黑龍江小多寶山銅礦床成礦流體地球化學特征及演化

白令安，孫景貴，古阿雷，趙克強

（1.桂林理工大學a.廣西隱伏金屬礦產勘查重點實驗室；b.地球科學學院，廣西　　桂林 541004；2.吉林大學地球科學學院，長春 130061）

黑龍江小多寶山銅礦床成礦流體地球化學特征及演化

白令安1，2，孫景貴2，古阿雷2，趙克強2

（1.桂林理工大學a.廣西隱伏金屬礦產勘查重點實驗室；b.地球科學學院，廣西桂林 541004；2.吉林大學地球科學學院，長春 130061）

小多寶山銅礦床位于多寶山銅（鉬）礦床北西約10 km處，是三礦溝-多寶山銅鉬鐵成礦帶上一個較為典型的小型矽卡巖型銅鐵礦床，礦體賦存于燕山期花崗閃長巖與中奧陶統(tǒng)多寶山組的接觸部位。對早期硫化物階段中石英和晚期硫化物階段中方解石的流體包裹體巖相學及顯微測溫研究表明，早期硫化物階段氣液兩相包裹體均一溫度為238～467℃，鹽度w（NaCleqv）變化范圍為8.8%～21.2%，含子晶三相包裹體均一溫度為320～434℃、鹽度為39.3%～50.1%；晚期硫化物階段僅發(fā)育氣液兩相包裹體，均一溫度為118～163℃，鹽度為1.22%～5.99%。結果顯示，早期成礦流體具有高溫、高鹽度、含CO2的NaCl-H2O熱液的特征，主成礦階段北西向片理化活動，導致流體減壓而強烈“沸騰”，使得金屬硫化物卸載沉淀。

矽卡巖型礦床；流體包裹體；小多寶山銅礦床；黑龍江

小多寶山銅礦床位于黑龍江省嫩江縣北部，多寶山斑巖型銅鉬礦床北西約10 km處，是20世紀50年代發(fā)現(xiàn)的一小型矽卡巖型礦床，礦體產于燕山期花崗閃長巖與中奧陶統(tǒng)多寶山組的接觸部位，銅礦化主要以脈狀和條帶狀產出，具有規(guī)模小、品位高、開采成本低的特點，20世紀60年代開始開采，現(xiàn)已閉坑。在小多寶山南側分布有多寶山、銅山等大型銅鉬礦床，前人已從礦化蝕變［1-3］、成礦巖體地球化學特征［4-8］、成巖成礦時代［6，9-12］、成礦規(guī)律［13-17］、成礦 流體［10，18-20］等方面對區(qū)域內的斑巖型礦床進行了深入研究，并獲得了一系列重要成果。由于小多寶山銅礦床已開采完畢，到目前為止，對該礦床幾乎沒有開展過科學研究工作，因此本文通過對不同成礦階段石英與方解石中的流體包裹體進行研究，探討成礦流體的性質和演化，以期為礦床研究和找礦勘探提供新的認識。

1　礦床地質特征

1.1區(qū)域地質背景

小多寶山銅礦床地處華北地臺與西伯利亞地臺之間的天山-興蒙古生代造山帶的東端，具有典型的微陸塊碰撞造山的特點，區(qū)帶內的成巖成礦作用與古亞洲洋、鄂霍次克洋及古太平洋的演化密切相關。根據塔源-喜桂圖斷裂、賀根山-黑河斷裂、西拉木倫-長春斷裂及牡丹江斷裂，依次劃分為額爾古納地塊、興安地塊、松嫩地塊與佳木斯地塊。自早古生代開始各地塊相互碰撞，產生了大量與俯沖造山或造山后相關的花崗巖與火山巖，并形成了一系列銅鉬金等金屬礦床［17］

1.2 礦床地質特征

小多寶山銅礦床是三礦溝-多寶山銅鉬鐵成礦帶上一個較為典型的小型矽卡巖銅鐵礦床。礦區(qū)內出露的地層主要為早古生代的海相碎屑巖、火山熔巖、碳酸巖等，包括中奧陶統(tǒng)多寶山組和裸河組、早志留世黃花溝組及少量的上奧陶統(tǒng)愛輝組、中志留統(tǒng)八十里小河組，其中多寶山組中銅元素的豐度較高，是主要的礦源層［21］。

區(qū)內巖漿巖非常發(fā)育，先后經歷了加里東期、海西期、印支期與燕山期的巖漿活動。加里東期為多寶山的花崗閃長巖、花崗閃長斑巖［6，12］；海西期的巖石組合為堿長花崗巖與二長花崗巖［7］；印支期為二云母花崗巖［8］；燕山期巖漿活動分布于三礦溝與小多寶山之間［22］，是礦區(qū)內的成礦巖體，常被稱為小多寶山或三礦溝花崗閃長巖體。此外，還零星出露安山玢巖、閃長巖、黑云母斜長花崗巖等（圖1）。

北西向的三礦溝-多寶山-裸河弧形構造帶控制了礦體的分布，尤其是與北西向片理化帶疊加時，常形成高品位的工業(yè)礦體。

礦體賦存于花崗閃長巖與多寶山組中性凝灰?guī)r的內外接觸帶處，一共圈定了7個銅礦體，一般呈扁豆狀或不規(guī)則的透鏡狀。礦體厚幾到幾十米，延伸100～400 m，銅平均品位為0.46%，最高可達4.58%［21］。

礦床中以銅礦石為主，少量鐵礦石。原生金屬礦物主要為黃銅礦、斑銅礦、黃鐵礦、磁鐵礦，少量輝鉬礦、方鉛礦、閃鋅礦等；次生礦物為孔雀石、藍銅礦及褐鐵礦等氧化礦物。脈石礦物以石榴子石、石英、方解石為主，其次為硅灰石、綠泥石、綠簾石等。礦石結構較復雜，以他形粒狀結構為主，自形-半自形結構次之，此外還可見固溶體分離和他形填隙結構。常見的礦石構造有浸染狀、塊狀、脈狀及條帶狀構造等。

蝕變以花崗閃長巖體為中心，呈線狀蝕變，主要類型有石榴子石矽卡巖化、硅化、綠泥石化、綠簾石化、碳酸鹽化等，根據礦物的生成順序、礦石礦物與脈石礦物的組合及脈體之間的穿插關系劃分為5個成礦階段：干矽卡巖階段、濕矽卡巖階段、氧化階段、早期硫化物階段與晚期硫化物階段。

圖1　小多寶山銅礦床地質圖?。〒墨I［21］修改）Fig.1 Geological map of the Xiaoduobaoshan copper deposit

2　流體包裹體研究

2.1樣品特征與研究方法

用于測試流體包裹體的樣品采集自小多寶山1號礦井出口（圖1）及地表。由于石榴子石中流體包裹體較少，并且直徑太?。ㄍǔＴ? μm左右），不宜作包裹體分析；而早期硫化物階段中矽卡巖礦物被大量交代，出現(xiàn)了較多的石英脈；晚期硫化物階段除石英外，開始大量出現(xiàn)方解石，巖相學觀察表明石英和方解石中含有豐富的原生流體包裹體，因此本次試驗選擇早期石英硫化物階段中的石英與晚期硫化物階段中的方解石作為研究對象。

顯微測溫工作在吉林大學地球科學學院地質流體實驗室完成，所用儀器為Linkamthms-600型冷熱臺（-196～600℃）。測定前，應用人造純 H2O及w（NaCleqv）為25%的 H2O-NaCl包裹體（國際標樣），對流體包裹體的參數進行系統(tǒng)校正，誤差為±0.1℃。測試期間，當溫度小于30℃時，升溫速率為1℃/min；當溫度為200℃以上時，升溫速率為5℃/min；在相變化及冰點附近，升溫速率小于0.2℃/min。

單個流體包裹體的拉曼成分測試在北京核工業(yè)地質分析測試研究中心完成，所用儀器為LABHR-VIS LabRAM HR800型顯微激光拉曼光譜儀，實驗條件為：波長532 nm，Yag晶體倍頻，固體激光器，激光束斑≥1 μm，掃描時間為10 s，掃描2次。

2.2流體包裹體巖相學特征

根據流體包裹體的物質成分、室溫及均一時的相態(tài)將它們分為3大類（圖2、表1）。

氣液兩相包裹體（L+V）：存在于石英和方解石中，多呈零散狀或孤立狀隨機分布，單個包裹體形態(tài)較為復雜，一般為橢圓狀、不規(guī)則狀或長條狀，大小為5～20 μm，氣液比為10%～30%，在石英中常與含子晶三相包裹體共生，偶見少量的氣相包裹體，該型包裹體的含量約為85%～90%，加熱均一至液相。

圖2　小多寶山銅礦床包裹體顯微照片F(xiàn)ig.2 Micrographs of fluid inclusions in the Xiaoduobaoshan copper deposit LH2O—液相　H2O；VH2O—氣相　H2O；VCO2—氣相CO2；SNaCl—石鹽子礦物

含子晶三相包裹體（L+V+S）：分布于石英中，通常只有一個子礦物，主要為石鹽，一般呈立方體狀，單個包裹體多呈近圓狀或橢圓狀，大小在5～15 μm，氣液比較小，多為15%左右。加熱后多數包裹體中子晶礦物消失，個別子晶礦物先消失，但都均一到液相。

氣相包裹體（V）：含量小于5%，孤立狀分布，近橢圓狀或近圓狀，直徑為 5～8 μm，氣液比為85%～90%，未測得包裹體數據。

2.3流體包裹體顯微測溫及鹽度計算

早期硫化物石英脈（Ⅳ）中發(fā)育氣液兩相、含子晶三相包裹體與少量的氣相包裹體，其中氣液兩相包裹體的均一溫度為238～467℃，平均348℃；鹽度（w（NaCleqv），下同）變化范圍為8.8% ～21.2%，平均16.6%，密度為0.72～0.97 g/cm3，平均0.83 g/cm3，捕獲壓力為30.6～63.6 MPa，平均43.2 MPa；含子晶三相包裹體的均一溫度為320～434℃，平均365℃，鹽度變化范圍為39.3%～ 50.1%，平均43.5%，密度為1.07～1.09 g/cm3，平均1.07 g/cm3，捕獲壓力為54.3～80.1 MPa，平均65.1 MPa（表1、圖3、圖4）。

晚期硫化物方解石脈（Ⅴ）中僅發(fā)育氣液兩相包裹體，均一溫度為118～163℃，平均140.3℃，鹽度的變化范圍為1.22%～5.99%，平均3.11%，密度為0.92～0.97g/cm3，平均0.95 g/cm3，靜水壓力為8.6～13.5 MPa（表1、圖3、圖4）。

3　結果分析及討論

3.1成礦流體地球化學性質

流體包裹體巖相學及顯微測溫結果顯示，小多寶山銅礦床早期硫化物階段的石英或晚期硫化物階段中的方解石中發(fā)育L+V型、L+V+S型及V型三類原生流體包裹體，在寄主礦物中常見三類包裹體共生的現(xiàn)象，并且可見大量的L+V型與L+V+S型共生包裹體的均一溫度大體一致，兩者均一到液相，表明早階段成礦流體發(fā)生了強烈的“沸騰”（圖2、圖4）［27-28］，以上特征顯示初始成礦流體應為高溫、高鹽度、含 CO2的NaCl-H2O體系［29-30］，另一部分則僅可見L+V型包裹體，具有中高溫、中鹽度的特征。到了晚期硫化物階段，石英與方解石中僅發(fā)育L+V型包裹體，均一溫度及鹽度較早期硫化物階段明顯降低，顯示成礦流體逐漸過渡為簡單的低溫、低鹽度的NaCl -H2O體系熱液。

表1　小多寶山銅礦床流體包裹體特征及參數Table 1 Characteristics and parameters of fluid inclusions from the Xiaoduobaoshan copper deposit

圖3　主成礦階段流體包裹體均一溫度直方圖Fig.3 Histogram of homogenization temperatures of fluid inclusions in the main mineralizing stage

圖4　流體包裹體鹽度　-均一溫度關系　?。ǚ挛墨I　　［26］）Fig.4 Salinity vs.homogenization temperatures of fluid inclusions

3.2成礦流體演化與成礦物質沉淀

研究顯示，熱液成礦體系中成礦物質常以溶解度較大的金屬絡合物形式存在［31］，而金屬絡合物分解和金屬硫化物的形成、卸載的原因存在多種解釋，包括降溫、降壓、氧化作用、H2S濃度增加或者pH值增大等，但長久以來冷卻卻被認為是最主要的原因［31-32］，事實上很多成礦機制并不是簡單的降溫。模擬結果表明，降溫主要導致石英、黃鐵礦的沉淀，而黃銅礦等硫化物則僅有少量的卸載［33］，因為冷卻造成的成礦物質卸載需要在短距離內大幅度降溫，這對中高溫熱液型礦床幾乎是不可能的。含礦流體在向上運移的過程中，上覆圍巖的壓力降低，尤其是在斷裂或片理發(fā)育地帶，含礦的超臨界流體轉變?yōu)閬喤R界、臨界流體，發(fā)生流體相分離，即“沸騰”，直接導致大量的揮發(fā)分逸散［30，34］，尤其CO2的逃逸，使得還原性硫的濃度急劇增加，金屬絡合物分解，硫化物形成并沉淀。

與其他類型的熱液礦床相比，小多寶山銅礦床埋藏深度大，一般在3～7 km（靜水壓力體系，H =P/10），礦體規(guī)模較小，僅依靠流體的短距離上升而大幅度降溫，從而達到金屬硫化物過飽和卸載顯然是不切實際的；事實上流體在上升的同時，北西向的片理化帶起到了至關重要作用，溝通地表，瞬間內壓降低，流體“沸騰”，成礦物質大量卸載，可見“沸騰”是該礦床的主要成礦機制。

小多寶山銅礦床中，從巖漿房分異出來的高溫成礦流體上升到距地表7.0 km處，溫度和壓力分別降低至410℃、80 MPa以下（表1），此時礦區(qū)內北西向的間歇式剪切擠壓造成巖石中片理化發(fā)育，直接導致了流體平衡體系被破壞，臨界流體發(fā)生強烈的“沸騰”（圖2、圖4），分離為高鹽度與富含揮發(fā)分和金屬元素的中低鹽度兩個端元流體（表1），Cu等成礦物質的溶解度迅速減小，并開始卸載，形成團塊狀、浸染狀硫化物礦石，疊加在早期形成的矽卡巖上，此后隨著地層水的持續(xù)混入，溫度與壓力依次下降至230℃和30 MPa，Cu等金屬元素消耗殆盡，流體的鹽度接近于地層水，礦化作用結束。

3.3與研究區(qū)內同類型礦床比較

研究區(qū)銅礦床十分發(fā)育，已發(fā)現(xiàn)大型銅（鉬）礦床2個，中-小型銅（鐵）礦床2個，礦化點10余處，礦床類型主要為斑巖型和矽卡巖型，其中最典型的矽卡巖礦床為小多寶山和三礦溝銅鐵礦。小多寶山北側2 km的三礦溝矽卡巖型銅鐵礦床的原生流體包裹體以氣液兩相為主，其次為純氣相、純液相和含子晶三相，早期流體具有高溫、中-高鹽度、中密度的特征，成礦壓力為39.44～133.65 MPa，深度介于3.94～9.64 km，略高于小多寶山。兩者在主成礦階段溫度、鹽度、壓力均十分接近，發(fā)生了顯著的流體沸騰，并且導致銅等成礦物質卸載，但都沒有見到因沸騰產生隱爆角礫巖［35-36］?？傮w上，兩個礦床均表現(xiàn)為高溫、中-高鹽度巖漿熱液的特征。

4　結 論

（1）小多寶山銅礦床主成礦階段發(fā)育氣液兩相、含子晶三相及氣相包裹體，成礦流體具有高溫、高鹽度、含CO2的NaCl-H2O熱液的特征。

（2）早期硫化物階段氣液兩相包裹體均一溫度在 238～467℃，鹽度w（NaCleqv）變化范圍為8.8%～21.2%，含子晶三相包裹體均一溫度為320～434℃、鹽度為39.3% ～50.1%；晚期僅發(fā)育氣液兩相包裹體，均一溫度為118～163℃，鹽度為1.22%～5.99%。

（3）小多寶山銅礦床成礦流體于320～440℃發(fā)生了強烈的“沸騰”作用，直接導致銅等硫化物卸載沉淀，“沸騰”是小多寶山銅礦床的主要成礦機制。

在流體包裹體測試過程中，得到了吉林大學地球科學學院流體實驗室王力、王琳琳老師的諸多幫助，在此表示衷心的感謝！

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Geochemical characteristics and evolution of ore-forming fluids of Xiaoduobaoshan copper deposit，Heilongjiang

BAI Ling-an1，2，SUN Jing-gui2，GU A-lei2，ZHAO Ke-qiang2
（1.a.Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Deposit Exploration；b.College of Earth Sciences，Guilin University of Technology，Guilin 541004，China；2.College of Earth Sciences，Jilin University，Changchun 130061，China）

The Xiaoduobaoshan Cu deposit is located about 10 km northwest of Duobaoshan Cu-Mo deposit，a typical skarn-type deposit of the Sankuanggou-Duobaoshan metallogenic belt.Orebody occurs in the contact zone of Yanshanian granodiorite and Middle Ordovician Duobaoshan Formation，based on the studies on petrography and microthermometry of fluid inclusions in quartz formed in early sulfide stage and calcite from the ore formed in late sulfide stage.The homogenization temperature of gas-liquid two-phase inclusions for the early sulfide stage is 238-467℃，and salinities range from（w（NaCleqv））8.8%to 21.2%.Homogenization temperature of daughter crystal-bearing three-phase inclusion is 320-434℃，and salinities range from（w（NaCleqv））39.3%to 50.1%，respectively.In late sulfide stage，there is only gas-liquid two-phase inclusion，where homogenization temperature is 118-163℃，corresponding to salinities of 1.22%-5.99%.The results show that the early ore-forming fluid has features of high temperature，high salinity，containing CO2，NaCl-H2O hydrothermal.The metallogenic mechanism is the activity of the NW schistose，leading to decreased fluid pressure，then strong boiling，and thus precipitated metal sulfides uninstalled.

skarn-type deposit；fluid inclusion；Xiaoduobaoshan copper deposit；Heilongjiang

P618.41

A

1674-9057（2016）03-0411-07

10.3969/j.issn.1674-9057.2016.03.001

2015-04-22

廣西自然科學基金項目 （2014GXNSFBA118213）；廣西隱伏金屬礦產勘查重點實驗室系統(tǒng)研究課題 （15-140-27 -02）

白令安 （1981—），男，博士，講師，研究方向：礦床地質，bailingan@glut.edu.cn。

孫景貴，教授，sunjinggui@jlu.edu.cn。

引文格式：白令安，孫景貴，古阿雷，等.黑龍江小多寶山銅礦床成礦流體地球化學特征及演化［J］.桂林理工大學學報，2016，36（3）：411-417.