河北柴家溝鉬礦床流體包裹體特征及成礦作用

牟福權，任 龍，繆 廣

（1.中國地質調(diào)查局牡丹江自然資源綜合調(diào)查中心，黑龍江 牡丹江 157000；2.中國地質大學（北京）地球科學與資源學院，北京 100083）

河北省平泉縣柴家溝鉬礦床地處冀北地區(qū)，華北克拉通北緣中段，燕遼鉬多金屬成礦帶西側，為中國第三大鉬多金屬成礦區(qū)帶的一部分，該帶多年以來被學者廣泛關注[1-3]。柴家溝鉬礦床是冀北地區(qū)近年來發(fā)現(xiàn)的又一典型的斑巖型鉬礦床。前人對該礦床先后開展了一系列研究[4-7]，對與成礦關系密切的花崗斑巖成因、礦床地質特征和找礦標志等做了深入探討，但在成礦流體特征方面的研究還有待加強。本文從含礦巖體的地質特征出發(fā)，分析了含礦石英脈的期次及流體包裹體特點，探討成礦過程中含礦流體特征。

1 區(qū)域地質背景

柴家溝鉬礦處于華北板塊、西伯利亞板塊以及太平洋板塊的結合部位，區(qū)域構造為東西向承德—平泉和紅石砬—大廟—娘娘廟深斷裂與北北東向華夏—新華夏系之平房—桑園大斷裂的復合部位，區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育，深部熱流體活動頻繁，多期次的構造、巖漿活動不僅為區(qū)內(nèi)多礦種、多階段成礦作用提供了空間和動力，同時也為成礦提供了豐富的物質來源。

2 礦床特征

礦區(qū)地層不發(fā)育，僅在局部凹陷處發(fā)育第四系沉積物；礦區(qū)構造以斷裂為主，主要為北東向F1和北西向F2兩組斷裂，F(xiàn)1斷裂為東西向紅石砬—大廟—娘娘廟深斷裂的次一級構造，F(xiàn)2斷裂為北東向F1斷裂的次一級斷裂，兩組斷裂的交匯部位控制了含礦斑巖體的侵入（圖1），含礦部位主要在其裂隙和破碎帶內(nèi)，為主要的控巖和控礦構造；礦區(qū)巖漿巖為大面積的早元古代閃長巖和海西期花崗巖，含礦花崗斑巖以巖株狀侵入其中，寬約為0.6km，長為1km，平面上為橢圓形，剖面上向西南傾斜；其頂部發(fā)育隱爆角礫巖，深部晚期似斑狀花崗巖侵入其中。

礦體發(fā)育于花崗斑巖體及其與圍巖的接觸帶中。共有鉬礦體8個，均為盲礦體，大部分傾向北東，傾角在64°至67°，礦體厚度可達200余米，垂直延伸400m以上，鉬品位一般在0.06%～0.20%之間，最高鉬品位達7.63%。

含礦花崗斑巖為灰白色，具斑狀結構、碎裂結構、交代殘余結構、固溶體分離結構等，構造具網(wǎng)脈狀構造、浸染狀構造等，金屬礦物有輝鉬礦、黃鐵礦、赤鐵礦，其次為黃銅礦、褐鐵礦，有微量磁鐵礦。脈石礦物有石英、長石、絹云母、少量黑云母、粘土礦物及碳酸鹽礦物等。

礦床成礦期可分為熱液期和表生期，根據(jù)礦石礦物組合，礦物標型特征、石英脈之間的穿插關系等將熱液期分為三個成礦階段：早期熱液成礦浸染狀硫化物階段（圖2a、d、g）以發(fā)育少量的浸染狀輝鉬礦為特征，主成礦期的石英輝鉬礦階段和多金屬硫化物階段；石英輝鉬礦階段又可分為早期石英細脈輝鉬礦階段：輝鉬礦+黃鐵礦+石英+白云母+絹云母（圖2b、e、h）和晚期石英粗脈輝鉬礦階段：輝鉬礦+石英+方鉛礦+閃鋅礦+黃鐵礦+黃銅礦（2c、f、i），石英細脈輝鉬礦階段為最主要成礦期次。礦區(qū)蝕變發(fā)育，且在垂直方向上具有明顯的分帶性：由淺至深表現(xiàn)為高嶺土化-絹英巖化-鉀化，礦化普遍發(fā)育于絹英巖化至鉀化帶中。

圖1 柴家溝鉬礦區(qū)域地質簡圖

圖2 礦石及其鏡下特征

3 流體包裹體研究

本文采集的成礦流體樣品來自于主成礦階段的石英脈，寄主礦物為石英。通過實驗室對采集的樣品進行磨制包裹體片，觀察其巖相學特征，選擇透光性良好，極具代表性的包裹體樣品進行測試和分析，每件樣品測試25至30個數(shù)據(jù)；石英流體包裹體均一溫度測試在中國地球科學院礦產(chǎn)資源研究所流體包裹體實驗室測試完成，實驗儀器為英國產(chǎn)Linkam THMS G600型冷熱臺，測試范圍為-196±600℃，均一溫度數(shù)據(jù)精度為0.5℃，冷凍數(shù)據(jù)精度為0.1℃，開始時升溫速率和降溫速率均設定為10℃/min，當臨近相變點降溫變速率為0.5℃/min。

3.1 流體包裹體特征

本次研究的石英脈中發(fā)育大量包裹體，分為以下三個大的類型：即氣液包裹體、富氣相包裹體和多相包裹體。根據(jù)相組成進一步分為4個亞類，主要類型為Ⅰ類型包裹體，約占總數(shù)的85%，類型Ⅱa和Ⅱb約占10%，類型Ⅲ少于5%。各類型包裹體主要特征如下。

類型Ⅰ：為氣液包裹體，由氣液兩相組成（圖3a）。氣相一般小于 40%，集中在 10%～30%，大小 5μm～12μm，多為四邊形、渾圓形、橢圓形、長條形和不規(guī)則形。加熱時均一到液相。

類型Ⅱa：由氣液兩相組成，氣液比一般在 60%～90%之間，鏡下僅見包裹體邊部的灰白色液相（圖3b）。包裹體大小 5μm～20μm，多為渾圓形、橢圓形和負晶形。加熱均一至氣相，并且邊部的灰白色液相會突然消失，這可能為超臨界流體，在斑晶石英和脈石英中均有部分分布。

類型Ⅱb：為純氣相包裹體，幾乎完全由氣相組成，鏡下見不到液相存在，氣液比接近 100%（圖3c）。包裹體整體較小，鏡下可見的純氣相包裹體大小集中在 2μm～8μm，該類包裹體呈非常規(guī)則的負晶形，在斑晶石英和脈石英中都非常發(fā)育，并且，不同大小的包裹體成群而規(guī)則地出現(xiàn)，經(jīng)常與多相包裹體共生。

圖3 柴家溝鉬礦包裹體顯微照片

圖4 流體包裹體地球化學特征

類型Ⅲ（L+V+H1→L）：由氣相、液相和子晶礦物組成（圖 3d），氣液比一般在 10%～40%，子晶為透明礦物，呈規(guī)則的立方體晶形，根據(jù)加熱消失溫度及晶體特征以及前人資料[8]判斷為石鹽子晶。該類包裹體大小5μm～20μm，多呈渾圓形和負晶形，加熱均一至液相，在斑晶石英和脈石英中都大量發(fā)育。

3.2 流體包裹體物理化學特征

在前期詳細的巖相學觀察基礎上，確定出測溫包裹體的對象。本研究所選的測溫包裹體為形態(tài)規(guī)則，直徑較大、相態(tài)明顯以及孤立或隨機分布的包裹體，推測大部分都為原生。在測溫時，將包裹體片分成許多小塊，在每一小塊上只做一次冷熱作用，并同時記錄多個包裹體的均一溫度。本研究區(qū)斑晶中共測試包裹體103個。

結果顯示，石英-輝鉬礦階段中包裹體的均一溫度在141.5℃～398.4℃之間（圖4a），平均均一溫度為280℃，主要集中在200℃～350℃，而小于200℃的包裹體有可能代表了后期裂隙中賦存的次生包裹體。從包裹體的類型上來說，經(jīng)?？梢姎庖喊w與富氣相包裹體共存，而氣液包裹體遠遠多于富氣相包裹體，可能代表了成礦作用與沸騰作用相關。

流體的鹽度通過冷熱臺測出冰點溫度或相變溫度，進而通過公式的方法來獲得（Hall et al.1988）。計算結果表明，柴家溝鉬礦的流體鹽度在4.2wt%到18.9wt%（圖4b），平均鹽度為11.5wt%，其峰值出現(xiàn)在10wt%～12wt%，屬于中低鹽度流體。

包裹體中流體密度可通過測定包裹體中流體的相變溫度來確定[9]，通過計算得到柴家溝鉬礦的流體密度在0.62g/cm3～1.06g/cm3（圖4c）之間，平均密度為0.88g/cm3。柴家溝鉬礦流體密度與大多數(shù)巖漿熱液流體密度(ρ＜1.0g/cm3)(Roedder,1976)相當，表明該礦區(qū)成礦流體可能與巖漿熱液有關。

3.3 壓力和成礦深度

圖5 柴家溝鉬礦區(qū)流體包裹體鹽度-溫度圖

流體包裹體捕獲時的壓力是包裹體研究中最為重要的兩個參數(shù)之一（盧煥章等，2004），其參數(shù)的獲取可以幫助我們推算成礦的深度范圍，這對于指導找礦具有非常重要的實際意義。但對于壓力的確定因其限定條件較多，往往沒有一個統(tǒng)一而準確的方法。

在不混溶和沸騰體系中流體圈閉壓力可以根據(jù)氣體最后消失均一的包裹體顯微測溫數(shù)據(jù)估計（Roedder and Bodnar，1980）。根據(jù) Hedequist et al (1988)的方法，采用最大而不是平均均一溫度來進行壓力和深度的估算。根據(jù)對該區(qū)流體包裹體的巖相學和顯微測溫數(shù)據(jù)分析表明，柴家溝鉬礦體中普遍共生有多相包裹體和富氣相包裹體，這些包裹體是通過沸騰作用形成的。因此，根據(jù)所獲得的均一溫度和鹽度數(shù)據(jù)，這些包裹體的圈閉壓力可以用 Urusova（1975）、Hass（1976）和 Bodnar et al（1985）的 實 驗 數(shù)據(jù)在 NaCl-H2O體系相圖上估計（轉引自 Bouzari and Clark，2006）。通過對該相圖的投點，該區(qū)所獲得的壓力區(qū)間如圖5。

利用NaCl-H2O體系的T-ρ相圖來估算成礦流體均一時氣相飽和壓力值，得到的壓力范圍在0.5MPa～18MPa之間（圖6）。根據(jù)（孫豐月，2000）給出的脈狀熱液礦床深度與壓力分段擬合的方程，即得到的流體壓力小于40MPa時，估算成礦深度的公式為靜水壓力梯度來計算成礦深度，即用成礦壓力除以靜水壓力梯度（10MPa/km），估算柴家溝鉬礦成礦深度為0.05km～1.8km之間。推測在地下1.8km處鉬開始沉淀，此時溫度為350℃左右，之后沿構造方向向地表侵位，壓力逐漸減小，溫度逐漸降低。

圖6 柴家溝鉬礦區(qū)流體包裹體T-ρ圖

4 討論

4.1 成礦流體討論

對柴家溝鉬礦主成礦階段的流體包裹體進行測溫，顯示其包裹體均一溫度在150℃～350℃之間，平均溫度為280℃，反映出中高溫的特點，但是其對應的溫度較寬，可能是熱液在向上運移的過程中，壓力不斷減小，溫度不斷降低，也有可能是其中摻雜了一些后期裂隙中的次生包裹體，說明成礦的整個過程溫度是由高到低的。氣液包裹體和富氣相包裹體的共存說明流體經(jīng)歷過沸騰或者冷凝，氣液包裹體在數(shù)量上的優(yōu)勢說明流體經(jīng)歷過沸騰作用；通過對包裹體冰點的測試，計算得出柴家溝鉬礦區(qū)成礦流體鹽度在柴家溝鉬礦的流體鹽度在4.2wt%到18.9wt%，平均鹽度為11.5wt%，其峰值出現(xiàn)在10wt%～12wt%，屬于中低鹽度流體。含子晶三相包裹體的存在說明流體局部鹽度較高；根據(jù)流體包裹體均一溫度和鹽度換算出來的柴家溝鉬礦流體密度在0.62g/cm3～1.06g/cm3之間，平均密度為0.88g/cm3，為中等密度，大部分小于水的密度，反映出流體運移的動力既有密度的原因，也有壓力的原因，后者為主導因素；通過計算得到的壓力范圍0.5MPa～18.9MPa，換算得到的成礦深度最深位于1.8km。

4.2 礦床成因討論

柴家溝鉬礦床受斷裂控制，為成礦物質的運移提供了有利條件。賦礦斑巖體頂部隱爆角礫巖的存在，說明花崗斑巖體在其上侵、固結成巖的過程中聚集了大量的揮發(fā)份，并在巖漿前鋒造成熔漿隱爆。熱液早期階段，以高溫氣態(tài)為主的熱流體自深部巖漿房上升，并沿巖石粒間孔隙和構造裂隙進行堿質交代，形成面狀石英鉀長石化，石英含量逐漸增加，并沿裂隙充填交代，形成了早期的石英脈，同時形成了黃鐵礦、輝鉬礦、等浸染狀礦化。隨溫度的降低，地下水的摻和，含礦流體由氣態(tài)轉化為以液態(tài)為主，其物理化學性質也隨之發(fā)生變化，二氧化硅過飽和，長石大量水解，產(chǎn)生石英絹云母化、黃鐵絹英巖化等蝕變，并疊加在鉀化蝕變帶之上。隨后大量的輝鉬礦沉淀出來，相繼形成了含鉬石英脈、硫化物脈等各種含礦脈體，這一成礦過程經(jīng)歷了較長的時期，成礦晚期階段，溫度進一步降低，地下水占主導地位，礦液被大大稀釋，礦質逐漸桔竭，形成了碳酸鹽化等蝕變以及無礦石英脈。

5 結論

成礦流體包裹體特征顯示，成礦流體均一溫度主要在200℃～350℃之間，平均溫度為280℃，流體鹽度峰值為4～8wt%NaCl，流體密度峰值則為0.80g/cm3～0.92g/cm3。以上包裹體特征表明柴家溝鉬礦成礦流體具中高溫、中低鹽度和中低密度的特征。成礦熱液初始溫度在350℃左右，隨著流體的運移沉淀，溫度不斷降低，直至150℃沉淀停止，成礦壓力在0.5MPa～18.9MPa之間，反應成礦深度最深為1.8km。流體運移過程發(fā)生了沸騰作用，且很可能存在后期大氣降水的混入。