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山東萊蕪胡家莊地區(qū)稀土礦流體包裹體特征及成礦條件

2019-01-09 07:47:26劉敬杰張鵬蘭君牛金邢楠
山東國(guó)土資源 2019年1期
關(guān)鍵詞:碳酸巖胡家稀土礦

劉敬杰,張鵬,蘭君,牛金,邢楠

(山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東 泰安 271000)

0 引言

20世紀(jì)70年代,山東革委地質(zhì)局在萊蕪胡家莊地區(qū)開展了以評(píng)價(jià)含稀土碳酸巖為主的普查找礦工作,發(fā)現(xiàn)該地區(qū)的含稀土碳酸巖具有較重要的經(jīng)濟(jì)和研究?jī)r(jià)值。

流體包裹體作為“幸存”的古流體,通過(guò)對(duì)其測(cè)試分析,可獲得古流體形成時(shí)的物理化學(xué)條件及組分特征,對(duì)成巖成礦過(guò)程提供重要信息。

該文對(duì)胡家莊碳酸巖型稀土礦流體包裹體開展了初步研究,對(duì)成礦流體溫度、密度及鹽度進(jìn)行了測(cè)定,并采用等容線相交法估算壓力,從而揭示胡家莊稀土礦的成礦條件[1-3]。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

胡家莊稀土礦床位于萊蕪弧形斷裂弧頂?shù)谋眰?cè)[4],地層出露寒武—奧陶紀(jì)沉積巖及第四紀(jì)殘坡積物,其中以寒武系為主。寒武—奧陶系分布于該區(qū)的北部,地層NW—SE向分布,傾向NE。礦床受控于NW向的鹿野-孫祖斷裂[5],破裂面向W傾斜,水平錯(cuò)動(dòng)較為明顯,為壓扭性斷裂,其成因與此斷裂密切相關(guān)。巖漿活動(dòng)有2期,第1期為新太古代晚期,有花崗質(zhì)巖漿侵入,生成了花崗巖及偉晶巖;第2期以中生代燕山晚期碳酸巖型巖漿為主的侵入,為碳酸巖、蛭石化含磷灰石云母巖等。礦體賦存于碳酸巖中,其圍巖為泥質(zhì)灰?guī)r。

2 礦床地質(zhì)

該礦床主要由3個(gè)礦體組成,礦體呈層狀,產(chǎn)狀平緩,自西向東為Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ號(hào)礦體(圖1)。

1—第四系;2—中新統(tǒng);3—古近系;4—白堊系;5—奧陶系;6—寒武系;7—新太古代侵入巖;8—碳酸巖體;9—礦體及編號(hào);10—斷裂;11—胡家莊稀土礦;a—上五井?dāng)嗔?;b—淄河斷裂;c—金山-姚家峪斷裂;d—白泉莊-五色崖斷裂;e—文祖斷裂;f—鹿野-孫祖斷裂;g—萊蕪弧形斷裂圖1 成礦地質(zhì)背景簡(jiǎn)圖

Ⅰ號(hào)礦體呈層狀,NW—SE向展布,長(zhǎng)軸長(zhǎng)800m,短軸方向?qū)?00m左右,礦體傾向NNE,傾角5°~15°,平均10°左右,稀土氧化物總量平均品位1.01%。平均厚度為0.84m,沿走向自NW向SE由0.65m變?yōu)?.15m,沿傾向變化不大,總體NW薄SE厚。

Ⅱ號(hào)礦體呈層狀,NW—SE向展布,長(zhǎng)軸長(zhǎng)1100m,短軸寬150m左右,傾向NNE,傾角10°左右,稀土氧化物總量平均品位1.10%。平均厚度為0.86m,沿傾向有變薄趨勢(shì)。

Ⅲ號(hào)礦體呈層狀,NW—SE向展布,長(zhǎng)軸1000m,短軸寬200m左右,礦體傾向NNE,傾角10°左右,西端局部產(chǎn)狀有變化,受構(gòu)造影響,礦體未閉合。稀土氧化物總量平均品位0.95%,礦體平均厚度0.80m,自西向東厚度變薄,沿傾向變薄。

礦石為灰白色、紅棕色,風(fēng)化后為黃褐色。自形、半自形粒狀結(jié)構(gòu),局部有偉晶結(jié)構(gòu)。構(gòu)造以塊狀為主,條帶狀次之。礦石礦物成分主要有碳酸鹽、石英、磁鐵礦、磷灰石、黑云母等,其次為褐鐵礦、鉀長(zhǎng)石、重晶石、綠泥石、金云母可疑礦物及金屬硫化物等。礦物成分變化不大,局部磷灰石、黑云母、石英磁鐵礦集中。

稀土礦物主要有氟碳鈰礦、氟碳鈣鈰礦。礦石中的稀土元素以輕稀土為主,主要為鈰組元素的鈰、鑭、釹、鐠等,有少量的重稀土釔。巖石中的主要化學(xué)成分為Ca,Mg,F(xiàn)e,Si,P,CO2(表1);其次為TRE2O3,Al,Ba,Mn,Sr,Ti等;有很少量的Zr,Na,Nb,Cu,Pb,Ga等元素(表2)。礦石中TRE2O3含量0.75%~1.67%,平均1%。

表1 礦石全分析結(jié)果

表2 礦石微量元素分析結(jié)果

3 流體包裹體

3.1 流體包裹體巖相學(xué)特征

胡家莊碳酸巖型稀土礦石中可進(jìn)行冷熱臺(tái)測(cè)溫的石英中包裹體相對(duì)較少,該次實(shí)驗(yàn)共磨制了52片包裹體切片,雙面拋光,厚度約300μm,僅有15片切片中存在可測(cè)試的包裹體,且測(cè)溫片中所測(cè)包裹體長(zhǎng)徑均小于10μm。測(cè)溫片鏡下可見次生包裹體成線型分布[6],原生包裹體多數(shù)呈獨(dú)立散點(diǎn)分布(照片1),有時(shí)可見與碳酸鹽礦物生長(zhǎng)邊界協(xié)調(diào)。所列數(shù)據(jù)均為原生包裹體。包裹體類型均為氣液兩相包裹體[7]。

3.2 流體包裹體溫度

包裹體溫度測(cè)試研究在吉林大學(xué)地質(zhì)流體實(shí)驗(yàn)室完成,顯微冷熱臺(tái)為L(zhǎng)inkam THMS 600型,可測(cè)溫度范圍為-196℃~600℃,該冷熱臺(tái)在-120℃~-70℃,精度為±0.2℃,在100~500℃,精度為±2℃,系統(tǒng)校準(zhǔn)采用國(guó)際標(biāo)樣純H2O及鹽度為25%的H2O-NaCl人造包裹體。測(cè)試升溫速率一般為0.2~5℃/min,相變點(diǎn)附近升溫速率降低為0.2℃/min,對(duì)于氣液兩相水溶液包裹體[8],測(cè)定冰點(diǎn)溫度Tm(ice)和完全均一溫度Th[9]。該次測(cè)試包裹體類型均為氣液兩相包裹體,氣液比10%~25%,使用冷熱臺(tái)測(cè)溫獲得數(shù)據(jù)均一溫度分布在119.1~233.2℃范圍內(nèi)(圖2a)[10],可見120℃,160℃,180℃左右形成的3個(gè)峰值[11-13]。

V—?dú)庀啵籐—液相照片1 包裹體鏡下照片及包裹體特征

3.3 流體包裹體鹽度

根據(jù)冰點(diǎn)溫度計(jì)算的鹽度顯示存在2個(gè)鹽度范圍[6-9,16](圖2b),(8.1~22.4)wt%NaCl.eq,變化范圍較大,主體在(15~20)wt%NaCl.eq之間,呈正態(tài)分布,但在HJZ-17,HJZ-38,HJZ-55的測(cè)溫片中顯示存在有低鹽度包裹體,鹽度最低分別為9.08wt% NaCl.eq,9.60wt%NaCl.eq,8.13wt%NaCl.eq。

包裹體內(nèi)流體密度分布范圍為0.9~1.1g/cm3,呈正態(tài)分布(圖2c),低鹽度流體較高鹽度流體顯示了相對(duì)較低的密度。從圖(2d)可以看出,該礦床僅有一類鹽度包裹體分布區(qū)間[14],鹽度變化范圍較大,推測(cè)有大氣降水的參與。

4 成礦條件討論

對(duì)于氣液兩相水溶液包裹體,測(cè)定冰點(diǎn)溫度Tm(ice)和最終均一溫度Tht;利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算或利用實(shí)驗(yàn)相圖確定流體鹽度;利用溫度—鹽度—密度相圖、經(jīng)驗(yàn)公式或直接查表求得NaCl-H2O體系的密度;并使用“FLUIDS 1.”軟件包(Bakker,2003)中的“BULK”程序校驗(yàn)。等容線的計(jì)算通過(guò)“ISOC”軟件,使用(Bodnar and Vityk,1994)、(Knight and Bodnar,1989)方法計(jì)算獲得,該方法試用于H2O-NaCl體系,溫壓試用范圍為100~800℃和0~600MPa,只使用鹽度和均一溫度Tht(℃)即可計(jì)算離散壓力-溫度點(diǎn),擬合等容線(表3)[15]。

計(jì)算獲得的等容線圖確定了胡家莊碳酸巖稀土礦流體的溫壓(P-T)特征(圖3),如確定溫壓中任一條件,即可獲得該礦床的成巖/成礦條件[16]。通常來(lái)說(shuō),若礦床中的包裹體類型較豐富,可以通過(guò)等容線相交法確定大致的均一溫壓區(qū)間,但胡家莊碳酸巖稀土礦中的包裹體類型較少(可能與碳酸鹽晶體的解理較發(fā)育而導(dǎo)致包裹體未能較好的保存有關(guān)),未能發(fā)現(xiàn)明顯地不同類型流體包裹體用以等容線相交獲得均一溫—壓條件。

對(duì)胡家莊碳酸巖型稀土礦低鹽度和高鹽度包裹體使用等容線相交法,大致推測(cè)流體均一溫度為190~230℃,均一壓力為30~95MPa,鹽度變化范圍為(15~20)wt%NaCl.eq,為碳酸巖型稀土礦,與國(guó)內(nèi)第二大稀土礦——四川牦牛坪碳酸巖型稀土礦礦石類型相似,四川牦牛坪稀土礦H類包裹體均一溫度集中在230~265℃[17],而山東微山稀土礦H類包裹體鹽度變化為(16.0~22.4)wt%NaCl.eq,均一溫度變化為121~238℃,故該稀土礦與微山稀土礦流體包裹體特征更具相似性。

實(shí)驗(yàn)確定的靜巖壓對(duì)應(yīng)的深度為1.1~3.5km(按地殼平均密度2.7g/cm3計(jì)算),所獲得的溫度壓力都是均一時(shí)的,而不是捕獲時(shí)的,因此所求得的靜巖壓力均是最小的??紤]到鹽度變化范圍較大的特征,可能代表著一定的大氣水的加入,所以胡家莊碳酸巖型稀土礦所處的深度應(yīng)該為靜水—靜巖壓過(guò)渡階段,大致估算成巖/成礦深度約為2.5~3.5km,反映了侵位后的溫度、壓力環(huán)境。

a—溫度頻次直方圖;b—鹽度頻次直方圖;c—密度頻次直方圖;d—鹽度—均一溫度協(xié)變圖圖2 流體包裹體的溫度、鹽度及密度頻次直方圖及鹽度-均一溫度協(xié)變圖

點(diǎn)號(hào)包體類型大小(μm)氣液比(%)冰點(diǎn)溫度(℃)均一溫度(℃)鹽度(wt%NaCI)密度(g/cm3)minmaxAVGminmaxAVGminmaxAVGminmaxAVGminmaxAVGHJ-14101513.8-15.6-9.4-13.3131.5156.8144.713.3319.317.21.011.061.05HJ-65102015.6-16.6-11.9-13.7122.7165.1132.315.9520.1117.70.921.091.04HJ-93102013.6-14.5-11.7-12.9140.3179.2166.215.7518.3616.90.91.051.01HJ-133101512.5-13.3-10.2-11.9119.1131.4123.614.217.2815.91.041.071.06HJ-17氣4102015-13.5-5.9-10.9144.5155.31479.0817.4714.80.981.041.03HJ-22液4101512.2-14.1-8.5-10.4154.1182.916612.3118.0114.30.921.020.98HJ-19兩4152018-16.2-9.6-13.5145.3233.2174.313.5519.7917.30.981.061.02HJ-20相4102016.4-17.4-8.7-11.9149.2200.6175.613.4420.7415.80.961.041.01HJ-274102515.515.8-10.9-13.2137.5196.4163.814.9419.4617.11.011.071.03HJ-384102518.5-14.2-6.3-10.8123.7199.1160.79.618.114.70.951.051.01HJ-404152018.8-19.6-11.1-14.2127.4186.715615.1522.3817.911.11.04HJ-463152520.8-13.8-9.4-11.9120.6192.4153.713.3317.7415.90.991.071.03HJ-554102519.4-11.6-5.2-9.9140.2187.5163.48.1317.4713.70.981.031HJ-664152520-17.8-7.6-14.1124.8193.4161.511.2321.0517.80.991.081.04HJ-724152018.6-16.8-9-12.6167.8180.2175.69.7320.2716.40.961.041.01

5 結(jié)論

(1)胡家莊碳酸巖型稀土礦流體包裹體以氣液兩相H2O包裹體為主,均一溫度和鹽度變化范圍與微山稀土礦極具相似性,表明與其具有相似的成礦物理環(huán)境。

(2)成礦流體鹽度為中低鹽度流體,流體包裹體密度變化較小,推測(cè)有一定的大氣降水加入。

(3)推測(cè)礦床成礦壓力環(huán)境為中低壓環(huán)境,成礦/成巖深度范圍為2.5~3.5km。

1—低溫流體等容線;2—高密度流體等容線;3—低密度流體等容線;4—均一溫度壓力圖3 胡家莊流體包裹體等容線圖

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