湘南荷花坪錫多金屬礦床流體包裹體研究

蔡明海, 余存林, 王顯彬, 劉 虎, 郭騰飛, 彭振安

1)廣西大學(xué)資源與冶金學(xué)院, 廣西南寧 530004; 2)內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局, 內(nèi)蒙古呼和浩特 010020

湘南荷花坪錫多金屬礦床流體包裹體研究

蔡明海1), 余存林2), 王顯彬1), 劉 虎1), 郭騰飛1), 彭振安1)

1)廣西大學(xué)資源與冶金學(xué)院, 廣西南寧 530004; 2)內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局, 內(nèi)蒙古呼和浩特 010020

荷花坪錫多金屬礦床是湘南地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的一大型礦床, 主要由印支期矽卡巖型礦石和燕山期蝕變碎裂巖型礦石所組成, 且以前者為主體。本文在詳細(xì)的野外調(diào)查和巖相學(xué)觀察基礎(chǔ)上, 將區(qū)內(nèi)印支期成礦分為三個(gè)成礦階段(I-含錫矽卡巖階段; II-硫化物階段; III-石英-方解石階段), 燕山期成礦分為兩個(gè)階段(I-錫石-硫化物階段; II-方解石階段)。對不同期石英、綠柱石、方解石等礦物中流體包裹體的研究表明, 荷花坪礦床包裹體類型主要為H2O-NaCl型、H2O-NaCl-CO2型和少量純CO2型。顯微實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示, 印支期成礦流體主要為低鹽度(ω(NaCleq)=3%～10%)的H2O-NaCl和H2O-NaCl-CO2以及少量富CO2流體。三個(gè)成礦階段的完全均一溫度分別為290～390℃、190～260℃和140～180℃。成礦早階段流體中含較多CO2, 晚階段CO2含量減少, 主要為H2O-NaCl, 且Ca2+、Mg2+含量增高。燕山期成礦流體亦為低鹽度(ω(NaCleq)=2%～10%)H2O-NaCl和H2O-NaCl-CO2, 二個(gè)成礦階段的完全均一溫度分別為190～340℃和130～170℃, 成礦早階段流體中含較多CO2, 晚階段CO2含量減少, 主要為NaCl-H2O。兩期成礦從早到晚都呈現(xiàn)出鹽度降低、密度增大的變化趨勢。區(qū)內(nèi)成礦流體主要來自巖漿和地下水熱液, 成礦早階段以巖漿流體為主, 晚階段以地下水為主。區(qū)內(nèi)錫成礦主要與含CO2的流體以及流體的沸騰作用有關(guān), 鉛鋅礦化主要與鹽-H2O溶液流體作用關(guān)系密切。

地球化學(xué); 流體包裹體; 成礦作用; 荷花坪錫多金屬礦床; 湘南地區(qū)

荷花坪錫多金屬礦床是21世紀(jì)初在湘南地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的一個(gè)大型礦床, 位于郴州市南約10 km, 東與超大型柿竹園鎢多金屬礦毗鄰。吳壽寧(2006)和蔡明海等(2006)報(bào)道了礦區(qū)地質(zhì)和礦化特征, 并獲得了印支期成礦年齡數(shù)據(jù); 柏道遠(yuǎn)等(2006)、Wei等(2007)、章榮清等(2010)、鄭佳浩等(2012)分別開展了區(qū)內(nèi)巖體的年代學(xué)和地球化學(xué)研究。湘南是一個(gè)鎢錫多金屬礦集區(qū), 產(chǎn)有柿竹園、新田嶺、芙蓉、瑤崗仙等著名的鎢錫多金屬礦床, 這些礦床主要形成于燕山期(毛景文等, 2004; Peng et al., 2006; 蔡明海等, 2008; 王登紅等, 2009), 而新發(fā)現(xiàn)的荷花坪錫多金屬礦則發(fā)育印支期和燕山期兩期成礦作用, 且以印支期成礦為主體(蔡明海等, 2006), 在湘南地區(qū)獨(dú)具特色。對湘南地區(qū)燕山期鎢錫礦成礦流體前人進(jìn)行了較多研究(宋學(xué)信, 1990; 李桃葉等, 2005; 董少花等, 2011; 單強(qiáng)等, 2011), 但對印支期錫多金屬成礦流體尚未開展過相關(guān)工作。鑒于此, 本文開展了荷花坪礦床印支期和燕山期成礦流體包裹體研究,為進(jìn)一步深化湘南地區(qū)鎢錫多金屬成礦認(rèn)識(shí)提供了新資料。

荷花坪錫多金屬礦床位于揚(yáng)子與華夏板塊的結(jié)合部位, 大地構(gòu)造位置屬華南古生代褶皺系湘南—桂東拗陷東部, 毗鄰贛南—粵北隆起。

礦區(qū)出露地層為中泥盆統(tǒng)棋梓橋組灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖和跳馬澗組石英砂巖、泥質(zhì)砂巖。礦區(qū)構(gòu)造以斷裂為主, 主要有NE向斷裂, 以及發(fā)育在跳馬澗組灰?guī)r和棋梓橋組砂巖界面附近的順層滑動(dòng)破碎帶, 分別控制了區(qū)內(nèi)脈狀和似層狀礦體的產(chǎn)出(圖1)。

王仙嶺巖體是區(qū)內(nèi)主要侵入體, 位于礦區(qū)西北側(cè), 由早期中粗粒似斑狀含電氣石黑云母花崗巖(主體)和晚期中細(xì)粒黑云母花崗巖組成, 成巖年齡分別為(235±1.3) Ma(鄭佳浩等, 2012)和(212±4) Ma(Wei et al., 2007), 屬印支期產(chǎn)物。地球化學(xué)特征研究表明, 王仙嶺巖體為中元古代基底重熔產(chǎn)物, 但在成巖過程中有少量地幔物質(zhì)加入(柏道遠(yuǎn)等, 2006; 鄭佳浩等, 2012)。在王仙嶺巖體東南側(cè)發(fā)育有一系列NE向花崗斑巖脈, 這些巖脈絕大多數(shù)無明顯礦化和蝕變現(xiàn)象, 斑晶以長石為主, 石英次之, 成巖年齡(159±3)～(154.7±0.5) Ma(Wei et al., 2007; 章榮清等, 2010)。僅在礦區(qū)西南側(cè)的龍?zhí)陡浇娪幸粭l強(qiáng)烈礦化和蝕變的花崗斑巖脈, 斑晶以石英為主, 長石次之, 成巖年齡(142±2) Ma(Wei et al., 2007)。

1 礦床地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)錫多金屬礦化產(chǎn)于印支期王仙嶺巖體東南接觸帶附近, 發(fā)現(xiàn)有4個(gè)主要礦體(圖1)。

Ⅰ號(hào)礦體: 產(chǎn)于巖體內(nèi)接觸帶的野雞窩—桃花籠一帶, 受NE向斷裂控制, 沿?cái)嗔哑扑閹Х植加写罅拷菐r化砂巖捕擄體, 礦化主要產(chǎn)在圍巖捕擄體內(nèi)。礦體呈脈狀, 長約1800 m, 平均厚4.45 m, Sn平均品位0.93%。礦石類型可分為矽卡巖型和蝕變碎裂巖型, 并以前者為主體。

Ⅱ號(hào)礦體: 產(chǎn)于巖體外接觸帶, 受NE向斷裂控制, 與I號(hào)礦體平行產(chǎn)出。礦體呈脈狀, 長約1320 m,平均厚4.20 m, Sn平均品位0.58%。礦石類型主要為矽卡巖型, 次為蝕變碎裂巖型。

Ⅲ號(hào)礦體: 分布于礦區(qū)西側(cè)龍?zhí)陡浇? 受NE向斷裂控制。礦化產(chǎn)在燕山期花崗斑巖脈與跳馬澗組砂巖接觸帶附近, 礦體由強(qiáng)蝕變的碎裂砂巖、花崗斑巖組成, 部分地段斑巖脈礦化蝕變強(qiáng)烈, 整個(gè)巖脈均為礦體的組成部分。礦體呈脈狀, 長約370 m,厚3.40～18.0 m, Sn平均品位0.51%, 礦石類型為蝕變碎裂巖型。

Ⅳ號(hào)礦體: 為區(qū)內(nèi)主礦體, 呈似層狀產(chǎn)在跳馬澗組砂巖和棋梓橋組灰?guī)r界面附近的層間破碎帶中,礦體露頭僅在西北部的錫金嶺一帶見及, 其它地段隱伏于地下。礦體斷續(xù)長約2600 m, 厚7.13～16.09 m, 單工程Sn平均品位0.28%～1.8%。礦石類型主要為矽卡巖型, 其次為蝕變碎裂巖型。

圖1 荷花坪錫多金屬礦區(qū)地質(zhì)圖Fig. 1 Geological map of the Hehuaping tin-polymetallic ore district

野外觀察表明, 區(qū)內(nèi)礦化可分為早期含錫矽卡巖型和晚期蝕變碎裂巖型, 其中, I號(hào)、II號(hào)和IV號(hào)礦體以矽卡巖型礦化為主體, 晚期蝕變碎裂巖型礦化僅疊加在矽卡巖型礦體邊部, 兩期礦化產(chǎn)物在空間上能夠很好地加以區(qū)分。III號(hào)礦體則全部由晚期的蝕變碎裂巖型礦石組成。

早期矽卡巖型礦石為它形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu), 礦石構(gòu)造有浸染狀、條紋狀和塊狀等, 圍巖蝕變?yōu)槲◣r化、云英巖化、綠泥石化等; 晚期蝕變碎裂巖型礦石為它形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu),礦石構(gòu)造有浸染狀、脈狀和塊狀等, 圍巖蝕變?yōu)楣杌?、絹云母化和綠泥石化等。區(qū)內(nèi)早期矽卡巖型礦化與王仙嶺巖體早期中粗粒似斑狀含電氣石黑云母花崗巖(235±1.3 Ma)有關(guān), 礦石中輝鉬礦Re-Os等時(shí)線年齡為(224.0±1.9) Ma(蔡明海等, 2006), 屬印支期成礦; 晚期蝕變碎裂巖型礦化以Ⅲ號(hào)礦體為代表, 燕山期花崗斑巖脈卷入其中, 巖脈的成巖年齡值(142±3 Ma)應(yīng)代表了該期成礦作用時(shí)間的下限,因此推測, 晚期成礦作用應(yīng)發(fā)生在(142±3 Ma)之后,可能與相鄰柿竹園礦床的第二期成礦作用(134.0±1.6 Ma)(毛景文等, 1995)時(shí)代相近, 屬燕山期成礦。

根據(jù)野外觀察和室內(nèi)鏡下鑒定情況, 區(qū)內(nèi)印支期成礦(矽卡巖型礦化)可分為三個(gè)階段: I-含錫矽卡巖階段, 該階段的金屬礦物有錫石、黃鐵礦、磁黃鐵礦、磁鐵礦、輝鉬礦等, 非金屬礦物有石英、石榴石、透輝石、透閃石、螢石、綠柱石等, 錫石粒徑一般0.01～0.10 mm, 呈不規(guī)則粒狀分布于矽卡巖礦物粒間; II-硫化物階段, 主要金屬礦物有黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦等, 方鉛礦與閃鋅礦、黃銅礦共生, 交代早階段黃鐵礦、磁黃鐵礦, 非金屬礦物主要有石英、絹云母等, 該階段以鉛鋅礦化為主,局部形成獨(dú)立的鉛鋅礦體, 鏡下未見錫石礦物; III-石英-方解石階段, 石英-方解石脈中含少量黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦等金屬礦物。燕山期成礦(蝕變碎裂巖型礦化)形成的金屬礦物有錫石、輝鉍礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦等, 金屬礦物呈浸染狀和細(xì)網(wǎng)脈狀產(chǎn)出, 但脈體之間并無明顯穿插關(guān)系, 鏡下偶見方鉛礦交代磁黃鐵礦。此外, 礦體中見有少量基本不含硫化物的方解石-石英細(xì)脈, 呈不規(guī)則狀產(chǎn)出。據(jù)此, 將區(qū)內(nèi)燕山期成礦大致分為兩個(gè)階段: I-錫石-硫化物階段; II-方解石階段。

2 流體包裹體研究

本次用于流體包裹體研究的樣品分別采自礦區(qū)不同礦體, 采樣位置及樣品特征見表1。

其中, HH2-3、HH3-17、HH5-3、HH11-5、HH11-9、HH12-4、HH19-4、HH20-6等8件樣品采自遠(yuǎn)離晚期礦化疊加的矽卡巖型礦石; HH1-3、HH16-4、HH18-4等3件樣品采自晚期蝕變碎裂巖型礦石, 由于區(qū)內(nèi)兩類礦化產(chǎn)物在空間上易于區(qū)分,因此, 上述樣品分別代表了早期(印支期)和晚期(燕山期)成礦產(chǎn)物。

對11件礦石樣品分別進(jìn)行了光、薄片觀察和流體包裹體顯微測溫。顯微測溫在宜昌地質(zhì)礦產(chǎn)研究所完成, 測試儀器為英國Linkam2002年生產(chǎn)的THMSG600地質(zhì)型顯微冷熱臺(tái), 0～600℃的精度為±2℃; 0 ～ –196℃的精度為±0.5℃。

表1 流體包裹體樣品采樣位置及特征Table 1 Characteristics and locations of fluid inclusion samples

2.1 流體包裹體類型和特征

本區(qū)與成礦有關(guān)的石英、綠柱石、方解石等礦物中發(fā)育有大量原生流體包裹體、假次生包裹體和次生包裹體, 其中, 次生包裹體沿礦物裂隙呈線狀排列。以下主要討論原生流體包裹體和假次生包裹體。

根據(jù)Roedder(1984)和盧煥章等(2004)提出的流體包裹體在室溫下相態(tài)分類準(zhǔn)則及冷凍回溫過程中的相態(tài)變化, 區(qū)內(nèi)印支期流體包裹體可劃分為H2O-NaCl型(A類)、H2O-NaCl-CO2型(B類)和富CO2型(C類), 燕山期流體包裹體則主要為H2O-NaCl型(A類)和H2O-NaCl-CO2型(B類)。

2.1.1 印支期流體包裹體類型和特征

(1)H2O-NaCl型包裹體(A類)

主要由H2O和NaCl組成, 可分為單相型(A-1型)和兩相型(A-2型)。

A-1型: 由LH2O一相組成, 在不同礦物中均有發(fā)育, 占包裹體總量的30%～40%, 形態(tài)為米粒狀、橢圓狀、多邊形, 呈小群狀、自由狀分布, 包裹體長軸1～25 μm, 多為5～15 μm。

A-2型: 由LH2O和VH2O兩相組成, 以富液相為特征, VH2O占10%～25%, 占包裹體總量35%～65%。包裹體形態(tài)為多邊形、橢圓形、負(fù)晶形和不規(guī)則狀,呈小群狀、自由分布, 包裹體長軸長2～25 μm, 多為5～15 μm。

(2)H2O-NaCl-CO2包裹體(B類)

該類包裹體在第Ⅰ和Ⅱ成礦階段的石英、綠柱石礦物中發(fā)育, 成礦晚階段方解石和石英礦物中未出現(xiàn)。此類包裹體可分為含CO2三相型(B-1型)和含少量CO2兩相型(B-2型)。

B-1型: 由LH2O+LCO2+VCO2三相組成, 其中, LH2O占30%～60%、LCO2占20%～40%、VCO2占20%～30%。該類包裹體占包裹體總量的≤10%, 形態(tài)為橢圓形、長方形、負(fù)晶形, 呈分散狀、小群狀分布, 長軸一般5～30 μm, 多為10～20 μm。

B-2型: 該類包裹體在室溫條件下與A-2型無明顯區(qū)別, 由LH2O＋VH2O二相組成, VH2O占35%～70%。冷凍時(shí)氣泡不消失, 有變形現(xiàn)象, 但未觀察到CO2相, 籠形物消失溫度7.1～8.5℃, 推測可能含有少量CO2, 因此將其歸為B類包裹體。該類包裹體占包裹體總量5%～15%。

(3)富CO2包裹體(C類)

由LCO2和VCO2二相組成, VCO2占20%～80%。該類包裹體僅在巖體內(nèi)接觸帶Ⅰ號(hào)礦體第Ⅰ階段石英礦物中出現(xiàn), 室溫條件下與A-2型無明顯區(qū)別, 但在冷凍回溫過程中, 兩者的相態(tài)變化過程明顯不同。該類包裹體占包裹體總量的≤5%, 形態(tài)為圓形、橢圓形為主、半自形負(fù)晶形, 呈分散狀分布, 包裹體長軸4～14 μm。

2.1.2 燕山期流體包裹體類型和特征

(1)H2O-NaCl型包裹體(A類)

A-1型: 由LH2O一相組成, 在不同礦物中均有發(fā)育, 占包裹體總量的20%～40%, 形態(tài)為米粒狀、橢圓狀、多邊形, 呈小群狀、自由狀分布, 包裹體長軸2～12 μm。

A-2型: 由LH2O和VH2O兩相組成, 以富液相為特征, VH2O占10%～25%, 占包裹體總量的30%～65%。包裹體形態(tài)為多邊形、橢圓形、負(fù)晶形和不規(guī)則狀, 呈小群狀、自由分布, 包裹體長軸長2～25 μm, 多為4～10 μm。

(2)H2O-NaCl-CO2包裹體(B類)

該類包裹體在第Ⅰ成礦階段的石英礦物中發(fā)育,成礦晚階段方解石礦物中未出現(xiàn)。此類包裹體可分為含CO2三相型(B-1型)和含少量CO2兩相型(B-2型)。

B-1型: 由LH2O+LCO2+VCO2三相組成, 其中, LH2O占30%～60%、LCO2占20%～40%、VCO2占20%～30%。該類包裹體占包裹體總量的≤10%, 形態(tài)為橢圓形、長方形、負(fù)晶形, 呈分散狀、小群狀分布, 長軸一般5～30 μm, 多為10～20 μm。

B-2型: 該類包裹體在室溫條件下與A-2型無明顯區(qū)別, 由LH2O＋VH2O二相組成, VH2O占35%～70%。冷凍時(shí)氣泡不消失, 有變形現(xiàn)象, 但未觀察到CO2相, 籠形物消失溫度7.1～7.2℃, 推測可能含有少量CO2, 因此將其歸為B類包裹體。該類包裹體占包裹體總量5%～15%。

2.2 流體包裹體的顯微測溫和相關(guān)參數(shù)

2.2.1 H2O-NaCl型包裹體(A-2型)

對11件樣品石英、綠柱石、方解石中兩相H2O-NaCl型包裹體(A-2型)進(jìn)行詳細(xì)顯微觀測, 相關(guān)數(shù)據(jù)列于表2。

(1)印支期矽卡巖型礦石中兩相H2O-NaCl型包裹體(A-2型)

兩相H2O-NaCl型包裹體的初熔溫度–21.0～–20.5℃, 屬NaCl-H2O體系, 冰點(diǎn)溫度–6.6 ～ –2.1℃,均一溫度范圍140～345℃, 均一到液相, 鹽度ω(NaCleq)3.5%～9.97%, 密度0.671～0.974 g/cm3(表2)。

在石英礦物中還發(fā)現(xiàn)有少量兩相H2O-NaCl型包裹體屬NaCl-CaCl2-H2O體系和NaCl-MgCl2-H2O體系。NaCl-CaCl2-H2O型包裹體呈自由狀分布, 常溫下為兩相(LH2O＋VH2O), VH2O占15%～20%, 初熔溫度–55～ –52℃, 冰點(diǎn)溫度–18.0 ～ –15.0℃, 完全均一溫度195～205℃, 鹽度ω(NaCleq)18.62%～20.95%, 密度1.013～1.015 g/cm3(表2)。NaCl-MgCl2-H2O型包裹體呈橢圓形、負(fù)晶形, 小群狀或自由分布, 常溫下為兩相(LH2O＋VH2O), VH2O占15%～20%, 初熔溫度–37 ～ –35℃,冰點(diǎn)溫度–18.0 ～ –8.1℃, 完全均一溫度198～265℃,鹽度ω(NaCleq)11.82%～20.95%, 流體密度0.914～1.015 g/cm3(表2)。

圖2 兩相H2O-NaCl型包裹體均一溫度直方圖Fig. 2 Histogram of homogenization temperatures (Thtotal) of H2O-NaCl type inclusions

將矽卡巖型礦石中兩相H2O-NaCl型包裹體(NaCl-H2O型、NaCl-CaCl2-H2O型、NaCl-MgCl2-H2O型)所測得的均一溫度統(tǒng)計(jì)作圖(圖2a)。

從圖2a可以看出, 印支期矽卡巖型礦石中兩相H2O-NaCl型包裹體均一溫度大致可分為140～180℃、190～260℃和290～350℃三個(gè)較為集中的區(qū)間, NaCl-CaCl2-H2O型和NaCl-MgCl2-H2O型包裹體均一溫度主要位于190～260℃溫度范圍內(nèi)。

(2)燕山期蝕變碎裂巖型礦石中兩相H2O-NaCl型包裹體(A-2型)

晚期蝕變碎裂巖型礦石中兩相H2O-NaCl型包裹體初熔溫度為–21.0 ～ –20.5℃, 屬NaCl-H2O體系,冰點(diǎn)溫度–6.0 ～ –1.5℃, 均一到液相, 完全均一溫度136～260℃, 且集中在136～170℃和190～260℃兩個(gè)區(qū)間(圖2b), 鹽度ω(NaCleq)2.47%～9.19%, 密度0.858～0.950 g/cm3(表2)。

2.2.2 H2O-NaCl-CO2型包裹體(B類)

11件樣品中僅有5件樣品中發(fā)現(xiàn)有含CO2三相包裹體(B-1型), 6件樣品中發(fā)現(xiàn)有含少量CO2二相包裹體(B-2型), 分別對其進(jìn)行了詳細(xì)顯微觀測, 相關(guān)數(shù)據(jù)列于表3、4。

(1)印支期矽卡巖型礦石中H2O-NaCl-CO2型包裹體

①含CO2三相包裹體(B-1型)

CO2初熔溫度–64 ～ –57.2℃, 略低于純CO2的三相點(diǎn)(–56.6℃)(Roedder, 1984), 表明可能有少量CH4等成分存在(Diamond, 2001); 籠形物的融化溫度(tmcl)6.5～8.0℃。

CO2的部分均一溫度18.5～30.0℃, 分為兩種情況: 其一是均一到氣相CO2, CO2部分均一溫度23～24℃, 完全均一溫度340～350℃, 鹽度ω(NaCleq)3.89%～4.80%, CO2相密度0.220～0.231 g/cm3, 總密度0.701～0.709 g/cm3, CO2摩爾百分?jǐn)?shù)5.7%～6.0%; 其二是均一到液相CO2, CO2部分均一溫度30℃, 完全均一溫度350～390℃, 鹽度ω(NaCleq)5.68%～6.54%, CO2相密度0.596 g/cm3,總密度0.727～0.729 g/cm3, CO2摩爾百分?jǐn)?shù)36.4%(表3)。

②含少量CO2兩相包裹體(B-2型)

此類型有兩種狀態(tài): 其一為VH2O占35%～40%,籠形物融化溫度(tmcl)7.2～8.0℃, 均一到液相, 完全均一溫度248～380℃; 其二是VH2O占65%～70%, 籠形物融化溫度(tmcl)7.0～8.5℃, 均一到氣相, 完全均一溫度310～360℃(表4)。

(2)燕山期蝕變碎裂巖型礦石中H2O-NaCl-CO2包裹體

①含CO2三相包裹體(B-1型)

CO2初熔溫度–57.1 ～ –56.8℃, 略低于純CO2的三相點(diǎn)(–56.6℃), 表明可能有少量CH4等成分存在,籠形物融化溫度(tmcl)7.5～8.5℃。CO2部分均一溫度5.0～29.0℃, 分為兩種情況: 其一是均一到氣相CO2, CO2部分均一溫度10～29℃, 完全均一溫度280～335℃, 鹽度ω(NaCleq)2.96%～4.80%, CO2相密度0.135～0.312 g/cm3, 總密度0.488～0.716 g/cm3, CO2摩爾百分?jǐn)?shù)6.3%～19.3%; 其二是均一到液相CO2, CO2部分均一溫度5～9℃, 完全均一溫度290～320℃, 鹽度ω(NaCleq)4.44%～5.68%; CO2相密度0.876 ～0.897 g/cm3, 總密度0.962～0.983 g/cm3, CO2摩爾百分?jǐn)?shù)19.2%～19.7%(表3)。

表3 含CO2三相包裹體(B-1型)包裹體參數(shù)Table 3 Microthermometric data of three-phase H2O-NaCl-CO2type (B-1) inclusions

②含少量CO2兩相包裹體(B-2型)

此類型有兩種狀態(tài): 其一為VH2O占35%～40%,籠形物融化溫度(tmcl)7.1～7.2℃, 均一到液相, 完全均一溫度290～310℃; 其二是VH2O占65%～70%, 籠形物融化溫度(tmcl)7.0～7.5℃, 均一到氣相, 完全均一溫度295～313℃(表4)。

2.2.3 富CO2包裹體(C類)

此類包裹體有兩種狀態(tài): 其一為VCO2占25%～40%, 均一到液態(tài)CO2, 均一溫度21～27℃, 相應(yīng)的密度(CO2)0.678～0.763 g/cm3; 其二是VCO2占60%～80%, 均一到氣態(tài)CO2, 均一溫度24.5～29℃,相應(yīng)的密度(CO2)0.237～0.312 g/cm3。

2.3 包裹體均一溫度

將區(qū)內(nèi)兩相H2O-NaCl型包裹體(A-2型)、含CO2三相包裹體(B-1型)和含少量CO2兩相包裹體(B-2型)所測得的完全均一溫度按不同礦石類型分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(圖3)。

從圖3可以看出: 印支期矽卡巖型礦石包裹體的完全均一溫度范圍140～390℃, 大致呈現(xiàn)出290～390℃、190～260℃、140～180℃三個(gè)溫度段, 分別與I、II和III三個(gè)成礦階段相對應(yīng), H2O-NaCl-CO2型包裹體(B類)主要分布在290～390℃和190～260℃兩個(gè)溫度段, 出現(xiàn)在I、II成礦階段(圖3a); 燕山期蝕變碎裂巖型礦石包裹體完全均一溫度范圍為130～340℃, 呈現(xiàn)3個(gè)溫度段, 分別集中于290～340℃、190～270℃、140～170℃之間, 前兩個(gè)溫度區(qū)間對應(yīng)燕山期成礦第I礦化階段, 低溫區(qū)間對應(yīng)方解石階段(II階段), H2O-NaCl-CO2包裹體(B類)主要分布在290～340℃之間, 出現(xiàn)在成礦早階段(圖3b)。

表4 含少量CO2兩相包裹體參數(shù)Table 4 Microthermometric data of two-phase H2O-NaCl-CO2type (B-2) inclusions

3 問題討論

3.1 成礦流體特征

(1)印支期期成礦流體特征

圖3 各類包裹體均一溫度直方圖Fig. 3 Histogram showing homogenization temperatures of different types of inclusions

將區(qū)內(nèi)不同成礦期成礦流體特征列于表5。從表5可以看出, 印支成礦期第I階段流體包裹體種類齊全, 且出現(xiàn)較多的含CO2包裹體(B類)和富CO2包裹體(C類), 流體成分主要為H2O-NaCl、H2O-NaCl-CO2以及富CO2流體, 完全均一溫度290～390℃, 流體鹽度ω(NaCleq) 3.89%～9.97%、密度0.705～0.842 g/cm3; 第II階段以H2O-NaCl型包裹體為主(A-1型、A-2型), 僅出現(xiàn)含少量CO2兩相包裹體(B-2型), 但兩相H2O-NaCl型包裹體(A-2型)中出現(xiàn)了NaCl-CaCl2-H2O和NaCl-MgCl2-H2O體系流體,完全均一溫度190～260℃, 流體鹽度ω(NaCleq) 3.44%～20.95%(主要3.44%～8.92%)、密度0.787～1.015 g/cm3; 第Ⅲ成礦階段主要為H2O-NaCl型包裹體(A類), 完全均一溫度140～180℃, 流體鹽度ω(NaCleq) 4.07%～6.52%、密度0.926～0.950 g/cm3。

由上可知, 印支期成礦早階段流體中含較多CO2, 而后CO2含量減少, Ca2+、Mg2+含量增高。以同類包裹體(A-2型、NaCl-H2O體系)比較, 從早到晚, 鹽度ω(NaCleq)為5.01%～9.97%→3.44%～6.52%→4.07%～6.52%, 流體密度0.671～0.842 g/cm3→0.787～0.998 g/cm3→0.874～0.950 g/cm3(表2), 總體呈現(xiàn)鹽度降低、密度增大的變化趨勢。

表5 不同成礦期流體特征Table 5 Characteristics of ore-forming fluids in different metallogenic periods

印支期成礦I階段, 同時(shí)出現(xiàn)了富液相H2O-NaCl包裹體(VH2O占20%～25%)、含CO2三相包裹體(φ(CO2)=40%～70%)和不同充填度的含少量CO2兩相包裹體(VH2O占35%～70%), 與之共存的還有富CO2包裹體, 它們具有大體一致的完全均一溫度, 表明印支期成礦早階段可能出現(xiàn)了流體沸騰作用, 而錫石礦物主要在這一階段析出, 因此認(rèn)為,錫石的沉淀可能與含CO2的流體以及流體的沸騰作用有關(guān)。沸騰作用導(dǎo)致了CO2等揮發(fā)組分的逃逸和流體濃度、物理化學(xué)條件的改變, 使錫等有用組分沉淀。

印支期成礦第II階段主要為H2O-NaCl包裹體,出現(xiàn)了NaCl-CaCl2-H2O體系和NaCl-MgCl2-H2O體系流體, 流體中CO2明顯減少, 這一階段主以鉛鋅礦化為主, 基本不含錫石, 可見區(qū)內(nèi)鉛鋅礦化主要與鹽-H2O溶液流體作用關(guān)系密切。

(2)燕山期成礦流體特征

從表5可以看出, 燕山成礦期第I階段包裹體類型較多, 且出現(xiàn)較多的含CO2三相包裹體(B-1型)和含少量CO2兩相包裹體(B-2型), 完全均一溫度190～340℃, 流體鹽度ω(NaCleq) 2.96%～9.19%、密度0.491～0.950 g/cm; 第II階段僅為H2O-NaCl型包裹體, 完全均一溫度130～170℃, 流體鹽度ω(NaCleq) 2.47%～4.55%、密度0.939～0.950 g/cm3。早階段成礦流體中含較多CO2, 晚階段主要為NaCl-H2O。以同類包裹體(A-2型)比較, 從早到晚, 鹽度ω(NaCleq)為4.55%～9.19%→2.47%～4.55%, 流體密度0.858～0.937 g/cm3→0.939～0.950 g/cm3(表2), 同樣呈現(xiàn)鹽度降低、密度增大的變化趨勢。

燕山期主成礦階段(I階段)出現(xiàn)了含CO2三相包裹體(φ(CO2)=40%～65%)和不同充填度的含少量CO2兩相包裹體(VH2O占35%～70%), 它們具有大體一致的完全均一溫度(高溫段), 表明燕山期成礦早階段可能出現(xiàn)了含CO2流體的沸騰作用, 而錫石礦物主要在這一階段析出, 因此認(rèn)為, 錫石的沉淀可能與含CO2的流體以及流體的沸騰作用有關(guān)。

比較而言, 印支期和燕山期成礦I階段流體特征基本相同, 均以出現(xiàn)較多的含CO2流體為特征,前者CO2摩爾百分?jǐn)?shù)5.7%～36.4%, 后者6.3%～19.7%, 印支期成礦I階段還出現(xiàn)了富CO2流體。印支期成礦晚階段(II)流體中除NaCl-H2O外, 出現(xiàn)Ca2＋和Mg2＋, 燕山期成礦晚階段(II)主要為NaCl-H2O。

(3)流體的空間變化特征

空間上, 內(nèi)接觸帶I號(hào)礦體→近接觸帶II號(hào)礦體→遠(yuǎn)離接觸帶Ⅵ號(hào)礦體, 印支期包裹體的類型有明顯變化(表6)。

由表6可見, 內(nèi)接觸帶礦體中包裹體種類齊全,且以出現(xiàn)富CO2兩相包裹體(C類)為特征, 外接觸帶礦體中未發(fā)現(xiàn)富CO2兩相包裹體(C類), 但兩相H2O-NaCl型包裹體(A-2)中出現(xiàn)了NaCl-CaCl2-H2O體系和NaCl-MgCl2-H2O體系流體, 表明由巖體向外, 流體中CO2含量較少, Ca2+、Mg2+含量增加。

3.2 成礦流體來源

花崗質(zhì)巖漿中CO2的溶解度低于H2O和Cl, 在含CO2的巖漿中最先出溶, 形成低鹽度富CO2的流體(冷成彪等, 2009), 因此, 荷花坪礦區(qū)印支期成礦的早階段出現(xiàn)的較多含CO2流體可能來自巖漿。從包裹體空間分布特征來看, 以CO2為主、幾乎不含水的富CO2兩相包裹體(LCO2＋VCO2)僅出現(xiàn)在內(nèi)接觸帶I號(hào)礦體中, 外接觸帶中的II號(hào)和Ⅵ號(hào)礦體主要為含CO2三相包裹體(B-1型)和含少量CO2兩相包裹體(B-2型), 由此可見, 隨著遠(yuǎn)離巖體, 流體中CO2含量減少。上述特征表明, 含CO2的成礦流體可能與巖漿作用關(guān)系密切, 主要為巖漿來源。

表6 印支期流體包裹體類型空間分布特征Table 6 Characteristics of spatial distribution of different types of Indosinian fluid inclusions

在以灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r和白云巖為賦礦圍巖的II和Ⅵ礦體中出現(xiàn)NaCl-CaCl2-H2O體系和NaCl-MgCl2-H2O體系流體, 但在以花崗巖和砂巖為賦礦圍巖的I和Ⅲ礦體中兩相H2O-NaCl包裹體主要為NaCl-H2O體系, 表明流體中Ca2+、Mg2+主要來自灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖等賦礦圍巖, 該類成礦流體可能為加熱的地下水(季克儉等, 1994)。

在兩期成礦流體的演化過程中, 早階段流體中CO2含量較高, 晚階段則以H2O-NaCl為主, CO2含量明顯降低, 表明早階段成礦流體以巖漿來源流體為主, 晚階段地下水成分增加。

4 結(jié)論

(1)荷花坪礦區(qū)印支期成礦流體主要為低鹽度(ω(NaCleq)=3%～10%)的H2O-NaCl和H2O-NaCl-CO2以及富CO2流體, 三個(gè)成礦階段的完全均一溫度分別為290～390℃、190～260℃和140～180℃。成礦早階段流體中含較多CO2, 晚階段CO2含量減少, 主要為H2O-NaCl, 且Ca2+、Mg2+含量增高。燕山期成礦亦為低鹽度(ω(NaCleq)=2%～10%)H2O-NaCl和H2O-NaCl-CO2, 二個(gè)成礦階段的完全均一溫度分別為190～340℃和130～170℃, 成礦早階段流體中含較多CO2, 晚階段CO2含量減少, 主要為H2O-NaCl。兩期成礦從早到晚都呈現(xiàn)出鹽度降低、密度增大的變化趨勢。

(2)區(qū)內(nèi)成礦流體主要來自巖漿和地下水熱液,成礦早階段以巖漿流體為主, 晚階段以地下水為主。

(3)區(qū)內(nèi)錫成礦主要與含CO2的流體以及流體的沸騰作用有關(guān), 鉛鋅礦化主要與鹽-H2O溶液流體作用關(guān)系密切。

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Fliud Inclusion Study of the Hehuaping Tin-polymetallic Deposit in Southern Hunan Province

CAI Ming-hai1), YU Cun-lin2), WANG Xian-bin1), LIU Hu1), GUO Teng-fei1), PENG Zhen-an1)
1) College of Resources and Metallurgy, Guangxi University, Nanning, Guangxi 530004; 2) Inner Mongolia Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration and Development, Hohhot, Inner Mongolia 010020

The Hehuaping tin-polymetallic deposit is a large-size tin-polymetallic orefield newly discovered in southern Hunan Province. It consists of Indosinian skarn-type ores and Yanshanian altered-cataclastite-type ores. Four ore bodies have been explored, which are located in the southeast portion of the Wangxianling Indosinian granite pluton and hosted in granite, granite porphyry, and Devonian limestone, dolomitite and sandstone, respectively. Based on detailed field investigation and petrographic observation, the authors carried out microthermometric studies of fluid inclusions in quartz, berylite and calcite in different types of ores. Three stages of Indosinian skarn-type ores have been distinguished, i.e., Stage I–cassiterite and skarn stage, StageⅡ–sulfide stage, and Stage Ⅲ–quartz and calcite stage. Fluid inclusions in the skarn-type ores can be divided into three types: H2O-NaCl type, H2O-NaCl-CO2type, and minor pure CO2type. Experimental results show that thehomogenization temperatures are from 290℃ to 390℃, from 190℃ to 260℃ and from 140℃ to 180℃ for Stage I, II and III, respectively. The fluid inclusions at Stage I are enriched in CO2, whereas those at the late stage (Stage II, Stage III) are enriched in NaCl-H2O, with minor amounts of Ca2+, Mg2+ions. In addition, the two major stages of Yanshanian altered cataclastite-type ores have been distinguished: Stage I—cassiterite-sulfide stage, and Stage II—calcite stage. Yanshanian fluid inclusions can be divided into H2O-NaCl type and H2O-NaCl-CO2type. The homogenization temperatures are from 190℃ to 340℃ and from 130℃ to 170℃ for Stage I and II, respectively. The composition of the fluid inclusions at Stage I are enriched in CO2, whereas those at Stage II are enriched in NaCl-H2O. The characteristics of fluid inclusions in the Hehuaping deposit indicate that the fluid was derived from granites and groundwater. At the early stage the fluid was mainly magmatic fluid, but at later stages the fluid was dominated by groundwater. The fluid that was enriched in CO2and the fluid that boiled at the early stage possibly led to cassiterite precipitation, and the mineralization of lead and zinc was related to NaCl-H2O fluid.

geochemistry; fluid inclusion; mineralization; Hehuaping tin-polymetallic deposit; southern Hunan

P611.05; P618.44

A

10.3975/cagsb.2013.06.02

本文由國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào): 40972073)資助。

2012-12-17; 改回日期: 2013-02-17。責(zé)任編輯: 閆立娟。

蔡明海, 男, 1965年生。博士, 研究員。主要從事礦床學(xué)教學(xué)和科研工作。通訊地址: 530004, 廣西南寧市大學(xué)東路100號(hào)。E-mail: gxdxcmh@163.com。