内蒙古查干敖包铁锌矿床成矿流体特征及成矿机制

田隆 毕亚强 王可勇 孙清飞

摘要：查干敖包铁锌矿床地处二连—东乌旗成矿带东段，为典型的矽卡岩型铁锌矿床。该矿床经历了干矽卡岩阶段（Ⅰ）、湿矽卡岩-磁铁矿阶段（Ⅱ）、石英-硫化物阶段（Ⅲ）、碳酸盐阶段（Ⅳ）等4个成矿阶段。流体包裹体岩相学和显微测温学研究表明：成矿早期，流体为高温（348 ℃～523 ℃）、高低盐度（2.89 %～60.44 %）并存的NaCl-H2O体系，氢、氧同位素组成指示其来自岩浆热液;在上升过程中，随着温度、压力的减小，成矿流体发生了多期次的沸腾作用，高氧逸度时（成矿Ⅱ阶段）Fe元素大量沉淀成矿，低氧逸度时（成矿Ⅲ阶段）Zn元素大量富集成礦;成矿晚期，大气降水混入残余流体中，成矿流体转变为低温（112 ℃～234 ℃）、低盐度（3.21 %～7.99 %）的NaCl-H2O体系。

关键词：流体包裹体;氢、氧同位素;流体演化;矽卡岩型;查干敖包铁锌矿床

中图分类号：TD11 P618.4文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2021）04-0012-07doi：10.11792/hj20210403

引 言

查干敖包铁锌矿床位于内蒙古自治区东乌珠穆沁旗境内[1]，地处二连—东乌旗成矿带东段，是区域内典型的矽卡岩型矿床。受古亚洲洋闭合之后的后造山作用影响，该成矿带在早中生代至晚三叠世发生铁锌等多金属矿化作用;晚中生代至早白垩世，受古太平洋构造演化的后造山作用影响，又出现大规模的多金属成矿作用[2]。

前人已对查干敖包铁锌矿床做了很多研究。张万益等[1，3-4]通过锆石U-Pb测年确定了其成矿时代，并通过硫、锶-钕-铅等同位素研究获悉了成矿物质来源;卢守卿等[5-6]指出了该矿床的找矿标志和找矿方向;李伟等[7]分析了该矿床的成矿要素和预测要素，并建立了成矿模型和预测模型。截至目前，对于该矿床的成矿流体性质与演化特征鲜有报道，制约了对矿床成因及成矿机制的认识。本文对查干敖包铁锌矿床开展了详细的流体包裹体岩相学与显微测温研究，结合氢、氧同位素分析，系统探讨成矿流体性质及其演化特征、成矿深度、压力条件，为进一步丰富矿床成因及成矿机制提供支撑。

1 区域地质背景

查干敖包铁锌矿床大地构造位置位于兴安地块南段，该区域是重要的有色金属矿产集中区。区域内地层发育，奥陶系至第四系地层均有出露（见图1）。区域发育的断裂构造主要呈北东向和北西向，前者为主干断裂;褶皱轴向主要为北东向，自南向北主要有宝力格复背斜、查干敖包复背斜、额仁高比复向斜和朝不楞复背斜。区域内岩浆活动比较频繁，按岩体侵位时间由早到晚分布海西期、印支期和燕山期侵入岩。其中，海西期侵入岩代表岩体为宝力格岩体，其内已发现宝力格银金矿床;印支期侵入岩代表岩体为查干敖包岩体，其内已发现查干敖包铁锌矿床[1];燕山期侵入岩代表岩体为朝不楞岩体，其内已发现朝不楞铁多金属矿床[8]。

2 矿区与矿床地质特征

2.1 矿区地质特征

除大面积覆盖的第四系外，矿区内出露地层主要为中奥陶统多宝山组（O2d）（见图2），是与成矿息息相关的地层，为一套浅海相碎屑岩、碳酸盐岩夹火山沉积岩，主要岩性为大理岩和凝灰质板岩，分布于矿区西南部。矿区内发育2组不同方向的断裂，其中北东向断裂最为发育，为成矿前断裂，具有容矿作用。北西向断裂为成矿后断裂，对矿体具有一定破坏作用。与成矿关系密切的侵入岩主要为查干敖包岩体，在矿区内呈隐伏状，出露于矿区东北侧外围，出露面积约60 km2，呈岩株状产出，岩性为石英闪长岩，形成时间为印支期[1]。此外，矿区内脉岩发育，岩性为正长斑岩和闪长玢岩。

2.2 矿床地质特征

2.2.1 矿体特征

查干敖包铁锌矿床为典型的矽卡岩型矿床，矿体主要赋存于石英闪长岩外接触带的矽卡岩及其附近的多宝山组中。矿区内已圈定30余条矿体，矿体大多呈似层状、透镜状（见图3），走向北东。铁锌矿体厚5.39～67.99 m，TFe、Zn平均品位分别为36.30 %、4.50 %;铁矿体厚2.43～49.64 m，TFe平均品位为39.48 %;锌矿体厚2.34～27.40 m，Zn平均品位为4.23 %[1]。

2.2.2 矿石特征

矿石中矿石矿物主要为磁铁矿、闪锌矿、黄铁矿，另有少量黄铜矿、方铅矿等;脉石矿物有石榴子石、透辉石、绿帘石、阳起石、石英、方解石等（见图4）。矿石结构主要为他形—半自形粒状结构（见图4-k）、交代浸蚀结构（见图4-j、l）;矿石构造主要为条带状构造（见图4-a）、斑杂状构造（见图4-d）、块状构造（见图4-e）、浸染状构造（见图4-g）等。

2.2.3 矿化蚀变与成矿期次

矿区内变质作用主要表现在岩浆侵入围岩地层后引起的矽卡岩化，位于查干敖包岩体与多宝山组接触带附近，形成了北东向展布的矽卡岩化带。矽卡岩矿物主要有石榴子石、透辉石、绿帘石、阳起石等。矿化作用主要表现为磁铁矿化和闪锌矿化，后者形成时间稍晚。

通过对野外地质现象的初步观测，以及室内详细的手标本观察、光薄片鉴定，根据矿物共生组合及其之间的穿切关系，将成矿划分为4个阶段，各阶段具体特征如下：干矽卡岩阶段（Ⅰ），出现大量的石榴子石，局部可见透辉石等矽卡岩矿物产出（见图4-a、b）;湿矽卡岩-磁铁矿阶段（Ⅱ），磁铁矿在该阶段大量出现，早期干矽卡岩矿物被绿帘石、阳起石等湿矽卡岩矿物取代，有少量石英出现（见图4-c、d、e）;石英-硫化物阶段（Ⅲ），即多金属矿化阶段，黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿等硫化物生成，交代早期生成矿物，同时伴有大量石英出现（见图4-f、g、h、j、k、l）;碳酸盐阶段（Ⅳ），出现较多的方解石及少量石英，可见一些贫矿方解石脉切穿早期矿物（见图4-h、i）。

3 样品制备与分析方法

本次研究分别选取4个成矿阶段的样品，共12件。包裹体研究工作在吉林大学地质流体实验室进行，所使用的显微镜型号为Carl Zeiss Axiolab（10×50），包裹体显微测温仪器为Linkam THMS-600型冷热两用台（-180 ℃ ～600 ℃）。最后，使用Macflincor计算程序处理得到测试结果。

本次共挑选了6件矿石样品中的石英、方解石单矿物进行氢、氧同位素测试，测试工作在核工业北京地质研究院测试中心完成，所使用的仪器为MAT-253型质谱仪。氢、氧同位素测试分析均以标准平均大洋水（SMOW）为标准，其中氫的分析精度为±1 %，氧的分析精度为±0.2 %。

4 分析结果

4.1 流体包裹体岩相学特征

流体包裹体岩相学观察表明，原生流体包裹体发育较好，依据其在室温下的相态特征，可以划分成3种：含子矿物三相包裹体（SL型）、富气相包裹体（LV型）和富液相包裹体（VL型），各类型包裹体岩相学特征描述如下：

SL型包裹体：室温下由固液气三相构成，粒度一般为6～20 μm，呈椭圆形、斜四边形及长条形，气相与液相体积比多为15 %～25 %，子矿物占比为10 %～20 %;子矿物具有比较明显的立方体晶形，多呈无色，推断其主要为NaCl子晶。该类包裹体在石英颗粒中较为多见，石榴子石颗粒中较少，多为随机产出或成群分布，显示其原生成因特征（见图5-a、d、g）。

LV型包裹体：室温下多由气液两相构成，少部分为纯气相，粒度一般为5～15 μm，多呈次圆形、椭圆形及不规则形，气相与液相体积比多大于65 %。该类包裹体在石榴子石和石英颗粒中均有发育（见图5-b、e）。

VL型包裹体：室温下由气液两相构成，粒度一般为3～21 μm，形态较前二者规则，一般呈椭圆形或长条形，气相与液相体积比多为10 %～40 %。该类包裹体在石榴子石、石英和方解石中广泛发育（见图5-c、f、h、i）。

4.2 包裹体显微测温

对4个成矿阶段的石榴子石、石英、方解石中发育的原生包裹体进行了显微测温，结果见表1、图6。

成矿Ⅰ阶段的石榴子石中发育SL型、LV型、VL型包裹体。其中，SL型包裹体表现出的均一相态以三相包裹体几乎同时均一至液相为主，测得完全均一温度为392 ℃～523 ℃，子矿物消失温度为376 ℃～506 ℃，盐度为45.23 %～60.44 %;LV型包裹体绝大多数均一至气相，测得完全均一温度为369 ℃～508 ℃，冰点温度为-3.4 ℃～-1.7 ℃，盐度为2.89 %～5.55 %;VL型包裹体全部均一至液相，测得完全均一温度为348 ℃～496 ℃，冰点温度为-15.4 ℃～-5.3 ℃，盐度为8.54 %～18.88 %。

成矿Ⅱ阶段的石英中发育SL型、LV型、VL型包裹体。其中，SL型包裹体中子矿物一般早于气相包裹体消失，少部分为固相和气相几乎同时均一至液相，测得完全均一温度为415 ℃～471 ℃，子矿物消失温度为318 ℃～456 ℃，盐度为39.60 %～55.92 %;LV型包裹体多数均一至液相，少数均一至气相，测得完全均一温度为325 ℃～467 ℃，冰点温度为-3.1 ℃～-1.4 ℃，盐度为2.40 %～5.09 %;VL型包裹体以均一至液相为主，测得完全均一温度为302 ℃～439 ℃，冰点温度为-12.6 ℃～-6.1 ℃，盐度为9.34 %～16.53 %。

成矿Ⅲ阶段的石英中发育SL型、LV型、VL型包裹体。其中，SL型包裹体中子矿物大多数在气相包裹体之前消失，之后随着气相与液相均一而达到最终均一，测得完全均一温度为208 ℃～342 ℃，子矿物消失温度为152 ℃～327 ℃，盐度为29.90 %～40.10 %;LV型包裹体全部均一至液相，测得完全均一温度为187 ℃～342 ℃，冰点温度为-2.7 ℃～-0.8 ℃，盐度为1.39 %～4.48 %;VL型包裹体以均一至液相为主，测得完全均一温度为156 ℃～321 ℃，冰点温度为-10.3 ℃～-2.1 ℃，盐度为3.69 %～13.99 %。

成矿Ⅳ阶段的方解石中仅发育VL型包裹体，全部均一至液相，测得完全均一温度为112 ℃～234 ℃，冰点温度为-5.1 ℃～-1.9 ℃，盐度为3.21 %～7.99 %。

4.3 氢、氧同位素特征

本次完成了涵盖成矿Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ阶段的6件矿石样品中石英、方解石的氢、氧同位素测试分析，结果见表2。δ18OH2O计算方法见文献[9-10]。成矿Ⅱ阶段2件石英样品的δ18OV-SMOW值和δDV-SMOW值分别为9.2 ‰、8.9 ‰和-111.4 ‰、-110.9 ‰;成矿Ⅲ阶段2件石英样品的δ18OV-SMOW值和δDV-SMOW值分别为7.1 ‰、7.3 ‰和-113.9 ‰、-116.5 ‰;成矿Ⅳ阶段2件方解石样品的δ18OV-SMOW值较低，分别为5.2 ‰和4.8 ‰，δDV-SMOW值较高，分别为-120.3 ‰和-118.6 ‰。

5 讨 论

5.1 成矿流体性质及来源

流体包裹体岩相学研究表明，查干敖包铁锌矿床在成矿Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段均发育SL型、LV型和VL型包裹体，但在包裹体盐度和完全均一温度上存在比较明显的差异。成矿Ⅰ阶段，3类包裹体完全均一温度比较相近，流体来自高温、高低盐度并存的NaCl-H2O体系;成矿Ⅱ阶段，石英样品中的3类包裹体完全均一温度整体呈现出较成矿Ⅰ阶段降低的趋势，流体来自中高温、高低盐度并存的NaCl-H2O体系;成矿Ⅲ阶段，3类包裹体完全均一温度和盐度明显降低，该阶段流体为中低温、高低盐度并存的NaCl-H2O体系;成矿Ⅳ阶段，方解石中仅发育VL型包裹体，该阶段流体为低温、低盐度的NaCl-H2O体系。高温、高盐度的含子矿物包裹体，可以指示成矿流体源自岩浆热液，而低温、低盐度的富液相包裹体则指示流体系统经历过后期改造作用[11]。从成矿Ⅰ到Ⅳ阶段，成矿流体温度、盐度都表现出逐渐降低的趋势，从早期阶段发育3类包裹体，到晚期阶段仅发育VL型包裹体，由此推测流体最初来源为岩浆水，后期混入了大气降水。

在δDV-SMOW-δ18OH2O图解（见图7）中，成矿Ⅱ阶段2个样品点均落在岩浆水下方区域，δ18OH2O值略低，可能与氧元素直接参与成矿有关;成矿Ⅲ、Ⅳ阶段与Ⅱ阶段相比，δ18OH2O值明显降低，样品点逐渐向大气降水线偏移，表明成矿流体后期有大气降水的混入。综上分析，认为查干敖包铁锌矿床的成矿流体最初来源于岩浆热液，后期伴有大气降水的混入。

5.2 成矿流体演化

成矿流体演化初期，高温岩浆出溶热液与围岩发生强烈的水岩反应，出现了石榴子石等干矽卡岩矿物。包裹体岩相学研究表明，成矿Ⅰ阶段石榴子石样品中出现SL型、LV型和VL型包裹体共存的情况，3类包裹体有着相近的完全均一温度，但具有不同的均一方式，且包裹体盐度（2.89 %～60.44 %）跨度较大，这些现象表明成矿流体发生了强烈的沸腾作用[13]。随着体系温度降低，成矿流体持续与围岩发生水岩反应，在成矿Ⅱ阶段出现了湿矽卡岩矿物，同时伴有少量石英产出。该阶段石英样品中同样存在3类包裹体共存现象，LV型和VL型包裹体有着不同的均一方式，盐度（2.40 %～55.92 %）跨度依然较大，说明流体沸腾作用依旧持续。由于来自岩浆热液的热能不断被消耗，加上随围岩裂隙而来的大气降水的混入，成矿Ⅲ阶段流体温度已演化为中低温，样品中SL型包裹体数量减少，整体以VL型包裹体为主，3类包裹体表现出同样的均一方式，盐度（1.39 %～40.10 %）跨度也显著减小，暗示了流体在该阶段还发生着沸腾作用，但作用程度较前2个阶段有所减轻，同时流体体系呈现出岩浆热液逐渐向大气降水转变的趋势。成矿Ⅳ阶段，大气降水的影响作用不断增大，流体体系温度降至低温（112 ℃～234 ℃），样品中仅发育VL型包裹体，流体逐渐冷却，流体体系进一步向大气降水热液转变。

总的来看，成矿流体经历了多期次沸腾作用，流体温度和盐度持续降低，流体体系从岩浆热液向大气降水热液逐渐转变。

5.3 成矿压力与深度

在不混溶或沸腾的流体体系中，其圈闭压力及深度可根据包裹体显微测温数据求得[14]。根据测得的包裹体完全均一温度和盐度等数据，采用NaCl-H2O体系的p-t-w相图来估算流体包裹体的圈闭压力（见图8）。成矿Ⅰ阶段的成矿压力为18.0～60.5 MPa，成矿Ⅱ阶段的成矿压力为8.5～48.0 MPa，成矿Ⅲ阶段的成矿压力为4.5～18.0 MPa。根据前人总结的公式[15]，算得成矿Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段的成矿深度分别为1.80～2.24 km、0.85～1.78 km、0.45～1.80 km。

5.4 成矿机制探讨

张万益[1]认为，查干敖包铁锌矿床的成矿年龄为237 Ma±6 Ma，成矿物质来自于岩浆，并在上升过程中受到地壳物质的混染。杨俊泉[2]认为，二连—东乌旗成矿带主要存在3期岩浆活动，对应区域上3期大规模成矿作用，而其中第2期成矿时代为中—晚三叠世（约为237 Ma），此时区域内构造演化正处于古亚洲洋完全闭合之后的后造山时期。

张招崇等[17]认为，石榴子石更易于在高氧逸度和较浅深度环境中形成，透辉石则恰恰相反，地质调查表明矿区内石榴子石明显多于透辉石，这与前文所估算出的较浅成矿深度（1.80～2.24 km）相符。来自地幔深部的岩浆热液在上升过程中，交代发生部分熔融的含矿残留洋壳，二者混合之后继续上侵，在侵位至多宝山组碳酸盐岩地层时，发生接触交代作用，岩浆热液的温度、压力下降，CO2浓度显著升高，导致成矿流体从岩浆中出溶[18]。出溶的高温、高盐度成矿流体与围岩发生水岩反应，在成矿Ⅰ阶段出现了大量的干矽卡岩矿物，同时流体发生沸腾作用形成高盐度和中低盐度流体。成矿Ⅱ阶段，3类包裹体共存，流体沸腾作用持续，在高氧逸度条件下，硫以硫酸根离子的形式存在于热液中，不利于黄铁矿的沉淀，使得铁以离子的形式存在于溶液中，此时热液温度仍处于中高温的状态，铁主要以Cl的络合物形式迁移，逐渐与碳酸盐地层反应使得磁铁矿大量沉淀，致使CO2不断逸出[17]。成矿Ⅲ阶段，体系温度降低，沸腾作用减弱，随着磁铁矿的沉淀和CO2的逸出，成矿流体氧逸度降低，pH增大，硫转变为低价硫离子，继而与成矿流体中的金属离子结合形成黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿和方铅矿沉淀，该阶段是闪锌矿的主成矿阶段。随后，当热液逐渐上升至近地表时，大气降水的影响作用不断增大，于成矿Ⅳ阶段生成大量低温矿物——方解石。

6 结 论

1）查干敖包铁锌矿床可分为4个成矿阶段：干矽卡岩阶段（Ⅰ）、湿矽卡岩-磁铁矿阶段（Ⅱ）、石英-硫化物阶段（Ⅲ）、碳酸盐阶段（Ⅳ）。

2）成矿Ⅰ至Ⅲ阶段发育3类包裹体：含子矿物包裹体（SL型）、富气相包裹体（LV型）和富液相包裹体（VL型）;而成矿Ⅳ阶段只发育富液相包裹体（VL型）。在成矿进程中，成矿流体由初始的高温（348 ℃～523 ℃）、高低盐度（2.89 %～60.44 %）并存的NaCl-H2O体系逐渐转变为低温（112 ℃～234 ℃）、低盐度（3.21 %～7.99 %）的NaCl-H2O体系。结合氢、氧同位素分析认为，矿床的成矿流体最初来源于岩浆热液，后期伴有大气降水的混入。

3）成矿Ⅰ至Ⅲ阶段的成矿压力为4.5～60.5 MPa，对应成矿深度为0.45～2.24 km。从岩浆中出溶的高温、高盐度成矿流体在上升过程中，随着温度、压力的降低，发生了多期次的沸腾作用，高氧逸度（成矿Ⅱ阶段）条件下Fe元素大量沉淀成矿，低氧逸度（成矿Ⅲ阶段）条件下Zn元素大量富集成礦。

[参 考 文 献]

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Ore forming fluids characteristics and ore forming mechanism

of the Qagan Obo Fe-Zn Deposit，Inner Mongolia

Tian Long1，Bi Yaqiang2，Wang Keyong1，3，4，Sun Qingfei1

（1.College of Earth Sciences，Jilin University;2.Hulun Buir SD-GOLD Mining Co.，Ltd.;

3.School of Geology and Mining Engineering，Xinjiang University;

4.Key Laboratory of Northeastern Asia Mineral Resources Evaluation，MLR）

Abstract：Qagan Obo Fe-Zn Deposit is a typical skarn type Fe-Zn deposit，located in the eastern segment of the Erenhot-Dongwuzhumuqin metallogenic belt.The mineralization can be divided into 4 stages：dry skarn stage（Ⅰ），wet skarn-magnetite stage（Ⅱ），quartz-sulfide stage（Ⅲ）and carbonate stage（Ⅳ）.The study on petrography and micro thermometry of fluid inclusions indicates that the fluids were NaCl-H2O system with high temperature （348 ℃-523 ℃） and high and low salinity （2.89 %-60.44 %） at the same time in the early stage of mineralization.The H and O isotopes imply that they originated from magma hydrothermal fluids.During the ascent，with decreasing the temperature and pressure，the ore forming fluids boiled in multiple periods.While Fe precipitates and mineralizes under conditions of high oxygen fugacity（stage Ⅱ），Zn enriches and mineralizes in large amounts under conditions of low oxygen fugacity（stage Ⅲ）.In the late stage of mineralization，meteoric water and residual fluids are mixed，and ore forming fluids transformed to be NaCl-H2O system hydrothermal fluids with low temperature（112 ℃-234 ℃） and low salinity（3.21 %-7.99 %）.

Keywords：fluid inclusions;H and O isotopes;fluid evolution;skarn type;Qagan Obo Fe-Zn Deposit