牟福權，任 龍，繆 廣

（1.中國地質調查局牡丹江自然資源綜合調查中心，黑龍江 牡丹江 157000；2.中國地質大學（北京）地球科學與資源學院，北京 100083）

河北省平泉縣柴家溝鉬礦床地處冀北地區(qū)，華北克拉通北緣中段，燕遼鉬多金屬成礦帶西側，為中國第三大鉬多金屬成礦區(qū)帶的一部分，該帶多年以來被學者廣泛關注[1-3]。柴家溝鉬礦床是冀北地區(qū)近年來發(fā)現(xiàn)的又一典型的斑巖型鉬礦床。前人對該礦床先后開展了一系列研究[4-7]，對與成礦關系密切的花崗斑巖成因、礦床地質特征和找礦標志等做了深入探討，但在成礦流體特征方面的研究還有待加強。本文從含礦巖體的地質特征出發(fā)，分析了含礦石英脈的期次及流體包裹體特點，探討成礦過程中含礦流體特征。

1 區(qū)域地質背景

柴家溝鉬礦處于華北板塊、西伯利亞板塊以及太平洋板塊的結合部位，區(qū)域構造為東西向承德—平泉和紅石砬—大廟—娘娘廟深斷裂與北北東向華夏—新華夏系之平房—桑園大斷裂的復合部位，區(qū)內斷裂發(fā)育，深部熱流體活動頻繁，多期次的構造、巖漿活動不僅為區(qū)內多礦種、多階段成礦作用提供了空間和動力，同時也為成礦提供了豐富的物質來源。

2 礦床特征

礦區(qū)地層不發(fā)育，僅在局部凹陷處發(fā)育第四系沉積物；礦區(qū)構造以斷裂為主，主要為北東向F1和北西向F2兩組斷裂，F(xiàn)1斷裂為東西向紅石砬—大廟—娘娘廟深斷裂的次一級構造，F(xiàn)2斷裂為北東向F1斷裂的次一級斷裂，兩組斷裂的交匯部位控制了含礦斑巖體的侵入（圖1），含礦部位主要在其裂隙和破碎帶內，為主要的控巖和控礦構造；礦區(qū)巖漿巖為大面積的早元古代閃長巖和海西期花崗巖，含礦花崗斑巖以巖株狀侵入其中，寬約為0.6km，長為1km，平面上為橢圓形，剖面上向西南傾斜；其頂部發(fā)育隱爆角礫巖，深部晚期似斑狀花崗巖侵入其中。

礦體發(fā)育于花崗斑巖體及其與圍巖的接觸帶中。共有鉬礦體8個，均為盲礦體，大部分傾向北東，傾角在64°至67°，礦體厚度可達200余米，垂直延伸400m以上，鉬品位一般在0.06%～0.20%之間，最高鉬品位達7.63%。

含礦花崗斑巖為灰白色，具斑狀結構、碎裂結構、交代殘余結構、固溶體分離結構等，構造具網(wǎng)脈狀構造、浸染狀構造等，金屬礦物有輝鉬礦、黃鐵礦、赤鐵礦，其次為黃銅礦、褐鐵礦，有微量磁鐵礦。脈石礦物有石英、長石、絹云母、少量黑云母、粘土礦物及碳酸鹽礦物等。

礦床成礦期可分為熱液期和表生期，根據(jù)礦石礦物組合，礦物標型特征、石英脈之間的穿插關系等將熱液期分為三個成礦階段：早期熱液成礦浸染狀硫化物階段（圖2a、d、g）以發(fā)育少量的浸染狀輝鉬礦為特征，主成礦期的石英輝鉬礦階段和多金屬硫化物階段；石英輝鉬礦階段又可分為早期石英細脈輝鉬礦階段：輝鉬礦+黃鐵礦+石英+白云母+絹云母（圖2b、e、h）和晚期石英粗脈輝鉬礦階段：輝鉬礦+石英+方鉛礦+閃鋅礦+黃鐵礦+黃銅礦（2c、f、i），石英細脈輝鉬礦階段為最主要成礦期次。礦區(qū)蝕變發(fā)育，且在垂直方向上具有明顯的分帶性：由淺至深表現(xiàn)為高嶺土化-絹英巖化-鉀化，礦化普遍發(fā)育于絹英巖化至鉀化帶中。

圖1 柴家溝鉬礦區(qū)域地質簡圖

圖2 礦石及其鏡下特征

3 流體包裹體研究

本文采集的成礦流體樣品來自于主成礦階段的石英脈，寄主礦物為石英。通過實驗室對采集的樣品進行磨制包裹體片，觀察其巖相學特征，選擇透光性良好，極具代表性的包裹體樣品進行測試和分析，每件樣品測試25至30個數(shù)據(jù)；石英流體包裹體均一溫度測試在中國地球科學院礦產資源研究所流體包裹體實驗室測試完成，實驗儀器為英國產Linkam THMS G600型冷熱臺，測試范圍為-196±600℃，均一溫度數(shù)據(jù)精度為0.5℃，冷凍數(shù)據(jù)精度為0.1℃，開始時升溫速率和降溫速率均設定為10℃/min，當臨近相變點降溫變速率為0.5℃/min。

3.1 流體包裹體特征

本次研究的石英脈中發(fā)育大量包裹體，分為以下三個大的類型：即氣液包裹體、富氣相包裹體和多相包裹體。根據(jù)相組成進一步分為4個亞類，主要類型為Ⅰ類型包裹體，約占總數(shù)的85%，類型Ⅱa和Ⅱb約占10%，類型Ⅲ少于5%。各類型包裹體主要特征如下。

類型Ⅰ：為氣液包裹體，由氣液兩相組成（圖3a）。氣相一般小于 40%，集中在 10%～30%，大小 5μm～12μm，多為四邊形、渾圓形、橢圓形、長條形和不規(guī)則形。加熱時均一到液相。

類型Ⅱa：由氣液兩相組成，氣液比一般在 60%～90%之間，鏡下僅見包裹體邊部的灰白色液相（圖3b）。包裹體大小 5μm～20μm，多為渾圓形、橢圓形和負晶形。加熱均一至氣相，并且邊部的灰白色液相會突然消失，這可能為超臨界流體，在斑晶石英和脈石英中均有部分分布。

類型Ⅱb：為純氣相包裹體，幾乎完全由氣相組成，鏡下見不到液相存在，氣液比接近 100%（圖3c）。包裹體整體較小，鏡下可見的純氣相包裹體大小集中在 2μm～8μm，該類包裹體呈非常規(guī)則的負晶形，在斑晶石英和脈石英中都非常發(fā)育，并且，不同大小的包裹體成群而規(guī)則地出現(xiàn)，經常與多相包裹體共生。

圖3 柴家溝鉬礦包裹體顯微照片

圖4 流體包裹體地球化學特征

類型Ⅲ（L+V+H1→L）：由氣相、液相和子晶礦物組成（圖 3d），氣液比一般在 10%～40%，子晶為透明礦物，呈規(guī)則的立方體晶形，根據(jù)加熱消失溫度及晶體特征以及前人資料[8]判斷為石鹽子晶。該類包裹體大小5μm～20μm，多呈渾圓形和負晶形，加熱均一至液相，在斑晶石英和脈石英中都大量發(fā)育。

3.2 流體包裹體物理化學特征

在前期詳細的巖相學觀察基礎上，確定出測溫包裹體的對象。本研究所選的測溫包裹體為形態(tài)規(guī)則，直徑較大、相態(tài)明顯以及孤立或隨機分布的包裹體，推測大部分都為原生。在測溫時，將包裹體片分成許多小塊，在每一小塊上只做一次冷熱作用，并同時記錄多個包裹體的均一溫度。本研究區(qū)斑晶中共測試包裹體103個。

結果顯示，石英-輝鉬礦階段中包裹體的均一溫度在141.5℃～398.4℃之間（圖4a），平均均一溫度為280℃，主要集中在200℃～350℃，而小于200℃的包裹體有可能代表了后期裂隙中賦存的次生包裹體。從包裹體的類型上來說，經常可見氣液包裹體與富氣相包裹體共存，而氣液包裹體遠遠多于富氣相包裹體，可能代表了成礦作用與沸騰作用相關。

流體的鹽度通過冷熱臺測出冰點溫度或相變溫度，進而通過公式的方法來獲得（Hall et al.1988）。計算結果表明，柴家溝鉬礦的流體鹽度在4.2wt%到18.9wt%（圖4b），平均鹽度為11.5wt%，其峰值出現(xiàn)在10wt%～12wt%，屬于中低鹽度流體。

包裹體中流體密度可通過測定包裹體中流體的相變溫度來確定[9]，通過計算得到柴家溝鉬礦的流體密度在0.62g/cm3～1.06g/cm3（圖4c）之間，平均密度為0.88g/cm3。柴家溝鉬礦流體密度與大多數(shù)巖漿熱液流體密度(ρ＜1.0g/cm3)(Roedder,1976)相當，表明該礦區(qū)成礦流體可能與巖漿熱液有關。

3.3 壓力和成礦深度

圖5 柴家溝鉬礦區(qū)流體包裹體鹽度-溫度圖

流體包裹體捕獲時的壓力是包裹體研究中最為重要的兩個參數(shù)之一（盧煥章等，2004），其參數(shù)的獲取可以幫助我們推算成礦的深度范圍，這對于指導找礦具有非常重要的實際意義。但對于壓力的確定因其限定條件較多，往往沒有一個統(tǒng)一而準確的方法。

在不混溶和沸騰體系中流體圈閉壓力可以根據(jù)氣體最后消失均一的包裹體顯微測溫數(shù)據(jù)估計（Roedder and Bodnar，1980）。根據(jù) Hedequist et al (1988)的方法，采用最大而不是平均均一溫度來進行壓力和深度的估算。根據(jù)對該區(qū)流體包裹體的巖相學和顯微測溫數(shù)據(jù)分析表明，柴家溝鉬礦體中普遍共生有多相包裹體和富氣相包裹體，這些包裹體是通過沸騰作用形成的。因此，根據(jù)所獲得的均一溫度和鹽度數(shù)據(jù)，這些包裹體的圈閉壓力可以用 Urusova（1975）、Hass（1976）和 Bodnar et al（1985）的 實 驗 數(shù)據(jù)在 NaCl-H2O體系相圖上估計（轉引自 Bouzari and Clark，2006）。通過對該相圖的投點，該區(qū)所獲得的壓力區(qū)間如圖5。

利用NaCl-H2O體系的T-ρ相圖來估算成礦流體均一時氣相飽和壓力值，得到的壓力范圍在0.5MPa～18MPa之間（圖6）。根據(jù)（孫豐月，2000）給出的脈狀熱液礦床深度與壓力分段擬合的方程，即得到的流體壓力小于40MPa時，估算成礦深度的公式為靜水壓力梯度來計算成礦深度，即用成礦壓力除以靜水壓力梯度（10MPa/km），估算柴家溝鉬礦成礦深度為0.05km～1.8km之間。推測在地下1.8km處鉬開始沉淀，此時溫度為350℃左右，之后沿構造方向向地表侵位，壓力逐漸減小，溫度逐漸降低。

圖6 柴家溝鉬礦區(qū)流體包裹體T-ρ圖

4 討論

4.1 成礦流體討論

對柴家溝鉬礦主成礦階段的流體包裹體進行測溫，顯示其包裹體均一溫度在150℃～350℃之間，平均溫度為280℃，反映出中高溫的特點，但是其對應的溫度較寬，可能是熱液在向上運移的過程中，壓力不斷減小，溫度不斷降低，也有可能是其中摻雜了一些后期裂隙中的次生包裹體，說明成礦的整個過程溫度是由高到低的。氣液包裹體和富氣相包裹體的共存說明流體經歷過沸騰或者冷凝，氣液包裹體在數(shù)量上的優(yōu)勢說明流體經歷過沸騰作用；通過對包裹體冰點的測試，計算得出柴家溝鉬礦區(qū)成礦流體鹽度在柴家溝鉬礦的流體鹽度在4.2wt%到18.9wt%，平均鹽度為11.5wt%，其峰值出現(xiàn)在10wt%～12wt%，屬于中低鹽度流體。含子晶三相包裹體的存在說明流體局部鹽度較高；根據(jù)流體包裹體均一溫度和鹽度換算出來的柴家溝鉬礦流體密度在0.62g/cm3～1.06g/cm3之間，平均密度為0.88g/cm3，為中等密度，大部分小于水的密度，反映出流體運移的動力既有密度的原因，也有壓力的原因，后者為主導因素；通過計算得到的壓力范圍0.5MPa～18.9MPa，換算得到的成礦深度最深位于1.8km。

4.2 礦床成因討論

柴家溝鉬礦床受斷裂控制，為成礦物質的運移提供了有利條件。賦礦斑巖體頂部隱爆角礫巖的存在，說明花崗斑巖體在其上侵、固結成巖的過程中聚集了大量的揮發(fā)份，并在巖漿前鋒造成熔漿隱爆。熱液早期階段，以高溫氣態(tài)為主的熱流體自深部巖漿房上升，并沿巖石粒間孔隙和構造裂隙進行堿質交代，形成面狀石英鉀長石化，石英含量逐漸增加，并沿裂隙充填交代，形成了早期的石英脈，同時形成了黃鐵礦、輝鉬礦、等浸染狀礦化。隨溫度的降低，地下水的摻和，含礦流體由氣態(tài)轉化為以液態(tài)為主，其物理化學性質也隨之發(fā)生變化，二氧化硅過飽和，長石大量水解，產生石英絹云母化、黃鐵絹英巖化等蝕變，并疊加在鉀化蝕變帶之上。隨后大量的輝鉬礦沉淀出來，相繼形成了含鉬石英脈、硫化物脈等各種含礦脈體，這一成礦過程經歷了較長的時期，成礦晚期階段，溫度進一步降低，地下水占主導地位，礦液被大大稀釋，礦質逐漸桔竭，形成了碳酸鹽化等蝕變以及無礦石英脈。

5 結論

成礦流體包裹體特征顯示，成礦流體均一溫度主要在200℃～350℃之間，平均溫度為280℃，流體鹽度峰值為4～8wt%NaCl，流體密度峰值則為0.80g/cm3～0.92g/cm3。以上包裹體特征表明柴家溝鉬礦成礦流體具中高溫、中低鹽度和中低密度的特征。成礦熱液初始溫度在350℃左右，隨著流體的運移沉淀，溫度不斷降低，直至150℃沉淀停止，成礦壓力在0.5MPa～18.9MPa之間，反應成礦深度最深為1.8km。流體運移過程發(fā)生了沸騰作用，且很可能存在后期大氣降水的混入。