大兴安岭北部十五里桥金矿床流体包裹体特征及矿床成因

2022-11-08孙彦峰周传芳王久懿梁中恺杜海双

地质与资源 2022年5期

孙彦峰，周传芳，王久懿，梁中恺，姜平，杜海双

中国地质调查局哈尔滨自然资源综合调查中心，黑龙江哈尔滨 150086

0 引言

十五里桥金矿床由原中国人民武装警察部队黄金第三支队于2021年发现于黑龙江省大兴安岭地区塔河县十八站鄂伦春自治乡，其与马达尔、奥拉奇、页索库等同为上黑龙江盆地内赋存于火山岩内的金矿床［1］.有学者从矿床地质、地球化学等方面对该矿床的成因进行了研究探讨，认为该矿床形成于早白垩世伸展环境下，为赋存于安山岩中的浅成低温矿床［2-3］，但缺少与矿床成因密切相关的成矿流体方面的研究与探讨，制约了人们对该矿区成矿作用的认识和成矿机制的理解.本研究通过对十五里桥金矿床的矿床地质特征的重新梳理，并针对该矿床主成矿阶段进行流体包裹体的岩相学、显微测温以及激光拉曼光谱分析，结合稳定同位素测试结果，较为系统地研究该矿床成矿流体特征、演化及来源，从而更深入地了解十五里桥金矿床矿床成因，可为上黑龙江成矿带矿床成因模式的系统研究提供参考.

1 区域地质

十五里桥金矿床处于上黑龙江Au－Cu－Mo成矿带内，位于上黑龙江盆地的南缘、二十二站隆起南缘与腰站断陷北缘［4］的交接地带（图1a）.区域上出露地层属于中生代.沉积岩包括侏罗系上统开库康组，岩性主要为砾岩、含砾砂岩以及砂岩，局部夹泥岩、粉砂岩等；二十二站组岩性主要为细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩，局部夹有砾岩、含砾砂岩；漠河组岩性主要为粗—中粒岩屑长石砂岩、细砂岩、粉砂岩，局部为含砾砂岩，偶见砾岩.火山岩包括白垩纪下统龙江组，以安山岩、安山质凝灰熔岩、凝灰岩为主，局部夹流纹岩、流纹质凝灰熔岩；光华组以酸性凝灰岩、中性熔岩为主，局部夹有杂砂岩等；甘河组以安山岩、安山质角砾岩、玄武岩为主.侵入岩分布较为集中，主要出露于下鱼亮子和绥安站幅西尔根气河两侧－秀水山一带，岩石类型以中深成的中酸性花岗质岩石为主.构造以断裂为主，发育北东、北西和南北向断裂（图1b）.

图1 十五里桥金矿床大地构造位置和区域地质图①武警黄金第三支队.1∶5万综合地质调查报告（十五里桥幅、腰站林场幅、依西肯幅、开库康幅、下鱼亮子幅、绥安站幅、瓦干幅、闰王店岛幅、双合站幅）.2018.（据文献［4－5］）Fig.1 Tectonic location and regional geological maps of Shiwuliqiao gold deposit（From References［4－5］）

2 矿床地质

矿区仅出露龙江组地层（图2），以安山岩、角闪安山岩、安山质角砾熔岩、安山质凝灰岩凝灰岩等中性喷发岩为主，局部可见有流纹岩、沉凝灰岩以及含凝灰质砂岩.

图2 十五里桥金矿床地质图Fig.2 Geological map of Shiwuliqiao gold deposit

矿区内构造以断裂为主，发育北北东、北东、北西向及近南北、近东西向断裂，断裂性质以张扭性为主，可为矿床形成提供良好的热液通道和容矿空间.

矿区内主要发育闪长岩脉、煌斑岩脉及流纹斑岩脉.共发现3条蚀变带，10条矿化体（图2）.北东向矿体有9条，其中1～5、8～10号矿体总体倾向南东，7号矿体倾向北西；南东向矿体1条，为6号矿体，倾向东.矿体呈脉状，局部表现为中间膨大、两端尖灭.金矿化发育于石英细（网）脉及两侧硅化带中.矿石为硅化角砾岩、硅化安山岩.围岩主要为安山岩（蚀变安山岩），次为闪长岩、煌斑岩.矿石矿物以黄铁矿为主，其他有黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、磁铁矿等，但含量较少，氧化物可见褐铁矿，偶见有蓝铜矿.脉石矿物以石英、斜长石为主.矿石结构可见有他形—半自形粒状结构、碎裂结构、交代溶蚀结构、交代残余结构等（图3）.矿石构造可见有细（网）脉浸染状构造、角砾状构造、梳状构造、晶洞状构造等.

通过野外观察，依据矿石中金属矿物嵌布特征及细脉穿切关系，将金成矿作用划分为4个阶段.Ⅰ—脉状黄铁矿—石英阶段：仅发育有黄铁矿，自形立方体状，呈星点状、浸染状分布，脉状充填于张性裂隙中.Ⅱ—浸染状黄铁矿±黄铜矿－石英阶段：以黄铁矿为主，他形—半自形粒状，呈块状集合体分布，或以细脉状充填于石英裂隙中，此外可见有黄铜矿，多呈星点状分布（图3a）.脉石矿物为石英，乳白色或无色，呈较宽的脉状.Ⅲ—多金属硫化物－石英阶段：金属矿物种类较为丰富，发育黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿以及方铅矿等，他形—半自形粒状，呈浸染状分布（图3b、c、d）.脉石矿物主要为石英，呈细脉状或细网状分布.Ⅳ—少硫化物－碳酸盐阶段：仅见有黄铁矿，自形立方体状，脉石矿物有石英、方解石，以不规则的脉状或者细网脉状充填于节理裂隙当中.矿石与围岩具有明显的分界，围岩蚀变发育，有硅化、绢云母化、绿泥石化、碳酸盐化以及高岭土化，为中、低温蚀变.

图3 十五里桥金矿床矿石显微照片Fig.3 Microphotographs of ores in Shiwuliqiao gold deposit

3 流体包裹体样品采集及测试方法

本文主要针对金成矿作用中的Ⅱ、Ⅲ阶段进行研究，共采取矿石样品5件，分别采自矿体地表露头及钻孔中（图2），对其进行了系统的流体包裹体测试分析，包括岩相学、显微测温及激光拉曼光谱.测试均在吉林大学地球科学学院地质流体实验室完成.岩相学观察仪器为Carl Zeiss Axiolab显微镜（10×50）（德国）.显微冷热台为Linkam THMS600型（英国），测温范围为－196～＋600℃，测试前使用人造纯H2O及盐度为25%的H2O－NaCl包裹体（国际标样）对系统进行了矫正，矫正后－120～－70℃区间精度为±0.5℃，－70～＋100℃区间精度为±0.2℃，100～500℃区间内精度为±2℃.激光拉曼光谱分析仪器为Renishaw System 1000型（英国），采用514 nmAr＋离子激光器，5 mW功率，1 mm激光束斑，4500～850 cm－1扫面范围，20 mm狭缝宽度，150 s积分时间，±1 cm－1拉曼峰位移精度，0.1%数量级的成分相对含量最低检测限.

4 流体包裹体研究

4.1 流体包裹体岩相学特征

根据镜下观察及加热过程中的相变，将十五里桥金矿床成矿阶段的石英中流体包裹体分为以下两类.

（1）富气相型包裹体：主要在Ⅱ阶段发育，组成为气相和液相盐水溶液，形态为较规则的近椭圆状、近圆状，大小7～15 μm，个别可达20 μm，气相分数为55%～90%，个别可达95%，加热后均一到气相.该类型包裹体常随机成群分布或与富液相型包裹体共生（图4）.

（2）富液相型包裹体：在Ⅱ、Ⅲ阶段均有发育，组成为气相和液相盐水溶液，形态多呈规则的椭圆形、近圆形等，大小5～15 μm，个别可达25 μm，气相分数为20%～40%，加热后均一到液相.此类型包裹体常随机成群分布或与富气相型包裹体共生（图4）.

图4 十五里桥金矿床流体包裹体显微照片Fig.4 Microphotographs of fluid inclusions in Shiwuliqiao gold deposit

4.2 流体包裹体测温结果

十五里桥金矿床5件不同成矿阶段的样品中86个均一法测温结果见表1和图5、图6.

表1 十五里桥金矿床流体包裹体特征及参数Table 1 Fluid inclusion characteristics and parameters of Shiwuliqiao gold deposit

图5 十五里桥金矿床流体包裹体均一温度、盐度直方图Fig.5 Histograms for homogenization temperatures and salinities of fluid inclusions in Shiwuliqiao gold deposit

（1）浸染状黄铁矿±黄铜矿－石英阶段（Ⅱ）

该阶段富气相型与富液相型包裹体均有发育（图4a、b）.其中富气相型包裹体的冰点温度（Tm）为－1.5～－2.7℃.利用经验公式［6-7］，计算得到盐度为2.56%～4.48 %（NaCl当量，质量分数）.均一到气相，均一温度（Th）为283～394℃.据包裹体均一温度和盐度，通过经验公式ρ＝A＋BTh＋CTh2（A、B、C均为无量纲参数）［8］，计算得到流体密度（ρ）为0.55～0.77 g/cm3.富液相型包裹体的冰点温度为－2.0～－5.1℃，均一到液相，均一温度为317～392℃.通过计算得到盐度为3.37%～7.99%，密度为0.58～0.73 g/cm3.

（2）多金属硫化物－石英阶段（Ⅲ）

该阶段仅发育富液相型流体包裹体（图4c），其冰点温度为－1.5～－3.1℃，均一温度为251～298℃，计算得到流体盐度为2.56%～5.09%，密度为0.75～0.83 g/cm3.

总体而言，十五里桥金矿床成矿作用中主要发育富气相型包裹体和富液相型包裹体，流体呈现出中温（均一温度251～394℃）、低盐度（2.56%～7.99%）、低密度（0.55 g/cm3）的特征.其中Ⅱ阶段同时发育富液相型和富气相型包裹体，且流体温度和盐度呈现出比较宽泛的分布特征（图6），说明该阶段发生了流体的混合［9］；Ⅲ阶段仅发育富液相型包裹体，温度和盐度分布相对集中，且相较于Ⅱ阶段，Ⅲ阶段的温度明显下降.

图6 十五里桥金矿床流体包裹体均一温度、盐度散点图Fig.6 Scattergram for homogenization temperature vs.salinity of fluid inclusions in Shiwuliqiao gold deposit

5 讨论

5.1 成矿流体性质及来源

对Ⅲ阶段的富液相型包裹体进行了激光拉曼光谱分析，结果显示，该类型包裹体中气相成分主要为H2O及少量的N2，其特征峰值分别为3 500和2 328 cm－1.综合十五里桥流体包裹体特征，该矿床成矿流体为简单的中温、低盐度、低密度的不混溶NaCl－H2O热液体系.

氢氧同位素测试表明多金属硫化物－石英中石英的δ18O值分别为3.6‰、3.7‰、4.1‰，对应δDW值为－121‰、－93‰、－108‰，计算得到δ18OW值为－4.21‰、－4.11‰、－3.71‰［10］，通过投图（图7），相较于流体均为大气降水组成的三道湾子金矿床及古利库金（银）矿床，十五里桥落于两者之间，位于大气降水与岩浆水之间，说明十五里桥金矿床的成矿流体同为大气降水为主.

图7 十五里桥金矿床δDW－δ18OW体系图（据文献［11］）Fig.7 The δDW-δ18OW diagram of Shiwuliqiao gold deposit（From Reference［11］）

5.2 成矿物质来源

对十五里桥金矿床Ⅲ阶段进行了硫同位素测试，样品测试在原中国人民武装警察部队警种学院进行.测试结果显示：十五里桥金矿床δ34S值分别为1.5‰、2.1‰、2.0‰，结合该阶段的均一温度的平均值（276℃），计算出δ34S∑S值为1.8、2.3、2.4［14］，变化范围窄小，成矿物质硫具单一幔源硫来源特征［15-16］.

李向文［2］、闫永生等［17］对矿区龙江组安山岩以及脉岩样品进行原生晕测试，获得结果表明，安山岩中Au、Ag、Cu元素的含量明显高出区域平均值，Au的含量达到了区域平均值的30～103倍，而且微量元素显示矿石对安山岩的继承性［2］，说明区内龙江组为主要的矿质来源.

5.3 成矿压力与深度探讨

基于前人实验数据［18-21］，通过投图得到了成矿流体的压力范围（图8）.Ⅱ阶段中同时发育富液相和富气相型流体包裹体，其中富液相流体包裹体气相分数为20%～40%，富气相型流体包裹体气相分数为55%～90%，两种流体具有相近的均一温度，说明该阶段的流体发生了不混溶或者沸腾［22-23］，其计算出的压力代表了该阶段流体形成时的压力［24］，通过P－T－W图获得其流体压力范围为6～25 MPa，采用静水压力计算成矿深度，从而得到其对应的形成深度为0.6～2.5 km.Ⅲ阶段只发育有富液相型的流体包裹体，表明该阶段没有发生流体的不混溶或沸腾作用，流体压力只能代表其流体形成时压力的下限，由P－T－W相图获得其流体压力范围为5.0～7.9 MPa，为矿床形成压力的下限［25］，对应深度范围为0.5～0.79 km.

图8 十五里桥金矿床流体包裹体P－T－W相图（据文献［26］）Fig.8 The pressure-temperature-salinity phase diagram of fluid inclusions in Shiwuliqiao gold deposit（From Reference［26］）

5.4 矿床成因探讨

十五里桥金矿床矿化作用发生在早白垩世［2］，该时期大兴安岭北部总体上处于伸展构造环境下，发生了广泛的火山－岩浆活动，形成了广泛分布的陆相火山岩、浅成侵入岩体等.早白垩世岩浆活动分异的热液与大气降水不断在区内的构造破碎带中汇聚，热液与大气降水的混合，导致了成矿流体的初步沸腾，随着热液上涌，温度、压力降低（图8），流体进一步沸腾，加上大气降水对围岩的淋滤，引起金矿物质进一步的沉淀、富集，形成金矿化或矿化体.

十五里桥金矿床流体温度介于251～394℃，成矿压力介于5～25 MPa，深度0.5～2.5 km，结合其围岩蚀变、矿物组合等特征，认为该矿床为早白垩世伸展环境下形成，属于火山岩容矿的浅成中温热液矿床.