川西丹巴美河金矿流体包裹体的研究及其地质意义

川西丹巴美河金矿流体包裹体的研究及其地质意义张锋王根厚万永平李元庆中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京市（100083）E-mail:[e-mail]摘要:川西丹巴美河金矿为一特大石英脉型金矿。其样品中的流体包裹体类型主要有液相包裹体、气相包裹体、纯CO2包裹体和含液相Co2的流体包裹体，通过对各类流体包裹体的温度、盐度、密度、压力等物理化学参数的分析研究表明：（1）美河金矿为一中温热液型矿床；(2)原始成矿流体发生不混容分离的温度约为329－398℃，其平均盐度为3.4wt％NaCl，密度为0.538－0.686g/cm3，压力为12.1×106－26.2×106帕；成矿后期流体包裹体的均一温度为257－298℃，此时流体的平均盐度为4.46wt％NaCl，密度为0.756－0.822g/cm3，压力为4.3×106－8.0×106帕。总体上反映了成矿流体的演化从较高压力、较低盐度、较低密度向较低压力、较高盐度、较高密度转变；（3）原始流体成分主要为H2o－Co2－NaCl体系，此外可能含有N2、CH4等挥发组分；（4）据不同类型包裹体共生组合及流体演化特征,认为流体的不混溶性分离是导致该石英脉型金矿中大量金沉淀的主要原因。关键词:美河金矿；流体包裹体；均一温度；成矿流体（一）引言川西丹巴美河金矿位于被地质界称之为中国“地质百慕大”[2]的松潘—甘孜造山带的腹地丹巴县境内。美河金矿是目前该区发现的一个特大石英脉型金矿,该金矿的发现是该地区地质找矿工作的一个重大突破；对于美河金矿成因的研究对该区地质作用和成矿作用具有重大的意义。本文主要研究美河金矿流体包裹体的特征及其地质意义。（二）矿床基本地质特征丹巴美河金矿位于丹巴县城北西独狼沟地区（图1）。矿区出露地层有泥盆纪危关群灰色中薄砂质板岩，其中夹有透镜状石英脉，厚约2－4cm，长约0.3－1米；危关组板岩夹二云片岩和危关组二云石英片岩。其中二云石英片岩为灰色细粒变晶鳞片结构，片状条带状构造；主要矿物为，黑云母、白云母、石英等，其中黑云母和白云母含量约为50％，石英含量约为30％，其它约20％；此外在二云石英片岩中夹有变质后期析出的石英细脉。矿区出露的岩体主要是闪长岩体，主要分布于矿体的西侧，主要组成矿物为长石和角闪石，其中角闪石的黑色长柱状，长约3－8mm，含量约35％；长石主要为斜长石，灰白色，自形程度较高，两组解理，约2－5mm，含量约40％；其它矿物约25％。矿区的东面是一条长1000多米，宽20－30米的伟晶岩脉，其向两端逐渐尖灭。伟晶岩脉的产状为235°∠55°。伟晶岩的主要组成矿物为石英，白云母和斜长石等，石英为白色粒状，颗粒大小为1－2cm；白云母无色片状，大小0.5－2cm居多；此外在该伟晶岩中发育有结晶完好的电气石，黑色三棱柱状，长2－3cm。通过1:2000矿区地质填图及工程揭露发现美河金矿的主矿体石英脉是一个巨大的石英脉透镜体，主要有以下依据：1、在C中段石英脉有40－50米宽，而向上约80多米处的A、B中段的脉体仅有20－30米宽。2、通过坑道调查，在A、B中段垂直于脉体下方约60米处的坑道PD5（穿脉）中石英脉的宽度仅有16.4米。3、在距A、B中段垂直高度约180米处的坑道PD3（垂直脉体方向）中，石英脉仅有5－6米。综上可见美河金矿的主体是一透镜体，但是通过填图和石英脉的追索发现，该透镜体向北东方向逐渐尖灭，而向南东方向由于时间和自然条件等因素的制约而没能追索到头。（三）川西丹巴美河金矿流体包裹体的研究1、样品及测试条件本文所研究的6个样品均采自矿脉C中断的剖面上，样品新鲜，具有较好的代表性。包裹体显微测温采用英国产LinkamTHMSG600型冷热台,温度范围为-180～+600℃。测温时,设置的温度变化速率一般为20－30℃/min,在相变点温度附近,温度变化速率设置1℃/min。2、流体包裹体的类型及其特征本次研究的样品中普遍发育气液两相包裹体、气相包裹体、纯CO2包裹体和含液态CO21－矿脉2－伟晶岩脉3－石英脉4－闪长岩体6－泥盆纪危关组图1美河金矿矿区地质简图的三相包裹体四类原生包裹体。其中气液两相包裹体主要约占61％，充填度F（F＝L/（L＋V）[8],L为包裹体中的液体体积；V为包裹体中的气体体积）大多数为80－90％；其在石英中大量分布，个体微小，本文所研究的该类包裹体大部分为4－10μm。包裹体形状不规则，多为椭球形，似球形，梭形、锥形等（照片1）；气相包裹体多呈线状分布，含量约为17％，充填度F＝10－40％，大小多数为4－8μm，形状不规则多为椭球形和似球形（照片2）；纯CO2包裹体约占15％，充填度F＝0，多数呈线状分布，还有部分呈群状分布，其大小6－8μm，形状不规则多为近椭球形和似球形(照片3)；含液态CO2的三相包裹体含量约占7％，随机分布，流体包裹体中CO2的含量为65－90％，其个体较大8－18μm，形状不规则（照片4）。照片1气液包裹体照片2富气包裹体照片3纯CO2包裹体照片4含液态CO2的三相包裹体3、流体包裹体的显微测温3.1、气液流体包裹体该类流体包裹体发育在各个样品中，所占数量多，但是个体多小于4μm，充填度较大，所测的流体包裹体中的充填度以90％者居多；在显微测温过程中先以30℃/min快速冷冻至-80℃，再缓慢升温，测得气液流体包裹体的冰点温度为-4.6－-0.5℃，峰值为-3－-2℃（图2）。根据Hall等（1998）提出的H2O－NaCl体系盐度冰点公[1]：W＝0.00＋1.78Tm－0.0442Tm2＋0.000557Tm3(1)式中，W为NaCl的重量百分数，表示为wt％NaCl，Tm为冰点温度（℃）。利用上面的盐度公式计算得出该气液流体包裹体的盐度为0.88－7.31wt％NaCl，峰值为3.39－4.96wt％NaCl，平均盐度为4.46wt％NaCl；继续升温，达到均一状态（所测的气液包裹体都是均一到了液态），测得气液流体包裹体的均一温度范围为120－398℃，峰值为250－300℃，所测数据在该范围内主要集中在257－298℃（图3）。3.2、气相包裹体该类包裹体在样品中主要是呈线状分布的原生包裹体，气体成分占包裹体总体积的70－90％，冷冻法测得冰点温度为1.6－2.7℃，用公式(1)计算出包裹体盐度为2.74－4.49wt%NaCl，其平均盐度为3.4wt％NaCl，该类包裹体的盐度和气液流体包裹体的盐度基本相同，由此判断它们是同一期热液作用形成的包裹体。均一法测温都是均一到气态，均一温度主要集中在329－398℃的范围之间，平均温度为368.8℃。该类包裹体在冷冻过程中几乎都变成了含液态CO2的三相包裹体，由此判定该类气相包裹体中的气体成分主要为CO2气体。3.3、纯CO2包裹体该类包裹体在样品中也是主要为原生包裹体，包裹体形状多为不规则形，大小（直径）主要为6－8μm，个别能达到12－16μm。均一法测温几乎在25－29℃的温度范围内包裹体都均一到液态CO2，这个温度低于CO2的临界温度31.1℃，表明包裹体中的CO2中含有CH4、N2等挥发性组分。此外，在测试过程中发现一些包裹体在常温下为纯液相的流体包裹体，当温度降低到0℃以下时在包裹体的中心出现一个气泡，当温度升高到7－18℃时气泡消失，重新均一到液态，经分析这类包裹体也是CO2包裹体。3.4、含液态CO2的三相包裹体含液态CO2的三相包裹体，由于该类包裹体中可能含有CH4等成分而使其颜色变得深暗，使得气体CO2、液态CO2和水溶液三者之间的界线模糊。用冷冻法测得CO2三相点温度为-58－-57℃,略低于纯CO2三相点温度(-56．6℃),这表明包裹体中除含CO2外,尚有CH4、N2等挥发性组分。逐渐温度升高,测得CO2笼合物的融化温度为+8.6～+9.1℃。通过查CO2笼合物熔化温度和盐度关系表[2]得出这类流体包裹体的盐度为1.81－2.77wt％NaCl，平均盐度为2.04wt％NaCl。该类包裹体的完全均一温度为342－362℃。通过对以上各类流体包裹体测温数据的统计和分析结果得出，四川美河金矿成矿流体的均一温度主要为257－298℃和329－398℃。在257－298℃范围内的流体包裹体主要都是充填度F70的气液包裹体，在329－398℃范围内的流体包裹体主要是气相包裹体和含液态0510152025-0.5-1.5-2.5-3.5-4.5温度℃包裹体个数0246810121416150200250300350400温度℃包裹体个数图2气液包裹体冰点温度正态分布图图3气液包裹体均一温度正态分布图的三相包裹体，其充填度F都小于或等于50％。流体包裹体从液相型的流体包裹体、气相型的流体包裹体到含液态CO2的三相包裹体，其盐度逐渐降低，总体上，美河金矿流体包裹体的盐度比较低，主要为1.81－4.96wt％NaCl。4、含矿流体密度及成矿压力的估算根据各类包裹体的测温数据及推算的盐度,利用公式法[3],即ρ=a+bt+ct2a=0．993531+8．72147×10-3s-2．43975×10-5s2b=7．11652×10-5-5．2208×10-5s+1．26656×10-6s2c=-3．4997×10-6+2．12124×10-7s-4．5232×10-9s2上面公式中：ρ为盐水溶液密度,单位为g/cm3，t为均一温度，单位为℃；s为盐度,单位为%。计算出气液相包裹体（盐度s=1－30wt％NaCl）类的密度主要为：0.756－0.822g/cm3；气相流体包裹体的密度为0.538－0.686g/cm3。对于气液包裹体和气相包裹体均一时压力可利用包裹体的均一温度和包裹体流体的盐度值在NaCl－H2O体系的T－ρ相图[3]上通过投点（图4）得到：气液包裹体均一到液态时的压力约为4.3×106－8.0×106帕，气相包裹体均一时的压力约为12.1×106－26.2×106帕。对于纯CO2包裹体，其密度应用Touret（1979）[3]公式计算，计算公式如下：ρ=0.4683+0.001441×（31.35-T）+0.1318×（31.35－T）1/3式中的ρ为流体密度（g/cm3），t为CO2包裹体均一到CO2液态时的温度（℃），因此把纯CO2包裹体的均一温度25－29℃代入上式得到纯CO2包裹体的密度为0.630－0.703g/cm3。通过查表[8]得，其均一压力为6.39×106－6.99×106帕。该密度值同气液流体包裹体的密度图4NaCl－H20体系的T－ρ相图（据Bischoff等，1991略改）相比其略低于气液流体包裹体的密度。根据ＣＯ2包裹体和气液两相包裹体的平均密度,利用等溶线相交法[3],估算出含ＣＯ2三相包裹体形成压力的平均值为102×106Ｐａ(图5中的Ａ点),该压力基本代表成矿流体的真实捕获压力。因为该类包裹体代表尚未发生不混容分离的原始成矿流体。上述各类包裹体均一法测定所获得的温度数据不是代表包裹体被捕获时的真实温度,而是反映成矿温度的下限值。因此,利用均一温度所获得的压力资料只是反映成矿压力的最小值。并且由上面的数据可知该金矿为中温低压热液型金矿。（四）结果与讨论矿石中不同类型流体包裹体的普遍产出和共生组合反映了含矿流体复杂的地质演化过程[4－5]。根据上文对各类型流体包裹体的测温及各个物理化学参数的研究，得出川西丹巴美河金矿的原始成矿流体主要为NaCl－H20－CO2体系，其中可能混有CH4、N2等挥发性组分；并且该成矿流体为同一期侵入的热液。依据主要有：一是该石英脉矿体样品中所有类型的流体包裹体为同期共生的原生包裹体，各石英矿物中流体包裹体群几乎没有相互穿插的现象；二是包裹体的测温结果显示，具有相同充填度