冀東石人溝變質(zhì)鐵礦床流體包裹體特征

劉殿龍

（華北理工大學，河北唐山 063009）

冀東石人溝變質(zhì)鐵礦床流體包裹體特征

劉殿龍

（華北理工大學，河北唐山 063009）

石人溝鐵礦屬冀東地區(qū)的大型鐵礦床，是典型的BIF型鐵礦床。選取不同類型礦石樣品，對石英中的流體包裹體進行系統(tǒng)的巖相學特征分析及顯微測溫測試，探討變質(zhì)流體物化性質(zhì)。結(jié)果顯示，石人溝鐵礦發(fā)育Ⅰ型次生包裹體、Ⅱ型富液的兩相包裹體、Ⅲ型富氣的兩相包裹體和Ⅳ型含子晶的三相包裹體。

流體包裹體 均一溫度和鹽度 沉積變質(zhì)型鐵礦

冀東地區(qū)位于華北克拉通北緣，分布有許多沉積變質(zhì)型鐵礦床，由條帶狀鐵建造（Banded ironformation，簡稱BIF）變質(zhì)而成[1]。BIF型鐵礦分布范圍廣泛，主要集中于華北陸塊，揚子陸塊次之[2-3]。石人溝鐵礦主要分布在青龍一帶，由于礦床多為中小型，僅個別可達大型，所以對石人溝鐵礦的研究并不多，而對石人溝鐵礦進行流體包裹體的研究更是未見。本文通過野外和手標本觀察，結(jié)合光學顯微鏡和包裹體顯微測溫等手段，對石人溝鐵礦的流體包裹體進行巖相學研究與顯微測溫分析，探討礦床變質(zhì)作用過程及期后熱液蝕變作用。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

冀東地區(qū)主體屬Ⅱ級構(gòu)造單元——燕山臺褶帶，近東西向，四周被斷裂所截，南部平原屬華北斷拗。中心部位主要由太古宙基底組成，兩翼依次為中-新元古代和古生代沉積，北翼的中-新元古代位于軸緣拗陷的中心部位[4]，最大沉積厚度近萬米。根據(jù)北翼有裹挾中侏羅世沉積的次級向斜分析，其整體褶皺時代應在中侏羅世末。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造以寬緩穹隆構(gòu)造和斷裂為主，后經(jīng)區(qū)域運動改造，形成一些緊密、倒轉(zhuǎn)、同斜、復式背斜等復雜的褶皺形態(tài)；斷裂構(gòu)造多以近東西向、北東向深大斷裂為主，它們多構(gòu)成了地質(zhì)構(gòu)造單元的邊界。

2 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)出露地層為遷西巖群馬蘭峪組第一段中上部片麻巖，按巖性特點由老至新分為四層：黑云角閃斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖；花崗片麻巖、黑云角閃斜長片麻巖夾零星磁鐵石英巖透鏡體；磁鐵石英巖、角閃斜長片麻巖；黑云角閃斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖。據(jù)深部礦體平行延深之特點來看，礦區(qū)為單斜構(gòu)造。由于受后期斷裂構(gòu)造和次級褶皺構(gòu)造的影響，地質(zhì)構(gòu)造變得較為復雜。礦體產(chǎn)狀與片麻理一致，走向一般近南北，傾角50°～70°，傾向西，北部石人溝附近由于受F10斷裂層的牽引，走向偏向北西，傾向南西，傾角60°～80°。在礦區(qū)地表及淺部開采臺階礦體中可見規(guī)模很小的層間褶皺構(gòu)造，使礦體局部疊加變厚。在深部，礦體也有急劇變厚和彼此互相靠攏的現(xiàn)象，可能與古地理環(huán)境及后期次級褶皺構(gòu)造的影響有關(guān)，礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，對礦體影響亦較大。

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育，僅見各類中基性脈巖，集中分布在礦區(qū)中部及西部。礦區(qū)主要有五層礦，第一層礦體位于F5以東盲礦體，呈南北透鏡狀產(chǎn)出，南到F20大斷層，受斷裂構(gòu)造的影響礦體呈中間高兩端低的弧形，平均鐵品位w(TFe)為31.09%，礦體走向南北，傾向西，傾角40°～60°。第二層礦北始5E線北，南至28線北，礦體沿走向及傾向厚度及形態(tài)變化較大，具明顯的膨脹收縮、尖滅再現(xiàn)分枝復合現(xiàn)象。總體產(chǎn)狀傾向西，傾角35°～65°，平均鐵品位w(TFe)為30.73%，變化不大，稍有降低。第三層礦在縱橫方向上具分枝復合現(xiàn)象，礦體呈舒緩波狀，傾向西，傾角50°～70°，平均鐵品位w(TFe)為30.54%。第四層礦北起10線北F4斷層，南到28線南，礦體由三個似層狀、透鏡狀礦體組成，厚度變化較大，礦體走向南北，傾向西，傾角50°～70°。第五層礦體由三個似層狀、透鏡狀礦體組成，礦體走向南北，傾向西，傾角50°～65°，平均鐵品位w(TFe)為31.94%。

該礦為鐵硅質(zhì)沉積建造受變質(zhì)鐵礦床，礦石自然類型為石英巖型磁鐵礦石。礦石工業(yè)類型為可選性能良好的磁鐵礦石。礦石呈粒狀變晶結(jié)構(gòu)或粒狀花崗變晶結(jié)構(gòu)，塊狀、片麻狀構(gòu)造。主要有磁鐵礦，次為假象赤鐵礦。脈石礦物主要為石英，次為角閃石、斜長石及少量次生蝕變礦物綠泥石和黑云母。

3 樣品及分析方法

3.1 樣品采集

本次分析所用樣品為石人溝磁鐵石英巖。結(jié)合手標本在顯微鏡下觀察，將所采礦石分為以下三種類型（表1）：稠密浸染狀磁鐵石英巖（弱蝕變）、片麻狀磁鐵石英巖（弱蝕變）、塊狀磁鐵石英巖（弱蝕變）。

表1 石人溝鐵礦床各類石英樣品主要特征

3.2 分析方法

本文選取不同類型的石英樣品，通過石英中的流體包裹體的巖相學研究及顯微測溫實驗，分析變質(zhì)流體的物化性質(zhì)。

首先，對流體包裹體進行巖相學分析。挑選合適的礦石樣品，將其雙面拋光，利用偏光顯微鏡進行巖相學觀察，觀察包裹體的大小、形態(tài)、氣液比等巖相學特征，并根據(jù)產(chǎn)狀、相態(tài)及氣液比等特征對不同類型礦石中的包裹體進行分類。

然后，對流體包裹體進行顯微測溫實驗。實驗于華北理工大學流體包裹體實驗室完成，使用的是LinkamTHMSC600型兩用顯微冷熱臺，將溫度控制在-196～+600℃，冷凍及加熱數(shù)據(jù)誤差分別為±0.1℃和±2℃。在實驗過程中利用液氮進行冷凍降溫，降溫時速率不宜過快，降至-190℃后進行回溫，速率一般被控制在20℃/min以內(nèi)，在接近氣泡恢復前，速率減慢，被控制在0.5～1℃/min，便于精確觀察冰點溫度。隨后進行均一溫度的測定，將升溫速率控制在10～20℃/min，在接近液（氣）相消失前，速率應被控制在0.5～1℃/min，精確地記錄下相均一的溫度；且為確保包裹體均一，應在包裹體達到均一溫度后繼續(xù)升溫進行觀察，此時溫度不宜過高，可控制在10℃內(nèi)，以免包裹體發(fā)生爆裂。其中三相包裹體均一溫度包括部分均一溫度和完全均一溫度。最后，對所測得的數(shù)據(jù)進行進一步整理分析，簡單氣液包裹體的鹽度來自流體包裹體鹽度表。

4 流體包裹體巖相學研究

4.1 流體包裹體類型

通過對不同類型礦石樣品中包裹體的相態(tài)、產(chǎn)狀等巖相學特征，結(jié)合顯微測溫相態(tài)變化情況，將包裹體分為以下四種類型：

Ⅰ型包裹體：次生包裹體，室溫條件下呈氣液兩相（下頁圖1-1）。包裹體大小介于4～14 μm，氣液體積比為5%～25%，形態(tài)呈長條狀、不規(guī)則狀等，呈線狀或成群分布。此類包裹體在研究的礦石中大量賦存。

Ⅱ型包裹體：富液兩相原生包裹體，室溫條件下為兩相（V+L），由液體與少量氣體組成（下頁圖1-2）。形態(tài)多樣，多呈負晶形、四邊形、橢圓狀、不規(guī)則狀和六方雙錐型，大小為4～17 μm，多介于7～13 μm，氣液體積比為5%～25%，多呈孤立狀或小群狀分布，且少數(shù)沿未切穿顆粒邊界的晶內(nèi)裂隙分布，易與次生包裹體（Ⅰ型）混淆。Ⅱ型富液包裹體分布十分廣泛，礦石樣品中均存在大量此類包裹體。

Ⅲ型包裹體：富氣兩相原生包裹體，室溫條件下為兩相（V+L），由氣體與少量液體組成。主要呈橢圓狀、近圓狀，此類包裹體個體較小，多介于8～10 μm，氣液體積比為55%～65%，呈孤立-小群狀分布（下頁圖1-3）。Ⅲ型包裹體在所測石英樣品很少見，而且由于其相態(tài)變化較難觀察，僅僅得到兩個測溫數(shù)據(jù)。

Ⅳ型包裹體：含子晶包裹體，室溫下呈三相（V+L+S）（下頁圖1-4）。包裹體大小為8 μm，呈多邊形孤立分布，子礦物為不透明黑色體，呈橢圓狀，可能為磁鐵礦。Ⅳ型包裹體賦存于弱蝕變樣品中，但數(shù)量極少。

4.2 流體包裹體巖相學特征

1）稠密浸染狀磁鐵石英巖（弱蝕變）：原生包裹體較多，但相對較小，主要含Ⅰ型包裹體、Ⅱ型包裹體兩種類型。其中Ⅰ型包裹體形態(tài)主要呈橢圓狀、長條狀或不規(guī)則狀，成群或呈線性分布，大小6～13 μm，氣液體積比為5%～15%，占所測數(shù)據(jù)的30.2%。Ⅱ型包裹體呈負晶形、橢圓狀或六方雙錐形分布，大小為4～18 μm，多介于7～12 μm，大多孤立存在，較少數(shù)成群狀分布于石英中，其占所測數(shù)據(jù)的69.8%。

圖1 石人溝鐵礦的流體包裹體顯微特征

2）塊狀磁鐵石英巖（弱蝕變）：弱蝕變塊狀磁鐵石英巖中包裹體相對較少，發(fā)育Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型四種類型包裹體。其中Ⅰ型包裹體主要呈橢圓狀、不規(guī)則狀，呈線性分布，大小為6～13 μm，氣液體積比為10%～20%，占所測數(shù)據(jù)的38.5%。Ⅱ型包裹體呈負晶形、橢圓狀或六方雙錐形分布，大小為4～17 μm，多介于5～10 μm，大多孤立存在，少數(shù)成群狀分布于石英中，其占所測數(shù)據(jù)的51.6%。Ⅲ型包裹體呈橢圓狀，大小為7～8 μm，氣液體積比為50%～60%，占所測數(shù)據(jù)的6.7%。Ⅳ型包裹體極少見，僅觀測到1個，大小為8 μm，呈不規(guī)則狀孤立存在，子礦物為黑色不透明狀，推測其為磁鐵礦，在升溫過程中僅氣泡發(fā)生變化，子礦物不會消失，占所測數(shù)據(jù)的3.2%。

3）片麻狀磁鐵石英巖（弱蝕變）：弱蝕變片麻狀磁鐵石英巖中包裹體較多，個體較小，主要發(fā)育Ⅰ型和Ⅱ型包裹體。其中Ⅰ型包裹體形態(tài)主要呈橢圓狀、長條狀或不規(guī)則狀，成群或呈線性分布，大小為6～13 μm，氣液體積比為10%～20%，占所測數(shù)據(jù)的37.0%。Ⅱ型包裹體呈負晶形、橢圓狀或六方雙錐形分布，大小為6～15 μm，多介于7～12 μm，大多孤立存在，較少數(shù)成群狀分布于石英中，其占所測數(shù)據(jù)的63.0%。

5 包裹體顯微測溫

對石人溝鐵礦不同類型礦石的流體包裹體進行系統(tǒng)的顯微測溫分析。共對9件樣品中共130個包裹體進行了顯微測溫，其中包括3件稠密浸染狀礦石（弱蝕變）53個包裹體，3件片麻狀礦石（弱蝕變）46個包裹體，3件塊狀礦石（弱蝕變）31個包裹體。結(jié)果顯示，石人溝鐵礦包裹體的均一溫度與鹽度范圍均較寬（如圖2和下頁表2所示），分別為97～486℃和0.35%～22.44%之間。

圖2 石人溝鐵礦中流體包裹體的均一溫度和鹽度柱狀圖

1）稠密浸染狀磁鐵石英巖（弱蝕變）：Ⅰ型包裹體的均一溫度為130～208℃，冰點為-10.6～-3.2℃，鹽度為5.26%～14.57%；Ⅱ型包裹體均一溫度為127～243℃，冰點為-20.1～-1.3℃，鹽度為2.24%～22.44%。

2）塊狀磁鐵石英巖（弱蝕變）：Ⅰ型包裹體的均一溫度為109～169℃，冰點為-8.7～-2.5℃，鹽度為4.18%～12.51%；Ⅱ型包裹體均一溫度為134～195℃，冰點溫度范圍較大，為-12.9～-0.2℃，算得鹽度范圍為0.35%～16.80%；Ⅲ型包裹體的均一溫度較高，介于406～486℃，冰點為-5.2～-0.9℃，鹽度為1.57%～8.14%；Ⅳ型包裹體的子礦物隨溫度升高始終未消失，氣泡于183℃消失。

3）片麻狀磁鐵石英巖（弱蝕變）：Ⅰ型包裹體的均一溫度為130～192℃，冰點為-16.6～-2.3℃，鹽度為3.87%～19.92%；Ⅱ型包裹體均一溫度為97～247℃，冰點溫度范圍較大，為-17.1～-1.6℃，鹽度為1.06%～20.30%。

變質(zhì)流體中與熱液礦床等相似均賦存原生包裹體和次生包裹體，且沿裂隙分布的次生包裹體更為多見，但在變質(zhì)流體中這些次生包裹體也像原生包裹體一樣保留了變質(zhì)演化階段的性質(zhì)[5]。而我們所觀測的包裹體大多形成于變質(zhì)峰期或變質(zhì)期后，經(jīng)過多次變質(zhì)作用及熱液活動，受到強烈的后期改造[6-7]。通過對不同類型流體包裹體進行詳盡的顯微測溫工作，總體來看，Ⅰ型次生包裹體均一溫度較低，共測得39個數(shù)據(jù)，均介于109～208℃，鹽度范圍為3.87%～19.92%，但多介于3.87%～10%，顯示低溫低鹽度特征。Ⅱ型富液原生包裹體共測得76個數(shù)據(jù)，介于97～247℃，鹽度變化范圍較大，為0.35%～22.44%，多介于5%～15%。Ⅲ型富氣包裹體均一溫度范圍介于406～486℃，共測得2個數(shù)據(jù)，鹽度為1.57%～8.14%，具有高溫低鹽度特征。Ⅳ型含子晶三相包裹體由于子礦物在升溫過程中未消失，并結(jié)合其巖相學特征推斷應該是磁鐵礦，因此僅測得氣泡消失溫度為182.3℃。

表2 石人溝鐵礦床不同類型礦石中流體包裹體測溫結(jié)果

綜合來看，Ⅲ型富氣包裹體均一溫度較高，介于406～486℃，可能代表了變質(zhì)峰期變質(zhì)流體的特征。Ⅰ型次生包裹體均一溫度普遍較低，介于109～208℃，因此Ⅰ型次生包裹體特征可能代表了變質(zhì)作用峰后熱液蝕變階段的變質(zhì)流體。Ⅱ型富液原生包裹體均一溫度范圍也較低，介于97～247℃，可能表明變質(zhì)期后并未頻繁發(fā)生變質(zhì)作用。

6 結(jié)論

1）石人溝鐵礦石中發(fā)育五種不同類型包裹體，包括Ⅰ型次生包裹體、Ⅱ型富液兩相包裹體、Ⅲ型富氣兩相包裹體和Ⅳ型含子晶三相包裹體。

2）石人溝鐵礦變質(zhì)作用峰期發(fā)育Ⅲ型包裹體，均一溫度介于406～486℃，鹽度范圍為1.57%～8.14%，變化范圍較寬，顯示高溫低鹽度特征。

3）石人溝鐵礦變質(zhì)作用峰期期后發(fā)育Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅳ型包裹體，均一溫度變化范圍為97～247℃，鹽度為0.35%～22.44%。

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（編輯：胡玉香）

Characteristics of the Fluid Inclusions of Shirengou Sendimentary Metamorphic Iron Deposit in Eastern Hebei

LIU Dianlong
（North China University of Science and Technology,Tangshan Hebei 063009）

Shirengou iron ore is a large iron ore deposits in Hebei,which is a typical BIF iron deposit.Different types of ore samples are selected to systematic conduct petrographic characteristics analysis and micro temperature measurement test of fluid inclusions in quartz and investigate the physicochemical properties of metamorphic fluids. The results show that there are I type secondary inclusions,II type two-phase inclusions with rich liquid,III type two-phase inclusions with rich gas and IV type three-phase inclusions containing sub crystal in Shirengou iron ore.

fluid inclusion,homogeneous temperature and salinity,sedimentary metamorphic iron

P618.31

A

1672-1152（2016）06-0030-04

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.06.11

2016-10-24

劉殿龍（1989—），男，碩士研究生，主要從事礦床學及固體礦方向的研究。