新疆白干湖钨锡矿流体包裹体特征及成因

曹勇华，赖健清

(中南大学 地球科学与信息物理学院，有色金属成矿预测教育部重点实验室，湖南 长沙，410083)

流体包裹体指矿物形成过程中由于晶格缺陷导致流体被包裹于矿物中形成的包裹物。矿物中捕获的流体包裹体作为古流体的样品，能够很好地指示流体成矿的全过程，因而在矿床研究中得到广泛应用，也是找矿勘探的重要依据之一[1−3]。本文研究的白干湖钨锡矿位于东昆仑西段，海拔为4.2～4.7 km，是秦祁昆成矿带的西延部分，在新疆维吾尔自治区若羌县境内，呈北东向不规则带状展布，矿带长15 km，宽2～4 km。矿区内北东段以石英大脉型白钨矿体为主，南西段则以石英细(网)脉带型钨、锡矿体为主。2001年吉林省地质调查院第一地质队在进行1:10万水系沉积物测量时发现该区钨锡异常值高，在野外发现了钨锡矿石英脉转石[4]。在此，本文作者通过对白干湖钨锡矿区流体包裹体进行岩相学研究和显微测温，查明流体包裹体的基本类型、探讨矿区成矿流体的来源、性质及演化，成矿物理化学条件及矿质转移沉淀机制等，以便为研究矿床成因提供依据。

1 矿区大地构造背景

白干湖钨锡矿床大地构造位置位于塔里木—华北板块南部，柴达木微陆块南缘的祁漫塔格加里东褶皱带北西向北东方向的转折部位，属秦祁昆成矿带的西延部分。其北界为阿尔金断裂带，与阿尔金陆缘地块(Ⅱ)相邻；南界为昆中断裂带，与东昆仑−南秦岭褶皱系相接，是华南、华北两大板块的增生带，处于昆北弧后裂陷槽西段，阿尔金断裂与白干湖断裂之间[5]。该区构造作用强烈，岩浆活动频繁，地质体复杂，成矿作用明显，是一个较好的钨锡(金)矿化密集区(图1)。

2 矿区地质特征

矿区各时代地层出露较全，从古元古代—新生代地层均有分布，主要为长城系金水口群及志留系白干湖组。金水口群主要为二云石英片岩、大理岩、石英岩、石英透闪岩等，原岩为一套碎屑岩—碳酸盐岩建造，并局部伴有火山活动。该套岩石变质变形作用强烈，其中刚性岩石(石英岩、大理岩等)因变形作用而被拉断，软层(泥质岩)发生柔流褶皱，为区内钨锡矿的主要矿源层。志留系白干湖组沿白干湖断裂带南缘呈北东向展布，主要岩性为粉砂岩、岩屑砂岩、粉砂质泥岩、绢云石英片岩夹凝灰质长石石英细砂岩，为一套笔石页岩建造[4−5]。

矿区地质构造复杂，贯穿全区的白干湖断裂带为该区的主要构造，属于阿尔金断裂的次一级断裂，在区内表现为宽2.5～5 km的左旋韧性剪切带、挤压片理化带。它控制了区内基本构造骨架，呈北东、北东东向展布，具有多期活动和继承性特点，为后期的成矿提供了有利空间。该断裂既是成矿构造，又是导矿构造[5−6]。矿区褶皱构造发育，具多期变形之特点，褶皱轴走向北东，多与白干湖断裂相平行，晚期褶皱形态多呈宽缓状[4−5]。

图1 白干湖矿区大地构造位置图(据文献[8]修改)Fig.1 Baiganhu deposit tectonic location map

本区岩浆活动强烈，以加里东期岩浆活动为主。该期岩浆活动具有多期次侵入、同源演化之特点，其岩石系列为石英闪长岩—英云闪长岩—中粗粒、中细粒二长花岗岩—似斑状二长花岗岩—中粗粒钾长花岗岩，沿白干湖断裂两侧呈岩基、岩株状产出。总体具有由东向西演化之特点，岩体内钨、锡等矿化发育[5]。区内岩浆活动对于钨、锡矿床的形成是一种不可缺少的重要因素。其广泛分布的侵入岩多属中酸性−酸性花岗岩类，这与我国南岭及其他主要成矿带与钨矿床有关的花岗岩类相一致[7−8]，见图2。

3 样品采集及研究方法

用于包裹体研究的样品取自白干湖矿区主成矿阶段形成的含黑钨矿石英脉，在室内将这些样品制备成包裹体片进行研究。在4件大样中选取包裹体发育的14个小样开展流体包裹体岩相学研究和显微测温。测温工作在中南大学地球科学与信息物理学院地质流体实验室完成，仪器采用Linkam THMS−600型冷热台，温度范围在为−196～600 ℃，在 0～600 ℃时精度为±1 ℃，在−196～0 ℃时精度为±0.1 ℃。测试前用人工合成25% CO2-H2O及纯H2O 包体(国际标样)对仪器进行系统校正。显微热台测定了包裹体的均一温度，并通过测定水溶液包裹体的冰点温度(水溶液包裹体)或二氧化碳笼合物的融化温度(含二氧化碳包裹体)，根据Brown的FLINCOR计算机程序，采用Brown[9]提出的计算式计算水溶液的盐度，并估算矿物形成的压力[9]。

4 流体包裹体特征

4.1 流体包裹体类型

包裹体岩相学研究表明，白干湖钨锡矿主矿化阶段的石英中发育丰富的原生流体包裹体。依其室温下的相态特征，将这些包裹体主要分为3种类型。

图2 白干湖钨锡(金)矿床地质图Fig.2 Geologic map of Baiganhu W and Sn(Au) deposit

(1) Ⅰ型包裹体。室温下为气液两相包裹体，气液比一般为15%～50%，粒度一般为4～20 μm，形态以椭圆形、不规则、近圆形、长条形等为主(图3(a)和3(b))。本类包裹体数占包裹体总数的50%左右。

(2) Ⅱ型包裹体。室温下呈水溶液相、气相及液相CO2三相产出，依CO2相所占体积分数，该类包裹体可进一步划分为II(a)和II(b)2类。前者CO2所占体积分数低于50%，气相CO2占CO2相的20%～60%，大多为25%～50%；后者CO2所占比例>50%，气相CO2占CO2相的5%～33%，多集中在5%～20%。该类包裹体形态以椭圆、四边形、长条状为主，粒度为 5～15 μm(图3(c)和3(d))。本类包裹体占包裹体总数的45%左右。

(3) Ⅲ型包裹体。在室温下呈液相CO2、气相CO2两相产出。包裹体直径多在 10 μm 左右，气液比为20%～60%。形状不规则，以不规则四边形及椭圆形为主(图3(c))。本类包裹体数量较少，约占包裹体总数的5%。

以上不同类型的包裹体常密集成群分布且常分布于同一石英颗粒中，显示不同类型包裹体捕获时间可能相近的特点。

4.2 流体包裹体显微测温

本次研究对适合测温的包裹体进行了冷冻−均一法测温。在冷冻−加热过程中，测得部分Ⅰ型包裹体初熔温度范围为−26.8～−21 ℃，接近H2O-NaCl二元共结点−20.8 ℃(或−21.2 ℃)和 H2O-NaCl-KCl三元共结点−21.92 ℃，表明水溶液中主要成分为NaCl，并含有少量KCl等组分。测定Ⅰ型气液包裹体冰的最终熔化温度为−1～−12.5 ℃，依相关公式计算热液盐度等价NaCl为 1.82%～16.43%之间[9]，集中分布于 6.5%～11.5%(图4(d))。该类型包裹体以均一至液相为主，均一温度变化范围为160～310 ℃，温度峰值主要集中于160～180 ℃和 200～260 ℃等，均值为 221.78 ℃(包裹体个数n=37)(图4(a))。

Ⅱ型包裹体 CO2相的熔化温度为−56.9～−58.7℃(图4(b))，接近并略低于CO2标样标准值−56.6 ℃，反映了主要成分为CO2，可能含有少量CH4等气体成分[10−12]。CO2相部分均一以液相为主，少数为气相，均一温度为18.3～30.8 ℃(图4(c))。完全均一温度多为247～320 ℃且均一成气相、液相不等。根据CO2笼合物分解温度计算水溶液盐度为2.8～9.4之间(图4(d))。

图3 白干湖钨锡矿床主成矿阶段流体包裹体显微照片Fig.3 Microphotographs of fluid inclusions formed in major metallogenic stage in Baiganhu W and Sn deposit

图4 白干湖包裹体测温结果直方图Fig.4 Histograms of temperature measuring result in Baiganhu deposit

在冷冻−升温过程中，Ⅲ型包裹体的固相 CO2全部熔化温度为−58.1～−57.1 ℃(图4(b))，同样反映其中含有少量杂质[10−12]。该类型包裹体以均一至液相为主，均一温度变化为19.8～27.7 ℃，求得CO2相密度为0.66～0.78 g/cm3。

5 流体包裹体研究结果分析与矿床成因

5.1 成矿流体的不均一性

白干湖矿区矿化石英脉中同时存在Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ等原生流体包裹体，且成群共生产于同一石英颗粒中，表明其捕获时成矿流体处于一种不均一的状态[11−12]。

排除了不同期次包裹体叠加发育及颈缩渗漏等后期变化因素，产生这种现象的原因可能有 2种：(1) NaCl-H2O-CO2流体不混溶造成的不均一捕获；(2) NaCl-H2O及CO22种不同性质流体的混合作用。本区包裹体测温结果支持第1种可能性，即成矿流体为不混溶流体，具体表现如下。

(1) 矿区Ⅱ和Ⅲ型包裹体气相组分除 CO2外，还含有CH4等微量成分，与相分离特征相符，即在相分离过程中，CH4等成分倾向于CO2相富集[13]。

(2) 一般而言，NaCl-H2O及CO2这2种不同性质流体混合形成的各类包裹体，其盐度应存在较大范围波动。本次实测Ⅰ型和Ⅱ型包裹体盐度相对稳定，两者盐度略有差别，据此可排除2种不同性质流体混合。

(3) 由图4(d)可知：Ⅰ型包裹体与Ⅱ型包裹体盐度相差较大，符合不混溶流体的特征。

以上现象表明：白干湖钨锡矿成矿过程中成矿流体发生不混溶作用(相分离作用)，相分离造成原始的NaCl-H2O-CO2超临界流体分离为含较低盐度的富CO2水溶液流体(盐度 2.8%～9.4%)和较高盐度的水溶液流体(1.82%～16.43% NaCl)，大部分盐类将进入富水溶液相中。

5.2 成矿物理化学条件

在流体不混溶过程中捕获的流体包裹体，其捕获端元组分的流体包裹体均一温度基本代表了成矿作用的温度。白干湖矿床主成矿阶段的Ⅰ和Ⅱ型包裹体是捕获于NaCl-H2O相和富CO2相2个端元流体的代表，前者均一温度主要变化范围为160～260 ℃，后者完全均一化温度变化范围主要为255～315 ℃，2种包裹体均一温度很不一致。造成这一现象的原因可能是成矿过程中随压力波动，流体发生多次不混溶作用。

流体水溶液−CO2包裹体的均一温度落在很窄的范围内，具有均一捕获的特征，平均值为285.4 ℃，可能反映仍处于分离两相平衡状态下的富CO2流体中石英的形成温度。考虑到黑钨矿石英脉对称带状构造所反映的矿物生成顺序，说明黑钨矿的形成早于石英的形成，其形成温度应大于285.4 ℃，即属于中高温的范畴。卢焕章等[12]认为若在薄片中同时见到纯CO2包裹体和纯水包裹体，并能证明它们是同时捕获的，则可以通过测定纯CO2包裹体和纯水包裹体的均一温度，在H2O和CO2体系联合P-T图解上获得包裹体的捕获压力，因为测得极富H2O和纯CO2包裹体平均均一温度分别为211.147 ℃和24.767 ℃，由此获得的密度分别为0.850 g/cm3和0.716 g/cm3。这2种包裹体的等容线相交于图5中A点，从而获得包裹体的捕获压力约为95 MPa，相当于3.6 km的静岩压力，由此推断其形成深度应大于或接近3.6 km。水溶液包裹体端元中虽未见明显的CO2成分，但其均一温度变化范围较大(160～310 ℃)，包裹体未见沸腾特征，可能存在水溶液和少量CO2流体不均一捕获的现象。对这种特征的唯一合理的解释是富CO2相向上迁移并与水溶液相完全分离，其条件是构造的开放性足够大，成矿压力由静岩压力降低至接近静水压力。由于成矿深度没有明显的变化，以95 MPa作为水溶液包裹体的捕获压力，校正其捕获温度应为225～410 ℃，属于中高温范畴。从包裹体盐度较宽的变化范围来看，尚不能排除有外来水体的混入，很可能是地下水热液。研究结果表明[14]：钨锡矿成矿流体主要为中高温、低盐度、低密度的 NaCl-H2O-CO2-CH4流体，其中钨矿的形成温度多为200～500 ℃。我国的柿竹园超大型钨矿床成矿作用温度亦主要发生在250～350 ℃。由此可见：白干湖钨锡矿床与国内外热液型钨矿床的成矿物理化学条件类似，成矿流体为中高温(225～410 ℃)、中低盐度(1.82%～16.43% NaCl)的 NaCl-H2O-CO2(-CH4)体系。

5.3 矿质迁移及沉淀机制

图5 H2O和CO2体系联合P-T图解(图中数据为密度，g/cm3)Fig.5 United graph of pressures versus homogenization temperature for H2O-CO2 system

由于白干湖钨锡矿床中的流体包裹体特征反映了成矿流体可能为后期岩浆热液流体，推断其可能来源于矿区酸性岩浆热液，矿区围岩发育硅化、碳酸盐化以及石英脉中CO2包裹体，表明含矿热液为富碱、富硅和富CO2流体，有利于CO2以碳酸根离子或重碳酸根离子存在于热液中。研究表明：流体中CO2含量是钨矿化的有效指示剂，流体中高含量的 CO2有利于WO42−，Fe2+，Mn2+和 Ca2+共同迁移，对有显著的稳定和保护作用[15]。由此，矿区钨锡成矿物质是由水溶液-CO2高温流体携带和搬运的。

矿区流体富含H2O和CO2等挥发组分。由于后期断裂或其他构造因素以及挥发组分强大的内压力作用下，流体向上迁移，成矿压力由静岩压力降低至接近静水压力，导致原始流体相分离，形成较高盐度的NaCl-H2O溶液和中低盐度的水溶液-CO2流体，成矿物质更趋向于富集在较高含盐度的水溶液相中。CO2气体的逸出以及碳酸根和重碳酸根分解，破坏了矿液内物理化学体系的平衡，引起成矿溶液pH，Eh和氧逸度等显著变化，引起矿物质沉淀。

6 结论

(1) 白干湖钨锡矿大地构造位置位于塔里木—华北板块南部，柴达木微陆块南缘的祁漫塔格加里东褶皱带北西向北东方向的转折部位。出露地层主要为金水口群的二云石英片岩、大理岩、石英岩、石英透闪岩等。贯穿全区的白干湖断裂带为该区的主要构造，属于阿尔金断裂的次一级断裂，该断裂既是成矿构造又是导矿构造。本区岩浆活动强烈，以加里东期中酸性岩浆活动为主，具多期次侵入、同源演化之特点。矿区内北东段以石英大脉型白钨矿体为主，南西段则以石英细(网)脉带型钨、锡矿体为主。

(2) 白干湖钨锡矿区矿化石英脉中发育大量的气液两相包裹体(Ⅰ)、水溶液-CO2三相包裹体(Ⅱ)以及CO2两相包裹体(Ⅲ)。

(3) 白干湖钨锡矿成矿过程中成矿流体发生不混溶作用(相分离作用)，相分离造成原始的NaCl-H2O-CO2超临界流体分离为含较低盐度的富CO2水溶液流体(2.8%～9.4% NaCl)和较高盐度的水溶液流体(1.82%～16.43% NaCl)，大部分盐类将进入富水溶液相中。

(4) 矿区成矿流体为处于中深环境(≥3.6 km)、中高温(225～410 ℃)、中低盐度(1.82%～16.43% NaCl)的NaCl-H2O-CO2(-CH4)体系。

(5) 矿区流体来源于酸性岩浆热液，主要含矿热液为富碱、富硅和富CO2流体，钨锡成矿物质由水溶液-CO2高温流体携带和搬运。随着温度的降低及后期构造的影响，流体发生相分离成为中高盐度的水溶液流体和中低盐度的水溶液-CO2流体，钨锡成矿物质趋向于富集在中高盐度水溶液相中，并导致钨锡矿的成矿作用。

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