gè)包裹體片進(jìn)行了激光拉曼光譜實(shí)驗(yàn)，其中07LEB-1、07LEB-2、07LEB-2-2包裹體片寄主礦物為方解石，07LEB-8包裹體片寄主礦物為石英。由于方解石的熒光效應(yīng)太強(qiáng)，因此方解石中只有一個(gè)光譜圖能夠清楚地顯示相應(yīng)氣體的成分，石英中包裹體的激光拉曼譜峰指示相對(duì)清楚明確。

對(duì)石英(07LEB-8)中流體包裹體激光拉曼光譜圖分析表明，氣體成分以H2O為主，還有CH4

(特征峰值為2 919 cm-1，圖6(a))、CO2(特征峰值為1 285 cm-1、1 388 cm-1,圖6(b))，液相成分主要為H2O。對(duì)方解石(07LEB-1)中流體包裹體激光拉曼光譜圖分析表明，氣體成分以H2O為主，還有H2(特征峰值為588 cm-1、4 157 cm-1，圖6(c))。

圖6 鹿兒壩金礦床流體包裹激光拉曼光譜圖(紅色箭頭指向測(cè)點(diǎn)位置)Fig.6 Raman spectra of fluid inclusions from the Lu’erba Au deposit (red arrow point to the measurement position)(a)(b)07LEB-8中的流體包裹體及對(duì)應(yīng)的激光拉曼光譜圖；(c)07LEB-1中的流體包裹體及對(duì)應(yīng)的激光拉曼光譜圖

3.6 氫、氧同位素組成

鹿兒壩金礦的氫、氧同位素所測(cè)樣品為Ⅱ、Ⅲ階段產(chǎn)物，其中毒砂為金的載體礦物，方解石與毒砂均為熱液期Ⅱ階段礦物，石英為熱液期Ⅲ階段石英脈。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。礦物中δ18OV-SMOW為-4.2‰～20.2‰，流體中的δDV-SMOW為-84.4‰～-96.0‰。根據(jù)石英-水體系中氧同位素分餾公式1 000 lnα石英-水=3.38×106/T2-3.40[18]，方解石-水體系中氧同位素分餾公式1000 lnα方解石-水=2.78×106/T2-2.89[19]，并結(jié)合流體包裹體顯微測(cè)溫結(jié)果，計(jì)算出流體的δ18O流體。由于毒砂中所測(cè)的δ18OV-SMOW、δDV-SMOW的值實(shí)際反映的是流體中的δ18O流體、δDV-SMOW的值，所以流體的δ18O流體變化范圍為-4.20‰～6.81‰。

表3 鹿兒壩金礦床樣品氫、氧同位素組成Table 3 Oxygen and hydrogen isotopic data of samples from the Lu’erba Au deposit

在δ18O流體和δDV-SMOW圖解(圖7)中，6個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)均落在巖漿水與大氣降水線間，表明成礦流體來(lái)源并非單一，可能是巖漿水與大氣降水的混合流體。為更好地探討成礦流體演化情況，筆者針對(duì)鹿兒壩礦區(qū)實(shí)際情況，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)投點(diǎn)于水-巖氫氧同位素交換演化曲線圖解(圖8)中。由于本區(qū)賦礦巖石主要為板巖、砂巖等碎屑巖，故設(shè)定未蝕變巖石的初始同位素組成δ18O巖石=16‰，δD巖石=-60‰；因成礦流體的δD值最低達(dá)到-96‰，故取大氣降水的δD水=-100.0‰，δ18O水=-13.75‰，假設(shè)原始巖漿水的δ18O水=7.5‰，δD水=-80.0‰。根據(jù)氫、氧同位素水/巖交換物質(zhì)平衡方程[20]：

圖7 鹿兒壩金礦床成礦流體δ18O-δDV-SMOW圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[21])Fig.7 δ18O-δDV-SMOW plot of the Lu’erba Au ore-forming fluids (base map after ref.[21])

圖8 Ⅱ、Ⅲ階段水-巖氫氧同位素交換演化曲線(底圖據(jù)文獻(xiàn)[22])Fig.8 Water-rock hydrogen-oxygen isotopic exchange evolutionary curves at stage Ⅱ and Ⅲ (base map after ref.[22])Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V分別為大氣降水在150 ℃、200 ℃、250 ℃、300 ℃、350 ℃時(shí)與圍巖發(fā)生交換時(shí)同位素的理想演化曲線，Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ分別為巖漿水在150 ℃、250 ℃、300 ℃時(shí)與圍巖發(fā)生交換時(shí)同位素的理想演化曲線；紫色虛線為方解石樣品和石英樣品的分布趨勢(shì)

Wδi水+Rδi巖石=Wδf水+Rδf巖石

(6)

其中：W和R分別代表熱液系統(tǒng)中參加反應(yīng)的水和巖石的摩爾分?jǐn)?shù)。i和f分別代表初始值和交換后的最終值，由(6)式可得：

W/R=[(δf水+Δ)-δi巖石]/(δi水-δf水)

(7)

式中：W/R為原子單位，Δ是以長(zhǎng)石和白云母分別代表全巖石時(shí)的巖石-水同位素分餾值，

Δ巖石-水=δ18O長(zhǎng)石-δ18O水=2.68×106T-2-

3.53

(8)

Δ巖石-水=δD白云母-δD水=-22.1×106T-2+

19.1

(9)

本區(qū)巖石平均含有1%的氫和47%～53%的氧，因此得出：

W/R=0.5×[(δ18Of水+Δ)-δ18Oi巖石]/

(δ18Oi水-δ18Of水)

(10)

W/R=0.01×[(δDf水+Δ)-δDi巖石]/

(δDi水-δDf水)

(11)

即有：

δ18Of水=[δ18Oi巖石-Δ+2×(W/R)×δ18Oi水]/

[1+2×(W/R)]

(12)

δDf水=[δDi巖石-Δ+100×(W/R)×δDi水]/

[1+100×(W/R)]

(13)

根據(jù)不同溫度和W/R比值條件，得到構(gòu)造大氣降水、巖漿水與礦床圍巖發(fā)生交換后，主成礦階段水-巖氫氧同位素交換演化曲線 (圖8)。從圖8中可以看出，成礦主階段流體水的δ18O、δD值大多落于150～250 ℃大氣降水與圍巖交換的理想演化曲線范圍內(nèi)，有一個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)落在350 ℃大氣降水與圍巖交換的理想演化曲線附近，大部分落點(diǎn)均在較小的W/R(0.20～0.05)比值條件下，反映出流體與圍巖的交換較為強(qiáng)烈。圖8中Ⅱ階段的方解石樣品與Ⅲ階段的石英樣品的分布趨勢(shì)具有明顯的不同，表明成礦流體性質(zhì)的改變。

4 分析與討論

4.1 成礦流體性質(zhì)

成礦流體中金的遷移形式和沉淀機(jī)理是金礦床地球化學(xué)研究的一個(gè)重要課題，金從熱液流體中沉淀的機(jī)理非常復(fù)雜，涉及降溫冷卻、不同性質(zhì)的流體的混合、減壓沸騰、水巖反應(yīng)等，流體不混溶作用(沸騰)可能是最重要的成礦機(jī)制[23]。通過(guò)對(duì)該區(qū)流體包裹體的實(shí)驗(yàn)研究以及總結(jié)前人的研究成果，筆者認(rèn)為鹿兒壩金礦床的成礦流體在成礦期發(fā)生過(guò)沸騰作用。

(1)通過(guò)巖相學(xué)觀察，在所研究的流體包裹體中可見(jiàn)氣液兩相包裹體、富液相包裹體、富氣相包裹體、純氣相包裹體及CO2-H2O包裹體等多種類型的包裹體密切相鄰共生于同一結(jié)晶平面上，且在同一視域下可見(jiàn)多種類型的包裹體，應(yīng)屬同時(shí)捕獲，它是含礦熱液流體自超臨界狀態(tài)向臨界點(diǎn)轉(zhuǎn)化時(shí)應(yīng)力驟然降低的結(jié)果，礦物同時(shí)捕獲性質(zhì)迥異流體的現(xiàn)象被稱為非均一捕獲，是流體不混溶或沸騰的典型標(biāo)志[24]。(2)共存于同一礦石樣品、同一礦物顆粒乃至同一顯微視域中的氣液比不同的包裹體均一方式不同，而均一溫度相近，表明成礦流體在該溫度區(qū)間發(fā)生了沸騰作用[13,25-27]。(3)加熱至均一時(shí)，富氣相包裹體氣泡逐漸增大，并最終液相消失而均一，富液相包裹體氣泡逐漸縮小，最終氣相消失而達(dá)到均一。以上三方面可以作為成礦流體在成礦期發(fā)生過(guò)沸騰作用的證據(jù)。成礦流體中甲烷等烴類的存在，指示了深源流體的存在[28]。

4.2 成礦流體來(lái)源與成礦機(jī)制

對(duì)于鹿兒壩金礦的成礦流體來(lái)源，其氫、氧同位素分析結(jié)果表明，流體中的δDV-SMOW值在-84.4‰～-96.0‰之間變化，δ18O流體的值在-4.20‰～6.45‰之間變化，數(shù)據(jù)主要落在巖漿水和大氣降水線之間，表明流體可能是巖漿水與大氣降水的混合作用來(lái)源。

對(duì)于鹿兒壩金礦床的成礦機(jī)制前人持不同觀點(diǎn)，丁文軍、李小強(qiáng)等認(rèn)為是巖漿活動(dòng)與斷裂活動(dòng)共同作用導(dǎo)致成礦[3,6]，控礦構(gòu)造為近EW向斷裂；司國(guó)強(qiáng)等認(rèn)為構(gòu)造是控礦的主導(dǎo)因素[7]；劉云華等認(rèn)為金礦的形成與閃長(zhǎng)玢巖關(guān)系密切[8]；筆者認(rèn)為印支期末的大規(guī)模構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和燕山期大規(guī)模的擠壓運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致了該區(qū)構(gòu)造的復(fù)雜性、多期性，而熱液活動(dòng)則貫穿著所有構(gòu)造擠壓運(yùn)動(dòng)，它不僅給巖漿熱液的遷移提供了通道，也給金的富集成礦提供了有利的場(chǎng)所。成礦作用早期階段，流體中金含量低，地球動(dòng)力學(xué)環(huán)境轉(zhuǎn)入減壓增溫體制[29]，但并沒(méi)有形成大規(guī)模的金沉淀。隨著后期大氣降水的不斷混入，混合流體不斷萃取圍巖中的金，至主成礦階段，構(gòu)造作用引起流體沸騰，其性質(zhì)發(fā)生急劇改變，導(dǎo)致金屬硫化物和金大規(guī)模析出、沉淀。

5 結(jié) 論

(1)甘肅鹿兒壩金礦床包裹體類型主要為氣液兩相的水溶液包裹體，少見(jiàn)純氣相包裹體、純液相包裹體、CO2-H2O三相包裹體。

(2)流體包裹體的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)顯示，成礦流體屬于低溫(81～247 ℃)；低鹽度(1.23%～10.98%)；中等密度(0.82～1.01 g/cm3)的淺成(0.71～2.16 km)成礦流體。成礦壓力集中于21.32～64.72 MPa。流體包裹體氣相成分有H2O、CH4、CO2、H2等。成礦流體可能為巖漿水與大氣降水的混合流體。

(3)成礦主階段熱液流體性質(zhì)發(fā)生了急劇改變，區(qū)內(nèi)頻繁的構(gòu)造活動(dòng)造成的壓力突變是引起流體沸騰的主要因素，最終導(dǎo)致金屬硫化物和金大規(guī)模析出、沉淀。

致謝:在本文的研究中，野外工作得到中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安礦產(chǎn)資源調(diào)查中心工作人員的大力支持，實(shí)驗(yàn)室研究得到核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心流體包裹體及激光拉曼實(shí)驗(yàn)室吳迪研究員的指導(dǎo)和幫助，在此一并致謝。