阿爾泰南緣托庫(kù)孜巴依金礦床流體包裹體特征及成礦流體演化*

張敏 牛向龍 莫凌超 牛斯達(dá) 吳華英 周起鳳

1. 中國(guó)冶金地質(zhì)總局礦產(chǎn)資源研究院，北京 1001312. 中國(guó)冶金地質(zhì)礦物綜合利用研發(fā)中心，北京 100131

阿爾泰南緣是新疆北部重要的銅金多金屬礦床集中產(chǎn)地，沿額爾齊斯成礦構(gòu)造帶分布有眾多金礦床，帶內(nèi)金礦床的形成主要與區(qū)域晚古生代末的造山作用有關(guān)，分布上嚴(yán)格受額爾齊斯大型剪切帶控制(Grovesetal., 1998; 陳華勇等, 2000; Goldfarbetal., 2001)。其中，托庫(kù)孜巴依金礦(簡(jiǎn)稱巴依金礦)是該帶內(nèi)典型金礦床之一。眾多學(xué)者對(duì)其成礦特征、構(gòu)造環(huán)境、成礦時(shí)代、成礦流體以及成礦熱液來(lái)源等進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)研究：多數(shù)學(xué)者認(rèn)為該礦成礦特征符合造山型金礦床(Grovesetal., 1998; 陳華勇等, 2000; Goldfarbetal., 2001; 李光明等, 2007; 田曉云和肖國(guó)蓮, 2007; 周能武等, 2012; 王穎維等, 2018)，部分學(xué)者認(rèn)為該礦屬于動(dòng)力變質(zhì)成因的破碎帶蝕變巖型礦床(董永觀等, 1994; 王燕海等, 2011)；還有些研究結(jié)果證實(shí)該礦床的形成與造山帶構(gòu)造演化的后碰撞伸展構(gòu)造環(huán)境有關(guān)(閆升好等, 2006; 李光明等, 2007)。對(duì)于巴依金礦成礦流體前人也做了初步探究，結(jié)果表明該礦床以氣液包裹體為主，另有純液相、純氣相和含CO2多相包裹體(芮行健和朱韶華, 1993; 程忠富和芮行健, 1996; 李光明等, 2007)，主要賦存在石英脈中，屬于中溫-低鹽度熱液型礦床。包裹體對(duì)流體成礦可以起到很好的指示作用，而流體及金屬來(lái)源對(duì)于金礦礦床類型確定有著重要的意義(范宏瑞等, 1998; Shepherd and Darbyshire, 1981; 王燕海等, 2011)，因此本文選擇流體包裹體作為研究對(duì)象，通過(guò)詳細(xì)的野外地質(zhì)觀察、包裹體巖相學(xué)特征、顯微測(cè)溫、激光拉曼等分析，基本查明巴依金礦流體包裹體組合特征，發(fā)現(xiàn)一類含子礦物的包裹體與成礦關(guān)系密切，揭示成礦過(guò)程中存在沸騰作用，并結(jié)合H-O同位素結(jié)果，探討成礦流體及其演化過(guò)程，為進(jìn)一步明確該礦礦床成因，同時(shí)為探索區(qū)域上類似礦床的成因和成礦規(guī)律提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)及礦床地質(zhì)

1.1 區(qū)域及礦區(qū)地質(zhì)特征

研究區(qū)位于阿爾泰造山帶南緣的額爾齊斯構(gòu)造成礦域，該區(qū)構(gòu)造演化經(jīng)歷了奧陶紀(jì)-志留紀(jì)陸緣俯沖，泥盆紀(jì)陸弧及陸緣邊緣裂解、弧后盆地形成，在晚泥盆世最終洋盆閉合，早石炭世開(kāi)始轉(zhuǎn)入晚或后造山階段(Windleyetal., 2002; Xiaoetal., 2004; Wangetal., 2006)。區(qū)內(nèi)出露地層主要是中泥盆統(tǒng)阿勒泰組和托克薩雷組。北西向瑪爾卡庫(kù)里剪切帶及其次級(jí)斷裂，控制了區(qū)內(nèi)中酸性侵入巖和金、銅礦床的空間展布。區(qū)內(nèi)古生代-中生代發(fā)育多期次巖漿活動(dòng)，但是以古生代巖漿活動(dòng)最為強(qiáng)烈，形成了出露面積達(dá)200km2的哈巴河雜巖體。主要巖性為二長(zhǎng)花崗巖、閃長(zhǎng)巖及輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖等，后期侵入了大量的閃長(zhǎng)巖脈、花崗巖脈和石英脈，這些巖脈非常發(fā)育，充填在斷裂構(gòu)造帶中的蝕變閃長(zhǎng)巖脈和石英脈直接構(gòu)成金礦體(王穎維等, 2018)。

巴依金礦床位于克蘭弧后盆地中(圖1a)，礦區(qū)內(nèi)出露地層主要有中泥盆統(tǒng)阿勒泰組上亞組變石英砂巖、絹云石英千枚巖、結(jié)晶灰?guī)r、凝灰?guī)r、變流紋巖，托克薩雷組上亞組變砂巖、變石英粉砂巖以及少量第三系上新統(tǒng)獨(dú)山子組和第三系(圖1b)。區(qū)內(nèi)巖漿巖主要為哈巴河雜巖體，脈巖較發(fā)育，以閃長(zhǎng)巖脈、斜長(zhǎng)花崗斑巖脈和石英脈為主，分布于哈巴河雜巖體內(nèi)外接觸帶及其附近圍巖中(王穎維, 2018)。礦區(qū)受瑪爾卡庫(kù)里大斷裂控制，構(gòu)造線總體呈北西-南東向展布，褶皺多呈緊閉線狀小規(guī)模無(wú)根褶皺。早期斷裂活動(dòng)以韌性為主，晚期以壓扭性脆性活動(dòng)為主(李光明等, 2007)。

1.2 礦體特征

巴依金礦床主要賦存于阿勒泰組，圍巖內(nèi)侵入大量石英脈、閃長(zhǎng)巖脈和少量二長(zhǎng)花崗斑巖脈(圖1b)，這些巖體(脈)受瑪爾卡庫(kù)里深大斷裂及次一級(jí)斷裂的控制，呈NW-SE向分布。充填在控礦斷裂形成的蝕變閃長(zhǎng)巖脈和石英脈中的金礦化情況較好，部分可以直接形成金礦體。巴依金礦床由一組連續(xù)性不強(qiáng)，NW-SE向延伸雁列式脈狀、透鏡狀礦體組成，斷續(xù)延伸長(zhǎng)約4.5km，寬約1.2km，自東向西按照礦體密集程度大致上可以分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號(hào)三個(gè)礦段。

其中Ⅰ號(hào)礦段，地表斷續(xù)出露約200m長(zhǎng)，礦體厚度大，但礦化不均勻。礦體主要賦存于糜棱巖帶中，走向與剪切帶走向一致(程忠富和芮行健, 1996; 鄭勇等, 2010)，南東向側(cè)伏，傾角較陡，礦體形態(tài)復(fù)雜，呈現(xiàn)出分枝復(fù)合、尖滅再現(xiàn)特點(diǎn)。Ⅱ號(hào)礦段，由數(shù)十個(gè)基本平行于主剪切變形帶方向(310°)的脈狀礦體組成(程忠富和芮行健, 1996)。主礦體(33號(hào)脈)普查深度達(dá)450m，礦體仍未尖滅，礦體平均水平厚度為4.65m。主礦體北部地表局部仍可見(jiàn)礦體、礦化體，脈巖發(fā)育，成礦前景好。Ⅲ號(hào)礦段由大小礦體數(shù)十條組成，平行主剪切變形帶方向，呈雁列式分布，地表出露長(zhǎng)100～400m，厚0.30～4.10m，礦體主要產(chǎn)于蝕變閃長(zhǎng)巖脈內(nèi)(中國(guó)冶金地質(zhì)總局新疆地質(zhì)勘查院, 2008(1)中國(guó)冶金地質(zhì)總局新疆地質(zhì)勘查院. 2008.新疆哈巴河縣托庫(kù)孜巴依礦區(qū)金礦普查地質(zhì)報(bào)告)。

圖2 巴依金礦床圍巖蝕變特征

1.3 圍巖蝕變

礦區(qū)內(nèi)熱液蝕變廣泛發(fā)育，蝕變類型主要有硅化(圖2a)、綠泥石化(圖2b)、綠簾石化(圖2c)、碳酸鹽化(圖2d)、絹云母化和黃鐵礦化等，主要由中基性侵入巖、沉積巖蝕變而成，未見(jiàn)到明顯的蝕變分帶。強(qiáng)硅化蝕變、黃鐵礦化是區(qū)內(nèi)金礦成礦作用最重要特征。

1.4 礦石類型

巴依金礦床主要有兩種礦石類型：含礦石英脈型(圖3a)和含礦蝕變巖型(圖3b)。含礦石英脈長(zhǎng)幾米至百米，脈寬幾厘米至幾米不等，呈斷續(xù)分布；形態(tài)復(fù)雜，規(guī)則充填條帶狀，或疊加改造而成的柔褶狀。區(qū)內(nèi)石英脈可分為混染了圍巖成分的煙灰色石英脈(含礦)和沿構(gòu)造裂隙侵入與圍巖界線分明的乳白色石英脈。

含礦石英脈型礦石中的主要礦石礦物包括：黃鐵礦、黃銅礦、磁鐵礦和自然金(圖3c-e)。脈石礦物主要為石英，局部可見(jiàn)黑云母、絹云母、綠泥石和綠簾石(圖3f, g)。礦石結(jié)構(gòu)具自形-半自形、他形粒狀結(jié)構(gòu)、裂隙填充結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造主要有浸染狀、細(xì)脈浸染狀、細(xì)脈-網(wǎng)脈狀、團(tuán)塊狀、碎裂狀。含礦蝕變巖型礦石常與含礦石英脈型礦石共生，依據(jù)原巖成分的不同，可分為蝕變砂巖型、千枚巖型和蝕變閃長(zhǎng)巖型，并且以蝕變閃長(zhǎng)巖型最為常見(jiàn)。含礦蝕變巖型礦石中的主要礦石礦物與石英脈型礦石基本一致。脈石礦物主要為賦礦原巖礦物及其蝕變礦物，以石英、綠泥石、絹云母為主，次要礦物有黑云母、斜長(zhǎng)石、方解石(圖3h)。礦石結(jié)構(gòu)主要包括自形-半自形結(jié)構(gòu)、他形粒狀結(jié)構(gòu)、裂隙充填結(jié)構(gòu)和交代結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造包括浸染狀構(gòu)造、細(xì)脈-網(wǎng)脈狀構(gòu)造和團(tuán)塊狀構(gòu)造。

1.5 成礦階段

根據(jù)野外脈體穿插關(guān)系、圍巖蝕變、礦物組合及其結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征，將巴依金礦金成礦劃分為4個(gè)階段：

Ⅰ石英-磁鐵礦階段，礦石礦物主要呈現(xiàn)為殘存的自形-半自形的磁鐵礦，(圖4a)，受主構(gòu)造期韌性剪切帶影響，礦物出現(xiàn)定向排列和碎裂化等特征(圖4b)。

圖3 巴依金礦床礦化類型及巖相學(xué)特征

Ⅱ石英-黃鐵礦階段，石英以灰黑色、煙灰色細(xì)粒狀為主，黃鐵礦以比較干凈且自形程度較好的細(xì)粒狀為標(biāo)志，呈浸染狀分布于石英中，局部還可見(jiàn)少量的黃銅礦(圖4c)。該階段石英脈中所含黃鐵礦顏色較淺、較干凈，以自形、半自形為主。并且后期被粗粒石英-黃鐵礦脈沿裂隙侵入，正交偏光下可見(jiàn)定向排列的斑雜狀石英和粗粒狀黃鐵礦(圖4d)。

Ⅲ石英-黃鐵礦-黃銅礦階段，主要礦物有石英、黃鐵礦、黃銅礦等。石英以灰白色、乳白色為主，多呈粗粒狀、脈狀和網(wǎng)脈狀；黃鐵礦顏色偏亮黃色，有強(qiáng)烈的變形、浸染等特征；黃銅礦多與黃鐵礦呈團(tuán)塊狀(圖4e)。反射單偏光鏡下可觀察到黃銅礦與黃鐵礦共生特征，黃鐵礦、黃銅礦等金屬沿石英脈內(nèi)部裂隙填充形成含礦石英脈(圖4f)。

Ⅳ石英-方解石階段，該階段石英與方解石共生(圖4g)，方解石以半自形-他形為主，多為乳白色，鏡下可觀察到兩組解理(圖4h)。石英多為白色-乳白色，伴有極少的細(xì)粒狀黃鐵礦，黃鐵礦較自形。

圖4 巴依金礦床不同成礦階段標(biāo)本及巖相學(xué)特征

2 流體包裹體研究

2.1 樣品及測(cè)試方法

用于本次研究的樣品主要采自巴依金礦地表露頭和井下不同中段。針對(duì)不同成礦階段選取了具有代表性的寬大石英脈、蝕變閃長(zhǎng)巖中的石英細(xì)脈以及石英方解石脈，制成0.3mm厚雙面拋光包裹體薄片50余件，經(jīng)過(guò)巖相學(xué)觀察挑選出包裹體比較發(fā)育、形態(tài)比較規(guī)整、粒徑較大并且能夠兼顧各階段與成礦有密切關(guān)系的各類地質(zhì)體樣片14件，使用丙酮浸泡后清洗干凈，選擇具有代表性的不同類型包裹體開(kāi)展均一法-冷凍法測(cè)溫實(shí)驗(yàn)和激光拉曼光譜分析。同時(shí)在用于包裹體研究的原標(biāo)本上選取適量石英進(jìn)行單礦物破碎-提純來(lái)完成氫-氧同位素示蹤研究，共計(jì)11件樣品。

流體包裹體測(cè)溫分析在中國(guó)冶金地質(zhì)總局礦產(chǎn)資源研究院完成，使用蔡司偏光顯微鏡和英國(guó)Linkam THMSG600冷熱臺(tái)完成實(shí)驗(yàn)，冷熱臺(tái)測(cè)溫范圍在-196～600℃之間，精度為±1.0℃。冷凍及加熱初始溫控速率設(shè)置在28℃/min，接近觀察時(shí)將變化速率降低。為避免包裹體在加熱中爆裂，先進(jìn)行冷凍測(cè)試，臨近相變時(shí)升溫速率由開(kāi)始的20℃/min，降至0.1℃/min。所測(cè)數(shù)據(jù)包括：氣液兩相包裹體的冰點(diǎn)溫度和完全均一溫度；含子晶三相包裹體的氣液兩相體均一溫度和子礦物熔化溫度；含液態(tài)CO2三相包裹體的CO2冰熔化溫度、CO2籠合物熔化溫度和CO2部分相均一溫度。其中氣液兩相水溶液包裹體鹽度是使用所測(cè)冰點(diǎn)溫度根據(jù)流體包裹體冷凍法冰點(diǎn)與鹽度關(guān)系表(Bodnar, 1993)獲得，含子晶三相包裹體的鹽度利用子礦物熔化溫度(Halletal., 1988)求得，含液態(tài)CO2的三相包裹體鹽度根據(jù)CO2籠合物熔化溫度和鹽度關(guān)系表(Collins, 1979)獲得。

單個(gè)流體包裹體激光拉曼顯微探針測(cè)試在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所流體包裹體研究實(shí)驗(yàn)室完成。測(cè)試儀器為L(zhǎng)abRam HR激光拉曼光譜儀，波長(zhǎng)532nm。

分別選取巴依金礦四個(gè)成礦階段中的石英單礦物作為測(cè)試對(duì)象，對(duì)其包裹體內(nèi)流體氫同位素和石英礦物氧同位素分別作了測(cè)試，測(cè)試工作在北京核工業(yè)地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心完成，氫同位素使用型號(hào)為MAT-253氣體同位素質(zhì)譜計(jì)，氧同位素使用型號(hào)為Delta V advantage儀器。檢測(cè)項(xiàng)目由參數(shù)為石英O及包裹體D同位素組成；以DZ/T 0184.19—1997《水中氫同位素鋅還原法》和DZ/T0184.13—1997《硅酸鹽及氧化物氧同位素組成的五氟化溴法測(cè)定》作為檢測(cè)方法和依據(jù)。

2.2 流體包裹體類型

使用光學(xué)顯微鏡對(duì)各成礦階段石英中流體包裹體進(jìn)行巖相學(xué)觀察，發(fā)現(xiàn)石英中的流體包裹體形態(tài)各異、分布不均，整體粒徑非常小，大多為5μm以下，依據(jù)包裹體在室溫下的相態(tài)，原生包裹體和次生包裹體可明確區(qū)分出來(lái)，現(xiàn)將其劃分為3類4個(gè)亞類，具體分述如下：

表1 巴依金礦床流體包裹體型測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)表

Table 1 The thermometry results of fluid inclusion of the Bayi gold deposit

樣品特征寄主礦物類型(測(cè)試個(gè)數(shù))大小(μm)冰點(diǎn)/子晶熔化溫度(℃)均一/氣相消失溫度(℃)CO2冰熔化溫度(℃)籠合物熔化溫度(℃)部分相均一溫度(℃)鹽度(%NaCleqv)范圍均值范圍均值范圍均值范圍均值范圍均值范圍均值含磁鐵礦石英脈含黃鐵礦石英脈多金屬石英脈含方解石石英脈石英Ⅰ1A(15)3～18-10.7～-4.6-6.9352.9～413.4371.1______7.3～14.710.4Ⅱ1A(56)2～12-7.1～-1.6-3.8186.0～314.5233.1______2.7～10.66.0Ⅱ1B(14)3～13-11.4～-5.0-7.2208.3～339.8281.7______7.9～15.410.6Ⅱ2(5)3～8114.0～201.0154.6281.0～324.4319.1______36.7～44.340.9Ⅲ1A(59)2～10-5.6～-0.7-1.9141.0～186.4161.0______1.1～8.83.1Ⅲ3(10)3～18____-60.5～-56.4-58.08.0～10.08.720.4～28.523.10.0～3.92.0Ⅳ1A(36)2～15-2.6～-0.1-0.9102.0～140.0123.0______0.2～4.31.5

1型氣液兩相包裹體(L+V)：依據(jù)氣液占比可劃分為兩個(gè)亞類：1A為富液型，包裹體氣相部分在室溫下充填度小于50%，多孤立或成群分布，形態(tài)主要為橢圓形、近圓形、長(zhǎng)條形和負(fù)晶形(圖5a)，長(zhǎng)軸最大18μm(表1)，升溫后均一至液相。1B為富氣型，包裹體氣相部分在室溫下充填度大于50%，形狀多為半圓形、渾圓形、橢圓形等，常與1A型包裹體共生(圖5b)。長(zhǎng)軸范圍在3～13μm左右(表1)，升溫后均一至氣相。

2型含子礦物包裹體：室溫下該類包裹體氣相填充一般在10%～15%左右，形態(tài)主要有近圓形、橢圓形、負(fù)晶形，長(zhǎng)軸范圍在3～8μm之間(表1)，多與1A、1B型包裹體共生(圖5c, d)。子晶主要為石鹽或方解石，石鹽形態(tài)以立方體為特征(圖5e)，方解石形狀不一，多呈短柱狀，渾圓狀，靠近包裹體氣相分布，顏色為白色或無(wú)色透明(5c, d)。

3型含(富)CO2三相包裹體：該類包裹體由VCO2、LCO2、LH2O三相組成，CO2部分占包裹體總體積的30%～80%，部分包裹體在室溫下可以觀察到兩相，降溫后出現(xiàn)三相。主要呈不規(guī)則形狀、半圓形和近圓形(圖5f～h, i-2)，多與原生水溶液包裹體共生(圖5h, i-2)。長(zhǎng)軸范圍在3～18μm左右(表1)，升溫后均一致液態(tài)CO2或氣態(tài)CO2。

2.3 流體包裹體分析結(jié)果

2.3.1 顯微測(cè)溫

對(duì)巴依金礦各個(gè)成礦階段石英中流體包裹體顯微測(cè)溫結(jié)果如下：

(1)第Ⅰ成礦階段

Ⅰ為成礦早階段，流體包裹體主要賦存于含磁鐵礦石英脈中，該階段成礦流體溫度較高，包裹體類型以1A型為主(圖6)，不同區(qū)域的豐度差異較大，均一溫度較高352.9～413.4℃(表1)，峰值出現(xiàn)在370.0～390.0℃區(qū)間(圖6)，均值371.1℃(表1)。冰點(diǎn)溫度范圍在-10.7～-4.6℃區(qū)間，鹽度變化范圍在7.3%～14.7% NaCleqv，平均鹽度10.4% NaCleqv(表1和圖7)。

圖5 巴依金礦流體包裹體照片

(2)第Ⅱ-Ⅲ成礦階段

第Ⅱ、第Ⅲ為主要成礦階段，并且有明確的先后穿插關(guān)系(圖5i)。第Ⅱ階段的流體包裹體賦存于含黃鐵礦的煙灰色、灰黑色等深色石英脈中，該階段流體包裹體類型豐富(圖6)，以1A型為主(圖5i-1)，局部可見(jiàn)1A型、1B型與2型共生(圖5c, d)，也可見(jiàn)2型包裹體與1A型包裹體共生現(xiàn)象(圖i-3)。成礦均一溫度范圍整體較寬186.0～339.8℃(表1)，峰值出現(xiàn)在210.0～230.0℃區(qū)間內(nèi)(圖6)，整體鹽度變化范圍很大2.7%～44.3% NaCleqv(表1和圖7)。其中1A型包裹體均一溫度范圍在186.0～314.5℃區(qū)間，均值223.1℃(表1)。冰點(diǎn)溫度范圍在-7.1～-1.6℃區(qū)間，鹽度范圍在2.7%～10.6% NaCleqv，平均鹽度6.0% NaCleqv(表1和圖7)。1B型包裹體粒徑相對(duì)較大，形態(tài)較規(guī)則，均一溫度變化范圍為208.3～339.8℃，均值281.7℃(表1)。冰點(diǎn)溫度范圍在-11.4～-5.0℃區(qū)間，鹽度范圍7.9%～15.4% NaCleqv，平均鹽度10.6% NaCleqv(表1和圖7)。觀察過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分1B型包裹體出現(xiàn)氣泡跳動(dòng)不明顯且臨界均一時(shí)氣泡邊界突然消失而達(dá)到均一(牛斯達(dá)等, 2014)。2型包裹體只在該階段發(fā)育，升溫后氣泡先于子晶消失，通過(guò)子晶溶解達(dá)到均一狀態(tài)，這類包裹體捕獲于原始過(guò)飽和溶液(盧煥章等, 2004)，最終均一溫度范圍在281.0～324.4℃，平均值為319.1℃，平均鹽度可達(dá)40.9% NaCleqv(表1)。第Ⅲ階段的流體包裹體主要賦存于含黃鐵礦-黃銅礦的灰白色石英脈中，共有兩種類型，分別是1A型和3型(圖6)。1A型包裹體可觀察豐度較大，均一溫度變化141.0～186.4℃范圍內(nèi)，均值為160.0℃(表1)，頻數(shù)的峰值出現(xiàn)在150～170℃區(qū)間(圖6)。冰點(diǎn)溫度為-5.7～-0.7℃，鹽度范圍在1.1%～8.8% NaCleqv，平均鹽度為3.1% NaCleqv(表1和圖7)。3型包裹體只出現(xiàn)在該階段，包括H2O-CO2和富CO2兩種相態(tài)且與1A型包裹體共生(圖5i-2)，三相點(diǎn)溫度為-60.5～-56.4℃，平均-58.0℃(表1)，低于純CO2的三相點(diǎn)溫度。H2O-CO2包裹體在加熱的過(guò)程中，測(cè)得籠合物熔化溫度范圍8.0～10.0℃，由此可知其鹽度在0.0%～3.9% NaCleqv范圍內(nèi)，平均鹽度值為2.0% NaCleqv(表1)。

圖6 巴依金礦床分階段、分類別流體包裹體均一溫度直方圖

圖7 巴依金礦床分階段流體包裹體均一溫度-鹽度圖

(3)第Ⅳ階段

第Ⅳ為成礦晚階段，方解石從含豐富碳酸鹽組份的溶液中結(jié)晶出來(lái)侵入石英脈裂隙，形成含方解石石英大脈，并且伴有輕微的黃鐵礦化，流體包裹體主要賦存在與方解石同期形成的石英中，該階段只測(cè)得1A型包裹體(圖6)，大小約2～15μm(表1)，個(gè)體較小者多成群分布，個(gè)體稍大者獨(dú)立出現(xiàn)，均一溫度范圍在102.0～140.0℃，均值為123.0℃，峰值出現(xiàn)在130～150℃區(qū)間(表1和圖6)。其冰點(diǎn)溫度范圍是-2.6～-0.1℃，鹽度整體較低0.2%～4.3% NaCleqv(表1和圖7)。

2.3.2 激光拉曼探針?lè)治?/p>

測(cè)試對(duì)象為巴依金礦不同成礦階段石英脈中的流體包裹體，從激光拉曼圖譜可看出石英中流體包裹體液相成分檢測(cè)到寬緩的水峰(圖8a，3373峰；圖8e，3278峰)，氣相成分有較明顯的CO2峰(圖8b，1384峰；圖11c，1383峰；圖11d，1279峰和1383峰)，和H2O峰(圖8c，3408峰；圖8d，3327峰)，固相成分檢測(cè)結(jié)果主要為CaCO3峰(圖8e，1085峰；圖8f，1085峰)。因此可將巴依金礦成礦流體系統(tǒng)歸為NaCl-H2O-CO2體系來(lái)進(jìn)行討論較為合理。

2.3.3 氫-氧同位素特征

成礦流體來(lái)源是揭示礦床成因的重要因素之一，形成礦床的成礦熱液可以是鹵水、同生水、大氣降水、變質(zhì)水和巖漿水等，而熱液流體中的氫氧同位素是研究不同成因熱液的示蹤劑(王燕海等, 2011)。

本次實(shí)驗(yàn)測(cè)得石英包裹體的δD水同位素值變化范圍在-97.4‰～-81.1‰之間，極差達(dá)到16.3‰：第Ⅰ階段為-85.1‰；第Ⅱ階段為-95.1‰～-86.6‰，均值-90.1‰；第Ⅲ階段為-97.4‰～-81.1‰，均值-90.83‰；第Ⅳ階段為-93.9‰～-87.1‰(表2)。石英的δ18Ov同位素值變化范圍在10.7‰～12.0‰；利用Clayton平衡方程式將測(cè)試樣品流體包裹體均一溫度(已換算為開(kāi)爾溫度)計(jì)算獲得與石英達(dá)到平衡時(shí)流體δ18O流體同位素值的變化范圍為-3.52‰～5.30‰：第Ⅰ階段為5.31‰；第Ⅱ階段為0.20‰～1.50‰，均值為0.85‰；第Ⅲ階段為-1.53‰～-0.63‰，均值-1.23‰；第Ⅳ階段為-3.52‰～-3.42‰，均值為-3.47(表2)，經(jīng)過(guò)計(jì)算的δ18O值和石英流體包裹體水的δD測(cè)定值代表了石英圈閉的成礦流體H、O同位素組成(申萍等, 2004)。

表2 巴依金礦床石英氧同位素和流體包裹體氫同位素組成

Table 2 Oxygen isotope composition of quartz and hydrogen isotopes of fluid inclusions in the Bayi gold deposit

樣品號(hào)樣品特征成礦階段均一溫度(℃)δ18O石英(‰)δ18O流體(‰)δD水(‰)BY1-5-86-3石英脈Ⅰ33011.25.31-85.1BY3-6-85-1石英脈Ⅱ22010.70.20-86.617BYL2-8-7含硫化物石英脈Ⅱ22012.01.50-95.117BYL2-20乳白色含硫化物石英脈Ⅱ22011.51.00-93.117BYL2-10閃長(zhǎng)巖中的石英硫化物脈Ⅱ22011.20.70-88.6BYA3-7-104-1粗粒石英脈Ⅲ18611.1-1.53-93.3BY1-6-81-1煙灰色含硫化物石英脈Ⅲ18611.2-1.43-81.117BYL3-10-1含硫化物石英脈Ⅲ18612.0-0.63-91.517BY3-10-11煙灰色含黃鐵礦、綠簾石石英脈Ⅲ18611.3-1.33-97.4BY2-6-100-1石英方解石脈Ⅳ16011.1-3.52-93.9BY1-5-88-2煙灰色石英脈Ⅳ22011.2-3.42-87.1

注：δ18O水采用10001nα石英-水=3.38×106T-2-3.40(Claytonetal., 1972)公式計(jì)算獲得

圖8 巴依金礦床流體包裹體激光拉曼圖譜

圖9 巴依金礦不同成礦階段石英脈中的流體包裹體溫度-鹽度散點(diǎn)圖

3 討論

3.1 成礦流體特征與演化過(guò)程

流體包裹體研究表明，巴依金礦床的包裹體可以分3類4個(gè)亞類：水溶液包裹體(1A型、1B型)、含子礦物包裹體(2型)和含(富)CO2包裹體(3型)。成礦早階段(Ⅰ)以1A型包裹體為主，均一溫度-鹽度較高(352.9～413.4℃，7.3%～14.7% NaCleqv)；主要成礦階段(Ⅱ、Ⅲ)包裹體類型豐富：1A型、1B型、2型和3型，均一溫度范圍在141.0～339.8℃，鹽度范圍在0.0%～44.3% NaCleqv；成礦晚階段(Ⅳ)包裹只有1A型，且均一溫度-鹽度非常低(102.0～140.0℃，0.2%～4.3% NaCleqv)。具體分述如下：

成礦早階段(Ⅰ)大量1A型包裹體賦存在含磁鐵礦的石英脈中，均一溫度-鹽度較高。

主成礦階段(Ⅱ、Ⅲ)包裹體主要賦存在含黃鐵礦的煙灰色、灰黑色石英脈和含黃鐵礦-黃銅礦的灰白色石英脈中，除1A型包裹外，還產(chǎn)有1B型、2型、3型包裹體，且均與1A型包裹共生，其中2型與1B型包裹體也為共生關(guān)系。第Ⅱ成礦階段，1A型和1B型原生包裹體共生，1A型包裹體均一溫度范圍較寬(186.0～314.5℃)，而1B型包裹體均一溫度范圍在208.3～339.8℃區(qū)間，這兩類包裹體雖處于同一階段，但均一方式不同，1A型包裹體均一至氣相，1B型包裹體均一至液相。從溫度-鹽度圖(圖9)中可知1A型包裹體與1B型包裹體均一溫度范圍大致相同，鹽度1A型比1B型低，二者溫度-鹽度測(cè)試結(jié)果結(jié)合包裹體組合特征，認(rèn)為這兩種包裹體可能是在流體不均一狀態(tài)下所捕獲。含子礦物的2型包裹體升溫后氣泡先消失，直至子礦物溶解達(dá)到最終完全均一狀態(tài)。根據(jù)均一溫度-鹽度測(cè)試結(jié)果顯示，1B型和2型包裹體具有一致的均一溫度(310.0～324.4℃)(圖10)，表明在相對(duì)穩(wěn)定的溫度下壓力逐漸減小，產(chǎn)生最早的便是2型包裹體。因此本次研究選擇1B型和2型包裹體作為沸騰流體包裹體組合的特征(Lietal., 2017)進(jìn)行探討。

流體沸騰是成礦系統(tǒng)中常見(jiàn)現(xiàn)象，前人對(duì)此做過(guò)詳細(xì)的總結(jié)(盧煥章等, 2004)。根據(jù)測(cè)溫資料及包裹體組合特征認(rèn)為巴依金礦成礦流體可能具有這一現(xiàn)象的理由如下：(1)在同一階段的石英脈中1B型和2型包裹體顯示密切共生關(guān)系(圖9、圖10)；(2)1B型和2型包裹體顯示相近的均一溫度，但鹽度截然不同(圖9)；(3)1B型包裹體通過(guò)液相消失達(dá)到均一，而2型包裹體是通過(guò)子礦物消失達(dá)到均一。結(jié)合兩種包裹體組合形式以及溫度-鹽度測(cè)試結(jié)果，認(rèn)為該階段流體包裹體非均一捕獲，且在捕獲過(guò)程中可能發(fā)生了沸騰作用(Shepherd and Darbyshire, 1981)。

成礦第Ⅰ階段的流體為中等鹽度，第Ⅱ階段的流體出現(xiàn)高鹽度與中低鹽度同時(shí)存在，由于沸騰作用，使第Ⅰ階段的初始金屬絡(luò)合物不再穩(wěn)定，在第Ⅱ階段中快速沉淀，流體因鹽度發(fā)生了顯著變化致使金在熱液中沉積(Lietal., 2017)。因此判斷沸騰作用是導(dǎo)致該階段成礦的主要因素(Yangetal., 2017)。

圖10 第Ⅱ成礦階段的代表性包裹體測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)

圖11 巴依金礦包裹體中δD-δ18O關(guān)系圖

隨著流體演化至第Ⅲ階段，1A型和3型包裹體密切共生(圖5i-2)。根據(jù)顯微測(cè)溫結(jié)果可知H2O-CO2包裹體的初熔溫度均低于純CO2三相點(diǎn)溫度，介于-60.5～-56.4℃，由此可推測(cè)3型包裹體中除CO2，還存在其他揮發(fā)分。1A型包裹體鹽度高于3型包裹體鹽度，并且1A型包裹體鹽度變化范圍大于3型包裹體包裹體鹽度變化范圍(表1)。造成這一現(xiàn)象的原因可能是在NaCl-H2O-CO2流體不均勻狀態(tài)下捕獲了兩個(gè)端元組分的包裹體，并且在捕獲過(guò)程中流體壓力突然減小導(dǎo)致CO2氣體從溶液中分逸出來(lái)，使流體中pH值增大(Skinner, 1979)，有利的成礦物質(zhì)開(kāi)始沉淀(芮宗瑤等, 2003; 牛斯達(dá)等, 2014)，這與激光拉曼測(cè)得石英流體包裹體中具有CO2特征峰譜的結(jié)果一致。在溫度、壓力下降，流體不均勻等條件下流體鹽度降低，減弱了溶解和搬運(yùn)金屬的能力從而導(dǎo)致金屬沉淀析出形成礦石(Brimhall and Crerar, 1987; Halsall and Sawkins, 1989; 華仁民, 1994; 張德會(huì), 1997; 張作衡等, 2004, 2007; 劉敏等, 2009)。成礦熱液系統(tǒng)在350℃以下，尤其在300～180℃之間是金屬硫化物溶解度從高到低的轉(zhuǎn)變階段(Helgeson, 1969)，因此石英-黃鐵礦和石英-黃鐵礦-黃銅礦階段有大量攜金硫化物生成。這是造山型金礦床常見(jiàn)的一種成礦特征(Bodnaretal., 2014)。

成礦晚階段(Ⅳ)包裹體主要賦存在石英-碳酸鹽脈中，只有1A型，且均一溫度和鹽度非常低。

基于流體包裹體研究結(jié)果，判斷巴依金礦流體包裹體捕獲期間，成礦流體應(yīng)處于一種不均勻的狀態(tài)(Shepherd and Darbyshire, 1981)；早階段具有中高溫?zé)嵋禾卣?，中晚階段演化為中低溫?zé)嵋?。成礦流體中含有子礦物包裹體，雖然鹽度高但數(shù)量較少，因此認(rèn)為巴依金礦成礦流體屬于一套中低鹽度NaCl-H2O-CO2流體體系。

3.2 流體來(lái)源

從δD-δ18O關(guān)系圖(圖11)中可以看出巴依金礦床不同成礦階段石英δ18O、δD同位素?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)均在變質(zhì)水與巖漿水下方，但是巖漿水δ18O范圍為5.5‰～9.5‰，δD范圍為-80‰～-40‰(Sheppard, 1986; Hedenquist and Lowenstern, 1994)，本區(qū)成礦流體的δ18O和δD都小于巖漿水范圍，由此判斷該區(qū)成礦作用中成礦流體源可能主要來(lái)自變質(zhì)熱液。在關(guān)系圖中進(jìn)一步可以看出，成礦熱液不斷從變質(zhì)水向大氣水演化，證明含磁鐵礦階段可能以變質(zhì)水為主，有少量大氣水參與；石英-黃鐵礦到石英-黃鐵礦-黃銅礦階段再到碳酸鹽階段，δ18O和δD的值逐漸從變質(zhì)水向雨水線漂移，反映了早階段高溫高鹽度變質(zhì)水與大氣水混合，致使成礦流體溫度降低，鹽度稀釋，造成硫化物沉淀富集從而成礦(趙凱, 2014; Heetal., 2016; 王璇等, 2018)。成礦流體混合特征與包裹體測(cè)溫和巖相學(xué)特征所得結(jié)論一致。

δ18O-δD測(cè)試數(shù)據(jù)表(表2)中顯示：δ18O值從第I階段的5.3‰突變至主要成礦階段(Ⅱ、Ⅲ)的0.20‰～-1.53‰，表明成礦早階段流體可能以溝渠式流動(dòng)，而在成礦中晚階段由于韌性剪切抬升，大氣水滲透參與成礦，流體改變?yōu)闈B透的形式流動(dòng)(李光明等, 2007)。主要成礦階段(Ⅱ、Ⅲ)δD值整體偏低可能與沸騰作用有關(guān)，D同位素分餾作用傾向富集于氣相組分(Horita and Wesolowski, 1994),故在沸騰作用過(guò)程中氣相H2O不斷從熱液中逃逸并伴隨著D的遺失，導(dǎo)致成礦熱液中δD的值降低(王璇等, 2018)。這一觀點(diǎn)與流體包裹體測(cè)溫中主要成礦階段出現(xiàn)沸騰作用的結(jié)論一致。上述特征可能是因?yàn)樵珉A段成礦熱液與周圍巖石進(jìn)行了強(qiáng)烈的水-巖反應(yīng)，致使熱液中的氫、氧同位素與巖石中的氫、氧同位素進(jìn)行互換，反映了與造山-變質(zhì)巖漿熱液活動(dòng)有關(guān)(王燕海等, 2011)。

3.3 礦床成因類型

多數(shù)專家在研究巴依金礦時(shí)都認(rèn)為該礦床屬于造山型金礦床(陳華勇等, 2000, 2007; 程忠富和芮行健, 1996; Grovesetal., 1998; Goldfarbetal., 2001; 李光明等, 2007; 王穎維等, 2018)。造山型金礦通常與增生造山作用緊密相關(guān)，主要具有以下特征：礦體主要賦存于脆-韌性斷裂蝕變巖中或石英脈中，形態(tài)和規(guī)模明顯受構(gòu)造作用控制，呈平行斜列式脈群，以似層狀、脈狀產(chǎn)出；礦石一般由含金的石英和碳酸鹽脈組成，主要礦石礦物為黃鐵礦；蝕變礦物以石英、碳酸鹽、云母、綠泥石為主(倪培等, 2018)。前人人系統(tǒng)總結(jié)了全球典型造山型金礦床成礦特征后，提出該類型礦床成礦作用與H2O-CO2流體有著密切的聯(lián)系(Goldfarbetal., 2001; 王燕海等, 2011)，成礦熱液主要來(lái)自于變質(zhì)水，并且富含CO2(倪培等, 2018)。流體包裹體研究是礦床類型判斷的最重要證據(jù)之一，中低溫、低鹽度、富CO2這一特點(diǎn)是造山型礦床區(qū)別于其他類型礦床的重要標(biāo)志之一(Grovesetal., 1998; 陳衍景等, 2007; Goldfarbetal., 2001)。

結(jié)合前人已有的研究成果，我們通過(guò)對(duì)巴依金礦的地質(zhì)背景-圍巖蝕變-礦石類型-成礦階段-包裹體特征-成礦流體來(lái)源等多方面進(jìn)行了系統(tǒng)的探討，認(rèn)為巴依金礦床具有造山型金礦床的一些主要特征：

(1)巴依金礦床的形成與馬爾卡庫(kù)里韌性剪切變形帶緊密相關(guān)，隨著韌性剪切作用的不斷發(fā)育和發(fā)展形成中-晚階段韌-脆性逆沖構(gòu)造剪切帶；(2)礦體主要賦存于脆-韌性斷裂蝕變巖中或石英脈中，礦體形態(tài)、規(guī)模受構(gòu)造作用控制，礦體呈平行斜列式以層狀或脈狀產(chǎn)出(倪培等, 2018)；(3)礦石主要由含金石英脈產(chǎn)出，主要的礦石礦物為黃鐵礦和黃銅礦；(4)蝕變礦物以石英、絹云母、綠泥石、綠簾石等為主；(5)構(gòu)造-成礦流體為NaCl-H2O-CO2，且鹽度較低。

根據(jù)以上推論判斷巴依金礦床形成于碰撞造山過(guò)程中，含金地層沿額爾齊斯斷裂或其次級(jí)斷裂向東北俯沖，在板片下插過(guò)程中，由于溫度、壓力不斷升高，中低晶格能物質(zhì)(如H2O，金屬硫化物，石英等)逃離，形成初期變質(zhì)熱液中金等成礦物質(zhì)，以硫化絡(luò)合物的形式存在于流體中(陳華勇等, 2000)，碰撞擠壓轉(zhuǎn)向伸展時(shí)，由于減壓分熔作用，產(chǎn)生更大量的熱液，強(qiáng)烈的俯沖、碰撞作用導(dǎo)致區(qū)內(nèi)變質(zhì)作用強(qiáng)烈、斷裂構(gòu)造發(fā)育，帶來(lái)極為豐富的熱液，斷裂的發(fā)育為熱液活動(dòng)提供了充足的運(yùn)移通道和滲入空間，成礦物質(zhì)隨溫度和空間的變化逐漸向成礦構(gòu)造靠近(Hayashi and Ohmoto, 1991; Benning and Seward, 1996; Ilchik and Barton, 1997; Mikucki, 1998; 申萍等, 2004)，在成礦中后期因大氣降水不斷滲入，混合后的成礦流體溫度鹽度降低，溫度的降低使原本流動(dòng)礦物質(zhì)冷凝沉淀，鹽度的降低減弱了流體搬運(yùn)和溶解金屬的能力，從而導(dǎo)致金屬物質(zhì)富集成礦。

4 結(jié)論

(1)巴依金礦的成礦過(guò)程由早到晚經(jīng)歷4個(gè)階段：含磁鐵礦-石英階段；石英-硫化物階段；多金屬硫化物階段；石英-方解石階段。

(2)巴依金礦流體包裹體類型主要包括水溶液包裹體(富液相和富氣相)、含子晶包裹體和含(富)CO2包裹體。成礦早階段流體主要來(lái)自于變質(zhì)熱液，中晚階段不斷有大氣降水參與溫度-鹽度降低，成礦流體為一套中低鹽度NaCl-H2O-CO2體系。

(3)巴依金礦主要成礦階段(Ⅱ、Ⅲ)發(fā)生的沸騰作用、壓力降低、流體混合是導(dǎo)致金礦化的主要原因。

(4)巴依金礦與馬爾卡庫(kù)里韌性剪切變形帶緊密相關(guān)，其礦體形態(tài)、圍巖蝕變、礦物組成以及包裹體特征可以表明巴依金礦是造山型金礦。

致謝本次研究野外工作得到正元國(guó)際礦業(yè)有限公司礦山工作人員的支持；樣品采集、室內(nèi)鑒定、資料整理受到中國(guó)冶金地質(zhì)總局礦產(chǎn)資源研究院陳彤、趙立群的大力協(xié)助；激光拉曼電子探針得到中國(guó)科學(xué)研究院地質(zhì)與地球物理所黃亮亮老師的幫助；氫-氧同位素實(shí)驗(yàn)得到北京核工業(yè)地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心諸位老師的幫助；審稿專家提出了寶貴的修改意見(jiàn)；謹(jǐn)此一并致謝。