阿尔泰山南缘萨热阔布金矿床的纯CO_2流体

第50卷第4期2005年2月论文380流体徐九华①丁汝福②谢玉玲①钟长华①原旭①(①北京科技大学资源工程系,北京100083;②北京矿产地质研究院,北京100029.E-mail:[e-mail])摘要萨热阔布金矿产于新疆阿尔泰山南缘泥盆系康布铁堡组变质酸性火山岩、火山碎屑岩中,近矿围岩黄铁矿化、网脉状硅化、碳酸盐化发育,金的主成矿阶段有黄铁矿-石英阶段(Ⅱ)和多金属硫化物阶段(Ⅲ).主成矿阶段脉石英中流体包裹体很发育,显微观察和冷冻法研究表明黄铁矿-石英阶段包裹体类型以液态纯CO2包裹体(LCO2)为主,其密度可高达0.85~1.07g/cm3,其次为富CO2包裹体(LCO2-LH2O),少量富H2O包裹体(LH2O-LCO2).多金属硫化物阶段脉石英的包裹体类型更复杂,还有CO2-CH4体系的流体,其固相CO2Tm低达−78.1~−61.9℃,Th,CO2也很低,为−33.7~−17.7℃.高密度CO2流体的捕获压力估算为150~350MPa.激光Raman探针分析证实了纯CO2包裹体的成分特征.CO2流体的δ13C为−10.725‰~−21.151‰,与地幔矿物中CO2流体的δ13C值相似.这些特征均与其他石英脉型或蚀变岩型的热液金矿明显不同.富CO2流体还具有区域上的特征,其来源可能与后碰撞造山过程的地幔脱气作用有关.关键词萨热阔布金矿阿尔泰山CO2流体包裹体CO2流体包裹体是地幔橄榄岩流体包裹体的最主要类型,也大量存在于下地壳麻粒岩中.脉金矿床中也发育有较多的富CO2包裹体,但它们往往由H2O-CO2体系不同的CO2/H2O比例组成,并与水溶液包裹体共存.近年来,Mumm等人[1]在加纳Ashanti成矿带金矿床观察到大量纯CO2包裹体(CO2H2O)产出,而水溶液包裹体却非常少见,并认为这种流体可能代表了一种还未认识的新的成矿流体类型,由此开展了一系列的学术争论[2,3].最近我们在新疆阿尔泰山南缘萨热阔布金矿床研究中也发现大量纯CO2流体包裹体存在于主成矿阶段脉石英中,它们对这种金矿床的成矿作用具重要意义.1地质背景萨热阔布金矿位于新疆阿尔泰山南缘的金-多金属成矿带内.矿带北部走向310°~320°的巴寨断裂控制了南面的麦兹火山-沉积盆地,以及蒙库铁矿、可可塔勒铅锌矿和海西晚期花岗岩体的分布.巴寨断裂向北西延伸的阿巴宫-库尔提断裂控制了克朗火山盆地以及有关的阿巴宫铁矿、铁木尔特铅锌矿、萨热阔布金矿床的分布(图1)[4].矿带内出露的地层主要为中上元古界和上古生界泥盆系.下泥盆统康布铁堡组(D1k)为主要含矿地层,构成了麦兹和克朗复式向斜构造的两翼.康布铁堡上亚组为一套酸性火山岩、火山碎屑岩和碳酸盐岩,与下亚组之间为断层接触,萨热阔布金矿床(Ar-Ar年龄320Ma[4])和铁木尔特铅锌矿床(Pb-Pb模式年龄平均值369.5Ma)均产于康布铁堡组(锆石U-Pb年龄407Ma[5])上亚组第二岩性段内,多金属铅锌矿化主要产于硅质大理岩、富锰硅质岩中,而金矿化则产于北西相变为绿泥石黑云母石英片岩和变凝灰岩的地段.压剪性的阿巴宫断裂和克因宫断裂控制了萨热阔布金矿南北边界,前者(南界)是康布铁堡组与中泥盆统阿尔泰镇组(D2a)的分界线;而后者(北界)是康布铁堡组与志留系库鲁木提群的界线.容矿断裂在控矿构造内呈右行雁列状分布,与控矿断裂带呈小角度相交,具明显的多期活动特征.含金石英脉被多次破碎,共轭节理发育,并被黄铁矿微细脉充填.研究表明,萨热阔布金矿的主要容矿围岩为一套原岩以晶屑凝灰岩、流纹质晶屑凝灰岩等为主的酸性火山岩、火山碎屑岩,后期遭受了区域变质作用,形成的岩石类型主要有黑云石英片岩、石榴角闪黑云片岩、电气黑云石英片岩、含矽线石黑云石英片岩等.由于近矿围岩蚀变,浸染状黄铁矿化、网脉状硅化、碳酸盐化很发育.黑云母、角闪石多为绿泥石交代,石榴子石、绿帘石等明显呈沿片理方向延长,石英晶屑发生旋转、颗粒两侧具压力影构造等,反映了矿化蚀变过程伴随强烈的构造应力作用.已圈定5条透镜状或短脉状金矿体,产状45°~55°∠65°~80°,顺地层展布,沿走向有分支复合现象.矿石中金属矿物为:自然金、银金矿、黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿等;脉石矿物为:石英、钾长石、石榴石、方解石、萤石、绿泥石及黏土论文第50卷第4期2005年2月阿尔泰山南缘金-多金属矿带地质略图据新疆有色地质勘查局资料修绘矿物等.金矿石类型主要有两种,即蚀变岩型和石英脉型.蚀变岩型包括含黄铁矿细脉、网脉的硅化绿泥黑云石英片岩型和含石榴石、阳起石、透闪石的黄铁矿化硅化蚀变岩型,前者为主要类型.石英脉型包括含浸染状黄矿化糖粒状石英脉型和产于绿泥黑云石英片岩中的石英细脉、网脉型,后者是组成矿体的主要部分.矿化大致有3个明显的热液成矿阶段:(Ⅰ)浸染状黄铁矿化-硅化阶段;(Ⅱ)黄铁矿-石英脉阶段,此阶段主要形成沿片理分布的石英脉、粗晶黄铁矿和浸染状黄铁矿,石英常被多金属硫化物和萤石等穿切;(Ⅲ)多金属硫化物阶段,以形成黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、磁黄铁矿等硫化物和自然铋等为特征,金矿化与多金属硫化物阶段关系密切.2流体包裹体研究萨热阔布金矿的石英、萤石和方解石等脉石矿物中均有大量流体包裹体产出.在矿床围岩和含金石英脉中的石英主要有3种产状:(1)晶屑凝灰岩、黑云石英片岩等岩石中的原岩石英晶屑,这些石英的边缘常被溶蚀,并常有旋转、压力影等现象,反映了后期构造活动的影响;(2)原岩基质的细粒重结晶石英,为硅化产物(Ⅰ);(3)矿化阶段的脉石英,包括黄铁矿-石英阶段(Ⅱ)和多金属硫化物阶段的石英(Ⅲ).细粒重结晶石英中仅有少量非常细小的流体包裹体.石英晶屑与脉石英中都含有丰富的流体包裹体,其类型、成分等有着明显的差别.石英晶屑是火山岩原岩残留矿物,以原生的盐水溶液包裹体(L-V型)和高盐度多相包裹体(L-V-S型)为主.本次重点研究了脉石英中的流体包裹体.矿脉石英可分为两种产状,一为含较少黄铁矿(有些氧化为褐铁矿)的早阶段脉石英,二为与黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等伴生的晚阶段石英.这些脉石英的包裹体特征与晶屑石英有很大区别,包裹体类型以纯CO2包裹体(LCO2,有时含其他挥发分)和富CO2包裹体(LCO2-LH2O)为主,有少量水溶液包裹体(包括LH2O-LCO2和LH2O-VCO2)和CO2气态包裹体产出.详细特征参见表1和图2.2.1流体包裹体岩相学和冷热台测试(ⅰ)纯CO2包裹体(LCO2型).主要由液态CO2相组成,未见H2O相.该类包裹体在萨热阔布金矿大量出现,特别是在黄铁矿石英脉阶段(Ⅱ)和多金属硫第50卷第4期2005年2月论文382)样号寄主矿物包裹体类型、形态大小/μmTh/℃盐度/%(NaCl)Th,CO2/℃密度/g∙cm−3Tm,CO2/℃其他SR03m变晶屑凝灰岩中的细脉石英(Ⅱ)LCO2,浑圆8~10/+5.9℃(L)0.883−56.6℃SR05蚀变岩型矿石中鹅黄色石英(Ⅱ)L-V,浑圆,负晶形为主;个别L-V-S2~8L/V大:292~296℃(7,C);L/V小:113~188℃(9,L)大部分在267~455℃间破裂;次生SR05d同上(Ⅱ)LH2O-LCO2,长圆;LCO2,浑圆5~10/8.5+6.7~+18.2℃(6,L)0.878~0.786−58.3℃其中LH2O-LCO2型:低共结温度为−22~−21.3℃,说明有其他盐类,冰点−5.5℃SR06同上(Ⅱ)L-V,浑圆3~8303~326℃(6,L)个别临界均−329℃(1,C)SR15硫化物石英脉的石英(Ⅱ)LCO2,浑圆,长圆2~6,大者6~18/+3~+10.5℃(21,L);+20.4~+20.8℃(5,C)0.852~0.89−57℃部分CO2密度0.76g/m3SR185号脉乳黄色石英(Ⅱ)LH2O-LCO2,浑圆,长圆;LCO2,浑圆3~15266~370℃(9,LH2O)LH2O中8.3+13.4~+20℃(4)0.835~0.77−56.6℃LH2O中冰点−5.0~−5.8℃SR19同上(Ⅱ)LCO2,浑圆;LCO2-LH2O,浑圆,长圆2~15/−4.7~+14.7℃(18,LCO2),+7.6~+19.2℃(3,VCO2)0.95~0.8170.87~0.77−59.5~−56.6℃(10)个别−180℃有固相出现,−165℃溶解,可能CH4含量较高SR21黄铁矿-黄铜矿石英脉(Ⅲ)LCO2,浑圆,不规则;少量LCO2-LH2O,浑圆,长圆2~15/−33.7~−17.7℃(9,LCO2)−11~+2.0℃(6,LCO2)1.07~1.010.98~0.906−78.1~−61.9℃(9)−58~−56.6℃SR22黄铁矿-黄铜矿石英脉(Ⅲ)LCO2,浑圆,不规则;少量LCO2-LH2O,浑圆3~20LCO2-LH2O包裹体:254~276℃(4,LH2O)−16.1~−22.8℃(2,LCO2)1.00~1.03−60.6~−55.5℃LCO2-LH2O包裹体:CO2水合物消失+8.6~+10.5℃SR23萤石石英脉的石英(Ⅱ)LH2O-VCO2浑圆,长圆5~30145~192℃(3,L;次生);223.5~236.7℃(9,L)3~4.2(5)冰晶Tm=−2.0~−2.7℃(5)SR29硫化物石英脉(Ⅱ)VCO2,浑圆3~10/冷冻特征:−188℃,无明显相变SR30黄铁矿石英脉(Ⅱ)VCO2,浑圆;LH2O-LCO2,浑圆2~10320~394.5℃(5,L)−56.6℃冷冻:VCO2型,有LCO2出现TM-1铁木尔特铅锌矿,脉石英LCO2,为主,少量LCO2-LH2O5~10/−6.8℃(1,LCO2)+11.2~+25.4℃(11,LCO2)0.960.847~0.70−59.0~−60.4℃(12)TM-2同上LCO2,为主,个别VCO23~8/−7.8~+2.6℃(8,LCO2)0.97~0.902−57.5~−56.6℃a)测定在北京科技大学包裹体实验室,仪器为Linkam公司的THMS600冷热台,Linksys软件控制.括号内数字为测定包裹体数,L示均一为液态,V示均一为气态,C示均一为临界状态.未说明者均为原生或假次生包裹体.寄主石英的括号说明Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ为成矿阶段论文第50卷第4期2005年2月萨热阔布金矿包裹体显微镜下特征(20℃时)(a)黄铁矿-石英脉阶段(Ⅱ)脉石英中纯CO2(LCO2)包裹体群,样号SR4005;(b)黄铁矿-黄铜矿石英脉中(Ⅲ)的纯CO2包裹体,样号SR21;(c)含矿石英中纯CO2包裹体和富CO2的L-V包裹体,样号SR03;(d)位于萤石(Fl)边界限于石英(Qz)内的纯CO2包裹体,样号SR25;(e)黄铁矿-黄铜矿-石英脉中的纯CO2包裹体,样号SR22;(d)铁木尔特铅锌矿,穿透石英颗粒边界的纯CO2包裹体群,样号TM-2.寄主矿物未说明者均为石英化物石英脉阶段(Ⅲ)的脉石英中,大小几微米至二十几微米不等.包裹体常成群随机分布在石英颗粒中,有时包裹体呈线状排列,但局限于单个石英颗粒内,并被晚世代的萤石颗粒切断(图2(d)),所以这些CO2包裹体应为原生成因.室温下呈单相,有时透明度很好,与单相水溶液包裹体易混淆.冷冻过程出现气泡(VCO2),过冷至−95℃以下出现干冰(SCO2).按干冰的熔化温度(Tm,CO2)有两种情况:一种为Tm,CO2=−57~−56℃,不含其他挥发分的纯CO2包裹体,CO2部分均一温度(Th,CO2)在+3~+20℃之间变化,均一为液态CO2,有些为临界均一,密度一般为0.85~0.89g/m3;另一种包裹体的Tm,CO2−57℃,表明有少量CH4等混入[6],Th,CO2在+6.7~+18℃间,多金属硫