海南抱伦金矿床流体包裹体及成因机理研究

沈泽东，刘玉琳

( 1.北京大学 造山带与地壳演化教育部重点实验室，北京 100871；2.北京大学 地球与空间科学学院，北京 100871 )

0 引言

抱伦金矿床是我国大型富铋、碲元素的金矿床之一，金资源储量可达70 t，平均品位大于20×10-6，潜力很大。目前，对已发现矿体的开采工作已进入后期，急需探索并发掘新的金矿资源来满足国家生产发展的需要。如若针对抱伦金矿产开展新一轮的勘探和开发，使其重新焕发活力，那么深入研究其成因机理则显得尤为重要。前人针对有关矿床金沉淀机制的研究主要形成以下几方面的认识：① 成矿过程中，不同阶段压力变化产生的流体不混溶现象以及大气降水参与的流体作用是促使矿物质发生沉淀的最重要因素[1]；② 水岩反应和液态不混溶作用是导致抱伦金矿形成的重要因素[2]。③ 多种因素导致抱伦金矿的形成，主要以成矿过程中流体演化带来的减压降温、大气降水与富矿流体混合导致流体中氧逸度升高、水岩反应造成的流体酸碱度升高等[3]。以上成果虽对了解抱伦金矿的形成存在一定的帮助，但是由于研究过程中矿物组合类型未能统一，并且研究局限于矿床内的单一矿体，致使金沉淀机制仍具有一定争议。

矿床成矿流体特征与金沉淀机制是厘定矿床成因的重要手段[4-5]。本文基于矿物地质及流体包裹体测试特征的研究，对抱伦金矿的成矿阶段进行了划分，对流体演变规律进行了总结。在此基础上，探讨抱伦大型金矿床成因机制。

1 区域与矿床地质

1.1 区域地质

海南岛位于华南板块南端，两条近EW向的九所—陵水断层和王五—文教断层将海南岛分为3个主要构造块，其中抱伦金矿床位于海南岛西南部五指山褶皱带内尖峰岭复式花岗岩体的东南部(图1a)[6]。

区内地层广泛发育从中元古界长城系至新生界第四系的沉积物。其中，中元古界长城系抱板群位于矿区西南部，以戈枕村组、峨文岭组上下两个地层单位组成，岩性以变质的片麻岩、混合岩为主；下古生界志留系陀烈组在矿区中部以及其北侧均有发育，炭质绢云母千枚岩等岩石赋存其中；中生界白垩系分布于矿区东缘，以陆源河流相建造为主，岩性主要由砾岩、砂砾岩组成(图1a)[2]。

图1 尖峰岭岩体(a)及海南抱伦金矿床(b)区域地质简图(据文献[2]和[7]，略有修改)Fig.1 Regional geological sketch map of Jianfengling rock mass(a)and Baolun gold deposit in Hainan(b)

1.2 矿床地质

抱伦金矿区出露地层主要为侏罗纪尖峰岭花岗岩体(矿区西北部)、志留系陀烈组(矿区中部)以及白垩系(矿区东南部)。其中，尖峰岭花岗岩体与陀烈组呈侵入式接触，白垩系与陀烈组呈断层接触(图1a)。金矿床主要分布于志留系陀烈组含炭质千枚岩、绢云母石英千枚岩中(图1b)。

区内构造NE向的坝毫山—铁弯岭逆冲断层是本区构造的基础，陀烈组和鹿母湾组分别为其上、下盘。断裂西部发育13条构造破碎带，并与豪岗岭背斜叠合。其中，主矿床大多赋存于Tr1号构造破碎带中，Tr4、Tr5号矿产资源量紧随其后，岩石类型为富含金的石英脉，其余破碎带中出现有少量矿体，显示出良好的勘探前景。Tr1和Tr4矿体具有高金品位特征，分别为1.54×10-6～29.48×10-6与2.39×10-6～13.00×10-6，因此本文将以Tr1、Tr4矿体为重点研究对象。根据野外现象可知，Tr1-3矿体的长度和规模较大，向北延伸明显穿入北部的尖峰岭花岗岩体中(图1b)[7]，表明Tr1-3矿体于尖峰岭花岗岩体之后形成，而Tr4矿体未见与尖峰岭花岗岩体有明显的接触关系，两者形成的先后关系还需更多的证据佐证，其余矿体的金品位较低，本文不做相关研究。

2 矿物岩相学特征

2.1 矿物组合

抱伦金矿矿石类型主要为含金石英脉型矿石(图2)。通过对Tr1和Tr4矿体矿石手标本观察发现，两条矿体中石英在不同成矿时期特征相似：早期呈乳白色，粒度较粗，为0.5～3.0 mm，石英脉中裂隙发育(图2a、2c)；中期呈烟灰色，他形粒状或鳞片变晶结构，粒度一般在0.1～0.5 mm范围内，呈无规律发育的细脉状与早期粗粒石英伴随共生(图2b、2d)。镜下观察两条矿体矿石矿物组成稍有不同，Tr1矿体富含大量的自然金以及含金矿物，常与方铅矿共生(图3d、3e、3f)。其中自然金呈半自形-他形晶，粒度在10～30 μm范围内。黄铁矿和磁黄铁矿为主要的硫化物，黄铜矿、方铅矿在中阶段含量较少，闪锌矿(图3d)和毒砂(图3f)呈极少量，几乎在镜下不可见。Tr4矿体中以大量毒砂和黄铁矿、磁黄铁矿共生为主(图3h)，还有少量黄铜矿、方铅矿和闪锌矿。两种矿体均以石英、绿泥石和碳酸盐岩矿物等为主要的脉石矿物组合(图3)。

图2 抱伦金矿床矿石手标本特征Fig.2 Photographs of ore hand specimen inBaolun gold deposit

2.2 成矿阶段划分

根据矿石手标本及镜下的矿物组成可知：① 早阶段：Tr1矿体中有少量的自然金和黄铜矿等硫化物，Tr4矿体中见少量的毒砂，未发现其他硫矿物。② 中阶段：Tr1矿体发育有大量的自然金和含金矿物；Tr4矿体含有大量毒砂和硫化物(黄铁矿-磁黄铁矿)，自然金和含金矿物等较不发育(图4)。③ 晚阶段：矿物发育均以碳酸盐岩、石英等不含金的脉石矿物为主，未见大量硫化物沉淀。两种矿体围岩蚀变并无明显差异，可能出现绢云母-绿泥石-碳酸盐化。

图4 抱伦金矿床成矿过程图Fig.4 Metallogenic process of Baolun gold deposit

综合矿物组成及共生关系，可以将金矿床成矿过程主要分为3个阶段：① 早期为乳白色粗粒石英阶段，该阶段矿体发育少量粒度较大的自然金、毒砂等矿物；② 中期为烟灰色细粒石英阶段，该阶段大量发育粒度较小的自然金、含金矿物(铋、碲化物)、硫化物等矿物；③ 晚期为碳酸盐-绿泥石阶段，该阶段以碳酸盐岩矿物沉积为主，含金矿物和硫化物沉淀效率很低(图2、图3、图4)。

3 流体包裹体研究

3.1 样品采集与测试方法

本次研究采集了抱伦金矿床不同成矿阶段的矿石样品共28件，主要来自Tr1、Tr4两个矿体。将样品磨制成符合流体包裹体观察标准的薄片，共22件。

流体包裹体测试工作在Linkam THMSG 600型冷热台上开展，精确度在0.1℃之内[8]；激光拉曼探针分析在LabRAM HR Evolution显微共焦拉曼光谱仪上完成，光谱分辨率为±0.7 cm-1 [9]。

3.2 岩相学特征与类型

根据流体包裹体测试结果，可按照成分和相态将样品包裹体类型分为CO2-H2O包裹体(C型)与水溶液包裹体(W型)两类。

C型包裹体主要发育于成矿早、中期的粗、细粒石英中，多数呈椭球状镶嵌在矿物缺陷晶体中，轴长一般为4～10 μm。室温下观察C型包裹体以液相H2O+液相CO2+气相CO2为主，表现为典型的“双眼皮”特征(图5a、5c、5d)，液相CO2+气相CO2两相包裹体和气相CO2单相包裹体数量较少，不易观测。

图5 抱伦金矿床流体包裹体显微照片Fig.5 Microphotographs of fluid inclusions in Baolun gold deposit(a) C型包裹体 (b) W型包裹体 (c) 不同气液比的C型包裹体 (d) C型和W型包裹体共生(e) C型和W型包裹体共生 (f) W型包裹体，室温下可见沸腾包裹体群

W型包裹体在成矿早、中阶段的石英中发育一般，晚阶段数量明显增多，多数呈椭圆形、规则或不规则多边形，轴长一般为2～7 μm。室温下观察以W型包裹体以液相H2O+气相H2O两相包裹体为主，纯液相H2O和纯气相H2O包裹体数量较少(图5b、5d、5e)。

3.3 流体包裹体显微测温分析

利用显微测温技术对抱伦金矿流体包裹体的数量、相态、温度、盐度等特性进行测试，结果见表1。

表1 抱伦金矿床流体包裹体均一温度统计Table 1 Statistical table of homogeneous temperature of fluid inclusions in Baolun gold deposit

成矿早阶段(粗粒石英阶段)：该阶段的粗粒石英中C型和W型包裹体较为发育，主要以C型包裹体为主。C型包裹体主要以富含固、液、气三相CO2为主，实验冷冻至-105℃开始升温，获得包裹体群中固态CO2熔化温度最高仅为-57.8℃，这一数值低于纯CO2的三相点[10]，表明流体包裹体中除CO2外，可能含CH4、N2等组分，认为流体处于相对还原的状态；笼合物熔化温度为8.0℃～9.8℃，据此计算得到包裹体盐度w(NaCleq)为0.4%～4.0%；包裹体测试的完全均一温度变化范围为260℃～380℃，主要集中在276℃～319℃，完全均一相态表现为气态或液态，CO2部分均一温度变化为24.0℃～30.9℃，均一方式为液相和气相两种。W型包裹体的冰点温度约-7.0℃～-1.0℃，对应盐度w(NaCleq)为1.7%～10.5%；包裹体在228℃～305℃范围内完全均一，集中在251℃～286℃，均一方式主要为液相。

成矿中阶段(细粒石英-多金属硫化物-自然金阶段)：该阶段的细粒石英中发育大量C型和W型包裹体，前者数量比例高于后者。实验测得包裹体群中固态CO2熔化温度最高仅为-56.8℃，依然低于纯CO2的三相点[10]；笼合物熔化温度为6.3℃～9.9℃，据此计算得到包裹体盐度w(NaCleq)为0.2%～7.0%；包裹体测试的完全均一温度变化范围为248℃～380℃，集中在291℃～334℃，完全均一相态表现为气态或液相，CO2部分均一温度变化范围为25.0℃～30.7℃，均一方式为液相和气相两种。W型包裹体的冰点温度为-8.0℃～-1.0℃，对应盐度w(NaCleq)为1.7%～11.7%；包裹体测试温度在230℃～330℃范围内完全均一，主要集中在268℃～320℃，相态主要为液相，气相次之。

成矿晚阶段(碳酸盐-绿泥石阶段)：该阶段的石英中C型和W型包裹体均有发育，但以W型包裹体数量众多，冰点温度在-4.0℃～-1.0℃范围内，对应盐度w(NaCleq)在0.2%～6.4%范围内；实验测得W型包裹体温度在130℃～227℃间完全均一，相态主要为液相。

3.4 激光拉曼探针分析

激光拉曼探针成分分析测试结果显示，在早、中成矿阶段均检测到C型包裹体含有明显的CO2特征双峰(1386 cm-1和1282 cm-1)，部分可见N2峰(2328 cm-1)、CH4峰(2914 cm-1)和H2O包罗峰(3443 cm-1)，这与流体包裹体的测试结果一致(图6a、6b、6c、6d)。中阶段，W型包裹体只显示宽泛的水包罗峰(3443 cm-1)(图6e)，说明早、中阶段成矿流体处于CO2-H2O-NaCl体系。在晚阶段只检测到W型包裹体的液相H2O包罗峰(3443 cm-1)(图6f)，说明晚期成矿流体处于H2O-NaCl体系。

图6 抱伦金矿石英中流体包裹体激光拉曼图谱

4 讨论

4.1 成矿流体性质及其演化

流体包裹体和激光拉曼测试结果表明，抱伦金矿床成矿流体从早阶段到晚阶段表现为非典型的流体演化规律。由于存在不均一捕获，矿物形成时存在含二氧化碳的水溶液相和H2O+CO2超临界相两个不混溶的流体相，这样形成的包裹体均一温度大多高于成矿流体温度，而测定的盐度则低于水溶液的盐度，因此本文在估算成矿流体温度和盐度时，成矿温度取同一流体包裹体组合的最低值，盐度则取最高值。即早阶段成矿流体温度集中在276℃～319℃(Tmin= 276℃)，盐度w(NaCleq)集中在1.03%～2.76%(盐度最大值为2.76%)，中阶段成矿流体温度集中在291℃～334℃(Tmin=291℃)，盐度w(NaCleq)集中在0.67%～4.51%(盐度最大值为4.51%)，晚阶段成矿流体成矿流体温度集中在152℃～180℃(Tmin= 152℃)，盐度w(NaCleq)集中在0.44%～3.37%(盐度最大值为3.37%)。流体性质表现为早至中阶段成矿流体的温度和盐度增高，晚阶段降低的特点。镜下观察可知，抱伦金矿床早、中阶段C型和W型包裹体普遍共存，可见沸腾包裹体群，晚阶段只见W型包裹体，表明流体成分从早、中阶段向晚阶段演化的过程中可能发生了CO2的逃逸。结合激光拉曼图谱，早、中阶段气相中除CO2，还存在CH4，提高成矿流体还原性，并且中阶段CH4含量略微高于早阶段(由图6a、6d可知，中阶段C型包裹体的CH4相对强度略微高于早阶段，可表示为相对含量较高)，表明成矿环境较早阶段更有利于自然金、含金矿物和金属硫化物的沉淀[11-12]。

流体包裹体数据显示，早阶段成矿流体以中温、低盐度、低密度、高CO2含量(CO2的摩尔分数为0.24%～0.36%)为主，显示成矿流体来自变质脱水作用[16]。中阶段流体包裹体各项指标含量小幅增加，显示一定的流体混合特征。另外从矿物学角度分析，铋、碲元素可能具有更深的岩浆或幔源流体特征[17-18]。抱伦金矿床中阶段的铋、碲化物和自然金在时间、空间上有很好的相关性，比如产出自然铋、黑铋金矿和碲金矿等矿物(图3d、3e、3f)，可能自然金的富集与铋、碲化物有关。这与世界范围内典型的赋存于浅变质岩中的造山型金矿床具有一定的矿物组合差异[19-20]。根据陈柏林等的研究表明，抱伦金矿床的成矿流体中水的氢氧同位素δ18O 的变化范围为+2.94‰～+7.54‰，中阶段的黄铁矿硫同位素为δ18O的变化范围为-2.3‰～+0.1‰，显示中阶段成矿流体特征可能以岩浆水和变质水的混合为主[21-22]。结合矿物学、流体包裹体及同位素数据表明，中阶段成矿流体可能有岩浆流体的贡献，导致了抱伦金矿床中阶段产出大量自然金和铋、碲化物。晚阶段成矿流体温度和盐度明显降低，密度增加至0.95 g/cm3，且激光拉曼光谱显示气相中无CO2和CH4等气体(图6f)，具有大气降水参与的特征。成矿作用发生在流体CO2含量不断降低的过程(表1)。

综上，抱伦金矿床早阶段成矿流体为变质流体，液态不混溶作用较弱导致自然金少量沉淀；中阶段为变质流体和岩浆流体的混合流体，液态不混溶作用开始剧烈，自然金及含金矿物大量沉淀，另外流体混合作用对于金成矿可能也起到重要的作用；晚阶段成矿流体主要以大气降水参与为主。

4.2 成矿机制

抱伦金矿床具有典型构造控矿特征，断裂的特征(倾向、倾角)主要控制矿体发育的规模和方向，含金石英脉是金矿体产出的主要类型，围岩蚀变包括黄铁矿化、碳酸盐化等，赋矿围岩为志留系陀烈组的低级变质的含炭绢云母千枚岩。但是由于在中成矿阶段以变质流体和岩浆流体为主流体参与矿物质的沉淀过程，因此认为抱伦金矿床属于非典型的造山型金矿床。

前人对出露于地表的尖峰岭岩体、矿床和围岩形成的年龄进行大量研究，抱伦金矿床的白云母40Ar-39Ar坪年龄为(219±1) Ma[23-24]，与抱伦金矿床接触的尖峰岭岩体的锆石U-Pb年龄为(245±8) Ma[25-26]，与抱伦金矿床接触的千枚岩的绢云母K-Ar年龄约210 Ma[27]，志留系的变质年龄偏晚可能是因为测试方法的差异和矿物的封闭温度不同导致的。虽然尖峰岭岩体形成时期比金矿成矿时期大约早25 Ma，由于金矿成矿作用都具有多期次的特点，早期与晚期热液活动时间可以相差20 Ma以上[28]。以上结果表明，尖峰岭花岗岩体早于抱伦金矿床形成，根据抱伦金矿床与尖峰岭岩体密切的时空关系，认为抱伦矿床与印支期的花岗质岩浆热液活动可能存在一定的成因联系。

5 结论

1)抱伦金矿矿石类型主要为含金石英硫化物脉型矿石，成矿阶段主要分为3个阶段：早阶段为乳白色粗粒石英发育，中阶段为烟灰色细粒石英-多金属硫化物(自然金)发育，晚阶段为碳酸盐-绿泥石-石英发育。中阶段是最重要的成矿时期。

2)早、中阶段流体包裹体C型和W型共存，主要以C型包裹体为主，晚阶段以W型包裹体发育为主。成矿流体演化过程为从早期的变质流体到中期的混合流体，最后为晚期大气降水为主的流体，早中期发生的液态不混溶作用、中期的流体混合作用都对金矿的沉淀起到重要作用，

3)抱伦金矿床是非典型的造山型金矿床，不同于变质流体成因的造山型金矿床，在成矿过程中还受到印支期尖峰岭岩体花岗质岩浆流体的贡献。