2013, Vol. 4引用本文 |
| 赣南新安子钨锡矿床流体包裹体地球化学研究 |  [PDF全文] |
2. 中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室，贵阳 550002;
3. 崇义章源钨业股份有限公司，江西 崇义 341300
2. State Key Laboratory of Ore Deposit Geochemistry, Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guiyang 550002, China;
3. Chongyi Zhangyuan Tungsen Industry Co.Ltd., Chongyi 341300, China
流体是内生矿床成矿物质活化、迁移、聚集成矿的媒介，而流体包裹体是成岩成矿流体的微量样品，是矿物结晶生长过程中，被包裹在矿物晶格缺陷或穴窝中的、至今尚在主矿物中封存并与主矿物有着相界限的那一部分物质[1].因此，与传统地质学相比，流体包裹体是能够对流体性质、起源、演化和成矿过程提供更多信息的一个直接手段[2].自20 世纪70 年代以来，众多的研究者通过流体包裹体研究探讨了赣南脉钨矿床成矿流体的性质（包括物质组成与物理化学条件）和演化，以及成矿过程和成矿机制等问题[3-21].但前人的研究主要限于西华山、漂塘、盘古山、黄沙、淘锡坑等少数大型钨矿床，对中小型矿床研究较少；前人对石英中的流体包裹体研究多，而对黄玉、黑钨矿等矿物中的流体包裹体研究尚少.新安子矿床是位于赣南钨矿床分布最密集的祟义-大余-上犹矿集区（简称“崇余犹” 矿集区，下同）内的中型钨锡多金属矿床，累计探明资源储量（WO3）34 947 t，共伴生锡、铜等多种矿产，以共伴生矿种多，硫化物含量高为特征，迄今尚无其流体包裹体研究成果发表.本文对采自新安子钨锡矿床V25 和V38 两条主脉的石英、黄玉和黑钨矿等矿物中的流体包裹体进行了岩相学、显微测温和红外显微镜研究，以及激光拉曼光谱分析，探讨了流体的性质、演化与成矿.
1 地质背景 1.1 区域和矿区地质概况赣南地区所处的全球构造位置，属滨太平洋构造域中生代构造带的南东部，次级构造单元为南岭东西向构造带与北东-北北东向武夷山构造带的复合部位[22].赣南地区在中侏罗世以前受特提斯域和印支期造山的影响，断裂和褶皱走向以东西向为主，中侏罗世以来主要受古太平洋板块俯冲-弧后伸展和陆内深部构造的联合制约形成了北东-北北东向断裂系统以及陆相盆地与花岗质火山-侵入岩山岭相间的盆山体系[23-24].该区钨锡矿床受东西向断裂构造和北东-北北东向构造-岩浆隆起带及其断裂系统复合控制（见图 1）.
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| 图 1 新安子区域地质简图（据赖嘉裕[25]） |
赣南地区地层出露较完整，从震旦系至第四系均有出露，其中以奥陶系至震旦系浅变质砂岩夹板岩分布最广，区内大多数含钨（锡）石英脉分布其中.赣南的岩浆活动强烈，岩性以不同时代、不同类型的花岗岩类为主，与钨锡成矿有关的花岗岩类主要是分异演化程度较高以高硅、富碱、富挥发分、铝过饱和，并富含钨、锡、钼、铋、铍等成矿元素为特征的陆壳改造型（S 型）花岗岩，成矿岩体多为复式岩体，呈多期多阶段成岩成矿特点[12].
赣南钨矿床产于花岗岩的内外接触带，与燕山期花岗岩有着密切的成因联系.其矿床类型齐全，包括石英脉型、花岗岩型、云英岩型、矽卡岩型、层控浸染型、破碎带型等多种类型，其中以石英脉型黑钨矿床为主；而石英脉型黑钨矿床按其主要矿物组合又可分为钨-锡-硫化物型、钨-硫化物型、钨-钼-铋型、钨-钼-铍型等多种矿化类型[9， 26].
新安子矿区地处南岭东西向构造带东段，北东向池江断裂西侧的“崇余犹”隆起带内，位于“祟余犹”矿集区内的北东向西华山-张天堂成矿带的中南部，东距漂塘钨矿3.5 km，南距荡坪钨矿4 km；区内断裂构造十分发育，主要有北北东-北东向、东西向、北西向、南北向，以前两者最为发育；矿区出露的地层主要为寒武系，岩性为变质石英砂岩夹板岩，在沿沟谷低洼处有少许第四系分布；矿区无岩浆岩出露.
1.2 矿床地质概况新安子钨锡矿床属外接触带石英脉型黑钨矿床，工业矿脉呈隐伏状态产于寒武系浅变质岩中，地表仅为矿化标志带，矿化面积0.64 km2.标志带往深部发展为具工业价值的单脉或脉带，全矿区有10 cm 以上矿脉67 条，其中北西西向矿脉62 条，北北东向矿脉5 条.北西西向矿脉走向295°，以北倾为主，倾角80°～88°，多为左行侧幕排列，呈带状分布.矿石组成较复杂，矿物种类达40 种以上，其中主要有用矿物有黑钨矿、锡石，其次是黄铜矿、辉钼矿、闪锌矿、方铅矿等，常见的矿物共生组合关系如图 2 所示，矿化类型属钨-锡-硫化物型；脉石矿物主要为石英和黄玉等.各种主要矿物的产状和分布特征如下：①黑钨矿.上部（含标志带）黑钨矿晶体细小，多为针状或毛发状，沿脉壁或平行脉壁成条带状分布.中部黑钨矿富集，且多呈“砂包”状产出，黑钨矿晶体较大，常呈薄板状依附脉壁向脉中生长.矿脉下部，黑钨矿晶体一般短小，呈楔状、竹叶状，分布于脉中，“砂包”较少；②锡石.锡石多呈自形晶体沿脉壁分布，少数产于脉中，其富集部位与黑钨矿基本一致，但锡石与黑钨矿的相对含量（比值）有向上部增高的趋势；③辉钼矿.呈鳞片状、星点状、被膜状产出.矿床的中、上部极少见到辉钼矿，往深部虽有增高的趋势，但品位仍在0.05 %以下，个别品位可达0.56 %；④黄玉.呈自形、半自形柱状晶体，在矿脉的中-上部较常见.⑤其他硫化物.与赣南其他钨矿床相比，本矿床具有硫化物种类较多，其中磁黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿等含量高的特点，硫化物常在脉中呈不规则细脉状或不规则团块状沿解理或边缘交代黑钨矿.硫化物富集部位大致与W、Sn 富集部位相当.其中磁黄铁矿和黄铜矿在矿脉中、上部含量高，在矿脉的下部含量明显降低；闪锌矿则有往深部含量升高的趋势.
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| a： 矿石照片；含锡石-黄玉-闪锌矿-黄铜矿-绿泥石-萤石-石英等矿物组合，锡石颗粒粗大，呈自形晶分布于脉壁附近，闪锌矿和黄铜矿等硫化物呈不规则粒状分布于黄玉颗粒之间或石英裂隙中.b-f：反射光下（10×4 倍）显微照片；b-自形晶黑钨矿被石英及黄铜矿、磁黄铁矿等硫化物交代，c-黄铜矿、磁黄铁矿等硫化物被萤石交代，d-黄玉被绢云母（或白云母）及闪锌矿等硫化物交代，e-磁黄铁矿等硫化物充填石英裂隙，f-石英充填黄铜矿裂隙.图中字符含义：To-黄玉，Sn-锡石，Wo-黑钨矿，Cpy 一黄铜矿，Pyr 一磁黄铁矿，Sph-闪锌矿，Q 一石英，Fl-萤石，Ch-绿泥石，Mu-白云母. 图 2 新安子钨锡矿床中典型矿石及矿物共生组合 |
2 样品的选取及测试方法 2.1 样品选取
新安子钨锡矿于1972 年建矿开采，共开拓681 m、629 m、585 m、535 m、435 m 等5 个中段，主采V55、 V56 两条矿脉.后又陆续开拓了390 m、345 m、295 m、245 m、195 m 等5 个中段，为目前主要生产和开拓中段，主采V38、V25 两条矿脉.
用于分析测试的样品主要采自195 m、245 m、295 m、390 m、435 m、535 m 等中段揭露的V38、V25两条矿脉.主要样品类型有黑钨矿-硫化物-石英、黄玉-萤石-黑钨矿-硫化物-石英等.经过野外观察和室内研究，把黑钨矿及与其共生的石英、黄玉样品制作包裹体片55 片，在显微镜下进行岩相学的观察并圈出适合显微测温学研究的包裹体，然后用酒精对包裹体片进行浸泡，清洗薄片去除树胶，切割成合适大小以备测试之用.
2.2 测试方法流体包裹体显微测温学研究和激光拉曼光谱分析在中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室完成.流体包裹体测温试验在英国 Linkam THMSG 600 冷热台上进行，仪器参数和测温过程如下：测温范围为-196~600 ℃，误差为±1 ℃.先测包裹体的冰点再测均一温度；当温度达到冰点附近时升温速率为0.2 ℃，在温度快要达到均一温度时升温速率为0.5 ℃.激光拉曼探针分析采用英国Renishaw inVia Reflex 型激光拉曼光谱仪，仪器参数和分析过程如下： Spectra-Physics 氩离子激光器，波长514.5 nm，激光功率20 mW，空间分辨率为1~2 μm，积分时间一般为60 s，200~4 000 cm-1 全波段一次取峰；激光束斑大小约为1 μm，光谱分辨率2 cm-1；实验室温度23 ℃，湿度65 %.
3 流体包裹体岩相学按Roedder[27]和卢焕章[28]提出的流体包裹体在室温下相态分类准则，新安子钨锡矿床流体包裹体可分为Ⅰ型气液包裹体，Ⅱ型液体包裹体、Ⅲ型气体包裹体和Ⅳ型含CO2三相包裹体4 种类型（图 3），在石英中常见前三类包裹体共生现象.各类流体包裹体特征分述如下：
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| 主矿物：（A~C）-石英；（D~H）-黄玉；（I、J）-黑钨矿；L-液相；V-气相 图 3 新安子钨锡矿床流体包裹体显微照片 |
Ⅰ型气液包裹体.气相百分数一般在10 %~35 %之间，个别可达60 %；大小2~64 μm，集中区间5~25 μm；形状一般为不规则状、椭圆形、长条形、三边形、四边形，常呈孤立状或成群分布.不管是石英、黄玉还是黑钨矿中的流体包裹体，气液包裹体都占绝对优势，约占包裹体总数的98 %以上.
Ⅱ型液体包裹体.气相百分数<10 %，大小为5~60 μm，形状一般为不规则状、椭圆形、长条形，常呈孤立状分布.此类包裹体在石英和黄玉中均有发育，黑钨矿中少见.
Ⅲ型气体包裹体.气相百分数>85 %，大小为5~20 μm，形状一般为不规则状、椭圆形，常呈孤立状分布或与气液包裹体共生.此类包裹体在石英、黄玉和黑钨矿中均有发育.
Ⅳ型含CO2三相包裹体.这类包裹体仅偶见于黄玉中，由气相CO2、液相CO2和盐水相组成，大小约20 μm，四边形，呈孤立状分布（图 3F）.
4 流体包裹体显微测温研究主要选取了黑钨矿及与其共生的石英、黄玉中的原生Ⅰ型气液包裹体观察其冷冻和升温过程中的相态变化，主要测定其冰点温度和均一温度.根据测得的冰点温度采用Hall 等[29]的公式w=0.00+1.78*Tm-0.042*Tm2+0.000 557*Tm3 计算盐度w （NaCleq）；再根据刘斌等[30]提出的密度公式和Bodnar[31] 提出的低盐度H2O-NaCl 体系的T-w-ρ 相图得到气液包裹体的密度.显微测温及盐度、密度计算结果见表 1、图 4和图 5.
| 表1 新安子钨矿床流体包裹体显微测温结果 |
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| 图 4 新安子钨矿床流体包裹体均一温度和盐度直方图 |
（1）石英中流体包裹体显微测温结果.根据212个气液包裹体的均一温度测定结果和78 个气液包裹体的冰点温度测定结果，石英中的气液包裹体均一温度显示出很宽的变化范围，为139.6～375 ℃，并呈现出180～230 ℃，260～300 ℃和320～360 ℃ 3 个集中分布区间，平均260 ℃；冰点温度-2.0～-10.2 ℃，集中分布区间-3.0～-8.2 ℃； 盐度分布区间3.4 %～14.2 %，集中分布区间5 %～10 %，平均7.9 %；密度分布区间0.86～0.99 g/cm3，平均0.94 g/cm3.
（2）黄玉中流体包裹体显微测温结果.黄玉中的气液包裹体均一温度变化范围为183.9～349.2 ℃，集中分布区间310～350 ℃，平均330 ℃；冰点温度-4.2～-7.7 ℃，集中分布区间-5.5～-7.1 ℃；盐度分布区间6.7 %～11.3 %，集中分布区间8.5 %～10.6 %，平均9.3 %，密度分布区间0.74～0.94 g/cm3，平均0.78 g/cm3.
（3）黑钨矿中的流体包裹体显微测温结果.由于当温度高于300 ℃，黑钨矿中的流体包裹体在红外显微镜下也往往变得模糊不清，因此只测得3 个均一温度，变化区间为317～340.6 ℃，平均329 ℃.又由于黑钨矿中流体包裹体较小，很多包裹体反复冷冻也观察不到冰晶消失的现象，因此只测得1 个冰点温度-3.8 ℃，计算得到盐度为6.2 %，密度为0.75 g/cm3.
5 流体包裹体的激光拉曼探针分析对新安子钨锡矿床与黑钨矿共生的石英和黄玉中流体包裹体的气相组分进行了拉曼探针分析，测试样品15 件，包裹体个数105 个，分析结果如图 6 所示.
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| （a~c）-黄玉中流体包裹体；（d~f）-石英中流体包裹体 图 6 新安子钨锡矿床流体包裹体激光拉曼光谱分析 |
分析结果表明，石英和黄玉中流体包裹体气相成分主要是H2O，但当气相比例达到20 %以上时几乎所有包裹体都可检测到强弱不等的CO2和/或CH4峰，说明气液流体中含有CO2和/或CH4.不过CO2的峰总体较弱，而且在显微测温过程中没有观察到CO2有关的相变，说明CO2含量不高.
就CO2和CH4的相对含量而言还有如下变化规律：①无论主矿物是黄玉还是石英，当流体包裹体存在较强的CO2峰时，CH4峰相对较弱或不含CH4峰，见图 6（a），反之当含较强的CH4峰时，CO2峰减弱，见图 6（b），（d）或不含CO2峰，见图 6（e）；②总的来说，均一温度较高的流体包裹体（气相所占比例也较高）有较强的CO2峰，随着均一温度的降低，CO2峰呈降低的趋势，而CH4峰呈增强的趋势，但气相比例小于10 %的纯液体包裹体一般只能检测到H2O 的峰，见图 6（c）、图 6（f）.
6 讨论 6.1 新安子钨锡矿床成矿阶段及其温度范围根据野外及显微镜下光薄片观察，新安子钨锡矿床的形成大致可分划分为锡石-黑钨矿阶段、硫化物阶段及萤石-碳酸盐阶段等3 个阶段.
（1）硅酸盐-锡石-黑钨矿阶段（高温阶段）.该阶段矿物一般呈自形-半自形晶分布于脉壁，见图 2（a），相互交代包裹关系不明显，主要矿物组合为白云母（铁锂云母）-黄玉-石英-锡石-黑钨矿.
（2）硫化物阶段（高中温阶段）.硫化物多数分布沿构造裂隙分布石英中，见图 2（c）、图 2（e）；有时沿黄玉、黑钨矿晶体之间分布，并常沿解理裂隙和边缘交代黄玉和黑钨矿，见图 2（b）、图 2（c），黄玉伴随有绢云母化、白云母化及绿泥石化等.该阶段主要矿物组合为磁黄铁矿-黄铜矿-闪锌矿-石英或辉钼矿-石英.
（3）萤石碳酸盐阶段（中低温阶段）.萤石、方解石、层解石等呈细脉状产于黄玉-石英脉中，或呈团斑状分布于黄玉和石英颗粒之间.该阶段一般无金属矿化，相反萤石常交代硫化物，见图 2（c），使硫化物含量降低.
石英脉中矿物形成的一般顺序为硅酸盐→氧化物→硫化物→萤石→碳酸盐，但石英与上述不同矿物呈现出多种时空关系，常见的有：①他形或半自形黑钨矿呈浸染状或毛发状分布于石英颗粒之间，说明石英比黑钨矿形成早或近于同时形成； ②自形黑钨矿晶体被他形的石英包裹，并被硫化物（磁黄铁矿和黄铜矿等）和石英交代，见图 2（b），硫化物充填石英裂隙，见图 2（e），说明石英形成比黑钨矿晚，而早于硫化物或与硫化物近于同时； ③石英充填硫化物裂隙，见图 2（f），石英晚于硫化物.因此，石英也可以大致划分为3 个世代，分别对应于上述3 个阶段.
根据流体包裹体均一温度观测，黄玉中气液包裹体均一温度集中分布区间310～350 ℃，平均330 ℃，黑钨矿中气液包裹体均一温度317～340.6 ℃，平均329 ℃，反映黄玉与黑钨矿形成较早，属于高温阶段的产物，这与野外地质和矿相学观察相吻合.
作者试图挑选不同世代的石英样品分别对其中的流体包裹体进行显微测温，事实证明这个工作很困难.也对少数穿插或交代关系清楚的石英样品中的原生流体包裹体进行了较详细的观测，结果显示其均一温度仍然可以有很大的变化范围，究其原因可能是因为这些矿脉都是多阶段脉动式构造裂隙成矿活动的结果，石英颗粒本身可能存在重结晶或次生加大等现象，其中的流体包裹体多沿裂隙或颗粒边缘成带状密集分布，不能保证所测包裹体均为单一成矿阶段原生包裹体.因此，本文对55 个样品中的石英都随机选择了个体较大，具有原生特征的流体包裹体进行均一温度测定，着重研究其统计意义.观温结果显示石英中气液包裹体呈现出3 个集中分布区间180～230 ℃，260～300 ℃和320～360 ℃.这一统计结果可以与上述3 个成矿阶段相对应，从而反映了3 个成矿阶段的主要温度范围，即硅酸盐-锡石-黑钨矿阶段、硫化物阶段及萤石-碳酸盐阶段的主要温度范围分别是320～360 ℃，260～300 ℃和180～230 ℃.此外，据我们观察与黑钨矿共生的石英一般要比黑钨矿形成晚，均一温度主要落入260～300 ℃范围，这与前人[18， 32]“黑钨矿的均一温度比与其共生的石英大约高60～80 ℃”的观测结果一致.
此外，自20 世纪80 年代林多新等[33]提出华南脉钨矿床成矿流体为岩浆-热液过渡性流体的观点以来，这一观点得到越来越多的研究者支持，并且继常海亮等[34]在西华山钨矿床的绿柱石中发现熔体包裹体之后，最近黄惠兰等[35]又在西华山钨矿床的黑钨矿中发现了熔体包裹体，为这一观点提供了直接证据.西华山钨矿床绿柱石和黑钨矿中熔体包裹体均一温度高达680～720 ℃，因此，黑钨矿和锡石的开始形成温度可能远高气液包裹体均一温度，可高达720 ℃.
综上所述，新安子钨锡矿床的形成大致可划分为3 个阶段，即硅酸盐-锡石-黑钨矿阶段（T=720～310 ℃）、硫化物阶段（T=260～300 ℃）和萤石-碳酸盐阶段（T=180～230 ℃）.
6.2 流体的演化与成矿熔体包裹体及各种地质证据表明，华南脉钨矿床成矿流体可能是一种以SiO2为主，富挥发分和成矿元素的岩浆-热液过渡性流体[33-35]，初始成矿温度可达680～720 ℃以上.这种过渡性含矿流体进入构造裂隙中，并由深部向地表方向流动，使其温度和压力不断降低.随着温度、压力的降低，这种过渡性含矿流体可通过结晶分异及熔体-流体液态分离等作用，逐渐演变为岩浆热液.C、H、O 等稳定同位素研究[36-39]表明与成矿有关的热水溶液早期以岩浆水为主，晚期发生了岩浆水和大气降水的混合作用，图 5 中随均一温度的降低流体包裹体的盐度和密度呈现出降低和减小的变化趋势（箭头状阴影1）可能是这一过程的反映[1].石英中常见气体包裹体与气液包裹体共存的现象，见图 3（b）、图 3（c）且它们的均一温度基本相等，说明存在流体沸腾现象.沸腾包裹体组合的均一温度均落入180～230 ℃范围，且这一温度区间的流体包裹体在温度-盐度-密度图解（图 5）中呈现出均一温度降低，盐度升高，密度增大的变化趋势（箭头状阴影2）可能反映大气降水加入岩浆热液过程中引发了热液流体的沸腾作用[1].由于岩浆热液与大气降水热液的混合作用及其伴生的沸腾作用发生在晚阶段（180～230 ℃），即发生在W、Sn 和硫化物大规模成矿之后，因此不可能是W、Sn 和硫化物成矿的主要机制.激光拉曼光谱分析表明，流体中含有少量CO2和/或CH4，二者呈此消彼长的变化规律，反映CO2和CH4存在转化关系； 随着均一温度的降低，CO2峰呈降低的趋势，而CH4呈增强的趋势，说明成矿有关的热水流体随着温度的降低由氧化性向还原性转变.流体氧化性降低可能是锡石、黑钨矿等氧化物和含氧盐大规模结晶消耗了大量氧的结果，而氧化环境向还原环境的转变，可能是硫化物成矿的重要机制.
7 结论（1） 根据脉体中矿物共生组合、相互穿插和先后顺序关系，新安子钨锡矿床的形成大致可划分为3 个阶段，即硅酸盐-锡石-黑钨矿阶段、硫化物阶段和萤石-碳酸盐阶段.
（2）新安子钨矿床含矿石英脉3 个阶段的流体包裹体均一温度依次为≥310 ℃、260～300 ℃和180～230 ℃，包裹体类型以气液两相包裹体为主，气相成分以H2O 为主，含少量CO2和CH4.
（3） 新安子钨锡矿床流体演化与成矿过程如下：岩浆演化（结晶分异+液态分离）→富矿岩浆-热液过渡性流体（W、Sn 大规模成矿）→高温岩浆热液（360～310 ℃）呈氧化性（W、Sn 继续成矿，并趋于结束）→中温热液（260～300 ℃）呈还原性（硫化物大规模形成）→中低温热液（180～230 ℃）与大气降水热液混合+沸腾作用（石英再一次大规模结晶，萤石、碳酸盐大规模形成）.
致谢: 矿山实地考察和坑道调查工作得到新安子钨矿矿长邹扬华，副矿长黄兴连、孙子云，安监科科长张宗腾，生产技术科地质组吴和斌，矿行政办主任林群先等的大力支持和帮助； 在中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室进行分析测试工作期间得到导师胡瑞忠研究员，副导师毕献武研究员，以及苏文超研究员、秦朝建高级工程师等的指导和帮助，审稿专家为本文的修改提出了宝贵意见，在此一并致以诚挚的谢意!| [1] | 卢焕章, 范宏瑞, 倪培, 等. 流体包裹体[M]. 北京: 科学出版社 , 2004: 1-485. |
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