青海省卡尔却卡铜多金属矿床流体包裹体特征及成矿流体

宋文彬，赖健清，黄 敏，杨自安，张普斌，欧阳华平

(1. 中南大学 有色金属成矿预测教育部重点实验室，长沙 410083；2. 中南大学 地球科学与信息物理学院，长沙 410083；3. 中国有色地质调查中心，北京 100012)

矿物包裹体是成岩成矿流体(含气液流体或硅酸盐熔融体)在矿物结晶生长过程中，被包裹在矿物晶格缺陷或窝穴中的、至今尚在主矿物中封存并与主矿物有着相的界限的那一部分物质[1]。流体包裹体作为唯一的保留在矿物里的古成矿流体，是成矿流体的成分、温度和压力的最直接证据，因此，对流体包裹体的研究也就自然成为研究矿床成因的重要手段之一，也是找矿勘探的重要手段之一[2]。卡尔却卡矿区位于青海省格尔木市乌图美仁乡境内，海拔标高在4 000 m以上，自青海省地质调查院2003年发现该矿以来，国内多家单位先后开展了基础地质和矿床地质研究工作。该矿区成矿元素组合复杂，以铜钼为主，共伴生有磁铁、铅锌、金银等，主要包含斑岩型和矽卡岩型两种矿化类型，正在开展的矿产勘查工作显示其进一步的找矿潜力巨大[3−5]。李世金等[3]对该矿区西北部铜矿体中的流体包裹体已经做了相应的研究工作，但对于该矿区的矽卡岩型矿化未作研究。本文作者通过对卡尔却卡矿区的斑岩型矿化岩体及矽卡岩型矿体中的流体包裹进行岩相学研究和包裹体显微测温，查明该矿区流体包裹体的基本类型，并结合前人的研究，对该区成矿流体的来源、性质及演化和矿床的成因作出简要的探讨。

1 地质背景

卡尔却卡矿区位于青海和新疆的交界处，大地构造位置位于青海祁漫塔格成矿带。该矿带属昆仑地洼区，与青甘地洼区、巴彦喀拉地洼区、塔里木地洼区以及藏北地洼区相邻。昆仑地洼区在晚元古代前为前地槽阶段，寒武纪进入地槽阶段，在海西期形成褶皱带经短暂地台阶段后，于侏罗纪转化为地洼区，目前正处于地洼激烈期[6]。

区域地层主要有元古宇金水口群片岩、片麻岩夹少量大理岩，其次为中上奥陶统−志留系滩间山群浅变质火山沉积岩以及上三叠统海相碎屑碳酸盐沉积岩系，形成NWW向的褶断组合构造带[7]。岩浆岩以海西−印支期中酸性岩体为主，其中晚印支期的侵入岩最为发育，并以岩基、岩株及少量岩脉等产出，常构成多期次叠合的侵入杂岩体[3,8]。

矿区出露地层为滩间山群大理岩和基性火山岩，以剥蚀残留体形式零星分布于侵入岩体中；第四系主要为河谷冲积砂、砾和粘土，分布于河谷和山前地区(见图 1)。

图1 卡尔却卡铜多金属矿床地质简图(据文献[7])：1—第四系；2—滩间山群；3—矽卡岩；4—似斑状黑云母二长花岗岩；5—花岗闪长岩；6—石英闪长岩；7—闪长岩；8—闪长玢岩；9—花岗岩；10—破碎蚀变带；11—断层；12—矿体Fig. 1 Geologic sketch map of Kaerqueka copper polymetallic deposit (From Ref. [7]): 1—Quaternary Period; 2—Tanjianshan group; 3—Skarn; 4—Porphyroid biotite adamellite; 5—Granodiorite; 6—Quartz diorite; 7—Diorite; 8—Dioritic porphyrite; 9—Granite; 10—Cataclastic alteration zone; 11—Fault; 12—Orebody

矿区构造多为NWW向和NE向两组断层，前者为矿区的主要控矿构造。NWW 向断裂集中分布于野拉赛以西，挤压强烈，断裂破碎带一般宽 50～300 m不等，长度一般大于10 km，是重要控岩和控矿构造。NE向断裂分布于野拉赛，显示走滑特征，构造带宽50～350 m不等，长度大于15 km，该组断裂切穿NWW向断裂和花岗岩类岩体。

矿区侵入岩主要有似斑状黑云母二长花岗岩和花岗闪长岩，似斑状黑云母二长花岗岩呈岩基状产出，整体呈NWW向展布，与区域构造线基本一致。花岗闪长岩呈岩株状侵入于前者，形态为较规则的长条形，亦呈受构造控制明显的NWW向展布。此外，尚有一些闪长岩、闪长玢岩和花岗岩等呈小岩枝或岩脉产出，与晚三叠世花岗闪长岩时空关系密切，推测为同源岩浆演化的产物。另据钻孔资料，于矿区深部揭露出花岗闪长斑岩和黑云母花岗斑岩等矿化小岩体[3−5]。

按照矿化类型的不同，将矿区划分为A、B、C、D 4个分区(见图1)。其中以A区斑岩矿化和B区矽卡岩矿化最为重要，也是本文的重点研究对象。

斑岩矿化主要产于A区近于平行的3条蚀变破碎带内，呈北西西向展布，蚀变破碎带内岩性主要为似斑状黑云母二长花岗岩，并伴随有后期细晶花岗岩脉、石英脉充填。李东生等[7]研究认为，沿矿化带有强的似千枚岩化、硅化、黄铁矿化蚀变。向深部断裂迹象不明显，并逐步转化为斑岩型矿化。含矿花岗闪长斑岩发育钾化和硅化，含有细脉浸染状低品位黄铜矿化，其南部外围发育似千枚岩化、泥化蚀变[8]。

矽卡岩矿化带主要产自花岗闪长岩与滩间山群地层接触部位。部分地段晚二叠世似斑状花岗岩接触带亦有矿化，呈带状分布，带内由透辉石矽卡岩、透闪石矽卡岩、透辉石石榴子石矽卡岩及大理岩、安山岩组成。带内蚀变主要为矽卡岩化、绿泥石化、绿帘石化和硅化等。主要矿石矿物为黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、辉钼矿、磁铁矿、镜铁矿等。

2 研究方法

本次包裹体研究的样品采自于卡尔却卡矿区地表、坑道及钻孔的岩体和矿体。样品特征见表1。

研究时将样品磨制成厚度0.06～0.1 mm的双面抛光薄片，然后在透−反射显微镜下观察样品的岩相、矿相及包裹体特征，在野外观察的基础上，进一步划分成矿期次，确定显微冷热台测温的对象。

流体包裹体显微测温研究在中南大学有色金属成矿预测教育部重点实验室完成，研究采用英国产Linkam THMSG600型地质用冷−热台。测温时，仪器的使用温度为−196～600 ℃。在30～600 ℃温度范围内精度为±1 ℃，在−196～30 ℃范围内时，精度为±0.1℃。设置的温度变化速率一般为10 ℃/min，在相变点温度附近，温度变化速率根据需要设置为 0.1～1℃/min。

通过显微冷热台测定了水溶液包裹体的冻结温度Tf、冰的初始熔化温度 Ti(ice)、冰的最终熔化温度Tm(ice)、气液均一温度 Th。利用 BROWN[9]的 FLINCOR计算机程序计算出流体包裹体的盐度和压力等参数。

矿物群体包裹体成分分析样品分别选择矽卡岩型矿体中的石榴子石和岩体中的石英单矿物。利用双目镜挑选单矿物，纯度达到98%以上，交中南大学有色金属成矿预测教育部重点实验室通过专用仪器测定其中离子组分和气相组分的含量。液相成分测试仪器为美国Dionen公司出产的DX−120 Ion Chromatograph型离子色谱，气相成分测试仪器为美国Varian公司出产的Varian−3400型气相色谱仪。

3 包裹体特征及测试结果

3.1 包裹体岩相学特征

包裹体岩相学研究表明，A区斑岩型矿化样品的石英中和B区矽卡岩矿化样品石英、方解石、萤石中均发育丰富的流体包裹体(见图2)。依据室温下的相态特征，将这些原生包裹体分为Ⅰ型(气液两相水溶液包裹体)、Ⅱ型(含盐类子矿物三相水溶液包裹体)。其中，矿石中大量发育Ⅰ型包裹体，而岩体中Ⅰ型和Ⅱ型都较发育。

Ⅰ型包裹体由盐水溶液和气泡两相构成，形态多为不规则状，以及圆形、椭圆形和长条形等，大小在4～30 μm，占整个包裹体总数的70%。按照其中的气泡所占体积的比例又可分为两个亚类：Ⅰa型(富液相水溶液包裹体)(见图 2(a)、2(d)和 2(e))和Ⅰb型(富气相水溶液包裹体)(见图 2(b))。Ⅰa型包裹体的气相体积分数在10%～65%之间，大部分为25%～40%，加热后均一到水溶液相；Ⅰb型的气相体积分数＞68%，加热后均一到气相。

Ⅱ型包裹体由盐水溶液、气泡和子矿物3相组成，气相体积分数介于10%～45%之间。大部分的包裹体中子矿物为无色透明的立方体晶形(见图2(c))，与石盐子晶特点吻合。根据子矿物和气泡升温过程中消失的先后顺序，可将该类型包裹体分为两个亚类型(Ⅱa、Ⅱb)。Ⅱa型包裹体升温过程中子矿物先消失，Ⅱb型包裹体加温时为气泡先消失。Ⅱ型包裹体形态主要为多为不规则，分布无规律，大部分呈孤立状分布，大小5～26 μm左右。这类包裹体约占包裹体总数的30%，绝大多数出现在岩体样品的包裹体中。

3.2 群体包裹体成分分析

通过测试，获得群体包裹体成分分析测量值，如表2所列。由表2可看出，卡尔却卡矿区流体包裹体液相成分中主要含有 Cl−、NO3−、SO42−、Na+、K+、Ca2+等，并含有痕量F−、Mg2+，总体上看，阳离子按含量多少排序为Ca2+＞Na+＞K+；阴离子按含量多少排序为 SO42−＞Cl−＞NO3−＞F−。流体包裹体中气相以H2O为主，其次含有CO2和极少量H2等组分，并含有CH4、C2H2和C2H6等有机气体。

从表2中阳离子含量的变化可以看出，流体中的F−、Ca2+的含量从岩体到矽卡岩矿物降低较明显，而Na+、K+略有减少，变化不大。这可能反映出流体中的Ca2+经过与围岩的交代作用，形成矽卡岩矿物(石榴子石、萤石等)沉淀下来，F−、Ca2+逐渐降低的过程。

3.3 流体包裹体显微测温结果

本次研究对象为斑岩型矿化岩体样品8件和矽卡岩型矿化矿体样品5件，共测试了129个流体包裹体，主矿物分别为石英、方解石和萤石，其中92个为水溶液包裹体，37个为含子矿物包裹体。显微冷热台测温结果及计算得参数见表 3。按照不同成矿阶段统计的均一温度及盐度直方图见图 3，均一温度与盐度关系散点图见图4。3.3.1 均一温度

包裹体测温结果表明，斑岩样品中Ⅰ型包裹体的气液均一温度范围在 274～495 ℃之间，集中于 270～440 ℃间分布，平均值为385 ℃；斑岩样品中Ⅱ型包裹体的气液均一温度范围在216～420 ℃之间，集中于270～350 ℃间分布，平均值为340 ℃；矽卡岩样品中只见Ⅰ型包裹体，气液均一温度范围在137～322 ℃之间(少量升温至400 ℃未见明显变化)，平均为217 ℃。Ⅰ型包裹体中大多为Ⅰa型包裹体，Ⅰb型包裹体很少，气液均一温度在340 ℃左右，均一为气相。另还有少量包裹体的气相体积分数在70%左右，加热升温过程中有向气相均一的趋势，最后爆裂，爆裂温度介于 410～430 ℃之间。

图2 矿物流体包裹体特征：(a) 斑岩样品的石英中富液相两相水溶液包裹体；(b) 斑岩样品的石英中富气相两相水溶液包裹体；(c) 斑岩样品的石英中含子矿物的三相包裹体；(d) 矽卡岩样品中的方解石中富液相两相水溶液包裹体；(e) 矽卡岩样品中的萤石中富液相两相水溶液包裹体；(f) 斑岩样品中富气相包裹体、富液相包裹体与含子矿物包裹体共生；L—水溶液相；V—蒸汽相；S—子矿物Fig. 2 Microphotographs of varied fluid inclusions in Kaerqueka copper polymetallic deposit: (a) Liquid-rich two-phased aqueous inclusions in quartz of porphyry-type sample; (b) Vapor-rich two-phased aqueous inclusions in quartz of porphyry-type sample;(c) Aqueous inclusions with daughter mineral in quartz of porphyry-type sample; (d) Liquid-rich two-phased aqueous inclusions in calcite of skarn-type sample; (e) Liquid-rich two-phased aqueous inclusions in fluorite of skarn-type sample; (f) Liquid-rich,vapor-rich and aqueous inclusions with daughter mineral coexist in porphyry-type sample; L—Liquid phase; V—Gas phase; S—Daughter mineral

总体来看，矽卡岩样品的气液均一温度集中在170～260 ℃，而斑岩样品的气液均一温度集中在290～380 ℃。

3.3.2 盐度

包裹体测温结果表明，斑岩样品中Ⅰ型包裹体的冰点温度在−3.7～−20.8 ℃之间，根据经验公式换算成对应的盐度(质量分数，NaCl equiv，下同)介于5.9%～22.9%之间，平均盐度14.6%；斑岩样品中Ⅱ型包裹体的子矿物熔化温度介于177～495 ℃之间，根据经验公式换算成对应的盐度介于30.8%～59.1%之间，平均盐度 41.9%。斑岩型矿化样品中的包裹体盐度整体呈一个连续的降低趋势，表现出其成矿流体的演化过程。矽卡岩样品中Ⅰa型包裹体的冰点温度介于−0.4～−8.9℃之间，根据经验公式换算成对应的盐度介于0.7%～12.7%之间，平均盐度 5.7%；矽卡岩样品中未见Ⅰb型和Ⅱ型包裹体。

表2 卡尔却卡铜多金属矿床流体包裹体气液相成分分析结果Table 2 Analysis results of colony composition for fluid inclusion in Kaerqueka copper polymetallic deposit

图3 流体包裹体气液均一温度及盐度统计直方图：(a) 矽卡岩样品均一温度直方图；(b) 斑岩样品均一温度直方图；(c) 矽卡岩样品盐度直方图；(d) 斑岩样品盐度直方图Fig. 3 Histograms of homogenization temperature and salinity of fluid inclusions: (a) Histograms of homogenization temperature of skarn-type sample; (b) Histograms of homogenization temperature of porphyry-type sample; (c) Histograms of salinity of skarntype sample; (d) Histograms of salinity of porphyry-type sample

表3 卡尔却卡铜多金属矿床流体包裹体显微测温结果统计表Table 3 Microthermometric data of fluid inclusions in Kaerqueka copper polymetallic deposit

4 讨论

4.1 成矿温度

4.1.1 斑岩型矿化

斑岩型矿化作用的包裹体类型主要为Ⅰa、Ⅱa和Ⅱb型为主，与Ⅰb型包裹体共存(见图2(f))。这种特征表明包裹体为不均一捕获，是流体沸腾的表现[10]。由盐度—均一温度关系图(见图4)可以看出，Ⅱb型包裹体所带代表的流体沿着 NaCl饱和曲线分布，代表饱和成矿流体降温的过程。当流体演化至较低温时(见图4所示区域)，捕获的包裹体的均一温度弥散，反映流体沸腾。由图4和实验所测数据可知，沸腾温度约在290～320 ℃左右。由Ⅱb型包裹体测得数据可知最高的子矿物熔化温度为495 ℃，该温度值反映早期流体捕获时的最高温度的下限值。可见，斑岩型矿化的成矿温度范围较宽，从接近500 ℃开始，一直演化到

图4 卡尔却卡铜多金属矿包裹体盐度—均一温度关系图Fig. 4 Relationship of homogenized temperatures—salinities of fluid inclusions from Kaerqueka copper polymetallic deposit

290～320 ℃时发生沸腾作用。该温度反映包裹体的主矿物石英的形成温度，而硫化物的形成温度略低于石英，与世界上大多数斑岩铜矿硫化物沉淀的温度(250～350 ℃)[11]是一致的。4.1.2 矽卡岩型矿化

矽卡岩矿石中的包裹体则较为简单，只见Ⅰa型包裹体，均一温度集中于170～260 ℃之间，平均为217℃。在矽卡岩矿物中未见有沸腾或者不均一捕获现象，故应对所测数据进行校正。考虑到该区的矿化都与印支期侵入的花岗闪长岩密切相关，为同一期岩浆活动的产物，成矿深度应大致相近，因此，可用斑岩型矿化样品算出的压力对矽卡岩型矿化的成矿温度进行校正。校正后的成矿温度约比实际所测温度高5～6 ℃。

矽卡岩型矿石中的包裹体主要赋存于方解石、萤石和石英中，为矽卡岩型矿床中的氧化物阶段，细分可划分至石英−硫化物期，为较晚期的阶段，主要是在中−低温条件下形成的，与实测的温度较为接近。

4.2 成矿流体成分和盐度

斑岩型样品主矿物石英中的包裹体以富液相水溶液包裹体(I型)和含子矿物的三相包裹体(II型)为主。群体包裹体成分分析表明成矿流体阳离子以 K+、Ca2+、Na+为主，经实验测得研究区包裹体冰的初熔温度多数在−21～−39 ℃之间，少部分在−50 ℃左右，说明水溶液中电解质以NaCl为主，并混有K+、Ca2+或者更为复杂的水盐体系，这与群体包裹体成分分析的结果吻合。

斑岩样品中Ⅰ型包裹体盐度介于 5.9%～22.9%之间，平均盐度 14.6%；Ⅱ型包裹体盐度介于 30.8%～59.1%之间，平均盐度41.9%；矽卡岩样品中Ⅰa型包裹体盐度介于0.7%～12.7%之间，平均盐度5.7%；矽卡岩样品中未见Ⅰb型和Ⅱ型包裹体。由此可见，斑岩型矿化的流体盐度整体高于矽卡岩型矿化的流体盐度，这可能是由于矽卡岩型矿化混入了围岩中地下水的缘故。

4.3 成矿压力和成矿深度

根据所测出的冰点温度、子矿物熔化温度和均一温度，用BROWN[9]的FLINCOR软件估算了各类型包裹体的均一压力。岩体中的Ⅰa型包裹体均一压力估算值介于5.4～61.8 MPa之间，平均24.6 MPa；Ⅱa型包裹体均一压力估算值介于7.4～32.9 MPa之间，平均168 MPa；Ⅱb型包裹体均一压力估算值波动较大，介于36.8～371.7 MPa之间，平均142.2 MPa；矿石中的Ⅰa型包裹体均一压力估算值介于0.5～13.5 MPa之间，平均22 MPa。

Ⅱa型包裹体的气液均一温度较低，而子矿物熔化温度高，完全均一温度应该是子矿物的熔化温度。按照气液均一温度和完全均一温度估算的均一压力介于36.8～371.7 MPa之间，无法用静岩压力或静水压力来解释，代表超高压的环境。但随着温度降低至290～320 ℃时，流体发生沸腾，说明流体压力突然降低，可能反映围岩发生碎裂降压过程。根据流体发生沸腾时的温度和对应的盐度，可计算得流体压力在7.0～10.8 MPa之间。考虑到碎裂构造与沸腾流体代表的环境开放性，按照静水压力计算的成矿深度约为0.7～1.1 km。

4.4 成矿作用分析

一般研究均认为，高温、高盐度流体包裹体均有很强的携带成矿金属元素能力，Cu、Fe、Pb、Zn、Au含量可以达到十分之几到千分之几[12]。卡尔却卡A区的斑岩型铜矿的成矿流体以高温、高盐度流体为主，其他来源流体所占比例较少，主矿体主要产于斑岩体内部及仅靠近斑岩体周围蚀变岩中，显示成矿物质应主要来自于岩浆。对斑岩铜矿中铜赋存状态的研究表明，铜在流体中主要以氯化物CuCl(aq)或CuCl−的形式存在，且 Cu的溶解度与氯离子成正比关系。成矿物质随着流体进行迁移，随着岩浆的分异结晶、外来流体的不断混入，成矿流体的温度、盐度和压力条件都不断发生变化。随着温度下降，压力减小，pH值升高和盐度降低等条件都有利于黄铜矿的沉淀[13−14]。

卡尔却卡矿区的斑岩型矿化岩体的石英中Ⅱa型流体表明捕获的为 NaC1不饱和均匀流体，而Ⅱb型包裹体则是捕获的饱和或过饱和的 NaC1流体[1]。岩体中的Ⅰ型包裹体则反映的是均一温度与Ⅱ型相当甚至稍高，密度较低，中低盐度的流体。Ⅱb型包裹体代表的流体均一压力最高达近371.7 MPa，表明其捕获时可能处于一种超高压环境，其后经历一个较大幅度的降压过程，且温度也不断下降。Ⅱa型包裹体相对于Ⅱb型包裹体的压力有一个突降的过程，而流体的温度和盐度演化为一个连续的过程。据此可推断，成矿流体源于岩浆，由于流体与熔体分离，造成整个体系的体积增大，此时的流体处于一种超高压的环境。随后由于围岩的破碎，造成流体的减压沸腾。该过程伴随着外来流体的混入，造成流体温度和盐度逐步降低。矽卡岩型矿石中包裹体的主矿物为方解石、萤石和石英，代表矽卡岩型矿床较晚期的石英硫化物阶段和碳酸盐阶段。该类包裹体的特点是密度较低、中低盐度，均一温度集中于170～260 ℃之间，反映晚期成矿流体是岩浆热液与大比例的地下水的混合物[15]。

综上所述，卡尔却卡矿区花岗闪长岩岩浆期后热液成矿作用经历了较长的演化阶段，在岩体中形成斑岩型矿化，在与滩间山群碳酸盐岩接触带附近形成矽卡岩型矿化，构成矽卡岩−斑岩复合型矿床。成矿流体的演化从高温(近500 ℃)、高盐度(近60%)开始，具有超高压的特征。由于围岩碎裂降压，引起了流体的沸腾，并引起外来流体的混合，改变了成矿流体的成份和物理化学性质，温度降至中温，盐度降为10%以下，有利于成矿物质的沉淀富集。

5 结论

1) 卡尔却卡矿区花岗闪长岩岩体及矿体的石英中可见富液相水溶液包裹体(Ⅰa型)、富气相水溶液包裹体(Ⅰb型)、含子矿物水溶液包裹体(Ⅱ型)。岩体中的矿物流体包裹体特征反映不均一捕获特征，代表流体的沸腾作用。

2) 包裹体显微测温表明，岩体中Ⅰa型包裹体的均一温度范围在 274～495 ℃之间，盐度介于 5.9%～22.9%之间；Ⅱ型包裹体的均一温度范围在216～420 ℃之间，平均值为340 ℃；盐度为30.8%～59.1%之间。矽卡岩型矿石中只见Ⅰa型包裹体，均一温度范围在137～322 ℃之间，盐度介于0.7%～12.7%之间。估算成矿压力在 7.0～10.8 MPa之间，对应成矿深度约为0.7～1.1 km，为浅成环境。

3) 矿区成矿流体来源于富含 Na+及成矿物质的高温(达500 ℃)、高盐度(达60%)的岩浆流体，在岩体中形成斑岩型矿化，在与滩间山群碳酸盐岩接触带附近形成矽卡岩型矿化，构成矽卡岩−斑岩复合型矿床。

4) 岩浆期后热液成矿作用经历了较长的演化阶段。高温高盐度流体具有超高压的特征，造成围岩碎裂减压，引起了流体的沸腾和外来流体的混合，改变了成矿流体的成分和物理化学性质，有利于成矿物质的沉淀富集。致谢：

野外工作得到青海省第三地质矿产勘查院和胜华矿业有限公司的大力支持和帮助；论文撰写期间，曹勇华和宋泽友等提供了有益的讨论，在此一并致谢。

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