汪群英,路远发*,陈郑辉,彭相林,熊险峰
(1.长江大学地球化学系,湖北,荆州,434023;2.中国地质科学院矿产资源研究所,北京,100037)
赣南淘锡坑钨矿床流体包裹体特征及其地质意义
汪群英1,路远发1*,陈郑辉2,彭相林1,熊险峰1
(1.长江大学地球化学系,湖北,荆州,434023;2.中国地质科学院矿产资源研究所,北京,100037)
淘锡坑钨矿是赣南一个重要的大型石英脉型钨多金属矿床。矿床主要矿化阶段含矿石英脉中石英和黄玉中的流体包裹体类型有单一水溶液相H2O-NaCl(Ⅰa型)、富液L+V两相H2O-NaCl(Ⅰb型)、两相H2O-NaCl-CO2体系包裹体(Ⅱa型)和三相H2O-NaCl-CO2包裹体(Ⅱb型)。Ⅰb型包裹体均一温度范围为80~370℃,具有多峰态分布特征,可识别出140~190℃,200~250℃和340~360℃几个峰。成矿流体的盐度相对较低,一般<8w(NaCleq)%。用流体包裹体组合的方法获得四组包体的相关参数,结果表明同一包体组合内不同包体的盐度、均一温度及密度基本一致,而不同包体组合中包体的盐度、均一温度及密度则相差较大,显示出不同包体组合所捕获的流体存在较大的差异。Ⅰb型包裹体均一温度分别分布在329~355℃,214~240℃和141~189℃三个温度区间,经压力校正后的捕获温度分别为400~425℃,275~300℃,210~260℃。这些特征表明,淘锡坑钨矿至少存在三期热液流动,其中前两期为成矿期的热液活动,第三期(次生包体)为成矿后的热液活动。根据Ⅱ型包裹体的CO2部分均一温度与最终均一温度计算出成矿流体的捕获压力67.3~97.8Mpa,平均压力74.8Mpa,按静岩压力换算成成矿深度为2.59~3.77 km,平均为2.88 km。
钨矿床;流体包裹体;流体包裹体组合;成矿流体;淘锡坑;赣南
赣南地区素来享有“世界钨都”的美誉,具有钨矿储量丰富,类型全面,产出集中的特点,这在全国及至世界都很罕见。淘锡坑钨矿是赣南地区一处大型热液石英脉型钨矿床,并以品位富而闻名。前人对淘锡坑钨矿床进行过系统的矿床学及成岩成矿年代学研究工作[1-4],但是对该矿床的成矿流体研究工作尚显不足。
金属矿床的形成都是在流体的直接参与下进行的,没有流体就不可能发生成矿作用。流体包裹体研究是当前成矿流体研究的一个重要的方面。看似简单的赣南石英脉型钨矿床,实质上存在着多期次、复杂的成矿作用过程,而流体包裹体是记录这一复杂过程信息的重要载体。本文通过对淘锡坑钨矿床流体包裹体进行系统的研究,旨在查明成矿流体的基本特征,为确定矿床成因、恢复成矿过程进而为区域成矿规律研究提供一些基本依据。
赣南地区处于欧亚大陆板块与滨西太平洋板块消减带的内侧华夏板块中,属环太平洋构造域(一级构造)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 (二级构造)东段与武夷山NE-NNE向构造带南段的复合部位。地壳运动频繁,构造变形错综复杂,具有多旋回、多方向叠加复合的特点。
图1 淘锡坑矿区地质简图[2]Fig.1 Geologicalmap of the Taoxikeng tungsten deposit
本区各类岩浆岩体出露较多,侵入岩以花岗岩为主,间有少量的中酸性、基性岩。岩浆侵入具有多期次活动的特点。与成矿有关的花岗岩类主要是分异演化程度较高并以高硅、富碱、富挥发分、铝过饱和为特征的陆壳改造型花岗岩,岩体富含钨、锡、钼、铋、铍等成矿元素,常呈复式岩体产出[1]。成矿地质条件优越,使得本区矿产资源丰富,尤其以富产钨矿闻名于世。主要矿床类型包括热液石英脉型、花岗岩型、云英岩型、矽卡岩型、层控浸染型、破碎带型等,其中石英脉型是本区最重要的矿床类型。
淘锡坑钨矿床处于NNE向九龙脑-营前岩浆岩带与E-W向古亭-赤土区域构造-岩浆-成矿带的交汇部位。
矿区地层简单,主要有震旦系、寒武系、奥陶系,属浅海相碎屑岩类,成分为细砂岩、粉砂岩、粉砂质板岩等。构造主要有淘锡坑倒转复式背斜及大量NE向断裂,大范围出露的为震旦纪、寒武纪、奥陶纪变质岩系,也是矿区的主要赋矿围岩,仅在矿区东部有泥盆纪、二叠纪、石炭纪沉积岩出露,构成宝山近S-N向向斜拗陷的一部分。
区内断裂发育,形式复杂,规模不大,活动时间较长,既有控矿、储矿断裂又有成矿期后破坏性断裂构造。根据空间展布主要有三组方向:S-N向断裂、NE向断裂、W-W向断裂。
(1)S-N向断裂:是矿区形成最早的断裂,走向近南北向,西倾为主,倾角70°~80°。其力学过程先张后扭。矿区S-N向断裂主要为密溪河大断裂,长达5 km,宽1~20 m,直接影响了淘锡坑隐伏岩体的侵入定位。
(2)NE向断裂:规模较大,延长1.4 km,绝大部分表现为硅化带,裂面多数向NW倾斜,倾角55°~80°,成矿前形成,据现有资料分析其力学过程是压-张-扭。
(3)E-W向断裂:规模较小,多为低温石英细脉构成的硅化破碎带,走向260°~280°,倾向北,倾角60°~85°,此组断裂反映出压扭-张-压的形迹特征。
矿区钨矿体呈脉状产出,产于燕山期花岗岩外接触带的变质岩内,矿体的形成与隐伏花岗岩体的侵入就位密切相关。按矿脉的空间展布位置,可分为:宝山、棋洞、烂埂子、枫岭坑4大脉组(如图1所示)。
本文研究样品分别采自烂埂子、宝山和西山脉组的主要矿化阶段的大脉中。样品的主要矿物组合类型有黑钨矿-黄铁矿-石英组合和黑钨矿-黄玉-石英组合。
将经过精心挑选的样品磨制成厚度约为0.3 mm双面抛光的测温薄片。把薄片置于显微镜下观察、寻找流体包裹体并对包体的岩相学特征进行鉴定,识别出寄主矿物类型、划分包体的成因类型以及包裹体的组合特征。选出有代表性的不同类型包体,然后再在薄片上用记号笔标明,对所选包裹体编号以便于下一歩的测温研究工作。
前人研究表明[5],赣南钨矿的流体包裹体可分为四种类型,即气液型、含CO2型、气体型和少量的含食盐子晶的多相包裹体。本次所采的样品中并未发现含食盐子晶的多相包裹体,因此,本文研究的对象主要是前三种包裹体。
根据Roedder[6]和卢焕章等[7]提出的流体包裹体在室温下相态分类准则及冷冻回温过程中的相态变化,可将本次淘锡坑钨矿流体包裹体划分为H2O-NaCl型包裹体(Ⅰ型)、H2O-NaCl-CO2型包裹体(Ⅱ型)两种类型的包裹体(如图2所示)。
Ⅰ型为H2O-NaCl包裹体,包括纯液相L单一相H2O-NaCl体系包裹体(Ⅰa)和富液相L+V两相H2O-NaCl包裹体(Ib)。
Ⅰa型:纯液相H2O-NaCl包裹体,此类包裹体出现量不多,在室温下呈纯液相产出,大小一般为5~8μm,最大可达20μm以上。形态为不规则形、管状和椭圆形等。
Ⅰb型:富液相 L+V两相H2O-NaCl包裹体,L主要为水溶液,V主要为水蒸气。本类包裹体是在成矿阶段石英中占流体包裹体总量的80%以上。包裹体体积变化较大,一般为5~20μm,最小的长径在0.5μm以下,最大的长径可达105μm。形状一般为椭圆形、楔形、半负晶形、负晶形和不规则形等,气相体积分数通常在5%~15%,个别可达到30%左右。
Ⅱ型为H2O-NaCl-CO2包裹体。在所测样品中,该类包裹体数据不多,占包裹体总数的比例约10%,在室温条件,按相态可进一步划分为不含液相CO2的两相H2O-NaCl-CO2包裹体(Ⅱa)和含液相CO2的三相H2O-NaCl-CO2包裹体(Ⅱb)。
图2 淘锡坑钨矿床含矿石英脉中的流体包裹体类型a∶Ⅰa型包裹体;b∶Ⅰb型包裹体;c∶Ⅱa型包裹体;d∶Ⅱb型包裹体
Ⅱa:两相H2O-NaCl-CO2包裹体,室温条件下,由液相CO2和水溶液组成,在冷冻过程中则有气相CO2的出现。CO2占包裹体总体积的30%~75%不等,形态呈不规则形、管状和椭圆形等,大小一般为10~25μm,呈孤立状或与Ⅰa、Ⅱa型包裹体共生,一般为原生包裹体。
Ⅱb:三相H2O-NaCl-CO2包裹体,由水溶液、液相CO2和气相CO2构成,CO2体积变化较大,从20%~95%不等。形态一般为半负晶形、椭圆形和不规则形等,大小一般为10~25μm,最大者可达45μm。呈孤立状或与Ⅰ、Ⅱb型包裹体相伴生产出,一般为原生包裹体。
流体包裹体显微测温分析在长江大学地球化学系教育部重点实验室流体包裹体室进行,仪器为英国产的Linkam-MDS600冷热台 (温度范围:-195~+600℃),分析精度为:±0.2℃,<30℃;±1℃,<300℃;±2℃,<600℃。
测温过程是先将系统温度降低到-100℃以下,然后缓慢升温,在升温过程中观测有关相变点的温度。对于I型包体,主要观测的相变温度有:初熔温度、冰点温度、均一温度及均一相态;对于Ⅱ型包体,所观测的相变温度有:初熔温度、CO2笼形物融化温度、CO2部分均一温度、完全均一温度。然后根据相关相变温度计算流体的盐度和密度和捕获压力等参数。
图3 淘锡坑钨矿床石英脉中Ⅰ型流体包裹体的均一温度(a)、盐度(b)分布直方图Fig3.Histogram of homogenization temperature and salinity for typeⅠfluidinclusions from wolframite-quartz veins of Taoxikeng tungsten deposit
I-型包体的初熔温度为-21℃,为典型的NaCl-H2O体系,其盐度计算采用下列公式[8]:
式中,S为流体的盐度,单位为NaCl当量质量百分数[w (NaCleq)%],Tm为冰点下降温度(℃)。
其密度计算采用的公式如下[9]:
式中,ρ为密度(g/cm3),s为盐度[w(NaCleq)/%],t为均一温度(℃)
Ⅱ型包裹体的盐度利用CO2笼形物的熔化温度求得[10],计算据公式[6]为:
式中,S为流体的盐度[w(NaCl)%],t为笼形物融化温度(℃)。
在本次研究中,我们做了大量的测试工作,共测薄片23片,得到了大量的数据,特别是Ⅰ型包裹体(如图3所示)。由图3可以看出,本矿床流体包裹体均一温度范围宽,从80℃一直到370℃均有分布,并可识别出140~190℃,200~250℃和340~360℃几个峰,表明本矿床成矿流体具有多期次活动的特征。成矿流体的盐度相对较低,一般<8w(NaCleq)%,少量分布在8~14 w(NaCleq)%之间。
虽然多期次的流体活动特征明显,但除了沿裂隙呈定向分布的流体包裹体为明显的晚期捕获的包体外,其它包体已很难根据岩相学特征区分捕获期次。为此,本文在岩相学分析基础上,按流体包裹体组合对其进行进一步的研究。流体包裹体组合指的是“岩相学上能够分得最细的有关联的一组包裹体”或“通过岩相学方法能够分辨出来的、代表最细分的包裹体捕获事件的一组包裹体”[11]。包裹体组合可有效的制约测温数据的有效性。从黄玉和石英矿物里的Ⅰ型包裹体中筛选出四组包裹体组合(FIA1、FIA2、FIA3、FIA4),FIA1是黄玉中的包裹体组合,FIA2、FIA3和FIA4都是石英中的包裹体组合;其中,FIA1、FIA2是成群分布,为典型的原生包体特征;FIA3成定向分布、FIA4为沿裂隙分布,均属次生包裹体组合。同一流体包裹体组合中包含的包裹体的类型相同、形态相似,气液比相近,显然为同期捕获的流体包裹体(如图4所示)。
各包体组合的测温结果列于表1中,其均一温度分布特征如图5所示。由表1和图5可以看出,四组包裹体均一温度范围 FIA1:329~355℃;FIA2:214~240℃;FIA3:162~176℃;FIA4:141~189℃。包裹体组合FIA1、FIA2均一温度较高,FIA3、FIA4均一温度较低,与之前的岩相学观察相吻合。
四个包体组合冰点温度范围为-0.1~-8.9℃,对应的盐度范围为0.18~12.89w(NaCleq)/%。盐度从FIA1→FIA2→FIA3→FIA4具有逐渐降低的趋势。
四个包体组合的流体密度分别为:FIA1:0.724~0.788g/cm3,FIA2:0.849~0.917g/cm3,FIA3:0.922~0.94g/cm3,FIA4:0.915~0.958 g/cm3,总体上具有中低密度之特征。
由上可见,同一包体组合内不同包体的盐度、均一温度及密度基本一致,而不同包体组合中包体的盐度、均一温度及密度则相差较大,显示出不同包体组合所捕获的流体存在较大的差异。
在均一温度-盐度-密度图上(图6),可以更清楚地看出四个包裹体组合具有的不同均一温度、盐度与密度的特征。在此图上,四个包体组合的点大致分布在三个密度密集区间。这进一步表明不同的包体组合所捕获的流体是不同的,从而证明,本矿床存在多期次的流体活动。
石英和黄玉中都发现了Ⅱ型包裹体,但数量远少于Ⅰ型包裹。如表2所示,本次共观察测试了22个Ⅱ型包裹体。石英中的存在Ⅱa和Ⅱb两种类型包裹体,而黄玉中只发现Ⅱa型包裹体,两种矿物中的包裹体最终均一到液相和气相的都有。由图7可看出,Ⅱ型包裹体的完全均一温度远远高于Ⅰ型包裹体,存在两个明显的峰值。其均一温度范围为204~ 352℃,主要集中在280~290℃和310~340℃。由表2可知,初熔温度范围为-57.6~-56℃,与纯CO2的三相点(-56.6)略有偏差,说明除CO2外,还存在少量其他的挥发分[15]。盐度范围较宽,2.03~5.77 w(NaCleq)%,密度范围0.63~0.894 g/cm3。
图4 淘锡坑钨矿床含矿石英脉石英中流体包裹体组合Fig.4 Microphotography of Fluidinclusion assemblages in ore-bearing quartz veins from Taoxikeng tungsten deposit
表1 淘锡坑钨矿床主成矿阶段I型流体包裹体测温结果Table 1 Summary ofm icrothermometric data for type I fluidinclusions in the Taoxikeng tungsten deposit
图5 淘锡坑钨矿床石英脉中不同FIA的均一温度直方图Fig.5 Histogram of homogenization temperature in different FIAs from wolframite-quartz veins of Taoxikeng tungsten deposit
图6 淘锡坑钨矿床石英脉中不同FIA的均一温度-盐度-密度图[12]Fig.6 Diagram of Th-S-ρin different FIAs from wolframite-quartz veinsof Taoxikeng tungsten deposit
含CO2的流体包裹体是高压相的典型标志[13],也是很好的捕获压力的研究对象。根据流体包裹体的显微测温数据,本文使用徐文刚等(2011)[14]编写的CO2-H2O迭代计算程序,根据Ⅱ型包裹体的部分均一温度和完全均一温度,对流体的压力进行计算得出成矿流体压力范围是67.3~97.8Mpa,平均压力74.8Mpa(表3)。按静岩压力计算公式P=hρg[式中P为压力,h为深度,ρ为上覆盖层的平均密度(本文取2.65 g/cm3),g为重力加速度(9.8m/s2)],得出成矿深度范围2.59~3.77 km,平均深度为2.88 km。
均一温度是在常压条件下测得的,不能代表捕获温度,即成矿温度。从均一温度求捕获温度时要考虑压力的影响即:Tt=Th+ΔT。式中ΔT为压力对温度的校正值,本文校正采用Potter[15]所作的不同浓度的NaCl溶液的均一温度与压力关系图。采用淘锡坑钨矿床平均压力74.8Mpa,得出Ⅰ型包裹体捕获温度要比均一温度高出55~70℃。捕获温度介于150~430℃,四组包裹体组合的捕获温度FIA1:400~425℃;FIA2:275~300℃;FIA3:220~235℃;FIA4:210~260℃。
表2 淘锡坑钨矿床主成矿阶段Ⅱ型流体包裹体测温结果Table 2 Summary ofm icrothermometric data for typeⅡfluidinclusions in Taoxikeng tungsten deposit
选择淘锡坑钨矿石英脉石英中具有代表性的、不同类型的流体包裹体进行了拉曼探针分析。测试工作在西安地质矿产研究所实验测试中心完成,仪器是英国产Renishaw invia SX-02型激光Raman探针。实验条件:温度23℃;湿度:65%;Ar离子激光器(514.5 nm);激光功率40mw;扫描速度10秒/6次叠加;光谱仪狭缝10μm。
对Ⅰ型和Ⅱ型包裹体的激光拉曼探针测试结果显示 (图8),在包裹体中检测到有宽泛的液相H2O的包络峰。这两类流体包裹体的气相成分除CO2外,均含有少量的CH4和N2,表现在拉曼谱图上出现典型的CO2谱峰、典型的N2谱峰以及CH4谱峰,这与显微测温结果相符。个别包体的CH4谱峰很强,为纯甲烷包体,说明了流体包裹体存在不均匀捕获特征。
(1)淘锡坑钨矿含矿石英脉中的流体包裹体主要有两类类型,即H2O-NaCl型(Ⅰ型)包裹体和H2O-NaCl-CO2型(Ⅱ型)包裹体。其中,Ⅰ型包裹体又可分为纯液相H2O-NaCl体系包裹体 (Ⅰa)和富液相的两相H2O-NaCl体系包裹体(Ⅰb)。Ⅱ型包裹体又可分为不含液相CO2的两相H2O-NaCl-CO2体系包裹体(Ⅱa)和含液相CO2的三相H2O-NaCl-CO2体系包裹体(Ⅱb)。
表3 淘锡坑钨矿床主成矿阶段Ⅱ型流体包裹体显微测温与压力估算结果Table 3 Microthermometric and pressure data for typeⅡfluidinclusions in Taoxikeng tungsten deposit
图7 淘锡坑钨矿床石英脉中Ⅰ型流体包裹体的均一温度(a)、盐度(b)分布直方图Fig.7 Histogram of homogenization temperature and salinity for typeⅡfluidinclusions from wolframite-quartz veins of Taoxikeng tungsten deposit
图8 淘锡坑钨矿主要成矿阶段含矿石英脉流体包裹体拉曼图谱Fig.8 Raman spectra of fluidinclusions in themain ore-forming stage of Taoxikeng tungsten deposit
(2)采用FIA的方法对主成矿阶段石英中Ⅰ型包裹体研究结果表明,四组流体包裹体组合,均一温度、盐度和密度存在三个分布区域,这说明淘锡坑钨矿床很可能有三期热液活动,其中,前两期是成矿期流体活动,形成原生流体包裹体。第三期是成矿后的流体活动,形成次生流体包裹体。前人对本矿区成岩成矿年代学的研究结果表明,该矿床至少也可以划分出两期成矿作用,其中早期成矿作用时间大致与成岩时间一致,在159±2 Ma之间,而晚期成矿作用的年龄大致在153±2Ma[1-3],这与本文由流体包裹体资料得出的认识是一致的。
(3)利用黄玉和石英中的含CO2包体估计的成矿流体捕获压力范围是67.3~97.8 Mpa,平均压力74.8 Mpa;,按静岩压力换算成成矿深度范围为2.59~3.77 km,平均为2.88 km;按该压力对I型包体的均一温度进行力校正,经校正后的Ⅰ型包裹体的捕获温度总体分布范围为150~430℃。四组包裹体组合的捕获温度分别为FIA1:400~425℃;FIA2:275~300℃;FIA3:220~235℃;FIA4:210~260℃。
(4)含CO2包裹体是赣南大多数钨矿床的重要特征[16-18],淘锡坑钨矿含CO2包裹体也较为发育,但未发现纯CO2包裹体,这说明CO2在淘锡坑钨矿成矿流体的形成与迁移中起到了重要作用,且未发生CO2的逸失作用。个别包体的拉曼谱中存在纯CH4包体说明成矿流体存在不均一捕获特征,但其成因及捕获机制还有待于进一步研究。
野外矿山实地考察采样工作得到赣南地质调查大队总工程师曾载淋、副总工程师张永忠、淘锡坑钨矿矿长钟瑞光、副矿长黄泽祥,矿办主任肖晓东等人的大力支持和帮助;样品测试过程中得到中国地质调查局武汉地质调查中心黄惠兰高级工程师、常海亮研究员的精心指导,审稿专家及编辑部对本文初稿提出了宝贵的修改意见,在此一并感谢。
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Fluid Inclusion Characteristic and Its geological Im plication of the Taoxikeng Tungsten Deposit,Southern Jiangxi Province
WANGQun-Ying1,LU Yuan-Fa1,Chen Zhen-Hui2,PENG Xiang-Lin1,XIONG Xian-Feng1
(1.Department of Geochemistry,Yangtze University,Jingzhou 434023,China;2.Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037,China)
Taoxikeng tungsten deposit is one of themost important quartz-vein type ofW-polymetallic deposit in Southern Jiangxi Province,China.Four main types of fluidinclusions:single aqueous phase H2O-NaCl(Ⅰa type),rich liquid L+V two-phase H2O-NaCl(Ⅰb type),two phase H2O-NaCl-CO2(Ⅱa type) and three phase H2O-NaCl-CO2(Ⅱb type)have been recognizedin all samples from thewolfram ite-bearing quartz and topaz of themajorm ineralizing stage.TheⅠb type homogenization temperaturesarew idely from 80℃ to 370℃ with multi-peaks distribution,mainly in 140~190℃,200~250℃ and 340~360℃. Ore-forming fluidshas the characteristic of low salinity,generally<8 w(NaCleq)%.We obtained four related groups parameters by themeans of"fluidinclusion assemblage".The results are indicated thatdifferent fluidinclusions parametersare generally belongs to the same range in the same fluidinclusion assemblage,such as salinities,homogenization temperatures and densities,while those parameters are quite different in different fluidinclusion assemblages,show ing trapped fluids are diversity in different fluidinclusion assemblages. There are three ranges of the four fluidinclusion assemblages homogenization temperatures:329~355℃,214~240℃and 141~189℃,which can be adjusted to trapping temperature:400~425℃,275~300℃and 210~260℃by pressure.Allof these presented that there are existing at least three hydrothermal flow in Taoxikeng tungsten deposit,ofwhich the first two periodsare ore-form ing hydrothermalactivity,and the third periodis a hydrothermal activity after diagenesis.According to CO2homogenization temperatures and final homogenization temperaturesof typeⅡfluidinclusions,this paper got trapping pressures67.3~97.8Mpa of ore-forming fluid,an average of 74.8Mpa,convertedinto ore-form ing depth of 2.59~3.77 km by lithostatic pressure,an averageof2.88 km.
fluidinclusions;Fluidinclusion assemblage;ore-form ing fluid;Taoxikeng tungsten deposit; southern Jiangxiprovince
P618.67
A
1007-3701(2012)01-035-10
2011-10-24;
2012-01-06
全国危机矿山接替资源找矿项目(20089947)资助
汪群英(1987—),女,硕士研究生,地球化学专业,E-mail:emma.victory@163.com
*通讯作者:路远发(1959—),男,研究员,地球化学专业,E-mail: Lyuanfa@163.com