粤西阳春盆地旗鼓岭铜多金属矿流体包裹体研究*

2018-05-04陈友良梁家山彭渤洋

材料研究与应用 2018年1期

张龙，陈友良，梁家山，彭渤洋，刘堃

成都理工大学地球科学学院，四川成都 610059

粤西阳春盆地是广东省重要的多金属成矿区之一.盆地内发育有大量以 Cu，Fe，Pb，Zn，Ag，W，Sn 为主的多金属矿床，主要包括锡山钨锡矿床、石菉铜钼矿床、天堂铜铅锌多金属矿床、鹦鹉岭多金属矿床和南山崩坑-石屋铅锌铜锡矿床等在内的50余个矿床(点)[1].前人对这些大中型矿床的成矿特征已经做了较多的研究[1-11].旗鼓岭铜多金属矿是广东省有色金属地质局近年来发现的具有重要找矿前景的矽卡岩型铜钼钨矿区，据钻孔单孔显示铜多金属矿化累计厚度达120余米，展现出良好的成矿前景.本文对该矿区的流体包裹体展开研究，为该矽卡岩型铜多金属矿的成矿阶段划分以及成因提供依据.

1 矿区地质背景

粤西阳春盆地在大地构造位置上处于东亚大陆新华夏系第二隆起带的西南端，以吴川-四会深大断裂为界的二级块体云开地块和粤中地块的交汇处(图1).区内岩浆活动频繁，从加里东期到喜马拉雅期均有活动，岩性主要为中酸性-酸性岩，以及少量偏基性的二长岩.区内的内生金属矿床成因与岩浆活动密不可分，与成矿作用关系密切的岩体较集中地分布在盆地两侧边缘地带的吴川-四会断裂带内，并受北西向、东西向构造带的复合部位控制.

旗鼓岭矿区地表无岩体出露，矿区内出露的地层主要有泥盆系、石炭系、侏罗系和第四系.其中泥盆系和石炭系与矿化密切相关，是主要的控矿地层.主要发育有北西、北东和近南北向的断裂，北西向断裂与矿化蚀变密切相关，是主要的控矿构造.近南北向的断裂发育时代晚于北西向断裂，区内地表矿体受北西向断裂控制呈北西向及受后期近南北向断裂的影响，略呈“S”型展布，如图1所示.从钻孔和地表含矿岩性来看，矿化主要产于矽卡岩中，因此属于矽卡岩型矿床.

1—第四系；2—侏罗系中统含砾石英砂岩及砂质砾岩夹粉砂岩；3—石炭系中统黄龙组灰岩、白云质灰岩、白云岩；4—石炭系下统测水组泥质粉砂岩；5—石炭系下统石蹬子组灰黑色灰岩、生物碎屑灰岩、白云质灰岩；6—泥盆系中统帽子峰组长石石英砂岩、页岩、泥质灰岩及粉砂岩；7—矿体及编号；8—矽卡岩；9—角岩带；10—含矿石英脉；11—实测或推测断层；12—石英脉；13—地质整合界线/不整合界线/推测界线；14—地名；15—工作区图1 旗鼓岭铜多金属矿矿区的地质图Fig.1 Geological map of Qiguling copper polymetallic ore district

2 样品的采集与分析

本次测试的样品主要采集于旗鼓岭矿区施工的ZK3001钻孔和KD4坑道中，在仔细观察岩矿石矿物组成和脉体相互关系的基础上，依据成矿阶段分别选取矿化石榴子石、透辉石矽卡岩(代表矽卡岩形成阶段，ZK3001-1516样品)以及含石英、方解石脉的矿石样品(代表成矿阶段，包括ZK3001-1510、ZK3001-1511、ZK3001-1512、QGL-KD4-1502共4个样品).

将样品带回实验室切片，双面抛光，制成0.2mm的薄片，进行矿相学和岩相学研究，并选取具有代表性的包裹体进行测试.在核工业北京地质研究院分析测试中心使用LINKAM THMS600型冷热台进行流体包裹体显微测温分析，可测定温度范围为-196～+600 ℃，在-100～25 ℃范围内测量精度为±0.1 ℃，在25～400 ℃范围内测量精度±1 ℃，在400 ℃以上测量精度为±2 ℃.测温过程中升温速率为1～5 ℃/min，相转变温度附近的升温速率降低为0.4 ℃/min.测试时实验室温度和湿度分别为26 ℃和50%，能够保证数据的准确可靠.

3 流体包裹体研究

3.1 流体包裹体岩相学

对样品薄片进行显微镜下观察，石英、方解石和透辉石中的包裹体均较为发育，主要呈成群分布，部分呈带状分布，石榴子石矿物内也可见少量包裹体发育，如图2(c)所示.根据室温条件下流体包裹体岩相学特征将原生包裹体主要分为以下几类.

富液相包裹体(L型)：包裹体室温下为气液两相(L+V)，约占包裹体总数的70%以上.包裹体主要呈成群分布，部分呈带状分布，形态呈不规则状、椭圆状或负晶形，呈无色透明、灰色，大小主要在5～15 μm之间，气液比主要在0.1～0.3之间，均一状态为液相.这类包裹体在石英、方解石、透辉石、石榴子石中都有发育.

富气相包裹体(V型)：包裹体室温下为气液两相(L+V)，约占包裹体总数的5%左右.包裹体主要呈成群分布，部分呈带状分布，形态呈不规则状、椭圆状或者负晶形，呈无色透明，大小约12 μm，气液比主要为0.65左右，均一状态为气相.一般与L型包裹体相共生.

CO2-H2O三相包裹体(C型)：主要由液态CO2、气态CO2和水组成，约占石英包裹体总数的20%左右，形态呈椭圆状或不规则形，呈灰色、深灰色，大小主要在6～12 μm之间，气液比在0.35～0.45之间，液相和气相成分主要为水.这类包裹体主要发育在石英中，在别的矿物中没有发现.

3.2 流体包裹体显微测温分析

旗鼓岭铜多金属矿流体包裹体显微测温结果见表1和图3.由表1可知，所有矿物中包裹体的均一温度变化范围较大，为117～401 ℃，盐度变化范围为0.88%～13.72% NaCleqv.

透辉石中的包裹体代表矽卡岩阶段的流体特征，其均一温度变化范围为302～401 ℃；盐度变化范围为3.87%～13.72% NaCleqv.

石英中包裹体的均一温度变化范围为129～396 ℃，盐度变化范围为1.24%～9.98%NaCleqv.

图2 旗鼓岭流体包裹体镜下特征(a)石英中CO2-H2O三相包裹体(C型)；(b)石英中成群分布富液相包裹体(L型)及CO2-H2O三相包裹体(C型)；(c)石榴子石中富液相包裹体(L型)；(d)透辉石中富液相包裹体(L型)；(e)方解石中富液相包裹体(L)； (f)石英中成群分布的富液相包裹体(L型)Fig.2 Characteristics of Qiguling fluid inclusions under the microscope(a)CO2-H2O three-phase inclusions in quartz (type C)；(b)Rich fluid inclusions (type L) and CO2-H2O three-phase inclusions (type C) in quartz；(c) Rich fluid inclusions in garnet (type L)；(d) Rich fluid inclusions in diopside (type L)；(e) Rich fluid inclusions in calcite (type L)；(f) Rich fluid inclusions in quartz (type L)

其中样品ZK3001-1511的石英包裹体代表石英-氧化物阶段的流体特征，其均一温度变化范围为154～396 ℃，盐度变化范围为3.71%～7.71%NaCleqv；样品ZK3001-1512 和QGL-KD4-1502的石英包裹体代表石英-硫化物阶段的流体特征，其均一温度变化范围为155～301 ℃，盐度变化范围为1.24%～6.16%NaCleqv；样品ZK3001-1510的石英包裹体代表碳酸盐阶段的流体特征，其均一温度变化范围为129～239 ℃，盐度变化范围为6.3%～8.14%NaCleqv.

方解石中的包裹体代表碳酸盐阶段流体特征，其均一温度变化范围为117～269 ℃，盐度变化范围为0.88%～8.28%NaCleqv.

表1 旗鼓岭矿区流体包裹体温度-盐度数据表Table 1 Temperature-salinity data of fluid inclusions in the Qiguling area

图3 旗鼓岭流体包裹体盐度和均一温度的直方图Fig.3 Salinity and uniform temperature histogram of Qiguling fluid inclusions

4 讨论

根据镜下薄片和光片鉴定结果，旗鼓岭铜多金属矿的流体成矿过程可划分为4个阶段，即矽卡岩阶段、石英-氧化物阶段、石英-硫化物阶段和碳酸盐阶段，其中主成矿期为石英-硫化物阶段.参照镜下矿物共生组合并结合显微测温结果，样品中的透辉石、石英、方解石的流体包裹体分别代表了不同成矿阶段的产物.其中透辉石包裹体代表早期矽卡岩阶段的流体特征，石英中的包裹体代表成矿期石英-氧化物阶段和石英-硫化物阶段的成矿流体特征，方解石中的包裹体则代表晚期碳酸盐阶段的流体特征.

在不同温度下测得的旗鼓岭矿区流体包裹体的盐度和均一温度散点图如图4所示.由图4可知，不同阶段流体包裹体的均一温度明显不同，盐度差别也很大.透辉石中流体温度最高，总体温度均高于300 ℃，反映成矿前期矽卡岩化作用是在高温环境中进行的，其盐度变化范围也最大，为3.87%～13.72% NaCleqv，均属于低盐度流体.流体包裹体类型主要为富液相包裹体.成矿期石英脉极其发育，石英-氧化物和石英-硫化物阶段的石英脉体穿插前期的蚀变矽卡岩和围岩，石英流体包裹体在各成矿阶段均有发育，其均一温度和盐度区别也大.均一温度变化范围为129～396 ℃，总体上反映成矿阶段是在中高温的环境中进行的，盐度变化范围为1.24%～9.98% NaCleqv.包裹体类型也多种多样，L型、V型、C型都发育.成矿晚期发育方解石脉，其流体温度和盐度都是相对最低的.均一温度变化范围为117～269 ℃，总体上反映成矿晚期主要为低温环境，盐度变化范围为0.88%～8.28% NaCleqv.从透辉石→石英脉→方解石，其流体包裹体的温度逐渐下降，反映随着成矿作用的进行，从成矿前期至晚期成矿温度不断降低.而盐度的变化不太明显，均为低盐度流体.

图4 旗鼓岭流体包裹体盐度和均一温度的散点图Fig.4 Scatter plot of salinity and uniform temperature in Qiguling fluid inclusions

根据旗鼓岭矿区的矿物共生组合，矽卡岩阶段早期主要生成无水矿物透辉石-石榴子石矽卡岩组合和硅灰石-石榴子石矽卡岩组合，晚期开始出现阳起石、绿帘石等含水硅酸盐矿物，形成透闪石-阳起石-绿帘石-绿泥石-石榴子石-磁黄铁矿-磁铁矿矿物组合，偶见有萤石、方铅矿、黄铁矿等.透辉石中的流体包裹体研究表明，矽卡岩阶段流体均一温度变化范围为302～401 ℃.流体类型主要为富液相包裹体，属H2O-NaCl体系，其中未见富液相和富气相包裹体共生现象，表明该阶段流体未发生明显的沸腾作用[12].在矽卡岩阶段晚期形成有磁铁矿，表明这一阶段的流体具有较高氧逸度，其流体表现出高温、高氧逸度的特性.因此该成矿阶段流体中S2-活度较低，不利于硫化物沉淀，此阶段的系统矿化较为微弱[13]，代表了成矿前期的流体特征.

石英-氧化物阶段的矿物组合为磁铁矿-磁黄铁矿-黄铁矿-石英，是交代成矿前期的矽卡岩矿物.该阶段流体包裹体均一温度变化范围为154～396 ℃，盐度变化范围为3.71%～7.71% NaCleqv，主要是石英和磁铁矿共生，此外含有少量黄铁矿和磁黄铁矿.此阶段说明成矿早期的流体特征为中高温、高氧逸度.在此成矿阶段的开始，生成的磁铁矿交代矽卡岩期的石榴子石和透辉石，随着氧的不断消耗，流体从氧化环境过渡到氧化还原环境，开始出现了黄铁矿等矿物，进入到石英-硫化物阶段.

石英-硫化物阶段的矿物组合主要为石英-白钨矿-黄铁矿、石英-黄铁矿-黄铜矿、石英-方铅矿和石英-辉钼矿，该阶段大量的金属矿物沉淀成矿，白钨矿、黄铜矿、方铅矿等硫化物和石英一起沿断裂构造及其旁侧形成脉状、团块状的蚀变带，是铜钨钼等金属矿物成矿的主要时期.在镜下观察，该阶段的流体中可见富液相、富气相和三相包裹体共生现象，同时生成的黄铁矿和黄铜矿局部受到强烈的挤压呈破碎团块状，表明这一阶段发生了强烈的沸腾作用.该阶段石英流体包裹体的均一温度变化范围为155～301 ℃，盐度变化范围为1.42%～6.16% NaCleqv；C型包裹体的均一温度变化范围为226～285 ℃，盐度变化范围为1.24%～1.64% NaCleqv，流体为CO2-H2O-NaCl体系，反映主成矿阶段为中温低盐度的特性.随着流体不断向地表运移，流体由封闭系统变为开放系统，压力骤降，发生沸腾作用，大量的CO2等酸性气体流失，流体pH增大[14].白钨矿大量沉淀成矿，表明钨在流体中是以钨杂多酸的形式存在[12].流体酸性的减弱使钨的稳定性下降，开始分解沉淀，S2-浓度随之升高.Cu和Pb溶解度比Mo小，开始和还原硫反应沉淀形成黄铜矿和方铅矿.随着流体中Cu和Pb等因沉淀而浓度不断降低，Mo开始与剩余的还原硫反应，沉淀形成辉钼矿.随着辉钼矿开始生成，沸腾作用变得微弱，对成矿作用的影响也逐渐消失.辉钼矿主要以脉状的形式充填于近水平的早期矽卡岩带裂隙中，表明流体的动力也逐渐降低.综合来看，成矿早期流体具有较高的氧逸度，成矿晚期氧逸度逐渐减小.

碳酸盐阶段代表了成矿晚期的产物，主要形成方解石、硬石膏和石英等脉体.该脉体延伸不远，切穿石英-硫化物阶段生成的矿脉.方解石中的流体包裹体代表这一阶段的流体特征，其流体包裹体的类型均为富液相型，为H2O-NaCl体系，均一温度分布范围为117～269 ℃，总体上为低温环境，盐度分布范围为0.88%～8.28% NaCleqv.这一阶段成矿流体动力不足，矿质沉淀基本结束.随着硫酸盐矿物的形成，流体显示出大气降水的特征，流体成矿作用结束.