河北張麻井鈾鉬礦床成礦流體特征
——來自流體包裹體及氫氧同位素的證據(jù)

王建青，劉高杰，于達(dá)，李松彬，徐如磊，洪文武，董帥，劉戰(zhàn)鵬，劉鈞沅，高明山

（1.天津華北地質(zhì)勘查總院，天津 300170；2.天津華北地質(zhì)勘查局 核工業(yè)二四七大隊，天津 301800）

沽源-紅山子鈾成礦帶是我國北方重要的鈾多金屬成礦帶，帶內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的火山巖型鈾鉬礦床有張麻井大型鈾鉬礦床、紅山子大型鈾鉬礦床及大官廠中型鈾鉬礦床等，找礦前景廣闊（圖1a）［1-2］。張麻井鈾鉬礦床位于成礦帶南段，是與次火山巖有關(guān)的中低溫?zé)嵋盒外櫟V床。前人對張麻井礦床研究較多，但在礦床成礦流體特征及礦物質(zhì)來源方面研究程度較低，缺乏系統(tǒng)的研究討論［3-5］。本文通過對礦石中與成礦關(guān)系密切的螢石和石英流體包裹體及氫氧同位素開展研究，探索礦物質(zhì)來源，為該礦床預(yù)測評價提供重要依據(jù)。

1 礦床地質(zhì)特征

張麻井鈾鉬礦床位于華北板塊北緣、內(nèi)蒙隆起中段，屬中生代火山構(gòu)造單元張家口火山盆地。研究區(qū)地層主要由古元古界變質(zhì)基底和中新生代蓋層組成，其中古元古界為一套綠片巖相-角閃巖相變質(zhì)巖系，主要巖石類型包括黑云變粒巖、淺粒巖、黑云斜長片麻巖、長石石英巖、石英云母片巖、大理巖等，平均鈾含量可達(dá)（4～8）×10-6，構(gòu)成富鈾基底［6］；蓋層主要為早白堊世張家口組火山巖，總體為一套中酸性、酸性火山碎屑巖、碎屑熔巖，巖石組合復(fù)雜，具有多旋回、多韻律火山噴發(fā)特征，主要巖性為流紋巖、粗面巖及火山碎屑巖，少量石英粗面巖、粗安巖。張家口組火山巖蓋層中鈾含量一般為（4～5）×10-6，最高可達(dá)10×10-6，是有利的鈾源體［7］。

礦床受北北東向的蔡家營-御道口斷裂帶（F45）及北西向F3斷裂和西辛營破火山機構(gòu)聯(lián)合控制。礦床圍巖主要為張家口組三段塊狀流紋巖、流紋質(zhì)熔結(jié)角礫巖、球粒流紋巖、流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r、細(xì)紋狀流紋巖等中酸性火山碎屑巖、碎屑熔巖。賦礦地質(zhì)體以次流紋斑巖為主，巖體產(chǎn)于F45斷裂與F3交匯部位的火山通道中（圖1b）。礦區(qū)共圈出鈾工業(yè)礦體101 個，其中資源量大于500 t 的主礦體有5 個，占礦床總資源量的71.17%。目前礦山2、3 號礦體正處于露天開采階段，5 號礦體開采殆盡。礦體形態(tài)多呈礦柱、筒狀、脈狀、透鏡狀、鐮刀狀。鈾鉬主礦體產(chǎn)狀與次巖體產(chǎn)狀一致，傾向為30°～45°，傾角為50°～67°，鉬礦化范圍遠(yuǎn)大于鈾礦化，多數(shù)鈾礦體位于鉬礦體內(nèi)（圖1c）。

圖1 沽源-紅山子鈾成礦帶示意圖（a）、張麻井鈾鉬礦床地質(zhì)圖（b）和2 號勘探線剖面圖（c）Fig.1 Sketch map of Guyuan-Hongshanzi metallogenic belt（a），geological map of Zhangmajing U-Mo deposit（b），and profile of No.2 exploration line（c）

2 流體包裹體研究

2.1 樣品采集與分析方法

用于包裹體研究的樣品全部采集自2 號、3 號與5 號礦體，測試目標(biāo)礦物為礦石中與鈾鉬礦物密切共生的微細(xì)紫黑色螢石脈及石英脈。

流體包裹體測溫在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室完成，測試儀器為Linkam THMSG600型冷熱臺，溫度分辨率為0.1 ℃。儀器的測溫范圍在-190～600 ℃之間，分析精度在-196～0 ℃之間為±0.1 ℃，0～600 ℃之間為±1 ℃。本次實驗所用升溫和降溫速率一般為10 ℃/min，在所測包裹體的均一溫度附近時，升溫的速率為1 ℃/min，在包裹體的冰點溫度附近，升溫的速率為0.1 ℃/min。本次實驗數(shù)據(jù)處理所用程序為MacFlincor，所用方程為Brown&Lamb 開發(fā)，體系為H2O-NaCl 及H2O-NaCl-CO2。

2.2 包裹體特征

本次實驗分別對礦石中的微細(xì)紫黑色螢石脈及石英脈中的包裹體進(jìn)行了測試。螢石與鈾成礦關(guān)系密切，可以認(rèn)為是同一期次的產(chǎn)物，其原生包裹體可以代表成礦時期的流體特征。本次樣品挑選的石英脈均與螢石脈密切共生，同樣可以認(rèn)為是與鈾成礦同一期次的產(chǎn)物［8］。

螢石脈中流體包裹體發(fā)育較好，大小一般為6～42 μm，形態(tài)以不規(guī)則狀為主，部分為橢圓形，少數(shù)呈三角形等。包裹體類型以液體包裹體為主，氣液比為5%～30%，形態(tài)較為規(guī)則，多呈孤立狀分布。石英脈中流體包裹體發(fā)育較差，大小一般為4～17 μm，形態(tài)以不規(guī)則狀為主，部分為橢圓形，少數(shù)呈三角形等。包裹體類型以液體包裹體為主，氣液比為5%～45%，多單獨成行產(chǎn)出，少數(shù)呈孤立狀分布。純氣包裹體與純液包裹體較少，其中純氣包裹體在鏡下呈黑色（圖2）。

圖2 張麻井鈾鉬礦床礦石中螢石和石英流體包裹體顯微特征Fig.2 Microscopic characteristics of fluid inclusions in fluorite and quartz from Zhangmajing U-Mo deposit

2.3 分析結(jié)果

不同礦體中的流體包裹體顯微測溫結(jié)果統(tǒng)計見表1和圖3，均一溫度變化不大，范圍為145.0～282.5 ℃，主要集中在160～220 ℃，平均溫度為190.5 ℃。流體鹽度范圍為0.50%～6.08%（NaCl），主要集中在0.5%～2.5%（NaCl），平均鹽度為1.98%（NaCl）。流體密度范圍為0.73～0.96 g/cm3，主要集中在0.87～0.93 g/cm3，平均密度為0.89 g/cm3。

表1 張麻井鈾鉬礦床流體包裹體樣品測溫結(jié)果統(tǒng)計表Table 1 Statistics on measured temperature of fluid inclusion samples from Zhangmajing U-Mo deposit

圖3 張麻井礦床流體包裹體均一溫度（a）、鹽度（b）、密度（c）直方圖Fig.3 Histogram of homogenization temperature（a），salinity（b）and density（c）of fluid inclusions in Zhangmajing U-Mo deposit

3 成礦流體的氫氧同位素組成

3.1 樣品的采集

礦區(qū)主要礦石類型為黑色浸染狀礦石（圖4a），礦石礦物以膠硫鉬礦、瀝青鈾礦、黃鐵礦、輝鉬礦為主，其次為閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦。脈石礦物為石英、螢石、水云母、綠泥石等。礦石結(jié)構(gòu)為球粒結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)及膠狀結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造為浸染狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造及角礫狀構(gòu)造。礦床圍巖蝕變主要為水云母化、蒙脫石化、綠泥石化、高嶺石化、硅化、沸石化、紫黑色螢石化、鉀長石化等。硅化往往和螢石共生，本次從礦區(qū)礦體共采集9件樣品，樣品多選擇硅化與螢石化共生的礦化次流紋斑巖（圖4b、c）。樣品通過從礦石中挑選出螢石和石英作為測試對象，其中1 件測試礦物為螢石其余均為石英。

圖4 張麻井鈾鉬礦床礦石中鈾礦物與螢石、石英的共生關(guān)系Fig.4 Paragenesis of uranium minerals with fluorite and quartz in ores of Zhangmajing U-Mo deposit

3.2 樣品分析方法

樣品分析在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。氫同位素分析方法為：稱取10～20mg、40～60 目的石英單礦物，和錫杯一同放置在90 ℃的烘箱中干燥12 小時后，自動進(jìn)入填裝了玻璃碳粒的1 420 ℃高溫裂解爐中，礦物包體水裂解釋放后與玻璃碳瞬間反應(yīng)生成H2和CO，被高純氦氣（5N）攜載經(jīng)過色譜柱進(jìn)入質(zhì)譜儀測定H2的同位素比值δD，國際標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測試精度優(yōu)于1‰。氧同位素分析方法：將樣品研磨至200目，秤取6 mg純凈的礦物，放置在105 ℃的烘箱中烘烤12 小時，通過253 plus 氣體同位素比質(zhì)譜儀，利用BrF5與含氧礦物在真空和580 ℃高溫條件下反應(yīng)提取礦物氧，用5? 分子篩樣品管收集O2，標(biāo)準(zhǔn)樣品的外分析精度優(yōu)于±0.2‰，相對標(biāo)準(zhǔn)為V-SMOW。

3.3 流體氫氧同位素組成

螢石不含羥基和氧，流體包裹體中水的氫氧同位素組成可以直接反應(yīng)成礦流體的氫氧同位素特征；石英不含羥基但含氧，成礦流體δD 值可以通過直接測定礦物包裹體水獲得，成礦流體δ18O則需要通過測定礦物氧同位素組成，再根據(jù)本次流體包裹體測溫結(jié)果獲得礦物形成溫度，利用已知的礦物與水的氧同位素平衡分餾方程計算獲得流體δ18O 值。本文根據(jù)石英的δ18OSMOW值計算了成礦流體的δ18OH2O值，與螢石測量結(jié)果基本相同（表2）。

表2 張麻井鈾鉬礦床氫氧同位素組成Table 2 Hydrogen and oxygen isotopic composition for Zhangmajing U-Mo deposit

4 成礦熱液來源討論

熱液礦床中的流體包裹體是寄主礦物形成時捕獲的成礦溶液，記錄了成礦流體來源的直接信息［10-11］。利用熱液礦物中流體包裹體的氫氧同位素組成示蹤成礦流體來源，是目前最重要且使用最為廣泛的手段。除此之外，還可以根據(jù)流體包裹體的巖相學(xué)、顯微測溫、成分和稀有氣體同位素特征等，結(jié)合礦床地質(zhì)特征，初步判斷成礦流體的來源［12］。

張麻井礦床中流體包裹體的顯微測溫結(jié)果顯示，成礦流體的均一溫度主要為160～220 ℃，冰點為-3.8～0.5 ℃，成礦流體鹽度集中在0.5%～2.5%（NaCl），顯示成礦流體以中低溫、中低鹽度流體為主。張麻井礦床流體包裹體鹽度-溫度和密度-溫度圖解顯示，礦床流體包裹體的均一溫度和鹽度表現(xiàn)出一定的連續(xù)性（圖5），不存在明顯的間斷，暗示成礦作用過程中可能發(fā)生了不同來源流體的混合。此外，鹽度與均一溫度表現(xiàn)出近似的正相關(guān)關(guān)系，而密度與均一溫度成負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明溫度的變化可能對成礦作用過程產(chǎn)生了一定程度的影響［10-11］。

圖5 張麻井鈾鉬礦床流體包裹體溫度-鹽度（a）、溫度-密度散點圖（b）Fig.5 Scatter diagram of temperature-salinity（a）and temperature-density（b）of fluid inclusions in Zhangmajing U-Mo deposit

通過野外調(diào)查，礦床圍巖蝕變強烈，既有高溫蝕變鉀長石化，又有中低溫蝕變硅化、水云母化、綠泥石化等，蝕變種類多且與礦化關(guān)系密切；礦石物質(zhì)具有成分復(fù)雜，組構(gòu)多樣等特征。野外觀察結(jié)合成礦流體鹽度-溫度圖解表明張麻井鈾鉬礦床流體具有火山-次火山熱液礦床的流體特征（圖5a）［11，13］。另外，成礦流體以液體包裹體為主也側(cè)面反映出成礦熱液以大氣降水或主要由大氣降水補給的地下水熱液所形成［14-15］。

前人研究表明，基底紅旗營子群變質(zhì)巖樣品δ18O 平均為8.44‰，δD 平均為-108.4‰［16］，張家口組三段流紋巖、凝灰?guī)r及其透長石的δ18O 平均為8.91‰，δD平均為-110.5‰［17］。對比兩者δ18O和δD 值十分相近，推測張家口組三段可能是紅旗營子組變質(zhì)巖重熔所致［18］。礦區(qū)次流紋斑巖δ18O平均值為5.47‰，δD 為-122.1‰［18］，較火山巖地層有小幅度降低趨勢，總體反應(yīng)二者為同源巖漿演化的特點。

本次采集礦石的石英δ18O 為1.4‰～9.5‰，平均為5.4‰，δD 為-124.9‰～-102.1‰，平均為-116.8‰，與基底紅旗營子群及張家口組三段流紋巖、凝灰?guī)r中氫氧同位素組成相近，礦石中δ18O 值與原巖次流紋斑巖相比，部分樣品值比原巖大，部分樣品值比原巖小，說明成礦熱液有巖漿熱液成分［18］；計算可得成礦流體δ18OH2O為-10.7‰～-3.3‰，平均為-6.9‰，在δ18OH2O-δD 圖解中均落在偏大氣降水線一側(cè)，離原生巖漿水區(qū)和變質(zhì)水區(qū)較遠(yuǎn)，說明成礦流體主要來自大氣降水（圖6）。因此成礦熱液主要為大氣降水熱液并伴隨巖漿熱液混合而成。該礦床的成礦流體與冀北地區(qū)其他多金屬礦床成礦流體具有相似的來源特征［19-20］。

圖6 張麻井鈾鉬礦床成礦熱液的δ18OH2O-δD 圖解（底圖據(jù)參考文獻(xiàn)［20］）Fig.6 δ18OH2O-δD diagram of ore-forming hydrothermal solution in Zhangmajing U-Mo deposit（base map according to references［20］）

5 結(jié)論

1）張麻井鈾鉬礦床流體包裹體類型以液體包裹體為主，礦床成礦流體的均一溫度為160～220 ℃，鹽度為0.5%～2.5%（NaCl），密度為0.87～0.93 g/cm3，成礦流體以中低溫、中低鹽度流體為主要特征。

2）礦石中螢石和石英氫氧同位素特征顯示，張麻井鈾鉬礦床成礦流體δD 為-124.9‰～-96.2‰，δ18OH2O為-10.7‰～-3.3‰。

3）張麻井鈾鉬礦床的成礦流體具火山-次火山熱液型礦床流體特征，成礦熱液主要為大氣降水熱液并伴隨巖漿熱液混合而成。