青海東昆侖德里特螢石礦成因探討：來自流體包裹體和穩(wěn)定同位素的證據(jù)

王煥鑫，孫豐月 ，張濤，閆佳銘 ，劉承先

1.吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，長春 130061；2.青島地質(zhì)工程勘察院，山東 青島 266100

0 引言

東昆侖造山帶位于青藏高原東北部，中央造山系西段[1]。區(qū)內(nèi)具有多條東西向深大斷裂，動力學(xué)演化過程復(fù)雜，巖漿活動頻繁，具有良好的成礦條件，成礦潛力較大。2017年青海省有色第三地質(zhì)勘查院完成了“青海省都蘭縣德里特地區(qū)1∶2.5萬地區(qū)化學(xué)測量”。隨著勘查找礦工作的深入，在異常區(qū)地表發(fā)現(xiàn)大量螢石，2019年青海省有色第三地質(zhì)勘查院承擔(dān)了“青海省都蘭縣德里特地區(qū)多金屬礦預(yù)查項目”，隨著項目的進(jìn)展，在蝕變帶內(nèi)圈定了多條螢石礦體及鉛和螢石復(fù)合礦體。由于該礦點是新發(fā)現(xiàn)礦點，尚處于預(yù)查階段，前人未對此進(jìn)行過研究，研究程度很低。因此，本文通過對德里特螢石礦野外地質(zhì)特征、流體包裹體及穩(wěn)定同位素進(jìn)行研究，討論成礦物質(zhì)和流體來源、性質(zhì)及成礦的物理化學(xué)條件，對礦床成因進(jìn)行探討。該研究不但豐富了德里特螢石礦的基礎(chǔ)地質(zhì)資料，也為成礦物質(zhì)和流體性質(zhì)、來源以及成礦物理化學(xué)條件提供一定的啟示，同時為確定礦床成因類型提供理論支持，也為研究區(qū)進(jìn)一步找礦工作提供了依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)

東昆侖造山帶位于青藏高原東北部，大地構(gòu)造位置處于柴達(dá)木地塊以南，巴顏喀拉構(gòu)造帶以北，被昆北斷裂和昆中斷裂分為昆北加里東弧后裂陷帶、昆中基底隆起花崗巖帶和昆南復(fù)合拼貼帶三個東西向構(gòu)造單元[2--3]。研究區(qū)大地構(gòu)造位置地處東昆侖造山帶內(nèi)的昆南復(fù)合拼貼帶(圖1a)，處在雪峰山—布爾汗布達(dá)山華力西—印支期銅、鈷、金、玉石(稀有、稀土)成礦帶[4]。區(qū)域地層出露南北差距較大，昆南斷裂以北以下元古界金水口群為主要結(jié)晶基底，昆南斷裂以南為以萬寶溝大洋玄武巖為主組成的褶皺基底[5]。時間跨度上，昆南復(fù)合拼貼帶從下元古界至新生代均有地層出露，如下元古界苦海雜巖，中--上元古界萬寶溝群，早古生代納赤臺群，晚古生代哈拉郭勒組、浩特洛哇組和布青山群，中生代洪水川組、鬧倉堅溝組和八寶山組，以及新生代的砂巖等。區(qū)域構(gòu)造主要為斷裂構(gòu)造，多為深大斷裂，壓性或壓扭性斷裂為主，昆北、昆中及昆南是三條最重要的區(qū)域斷裂，均為近EW向平行展布。區(qū)域巖漿巖活動非常強烈，巖漿巖廣泛發(fā)育，多沿斷裂分布，加里東期、海西期、印支期是侵入巖形成的主要時期。區(qū)域金、銀、銅、鉛、鋅等金屬礦產(chǎn)分布較多，如三岔溝金多金屬礦、各瑪龍鉛鋅礦等，但螢石等非金屬礦產(chǎn)較少，故該地螢石礦具有較高的研究價值。

1.2 礦區(qū)地質(zhì)

研究區(qū)地層出露簡單，主要有中--晚元古界萬保溝群(Pt2-3w)，奧陶—志留世納赤臺群(OSN)，石炭統(tǒng)哈拉郭勒組(C1hl)與浩特洛洼組(C2ht)，三疊紀(jì)八寶山組(T3b)及第四系(Q)[6](圖1b)。其中萬保溝群(Pt2-3w)分布在預(yù)查區(qū)中南部，出露面積最大，總體走向呈NWW或近EW向，巖性主要為灰綠色蝕變玄武巖、綠泥片巖、綠泥石英片巖、絹云母綠泥片巖以及角閃片巖；納赤臺群(OSN)分布于研究區(qū)中北部，為一套淺--半深海相碎屑巖、基性火山巖以及碳酸鹽巖沉積組合，其巖性主要為灰?guī)r、石英砂巖、流紋巖和安山巖；哈拉郭勒組(C1hl)、浩特洛洼組(C2ht)主要分布于研究區(qū)北東部及西南部，零星出露；八寶山組(T3b)主要分布于研究區(qū)北東部，與侵入巖和下伏石炭紀(jì)地層呈不整合或斷層接觸，為一套碎屑巖與火山巖的巖石組合序列，巖性主要為灰色、灰綠色巖屑砂巖、礫巖夾粉砂巖以及產(chǎn)植物化石；第四系(Q)則主要為一套砂礫石層及黏土。

研究區(qū)構(gòu)造發(fā)育，受區(qū)域大地構(gòu)造影響，主要發(fā)育NWW向、NW向及近EW向構(gòu)造。其中，NWW向與NW向構(gòu)造為控礦構(gòu)造，控制著研究區(qū)內(nèi)礦化蝕變帶的產(chǎn)出。如出露在研究區(qū)北部的主斷裂F1(圖1b)，橫貫全區(qū)，為區(qū)域斷裂的一部分，長16 km，走向：西段為290°～300°，東段為100°～280°，是一高角度逆斷層，斷層面傾向南，傾角50°～67°，為壓扭性斷層。斷裂破碎蝕變帶寬約25～100 m，沿帶有后期含礦石英脈充填，研究區(qū)內(nèi)螢石礦體產(chǎn)于該斷裂帶北側(cè)的次級構(gòu)造中。研究區(qū)巖漿巖較為發(fā)育，主要為加里東期—印支期酸性侵入巖，包括二長花崗巖、鉀長花崗巖、花崗斑巖以及零星分布的中酸性巖脈等。

1.泥盆系中粗粒鉀長花崗巖；2.三疊系中細(xì)粒二長花崗巖；3.泥盆系中粗粒二長花崗巖；4.中新元古界萬寶溝群；5.三疊系中細(xì)粒鉀長花崗巖；6.中酸性巖脈；7.礦化點；8.礦點(采樣點)；9.奧陶系中細(xì)粒黑云母石英二長巖；10.更新統(tǒng)砂礫石層；11.泥盆系中細(xì)粒二長花崗巖；12.石炭系浩特洛洼組；13.全新統(tǒng)砂卵石、礫石；14.石炭系哈拉郭勒組；15.斷層。圖1 德里特礦區(qū)大地構(gòu)造位置示意圖(a)和地質(zhì)簡圖(b)[6]Fig.1 Schematic diagram (a) and geological diagram(b) of geotectonic location of Delite mining area

1.3 礦床地質(zhì)

通過開展異常查證工作，目前德里特研究區(qū)共發(fā)現(xiàn)5條含礦蝕變帶，圈定了8條螢石礦體以及3條鉛和螢石復(fù)合礦體。其中Ⅰ號含礦蝕變帶規(guī)模巨大，呈NWW向，傾向南，可見褐鐵礦化、黃鐵礦化、方鉛礦化、螢石化、硅化、綠泥石化、孔雀石化與高嶺土化等，為區(qū)內(nèi)重要的含礦蝕變帶。螢石礦體、鉛和螢石復(fù)合礦體在該蝕變帶內(nèi)均有產(chǎn)出，螢石礦體的厚度在0.49～10.5 m之間，品位31.16%～66.34%，鉛和螢石復(fù)合礦體厚度為3.26～6.79 m, CaF2品位15.17%～43.95%，鉛品位1.42%～8.97%。

研究區(qū)內(nèi)發(fā)育礦石礦物主要為螢石、方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦及黃銅礦等，脈石礦物有石英、方解石、高嶺石、綠泥石、絹云母以及長石等，礦石結(jié)構(gòu)主要為自形--半自形粒狀結(jié)構(gòu)、他形粒狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)等，礦石構(gòu)造主要為脈狀構(gòu)造及塊狀構(gòu)造(圖2c)。其中螢石顏色主要為紫色(圖2a)，結(jié)構(gòu)以半自形--他形粒狀結(jié)構(gòu)為主，構(gòu)造以塊狀(圖2a)或脈狀(圖2b)構(gòu)造，鏡下觀察到的螢石呈不規(guī)則粒狀(圖2f)，均質(zhì)體，單偏光下可看到兩組節(jié)理。

本區(qū)熱液活動廣泛，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)巖漿巖中的熱液蝕變較強，主要是一套低溫?zé)嵋何g變礦物組合，發(fā)育有硅化、高嶺土化、綠泥石化和碳酸鹽化等(圖2g、h、i)，其中最普遍的蝕變類型為高嶺土化和硅化(圖2g、h)，圖中原巖特征已難以識別。

根據(jù)野外調(diào)研及室內(nèi)巖礦綜合鑒定，將研究區(qū)成礦作用分為2個階段，石英--硫化物階段和石英--螢石階段，其中石英--硫化物階段主要形成方鉛礦、閃鋅礦及黃鐵礦等，石英--螢石階段則主要形成螢石。

a.塊狀螢石；b.脈狀螢石；c.塊狀方鉛礦；d.自形--半自形粒狀結(jié)構(gòu)的黃鐵礦及方鉛礦；e.他形粒狀結(jié)構(gòu)黃鐵礦,閃鋅礦交代方鉛礦；f.螢石顯微照片(+)g.高嶺土化；h.硅化；i.綠泥石化；Fl.螢石；Q.石英；Gn.方鉛礦；Sp.閃鋅礦；Py.黃鐵礦。圖2 德里特螢石礦手標(biāo)本及鏡下照片F(xiàn)ig.2 Hand specimens and microscope photos from Delite fluorite mine

2 樣品采集和分析方法

流體包裹體研究樣品采集石英--硫化物階段和石英--螢石階段樣品各3塊，均采自研究區(qū)探槽的新鮮面(圖1)，選擇樣品時挑選螢石顏色深淺有差異的樣品，確保測試結(jié)果具有代表性。將采集的樣品在室內(nèi)磨制成厚度為0.2～0.3 mm的包裹體測溫片8件，其中石英--硫化物階段4件，石英--螢石階段4件，用丙酮浸泡3～4 h后，清水洗凈晾干用以包裹體研究。包裹體測溫工作在吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地質(zhì)流體實驗室進(jìn)行，實驗儀器為LinKam THMS--600 型冷熱臺。在-100～25℃范圍內(nèi)，儀器的測試誤差為±0.1 ℃；在25～600℃范圍內(nèi)，儀器的測試誤差為±1℃。

硫同位素樣品采自探槽中石英--硫化物階段的石英脈，選取其中的黃鐵礦單礦物進(jìn)行硫同位素分析，測試工作北京科薈測試技術(shù)有限公司進(jìn)行，儀器設(shè)備為美國Thermo Fisher 公司的253plus、Flash EA 元素分析儀和Conflo IV 多用途接口，采用V2O5法進(jìn)行測試，國際標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測試誤差為±0.2×10-3。

氫、氧同位素樣品采自探槽中礦石，為保證測試結(jié)果具有代表性，選擇不同探槽的樣品各3塊，分別選取石英--硫化物階段的石英以及石英--螢石階段的螢石單礦物進(jìn)行氫、氧同位素分析，單礦物粒度為40～60目，分析測試工作在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成，氫、氧同位素實驗測試儀器為MAT--253型質(zhì)譜儀。氫同位素分析是把單礦物烘烤干燥后，將樣品放入到高溫裂解爐中，使得礦物包體水發(fā)生裂解釋放出H2，將生成的H2通入MAT--253型質(zhì)譜儀中，進(jìn)而測定H2的同位素比值δD，標(biāo)準(zhǔn)樣品的儀器測試誤差為±1×10-3；氧同位素分析方法采用BrF5法，標(biāo)準(zhǔn)樣品的儀器測試誤差為±0.2×10-3。

3 測試結(jié)果

3.1 流體包裹體

3.1.1 流體包裹體的類型及其特征

本次研究對德里特螢石礦的石英--硫化物階段和石英--螢石階段中的包裹體進(jìn)行測溫分析，在室溫(25℃)時進(jìn)行鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)包裹體的相態(tài)單一，僅觀測到氣液兩相包裹體，具體特征為：

石英--硫化物階段(圖3a、b):包裹體由液相水(LH2O)和氣相水(VH2O)組成，具有數(shù)量多、個體小、多成群成排分布的特點，氣相比低于50%，大部分集中在10%～25%，包裹體粒徑最大為12 μm ，最小為2 μm ，大部分集中在2～8 μm，形態(tài)多為橢圓形或長條形，氣液相界線較清晰。

石英--螢石階段(圖3c、d):包裹體由液相水(LH2O)和氣相水(VH2O)組成，個體較大，分布密集，部分呈孤立狀分布，部分成群成帶分布，氣相比低于 50%，大部分集中在10%～20%，包裹體粒徑最大為24 μm ，最小為2 μm ，大部分集中在4～12 μm，形態(tài)多為橢圓形、長條形以及方形等不規(guī)則狀，氣液相界線較清晰。

a、b.石英--硫化物階段；c、d.石英--螢石階段。圖3 德里特流體包裹體顯微照片F(xiàn)ig.3 Micrographs of Delite fluid inclusions

3.1.2 流體包裹體顯微測溫

本次實驗共測試了石英--硫化物階段氣液兩相包裹體數(shù)據(jù)31組，石英--螢石階段的氣液兩相包裹體數(shù)據(jù)20組。測溫過程中，觀察到少部分次生包裹體沿礦物裂隙分布，筆者主要選擇原生包裹體進(jìn)行觀測，這些原生包裹體多呈孤立狀、部分成排分布，最終所觀測的包裹體全部均一到液相。通過均一法和降溫冷凍法得到包裹體冰點溫度、均一溫度，并通過換算得到包裹體鹽度和密度等數(shù)據(jù)(表1)[7--8]。

表1 德里特螢石礦流體包裹體測溫數(shù)據(jù)表Table 1 Temperature measurement data sheet of fluid inclusions in Delite fluorite mine

顯微測溫結(jié)果顯示，石英--硫化物階段氣液兩相均一溫度分布在120～180℃，平均值為145.9℃，NaCleqv的質(zhì)量分?jǐn)?shù)集中在3.69%～9.07% ，均值為5.64%，密度集中在(0.930～0.991)g/cm3，均值為0.963 g/cm3；石英--螢石階段氣液兩相均一溫度集中在107～134℃，均值為119℃，NaCleqv的質(zhì)量分?jǐn)?shù)集中在0.18%～3.53%，均值為1.61%，密度集中在(0.941～0.972)g/cm3，均值為0.961 g/cm3。均一溫度、密度和鹽度分布直方圖如圖4所示。

圖4 德里特螢石礦包裹體均一溫度(a)、密度(b)和鹽度(c)直方圖Fig.4 Histogram of homogenization temperature(a), density(b) and salinity(c) of inclusions in Delite fluorite mine

3.2 穩(wěn)定同位素特征

3.2.1 S同位素特征

對德里特研究區(qū)黃銅礦與黃鐵礦的S同位素特征進(jìn)行研究，由于該區(qū)硫化物組合比較簡單，因而硫化物的δ34S值近似表征成礦流體的總硫同位素組成[9]。本次測得的3件樣品的δ34S值在(6.30～9.59)×10-3之間，分布較為集中，平均值為8.19×10-3。

3.2.2 O--H同位素特征

對德里特研究區(qū)石英--硫化物階段中的石英及

石英--螢石階段中的螢石進(jìn)行了O--H同位素測試，O--H同位素采用SMOW為標(biāo)準(zhǔn)，測試結(jié)果顯示：石英--硫化物階段δD值為(-57.4～-52.8)×10-3，δ18OSMOW值為(11.09～12.10)×10-3，成礦流體δ18OH2O值為(-4.8～-3.4)×10-3；石英--螢石階段δD值為(-70.8～-65.6)×10-3，δ18OSMOW值為(-1.0～-0.8)×10-3，成礦流體δ18OH2O值為(-20.6～-19.3)×10-3(表2)。

表2 德里特螢石礦氫-氧同位素分析結(jié)果Table 2 H-O isotope analysis result of Delite fluorite mine

4 討論

4.1 成礦壓力和深度

根據(jù)德里特研究區(qū)包裹體類型及特征，流體包裹體均一時的氣相飽和壓力值根據(jù) NaCl--H2O 體系T--W--ρ相圖[10]投影(圖5)求得，壓力值主要處于1～5 bar區(qū)間范圍內(nèi)，其中石英--硫化物礦階段流體包裹體成礦壓力值為2～5 bar，即0.2～0.5 MPa，石英--螢石階段中流體包裹體成礦壓力值為1～3 bar，即0.1～0.3 MPa。

圖5 德里特螢石礦 NaCl--H2O 體系 T--W--ρ投圖[10]Fig.5 NaCl--H2O system T--W--ρ projection diagram of Delite fluorite mine

成礦深度計算采用斷裂帶流體垂直分段曲線分段擬合得到的壓力和深度之間的非線性關(guān)系公式[11--12]：

流體壓力<40 MPa 時，深度y=x/10(靜水壓力梯度)

流體壓力>40 MPa <220 MPa時，深度y=0.086 8/(1/x+0.003 88)+2

流體壓力>220 MPa <370 MPa時，深度y=11+e(x-221.95)/79.075

流體壓力>370 MPa時，深度y=0.033 138 5x+4.198 98

式中：x為流體壓力(MPa)；y為成礦深度(km)。

研究區(qū)包裹體成礦壓力均<40 MPa，故可直接采用y=x/10進(jìn)行計算，經(jīng)計算，最小成礦深度為10～50 m，形成深度很淺。

4.2 成礦物質(zhì)來源及流體特征

根據(jù)S同位素特征，δ34S值位于(6.30～9.59)×10-3之間，平均值為8.19×10-3，分布集中，表明硫化物的形成過程中，所處物理化學(xué)環(huán)境相對穩(wěn)定。另外，δ34S值大于幔源巖漿的δ34S值((-5.0～+5.0)×10-3)，暗示幔源巖漿侵位時，可能有殼源組分的加入。

在δ18OH2O--δD圖解中(圖6)，石英--硫化物階段的三個樣品點落在大氣降水與巖漿水間且靠近大氣降水的部位，表明成礦流體主要由大氣降水構(gòu)成，存在部分巖漿水；而石英--螢石階段的三個樣品點落在大氣降水線左側(cè)，表明該階段的成礦流體幾乎全部由大氣降水組成。綜上，大氣降水是德里特螢石礦主要成礦流體。對比德里特螢石礦與川東南重晶石--螢石礦及蘇莫查干敖包螢石礦，三者δ18OH2O--δD圖解具有共同特點，均為成礦作用早期，樣品點投在大氣降水線的右側(cè)，成礦作用晚期，樣品點投在大氣降水線線上或者左側(cè)。

圖6 德里特螢石礦δD--δ18OH2O圖解[13--16] Fig.6 Diagram of δD--δ18OH2O of Delite fluorite mine

4.3 礦床類型及成因探討

依據(jù)前人對螢石礦的成因分類討論，可將螢石礦分為沉積改造型、熱液脈型和伴生型三大類，其中最主要是沉積改造型和熱液脈型[17--18]。沉積改造型典型礦床如內(nèi)蒙古蘇查干敖包螢石礦[19]，礦體多具有順層產(chǎn)出的特點，后經(jīng)過各種地質(zhì)作用的改造，礦體在構(gòu)造活動強烈地帶發(fā)生富集；熱液脈型典型礦床如贛南興國--寧都成礦帶螢石礦床[20]，礦體內(nèi)發(fā)育大量斷裂，存在大量的裂隙和節(jié)理，這些斷裂、裂隙和節(jié)理作為成礦熱液流動的通道，充填了大量的長英質(zhì)細(xì)脈，這些長英質(zhì)細(xì)脈與圍巖接觸，發(fā)生螢石礦化。

綜上，德里特地區(qū)螢石礦成礦流體均具有低溫、低鹽度與中密度特征，通過對成礦流體進(jìn)行成礦壓力與成礦深度的估算，認(rèn)為具有成礦壓力小、成礦深度淺的特征，且該礦受構(gòu)造破碎帶控制明顯，圍巖蝕變較強，細(xì)網(wǎng)脈較多，熱液活動強烈，構(gòu)造起主要的導(dǎo)礦作用，其中充填了大量螢石及石英細(xì)脈，符合熱液脈型礦床的特點。因此，判斷德里特地區(qū)螢石礦屬淺成低溫?zé)嵋好}型礦床。

根據(jù)前人經(jīng)驗，成礦流體溫度和壓力發(fā)生變化[21]是螢石發(fā)生沉淀的重要原因。德里特研究區(qū)螢石礦成礦流體的主體是大氣降水，且研究區(qū)成礦流體具有低溫、低鹽度的特點，在成礦過程中，可能由于不斷加入大氣降水使流體逐漸冷卻，成礦流體溫度和壓力下降，進(jìn)而使得螢石發(fā)生沉淀。

5 結(jié)論

(1)德里特螢石礦礦體賦存泥盆系二長花崗巖中，主要受NWW向與NW向斷裂控制，研究區(qū)成礦作用分為2個階段，石英--硫化物階段和石英--螢石階段。

(2)德里特螢石礦包裹體的相態(tài)單一，有氣液兩相包裹體一種類型。成礦階段包裹體均一溫度集中在107～180℃，NaCleqv的質(zhì)量分?jǐn)?shù)集中在0.18%～9.07%之間，密度集中在(0.930～0.991)g/cm3，屬低溫、低鹽度與中密度的特征NaCl--H2O體系熱液。

(3)S同位素顯示幔源巖漿侵位時，可能有殼源組分的加入；H--O同位素研究說明，成礦流體主要為大氣降水和少量的巖漿水，成礦壓力為1～5 bar，最小成礦深度為10～50 m。

(4)綜合野外地質(zhì)特征、流體包裹體、H--O和S穩(wěn)定同位素特征，認(rèn)為德里特螢石礦屬淺成低溫?zé)嵋好}型礦床。