王勇軍,沈立軍,朱裕振,黃鑫,徐昌,田明禛

(山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院，山東 濟(jì)南 250100)

0 引言

成礦流體在熱液礦床形成過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，對(duì)成礦物質(zhì)的活化、運(yùn)移和沉淀具有決定性作用。流體包裹體的研究能反映地質(zhì)過(guò)程中成礦流體的運(yùn)移途徑及過(guò)程、成礦作用機(jī)制等重要地質(zhì)信息，主成礦階段的流體包裹體是研究成礦流體最直接有效的對(duì)象，有助于探討礦床成因[1]。

近年來(lái)，膠東地區(qū)金礦找礦取得重大突破，前人對(duì)膠東地區(qū)構(gòu)造—巖漿演化、成礦流體來(lái)源、礦床成因等進(jìn)行了大量研究，尤其是2013年笏山-西陡崖大型金礦的發(fā)現(xiàn)引起了眾多學(xué)者的關(guān)注[2-13]。陳衍景等[2-3]認(rèn)為膠東大規(guī)模成礦事件同步或略滯后于中生代花崗巖漿活動(dòng)。丁正江等[4-6]總結(jié)了膠東中生代成巖成礦動(dòng)力學(xué)演化特征，劃分了6個(gè)金及多金屬成礦作用期。李洪奎等[7-8]指出膠東地區(qū)構(gòu)造-巖漿事件和金礦成礦作用受控于特提斯、古亞洲洋和太平洋三大構(gòu)造域的相互作用，金礦形成的動(dòng)力學(xué)背景是中生代構(gòu)造體制轉(zhuǎn)折和巖石圈減薄,起因與太平洋板塊向華北板塊的俯沖機(jī)制有關(guān)。呂文杰[9]對(duì)杜家崖金礦床石英流體包裹體進(jìn)行研究，結(jié)果表明，流體包裹體為CO2-H2O體系，均一溫度集中于134～275℃之間，鹽度：0.71～23.05wt%NaCl，密度：0.75～0.92g/cm3，成礦深度5.04～7.19km。王佳良[11]對(duì)棲霞馬家窯金礦床流體包裹體進(jìn)行研究，認(rèn)為該礦床成礦流體為低鹽度、低密度流體，成礦過(guò)程中經(jīng)歷了流體不混溶作用，屬中溫中成熱液礦床。

該文對(duì)山東蓬萊侯格莊金礦床主成礦階段石英中的流體包裹體進(jìn)行研究，對(duì)包裹體進(jìn)行了測(cè)溫及鹽度測(cè)定，估算了成礦深度、壓力等參數(shù)，初步探討了成礦流體物理化學(xué)性質(zhì)、來(lái)源與礦床成因①山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東省蓬萊市侯格莊礦區(qū)金礦詳查報(bào)告，2016年。。

1 地質(zhì)概況

侯格莊金礦區(qū)位于膠東棲(霞)-蓬(萊)金成礦帶大柳行金礦田東南部，玲瓏序列花崗巖與郭家?guī)X序列花崗閃長(zhǎng)巖兩大巖體的接觸部位。

該區(qū)金礦體主要賦存于虎路線斷裂上盤的次級(jí)斷裂中?；⒙肪€斷裂走向20°～30°，傾向SE，傾角58°～69°，具左行壓扭性的特點(diǎn)，是區(qū)內(nèi)主要的導(dǎo)礦構(gòu)造。

礦區(qū)近礦圍巖為中生代郭家?guī)X序列的似斑狀花崗閃長(zhǎng)巖。郭家?guī)X序列花崗閃長(zhǎng)巖為殼?；旌闲突◢弾r，是膠東地區(qū)與金礦成礦關(guān)系最為密切的巖體之一。

侯格莊金礦區(qū)Ⅲ-1號(hào)礦體是區(qū)內(nèi)的主礦體，賦存于Ⅲ號(hào)礦化帶中，為一盲礦體，礦體賦存標(biāo)高為+22m～-710m。礦體呈脈狀產(chǎn)出，走向30°～40°，傾向NW，傾角71°～81°(圖1)。長(zhǎng)度約660m，厚度0.41～3.37m，平均厚度0.75m，控制最大斜深732m。金品位(0.30～52.40)×10-6，平均品位7.95×10-6。礦石為含金絹英巖化碎裂巖。

礦石結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，主要為半自形—他形粒狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)等；礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造等；礦石中金屬礦物主要為黃鐵礦，次為黃銅礦、磁黃鐵礦及少量的閃鋅礦、方鉛礦、方黃銅礦等。含金礦物主要為銀金礦、金銀礦。礦石中非金屬礦物以石英為主，其次為絹云母。

2 流體包裹體特征

2.1 樣品采集、測(cè)試及結(jié)果

共采集新鮮樣品6件，均位于Ⅲ-1號(hào)盲礦體-240m坑道內(nèi)，均為主成礦期黃鐵礦化石英金礦石或黃鐵礦化絹英巖。從中選取具代表性的樣品磨制包裹體片，供巖相學(xué)觀察，由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心在LINKAM THMS600型冷熱臺(tái)進(jìn)行顯微測(cè)溫，儀器運(yùn)行的室內(nèi)溫度約25°，濕度約45%，儀器可測(cè)定的溫度范圍為-196～600℃，誤差范圍為±0.5℃，檢測(cè)方法和依據(jù)按照EJ/T 1105-1999(礦物流體包裹體溫度的測(cè)定)執(zhí)行。

對(duì)磨制的光片進(jìn)行了細(xì)致的巖相學(xué)研究，并選擇有代表性的包裹體片進(jìn)行測(cè)溫、壓力、鹽度等參數(shù)的分析(表1)。

a—礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖；b—III號(hào)礦化帶中的III-1號(hào)盲礦體-240m中段照片(照片方向南西)；c—金礦石照片;1—新生代第四系；2—中生代郭家?guī)X序列花崗閃長(zhǎng)巖；3—中生代玲瓏序列二長(zhǎng)花崗巖；4—礦化帶；5—地質(zhì)界線；6—巖層產(chǎn)狀；7—壓扭性斷裂圖1 礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖及III-1號(hào)盲礦體、礦石

2.2 巖相學(xué)特征

在金礦石樣品中的石英礦物內(nèi)，流體包裹體較為發(fā)育，分布形態(tài)主要為成群分布、均勻密集分布，部分成帶狀分布。形狀多數(shù)為橢圓形，少數(shù)為圓形或長(zhǎng)條形。包裹體普遍較小，粒徑一般小于5μm，為(2～5)μm×(4～7)μm，個(gè)別包裹體長(zhǎng)軸最大長(zhǎng)度可達(dá)15μm。

該次工作中將所見流體包裹體按相態(tài)類型分為單相包裹體(Ⅰ)、氣液兩相包裹體(Ⅱ)及三相包裹體(Ⅲ)三類。物質(zhì)成分以H2O，CO2為主，可能還含有少量其他氣體。

包裹體以呈透明無(wú)色的純液包裹體(Ⅰa)為主，部分視域內(nèi)較為發(fā)育呈無(wú)色—灰色的富液體包裹體(Ⅱa)及呈灰色—深灰色的氣體包裹體(Ⅰb)，局部視域可見少量呈無(wú)色—灰色的H2O-CO2三相包裹體(Ⅲa)、呈灰色—深灰色的富氣體包裹體(Ⅱb)及呈灰色—深灰色的CO2兩相包裹體(Ⅱa)。未見含子礦物包裹體。

表1 流體包裹體完全均一溫度、鹽度、密度、壓力及成礦深度結(jié)果統(tǒng)計(jì)

單相包裹體(Ⅰ)：分為純液包裹體(Ⅰa)和氣體包裹體(Ⅰb)2種類型(圖2a)，前者數(shù)量略大于后者，總數(shù)占比約80%～90%。多呈渾圓形或長(zhǎng)短軸比值小于2的橢圓形，常成群分布于石英內(nèi)距離愈合的晶體裂隙較遠(yuǎn)的部位，群落內(nèi)包裹體分布相對(duì)均勻，多為原生包裹體。長(zhǎng)軸長(zhǎng)度一般小于6μm。

氣液兩相包裹體：分為富液包裹體(Ⅱa)和富氣體包裹體(Ⅱb)2種類型，其中，富液包裹體(Ⅱa)又分為由液相H2O-氣相CO2組成(圖2b)和液相CO2-氣相CO2(圖2c)組成兩種，富氣體包裹體(Ⅱb)則僅見液相H2O-氣相CO2組成(圖2d)?？倲?shù)占比約10%～20%。多為渾圓形、橢圓形、長(zhǎng)條形或不規(guī)則多邊形，常呈條帶狀分布于礦物裂隙中或其兩側(cè)，同一條帶中包裹體長(zhǎng)軸方向基本一致，既有原生包裹體，也見次生及假次生包裹體。長(zhǎng)軸長(zhǎng)度一般為4～15μm，集中于5～10μm。氣液比多為10%～20%，以10%～15%為主，偶見氣液比約80%的富氣包裹體。

三相包裹體：僅見H2O-CO2三相包裹體，由液相H2O、液相CO2和氣相CO2組成(圖2e)，總數(shù)占比小于10%。以渾圓形、橢圓形和不規(guī)則形為主，長(zhǎng)軸長(zhǎng)度一般為4～7μm。原生包裹體居多，個(gè)別包裹體受礦物裂隙影響發(fā)生破裂，屬次生包裹體(圖2f)。

巖相學(xué)觀察表明，侯格莊金礦床石英礦物中發(fā)育大量的原生流體包裹體，它們直接反映了成礦流體的基本特征。由于Ⅱ型和Ⅲ型原生流體包裹體常同時(shí)存在，且成群共生在同一個(gè)石英顆粒中，表明其捕獲時(shí)成礦流體處于一種不均勻的熱液體系狀態(tài)[14]。

圖2 流體包裹體鏡下照片

石英內(nèi)發(fā)育CO2包裹體，說(shuō)明成礦流體中富含CO2。CO2的存在可以增加氯和水在巖漿流體中的溶解度，有利于金屬元素的運(yùn)移[15]。近年來(lái)由于探測(cè)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)各類地質(zhì)體的CO2含量和賦存狀態(tài)有了越來(lái)越深刻的了解，特別是在幔源包體中發(fā)現(xiàn)了大量CO2包裹體存在，地幔流體中的交代流體或熔體被普遍認(rèn)為是以富CO2為特征[16]。因此，這可能暗示了侯格莊金礦床成礦流體至少部分來(lái)源于地幔。

2.3 包裹體溫度、鹽度及成礦流體來(lái)源

2.3.1 溫度

熱液活動(dòng)中，隨著溫度的下降，揮發(fā)分的比例不斷下降，CO2/H2O比值在早期熱液成礦之后降低，發(fā)生了以CO2逸失為特征的不混溶或沸騰現(xiàn)象，流體包裹體的捕獲溫度(即所測(cè)定的均一溫度)可代表成礦溫度。在流體不混溶過(guò)程中，捕獲的端元組分的包裹體均一溫度及壓力相近，并且可以代表捕獲溫度和壓力[14]。

該次研究使用氣液兩相包裹體及三相包裹體2類包裹體進(jìn)行測(cè)溫，完全均一溫度結(jié)果為109～396℃(圖3)，屬中低溫?zé)嵋旱V床。

溫度主要集中在2個(gè)區(qū)間：138～215℃和352～396℃。其中，氣液兩相包裹體占絕大多數(shù)，CO2相比一般為10%～20%，絕大多數(shù)均一至液相，完全均一溫度范圍為109～215℃，集中分布于138～215℃之間。三相包裹體完全均一溫度范圍為211～396℃，多數(shù)三相包裹體中CO2相比為20%～40%，多數(shù)完全均一至液相(圖3)。

圖3 石英中流體包裹體完全均一溫度頻率分布直方圖

對(duì)均一溫度約352～396℃的區(qū)間，全部是由三相包裹體測(cè)得的，這代表了一期相對(duì)高溫的礦化階段，暗示了該礦床經(jīng)歷了多期礦化。三相包裹體的均一溫度多高于氣液兩相包裹體，并且連續(xù)變化，鹽度、密度多小于Ⅱ型包裹體。這是由壓力波動(dòng)引起的連續(xù)多次不混溶作用造成的。

侯格莊金礦流體包裹體均一溫度明顯劃分為2類：氣液兩相包裹體(Ⅱa)均一溫度(138～215℃)較周邊馬家窯、黑嵐溝、大柳行等金礦床均一溫度(180～300℃)略低，而H2O-CO2三相包裹體(Ⅲa)均一溫度(352～396℃)又較周邊其他礦床(一般不高于360℃)高，這種特殊性可能是由于該礦床多期成礦流體之間成礦溫度相差較大造成的。

2.3.2 鹽度

該次測(cè)定的鹽度體系中可能包含NaCl以外的其他鹽類，如KCl，CaCl2，MgCl2等，但是在低鹽度的情況下，其習(xí)性類似于簡(jiǎn)單的冰-鹽水體系，也即NaCl-H2O體系[17]，因此鹽度計(jì)算公式采用Hall等[18]提出的計(jì)算式。

流體包裹體鹽度測(cè)定結(jié)果范圍為2.9～22.44wt%NaCl，反映成礦流體為低鹽度流體(圖4)。未見含子礦物包裹體，也反映出該流體鹽度低，屬于未飽和體系。

圖4 石英中流體包裹體鹽度頻率分布直方圖

中低溫度、低鹽度流體來(lái)源一般認(rèn)為屬天水來(lái)源或天水與巖漿水的混合產(chǎn)物，而以天水成因?yàn)橹?，以液相包裹體為代表[19]。由于該礦床主成礦階段的成礦流體屬中低溫度、低鹽度流體，但氣液兩相包裹體發(fā)育較少(<20%)，說(shuō)明成礦流體為天水與巖漿水的混合產(chǎn)物，但天水來(lái)源所占比例較少，對(duì)成礦作用影響較小。

3 密度、成礦壓力和深度的估算

根據(jù)測(cè)得的流體包裹體溫度、鹽度等數(shù)據(jù)，該文進(jìn)行了流體密度、成礦壓力、深度的估算，結(jié)果見表1。

3.1 包裹體密度

根據(jù)實(shí)驗(yàn)的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)和前面所計(jì)算出的鹽度數(shù)據(jù)，可計(jì)算流體的密度，計(jì)算的對(duì)象有不同鹽度的氣液兩相包裹體和含(富)CO2三相包裹體。

對(duì)于氣液兩相包裹體，流體的密度由均一溫度和鹽度決定。根據(jù)測(cè)得的流體包裹體均一溫度和鹽度數(shù)據(jù)，在飽和水蒸氣NaCl-H2O溶液密度圖[20]上投點(diǎn)(圖5)，得到氣液兩相溶液包裹體的密度集中在0.86～1.06g/cm3。

圖5 侯格莊金礦床流體包裹體NaCl-H2O體系密度圖解(底圖據(jù)劉斌等[17])

對(duì)于含CO2三相包裹體，流體密度的計(jì)算是根據(jù)劉斌和沈昆[17]的密度公式：

ρ=φCO2×ρCO2+(1-φCO2)×ρH2O

式中：ρ—流體的總密度(g/cm3)；φCO2—CO2氣-液均一時(shí)CO2相的充填度，φCO2=CO2相體積/包裹體總體積；ρCO2—CO2氣-液均一時(shí)CO2相的密度(g/cm3)；ρH2O—CO2氣-液均一時(shí)水溶液相的密度(g/cm3)。

ρCO2由Touret等[21]提出的公式計(jì)算、ρH2O由Sterner等[22]出的公式計(jì)算，如下：

ρCO2=0.4683+0.001441×(31.35-t)+0.1318×(31.35-t)(1/3)

ρH2O=0.999839×(1000+58.4428×m)/{1000+0.999839×(12.43×m+3.07×m1.5-0.02×m2)}+5.2777×10-5×t-1.0113×10-5×t2+9.3537×10-8×t3

式中：t—CO2部分均一溫度；m—水溶液中NaCl的質(zhì)量摩爾濃度，m=(1000×ω)/[58.4428×(100-ω)]；ω—鹽度。

經(jīng)計(jì)算，含CO2三相包裹體密度為：0.64～0.96g/cm3(表1)，多數(shù)小于氣液兩相溶液包裹體密度。

總體來(lái)看，該礦床流體包裹體密度主要集中在0.64～1.06g/cm3，屬低密度流體。

3.2 成礦壓力和深度的估算

流體包裹體的捕獲溫度和壓力是包裹體研究中最重要的2個(gè)熱力學(xué)參數(shù)，前人提出了很多地質(zhì)壓力計(jì)算方法，但迄今為止這些方法均只是近似估算，不能獲得精確的成礦壓力。

該次研究，根據(jù)H2O-CO2三相包裹體的完全均一溫度、部分均一溫度等數(shù)據(jù)，利用FLINCOR計(jì)算機(jī)程序估算了成礦壓力，結(jié)果為128～340MPa。

根據(jù)Sheperd等[14]提出的成礦深度H和成礦壓力P之間的換算關(guān)系：P=ρgH(ρ=3g/cm3)計(jì)算得到成礦深度，結(jié)果為4.4～11.6km。

按陳衍景等[23]對(duì)造山型金礦的論述，說(shuō)明該礦床是在中低壓力、中淺深度條件下形成的。

4 結(jié)論

(1)侯格莊金礦床金礦石中的流體包裹體以呈透明無(wú)色的純液包裹體為主，部分視域內(nèi)發(fā)育無(wú)色—灰色的氣液兩相包裹體，局部可見H2O-CO2三相包裹體。未見含子礦物包裹體。均一溫度在109～396℃，主要集中在138～215℃和352～396℃兩區(qū)間，前者代表侯格莊金礦床的主成礦階段，屬中低溫?zé)嵋旱V床；后者代表了另一高溫礦化階段。

(2)成礦流體鹽度范圍在2.9～22.44wt%NaCl之間，反映成礦流體為低鹽度流體，屬于未飽和體系；流體密度在0.64～1.06g/cm3之間；成礦流體屬于低鹽度、低密度流體，是天水與巖漿水的混合產(chǎn)物，且天水來(lái)源所占比例較少。

(3)成礦壓力和深度是以三相流體包裹體測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行估算的，估算的成礦壓力為128～340MPa，成礦深度約4.4～11.6km，說(shuō)明該礦床是在中低壓力、中淺深度條件下形成的。

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