山東萊蕪胡家莊地區(qū)稀土礦流體包裹體特征及成礦條件

劉敬杰，張鵬，蘭君，牛金，邢楠

(山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 泰安 271000)

0 引言

20世紀70年代，山東革委地質(zhì)局在萊蕪胡家莊地區(qū)開展了以評價含稀土碳酸巖為主的普查找礦工作，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的含稀土碳酸巖具有較重要的經(jīng)濟和研究價值。

流體包裹體作為“幸存”的古流體，通過對其測試分析，可獲得古流體形成時的物理化學(xué)條件及組分特征，對成巖成礦過程提供重要信息。

該文對胡家莊碳酸巖型稀土礦流體包裹體開展了初步研究，對成礦流體溫度、密度及鹽度進行了測定，并采用等容線相交法估算壓力，從而揭示胡家莊稀土礦的成礦條件[1-3]。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

胡家莊稀土礦床位于萊蕪弧形斷裂弧頂?shù)谋眰?cè)[4]，地層出露寒武—奧陶紀沉積巖及第四紀殘坡積物，其中以寒武系為主。寒武—奧陶系分布于該區(qū)的北部，地層NW—SE向分布，傾向NE。礦床受控于NW向的鹿野-孫祖斷裂[5]，破裂面向W傾斜，水平錯動較為明顯，為壓扭性斷裂，其成因與此斷裂密切相關(guān)。巖漿活動有2期，第1期為新太古代晚期，有花崗質(zhì)巖漿侵入，生成了花崗巖及偉晶巖；第2期以中生代燕山晚期碳酸巖型巖漿為主的侵入，為碳酸巖、蛭石化含磷灰石云母巖等。礦體賦存于碳酸巖中，其圍巖為泥質(zhì)灰?guī)r。

2 礦床地質(zhì)

該礦床主要由3個礦體組成，礦體呈層狀，產(chǎn)狀平緩,自西向東為Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ號礦體(圖1)。

1—第四系；2—中新統(tǒng)；3—古近系；4—白堊系；5—奧陶系；6—寒武系；7—新太古代侵入巖；8—碳酸巖體；9—礦體及編號；10—斷裂；11—胡家莊稀土礦；a—上五井?dāng)嗔?；b—淄河斷裂；c—金山-姚家峪斷裂；d—白泉莊-五色崖斷裂；e—文祖斷裂；f—鹿野-孫祖斷裂；g—萊蕪弧形斷裂圖1 成礦地質(zhì)背景簡圖

Ⅰ號礦體呈層狀，NW—SE向展布，長軸長800m，短軸方向?qū)?00m左右，礦體傾向NNE，傾角5°～15°，平均10°左右，稀土氧化物總量平均品位1.01%。平均厚度為0.84m，沿走向自NW向SE由0.65m變?yōu)?.15m，沿傾向變化不大,總體NW薄SE厚。

Ⅱ號礦體呈層狀，NW—SE向展布，長軸長1100m，短軸寬150m左右，傾向NNE，傾角10°左右，稀土氧化物總量平均品位1.10%。平均厚度為0.86m，沿傾向有變薄趨勢。

Ⅲ號礦體呈層狀，NW—SE向展布，長軸1000m，短軸寬200m左右，礦體傾向NNE，傾角10°左右，西端局部產(chǎn)狀有變化，受構(gòu)造影響，礦體未閉合。稀土氧化物總量平均品位0.95%，礦體平均厚度0.80m，自西向東厚度變薄，沿傾向變薄。

礦石為灰白色、紅棕色，風(fēng)化后為黃褐色。自形、半自形粒狀結(jié)構(gòu)，局部有偉晶結(jié)構(gòu)。構(gòu)造以塊狀為主，條帶狀次之。礦石礦物成分主要有碳酸鹽、石英、磁鐵礦、磷灰石、黑云母等，其次為褐鐵礦、鉀長石、重晶石、綠泥石、金云母可疑礦物及金屬硫化物等。礦物成分變化不大，局部磷灰石、黑云母、石英磁鐵礦集中。

稀土礦物主要有氟碳鈰礦、氟碳鈣鈰礦。礦石中的稀土元素以輕稀土為主，主要為鈰組元素的鈰、鑭、釹、鐠等，有少量的重稀土釔。巖石中的主要化學(xué)成分為Ca，Mg，F(xiàn)e，Si，P，CO2(表1);其次為TRE2O3,Al,Ba,Mn,Sr,Ti等;有很少量的Zr,Na,Nb,Cu,Pb,Ga等元素(表2)。礦石中TRE2O3含量0.75%～1.67%，平均1%。

表1 礦石全分析結(jié)果

表2 礦石微量元素分析結(jié)果

3 流體包裹體

3.1 流體包裹體巖相學(xué)特征

胡家莊碳酸巖型稀土礦石中可進行冷熱臺測溫的石英中包裹體相對較少，該次實驗共磨制了52片包裹體切片，雙面拋光，厚度約300μm，僅有15片切片中存在可測試的包裹體，且測溫片中所測包裹體長徑均小于10μm。測溫片鏡下可見次生包裹體成線型分布[6]，原生包裹體多數(shù)呈獨立散點分布(照片1)，有時可見與碳酸鹽礦物生長邊界協(xié)調(diào)。所列數(shù)據(jù)均為原生包裹體。包裹體類型均為氣液兩相包裹體[7]。

3.2 流體包裹體溫度

包裹體溫度測試研究在吉林大學(xué)地質(zhì)流體實驗室完成，顯微冷熱臺為Linkam THMS 600型，可測溫度范圍為-196℃～600℃，該冷熱臺在-120℃～-70℃，精度為±0.2℃，在100～500℃，精度為±2℃，系統(tǒng)校準采用國際標樣純H2O及鹽度為25%的H2O-NaCl人造包裹體。測試升溫速率一般為0.2～5℃/min，相變點附近升溫速率降低為0.2℃/min，對于氣液兩相水溶液包裹體[8]，測定冰點溫度Tm(ice)和完全均一溫度Th[9]。該次測試包裹體類型均為氣液兩相包裹體，氣液比10%～25%，使用冷熱臺測溫獲得數(shù)據(jù)均一溫度分布在119.1～233.2℃范圍內(nèi)(圖2a)[10]，可見120℃，160℃，180℃左右形成的3個峰值[11-13]。

V—氣相；L—液相照片1 包裹體鏡下照片及包裹體特征

3.3 流體包裹體鹽度

根據(jù)冰點溫度計算的鹽度顯示存在2個鹽度范圍[6-9,16](圖2b)，(8.1～22.4)wt%NaCl.eq，變化范圍較大，主體在(15～20)wt%NaCl.eq之間，呈正態(tài)分布，但在HJZ-17,HJZ-38,HJZ-55的測溫片中顯示存在有低鹽度包裹體，鹽度最低分別為9.08wt% NaCl.eq，9.60wt%NaCl.eq，8.13wt%NaCl.eq。

包裹體內(nèi)流體密度分布范圍為0.9～1.1g/cm3，呈正態(tài)分布(圖2c)，低鹽度流體較高鹽度流體顯示了相對較低的密度。從圖(2d)可以看出，該礦床僅有一類鹽度包裹體分布區(qū)間[14]，鹽度變化范圍較大，推測有大氣降水的參與。

4 成礦條件討論

對于氣液兩相水溶液包裹體，測定冰點溫度Tm(ice)和最終均一溫度Tht；利用經(jīng)驗公式計算或利用實驗相圖確定流體鹽度；利用溫度—鹽度—密度相圖、經(jīng)驗公式或直接查表求得NaCl-H2O體系的密度；并使用“FLUIDS 1.”軟件包(Bakker，2003)中的“BULK”程序校驗。等容線的計算通過“ISOC”軟件，使用(Bodnar and Vityk，1994)、(Knight and Bodnar，1989)方法計算獲得，該方法試用于H2O-NaCl體系，溫壓試用范圍為100～800℃和0～600MPa，只使用鹽度和均一溫度Tht(℃)即可計算離散壓力-溫度點，擬合等容線(表3)[15]。

計算獲得的等容線圖確定了胡家莊碳酸巖稀土礦流體的溫壓(P-T)特征(圖3)，如確定溫壓中任一條件，即可獲得該礦床的成巖/成礦條件[16]。通常來說，若礦床中的包裹體類型較豐富，可以通過等容線相交法確定大致的均一溫壓區(qū)間，但胡家莊碳酸巖稀土礦中的包裹體類型較少(可能與碳酸鹽晶體的解理較發(fā)育而導(dǎo)致包裹體未能較好的保存有關(guān))，未能發(fā)現(xiàn)明顯地不同類型流體包裹體用以等容線相交獲得均一溫—壓條件。

對胡家莊碳酸巖型稀土礦低鹽度和高鹽度包裹體使用等容線相交法，大致推測流體均一溫度為190～230℃，均一壓力為30～95MPa，鹽度變化范圍為(15～20)wt%NaCl.eq，為碳酸巖型稀土礦，與國內(nèi)第二大稀土礦——四川牦牛坪碳酸巖型稀土礦礦石類型相似，四川牦牛坪稀土礦H類包裹體均一溫度集中在230～265℃[17]，而山東微山稀土礦H類包裹體鹽度變化為(16.0～22.4)wt%NaCl.eq，均一溫度變化為121～238℃，故該稀土礦與微山稀土礦流體包裹體特征更具相似性。

實驗確定的靜巖壓對應(yīng)的深度為1.1～3.5km(按地殼平均密度2.7g/cm3計算)，所獲得的溫度壓力都是均一時的，而不是捕獲時的，因此所求得的靜巖壓力均是最小的?？紤]到鹽度變化范圍較大的特征，可能代表著一定的大氣水的加入，所以胡家莊碳酸巖型稀土礦所處的深度應(yīng)該為靜水—靜巖壓過渡階段，大致估算成巖/成礦深度約為2.5～3.5km，反映了侵位后的溫度、壓力環(huán)境。

a—溫度頻次直方圖；b—鹽度頻次直方圖；c—密度頻次直方圖；d—鹽度—均一溫度協(xié)變圖圖2 流體包裹體的溫度、鹽度及密度頻次直方圖及鹽度-均一溫度協(xié)變圖

點號包體類型大小(μm)氣液比(%)冰點溫度(℃)均一溫度(℃)鹽度(wt%NaCI)密度(g/cm3)minmaxAVGminmaxAVGminmaxAVGminmaxAVGminmaxAVGHJ-14101513.8-15.6-9.4-13.3131.5156.8144.713.3319.317.21.011.061.05HJ-65102015.6-16.6-11.9-13.7122.7165.1132.315.9520.1117.70.921.091.04HJ-93102013.6-14.5-11.7-12.9140.3179.2166.215.7518.3616.90.91.051.01HJ-133101512.5-13.3-10.2-11.9119.1131.4123.614.217.2815.91.041.071.06HJ-17氣4102015-13.5-5.9-10.9144.5155.31479.0817.4714.80.981.041.03HJ-22液4101512.2-14.1-8.5-10.4154.1182.916612.3118.0114.30.921.020.98HJ-19兩4152018-16.2-9.6-13.5145.3233.2174.313.5519.7917.30.981.061.02HJ-20相4102016.4-17.4-8.7-11.9149.2200.6175.613.4420.7415.80.961.041.01HJ-274102515.515.8-10.9-13.2137.5196.4163.814.9419.4617.11.011.071.03HJ-384102518.5-14.2-6.3-10.8123.7199.1160.79.618.114.70.951.051.01HJ-404152018.8-19.6-11.1-14.2127.4186.715615.1522.3817.911.11.04HJ-463152520.8-13.8-9.4-11.9120.6192.4153.713.3317.7415.90.991.071.03HJ-554102519.4-11.6-5.2-9.9140.2187.5163.48.1317.4713.70.981.031HJ-664152520-17.8-7.6-14.1124.8193.4161.511.2321.0517.80.991.081.04HJ-724152018.6-16.8-9-12.6167.8180.2175.69.7320.2716.40.961.041.01

5 結(jié)論

(1)胡家莊碳酸巖型稀土礦流體包裹體以氣液兩相H2O包裹體為主，均一溫度和鹽度變化范圍與微山稀土礦極具相似性，表明與其具有相似的成礦物理環(huán)境。

(2)成礦流體鹽度為中低鹽度流體，流體包裹體密度變化較小，推測有一定的大氣降水加入。

(3)推測礦床成礦壓力環(huán)境為中低壓環(huán)境，成礦/成巖深度范圍為2.5～3.5km。

1—低溫流體等容線；2—高密度流體等容線；3—低密度流體等容線；4—均一溫度壓力圖3 胡家莊流體包裹體等容線圖