山东莱芜胡家庄地区稀土矿流体包裹体特征及成矿条件

刘敬杰，张鹏，兰君，牛金，邢楠

(山东省第五地质矿产勘查院，山东 泰安 271000)

0 引言

20世纪70年代，山东革委地质局在莱芜胡家庄地区开展了以评价含稀土碳酸岩为主的普查找矿工作，发现该地区的含稀土碳酸岩具有较重要的经济和研究价值。

流体包裹体作为“幸存”的古流体，通过对其测试分析，可获得古流体形成时的物理化学条件及组分特征，对成岩成矿过程提供重要信息。

该文对胡家庄碳酸岩型稀土矿流体包裹体开展了初步研究，对成矿流体温度、密度及盐度进行了测定，并采用等容线相交法估算压力，从而揭示胡家庄稀土矿的成矿条件[1-3]。

1 区域地质背景

胡家庄稀土矿床位于莱芜弧形断裂弧顶的北侧[4]，地层出露寒武—奥陶纪沉积岩及第四纪残坡积物，其中以寒武系为主。寒武—奥陶系分布于该区的北部，地层NW—SE向分布，倾向NE。矿床受控于NW向的鹿野-孙祖断裂[5]，破裂面向W倾斜，水平错动较为明显，为压扭性断裂，其成因与此断裂密切相关。岩浆活动有2期，第1期为新太古代晚期，有花岗质岩浆侵入，生成了花岗岩及伟晶岩；第2期以中生代燕山晚期碳酸岩型岩浆为主的侵入，为碳酸岩、蛭石化含磷灰石云母岩等。矿体赋存于碳酸岩中，其围岩为泥质灰岩。

2 矿床地质

该矿床主要由3个矿体组成，矿体呈层状，产状平缓,自西向东为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ号矿体(图1)。

1—第四系；2—中新统；3—古近系；4—白垩系；5—奥陶系；6—寒武系；7—新太古代侵入岩；8—碳酸岩体；9—矿体及编号；10—断裂；11—胡家庄稀土矿；a—上五井断裂；b—淄河断裂；c—金山-姚家峪断裂；d—白泉庄-五色崖断裂；e—文祖断裂；f—鹿野-孙祖断裂；g—莱芜弧形断裂图1 成矿地质背景简图

Ⅰ号矿体呈层状，NW—SE向展布，长轴长800m，短轴方向宽200m左右，矿体倾向NNE，倾角5°～15°，平均10°左右，稀土氧化物总量平均品位1.01%。平均厚度为0.84m，沿走向自NW向SE由0.65m变为1.15m，沿倾向变化不大,总体NW薄SE厚。

Ⅱ号矿体呈层状，NW—SE向展布，长轴长1100m，短轴宽150m左右，倾向NNE，倾角10°左右，稀土氧化物总量平均品位1.10%。平均厚度为0.86m，沿倾向有变薄趋势。

Ⅲ号矿体呈层状，NW—SE向展布，长轴1000m，短轴宽200m左右，矿体倾向NNE，倾角10°左右，西端局部产状有变化，受构造影响，矿体未闭合。稀土氧化物总量平均品位0.95%，矿体平均厚度0.80m，自西向东厚度变薄，沿倾向变薄。

矿石为灰白色、红棕色，风化后为黄褐色。自形、半自形粒状结构，局部有伟晶结构。构造以块状为主，条带状次之。矿石矿物成分主要有碳酸盐、石英、磁铁矿、磷灰石、黑云母等，其次为褐铁矿、钾长石、重晶石、绿泥石、金云母可疑矿物及金属硫化物等。矿物成分变化不大，局部磷灰石、黑云母、石英磁铁矿集中。

稀土矿物主要有氟碳铈矿、氟碳钙铈矿。矿石中的稀土元素以轻稀土为主，主要为铈组元素的铈、镧、钕、镨等，有少量的重稀土钇。岩石中的主要化学成分为Ca，Mg，Fe，Si，P，CO2(表1);其次为TRE2O3,Al,Ba,Mn,Sr,Ti等;有很少量的Zr,Na,Nb,Cu,Pb,Ga等元素(表2)。矿石中TRE2O3含量0.75%～1.67%，平均1%。

表1 矿石全分析结果

表2 矿石微量元素分析结果

3 流体包裹体

3.1 流体包裹体岩相学特征

胡家庄碳酸岩型稀土矿石中可进行冷热台测温的石英中包裹体相对较少，该次实验共磨制了52片包裹体切片，双面抛光，厚度约300μm，仅有15片切片中存在可测试的包裹体，且测温片中所测包裹体长径均小于10μm。测温片镜下可见次生包裹体成线型分布[6]，原生包裹体多数呈独立散点分布(照片1)，有时可见与碳酸盐矿物生长边界协调。所列数据均为原生包裹体。包裹体类型均为气液两相包裹体[7]。

3.2 流体包裹体温度

包裹体温度测试研究在吉林大学地质流体实验室完成，显微冷热台为Linkam THMS 600型，可测温度范围为-196℃～600℃，该冷热台在-120℃～-70℃，精度为±0.2℃，在100～500℃，精度为±2℃，系统校准采用国际标样纯H2O及盐度为25%的H2O-NaCl人造包裹体。测试升温速率一般为0.2～5℃/min，相变点附近升温速率降低为0.2℃/min，对于气液两相水溶液包裹体[8]，测定冰点温度Tm(ice)和完全均一温度Th[9]。该次测试包裹体类型均为气液两相包裹体，气液比10%～25%，使用冷热台测温获得数据均一温度分布在119.1～233.2℃范围内(图2a)[10]，可见120℃，160℃，180℃左右形成的3个峰值[11-13]。

V—气相；L—液相照片1 包裹体镜下照片及包裹体特征

3.3 流体包裹体盐度

根据冰点温度计算的盐度显示存在2个盐度范围[6-9,16](图2b)，(8.1～22.4)wt%NaCl.eq，变化范围较大，主体在(15～20)wt%NaCl.eq之间，呈正态分布，但在HJZ-17,HJZ-38,HJZ-55的测温片中显示存在有低盐度包裹体，盐度最低分别为9.08wt% NaCl.eq，9.60wt%NaCl.eq，8.13wt%NaCl.eq。

包裹体内流体密度分布范围为0.9～1.1g/cm3，呈正态分布(图2c)，低盐度流体较高盐度流体显示了相对较低的密度。从图(2d)可以看出，该矿床仅有一类盐度包裹体分布区间[14]，盐度变化范围较大，推测有大气降水的参与。

4 成矿条件讨论

对于气液两相水溶液包裹体，测定冰点温度Tm(ice)和最终均一温度Tht；利用经验公式计算或利用实验相图确定流体盐度；利用温度—盐度—密度相图、经验公式或直接查表求得NaCl-H2O体系的密度；并使用“FLUIDS 1.”软件包(Bakker，2003)中的“BULK”程序校验。等容线的计算通过“ISOC”软件，使用(Bodnar and Vityk，1994)、(Knight and Bodnar，1989)方法计算获得，该方法试用于H2O-NaCl体系，温压试用范围为100～800℃和0～600MPa，只使用盐度和均一温度Tht(℃)即可计算离散压力-温度点，拟合等容线(表3)[15]。

计算获得的等容线图确定了胡家庄碳酸岩稀土矿流体的温压(P-T)特征(图3)，如确定温压中任一条件，即可获得该矿床的成岩/成矿条件[16]。通常来说，若矿床中的包裹体类型较丰富，可以通过等容线相交法确定大致的均一温压区间，但胡家庄碳酸岩稀土矿中的包裹体类型较少(可能与碳酸盐晶体的解理较发育而导致包裹体未能较好的保存有关)，未能发现明显地不同类型流体包裹体用以等容线相交获得均一温—压条件。

对胡家庄碳酸岩型稀土矿低盐度和高盐度包裹体使用等容线相交法，大致推测流体均一温度为190～230℃，均一压力为30～95MPa，盐度变化范围为(15～20)wt%NaCl.eq，为碳酸岩型稀土矿，与国内第二大稀土矿——四川牦牛坪碳酸岩型稀土矿矿石类型相似，四川牦牛坪稀土矿H类包裹体均一温度集中在230～265℃[17]，而山东微山稀土矿H类包裹体盐度变化为(16.0～22.4)wt%NaCl.eq，均一温度变化为121～238℃，故该稀土矿与微山稀土矿流体包裹体特征更具相似性。

实验确定的静岩压对应的深度为1.1～3.5km(按地壳平均密度2.7g/cm3计算)，所获得的温度压力都是均一时的，而不是捕获时的，因此所求得的静岩压力均是最小的。考虑到盐度变化范围较大的特征，可能代表着一定的大气水的加入，所以胡家庄碳酸岩型稀土矿所处的深度应该为静水—静岩压过渡阶段，大致估算成岩/成矿深度约为2.5～3.5km，反映了侵位后的温度、压力环境。

a—温度频次直方图；b—盐度频次直方图；c—密度频次直方图；d—盐度—均一温度协变图图2 流体包裹体的温度、盐度及密度频次直方图及盐度-均一温度协变图

点号包体类型大小(μm)气液比(%)冰点温度(℃)均一温度(℃)盐度(wt%NaCI)密度(g/cm3)minmaxAVGminmaxAVGminmaxAVGminmaxAVGminmaxAVGHJ-14101513.8-15.6-9.4-13.3131.5156.8144.713.3319.317.21.011.061.05HJ-65102015.6-16.6-11.9-13.7122.7165.1132.315.9520.1117.70.921.091.04HJ-93102013.6-14.5-11.7-12.9140.3179.2166.215.7518.3616.90.91.051.01HJ-133101512.5-13.3-10.2-11.9119.1131.4123.614.217.2815.91.041.071.06HJ-17气4102015-13.5-5.9-10.9144.5155.31479.0817.4714.80.981.041.03HJ-22液4101512.2-14.1-8.5-10.4154.1182.916612.3118.0114.30.921.020.98HJ-19两4152018-16.2-9.6-13.5145.3233.2174.313.5519.7917.30.981.061.02HJ-20相4102016.4-17.4-8.7-11.9149.2200.6175.613.4420.7415.80.961.041.01HJ-274102515.515.8-10.9-13.2137.5196.4163.814.9419.4617.11.011.071.03HJ-384102518.5-14.2-6.3-10.8123.7199.1160.79.618.114.70.951.051.01HJ-404152018.8-19.6-11.1-14.2127.4186.715615.1522.3817.911.11.04HJ-463152520.8-13.8-9.4-11.9120.6192.4153.713.3317.7415.90.991.071.03HJ-554102519.4-11.6-5.2-9.9140.2187.5163.48.1317.4713.70.981.031HJ-664152520-17.8-7.6-14.1124.8193.4161.511.2321.0517.80.991.081.04HJ-724152018.6-16.8-9-12.6167.8180.2175.69.7320.2716.40.961.041.01

5 结论

(1)胡家庄碳酸岩型稀土矿流体包裹体以气液两相H2O包裹体为主，均一温度和盐度变化范围与微山稀土矿极具相似性，表明与其具有相似的成矿物理环境。

(2)成矿流体盐度为中低盐度流体，流体包裹体密度变化较小，推测有一定的大气降水加入。

(3)推测矿床成矿压力环境为中低压环境，成矿/成岩深度范围为2.5～3.5km。

1—低温流体等容线；2—高密度流体等容线；3—低密度流体等容线；4—均一温度压力图3 胡家庄流体包裹体等容线图