棗陽市棗扒銀鉬礦流體包裹體特征及地質(zhì)意義

何洪濤，孫漢勇，向祥輝，王 球，張 戰(zhàn)，胡新中，陳國榮

(湖北省地質(zhì)局 第八地質(zhì)大隊，湖北 襄陽 441002)

1 區(qū)域地質(zhì)背景

棗陽市棗扒銀鉬礦位于湖北省棗陽市新市鎮(zhèn)境內(nèi),大地構(gòu)造位置位于武當—桐柏—大別成礦帶的西北段的桐柏成礦帶的南側(cè),礦體產(chǎn)于北西向新(城)—黃(陂)剪切斷裂南西側(cè)七尖峰巖漿巖帶周樓巖體的似斑狀黑云母花崗巖中。

新(城)—黃(陂)剪切斷裂北東側(cè)為桐柏變形雜巖；南西側(cè)為白云鈉長片麻巖、白云石英片巖和大理巖,白云鈉長片麻巖和大理巖中見有團塊、透鏡體或不規(guī)則條帶的榴輝巖、榴輝巖、石榴角閃巖透鏡體及輝長巖體等,主要由一套變質(zhì)火山—沉積巖系組成,變質(zhì)程度為榴輝巖/角閃巖相,地層為新元古代南華紀武當群(Nh1w)、耀嶺河組(Nh2-3y)、震旦紀陡山沱組(Z1d)等,分布于七尖峰巖漿巖帶周圍。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

棗扒銀鉬礦產(chǎn)于七尖峰巖漿巖帶周樓巖體的似斑狀黑云母花崗巖內(nèi)(圖1)。礦區(qū)內(nèi)石英脈、花崗巖脈、細晶巖脈、偉晶巖脈等脈體發(fā)育,長0.8～21.5 m,寬0.1～10 m不等；礦化蝕變在石英脈體內(nèi),有北北東、北東和北西向3組,北北東向規(guī)模一般較大。

礦區(qū)構(gòu)造以斷裂為主,斷裂帶的展布規(guī)律與區(qū)域內(nèi)構(gòu)造形跡大致相似,發(fā)育北北東、北西向兩組斷裂。

圖1 棗陽市棗扒銀鉬礦礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of Zaoba silver molybdenum mine in Zaoyang City1.第四系;2.黑云母似斑狀花崗巖;3.花崗偉晶巖;4.石英脈;5.花崗質(zhì)糜棱巖;6.石英質(zhì)糜棱巖;7.鉬(銀)礦化帶位置及編號;8.斷層及編號;9.推測斷層;10.包裹體樣品位置。

礦區(qū)內(nèi)北北東向脆韌性斷裂,斷面向西陡傾,北西向斷裂發(fā)育次級小斷裂。斷裂帶多為石英脈及長英質(zhì)脈體所填充,脈體與花崗巖接觸部位多為石英質(zhì)糜棱巖、花崗質(zhì)糜棱巖。

礦區(qū)巖石類型有以下幾類：中粒黑云母花崗巖(似斑狀黑云母花崗巖)、文象(偉晶)花崗巖或斑狀花崗巖。并發(fā)育花崗質(zhì)糜棱巖、石英質(zhì)糜棱巖、石英脈,局部見有硅化花崗巖(石英化花崗巖)、碎裂巖。

Ag、Mo礦化主要賦存于石英脈及其兩側(cè)的石英質(zhì)糜棱巖、花崗質(zhì)糜棱巖、碎裂巖中；石英脈多呈近南北向展布,傾角較陡,少數(shù)呈北西向分布,規(guī)模大小懸殊,長80～1 550 m,寬約1.06～25 m。

2.2 礦(化)體特征

棗扒銀鉬礦目前已發(fā)現(xiàn)7個礦(化)體,礦(化)均產(chǎn)于構(gòu)造破碎蝕帶內(nèi),總體呈脈(帶)狀平行分布,斷續(xù)延伸,厚度寬窄不一,鉬、銀礦化分布不均。目前已發(fā)現(xiàn)的礦(化)體大多呈北北東、北西向展布,以北北東向為主；礦(化)體傾向較陡,北北東向礦(化)體傾向北西西,北西向礦(化)體傾向北東。

棗扒銀鉬礦以礦石自然類型可劃分為5種：石英質(zhì)糜棱巖型、花崗質(zhì)糜棱巖型、石英脈型、角礫巖型及花崗巖型,以前3種為主,分布較為普遍；以工業(yè)類型可劃分為鉬礦石、銀鉬礦石及銀礦石3種。

礦區(qū)內(nèi)圍巖蝕變作用強烈,主要有硅化、黃鐵礦化、褐鐵礦化、絹云母化、鉀化,與銀鉬礦化關(guān)系密切,還見有螢石化等。

3 流體包裹體特征

3.1 包裹體樣品采集及分析方法

本次在礦區(qū)Mo Ⅰ號主脈中部采集了礦石包裹體樣品7組,樣品采自含輝鉬礦的石英脈,測試礦物為石英。

流體包裹體顯微測溫在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心完成,測試儀器為Linkam MDS 600型冷熱臺,儀器測定溫度范圍為-196～600 ℃,測量精度在-100～25 ℃為±0.1 ℃,25～400 ℃為±1 ℃,400 ℃以上為±2 ℃。對于H2O-NaCl體系包裹體,測定均一溫度,對于H2O-NaCl-CO2體系包裹體,測定CO2部分均一溫度和完全均一溫度；利用劉斌FLINCOR計算機程序計算獲得H2O-CO2三相包裹體的壓力、氣液兩相包裹體和CO2兩相包裹體的流體密度和壓力。

3.2 流體包裹體類型

棗扒銀鉬礦流體包裹體有以下3種類型：富液相二相水溶液包裹體(L型)、含子礦物三相水溶液包裹體(S型)、含CO2包裹體(C型)(包括含CO2三相水溶液包裹體(C1型)和含CO2二相包裹體(C2型))；以L型和C1型為主(分別占63.71%和30.82%),少量S型(占2.96%)和C2型(占2.51%)。L型包裹體、S型流體體系為NaCl-H2O體系,C1型流體體系為NaCl-H2O-CO2體系,C2型流體體系為CO2體系。

L型：是礦區(qū)內(nèi)占絕大多數(shù)的流體包裹體,主要為水溶液、水蒸氣,一般與S型、C1型共生,成群成帶分布。主要為長橢圓形、紡錘形、麥粒形和不規(guī)則形,少數(shù)呈負晶形,局部見卡脖子包體,長軸長度一般為4～15 μm,氣相百分數(shù)為10%～35%,主要集中在20%；經(jīng)加熱后均一為液相。

S型：主要為水溶液、水蒸氣、子礦物,子礦物可能為石鹽晶體,本類包裹體在石英中隨機分布,周圍常出現(xiàn)L型包裹體。主要為橢圓形、長條形和不規(guī)則形等,長軸長度一般為8～12 μm。

C型：C1型,根據(jù)室溫(20 ℃)條件下的相態(tài)特征,判斷水溶液、液相CO2、氣相CO2,室溫下從包裹體中心向外依次為氣相CO2、液相CO2和鹽水溶液,顯現(xiàn)出“雙眼皮”特征,其中氣相CO2體積大約占包裹體總體積的25%～80%,包裹體的充填度呈現(xiàn)較大的變化,這是典型的相分離現(xiàn)象[1],周圍常同時出現(xiàn)L型和S型包裹體；主要呈圓形和橢圓形等,長軸長度一般為5～20 μm；氣相CO2在低于31.1 ℃的某個溫度下最終均一為液相CO2。C2型,純液相、氣相的CO2,氣相體積約占10%,加熱后均一為液相,常與富氣相包裹體相伴生；主要呈橢圓形,長軸長度一般4～9 μm；氣相CO2在低于31.1 ℃的某個溫度下最終均一為液相CO2。

3.3 均一溫度、鹽度、密度

棗扒銀鉬礦顯微測溫結(jié)果見表1、圖2。L型包裹體均一溫度范圍153～389 ℃,峰值170～210 ℃、290 ℃,以中高溫為主(圖2-a)；含子礦物富液包裹體均一溫度介于271～389 ℃,偏高溫,溫度分布分散(圖2)；C1型完全均一溫度除個別樣品外,都處于高溫范圍內(nèi)(300～420 ℃)(圖2-b)；C2型和C1型部分均一溫度介于22.5～31.2 ℃之間,集中于25.7～31.2 ℃,峰值靠近CO2的臨界溫度31.15 ℃,一般均一為液相。C1型部分均一溫度1個樣品超過了CO2的臨界溫度31.15 ℃,說明包裹體不是純CO2,含有其他物質(zhì)成分。

表1 石英流體包裹體測溫統(tǒng)計表Table 1 Statistical table of quartz fluid inclusion temperature measurement

圖2 棗扒銀鉬礦床流體包裹體測溫統(tǒng)計圖Fig.2 Statistical chart of fluid inclusion temperature measurement in Zaoba molybdenum deposita.均一溫度統(tǒng)計圖;b.CO2三相包裹體完全均一溫度圖。

依據(jù)液相流體包裹體的均一溫度集中在170～290 ℃的范圍之內(nèi),判斷成礦溫度應該以這一溫度范圍為下限,以原始成礦流體發(fā)生不混容分離時的溫度范圍290～430 ℃為上限,即成礦溫度大概在300 ℃以上,棗扒銀鉬礦屬高溫成礦流體。

棗扒銀鉬礦L型和C型包裹體鹽度以低鹽度為主,一般鹽度<5%,約占流體包裹體總數(shù)的85%,S型包裹體屬高鹽度體系,鹽度介于35.99%～46.37%,分布離散(圖3)。低溫低鹽度流體包裹體可能是高鹽度流體通過石鹽的沉淀或分離而成,或者代表巖漿熱液與大氣降水混合的產(chǎn)物。

圖3 棗扒銀鉬礦床流體包裹體鹽度統(tǒng)計圖Fig.3 Statistical chart of fluid inclusion salinityin Zaoba molybdenum deposit

棗扒銀鉬礦床L型、C2型包裹體的密度利用劉斌FLINCOR計算機程序獲得,S型包裹體密度根據(jù)劉斌(2001)公式計算,C1型密度按劉斌等(1999)提供的方法進行計算(表2、圖4)。棗扒銀鉬礦床L型包裹體密度介于0.568～0.803 g/cm3,平均0.844 g/cm3,集中于0.65～0.90 g/cm3；S型包裹體密度1.072～1.101 g/cm3,平均1.083 g/cm3(圖4)；C2型包裹體密度介于0.532～0.704 g/cm3,平均0.616 g/cm3；C1型包裹體密度介于0.755～1.021 g/cm3,平均0.942 g/cm3。

表2 石英流體包裹體密度統(tǒng)計表Table 2 Statistical table of quartz fluid inclusion density

圖4 流體包裹體NaCl-H2O體系均一T-ω相圖Fig.4 Homogeneous T-ω phase diagram of fluid inclusionsin NaCl-H2O system

4 討論

4.1 成礦流體的壓力、深度

L型和C1型、C2型包裹體的均一時壓力利用劉斌FLINCOR計算機程序獲得,S型包裹體采用相圖讀取(表3),對L型均一時壓力可利用包裹體的均一溫度和包裹體流體的鹽度值在NaCl-H2O體系的T-ρ相圖上通過投點進行驗證,L型包裹體均一到液相時壓力分布范圍0.5～24.3 MPa,平均5.08 MPa,集中于0.5～8 MPa(圖5)。

表3 石英流體包裹體壓力統(tǒng)計表Table 3 Statistical table of quartz fluid inclusion pressure

圖5 NaCl-H2O體系的T-ρ相圖Fig.5 T-ρ phase diagram of NaCl-H2O system

含子礦物三相包裹體壓力計算,依據(jù)蒸氣-NaCl水溶液-NaCl固體三相共存時的T-P-ω曲線進行投影讀取,棗扒銀鉬礦點含子礦物三相包裹體均一壓力9.06～15 MPa,平均12 MPa(圖6)。

圖6 蒸氣-NaCl水溶液-NaCl固體三相共存時的T-P-ω曲線Fig.6 T-P-ω curve of vapor NaCl aqueous solution NaClsolid three phase coexistence

棗扒銀鉬礦采用氣液兩相包裹體的平均密度與純CO2的平均密度,利用等容線相交法投影獲得捕獲壓力為72 MPa(圖7)；結(jié)合不混溶包裹體的壓力,流體包裹體的均一壓力計算其成礦壓力范圍為9.06～72 MPa。

孫豐月等(2000)擬合了一組流體壓力—深度關(guān)系式來計算成礦深度(H)。

(1) 當測得流體壓力≤40 MPa時,用靜水壓力梯度來計算,即H=P/10;

(2) 當測得流體壓力為40～220 MPa時,H=0.086 8/(1/P+0.003 88)+2；

圖7 棗扒銀鉬礦床聯(lián)合P-T圖解Fig.7 Joint P-T diagram of Zaoba silver molybdenum deposit注：圖中數(shù)字為密度(g/cm3)

(3) 測得的流體壓力為220～370 MPa時,H=11+exp[(P-221.95)/79.075]；

(4) 測得的流體壓力>370 MPa時,H=0.331 385P+4.198 98。

以上公式中H和P分別代表成礦深度(km)和所測得的壓力(MPa)。根據(jù)已求得的成礦壓力值利用上述公式計算成礦深度：棗扒銀鉬礦約為0.91～6.88 km,指示研究區(qū)內(nèi)鉬礦床形成于淺成環(huán)境。

4.2 成礦流體的來源與礦質(zhì)沉淀

棗扒銀鉬礦低溫低鹽度流體包裹體可能是高鹽度流體通過石鹽的沉淀或分離而成,或者代表了巖漿熱液與大氣降水混合的產(chǎn)物；S型包裹體均一溫度與鹽度之間呈正相關(guān)關(guān)系(圖8),說明流體具有混合作用的過程。C1型、L型、S型包裹體共存,說明成礦流體經(jīng)歷了沸騰作用和不混溶作用,包裹體鹽度基本位于<15%(NaCleq)和>30%(NaCleq)兩個區(qū)間內(nèi),這是巖漿流體在溫壓條件下不穩(wěn)定發(fā)生相分離導致[2]。

圖8 流體包裹體溫度—鹽度圖解Fig.8 Temperature salinity diagram of fluid inclusions

棗扒銀鉬礦成礦流體氣液相包裹體、含子礦物流體包裹體、含CO2三相包裹體,富CO2、高鹽度含子晶流體包裹體為巖漿熱液的標志之一[3],低溫狀態(tài)下的富液相包裹體,反映成礦流體因CO2沸騰流失,逐漸開放,大氣降水的混入。流體的不混溶作用(沸騰)是成礦元素從熱液中沉淀的重要因素,棗扒銀鉬礦成礦流體在裂隙構(gòu)造內(nèi)循環(huán)運移過程中,可能在300～400 ℃時發(fā)生多次的沸騰作用,在此過程中,部分金屬元素從成礦流體中沉淀成礦；在流體包裹體溫度低的區(qū)間,反映流體經(jīng)歷了明顯的降溫過程,成礦元素在流體中的溶解度降低進而從流體中沉淀成礦。

4.3 成礦背景和成因機制

棗扒銀鉬礦產(chǎn)于中生代七尖峰花崗巖巖漿帶周樓巖體中,推測其成礦時代晚于早白堊世,此時為揚子板塊與華北板塊碰撞造山事件的擠壓向伸展轉(zhuǎn)變的體制,是大規(guī)模流體、巖漿、成礦作用時期,棗扒銀鉬礦在大陸碰撞體制形成了復雜的巖漿—流體成礦系統(tǒng)。早期流體具高溫、高鹽度、富CO2的特點與大陸內(nèi)部環(huán)境漿控高溫熱液型流體系統(tǒng)的特征[4]基本一致。隨著流體的沸騰過程中大量的CO2的流失,大量硫化物快速沉淀,伴隨有綠泥石化、絹云母化、硅化、鉀化等；流體的沸騰同時導致巖石裂隙系統(tǒng)發(fā)育,并與地殼淺表裂隙貫通,深部流體快速向上遷移,而淺源大氣降水熱液系統(tǒng)大量涌入成礦系統(tǒng),兩種流體的混合再次導致成礦物質(zhì)的快速沉淀；成礦流體的沸騰—混合使成礦系統(tǒng)溫度逐步降低,流體鹽度和成礦物質(zhì)含量不斷降低,大氣降水不斷增加并占主導地位,發(fā)生中—低溫(170～210 ℃)條件下的螢石化、硅化、粘土化等；同時造山帶伸展垮塌和區(qū)域熱異常的消失,驅(qū)動流體活動的能量減弱,成礦作用結(jié)束。

5 結(jié)論

棗扒銀鉬礦成礦流體包裹體包括富液相兩相水溶液包裹體(L型)、含子礦物三相水溶液包裹體(S型)、含CO2三相水溶液包裹體(C1型)和含CO2二相包裹體(C2型),以L型和C1型為主(分別占63.71%和30.82%)成礦早期各類包裹體均發(fā)育,以C1型為主導,晚期僅發(fā)育L型包裹體。流體包裹體的均一壓力計算其成礦壓力范圍為9.06～72 MPa,成礦深度約為0.91～6.88 km,指示研究區(qū)內(nèi)鉬礦床形成于淺成環(huán)境。

棗扒銀鉬礦早期流體具有高溫、高鹽度、富CO2的特點與大陸內(nèi)部環(huán)境漿控高溫熱液型流體系統(tǒng)的特征基本一致,屬于與陸陸體制形成的斑巖型鉬礦相關(guān)聯(lián)的銀鉬礦床。

棗扒銀鉬礦成礦流體來源于巖漿流體,晚期混有大氣降水。流體沸騰是成礦的重要因素,大氣降水的加入同樣導致成礦物質(zhì)的沉淀。