湘南荷花坪锡多金属矿床流体包裹体研究

蔡明海, 余存林, 王显彬, 刘 虎, 郭腾飞, 彭振安

1)广西大学资源与冶金学院, 广西南宁 530004; 2)内蒙古自治区地质矿产勘查开发局, 内蒙古呼和浩特 010020

湘南荷花坪锡多金属矿床流体包裹体研究

蔡明海1), 余存林2), 王显彬1), 刘 虎1), 郭腾飞1), 彭振安1)

1)广西大学资源与冶金学院, 广西南宁 530004; 2)内蒙古自治区地质矿产勘查开发局, 内蒙古呼和浩特 010020

荷花坪锡多金属矿床是湘南地区新发现的一大型矿床, 主要由印支期矽卡岩型矿石和燕山期蚀变碎裂岩型矿石所组成, 且以前者为主体。本文在详细的野外调查和岩相学观察基础上, 将区内印支期成矿分为三个成矿阶段(I-含锡矽卡岩阶段; II-硫化物阶段; III-石英-方解石阶段), 燕山期成矿分为两个阶段(I-锡石-硫化物阶段; II-方解石阶段)。对不同期石英、绿柱石、方解石等矿物中流体包裹体的研究表明, 荷花坪矿床包裹体类型主要为H2O-NaCl型、H2O-NaCl-CO2型和少量纯CO2型。显微实验结果显示, 印支期成矿流体主要为低盐度(ω(NaCleq)=3%～10%)的H2O-NaCl和H2O-NaCl-CO2以及少量富CO2流体。三个成矿阶段的完全均一温度分别为290～390℃、190～260℃和140～180℃。成矿早阶段流体中含较多CO2, 晚阶段CO2含量减少, 主要为H2O-NaCl, 且Ca2+、Mg2+含量增高。燕山期成矿流体亦为低盐度(ω(NaCleq)=2%～10%)H2O-NaCl和H2O-NaCl-CO2, 二个成矿阶段的完全均一温度分别为190～340℃和130～170℃, 成矿早阶段流体中含较多CO2, 晚阶段CO2含量减少, 主要为NaCl-H2O。两期成矿从早到晚都呈现出盐度降低、密度增大的变化趋势。区内成矿流体主要来自岩浆和地下水热液, 成矿早阶段以岩浆流体为主, 晚阶段以地下水为主。区内锡成矿主要与含CO2的流体以及流体的沸腾作用有关, 铅锌矿化主要与盐-H2O溶液流体作用关系密切。

地球化学; 流体包裹体; 成矿作用; 荷花坪锡多金属矿床; 湘南地区

荷花坪锡多金属矿床是21世纪初在湘南地区新发现的一个大型矿床, 位于郴州市南约10 km, 东与超大型柿竹园钨多金属矿毗邻。吴寿宁(2006)和蔡明海等(2006)报道了矿区地质和矿化特征, 并获得了印支期成矿年龄数据; 柏道远等(2006)、Wei等(2007)、章荣清等(2010)、郑佳浩等(2012)分别开展了区内岩体的年代学和地球化学研究。湘南是一个钨锡多金属矿集区, 产有柿竹园、新田岭、芙蓉、瑶岗仙等著名的钨锡多金属矿床, 这些矿床主要形成于燕山期(毛景文等, 2004; Peng et al., 2006; 蔡明海等, 2008; 王登红等, 2009), 而新发现的荷花坪锡多金属矿则发育印支期和燕山期两期成矿作用, 且以印支期成矿为主体(蔡明海等, 2006), 在湘南地区独具特色。对湘南地区燕山期钨锡矿成矿流体前人进行了较多研究(宋学信, 1990; 李桃叶等, 2005; 董少花等, 2011; 单强等, 2011), 但对印支期锡多金属成矿流体尚未开展过相关工作。鉴于此, 本文开展了荷花坪矿床印支期和燕山期成矿流体包裹体研究,为进一步深化湘南地区钨锡多金属成矿认识提供了新资料。

荷花坪锡多金属矿床位于扬子与华夏板块的结合部位, 大地构造位置属华南古生代褶皱系湘南—桂东拗陷东部, 毗邻赣南—粤北隆起。

矿区出露地层为中泥盆统棋梓桥组灰岩、白云质灰岩、白云岩和跳马涧组石英砂岩、泥质砂岩。矿区构造以断裂为主, 主要有NE向断裂, 以及发育在跳马涧组灰岩和棋梓桥组砂岩界面附近的顺层滑动破碎带, 分别控制了区内脉状和似层状矿体的产出(图1)。

王仙岭岩体是区内主要侵入体, 位于矿区西北侧, 由早期中粗粒似斑状含电气石黑云母花岗岩(主体)和晚期中细粒黑云母花岗岩组成, 成岩年龄分别为(235±1.3) Ma(郑佳浩等, 2012)和(212±4) Ma(Wei et al., 2007), 属印支期产物。地球化学特征研究表明, 王仙岭岩体为中元古代基底重熔产物, 但在成岩过程中有少量地幔物质加入(柏道远等, 2006; 郑佳浩等, 2012)。在王仙岭岩体东南侧发育有一系列NE向花岗斑岩脉, 这些岩脉绝大多数无明显矿化和蚀变现象, 斑晶以长石为主, 石英次之, 成岩年龄(159±3)～(154.7±0.5) Ma(Wei et al., 2007; 章荣清等, 2010)。仅在矿区西南侧的龙潭附近见有一条强烈矿化和蚀变的花岗斑岩脉, 斑晶以石英为主, 长石次之, 成岩年龄(142±2) Ma(Wei et al., 2007)。

1 矿床地质特征

区内锡多金属矿化产于印支期王仙岭岩体东南接触带附近, 发现有4个主要矿体(图1)。

Ⅰ号矿体: 产于岩体内接触带的野鸡窝—桃花笼一带, 受NE向断裂控制, 沿断裂破碎带分布有大量角岩化砂岩捕掳体, 矿化主要产在围岩捕掳体内。矿体呈脉状, 长约1800 m, 平均厚4.45 m, Sn平均品位0.93%。矿石类型可分为矽卡岩型和蚀变碎裂岩型, 并以前者为主体。

Ⅱ号矿体: 产于岩体外接触带, 受NE向断裂控制, 与I号矿体平行产出。矿体呈脉状, 长约1320 m,平均厚4.20 m, Sn平均品位0.58%。矿石类型主要为矽卡岩型, 次为蚀变碎裂岩型。

Ⅲ号矿体: 分布于矿区西侧龙潭附近, 受NE向断裂控制。矿化产在燕山期花岗斑岩脉与跳马涧组砂岩接触带附近, 矿体由强蚀变的碎裂砂岩、花岗斑岩组成, 部分地段斑岩脉矿化蚀变强烈, 整个岩脉均为矿体的组成部分。矿体呈脉状, 长约370 m,厚3.40～18.0 m, Sn平均品位0.51%, 矿石类型为蚀变碎裂岩型。

Ⅳ号矿体: 为区内主矿体, 呈似层状产在跳马涧组砂岩和棋梓桥组灰岩界面附近的层间破碎带中,矿体露头仅在西北部的锡金岭一带见及, 其它地段隐伏于地下。矿体断续长约2600 m, 厚7.13～16.09 m, 单工程Sn平均品位0.28%～1.8%。矿石类型主要为矽卡岩型, 其次为蚀变碎裂岩型。

图1 荷花坪锡多金属矿区地质图Fig. 1 Geological map of the Hehuaping tin-polymetallic ore district

野外观察表明, 区内矿化可分为早期含锡矽卡岩型和晚期蚀变碎裂岩型, 其中, I号、II号和IV号矿体以矽卡岩型矿化为主体, 晚期蚀变碎裂岩型矿化仅叠加在矽卡岩型矿体边部, 两期矿化产物在空间上能够很好地加以区分。III号矿体则全部由晚期的蚀变碎裂岩型矿石组成。

早期矽卡岩型矿石为它形-半自形粒状结构、交代结构, 矿石构造有浸染状、条纹状和块状等, 围岩蚀变为矽卡岩化、云英岩化、绿泥石化等; 晚期蚀变碎裂岩型矿石为它形-半自形粒状结构、交代结构,矿石构造有浸染状、脉状和块状等, 围岩蚀变为硅化、绢云母化和绿泥石化等。区内早期矽卡岩型矿化与王仙岭岩体早期中粗粒似斑状含电气石黑云母花岗岩(235±1.3 Ma)有关, 矿石中辉钼矿Re-Os等时线年龄为(224.0±1.9) Ma(蔡明海等, 2006), 属印支期成矿; 晚期蚀变碎裂岩型矿化以Ⅲ号矿体为代表, 燕山期花岗斑岩脉卷入其中, 岩脉的成岩年龄值(142±3 Ma)应代表了该期成矿作用时间的下限,因此推测, 晚期成矿作用应发生在(142±3 Ma)之后,可能与相邻柿竹园矿床的第二期成矿作用(134.0±1.6 Ma)(毛景文等, 1995)时代相近, 属燕山期成矿。

根据野外观察和室内镜下鉴定情况, 区内印支期成矿(矽卡岩型矿化)可分为三个阶段: I-含锡矽卡岩阶段, 该阶段的金属矿物有锡石、黄铁矿、磁黄铁矿、磁铁矿、辉钼矿等, 非金属矿物有石英、石榴石、透辉石、透闪石、萤石、绿柱石等, 锡石粒径一般0.01～0.10 mm, 呈不规则粒状分布于矽卡岩矿物粒间; II-硫化物阶段, 主要金属矿物有黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿等, 方铅矿与闪锌矿、黄铜矿共生, 交代早阶段黄铁矿、磁黄铁矿, 非金属矿物主要有石英、绢云母等, 该阶段以铅锌矿化为主,局部形成独立的铅锌矿体, 镜下未见锡石矿物; III-石英-方解石阶段, 石英-方解石脉中含少量黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、黄铜矿等金属矿物。燕山期成矿(蚀变碎裂岩型矿化)形成的金属矿物有锡石、辉铋矿、磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿等, 金属矿物呈浸染状和细网脉状产出, 但脉体之间并无明显穿插关系, 镜下偶见方铅矿交代磁黄铁矿。此外, 矿体中见有少量基本不含硫化物的方解石-石英细脉, 呈不规则状产出。据此, 将区内燕山期成矿大致分为两个阶段: I-锡石-硫化物阶段; II-方解石阶段。

2 流体包裹体研究

本次用于流体包裹体研究的样品分别采自矿区不同矿体, 采样位置及样品特征见表1。

其中, HH2-3、HH3-17、HH5-3、HH11-5、HH11-9、HH12-4、HH19-4、HH20-6等8件样品采自远离晚期矿化叠加的矽卡岩型矿石; HH1-3、HH16-4、HH18-4等3件样品采自晚期蚀变碎裂岩型矿石, 由于区内两类矿化产物在空间上易于区分,因此, 上述样品分别代表了早期(印支期)和晚期(燕山期)成矿产物。

对11件矿石样品分别进行了光、薄片观察和流体包裹体显微测温。显微测温在宜昌地质矿产研究所完成, 测试仪器为英国Linkam2002年生产的THMSG600地质型显微冷热台, 0～600℃的精度为±2℃; 0 ～ –196℃的精度为±0.5℃。

表1 流体包裹体样品采样位置及特征Table 1 Characteristics and locations of fluid inclusion samples

2.1 流体包裹体类型和特征

本区与成矿有关的石英、绿柱石、方解石等矿物中发育有大量原生流体包裹体、假次生包裹体和次生包裹体, 其中, 次生包裹体沿矿物裂隙呈线状排列。以下主要讨论原生流体包裹体和假次生包裹体。

根据Roedder(1984)和卢焕章等(2004)提出的流体包裹体在室温下相态分类准则及冷冻回温过程中的相态变化, 区内印支期流体包裹体可划分为H2O-NaCl型(A类)、H2O-NaCl-CO2型(B类)和富CO2型(C类), 燕山期流体包裹体则主要为H2O-NaCl型(A类)和H2O-NaCl-CO2型(B类)。

2.1.1 印支期流体包裹体类型和特征

(1)H2O-NaCl型包裹体(A类)

主要由H2O和NaCl组成, 可分为单相型(A-1型)和两相型(A-2型)。

A-1型: 由LH2O一相组成, 在不同矿物中均有发育, 占包裹体总量的30%～40%, 形态为米粒状、椭圆状、多边形, 呈小群状、自由状分布, 包裹体长轴1～25 μm, 多为5～15 μm。

A-2型: 由LH2O和VH2O两相组成, 以富液相为特征, VH2O占10%～25%, 占包裹体总量35%～65%。包裹体形态为多边形、椭圆形、负晶形和不规则状,呈小群状、自由分布, 包裹体长轴长2～25 μm, 多为5～15 μm。

(2)H2O-NaCl-CO2包裹体(B类)

该类包裹体在第Ⅰ和Ⅱ成矿阶段的石英、绿柱石矿物中发育, 成矿晚阶段方解石和石英矿物中未出现。此类包裹体可分为含CO2三相型(B-1型)和含少量CO2两相型(B-2型)。

B-1型: 由LH2O+LCO2+VCO2三相组成, 其中, LH2O占30%～60%、LCO2占20%～40%、VCO2占20%～30%。该类包裹体占包裹体总量的≤10%, 形态为椭圆形、长方形、负晶形, 呈分散状、小群状分布, 长轴一般5～30 μm, 多为10～20 μm。

B-2型: 该类包裹体在室温条件下与A-2型无明显区别, 由LH2O＋VH2O二相组成, VH2O占35%～70%。冷冻时气泡不消失, 有变形现象, 但未观察到CO2相, 笼形物消失温度7.1～8.5℃, 推测可能含有少量CO2, 因此将其归为B类包裹体。该类包裹体占包裹体总量5%～15%。

(3)富CO2包裹体(C类)

由LCO2和VCO2二相组成, VCO2占20%～80%。该类包裹体仅在岩体内接触带Ⅰ号矿体第Ⅰ阶段石英矿物中出现, 室温条件下与A-2型无明显区别, 但在冷冻回温过程中, 两者的相态变化过程明显不同。该类包裹体占包裹体总量的≤5%, 形态为圆形、椭圆形为主、半自形负晶形, 呈分散状分布, 包裹体长轴4～14 μm。

2.1.2 燕山期流体包裹体类型和特征

(1)H2O-NaCl型包裹体(A类)

A-1型: 由LH2O一相组成, 在不同矿物中均有发育, 占包裹体总量的20%～40%, 形态为米粒状、椭圆状、多边形, 呈小群状、自由状分布, 包裹体长轴2～12 μm。

A-2型: 由LH2O和VH2O两相组成, 以富液相为特征, VH2O占10%～25%, 占包裹体总量的30%～65%。包裹体形态为多边形、椭圆形、负晶形和不规则状, 呈小群状、自由分布, 包裹体长轴长2～25 μm, 多为4～10 μm。

(2)H2O-NaCl-CO2包裹体(B类)

该类包裹体在第Ⅰ成矿阶段的石英矿物中发育,成矿晚阶段方解石矿物中未出现。此类包裹体可分为含CO2三相型(B-1型)和含少量CO2两相型(B-2型)。

B-1型: 由LH2O+LCO2+VCO2三相组成, 其中, LH2O占30%～60%、LCO2占20%～40%、VCO2占20%～30%。该类包裹体占包裹体总量的≤10%, 形态为椭圆形、长方形、负晶形, 呈分散状、小群状分布, 长轴一般5～30 μm, 多为10～20 μm。

B-2型: 该类包裹体在室温条件下与A-2型无明显区别, 由LH2O＋VH2O二相组成, VH2O占35%～70%。冷冻时气泡不消失, 有变形现象, 但未观察到CO2相, 笼形物消失温度7.1～7.2℃, 推测可能含有少量CO2, 因此将其归为B类包裹体。该类包裹体占包裹体总量5%～15%。

2.2 流体包裹体的显微测温和相关参数

2.2.1 H2O-NaCl型包裹体(A-2型)

对11件样品石英、绿柱石、方解石中两相H2O-NaCl型包裹体(A-2型)进行详细显微观测, 相关数据列于表2。

(1)印支期矽卡岩型矿石中两相H2O-NaCl型包裹体(A-2型)

两相H2O-NaCl型包裹体的初熔温度–21.0～–20.5℃, 属NaCl-H2O体系, 冰点温度–6.6 ～ –2.1℃,均一温度范围140～345℃, 均一到液相, 盐度ω(NaCleq)3.5%～9.97%, 密度0.671～0.974 g/cm3(表2)。

在石英矿物中还发现有少量两相H2O-NaCl型包裹体属NaCl-CaCl2-H2O体系和NaCl-MgCl2-H2O体系。NaCl-CaCl2-H2O型包裹体呈自由状分布, 常温下为两相(LH2O＋VH2O), VH2O占15%～20%, 初熔温度–55～ –52℃, 冰点温度–18.0 ～ –15.0℃, 完全均一温度195～205℃, 盐度ω(NaCleq)18.62%～20.95%, 密度1.013～1.015 g/cm3(表2)。NaCl-MgCl2-H2O型包裹体呈椭圆形、负晶形, 小群状或自由分布, 常温下为两相(LH2O＋VH2O), VH2O占15%～20%, 初熔温度–37 ～ –35℃,冰点温度–18.0 ～ –8.1℃, 完全均一温度198～265℃,盐度ω(NaCleq)11.82%～20.95%, 流体密度0.914～1.015 g/cm3(表2)。

图2 两相H2O-NaCl型包裹体均一温度直方图Fig. 2 Histogram of homogenization temperatures (Thtotal) of H2O-NaCl type inclusions

将矽卡岩型矿石中两相H2O-NaCl型包裹体(NaCl-H2O型、NaCl-CaCl2-H2O型、NaCl-MgCl2-H2O型)所测得的均一温度统计作图(图2a)。

从图2a可以看出, 印支期矽卡岩型矿石中两相H2O-NaCl型包裹体均一温度大致可分为140～180℃、190～260℃和290～350℃三个较为集中的区间, NaCl-CaCl2-H2O型和NaCl-MgCl2-H2O型包裹体均一温度主要位于190～260℃温度范围内。

(2)燕山期蚀变碎裂岩型矿石中两相H2O-NaCl型包裹体(A-2型)

晚期蚀变碎裂岩型矿石中两相H2O-NaCl型包裹体初熔温度为–21.0 ～ –20.5℃, 属NaCl-H2O体系,冰点温度–6.0 ～ –1.5℃, 均一到液相, 完全均一温度136～260℃, 且集中在136～170℃和190～260℃两个区间(图2b), 盐度ω(NaCleq)2.47%～9.19%, 密度0.858～0.950 g/cm3(表2)。

2.2.2 H2O-NaCl-CO2型包裹体(B类)

11件样品中仅有5件样品中发现有含CO2三相包裹体(B-1型), 6件样品中发现有含少量CO2二相包裹体(B-2型), 分别对其进行了详细显微观测, 相关数据列于表3、4。

(1)印支期矽卡岩型矿石中H2O-NaCl-CO2型包裹体

①含CO2三相包裹体(B-1型)

CO2初熔温度–64 ～ –57.2℃, 略低于纯CO2的三相点(–56.6℃)(Roedder, 1984), 表明可能有少量CH4等成分存在(Diamond, 2001); 笼形物的融化温度(tmcl)6.5～8.0℃。

CO2的部分均一温度18.5～30.0℃, 分为两种情况: 其一是均一到气相CO2, CO2部分均一温度23～24℃, 完全均一温度340～350℃, 盐度ω(NaCleq)3.89%～4.80%, CO2相密度0.220～0.231 g/cm3, 总密度0.701～0.709 g/cm3, CO2摩尔百分数5.7%～6.0%; 其二是均一到液相CO2, CO2部分均一温度30℃, 完全均一温度350～390℃, 盐度ω(NaCleq)5.68%～6.54%, CO2相密度0.596 g/cm3,总密度0.727～0.729 g/cm3, CO2摩尔百分数36.4%(表3)。

②含少量CO2两相包裹体(B-2型)

此类型有两种状态: 其一为VH2O占35%～40%,笼形物融化温度(tmcl)7.2～8.0℃, 均一到液相, 完全均一温度248～380℃; 其二是VH2O占65%～70%, 笼形物融化温度(tmcl)7.0～8.5℃, 均一到气相, 完全均一温度310～360℃(表4)。

(2)燕山期蚀变碎裂岩型矿石中H2O-NaCl-CO2包裹体

①含CO2三相包裹体(B-1型)

CO2初熔温度–57.1 ～ –56.8℃, 略低于纯CO2的三相点(–56.6℃), 表明可能有少量CH4等成分存在,笼形物融化温度(tmcl)7.5～8.5℃。CO2部分均一温度5.0～29.0℃, 分为两种情况: 其一是均一到气相CO2, CO2部分均一温度10～29℃, 完全均一温度280～335℃, 盐度ω(NaCleq)2.96%～4.80%, CO2相密度0.135～0.312 g/cm3, 总密度0.488～0.716 g/cm3, CO2摩尔百分数6.3%～19.3%; 其二是均一到液相CO2, CO2部分均一温度5～9℃, 完全均一温度290～320℃, 盐度ω(NaCleq)4.44%～5.68%; CO2相密度0.876 ～0.897 g/cm3, 总密度0.962～0.983 g/cm3, CO2摩尔百分数19.2%～19.7%(表3)。

表3 含CO2三相包裹体(B-1型)包裹体参数Table 3 Microthermometric data of three-phase H2O-NaCl-CO2type (B-1) inclusions

②含少量CO2两相包裹体(B-2型)

此类型有两种状态: 其一为VH2O占35%～40%,笼形物融化温度(tmcl)7.1～7.2℃, 均一到液相, 完全均一温度290～310℃; 其二是VH2O占65%～70%, 笼形物融化温度(tmcl)7.0～7.5℃, 均一到气相, 完全均一温度295～313℃(表4)。

2.2.3 富CO2包裹体(C类)

此类包裹体有两种状态: 其一为VCO2占25%～40%, 均一到液态CO2, 均一温度21～27℃, 相应的密度(CO2)0.678～0.763 g/cm3; 其二是VCO2占60%～80%, 均一到气态CO2, 均一温度24.5～29℃,相应的密度(CO2)0.237～0.312 g/cm3。

2.3 包裹体均一温度

将区内两相H2O-NaCl型包裹体(A-2型)、含CO2三相包裹体(B-1型)和含少量CO2两相包裹体(B-2型)所测得的完全均一温度按不同矿石类型分别进行统计(图3)。

从图3可以看出: 印支期矽卡岩型矿石包裹体的完全均一温度范围140～390℃, 大致呈现出290～390℃、190～260℃、140～180℃三个温度段, 分别与I、II和III三个成矿阶段相对应, H2O-NaCl-CO2型包裹体(B类)主要分布在290～390℃和190～260℃两个温度段, 出现在I、II成矿阶段(图3a); 燕山期蚀变碎裂岩型矿石包裹体完全均一温度范围为130～340℃, 呈现3个温度段, 分别集中于290～340℃、190～270℃、140～170℃之间, 前两个温度区间对应燕山期成矿第I矿化阶段, 低温区间对应方解石阶段(II阶段), H2O-NaCl-CO2包裹体(B类)主要分布在290～340℃之间, 出现在成矿早阶段(图3b)。

表4 含少量CO2两相包裹体参数Table 4 Microthermometric data of two-phase H2O-NaCl-CO2type (B-2) inclusions

3 问题讨论

3.1 成矿流体特征

(1)印支期期成矿流体特征

图3 各类包裹体均一温度直方图Fig. 3 Histogram showing homogenization temperatures of different types of inclusions

将区内不同成矿期成矿流体特征列于表5。从表5可以看出, 印支成矿期第I阶段流体包裹体种类齐全, 且出现较多的含CO2包裹体(B类)和富CO2包裹体(C类), 流体成分主要为H2O-NaCl、H2O-NaCl-CO2以及富CO2流体, 完全均一温度290～390℃, 流体盐度ω(NaCleq) 3.89%～9.97%、密度0.705～0.842 g/cm3; 第II阶段以H2O-NaCl型包裹体为主(A-1型、A-2型), 仅出现含少量CO2两相包裹体(B-2型), 但两相H2O-NaCl型包裹体(A-2型)中出现了NaCl-CaCl2-H2O和NaCl-MgCl2-H2O体系流体,完全均一温度190～260℃, 流体盐度ω(NaCleq) 3.44%～20.95%(主要3.44%～8.92%)、密度0.787～1.015 g/cm3; 第Ⅲ成矿阶段主要为H2O-NaCl型包裹体(A类), 完全均一温度140～180℃, 流体盐度ω(NaCleq) 4.07%～6.52%、密度0.926～0.950 g/cm3。

由上可知, 印支期成矿早阶段流体中含较多CO2, 而后CO2含量减少, Ca2+、Mg2+含量增高。以同类包裹体(A-2型、NaCl-H2O体系)比较, 从早到晚, 盐度ω(NaCleq)为5.01%～9.97%→3.44%～6.52%→4.07%～6.52%, 流体密度0.671～0.842 g/cm3→0.787～0.998 g/cm3→0.874～0.950 g/cm3(表2), 总体呈现盐度降低、密度增大的变化趋势。

表5 不同成矿期流体特征Table 5 Characteristics of ore-forming fluids in different metallogenic periods

印支期成矿I阶段, 同时出现了富液相H2O-NaCl包裹体(VH2O占20%～25%)、含CO2三相包裹体(φ(CO2)=40%～70%)和不同充填度的含少量CO2两相包裹体(VH2O占35%～70%), 与之共存的还有富CO2包裹体, 它们具有大体一致的完全均一温度, 表明印支期成矿早阶段可能出现了流体沸腾作用, 而锡石矿物主要在这一阶段析出, 因此认为,锡石的沉淀可能与含CO2的流体以及流体的沸腾作用有关。沸腾作用导致了CO2等挥发组分的逃逸和流体浓度、物理化学条件的改变, 使锡等有用组分沉淀。

印支期成矿第II阶段主要为H2O-NaCl包裹体,出现了NaCl-CaCl2-H2O体系和NaCl-MgCl2-H2O体系流体, 流体中CO2明显减少, 这一阶段主以铅锌矿化为主, 基本不含锡石, 可见区内铅锌矿化主要与盐-H2O溶液流体作用关系密切。

(2)燕山期成矿流体特征

从表5可以看出, 燕山成矿期第I阶段包裹体类型较多, 且出现较多的含CO2三相包裹体(B-1型)和含少量CO2两相包裹体(B-2型), 完全均一温度190～340℃, 流体盐度ω(NaCleq) 2.96%～9.19%、密度0.491～0.950 g/cm; 第II阶段仅为H2O-NaCl型包裹体, 完全均一温度130～170℃, 流体盐度ω(NaCleq) 2.47%～4.55%、密度0.939～0.950 g/cm3。早阶段成矿流体中含较多CO2, 晚阶段主要为NaCl-H2O。以同类包裹体(A-2型)比较, 从早到晚, 盐度ω(NaCleq)为4.55%～9.19%→2.47%～4.55%, 流体密度0.858～0.937 g/cm3→0.939～0.950 g/cm3(表2), 同样呈现盐度降低、密度增大的变化趋势。

燕山期主成矿阶段(I阶段)出现了含CO2三相包裹体(φ(CO2)=40%～65%)和不同充填度的含少量CO2两相包裹体(VH2O占35%～70%), 它们具有大体一致的完全均一温度(高温段), 表明燕山期成矿早阶段可能出现了含CO2流体的沸腾作用, 而锡石矿物主要在这一阶段析出, 因此认为, 锡石的沉淀可能与含CO2的流体以及流体的沸腾作用有关。

比较而言, 印支期和燕山期成矿I阶段流体特征基本相同, 均以出现较多的含CO2流体为特征,前者CO2摩尔百分数5.7%～36.4%, 后者6.3%～19.7%, 印支期成矿I阶段还出现了富CO2流体。印支期成矿晚阶段(II)流体中除NaCl-H2O外, 出现Ca2＋和Mg2＋, 燕山期成矿晚阶段(II)主要为NaCl-H2O。

(3)流体的空间变化特征

空间上, 内接触带I号矿体→近接触带II号矿体→远离接触带Ⅵ号矿体, 印支期包裹体的类型有明显变化(表6)。

由表6可见, 内接触带矿体中包裹体种类齐全,且以出现富CO2两相包裹体(C类)为特征, 外接触带矿体中未发现富CO2两相包裹体(C类), 但两相H2O-NaCl型包裹体(A-2)中出现了NaCl-CaCl2-H2O体系和NaCl-MgCl2-H2O体系流体, 表明由岩体向外, 流体中CO2含量较少, Ca2+、Mg2+含量增加。

3.2 成矿流体来源

花岗质岩浆中CO2的溶解度低于H2O和Cl, 在含CO2的岩浆中最先出溶, 形成低盐度富CO2的流体(冷成彪等, 2009), 因此, 荷花坪矿区印支期成矿的早阶段出现的较多含CO2流体可能来自岩浆。从包裹体空间分布特征来看, 以CO2为主、几乎不含水的富CO2两相包裹体(LCO2＋VCO2)仅出现在内接触带I号矿体中, 外接触带中的II号和Ⅵ号矿体主要为含CO2三相包裹体(B-1型)和含少量CO2两相包裹体(B-2型), 由此可见, 随着远离岩体, 流体中CO2含量减少。上述特征表明, 含CO2的成矿流体可能与岩浆作用关系密切, 主要为岩浆来源。

表6 印支期流体包裹体类型空间分布特征Table 6 Characteristics of spatial distribution of different types of Indosinian fluid inclusions

在以灰岩、白云质灰岩和白云岩为赋矿围岩的II和Ⅵ矿体中出现NaCl-CaCl2-H2O体系和NaCl-MgCl2-H2O体系流体, 但在以花岗岩和砂岩为赋矿围岩的I和Ⅲ矿体中两相H2O-NaCl包裹体主要为NaCl-H2O体系, 表明流体中Ca2+、Mg2+主要来自灰岩、白云质灰岩、白云岩等赋矿围岩, 该类成矿流体可能为加热的地下水(季克俭等, 1994)。

在两期成矿流体的演化过程中, 早阶段流体中CO2含量较高, 晚阶段则以H2O-NaCl为主, CO2含量明显降低, 表明早阶段成矿流体以岩浆来源流体为主, 晚阶段地下水成分增加。

4 结论

(1)荷花坪矿区印支期成矿流体主要为低盐度(ω(NaCleq)=3%～10%)的H2O-NaCl和H2O-NaCl-CO2以及富CO2流体, 三个成矿阶段的完全均一温度分别为290～390℃、190～260℃和140～180℃。成矿早阶段流体中含较多CO2, 晚阶段CO2含量减少, 主要为H2O-NaCl, 且Ca2+、Mg2+含量增高。燕山期成矿亦为低盐度(ω(NaCleq)=2%～10%)H2O-NaCl和H2O-NaCl-CO2, 二个成矿阶段的完全均一温度分别为190～340℃和130～170℃, 成矿早阶段流体中含较多CO2, 晚阶段CO2含量减少, 主要为H2O-NaCl。两期成矿从早到晚都呈现出盐度降低、密度增大的变化趋势。

(2)区内成矿流体主要来自岩浆和地下水热液,成矿早阶段以岩浆流体为主, 晚阶段以地下水为主。

(3)区内锡成矿主要与含CO2的流体以及流体的沸腾作用有关, 铅锌矿化主要与盐-H2O溶液流体作用关系密切。

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Fliud Inclusion Study of the Hehuaping Tin-polymetallic Deposit in Southern Hunan Province

CAI Ming-hai1), YU Cun-lin2), WANG Xian-bin1), LIU Hu1), GUO Teng-fei1), PENG Zhen-an1)
1) College of Resources and Metallurgy, Guangxi University, Nanning, Guangxi 530004; 2) Inner Mongolia Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration and Development, Hohhot, Inner Mongolia 010020

The Hehuaping tin-polymetallic deposit is a large-size tin-polymetallic orefield newly discovered in southern Hunan Province. It consists of Indosinian skarn-type ores and Yanshanian altered-cataclastite-type ores. Four ore bodies have been explored, which are located in the southeast portion of the Wangxianling Indosinian granite pluton and hosted in granite, granite porphyry, and Devonian limestone, dolomitite and sandstone, respectively. Based on detailed field investigation and petrographic observation, the authors carried out microthermometric studies of fluid inclusions in quartz, berylite and calcite in different types of ores. Three stages of Indosinian skarn-type ores have been distinguished, i.e., Stage I–cassiterite and skarn stage, StageⅡ–sulfide stage, and Stage Ⅲ–quartz and calcite stage. Fluid inclusions in the skarn-type ores can be divided into three types: H2O-NaCl type, H2O-NaCl-CO2type, and minor pure CO2type. Experimental results show that thehomogenization temperatures are from 290℃ to 390℃, from 190℃ to 260℃ and from 140℃ to 180℃ for Stage I, II and III, respectively. The fluid inclusions at Stage I are enriched in CO2, whereas those at the late stage (Stage II, Stage III) are enriched in NaCl-H2O, with minor amounts of Ca2+, Mg2+ions. In addition, the two major stages of Yanshanian altered cataclastite-type ores have been distinguished: Stage I—cassiterite-sulfide stage, and Stage II—calcite stage. Yanshanian fluid inclusions can be divided into H2O-NaCl type and H2O-NaCl-CO2type. The homogenization temperatures are from 190℃ to 340℃ and from 130℃ to 170℃ for Stage I and II, respectively. The composition of the fluid inclusions at Stage I are enriched in CO2, whereas those at Stage II are enriched in NaCl-H2O. The characteristics of fluid inclusions in the Hehuaping deposit indicate that the fluid was derived from granites and groundwater. At the early stage the fluid was mainly magmatic fluid, but at later stages the fluid was dominated by groundwater. The fluid that was enriched in CO2and the fluid that boiled at the early stage possibly led to cassiterite precipitation, and the mineralization of lead and zinc was related to NaCl-H2O fluid.

geochemistry; fluid inclusion; mineralization; Hehuaping tin-polymetallic deposit; southern Hunan

P611.05; P618.44

A

10.3975/cagsb.2013.06.02

本文由国家自然科学基金项目(编号: 40972073)资助。

2012-12-17; 改回日期: 2013-02-17。责任编辑: 闫立娟。

蔡明海, 男, 1965年生。博士, 研究员。主要从事矿床学教学和科研工作。通讯地址: 530004, 广西南宁市大学东路100号。E-mail: gxdxcmh@163.com。