田晗鈺,王 瀟,韋龍明,孔凡乾,田 野

(1.桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院,廣西 桂林 541006;2.武漢新芯集成電路制造有限公司，武漢 430205；3.吉林省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查所,長春 130022;4.中國地質(zhì)調(diào)查局廊坊自然資源綜合調(diào)查中心，河北 廊坊 065000)

廣東始興分布著一批中、大型鎢礦床,形成了鎢礦集中區(qū),是華南鎢礦帶的重要組成部分[1-4]。前人對該礦集區(qū)的梅子窩鎢礦床成礦地質(zhì)背景、控礦因素、礦化分帶、礦物特征等[5-9]方面開展了詳細(xì)的研究,而對于成礦流體及其礦床成因研究雖有涉及,但研究程度低,制約了該區(qū)成礦理論研究的深化與找礦突破。

流體包裹體地球化學(xué)在找礦勘探中可以指示找礦方向[6],同時對構(gòu)建梅子窩鎢礦床成礦模型也具有重要意義。本文通過資料綜合分析、野外觀察及室內(nèi)巖相鑒定,利用顯微測溫和激光拉曼光譜測試技術(shù),對礦區(qū)58#礦脈石英流體包裹體進行研究,查明成礦流體的地球化學(xué)性質(zhì)及其來源,探討礦床的成礦條件,為該礦床成礦機制研究與成礦預(yù)測提供依據(jù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

梅子窩鎢礦位于瑤嶺復(fù)背斜的東部(圖1)。礦區(qū)構(gòu)造比較復(fù)雜,斷裂構(gòu)造發(fā)育,具有多期、多階段活動特征,斷裂帶分別為近東西向、北西向、北北東向和北東向,其中近東西向和北西向斷裂與成礦密切相關(guān)。礦區(qū)及周邊巖體發(fā)育,如嶂下花崗閃長巖[7]、燕山期隱伏花崗巖以及都坑的加里東期英安玢巖,其中燕山期的花崗巖與成礦有關(guān)。

梅子窩礦區(qū)的礦脈帶長2 550 m,寬1 250 m。礦山目前共勘探出52個礦脈,脈體多為復(fù)脈,展布形態(tài)復(fù)雜:縱向上呈正扇形“五層樓”分帶[6];橫向上呈樹形分叉結(jié)構(gòu)分帶， 主要產(chǎn)石英-黑鎢礦型礦石,礦石礦物主要為黑鎢礦、白鎢礦、錫石,脈石礦物主要為石英。圍巖蝕變有云英巖化、絹云母化、硅化、綠泥石化、電氣石化等。

梅子窩礦區(qū)的礦脈相互穿插(圖2),主要表現(xiàn)為后期礦脈穿插前期礦脈。其中早期礦脈含有錫石及黑鎢礦,晚期礦脈常常發(fā)育各類硫化物。 故根據(jù)礦脈穿插關(guān)系與礦物世代[10],劃分為5個成礦階段(表1),其中Ⅱ、Ⅲ階段為主成礦階段,其次是Ⅳ階段,而Ⅰ階段(錫石-白云母-石英階段)和Ⅴ階段(石英-碳酸鹽階段)不構(gòu)成鎢礦體。

圖1 石人嶂-梅子窩鎢礦區(qū)域地質(zhì)略圖[1]Fig.1 Regional geological map of Shirenyzhang-Meiziwo tungsten depositQ—第四系;K—白堊系;C—石炭系;D—泥盆系;O—奧陶系;∈—寒武系;二云母花崗巖;花崗巖;二長花崗巖;γδ—花崗閃長巖;λoπ—石英斑巖; ζμ—英安玢巖

圖2 礦脈穿插現(xiàn)象(a)及顯微照片(b)Fig.2 Vein interpenetration(a) and micrograph(b)

表1 梅子窩鎢礦58#脈采樣位置及其所屬成礦階段Table 1 Sampling location and metallogenic stage of Vein 58# in Meiziwo tungsten deposit

2 樣品的采集及測試方法

本次研究對象為梅子窩礦區(qū)主要礦脈之一的58#脈， 樣品采自不同中段和不同成礦階段(表1)，包括600～720 m四個中段的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三個成礦階段的新鮮樣品(圖3)。 將樣品磨制成包裹體片之后,運用顯微鏡對不同時期石英中流體包裹體進行形態(tài)、類型和分布上的觀察、鑒定、拍照和記錄。

流體包裹體測試工作在桂林理工大學(xué)廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點實驗室進行。 包裹體巖相顯微鑒定及測溫使用日本Nikon公司的LV100P01偏光顯微鏡和英國Linkam公司的THMSG 600冷熱臺,測溫范圍在-196～600 ℃,加熱及冷凍速率為0.1～130 ℃/min,溫度與精度穩(wěn)定性為0.1 ℃。 包裹體成分測試選用英國Renishaw公司的Renishaw in Via型顯微共焦激光拉曼光譜儀,室內(nèi)溫度23 ℃,相對濕度65%,光源為514.5 nm Ar 離子,測試范圍1 000～4 200 cm-1,曝光時間20 s,掃描次數(shù)為3次。

圖3 含礦石英脈(a)及黑鎢礦與黃鐵礦伴生(b)Fig.3 Tungsten-bearing quartz veins(a) and wolframite associated with pyrite(b)

3 流體包裹體研究

3.1 流體包裹體類型

將不同成礦階段鎢礦脈中的石英作為寄主礦物進行研究。通過鏡下觀察,石英中包裹體發(fā)育良好,原生包裹體呈零散分布(圖4a),次生包裹體大量聚集呈帶狀分布(圖4b)。 依據(jù)相態(tài)分類準(zhǔn)則及溫度升降過程的相態(tài)變化情況[11-12],可以將流體包裹體分為兩種類型(圖5): Ⅰ型包裹體(即NaCl-H2O體系的液體包裹體)及Ⅱ型包裹體(即含水溶液、液態(tài)及氣相CO2的三相包裹體)。

Ⅰ型包裹體是梅子窩鎢礦脈中最常見的包裹體類型,個體大小3.6～67.5 μm,細(xì)分為單一水溶液相包裹體(Ⅰa型,圖5a)、兩相包裹體(Ⅰb型,圖5b、c)。Ⅰa型包裹體中純液相數(shù)量很少,個體大小4～13 μm,呈橢圓形、長條形等。Ⅰb型包裹體相對出現(xiàn)較多,是本次測試研究的重點對象,絕大多數(shù)為富液L+V兩相包裹體,個體大小以5～20 μm居多,氣液比為5%～35%,包裹體呈不規(guī)則形、近圓形、楔形、長條形等; 此外,還偶爾見到氣液比>50%的富氣相包裹體(圖5d)。

圖4 包裹體形態(tài)及其產(chǎn)狀Fig.4 Morphology and occurrence of inclusionsa—原生包裹體呈孤立狀分布;b—次生包裹體沿裂隙分布

圖5 石英流體包裹體類型Fig.5 Types of fluid inclusions in quartz veina—純液相;b、c—富液相;d—富氣相

Ⅱ型包裹體一般以孤立狀星散分布,僅發(fā)現(xiàn)幾個,其形態(tài)主要為橢圓形、不規(guī)則形。由于數(shù)量稀少,以及鏡下相態(tài)的變化不明顯,故此類包裹體未能進行均一溫度和冷凍鹽度測試。

3.2 流體包裹體測溫結(jié)果

對Ⅰ b型包裹體的觀測結(jié)果見表2。包裹體的鹽度計算采用NaCl-H2O體系鹽度-冰點計算公式[13]

(1)

其中:w為鹽度(NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù),%);tm為冰點下降溫度(℃)。

密度則采用數(shù)學(xué)模型擬合出的NaCl-H2O溶液計算公式[14]

(2)

式中:D—流體密度(g/cm3);th—均一溫度(℃);A、B、C為無量綱參數(shù)。

測試結(jié)果(表2)顯示,58#礦脈第Ⅱ成礦階段的石英流體包裹體均一溫度為171.6～350.7 ℃(平均250.1 ℃),冰點溫度在-5.3～-0.5 ℃,鹽度(w(NaCleqv))為0.88%～8.28%,成礦流體密度值為0.66～0.94 g/cm3;第Ⅲ成礦階段的均一溫度在169.1～280.4 ℃(平均212.3 ℃),冰點溫度為-4.5～-0.4 ℃,鹽度0.70%～7.17%,成礦流體密度為0.81～0.93 g/cm3;第Ⅳ成礦階段的均一溫度在176.3～358.7 ℃(平均219.8 ℃),冰點溫度為-5.4～-0.8 ℃,鹽度在1.4%～8.41%,成礦流體密度值為0.66～0.94 g/cm3。因此,粵北梅子窩58#脈中石英流體包裹體屬于燕山中期華南鎢錫大規(guī)模成礦作用的產(chǎn)物,符合華南地區(qū)石英脈型鎢礦成礦溶液的參考數(shù)值[15]。

表2 58#脈石英流體包裹體測試結(jié)果Table 2 Temperature,salinity and density of fluid inclusions in quartz for Vein 58#

3.3 流體包裹體成分分析

利用拉曼探針分析技術(shù),對所選包裹體的氣、液相部分進行激光掃射后得到了相應(yīng)的譜峰圖(圖6),并對譜峰進行分析， 結(jié)果見表3。Ⅰb型富液相包裹體中出現(xiàn)氣相成分,液相以H2O為主,而CO2、N2、CH4氣體含量稀少。由于實驗室該測試儀器投入使用不久,流體包裹體的成分測試精度不高,需進一步調(diào)試完善,故此次測試只作定性分析,未能給出具體的成分含量數(shù)據(jù)。

4 討 論

4.1 流體性質(zhì)

流體包裹體測試結(jié)果(表2)表明,梅子窩礦區(qū)成礦流體屬中高溫(169.1～358.7 ℃)、低鹽度(0.70%～8.41%)及中低密度(0.66～0.94 g/cm3)的含礦熱液。 將第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ成礦階段石英中的流體包裹體均一溫度峰值(圖7)進行比較,從成礦早階段到晚階段,成礦流體均一溫度逐漸降低的趨勢,這恰好與礦物生成順序相一致,成礦溫度峰值為310 ℃。

圖6 流體包裹體拉曼光譜圖Fig.6 Raman spectrogram of fluid inclusiona—測點為氣相部分;b—測點為液相部分

表3 石英流體包裹體激光拉曼測試數(shù)據(jù)Table 3 Laser Raman data of fluid inclusions in quartz

4.2 流體來源

礦石中氧同位素測定值是判定成礦流體來源的重要和有效依據(jù)之一。 林小明等[9]對梅子窩礦區(qū)的44#礦脈及其近礦圍巖進行了氧同位素研究,礦脈中石英的δ18Osmow為11.3‰～13.4‰,黑鎢礦的δ18Osmow為11.0‰～11.4‰,近礦圍巖的δ18Osmow為6.5‰～12.0‰(表4)。 前二者的變化范圍比圍巖小,顯示成礦流體主要來自巖漿,圍巖的氧同位素組成則相對復(fù)雜。

根據(jù)氧同位素的組成特征,成礦流體來源于地殼淺部,與地幔關(guān)系不大(一般地殼花崗巖中氧同位素的范圍在6‰～10‰,地幔中氧同位素的范圍在4.7‰～6.7‰,沉積巖內(nèi)含量會更高一些),并混合了部分大氣降水。 黑鎢礦中的δ18Osmow比石英脈中的稍低,可能是由于黑鎢礦結(jié)晶過程受到大氣降水(地下水)影響或有外來的氧元素(地層中氧)進入成礦流體中。

表4 梅子窩44#礦脈及圍巖氧同位素組成[9]Table 4 Oxygen isotope values of Vein 44# and wall rock

4.3 成礦流體的演化機制

研究表明[16-17],隨著溫度的增加,鎢復(fù)合物的溶解度增大,成礦流體中鹽類增多,而流體的pH值會減小(當(dāng)溶液pH為4～7時,鎢溶解度明顯降低,而不同來源流體的混合作用是可以達到此條件的),因此當(dāng)成礦流體溫度降低、溶解度減小和pH值增大時鎢礦物會發(fā)生沉淀。雖然壓力不會直接對鎢礦化的形成產(chǎn)生作用,但壓力會影響氣體成分溶解度,從而控制流體的相分離和沸騰作用等,即通過對流體的間接作用控制成礦。此外,在主成礦階段的包裹體中檢測到一定量的CO2氣體,蔡建明等[18]認(rèn)為CO2氣體的存在有利于鎢的運移;熊欣等[19]根據(jù)黑鎢礦床中包裹體只含少量或不含CO2氣體,認(rèn)為CO2氣體對鎢的運移作用不大。本次的流體包裹體氣相成分分析結(jié)果顯示,梅子窩鎢礦床成礦流體中只含少量CO2氣體,與后一種觀點吻合。 盡管目前對CO2在鎢的運移過程中是否起運移作用尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識,但成礦流體中CO2的揮發(fā),能引起殘余流體溶解度的降低。

圖7 3個成礦階段的流體包裹體均一溫度直方圖Fig.7 Histogram of homogeneous temperature of fluid inclusions for three mineralization stagesⅡ—黑鎢礦-石英階段;Ⅲ—黑鎢礦-硫化物-石英階段;Ⅳ—硫化物-石英階段

就某一成礦階段而言,自下而上,均一溫度多由高到低,但第Ⅱ成礦階段的最高溫度在680 m中段(表2),而在640 m中段的均一溫度卻略有降低; 在720 m中段和680 m中段,均一溫度由早階段到晚階段(Ⅱ→Ⅳ)都在降低,但在680 m中段,從早階段到晚階段(Ⅲ→Ⅳ),均一溫度卻略有升高,這兩種特殊異?，F(xiàn)象的存在,預(yù)示著兩期有成礦流體的疊加作用,這與構(gòu)造疊加暈的研究成果[4,20-21]相吻合。

58#脈均一溫度、鹽度及密度的直方圖(圖8)顯示,梅子窩鎢礦與贛南石英脈型鎢礦床[22]具有相似現(xiàn)象,即流體包裹體均一溫度、鹽度及密度出現(xiàn)分段聚集而又相互疊加的現(xiàn)象,證明區(qū)域成礦是屬于多期次熱液相互作用的效果,這與礦區(qū)內(nèi)礦脈體為復(fù)脈并且展布形態(tài)復(fù)雜相互對應(yīng)。

4.4 對比研究

將粵北梅子窩鎢礦與同屬瑤嶺復(fù)背斜核部的石人嶂鎢礦、瑤嶺鎢礦以及江西、湖南的部分鎢礦山的流體包裹體特征進行對比分析可知(表5),華南湘-贛-粵鎢礦成礦區(qū)石英脈中流體包裹體均一溫度范圍較廣,主要集中在200～350 ℃,最高達461 ℃(贛南西華山鎢礦); 冰點溫度大都高于-10 ℃; 鹽度主要集中在0～10%; 密度主要集中于0.5～1.0 g/cm3。 各鎢礦床流體包裹體氣、液相成分種類大致相同,液相以H2O為主; 氣相除了H2O外,還有CO2、CH4、N2、CO、H2。 粵北梅子窩鎢礦床成礦流體特征與華南湘-贛-粵鎢礦成礦區(qū)的其他鎢礦床成礦流體特征在總體上較為相似:成礦流體均為中高溫、低鹽度及中低密度的熱液,液相和氣相的主要成分為H2O,同時具有少量的N2、CH4、CO2氣體;成礦流體主要來源于巖漿水和大氣降水。由于部分鎢礦床的構(gòu)造環(huán)境或礦床成礦演化過程存在差異,故其鎢礦床成礦流體的特征有所不同。

圖8 梅子窩58#脈的均一溫度、鹽度和密度直方圖Fig.8 Histogram of temperature,salinity and density of Vein 58# in Meiziwo deposit

表5 湘贛粵成礦區(qū)某些石英脈型鎢礦床流體性質(zhì)對比Table 5 Fluid properties of some quartz vein-type tungsten deposits in the Hunan-Jiangxi-Guangdong metallogenic areas

5 結(jié) 論

(1)梅子窩鎢礦區(qū)58#礦脈的流體包裹體主要為Ⅰa型富液相包裹體(NaCl-H2O體系),純液相包裹體、富氣相包裹體及Ⅱ型包裹體(含液態(tài)CO2三相包裹體)很少。

(2)梅子窩礦區(qū)成礦流體屬于中高溫(169.1～358.7 ℃)、低鹽度(0.70%～8.41%)及中低密度(0.66～0.94 g/cm3)的熱液。

(3)大量富鎢等多金屬元素的巖漿期后熱液沿有利構(gòu)造通道運移,并與一定量的大氣降水或地層變質(zhì)水混合,隨著成礦熱液的運移,梅子窩鎢礦的區(qū)域動力學(xué)背景為擠壓-拉張轉(zhuǎn)換期,隨著成礦環(huán)境由封閉體系轉(zhuǎn)向開放體系，成礦流體物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變,使流體系統(tǒng)失去平衡,引起鎢絡(luò)合物分解,鎢重新與流體中的Mn2+和 Fe2+結(jié)合形成新的復(fù)合物,最終導(dǎo)致鎢在有利巖性-構(gòu)造部位沉淀晶出,富集成礦。

(4)流體包裹體均一溫度在垂向的異常變化及流體均一溫度、鹽度及密度均出現(xiàn)分段聚集而又相互疊加的現(xiàn)象,預(yù)示著礦區(qū)存在有兩期成礦流體的疊加作用。

(5)各個成礦階段的流體包裹體均一溫度值分布范圍廣,顯示成礦過程緩慢而復(fù)雜,成礦潛力巨大。 不同巖石接觸界面(侵入巖體內(nèi)外接觸帶)及成礦溫度變化梯度帶是鎢礦找礦的重要地帶。

(6)梅子窩鎢礦是在燕山晚期陸內(nèi)拉張作用下形成的典型石英脈型黑鎢礦床， 穩(wěn)定連續(xù)的礦脈， 也代表張性氧化環(huán)境下的產(chǎn)物， 與同一階段礦脈由深部到淺部， 成礦溫度由高到低變化相吻合。

感謝同門袁瓊、吳限和劉駒先的幫助!