海南抱倫金礦床流體包裹體及成因機(jī)理研究

沈澤東，劉玉琳

( 1.北京大學(xué) 造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100871；2.北京大學(xué) 地球與空間科學(xué)學(xué)院，北京 100871 )

0 引言

抱倫金礦床是我國大型富鉍、碲元素的金礦床之一，金資源儲量可達(dá)70 t，平均品位大于20×10-6，潛力很大。目前，對已發(fā)現(xiàn)礦體的開采工作已進(jìn)入后期，急需探索并發(fā)掘新的金礦資源來滿足國家生產(chǎn)發(fā)展的需要。如若針對抱倫金礦產(chǎn)開展新一輪的勘探和開發(fā)，使其重新煥發(fā)活力，那么深入研究其成因機(jī)理則顯得尤為重要。前人針對有關(guān)礦床金沉淀機(jī)制的研究主要形成以下幾方面的認(rèn)識：① 成礦過程中，不同階段壓力變化產(chǎn)生的流體不混溶現(xiàn)象以及大氣降水參與的流體作用是促使礦物質(zhì)發(fā)生沉淀的最重要因素[1]；② 水巖反應(yīng)和液態(tài)不混溶作用是導(dǎo)致抱倫金礦形成的重要因素[2]。③ 多種因素導(dǎo)致抱倫金礦的形成，主要以成礦過程中流體演化帶來的減壓降溫、大氣降水與富礦流體混合導(dǎo)致流體中氧逸度升高、水巖反應(yīng)造成的流體酸堿度升高等[3]。以上成果雖對了解抱倫金礦的形成存在一定的幫助，但是由于研究過程中礦物組合類型未能統(tǒng)一，并且研究局限于礦床內(nèi)的單一礦體，致使金沉淀機(jī)制仍具有一定爭議。

礦床成礦流體特征與金沉淀機(jī)制是厘定礦床成因的重要手段[4-5]。本文基于礦物地質(zhì)及流體包裹體測試特征的研究，對抱倫金礦的成礦階段進(jìn)行了劃分，對流體演變規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)。在此基礎(chǔ)上，探討抱倫大型金礦床成因機(jī)制。

1 區(qū)域與礦床地質(zhì)

1.1 區(qū)域地質(zhì)

海南島位于華南板塊南端，兩條近EW向的九所—陵水?dāng)鄬雍屯跷濉慕虜鄬訉⒑Ｄ蠉u分為3個(gè)主要構(gòu)造塊，其中抱倫金礦床位于海南島西南部五指山褶皺帶內(nèi)尖峰嶺復(fù)式花崗巖體的東南部(圖1a)[6]。

區(qū)內(nèi)地層廣泛發(fā)育從中元古界長城系至新生界第四系的沉積物。其中，中元古界長城系抱板群位于礦區(qū)西南部，以戈枕村組、峨文嶺組上下兩個(gè)地層單位組成，巖性以變質(zhì)的片麻巖、混合巖為主；下古生界志留系陀烈組在礦區(qū)中部以及其北側(cè)均有發(fā)育，炭質(zhì)絹云母千枚巖等巖石賦存其中；中生界白堊系分布于礦區(qū)東緣，以陸源河流相建造為主，巖性主要由礫巖、砂礫巖組成(圖1a)[2]。

圖1 尖峰嶺巖體(a)及海南抱倫金礦床(b)區(qū)域地質(zhì)簡圖(據(jù)文獻(xiàn)[2]和[7]，略有修改)Fig.1 Regional geological sketch map of Jianfengling rock mass(a)and Baolun gold deposit in Hainan(b)

1.2 礦床地質(zhì)

抱倫金礦區(qū)出露地層主要為侏羅紀(jì)尖峰嶺花崗巖體(礦區(qū)西北部)、志留系陀烈組(礦區(qū)中部)以及白堊系(礦區(qū)東南部)。其中，尖峰嶺花崗巖體與陀烈組呈侵入式接觸，白堊系與陀烈組呈斷層接觸(圖1a)。金礦床主要分布于志留系陀烈組含炭質(zhì)千枚巖、絹云母石英千枚巖中(圖1b)。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造NE向的壩毫山—鐵彎嶺逆沖斷層是本區(qū)構(gòu)造的基礎(chǔ)，陀烈組和鹿母灣組分別為其上、下盤。斷裂西部發(fā)育13條構(gòu)造破碎帶，并與豪崗嶺背斜疊合。其中，主礦床大多賦存于Tr1號構(gòu)造破碎帶中，Tr4、Tr5號礦產(chǎn)資源量緊隨其后，巖石類型為富含金的石英脈，其余破碎帶中出現(xiàn)有少量礦體，顯示出良好的勘探前景。Tr1和Tr4礦體具有高金品位特征，分別為1.54×10-6～29.48×10-6與2.39×10-6～13.00×10-6，因此本文將以Tr1、Tr4礦體為重點(diǎn)研究對象。根據(jù)野外現(xiàn)象可知，Tr1-3礦體的長度和規(guī)模較大，向北延伸明顯穿入北部的尖峰嶺花崗巖體中(圖1b)[7]，表明Tr1-3礦體于尖峰嶺花崗巖體之后形成，而Tr4礦體未見與尖峰嶺花崗巖體有明顯的接觸關(guān)系，兩者形成的先后關(guān)系還需更多的證據(jù)佐證，其余礦體的金品位較低，本文不做相關(guān)研究。

2 礦物巖相學(xué)特征

2.1 礦物組合

抱倫金礦礦石類型主要為含金石英脈型礦石(圖2)。通過對Tr1和Tr4礦體礦石手標(biāo)本觀察發(fā)現(xiàn)，兩條礦體中石英在不同成礦時(shí)期特征相似：早期呈乳白色，粒度較粗，為0.5～3.0 mm，石英脈中裂隙發(fā)育(圖2a、2c)；中期呈煙灰色，他形粒狀或鱗片變晶結(jié)構(gòu)，粒度一般在0.1～0.5 mm范圍內(nèi)，呈無規(guī)律發(fā)育的細(xì)脈狀與早期粗粒石英伴隨共生(圖2b、2d)。鏡下觀察兩條礦體礦石礦物組成稍有不同，Tr1礦體富含大量的自然金以及含金礦物，常與方鉛礦共生(圖3d、3e、3f)。其中自然金呈半自形-他形晶，粒度在10～30 μm范圍內(nèi)。黃鐵礦和磁黃鐵礦為主要的硫化物，黃銅礦、方鉛礦在中階段含量較少，閃鋅礦(圖3d)和毒砂(圖3f)呈極少量，幾乎在鏡下不可見。Tr4礦體中以大量毒砂和黃鐵礦、磁黃鐵礦共生為主(圖3h)，還有少量黃銅礦、方鉛礦和閃鋅礦。兩種礦體均以石英、綠泥石和碳酸鹽巖礦物等為主要的脈石礦物組合(圖3)。

圖2 抱倫金礦床礦石手標(biāo)本特征Fig.2 Photographs of ore hand specimen inBaolun gold deposit

2.2 成礦階段劃分

根據(jù)礦石手標(biāo)本及鏡下的礦物組成可知：① 早階段：Tr1礦體中有少量的自然金和黃銅礦等硫化物，Tr4礦體中見少量的毒砂，未發(fā)現(xiàn)其他硫礦物。② 中階段：Tr1礦體發(fā)育有大量的自然金和含金礦物；Tr4礦體含有大量毒砂和硫化物(黃鐵礦-磁黃鐵礦)，自然金和含金礦物等較不發(fā)育(圖4)。③ 晚階段：礦物發(fā)育均以碳酸鹽巖、石英等不含金的脈石礦物為主，未見大量硫化物沉淀。兩種礦體圍巖蝕變并無明顯差異，可能出現(xiàn)絹云母-綠泥石-碳酸鹽化。

圖4 抱倫金礦床成礦過程圖Fig.4 Metallogenic process of Baolun gold deposit

綜合礦物組成及共生關(guān)系，可以將金礦床成礦過程主要分為3個(gè)階段：① 早期為乳白色粗粒石英階段，該階段礦體發(fā)育少量粒度較大的自然金、毒砂等礦物；② 中期為煙灰色細(xì)粒石英階段，該階段大量發(fā)育粒度較小的自然金、含金礦物(鉍、碲化物)、硫化物等礦物；③ 晚期為碳酸鹽-綠泥石階段，該階段以碳酸鹽巖礦物沉積為主，含金礦物和硫化物沉淀效率很低(圖2、圖3、圖4)。

3 流體包裹體研究

3.1 樣品采集與測試方法

本次研究采集了抱倫金礦床不同成礦階段的礦石樣品共28件，主要來自Tr1、Tr4兩個(gè)礦體。將樣品磨制成符合流體包裹體觀察標(biāo)準(zhǔn)的薄片，共22件。

流體包裹體測試工作在Linkam THMSG 600型冷熱臺上開展，精確度在0.1℃之內(nèi)[8]；激光拉曼探針分析在LabRAM HR Evolution顯微共焦拉曼光譜儀上完成，光譜分辨率為±0.7 cm-1 [9]。

3.2 巖相學(xué)特征與類型

根據(jù)流體包裹體測試結(jié)果，可按照成分和相態(tài)將樣品包裹體類型分為CO2-H2O包裹體(C型)與水溶液包裹體(W型)兩類。

C型包裹體主要發(fā)育于成礦早、中期的粗、細(xì)粒石英中，多數(shù)呈橢球狀鑲嵌在礦物缺陷晶體中，軸長一般為4～10 μm。室溫下觀察C型包裹體以液相H2O+液相CO2+氣相CO2為主，表現(xiàn)為典型的“雙眼皮”特征(圖5a、5c、5d)，液相CO2+氣相CO2兩相包裹體和氣相CO2單相包裹體數(shù)量較少，不易觀測。

圖5 抱倫金礦床流體包裹體顯微照片F(xiàn)ig.5 Microphotographs of fluid inclusions in Baolun gold deposit(a) C型包裹體 (b) W型包裹體 (c) 不同氣液比的C型包裹體 (d) C型和W型包裹體共生(e) C型和W型包裹體共生 (f) W型包裹體，室溫下可見沸騰包裹體群

W型包裹體在成礦早、中階段的石英中發(fā)育一般，晚階段數(shù)量明顯增多，多數(shù)呈橢圓形、規(guī)則或不規(guī)則多邊形，軸長一般為2～7 μm。室溫下觀察以W型包裹體以液相H2O+氣相H2O兩相包裹體為主，純液相H2O和純氣相H2O包裹體數(shù)量較少(圖5b、5d、5e)。

3.3 流體包裹體顯微測溫分析

利用顯微測溫技術(shù)對抱倫金礦流體包裹體的數(shù)量、相態(tài)、溫度、鹽度等特性進(jìn)行測試，結(jié)果見表1。

表1 抱倫金礦床流體包裹體均一溫度統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistical table of homogeneous temperature of fluid inclusions in Baolun gold deposit

成礦早階段(粗粒石英階段)：該階段的粗粒石英中C型和W型包裹體較為發(fā)育，主要以C型包裹體為主。C型包裹體主要以富含固、液、氣三相CO2為主，實(shí)驗(yàn)冷凍至-105℃開始升溫，獲得包裹體群中固態(tài)CO2熔化溫度最高僅為-57.8℃，這一數(shù)值低于純CO2的三相點(diǎn)[10]，表明流體包裹體中除CO2外，可能含CH4、N2等組分，認(rèn)為流體處于相對還原的狀態(tài)；籠合物熔化溫度為8.0℃～9.8℃，據(jù)此計(jì)算得到包裹體鹽度w(NaCleq)為0.4%～4.0%；包裹體測試的完全均一溫度變化范圍為260℃～380℃，主要集中在276℃～319℃，完全均一相態(tài)表現(xiàn)為氣態(tài)或液態(tài)，CO2部分均一溫度變化為24.0℃～30.9℃，均一方式為液相和氣相兩種。W型包裹體的冰點(diǎn)溫度約-7.0℃～-1.0℃，對應(yīng)鹽度w(NaCleq)為1.7%～10.5%；包裹體在228℃～305℃范圍內(nèi)完全均一，集中在251℃～286℃，均一方式主要為液相。

成礦中階段(細(xì)粒石英-多金屬硫化物-自然金階段)：該階段的細(xì)粒石英中發(fā)育大量C型和W型包裹體，前者數(shù)量比例高于后者。實(shí)驗(yàn)測得包裹體群中固態(tài)CO2熔化溫度最高僅為-56.8℃，依然低于純CO2的三相點(diǎn)[10]；籠合物熔化溫度為6.3℃～9.9℃，據(jù)此計(jì)算得到包裹體鹽度w(NaCleq)為0.2%～7.0%；包裹體測試的完全均一溫度變化范圍為248℃～380℃，集中在291℃～334℃，完全均一相態(tài)表現(xiàn)為氣態(tài)或液相，CO2部分均一溫度變化范圍為25.0℃～30.7℃，均一方式為液相和氣相兩種。W型包裹體的冰點(diǎn)溫度為-8.0℃～-1.0℃，對應(yīng)鹽度w(NaCleq)為1.7%～11.7%；包裹體測試溫度在230℃～330℃范圍內(nèi)完全均一，主要集中在268℃～320℃，相態(tài)主要為液相，氣相次之。

成礦晚階段(碳酸鹽-綠泥石階段)：該階段的石英中C型和W型包裹體均有發(fā)育，但以W型包裹體數(shù)量眾多，冰點(diǎn)溫度在-4.0℃～-1.0℃范圍內(nèi)，對應(yīng)鹽度w(NaCleq)在0.2%～6.4%范圍內(nèi)；實(shí)驗(yàn)測得W型包裹體溫度在130℃～227℃間完全均一，相態(tài)主要為液相。

3.4 激光拉曼探針分析

激光拉曼探針成分分析測試結(jié)果顯示，在早、中成礦階段均檢測到C型包裹體含有明顯的CO2特征雙峰(1386 cm-1和1282 cm-1)，部分可見N2峰(2328 cm-1)、CH4峰(2914 cm-1)和H2O包羅峰(3443 cm-1)，這與流體包裹體的測試結(jié)果一致(圖6a、6b、6c、6d)。中階段，W型包裹體只顯示寬泛的水包羅峰(3443 cm-1)(圖6e)，說明早、中階段成礦流體處于CO2-H2O-NaCl體系。在晚階段只檢測到W型包裹體的液相H2O包羅峰(3443 cm-1)(圖6f)，說明晚期成礦流體處于H2O-NaCl體系。

圖6 抱倫金礦石英中流體包裹體激光拉曼圖譜

4 討論

4.1 成礦流體性質(zhì)及其演化

流體包裹體和激光拉曼測試結(jié)果表明，抱倫金礦床成礦流體從早階段到晚階段表現(xiàn)為非典型的流體演化規(guī)律。由于存在不均一捕獲，礦物形成時(shí)存在含二氧化碳的水溶液相和H2O+CO2超臨界相兩個(gè)不混溶的流體相，這樣形成的包裹體均一溫度大多高于成礦流體溫度，而測定的鹽度則低于水溶液的鹽度，因此本文在估算成礦流體溫度和鹽度時(shí)，成礦溫度取同一流體包裹體組合的最低值，鹽度則取最高值。即早階段成礦流體溫度集中在276℃～319℃(Tmin= 276℃)，鹽度w(NaCleq)集中在1.03%～2.76%(鹽度最大值為2.76%)，中階段成礦流體溫度集中在291℃～334℃(Tmin=291℃)，鹽度w(NaCleq)集中在0.67%～4.51%(鹽度最大值為4.51%)，晚階段成礦流體成礦流體溫度集中在152℃～180℃(Tmin= 152℃)，鹽度w(NaCleq)集中在0.44%～3.37%(鹽度最大值為3.37%)。流體性質(zhì)表現(xiàn)為早至中階段成礦流體的溫度和鹽度增高，晚階段降低的特點(diǎn)。鏡下觀察可知，抱倫金礦床早、中階段C型和W型包裹體普遍共存，可見沸騰包裹體群，晚階段只見W型包裹體，表明流體成分從早、中階段向晚階段演化的過程中可能發(fā)生了CO2的逃逸。結(jié)合激光拉曼圖譜，早、中階段氣相中除CO2，還存在CH4，提高成礦流體還原性，并且中階段CH4含量略微高于早階段(由圖6a、6d可知，中階段C型包裹體的CH4相對強(qiáng)度略微高于早階段，可表示為相對含量較高)，表明成礦環(huán)境較早階段更有利于自然金、含金礦物和金屬硫化物的沉淀[11-12]。

流體包裹體數(shù)據(jù)顯示，早階段成礦流體以中溫、低鹽度、低密度、高CO2含量(CO2的摩爾分?jǐn)?shù)為0.24%～0.36%)為主，顯示成礦流體來自變質(zhì)脫水作用[16]。中階段流體包裹體各項(xiàng)指標(biāo)含量小幅增加，顯示一定的流體混合特征。另外從礦物學(xué)角度分析，鉍、碲元素可能具有更深的巖漿或幔源流體特征[17-18]。抱倫金礦床中階段的鉍、碲化物和自然金在時(shí)間、空間上有很好的相關(guān)性，比如產(chǎn)出自然鉍、黑鉍金礦和碲金礦等礦物(圖3d、3e、3f)，可能自然金的富集與鉍、碲化物有關(guān)。這與世界范圍內(nèi)典型的賦存于淺變質(zhì)巖中的造山型金礦床具有一定的礦物組合差異[19-20]。根據(jù)陳柏林等的研究表明，抱倫金礦床的成礦流體中水的氫氧同位素δ18O 的變化范圍為+2.94‰～+7.54‰，中階段的黃鐵礦硫同位素為δ18O的變化范圍為-2.3‰～+0.1‰，顯示中階段成礦流體特征可能以巖漿水和變質(zhì)水的混合為主[21-22]。結(jié)合礦物學(xué)、流體包裹體及同位素?cái)?shù)據(jù)表明，中階段成礦流體可能有巖漿流體的貢獻(xiàn)，導(dǎo)致了抱倫金礦床中階段產(chǎn)出大量自然金和鉍、碲化物。晚階段成礦流體溫度和鹽度明顯降低，密度增加至0.95 g/cm3，且激光拉曼光譜顯示氣相中無CO2和CH4等氣體(圖6f)，具有大氣降水參與的特征。成礦作用發(fā)生在流體CO2含量不斷降低的過程(表1)。

綜上，抱倫金礦床早階段成礦流體為變質(zhì)流體，液態(tài)不混溶作用較弱導(dǎo)致自然金少量沉淀；中階段為變質(zhì)流體和巖漿流體的混合流體，液態(tài)不混溶作用開始劇烈，自然金及含金礦物大量沉淀，另外流體混合作用對于金成礦可能也起到重要的作用；晚階段成礦流體主要以大氣降水參與為主。

4.2 成礦機(jī)制

抱倫金礦床具有典型構(gòu)造控礦特征，斷裂的特征(傾向、傾角)主要控制礦體發(fā)育的規(guī)模和方向，含金石英脈是金礦體產(chǎn)出的主要類型，圍巖蝕變包括黃鐵礦化、碳酸鹽化等，賦礦圍巖為志留系陀烈組的低級變質(zhì)的含炭絹云母千枚巖。但是由于在中成礦階段以變質(zhì)流體和巖漿流體為主流體參與礦物質(zhì)的沉淀過程，因此認(rèn)為抱倫金礦床屬于非典型的造山型金礦床。

前人對出露于地表的尖峰嶺巖體、礦床和圍巖形成的年齡進(jìn)行大量研究，抱倫金礦床的白云母40Ar-39Ar坪年齡為(219±1) Ma[23-24]，與抱倫金礦床接觸的尖峰嶺巖體的鋯石U-Pb年齡為(245±8) Ma[25-26]，與抱倫金礦床接觸的千枚巖的絹云母K-Ar年齡約210 Ma[27]，志留系的變質(zhì)年齡偏晚可能是因?yàn)闇y試方法的差異和礦物的封閉溫度不同導(dǎo)致的。雖然尖峰嶺巖體形成時(shí)期比金礦成礦時(shí)期大約早25 Ma，由于金礦成礦作用都具有多期次的特點(diǎn)，早期與晚期熱液活動時(shí)間可以相差20 Ma以上[28]。以上結(jié)果表明，尖峰嶺花崗巖體早于抱倫金礦床形成，根據(jù)抱倫金礦床與尖峰嶺巖體密切的時(shí)空關(guān)系，認(rèn)為抱倫礦床與印支期的花崗質(zhì)巖漿熱液活動可能存在一定的成因聯(lián)系。

5 結(jié)論

1)抱倫金礦礦石類型主要為含金石英硫化物脈型礦石，成礦階段主要分為3個(gè)階段：早階段為乳白色粗粒石英發(fā)育，中階段為煙灰色細(xì)粒石英-多金屬硫化物(自然金)發(fā)育，晚階段為碳酸鹽-綠泥石-石英發(fā)育。中階段是最重要的成礦時(shí)期。

2)早、中階段流體包裹體C型和W型共存，主要以C型包裹體為主，晚階段以W型包裹體發(fā)育為主。成礦流體演化過程為從早期的變質(zhì)流體到中期的混合流體，最后為晚期大氣降水為主的流體，早中期發(fā)生的液態(tài)不混溶作用、中期的流體混合作用都對金礦的沉淀起到重要作用，

3)抱倫金礦床是非典型的造山型金礦床，不同于變質(zhì)流體成因的造山型金礦床，在成礦過程中還受到印支期尖峰嶺巖體花崗質(zhì)巖漿流體的貢獻(xiàn)。