随县岩子河铅锌矿流体包裹体特征及其地质意义

何洪涛， 王 球， 向祥辉， 陈以春， 佘运星， 孙汉勇， 秦 璞

(湖北省地质局 第八地质大队,湖北 襄阳 441002)

随县岩子河铅锌矿位于湖北省随县殷店境内，区域上属中国新设的第二十个重要成矿区带：武当—桐柏—大别成矿带西北段的桐柏成矿带，矿体产于桐柏杂岩的片麻状花岗岩中。

1 区域地质概况

桐柏杂岩地处扬子板块北缘，是连接东秦岭和苏鲁—大别造山带的重要地质单元；其北侧的桐柏—磨子潭断裂和南侧的新城—黄陂断裂带是区内重要的区域性断裂。

随县岩子河铅锌矿赋存于桐柏杂岩的片麻状花岗岩中，由桐柏杂岩片麻状(糜棱岩化)花岗岩、变质岩包裹体和未变形花岗岩三部分组成。片麻状(糜棱岩化)花岗岩是桐柏杂岩的主体，约占75%～80%，其侵位时代主要为白垩纪；变质岩包裹体是岩体侵位时裹入的长英质片麻岩、副片麻岩、斜长角闪岩、大理岩和钙硅酸盐岩等，大多数变质岩包裹体的原岩形成于新元古代南华纪—古生代[1]，变质时代为印支期；未变形花岗岩局部零星分布。

2 矿床地质特征

2.1 矿区地质

矿区出露岩层主要为白垩纪片麻状(糜棱岩化)花岗岩，局部见有变质岩包裹体,石英岩脉、正长斑岩脉、萤石石英脉、花岗伟晶岩脉、煌斑岩脉等发育，矿区内北西向断裂构造较发育，产状50°～60°∠35°～50°，位于区域性新(城)—黄(陂)断裂北东约2.4 km，与之近平行。矿体受北西向断裂控制，赋矿岩石为片麻状花岗岩。

2.2 矿体地质特征

岩子河铅锌矿目前圈出一个含矿石英脉体，沿节理、裂隙呈细脉状、网脉状展布，总体上沿北西向断裂分布(图1)，铅锌矿化呈细脉、网脉发育，总长度约2 400 m，总体较稳定，矿体宽度一般2～4 m，最宽达6 m，矿脉倾向54°～61°，倾角38°～50°，具弯曲、膨胀收缩和尖灭再现的特点。

矿石自然类型单一，为方铅矿矿石。矿石矿物组合以方铅矿、少量闪锌矿为主，次为黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿和赤铁矿等，脉石矿物主要为石英、钾长石、高岭石、绢云母等。方铅矿呈团块状、星散状分布于石英脉中，闪锌矿呈星散状、细脉状或角砾状赋存于硅化体中，石英呈大小不等的不规则颗粒状，晶体边缘均呈较密的锯齿状彼此紧密结合，钾长石呈短柱状晶体被石英晶体交代。

矿石结构主要为半自形晶—他形晶粒状结构、交代骸晶结构、交代结构、溶蚀结构、碎裂结构；矿石构造主要为块状构造、脉状构造、网脉状构造、浸染状构造。

图1 岩子河铅锌矿矿区地质简图
Fig.1 Geological map of Yanzihe lead zinc mine
1.第四纪松散堆积物；2.南华纪—早古生代变质包体；3.桐柏杂岩片麻状花岗岩；4.破碎带；5.糜棱岩带；6.片麻理；7.矿(化)体。

矿化带中围岩蚀变强烈，主要有钾化、绢英岩化、青磐岩化、黄铁矿化、萤石化、高岭土化、绿帘石化等，其中钾化、绢英岩化、青磐岩化与矿化密切相关，可见脉状和浸染状矿化。矿化强度与围岩蚀变强弱有着密切的关系，特别是绢英岩化最为明显；高岭土化作为矿体顶、底板的标志，一般高岭土化厚度20～40 cm。

根据脉体间的穿插关系、矿石组构、矿物组合及其特征，岩子河铅锌矿成矿过程初步可分为岩浆期和热液期，热液期可以分为：①网脉状石英(成矿前)；②细粒浸染状硫化物±石英；③长石—石英—硫化物脉；④石英—硫化物脉；⑤石英—碳酸盐脉(成矿后)。

3 流体包裹体

3.1 流体包裹体类型及特征[2]

流体包裹体的镜下观察发现，含矿石英脉中发育了大量原生包裹体、假次生包裹体以及次生包裹体，这些包裹体成群成带分布，少数呈孤立分布，包裹体大小从<1～35 μm不等，包裹体形状一般为近圆形、椭圆形、负晶形和不规则形。根据包裹体室温下(20 ℃)的物理相态，将流体包裹体主要划分为5种类型(图2)。

气液相包裹体(L+V型)：这种包裹体类型包括气液比VH2O/(LH2O+VH2O)<50%的富液相包裹体和气液比VH2O/(LH2O+VH2O)>50%的富气相包裹体，以富液相包裹体占多数。这类包裹体一般以圆形、近圆形、椭圆、近椭圆、负晶型和不规则形态产出，大小一般2～10 μm。

图2 岩子河铅锌矿流体包裹体照片
Fig.2 Photos of fluid inclusions in Yanzihe lead zinc mine
A.气液两相包裹体(V+L型);B.含子矿物三相包裹体(S型);C.含CO2三相包裹体(C型);D.纯气相(V型)和纯液相包裹体(L型)。

含有子矿物多相包裹体(S型)：这类包裹体会成群出现，有时还会出现几个子矿物存在于同一个包裹体中的情况，含有子矿物的包裹体形态以椭圆形和不规则形状为主。

含CO2包裹体(C型)：主要类型有三相(LH2O+LCO2+VCO2)包裹体。

纯气相包裹体(V型)：这种包裹体呈黑色，透明度较低，边缘粗黑，数量较少，大小一般4～10 μm。

纯液相包裹体(L型)：这类包裹体呈无色透明状，大小一般1～4 μm，有些可以达到10 μm，在次生包裹体当中出现较多。

3.2 流体包裹体测温及激光拉曼测试

单个包裹体成分分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室进行。使用Renishaw RM-1000型激光拉曼光谱仪,光源为514.5 nm 氩离子激光器,狭缝为25 μm,计数时间30 s,扫描范围为1 200～3 800 cm-1。

激光拉曼测试结果表明：含矿石英脉中S型包裹体中子矿物为方解石，特征峰值为1 084 cm-1；S型包裹体中的气相和液相成分为H2O和CO2,CO2特征峰值为1 281 cm-1和1 384 cm-1；V+L型的包裹体液相成分以H2O为主，气相成分中除H2O外，还有一定量的CO2，CO2特征峰值为1 281 cm-1和1 385 cm-1(图3)。

流体包裹体显微测温在中国地质大学(武汉) 紧缺矿产资源勘查协同创新中心进行，使用英国Linkam THMS 600型冷热台完成流体包裹体显微测温实验，其温度控制范围为-200～+600 ℃,其中,在-120～-70 ℃范围内的测定误差为±0.5 ℃,-70～+100 ℃范围内的测定误差控制在±0.2 ℃,100～500 ℃范围内的测定误差为±2 ℃。实验前,用美国FLUID INC公司的人工合成流体包裹体标准样品对冷热台进行了校正,以确保实验数据的精确性。

图3 岩子河铅锌矿中包裹体激光拉曼特征
Fig.3 Laser Raman characteristics of inclusions in Yanzihe lead zinc mine
A.主矿物石英的激光拉曼特征图谱；B.石英内S型流体包裹体,子矿物方解石特征峰值为1 084 cm-1；C.石英内S型流体包裹体,成分含有H2O和CO2,CO2的特征峰值为1 281 cm-1和1 384 cm-1；D.石英内V+L型流体包裹体,成分含有H2O和CO2,CO2的特征峰值为1 281 cm-1和1 385 cm-1。

显微测温结果显示：岩子河铅锌矿中流体包裹体可分为5个成矿阶段(表1、图4)。

表1 流体包裹体均一温度和盐度分析测试成果表Table 1 Test results of homogenization temperature and salinity of fluid inclusions

第一阶段均一温度集中于350～550 ℃,有45个测温结果高于550 ℃,超出仪器测试范围；而含子矿物的S型包裹体显示出高盐度的特征，其盐度可以达到32.9～43.3 wt.% NaCl equiv，表示岩子河铅锌矿的初始流体为高温—高盐度的流体。根据成矿阶段显微测温结果显示，从早阶段到晚阶段，温度—盐度逐步降低(图5)。

4 讨论

4.1 成矿流体来源与演化

岩子河铅锌矿流体来源于岩浆流体，晚期混有大气降水。岩子河铅锌矿成矿流体早期发育有大量的气液相包裹体、含子矿物流体包裹体、含CO2三相包裹体，其富CO2、高盐度含子晶流体包裹体为岩浆热液的标志之一[3]；而晚期则以气液相包裹体为主，反映成矿流体系统CO2因沸腾流失逐渐开放，大气降水混入增多。

矿区内与成矿相关的热液形成的脉体及矿石早期阶段以网脉状、浸染状构造为主，而后期则以细脉状、脉状构造为主，说明含矿热液成矿方式由渗滤交代向沿张性裂隙贯入充填的转变，其与炽热岩浆冷凝结晶收缩而派生张性裂隙的规律一致。

岩子河铅锌矿发育有气液相包裹体、含子矿物多相包裹体、含CO2包裹体、纯气相包裹体、纯液相包裹体5类流体包裹体，早期1-3阶段含方解石子晶流体包裹体的出现，说明流体富含Ca2+、富CO2，成矿流体为CO2-H2O-NaCl±CaCl2体系，盐度为1.4～19.0 wt.% NaCl equiv，32.9～43.3 wt.% NaCl equiv，成矿温度为250～550 ℃，属中高温、高盐度流体，以岩浆流体为主；晚期4-5阶段以气液相包裹体为主，成矿流体为H2O-NaCl体系，盐度为0.2～13.4 wt.% NaCl equiv，成矿温度为100～250 ℃，属中低温、低盐度流体，代表成矿流体由早期的CO2-H2O-NaCl±CaCl2体系向晚期的H2O-NaCl体系演化。成矿流体从早到晚呈现一定规律的变化：温度—盐度逐步降低，由富CO2向贫CO2转变，具体表现为早期1-3阶段，成矿流体以高温、高盐度、富CO2为特征的气液相包裹体、含子矿物多相包裹体、含CO2包裹体为主，在矿液运移过程中，温度、盐度下降，富CO2的成矿流体发生明显的不混溶(沸腾)作用，不混溶作用使原始均一的CO2-H2O-NaCl±CaCl2流体发生相分离；晚期4-5阶段，随成矿流体的持续上升演化，温度、盐度进一步降低，形成低温、低盐度、贫CO2的液相包裹体。

图4 岩子河铅锌矿各成矿阶段流体包裹体均一温度和盐度直方图
Fig.4 Temperature and salinity histograms of fluid inclusions in each mineralization stage of Yanzihe lead zinc mine

图5 岩子河铅锌矿均一温度—盐度散点图
Fig.5 Homogeneous temperature salinity scatter diagram of Yanzihe lead zinc mine

4.2 成矿流体沸腾作用与成矿物质沉淀

岩子河铅锌矿中均有气液相包裹体、含子矿物流体包裹体、含CO2三相包裹体共存，且同阶段均一温度处于同一温度范围内(表1)，表明成矿流体发生过沸腾和分离作用，判断为沸腾包裹体组合，这也是斑岩型矿床的常见特征[4-5]。测试分析成果显示：岩子河铅锌矿具多个阶段的沸腾流体包裹体组合均一温度区间(350～550 ℃、300～450 ℃、250～350 ℃)，表明流体沸腾伴随整个成矿过程而断续发生。

沸腾作用广泛发生于浅成热液矿床及多金属脉状矿床中，是这些矿床矿物沉淀的重要机制。当沸腾作用发生时，一方面流体中部分气体散失，从而提高流体中金属元素的浓度，致使矿物沉淀；另一方面由于逸离的气体挥发性组分主要为酸性组分，如CO2、H2S等，造成流体pH值的上升和还原硫浓度增加，引起矿物的沉淀[6]。

岩子河铅锌矿多次脉动式沸腾—混合，成矿系统温度逐步降低，流体盐度和成矿物质含量、初始流体中CO2等挥发分不断减少，大气降水热液不断增加并占主导地位，只能发生中—低温条件下的碳酸盐化、萤石化、硅化、粘土化等晚阶段矿化蚀变。

4.3 成因机制

岩子河铅锌矿在成矿前和成矿早期阶段，均具有高温、高盐度、富CO2的流体包裹体，与大陆碰撞体制的浆控高温热液矿床[3，7-8]完全一致，中温、低盐度流体包裹体的存在显示有岩浆热液之外的流体混入。

流体不混溶作用(沸腾)是成矿元素从热液中沉淀的重要机制[9]，流体体系的自然冷却是铅锌热液中分解、沉淀的另一重要因素。铅锌矿2-3阶段成矿流体的沸腾爆破导致裂隙发育，并与地表浅成裂隙系统贯通，深部高温流体快速向上运移使大量成矿物质沉淀，而4阶段浅源低温大气降水热液系统大量涌入成矿系统，两种流体的混合同样导致成矿物质的沉淀。

5 结论

岩子河铅锌矿成矿热液成矿过程可分为5个阶段：①网脉状石英(成矿前)；②细粒浸染状硫化物±石英；③长石—石英—硫化物脉；④石英—硫化物脉；⑤石英—碳酸盐脉(成矿后)。

含矿石英脉中流体包裹体主要划分为5种类型：气液相包裹体(细分为富液相包裹体和富气相包裹体，以富液相包裹体占多数)、含子矿物多相包裹体、含CO2包裹体(主要为三相包裹体)、纯气相包裹体和纯液相包裹体(次生包裹体中出现较多)。含子矿物多相包裹体中子矿物为方解石，气相和液相成分为H2O和CO2；气液相包裹体液相成分以H2O为主，气相成分中除H2O外，还有一定量的CO2。成矿流体早阶段为CO2-H2O-NaCl±CaCl2体系，晚阶段为H2O-NaCl体系。

流体包裹体包括5个阶段(2-4阶段与成矿作用关系紧密)，从早阶段到晚阶段，温度—盐度逐步降低。1-3阶段主要为气液相包裹体、含子矿物多相包裹体，4-5阶段主要为气液相包裹体。其温度、盐度分别为：350～ 550 ℃，9.1～19.0 wt.% NaCl equiv、32.9～42.9 wt.% NaCl equiv→300～450 ℃，7.2～16.5 wt.% NaCl equiv、33.0～43.3 wt.% NaCl equiv→250～350 ℃，1.4～18.4 wt.% NaCl equiv、34.7～38.2 wt.% NaCl equiv→150～250 ℃，0.2～13.4 wt.% NaCl equiv→100～200 ℃，1.2～5.4 wt.% NaCl equiv。

成矿流体来源于岩浆流体，晚期混有大气降水，与大陆碰撞体制的浆控高温热液矿床特征一致，具斑岩型矿床的特征。流体沸腾是成矿的重要因素，大气降水的加入同样导致成矿物质的沉淀。