造山型金矿是指产于各个时代变质地体中、在时间和空间上与增生造山或碰撞造山密切相关、主要沿活动大陆边缘带分布、形成于汇聚板块边界上受到韧-脆性断裂控制的转换挤压或伸展构造环境中的脉型和浸染型金矿床系列(Kerrich and Wyman, 1990; Groves et al., 1998; Kerrich et al., 2000; Goldfarb et al., 2005; Bierlein et al., 2006; 陈衍景, 2006; Goldfarb and Groves, 2015; 王庆飞等, 2019)。造山型金矿形成时代广、赋存深度宽、品位高并且规模大，是全球金勘查的重要类型，其资源量占到全球金资源量的30% (Frimmel, 2018)。

前人对造山型金矿中成矿流体特征的研究结果表明，其成矿流体以H₂O-NaCl-CO₂体系为主，可含有少量CH₄和N₂，具有低盐度(通常 < 10% NaCleqv)和富CO₂的鲜明特征(Groves et al., 1998; Chi et al., 2006; 陈衍景等, 2007; Zhang et al., 2013, 2016, 2017; 卢焕章等, 2018; 倪培等, 2018)。造山型矿床中通常主要发育3种类型的流体包裹体：H₂O-NaCl-CO₂包裹体、富(纯)CO₂包裹体以及盐水溶液包裹体，其中低盐度的H₂O-NaCl-CO₂流体包裹体在主成矿阶段的石英中是发育最多的包裹体类型(Kerrich et al., 2000; 陈衍景等, 2007; 卢焕章等, 2018; 倪培等, 2018)。以往，在利用Linkam THMSG600冷热台、Chaixmeca MTM85冷热台以及U.S.G.S gas-flow冷热台等设备，在约1个大气压力条件下对造山型金矿中富CO₂(CO₂充填度>0.4，CO₂充填度=CO₂相体积/流体包裹体总体积，下同)的H₂O-NaCl-CO₂流体包裹体进行显微测温热力学研究时，大多数在尚未达到完全均一状态前就发生爆裂或泄露(Hagemann and Lüders, 2003; Tomilenko et al., 2010; Fairmaid et al., 2011; Lawrence et al., 2013; Molnár et al., 2016; Asadi et al., 2018; Azeuda Ndonfack et al., 2021)，甚至会出现全部爆裂的极端情况(Schindler et al., 2016)，只能用同期捕获的盐水溶液包裹体和(或)CO₂充填度小(通常 < 0.4)的H₂O-NaCl-CO₂流体包裹体的测温结果代表成矿温度，造成成矿温度被人为低估的现象，由此很大程度上制约了对该类型金矿床成矿流体成矿温度(压力)范围和成矿流体演化温度-压力轨迹的认知。

热液金刚石压腔利用水作为传压介质，可以实现在对样品进行加热的同时，对其施加一定随温度而同步变化的外压(压力最高可达2.5GPa)；并且，还可以对升温加压过程中样品腔内发生的相变进行原位实时观测(Bassett et al., 1993; Chou et al., 1994)。Schmidt et al.(1998)和Darling and Bassett(2002)分别尝试利用热液金刚石压腔开展了天然和人工合成的高内压富CO₂流体包裹体的测温工作。之后，热液金刚石压腔在熔体包裹体的显微测温实验研究中也得到了推广应用(Thomas et al., 2006; Li and Li, 2014; Li and Chou, 2017; Li et al., 2021)。经过近30年的不断努力，热液金刚石压腔在结构、性能等方面都得到了很多有益的改进(Anderson et al., 2010; Li et al., 2016, 2020)。因此，本次实验研究主要基于作者科研团队多年来在利用热液金刚石压腔开展地质流体的高温高压实验模拟研究方面积累的经验，首次尝试将热液金刚石压腔应用到造山型金矿(新疆玉峰金矿床)成矿阶段石英矿物中发育的富CO₂流体包裹体均一法测温实验研究中，并将实验结果与利用Linkam冷热台获得的盐水溶液流体包裹体和部分含CO₂流体包裹体(CO₂相充填度小于0.4)的完全均一温度实验结果进行了对比分析和综合研究，提出了对利用热液金刚石压腔实测的完全均一温度数据进行校正的新方法，展示了热液金刚石压腔在造山型金矿中富CO₂、高内压流体包裹体完全均一温度有效测定方面的应用前景。

东天山是我国西北部重要的多金属成矿省，新疆玉峰金矿床位于东天山造山带中天山地块东缘，夹持在北东向星星峡断裂与北北东向沙泉子断裂之间(图 1a)，受星星峡断裂的次级断裂控制；是近年来新发现的含银高品位造山型金矿床(孙海微, 2020；于立栋等, 2020)。矿区出露的地层主要为绿片岩相岩石，包括下元古界刘家泉岩组的大理岩、中元古界长城系约飞井组的变质中基性火山岩，以及第四系沉积物(白云山和彭湘萍, 1999；图 1b, c)。矿区内的浅成侵入岩-侵入岩包括石英斑岩、花岗斑岩和闪长岩。石英斑岩在地表呈褐黄色和肉红色，深部灰白色，斑状结构，块状构造，斑晶主要由正长石、石英、钠长石和少量的白云母组成。花岗斑岩呈脉状侵入于大理岩中(图 1)，肉红色，似斑状花岗结构，块状构造，斑晶主要由微斜长石和少量石英组成，长石多已高岭土化和绢云母化。闪长岩以脉状少量出露。

图 1

Fig. 1

图 1 东天山构造与矿产地质简图(a，据Deng et al., 2017修改)、玉峰金矿床平面地质图(b)和剖面图(c)(b, c据孙海微, 2020修改) Fig. 1 Geological map showing the distribution of major ore deposits in the Eastern Tianshan Orogen (a, modified after Deng et al., 2017), planar geological map (b) and a cross-section (c) of the Yufeng gold deposit (modified after Sun, 2020)

玉峰金矿目前探明6个矿体，其中3个出露于地表，3个隐伏矿体，容矿岩石均为石英斑岩(于立栋等, 2020；图 1b, c)。各矿体特征(新疆有色地质勘查局七〇四队，2020^①)如下：Ⅰ号金矿体走向北北西，倾向北东东，倾角57°，地表长100m，平均厚度1.96m，Au平均品位4.2g/t，最高24.8g/t，伴生银品位2.1~12.2g/t。Ⅱ号金矿体位于Ⅰ号金矿体北部，矿体呈脉状，走向北西，倾向北东，长155m，宽6m，厚3.61m，Au平均品位18.1g/t，最高品位99.6g/t。Ⅲ号金矿体与Ⅱ号金矿体平行产出，矿体呈脉状，走向北西，倾向北东，长100m，宽3m，厚1.81m，Au平均品位4.9g/t，最高品位10.6g/t。3个隐伏矿体与Ⅰ号矿体呈脉状平行产出：Ⅰ-2号金矿体平均厚度0.97m，Au品位1.4g/t，伴生银品位2.1g/t；Ⅰ-3号金矿体厚度1.00m，Au品位2.5g/t，伴生银品位4.7g/t；Ⅰ-4号金矿体厚度2.00m，Au最高品位6.5g/t，平均品位5.0g/t，伴生银平均品位14.0g/t，最高21.6g/t。

^①新疆有色地质勘查局七〇四队. 2020. 新疆哈密市玉峰金矿预查报告

矿区内热液蚀变作用发育，包括硅化、黄铁矿绢英岩化和碳酸盐化，前两种蚀变类型与成矿关系最密切，蚀变带大致延矿体对称分布。矿石类型分为蚀变岩型和石英脉型两种(于立栋等, 2020)。矿石结构包括交代结构、粒状结构、碎裂结构，矿石构造主要为团块状、脉状和浸染状。金属矿物包括黄铁矿、黄铜矿、辉铜矿、磁黄铁矿、方黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、自然铋、银金矿和自然金，脉石矿物主要为石英、绢云母和方解石。

本次研究样品为来自玉峰金矿床深部钻孔中的含金石英硫化物脉。不同矿脉中的金属矿物组合略有差别，上部石英硫化物脉(ZK1-6、ZK1-7)含黄铁矿、黄铜矿、白铁矿、磁黄铁矿、方铅矿、银金矿、自然铋、自然金、辉铜矿和方黄铜矿，下部石英硫化物脉(ZK1-26)含黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、银金矿、自然铋和闪锌矿。选择上述3件含矿石英硫化物脉中含石英较多的矿石样品，磨制两面抛光的流体包裹体片，通过详细的岩相学研究，根据室温时包裹体中的相态组成及其成分的拉曼光谱鉴别结果，将玉峰金矿床的流体包裹体分为以下3种类型(图 2)：

图 2

Fig. 2

图 2 玉峰金矿床流体包裹体显微照片 (a、b)AC型、PC型与假次生的A型流体包裹体；(c)富金的石英中富CO2的AC型流体包裹体，部分含不透明子晶；(d)沿X型节理面充填的A型和富CO2的AC型流体包裹体群；(e)富CO2的AC型与PC型包裹体组成的流体包裹体群；(f)具有不同气/液相比例的富CO2的AC型流体包裹体群.Py-黄铁矿；Gn-方铅矿 Fig. 2 Micrographs of fluid inclusions in the Yufeng gold deposit (a, b) AC-type, PC-type and pseudosecondary A-type fluid inclusions; (c) CO2-rich AC-type fluid inclusions in gold-rich quartz mineral, partially containing opaque daughter minerals; (d) A-type and CO2-rich AC fluid inclusion groups filled along the X-type joints plane; (e) a fluid inclusion assemblage composed of CO2-rich AC-type and PC-type inclusions; (f) a CO2-rich AC-type fluid inclusion assemblage with different gas/liquid ratios. Py-pyrite; Gn-galena

(1) H₂O-NaCl包裹体(A型)。室温下，该类型的流体包裹体由气相+液相组成。大小一般2~7μm，形状以椭圆形或不规则形为主。从数量上看，A型流体包裹体占所有类型流体包裹体的比例较低(< 3%)。气相体积占整个包裹体体积的百分比大多 < 10%。开展加热均一实验时，该类型流体包裹体中的气泡随着温度的升高逐渐缩小，直至完全均一到液相中。

(2) H₂O-NaCl-CO₂包裹体(AC型)。此类型流体包裹体在室温时(~23℃)大多为盐水溶液相+CO₂气相+CO₂液相组成的三相包裹体，部分为盐水溶液相+CO₂液相组成的两相包裹体，CO₂相的体积通常占整个包裹体体积的40%~80%。大小一般4~10μm，形状为纺锤状、椭圆形或不规则状。AC型流体包裹体为石英矿物中发育数量最多的包裹体类型，部分AC型流体包裹体中可见不透明微小的子晶(< 1μm)，由于其尺寸太小而无法对其开展有效的拉曼光谱成分鉴定。

(3) 纯CO₂包裹体(PC型)。室温下，该类型流体包裹体的腔体内几乎充满了CO₂，数量上占所有流体包裹体类型的10%~20%。大小一般4~10μm，形状为浑圆状或不规则状。在光学显微镜下呈现出较暗的颜色特征。对PC型流体包裹体气相进行的拉曼光谱成分鉴定的实验结果显示，未在该类型流体包裹体内识别出除CO₂以外的其它气体的存在。

本次流体包裹体显微均一测温实验是在山东省地质科学研究院(自然资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室)成矿地质流体实验模拟研究实验室完成。实验主要分为两组，分别利用Linkam THMSG600冷热台、热液金刚石压腔对流体包裹体开展显微均一测温，具体操作流程如下。

本组实验利用Linkam THMSG600型号的冷热台，全程在大约1个大气压条件下对玉峰金矿床石英矿物中发育的富液相的气、液两相A型流体包裹体以及部分含CO₂的AC型流体包裹体进行了均一法显微测温。首先，用人工合成的流体包裹体标准样品对Linkam THMSG600冷热台进行了温度校准。通过分别测定人工合成的纯水包裹体的冰点(理论值为0℃)和临界温度(理论值为373.9℃)以及纯CO₂包裹体的CO₂固相熔化温度(理论值为-56.6℃)，再将实测值与其对应的理论值进行投图获得一条温度校准曲线，之后获得的相变温度数据均需要根据该温度校准曲线进行校正，以获得更为接近成岩成矿流体冷却过程中发生的各相变温度数据。校准的实验结果表明：当温度低于室温时，该冷热台的测温精度为±0.2℃；100~500℃区间的测温精度为±2℃。

在进行流体包裹体的正式测温实验时，一般将升温速率控制在5~30℃/min范围内，在观察到流体包裹体中的气相或液相即将消失时，将升温速率降至0.2~0.5℃/min，以便能够准确记录包裹体的相变温度。当包裹体达到均一状态后再将温度继续升高5~10℃，仔细观察包裹体是否真正达到均一状态。更多的Linkam冷热台温度校准以及流体包裹体测温实验方法可参见卢焕章等(2004)。

本组实验中所用的热液金刚石压腔为具有三个导向柱的最新Bassett式热液金刚石压腔(HDAC-VT)，样品室由上下两颗金刚石对顶砧(金刚石对顶砧的上表面被切割成八边形，其对边长度约为1.0mm)以及一个高纯的圆形铼片(厚度约0.25mm，外围直径约3mm，中间为激光击穿的~1.0mm直径孔洞)组成。对样品室的加热通过上下两个外壁缠绕着钼丝的炉子实现，炉子的加热功率通过温度控制器(HDAC 1300)和与之配套的温度控制软件(HDAC 3.0)来调节。样品室中的温度由两个分别紧贴在上下两颗金刚石对顶砧侧壁上的K型热电偶进行测探，并通过热电信号的转换将其显示在控温软件界面上。实验前用高纯NaNO₃(理论熔点为306.8℃)和NaCl(理论熔点为800.5℃)试剂的熔点对HDAC-VT的测温结果进行校正，数据表明测温误差不大于± 1.5℃。与上一代热液金刚石压腔(HDAC-V)相比，HDAC-VT最大的变化在于它有三个导向柱，因而可以对样品施加更高的压力，并且在对热液金刚石压腔进行调平时也更容易实现上下两颗金刚石对顶砧的相互平行。关于该设备结构及性能等方面的更多信息请参考(Li et al., 2016)。

利用热液金刚石压腔对富CO₂流体包裹体进行均一测温的实验主要分为样品装载前的准备、样品的装载以及加热均一法测温等3个步骤。

(一)样品装载前的准备工作。主要包括：(1)先观测热液金刚石压腔的加热电阻丝以及热电偶的裸露部分之间是否有接触的现象，以防通电时短路现象的发生。然后，使用万用表检测加热电阻丝和热电偶线路的连通性，确保整个加热和测温系统的电路是畅通的、无线路中断的现象。(2)应依次用粒径为17.5μm、5μm和0.3μm的氧化锆或氧化铝等材质的抛光粉对圆形金属铼片进行两面抛光。需要指出的是，在将铼片由粗粒径的抛光粉移至更细一级的抛光粉中之前，一定要把铼片放在酒精试剂中并对其进行超声波清洗。抛光后的铼片两个表面均无明显的划痕、光亮如镜，以确保将液体密封在样品室中而不使其发生泄漏。(3)含有富CO₂流体包裹体石英样品的切割，将包裹体片用单面刀片或者具有半自动化的微钻台切割成适合放进热液金刚石压腔中的尺寸。(4)对热液金刚石压腔的样品室进行清洗，以减少对H₂O体系的污染。用一根顶端缠绕纸巾的牙探针沾取酒精试剂对金刚石对顶砧的表面进行擦拭。(5)金属铼片在下金刚石砧面上的位置固定。该过程需要在双目镜下进行，使得金刚石对顶砧表面的中心与双目镜物镜里的十字丝的位置重合，应保证金属铼片的中央孔洞的中心与金刚石对顶砧上表面的中心在一条中轴线上。

(二)实验样品装载。首先，用尖头镊子把含有富CO₂流体包裹体的石英样品放入热液金刚石压腔的样品室中。然后，用微量注射器在上部金刚石对顶砧的表面中央滴一滴去离子的纯净水，并将其快速压合在圆形铼片之上。此时，保持手压在上部金刚石腔体上的压力，并分别将三个加压螺丝拧上去。紧接着，将热液金刚石压腔放在双目显微镜下观察，判断纯水是否被成功密封在样品室中。之后，可以将加压螺丝拧紧，并观察铼片与金刚石对顶砧之间因紧压接触而产生的牛顿干涉色环是否能全部消失(如完全消失，表明铼片和上下两个金刚石对顶砧之间完全接触，三者形成的样品室的密闭性非常好)。最后，旋松加压螺丝，使样品室中的气泡体积增大到实验所需要的大小，再拧紧加压螺丝将样品室密封好。样品装载完成后的样品室内由一个(或多个)小气泡、液态水以及石英薄片组成(图 3)。

图 3

Fig. 3

图 3 热液金刚石压腔样品室装样后的照片 Fig. 3 Photograph of the sample chamber of the HDAC with a loaded sample

(三)加热均一法测温。样品装载完成后，将热液金刚石压腔移至配备有数码摄像系统的光学显微镜的载物台上。显微镜的物镜应选择具有超长工作距离的5×和50×镜头。调整聚焦后，通过热液金刚石压腔的温度控制系统对样品室进行升温加热，并观测和记录升温过程中发生的相变温度。室温至150℃的温度区间内，采用20℃/min的升温速率；温度高于150℃时，采用5℃/min的升温速率；在相变温度点附近时，升温速率降低为1℃/min。需要说明的是，由于新的金属垫片未经受过压力挤压的训练，在加热过程中，样品腔的体积通常会有一个 < 1 %的体积缩小，偶尔也会出现样品腔体积增大的情况(Schmidt and Ziemann, 2000)，因此在完成一组预定流体包裹体的均一测温实验后，要对样品室进行降温直至样品室中气泡重新出现，然后再次测定气泡的消失温度。如果两次所测相差不大，则以气泡再次消失的温度来计算样品室中H₂O体系的整体密度。如果气泡的再次消失温度远大于之前测得气泡消失温度，表明升温过程中样品室发生了泄露，需要重新装载样品、重新测试。本次实验还涉及到研究不同外部压力对流体包裹体完全均一的影响，因此对石英薄片中的所有预定流体包裹体完成一组均一测温实验后，需要拧紧热液金刚石压腔的加压螺丝，压缩样品腔的体积，然后再重复上述加热均一测温的实验步骤，以获得更高外部压力条件下富CO₂流体包裹体的完全均一温度数据。

利用Linkam THMSG600冷热台对玉峰金矿床赋矿石英脉中A型流体包裹体进行测温的数据列于表 1。其中，A型流体包裹体的完全均一温度为101~334℃，分布范围较大，且主要集中于130~190℃和270~310℃两个温度区间(图 4)。完全均一温度小于220℃者，代表的可能是受到后期构造应力改造而发生拉伸或者卡脖子的流体包裹体，也有可能是成矿期的石英中叠加了成矿后期晚世代的流体包裹体，这些流体包裹体违背了开展流体包裹体热力学分析需要满足的三项基本条件(Roedder, 1984)，在进行测温数据统计分析时应该将它们剔除掉。因此，玉峰金矿床富矿石英中原生A型流体包裹体的完全均一温度主要集中在270~310℃，平均值为291℃(表 1)。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 Linkam THMSG600冷热台获得的A型流体包裹体测温数据 Table 1 Microthermometry data of A-type fluid inclusions obtained by using a Linkam THMSG600 heating-freezing stage 样号 Tm, ice Th, tot 盐度 密度 (℃) (wt% NaCleqv) (g/cm3) ZK1-6-04 -4.0 176 6.5 0.94 ZK1-6-05 -3.9 181 6.3 0.93 ZK1-6-06 -5.6 127 8.7 1.00 ZK1-6-07 -9.0 127 12.9 1.03 ZK1-6-08 -5.0 178 7.9 0.95 ZK1-6-09 -4.4 132 7.0 0.98 ZK1-6-10 -4.3 107 6.9 1.00 ZK1-6-11 -1.3 189 2.2 0.90 ZK1-6-12 -8.1 148 11.8 1.00 ZK1-6-13 -1.9 101 3.2 0.98 ZK1-6-14 -5.7 126 8.8 1.00 ZK1-6-22 -4.7 175 7.5 0.95 ZK1-6-23 -0.6 136 1.1 0.94 ZK1-7-1 -7.2 188 10.7 0.96 ZK1-7-2 -4.0 260 6.5 0.84 ZK1-18-1 -6.0 173 9.2 0.96 ZK1-18-2 -11.0 210 15.0 0.97 ZK1-18-3 -4.1 144 6.6 0.97 ZK1-18-4 -1.5 140 2.6 0.95 ZK1-18-5 -12.4 148 16.3 1.04 ZK1-18-6 -6.5 131 9.9 1.00 ZK1-22-02 -0.7 184 1.2 0.89 ZK1-22-03 -4.0 216 6.5 0.90 ZK1-22-04 -4.6 334 7.3 0.73 ZK1-22-06 -3.1 264 5.1 0.82 ZK1-22-07 -2.7 308 4.5 0.74 ZK1-22-08 -2.9 149 4.8 0.95 ZK1-22-09 -2.4 257 4.0 0.82 ZK1-22-10 -5.2 175 8.1 0.95 ZK1-22-11 -3.4 249 5.6 0.85 ZK1-22-12 -2.1 284 3.6 0.77 ZK1-22-13 -2.5 149 4.2 0.95 ZK1-22-14 -3.9 296 6.3 0.78 ZK1-22-15 -4.5 284 7.2 0.81 ZK1-22-18 -1.3 272 2.2 0.78 ZK1-22-20 -1.1 336 1.9 0.65 ZK2-18_1 -7.0 284 10.5 0.85 ZK2-18_4 -6.8 293 10.2 0.83 ZK2-18_5 -7.2 293 10.7 0.84 ZK2-18_7 -10.1 315 14.0 0.84 ZK2-18_8 -10.0 334 13.9 0.82 注：Tm, ice-冰点；Th, tot-完全均一温度

表 1 Linkam THMSG600冷热台获得的A型流体包裹体测温数据 Table 1 Microthermometry data of A-type fluid inclusions obtained by using a Linkam THMSG600 heating-freezing stage

图 4

Fig. 4

图 4 A型流体包裹体完全均一温度频率直方图 Fig. 4 Histogram of THTs of type-A fluid inclusions

绝大多数的AC型流体包裹体在升温过程中，当温度超过180℃时即发生爆裂或泄露，且体积越大越容易爆裂，导致本组实验研究仅获得少量CO₂充填度 < 0.4的AC型流体包裹体的完全均一温度(表 2)，数据显示，AC型流体包裹体的完全均一温度为284~313℃，平均值为300℃。

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 Linkam THMSG600冷热台获得的AC型流体包裹体测温数据 Table 2 Microthermometry data of AC-type fluid inclusions obtained by using a Linkam THMSG600 heating-freezing stage 样号 V Tm, CO2 Tcla Th, CO2 Th, tot 盐度 密度 压力 (%) (℃) (wt% NaCleqv) (g/cm3) (MPa) ZK1-6-20 30 -56.7 2.1 24.0 300 13.1 0.98 333 ZK1-6-21 30 -56.6 2.8 23.1 290 12.2 0.98 321 ZK1-6-51 30 -56.9 4.0 23.5 300 10.5 0.96 344 ZK1-6-55 30 -57.1 7.0 26.4 284 5.7 0.93 306 ZK1-6-56 30 -57.1 7.2 24.9 305 5.3 0.94 335 ZK1-7-18 30 -56.9 4.0 22.8 313 10.5 0.97 369 ZK1-7-35 30 -57.0 5.0 25.3 310 9.0 0.95 351 ZK1-26-14 20 -56.9 7.2 27.5 298 5.3 0.96 379 ZK1-26-19 30 -57.1 7.0 25.3 305 5.7 0.93 322 ZK1-26-20 30 -57.1 7.5 26.8 305 4.8 0.91 314 ZK1-26-21 30 -57.0 7.5 26.9 290 4.8 0.92 311 注：V(%)-室温下CO2相体积占包裹体总体积的百分比；Tm, CO2-CO2固相的完全融化温度；Tcla-笼合物的融化温度；Th, CO2-CO2气相和液相的均一温度；Th, tot-完全均一温度

表 2 Linkam THMSG600冷热台获得的AC型流体包裹体测温数据 Table 2 Microthermometry data of AC-type fluid inclusions obtained by using a Linkam THMSG600 heating-freezing stage

利用热液金刚石压腔对1个流体包裹体组合(Fluid Inclusion Assemblage-FIA)中的富CO₂流体包裹体(CO₂充填度>0.6)进行了均一法测温。流体包裹体被施加了4组不同大小的外部压力后，测得的13个流体包裹体相变温度以及根据相变温度计算出的相变压力数值(表 3)显示，其完全均一温度分布在311~359℃范围内。

表 3

Table 3

表 3(Table 3)

表 3 利用热液金刚石压腔进行富CO2流体包裹体测温的结果 Table 3 Microthermometry data of CO2-rich fluid inclusions by using a hydrothermal diamond-anvil cell 样号 大小 Tm, CO2 Tcla Th, CO2 Th, DC Th, tot Ptot P (μm) (℃) (MPa) FI-1 8 -57.1 8.2 27.2 184.0 311.0 (C.P.) 214 179 213.3 316.5 (C.P.) 162 183 231.8 320.4 (C.P.) 132 185 FI-2 10 -57.1 8.0 27.8 184.0 311.4 (LCO2) 215 208 198.6 314.8 (LCO2) 189 210 231.8 323.1 (LCO2) 136 217 FI-3 25 -57.1 / 26.0 184.0 326.3 (C.P.) 240 264 FI-4 10 -57.1 7.0 27.2 184.0 340.8 (LCO2) 265 272 198.6 341.8 (LCO2) 234 273 231.8 359.1 (LCO2) 189 288 FI-5 9 -57.2 7.2 27.4 184.0 337.8 (LCO2) 260 230 198.6 342.6 (LCO2) 235 234 231.8 353.1 (LCO2) 180 242 注：Tm, CO2-CO2固相的完全融化温度；Tcla-笼合物的融化温度；Th, CO2-CO2气相和液相的均一温度；Th, DC-热液金刚石压腔样品腔中气泡的消失温度；Th, tot-完全均一温度；C.P.-富CO2流体包裹体中的富CO2相和盐水溶液相以临界均一的方式达到完全均一状态；LCO2-富CO2流体包裹体中的富CO2相和盐水溶液相完全均一到CO2液相；Ptot-富CO2流体包裹体完全均一时，施加在石英矿物上的外部压力；P-流体包裹体内与完全均一温度相对应的压力，根据Flincor程序(Brown, 1989)计算得出

表 3 利用热液金刚石压腔进行富CO2流体包裹体测温的结果 Table 3 Microthermometry data of CO2-rich fluid inclusions by using a hydrothermal diamond-anvil cell

本组实验所测5个富CO₂流体包裹体的完全均一方式为两种：2个以临界均一的方式达到完全均一状态，3个以均一到CO₂液相中的方式达到完全均一状态(表 3)。现以FI-1为例，对其在进行热液金刚石压腔均一测温过程中所发生的相变过程及行为进行介绍(图 5)：室温时(23℃)，流体包裹体内主要由CO₂气相、CO₂液相和盐水溶液相组成。随着温度的升高，CO₂气相部分的体积不断缩小，至温度升高到27.2℃时，CO₂气相完全溶解(消失)到CO₂液相中。当温度升高到184.0℃时，热液金刚石压腔样品腔中的气泡完全消失。继续升温，包裹体内CO₂液相的体积没有明显的变化，直至温度达到261.0℃后，随着温度的不断升高能观察到CO₂液相体积逐渐发生膨大的变化。该富CO₂流体包裹最终在311.0℃时，以完全均一到CO₂液相的均一方式达到完全均一状态，再继续将温度升高50℃的过程中没有发现其他的相变行为，表明311.0℃即为该包裹体的完全均一温度。此时包裹体内压力约为179MPa，施加在石英矿物上的外部压力约为214MPa。

图 5

Fig. 5

图 5 利用热液金刚石压腔进行富CO2流体包裹体均一法测温过程中发生的相变过程的代表性照片 该富CO2流体包裹体对应表 3中的FI-1，样品腔中的气泡在184.0℃时消失.从室温(23℃)开始，随着温度的不断升高，CO2气相不断缩小，并在27.2℃时完全均一到CO2液相中.继续升温，CO2液相体积不断扩大直至311.0℃时充满整个包裹体腔体，此时包裹体内压力约为179MPa，施加在石英矿物上的外部压力约为214MPa Fig. 5 Photographs showing the representative phase variation processes that occurred during the homogeneous microthermometry measurement of a CO2-rich fluid inclusion with a HDAC This CO2-rich fluid inclusion corresponds to FI-1 in Table 3. The vapor bubble in the sample chamber disappeared at 184.0℃. Starting from room temperature (23℃), the CO2 gas phase gradually shrink with temperature increasing and homogenized into the CO2 liquid phase at 27.2℃. The volume of the CO2 liquid phase gradual expanded with increasing temperature until it reached completely homogenization at 311.0℃. At this temperature point, the pressure inside the inclusion is approximately 179MPa, and the external pressure applied on the quartz mineral is about 214MPa

通常，流体包裹体的均一测温实验都是使用常规的冷热台在约1个大气压下开展的，这种实验方法适用于那些在完全均一时内压力较低的流体包裹体，却不适用于那些富挥发分(如CO₂、H₂O等)的流体包裹体(Roedder, 1984; Schmidt et al., 1998)。因为富CO₂的流体包裹体在完全均一时，其内部会产生较大的内压力，强大的内压力和外压力之差，可以使包裹体发生弹性和非弹性的体积改变，最终导致实验测得的包裹体完全均一温度数据不准确，甚至在测温过程中包裹体发生拉伸、泄露或爆裂，而无法测得其完全均一温度数据(Schmidt et al., 1998)，极大限制了对产出于热液、岩浆及变质环境中富挥发分流体包裹体热力学性质的实验研究(Vityk et al., 1994; Vityk and Bodnar, 1995a, b)。因此，对富CO₂的流体包裹体进行均一法测温实验研究时，在升温的同时再对其施加一定适当的外压力，使得施加在包裹体上的外压压力值与包裹体因升温而产生的内部压力值之差小于包裹体发生非弹性体积改变时所需要的应力，即可有效预防富CO₂的流体包裹体在高温高压条件下发生拉伸、泄露或爆裂等非弹性体积变化(Schmidt et al., 1998; Darling and Bassett, 2002)。而热液金刚石压腔就是目前最满足上述实验条件要求的高温高压设备，它在富挥发分、具有高内压流体包裹体的均一测温实验中具有非常明显的优势。

在测温过程中，富CO₂流体包裹体和热液金刚石压腔样品腔中的压力-温度(P-T)轨迹如图 6所示。室温时(图 6中的P0点)，富CO₂流体包裹体由CO₂液相、CO₂气相以及盐水溶液液相组成；热液金刚石压腔的样品腔内由石英薄片、液态H₂O以及气泡组成(图 3)。随着温度的升高，CO₂气相在图中P1点完全均一到CO₂液相中；继续升温，热液金刚石压腔样品腔中的气泡在图中P2’点处完全消失；此后，随着温度的不断升高，热液金刚石压腔样品腔内的P-T轨迹沿着与P2’点所对应的H₂O体系等容线(图中的点线)逐渐演化。与此同时，富CO₂流体包裹体内的P-T轨迹沿着图 6中的细实线不断往温度和压力更高的方向演化，并可以观察到CO₂液相的体积呈现出逐渐增大的趋势；当温度升高至P3点所对应的温度时，CO₂液相完全充满整个包裹体腔体，达到完全均一状态，获得该流体包裹体的完全均一温度值。若温度继续升高，包裹体内的P-T轨迹将到达甚至超过包裹体被捕获时的温度和压力值(图中P4点)。包裹体内的P-T轨迹线与样品腔内的P-T轨迹线在图中P3点发生交叉，此时富CO₂流体包裹体的内压力等于热液金刚石压腔样品腔内产生的静水压力，即包裹体的内外压力之差为零，此时测得的完全均一温度既最接近包裹体被寄主矿物捕获时的温度又能防止其发生爆裂或泄露。但是，这只是理论上的一种理想状态，在实际操作中一般选择在图中P3点时，让热液金刚石压腔施加在包裹体上的外压力比包裹体内产生的内压力稍微大一些，这样更能有效防止包裹体发生爆裂或者泄露。需要注意的是，富CO₂流体包裹体的内压力与样品腔施加在包裹体片上的外压力二者之间差值的最大值，在图 6中用P2和P2’两点之间的差值(ΔP(c-i))表示。在进行均一法测温时需保证ΔP(c-i)要小于该包裹体发生非弹性形变所需的初始应力值，后者与包裹体的尺寸呈负相关性，可根据(Bodnar et al., 1989)中的公式(2)估算出。

图 6

Fig. 6

图 6 在加热过程中，HDAC样品室中水介质和富CO2流体包裹体各自的P-T演化轨迹示意图(根据Schmidt et al., 1998; Darling and Bassett, 2002修改) solvus对应于包裹体组成的H2O-NaCl-CO2的溶线；LH2O-液态水；VH2O-水蒸气；ΔP(c-i)-施加在样品上的外界压力与包裹体内压之差；P0、P1、P2、P2’、P3和P4分别代表富CO2流体包裹体和HDAC样品腔中的各相变点. 详细介绍请参见正文 Fig. 6 Schematic diagram predominantly showing the P-T paths followed by the water pressure medium and a CO2-rich fluid inclusion that being loaded in the HDAC chamber cell, respectively (modified after Schmidt et al., 1998; Darling and Bassett, 2002) solvus is H2O-NaCl-CO2 solvus corresponding to the inclusion composition; LH2O-liquid water; VH2O-water vapor; ΔP(c-i)-difference between confining pressure on the sample and internal pressure in the inclusion; P0, P1, P2, P2', P3 and P4 are represent the point locations of phase transition in the CO2-rich fluid inclusion and the HDAC chamber cell, respectively. See text for details

本次实验研究中，利用热液金刚石压腔测试富CO₂的流体包裹体均一温度过程中，无一发生爆裂的现象；而使用Linkam THMSG600冷热台时，这些包裹体几乎全部发生了爆裂，无法获得完全均一的温度数据。本次两组对比实验的结果，充分表明了热液金刚石压腔在有效阻止富CO₂流体包裹体在均一测温实验过程中爆裂或泄露方面的优势和有效性。

前人利用热液金刚石压腔对天然以及人工合成的纯水流体包裹体、H₂O-NaCl流体包裹体以及H₂O-NaCl-CO₂流体包裹体开展的均一法测温结果均表明，施加在包裹体片上的外部压力与测得的包裹体完全均一温度之间呈负相关性(Schmidt et al., 1998; Darling and Bassett, 2002; 李胜虎等, 2015)，本次实验研究也得到了类似的结论。从表 3和图 7中可以看出，对于同一个流体包裹体而言，施加在其上的外部压力越大，测得的包裹体完全均一温度就越低，表明随着外压的增大，寄主矿物石英的摩尔体积或(和)包裹体的体积发生了减小，进而导致测得的完全均一温度降低(Schmidt et al., 1998; Darling and Bassett, 2002)。需要注意的是，这种外压力引起的包裹体体积的改变属于弹性形变，因而实验测得的完全均一温度随外压的改变具有可逆性和可重复性(Schmidt et al., 1998)。

图 7

Fig. 7

图 7 施加在包裹体片上的外压力与测得的富CO2流体包裹体完全均一温度二者之间的关系图 Fig. 7 Relationships between the external pressures exerted on the quartz wafer and the measured THTs of the CO2-rich fluid inclusions

如前所述，施加在包裹体片上的外压力会对测得的包裹体完全均一温度产生明显的影响。因此，分析热液金刚石压腔的测温数据时，需要对数据进行校正，以获得最接近流体包裹体被寄主矿物捕获后、在自然冷却过程中发生的相变温度。(1)对于流体包裹体成分、溶线(solvus)已知的人工合成的流体包裹体，可采用Schmidt et al. (1998)给出的方法进行校正，具体的做法是：对获得的外压力和完全均一温度进行回归分析，获得一条代表外压力-完全均一温度函数关系的拟合线；将拟合线与包裹体成分组成对应的溶线投图到温度-压力图解上，二者的交点即代表校正后的完全均一温度及其对应压力。(2)对于包裹体成分和溶线未知的天然流体包裹体，可采用Darling and Bassett (2002)提出的迭代法进行校正，具体方法是：采用一条H₂O体系密度较大的等容线(对应热液金刚石压腔样品腔内气泡消失温度在100~110℃之间)对包裹体进行升温，测得第一个完全均一温度，用迭代法计算出与之对应的完全均一压力值；再根据二者的值，计算出相应的H₂O体系密度；接下来，调整样品腔内气泡体积大小，使包裹体完全均一时样品腔内作用在包裹体片上的外压力比包裹体内因升温而产生的内压力略高约10MPa；再次对包裹体进行均一法测温，这次测得的完全均一温度即视为该流体包裹体最准确的完全均一温度值。

Schmidt et al. (1998)校正方法的难点，在于必须知道所测包裹体内成分组成及其对应的溶线。然而，尽管纯H₂O体系以及NaCl-H₂O二元体系的溶线数据已经相当完备，但三元(如H₂O-NaCl-CO₂体系、H₂O-CaCl₂-CO₂体系和H₂O-MgCl₂-CO₂等)及更多元复杂的体系，其研究程度较低、不同成分组成的溶线数据非常匮乏。Darling and Bassett (2002)校正法的难点，则在于如何确保调整后的样品腔内的气泡体积大小正是实验所需要的。因此，从实验技术易操作且利于推广普及的角度来看，上述两种校正方法都还需要进行优化。为此，本次实验研究在吸取前人校正方法优点的基础上，对其进行了优化，具体的校正步骤说明如下：

针对1个已经装入热液金刚石压腔中的富CO₂流体包裹体，进行以下操作：(1)实测一系列不同外压力条件下的完全均一温度(T_{h, tot})，并根据Wagner and Pruß (2002)的H₂O状态方程，计算出与各样品腔内总密度相对应的包裹体完全均一时样品腔内产生的静水压力(P_{h, tot})；(2)将上述的一系列(T_{h, tot}, P_{h, tot})数据点投到温度-压力图解上，并拟合出一条表达T_{h, tot}与P_{h, tot}之间函数关系的拟合线1；(3)取出样品，用Linkam THMSG600冷热台分别测出低温部分CO₂固相的完全融化温度(T_{m, CO2})、笼形物(CO₂·5.75H₂O)的融化温度(T_cla)以及CO₂气相和CO₂液相的均一温度数据(T_{h, CO2})；(4)根据T_cla和T_{h, CO2}数据，用Flincor程序(Brown, 1989)计算出步骤(1)中各包裹体完全均一温度所对应的压力值(P)，它代表包裹体完全均一时，包裹体内产生的内压力；(5)将(T_{h, tot}, P)数据点也投到前面的温度-压力图解上，拟合出一条表达T_{h, tot}与P之间函数关系的拟合线2；(6)上述拟合线1与拟合线2的交点即为对用热液金刚石压腔测得的完全均一温度进行校正后的数据点(图 8)，在该点包裹体的内压与施加在包裹体片上的外压力相等，应力作用导致的包裹体弹性形变近乎为零。

图 8

Fig. 8

图 8 采用两条拟合线相交法对用热液金刚石压腔测得的完全均一温度进行校正的压力-温度图解 Fig. 8 Pressure-temperature diagrams for calibrating the THTs measured by HDAC with the two fitting lines intersection method

本次实验成功获得4个富CO₂流体包裹体各自在施加了3组不同的外压力后所实测的完全均一温度数据(表 3)，采用上述校正方法对其进行校正后，获得的各自完全均一温度分别为314.6℃(FI-1)、312.2℃(FI-2)、336.1℃(FI-4)和342.8℃(FI-5)(表 4、图 8)。

表 4

Table 4

表 4(Table 4)

表 4 对热液金刚石压腔测得的完全均一温度校准后的结果及其对应的完全均一压力 Table 4 Calibration results of the measured THTs using HDAC and the estimated corresponding total homogenization pressure 样号 大小(μm) Th, tot* (℃) Ptot* (MPa) FI-1 8 314.6 181 FI-2 10 312.2 208 FI-4 10 336.1 268 FI-5 9 342.8 234 注：Th, tot*-经过校准后的完全均一温度；Ptot*-与完全均一温度相对应的完全均一压力

表 4 对热液金刚石压腔测得的完全均一温度校准后的结果及其对应的完全均一压力 Table 4 Calibration results of the measured THTs using HDAC and the estimated corresponding total homogenization pressure

前人对造山型金矿中流体包裹体的研究结果表明，其成矿流体属于H₂O-NaCl-CO₂体系。原来处于均一且高压状态的H₂O-NaCl-CO₂流体体系，当受断层阀机制的触发时会使得上述均一体系发生不混溶(相分离)，并形成富水(H₂O-NaCl体系)和富CO₂(CO₂-H₂O体系)的两个端元(卢焕章等, 2018; 倪培等, 2018)。

上述三种类型的流体包裹体在玉峰金矿床含金矿脉中均有发育。流体包裹体显微均一测温实验的结果显示：A型流体包裹体的完全均一温度集中于270~310℃，平均值291℃。AC型流体包裹体的完全均一温度分为两组：一组(CO₂充填度 < 0.4)用Linkam THMSG600冷热台测试的完全均一温度284~313℃，平均值为300℃；另一组(CO₂充填度>0.6)用热液金刚石压腔测得的完全均一温度为312~343℃，平均值328℃。

假设没有采用热液金刚石压腔对AC型流体包裹体开展测温，可能会根据Linkam THMSG600冷热台对A型和AC型流体包裹体的测温结果基本一致，认为二者属于同一期的流体，并将270~313℃作为玉峰金矿床的成矿温度。而实际上，完全均一温度相对较高的AC型流体包裹体，代表的应该是不混溶作用(沸腾作用)发生前或发生时的初始流体体系，而温度相对较低的A型流体包裹体代表的则是不混溶作用发生后产生的富水端元，二者存在形成时间上的先后关系。需要指出的是，A型流体包裹体的完全均一温度是用Linkam THMSG600冷热台在约1个大气压条件下测得的，如果采用热液金刚石压腔在施加一定外压力(模拟真实地质条件)对其测温，获得的完全均一温度值还要低于270~310℃。

综上所述，根据本次实验的对比研究结果，玉峰金矿床的主成矿温度为312~343℃，估算对应的成矿压力为181~268MPa(表 4)。

(1) 对于中-深成造山型金矿中的富CO₂流体包裹体，利用热液金刚石压腔能够充分阻止其在升温过程中发生爆裂或泄露等非弹性体积改变现象的发生，从而获得有效的完全均一温度。尽管实验操作难度大、实验效率低，但其优势是传统常压高温热台无法比拟的，显示了广阔的应用前景。

(2) 利用热液金刚石压腔测得的富CO₂流体包裹体的完全均一温度需要进行校正，以最大程度减少外压力造成的影响；本文提出了简便易行的校正新方法——样品腔内P-T轨迹拟合线与富CO₂流体包裹体内P-T轨迹线相交法，即两线相交法。

(3) 玉峰金矿床富矿石的石英中发育大量H₂O-NaCl-CO₂包裹体及少量H₂O-NaCl包裹体和纯CO₂包裹体，后二者是由初始H₂O-NaCl-CO₂流体体系发生不混溶或相分离后形成的富液相和富气相的两个端元。校正后H₂O-NaCl-CO₂包裹体的完全均一温度和压力分别为312~343℃和181~268MPa，代表了金矿化阶段的成矿条件。

致谢      野外工作得到了北京矿产地质研究院邓小华教授级高工、中国科学院新疆生态与地理研究所吴艳爽和陈西博士、新疆有色地质勘查局七〇四队孙海微高级工程师的大力支持；实验工作得到舒磊高级工程师的帮助；中国地质科学院矿产资源研究所李建康研究员及二位审稿专家对文章提出了宝贵的修改意见；在此一并表示衷心感谢。