青海省四角羊沟铅锌多金属矿床流体包裹体特征及成因探讨

查道函 李剑 宋维国 宋泽友 梅加江 王谦 樊俊昌

摘要：四角羊沟矿区位于我国著名成矿带之一的东昆仑造山带西段，矿体位于矽卡岩带内，矿床类型为矽卡岩型铅锌矿。流体包裹体研究表明，矿区内的包裹体为水溶液两相包裹体。根据显微测温结果，早期硫化物阶段的流体包裹体均一温度在209～411℃，盐度介于3.06～11.46%（质量分数，NaCl equiv，下同）之间；晚期硫化物阶段样品的均一温度在151～396℃，盐度介于0.18～6.3%。晚期流体中的ca⁺含量的增高，显示出围岩中低温高Ca²⁺流体的混入，致使流体温度和盐度的下降，导致金属矿物的沉淀富集。

关键字：四角羊沟 铅锌矿 流体包裹体

1.地质背景

四角羊沟矿区位于东昆仑祁漫塔格金属成矿带上，该带内矿产丰富，是我国重要的铅锌铁铜多金属成矿带之一。成矿带位于柴达木盆地南缘，所处大地构造分区跨越了祁漫塔格北坡——夏日哈新元古代——早古生代岩浆弧代和祁漫塔格——都兰新元古代——早古生代缝合线，北邻柴达木中新生代后造山磨拉石前陆盆地，南与东昆仑中陆块相接。带内现发现的矿床有虎头崖铅锌矿床、牛苦头沟铅锌矿、四角羊沟铅锌矿床、野马泉铁锌多金属矿床、肯德可克铁锌矿床、尕林格铁矿床等。

2.矿区地质

矿区出露地层较简单，主要有：奥陶系滩间山群（OST），岩性主要为大理岩；石炭系缔敖苏组（Cd），为含生物碎屑的灰岩夹少量的大理岩。二叠系下统（P₁），岩性为白云质灰岩和沙质灰岩（见图1）。

矿区内整体构造骨架为一向斜，向斜核部为二叠系下（P₁），位于矿区中部，两翼地层石炭系缔敖苏组（Cd），分布于矿区中部两边。矿区内断裂发育，主要有近东西向，近南北向，北西向的三组。近东西向的断裂有F₁、F₇；近南北向的断裂有F₃；北西向的断裂有F₂、F₄、F₆。其中与矿体关系密切的F₁断层为一正断层，呈近东西向展布于矿区北部，断裂破碎带中见角砾岩，硅化、褐铁矿化明显，在矿区内有被明显的后期断层错断的特点。它对矿区的成岩、成矿具有控制作用。

矿区内岩浆活动强烈，且规模较大，主要有印支期花岗闪长岩体（γδ₅^1b）和一些晚期辉绿岩脉（βμ）分布。花岗闪长岩体从奥陶系一直侵入至二叠系下统地层中，岩石呈灰白色，粗粒花岗结构，块状构造，主要由石英、斜长石、角闪石及少量白云母等矿物组成。

3.矿体特征

3.1 矿体的形态、规模和产状

矿区内矿体主要产于岩体与地层接触的两条矽卡岩带（图1中Ⅰ、Ⅱ）中。Ⅰ号矽卡岩带则总体走向为230°～250°，局部发生转折变为近南北向；Ⅱ号矽卡岩带的走向为210。带内由透辉石矽卡岩、透闪石矽卡岩、石榴子石矽卡岩和大理岩组成。Ⅰ号带中发育6条矿体，Ⅱ号带内发育3条矿体。矿体多赋存于岩体与地层接触带的矽卡岩中及其附近，矿体的形态多呈似层状、豆荚状，走向与矽卡岩带走向一致，产状较陡，倾角多在60～80°之间。

3.2 矿石特征

矿床主要矿石矿物为闪锌矿、方铅矿、黄铁矿，次为磁铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿等，少量的孔雀石、褐铁矿、赤铁矿等。脉石矿物有透辉石、阳起石、绿帘石、绿泥石、绢云母、石英、长石、方解石等。闪锌矿呈它形不规则粒状与方铅矿共生，呈共结边结构，可与黄铜矿构成固溶体分离结构，分被后期的黄铁矿所交代。方铅矿多呈它形一半自形粒状与闪锌矿共生，局部可见方铅矿被闪锌矿包围。黄铁矿呈自形一半自形中粗粒，黄铁矿为两个不同阶段的产物，晚期的黄铁矿交代闪锌矿和方铅矿，早期的黄铁矿被闪锌矿交代，残留不规则的黄铁矿；黄铜矿被晚期的黄铁矿和针铁矿所交代。赤铁矿与磁铁矿一起产出，局部呈鳞片状集合体呈镜铁矿。孔雀石、褐铁矿等表生矿物多为后期遭氧化生成。

3.3 成矿期、成矿阶段

根据矿区内矿石矿物组合、结构构造特征及相互穿插关系，结合区域构造演化过程，矿床可以划分为三个成矿期：矽卡岩期、石英硫化物期、表生期，成矿期又划分出不同的成矿阶段。

A.矽卡岩期

主要为西北部的花岗闪长岩小岩株与灰岩接触，交代变质，发生矽卡岩化。根据岩石的矿物组成，结构构造，该期又分为三个阶段。

（1）早期矽卡岩阶段：主要矿物为透辉石和石榴子石，无硫化物沉淀。

（2）晚期矽卡岩阶段：矿物组合主要为透闪石、阳起石、绿帘石，矿石矿物主要为磁铁矿和少量赤铁矿。

（3）氧化物阶段：该阶段形成的矿物有斜长石，少量的石英，矿石矿物主要有磁黄铁矿。

B.石英硫化物期

这一期形成大量的石英和方解石，并有大量的金属硫

化物形成。它又可以分为两个阶段：

（1）早期硫化物阶段：这一阶段形成的脉石矿物有绿泥石、绿帘石、碳酸盐。金属矿物主要为黄铁矿。

（2）晚期硫化物阶段：本阶段为金属硫化物的主要形成阶段，主要有方铅矿、闪锌矿、黄铁矿和黄铜矿。

C.表生期

表生期以氧化作用为主，形成氧化矿石，以出现孑L雀石、针铁矿为特征。

4.样品采集及研究方法

本次用于包裹体研究的样品采自于四角羊沟矿区坑道内不同位置的矿体，室内将这些样品制备成包裹体片进行研究。在包裹体发育的9件样品中开展流体包裹体相学研究和显微测温。研究时将样品磨制成厚度0.06-0.1mm的双面抛光薄片，然后在透反射显微镜下观察样品的岩相、矿相及包裹体特征，在野外观察的基础上，进一步划分成矿期次，确定显微冷热台测温的对象。流体包裹体显微测温T作在中南大学有色金属成矿预测教育部重点

实验室完成，仪器采用英国产Linkam THMSG600型冷热台。测温时，仪器的使用温度为196-600℃。在30～600℃温度范围内精度为±1℃，在-196～30%范围内时，精度为±0.1℃。设置的温度变化速率一般为10℃/min，在相变点温度附近，温度变化速率根据需要设置为0.1～1℃/min。

通过显微冷热台测定了水溶液包裹体的冻结温度Tf、冰的初始熔化温度Ti（ice）、冰的最终熔化温度Tm（ice）、气液均一温度Th。利用BROWN的FLINCOR计算机程序计算出流体包裹体的盐度和压力等参数。

矿物群体包裹体成分分析样品分别选择型矿体中的方解石和石英单矿物。利用双目镜挑选单矿物，纯度达到98%以上，交中南大学有色金属成矿预测教育部重点实验室通过专用仪器测定其中离子组分和气相组分的含量。液相成分测试仪器为美国Dionen公司出产的DX-120 Ion Chro-matograph型离子色谱，气相成分测试仪器为美国Varian公司出产的Varian 3400型气相色谱仪。

5.包裹体特征及测试结果

5.1 包裹体岩相学特征

包裹体岩相学研究表明，四角羊沟矿区内样品的石英、方解石和闪锌矿中均发育丰富的流体包裹体。在室温下的相态特征，矿物中的包裹体均为气液两相水溶液包裹体，由盐水溶液和气泡两相构成，形态多样，主要有不规则状及较规则的圆形、椭圆形、四边形和长条形等，大小在5-48μm。按照包裹体中的气泡所占体积的比例可将包裹体分为两个亚类：a型（富液相水溶液包裹体）（见图2A、B、C）和b型（富气相水溶液包裹体）（见图2D）。a型包裹体的气相体积分数在10%-55%之间，大部分为200/0～40%，加热后均一为水溶液相.b型包裹体的气相体积分数>55%，加热后均一到气相。

5.2 群体包裹体成分分析

5.3 流体包裹体显微测温结果

本次研究对象为早期硫化物阶段和晚期硫化物阶段的样品9件，共测试了140个流体包裹体，主矿物分别为石英、方解石和闪锌矿。显微冷热台测温结果计算得参数见表3。按照不同成矿阶段统计的均一温度见图3及盐度直方图见图4，均一温度与盐度关系见散点图5。

5.3.1 均一温度

包裹体测温结果表明，包裹体的气液均一温度的范围在151-411℃，平均为263℃，其中大多为a型包裹体，b型包裹体很少，b型包裹体均一温度在167-411℃，均一为气相。总体来看，样品中的包裹体均一温度主要集中在190-340℃之间。早期硫化物阶段的流体包裹体的均一温度为209～411℃，平均均一温度为307℃，晚期硫化物阶段的均一温度范围在151-396℃，平均为243℃。

5.3.2 盐度

包裹体测温结果表明，根据Hall等（1988）提出的H₂O-NaCl体系盐度一冰点公式换算成对应的盐度（质量分数，NaCl equiv，下同），矿区包裹体盐度介于0.18～11.46%之间，平均盐度为4.39%；早期硫化物阶段的流体包裹体的盐度范围为3.06～11.46%，平均盐度为7.29%，晚期硫化物阶段的盐度在0.18～6.30%之间，平均盐度为2.33%。

6.讨论

6.1 成矿温度

铅、锌矿主要产于晚期硫化物阶段，根据包裹体测温结果，晚期硫化物阶段的均一温度为151～396℃，主要集中在151～270℃，属于中低温环境。

6.2 成矿流体成分和盐度

成矿流体中Na⁺/K⁺可作为判别流体成因的参数，由表5可知Na⁺/K⁺的比值为1.267～30.868，变化范围较大，由此推测流体的来源较复杂。

由包裹体测试结果可知，四角羊沟矿床石英和方解石中的流体盐度为中低盐度，据前人研究矽卡岩矿床的退变质阶段盐度可低至2.5%～10.5%（Meinert LD，1992），本文的测试结果符合这一特征。且随温度下降，包裹体的盐度有下降趋势（图7），指示出成矿晚期围岩地层的高Ca流体的加入，并逐渐占据主导地位，致使成矿流体温度和盐度同时降低。这种高Ca流体的晚期混入作用在国内外许多矽卡岩型矿床中均有发现，可能为多数钙矽卡岩型矿床的共同属性。

6.3 成矿流体的来源与矿床成因

前人通过对四角羊沟矿床S、Pb同位素的研究表明（徐国端，2010），矿区硫化物的铅同位素参数落在上地壳与地幔以岩浆作用方式混合的俯冲铅范围内，硫主要与成矿岩体有关。硫和铅同位素的数据都表明四角羊沟矿区成矿物质主要来源于深源岩浆区。携带成矿金属元素Ph、Zn、Cu、Fe的流体，流至接触带附近，由于构造裂隙的发育使其压力下降，并随着地层中高Ca低Na、K的流体和地表水的加入，使成矿流体的温度和盐度下降，均一温度由290～411℃，降至162～351℃，盐度由8.41～11.46%，降至0.53～7.73%的低盐度流体。流体携带金属元素运移能力下降，成矿物质开始沉淀富集，形成矿体。四角羊沟铅锌矿床发育典型的矽卡岩矿物组合（主要为透辉石+透闪石），且矿体多产于侵人体和围岩（大理岩）的接触带，显示了典型的矽卡岩型矿床特征。

7.结论

（1）四角羊沟铅锌矿体产于矽卡岩带中，矿床类型为矽卡岩型铅锌矿。矿床可以划分为三个成矿期：矽卡岩期、石英硫化物期、表生期。其中矽卡岩期可分为早期矽卡岩阶段、晚期矽卡岩阶段和氧化物阶段；石英硫化物期又可分为早期硫化物阶段和晚期硫化物阶段。

（2）四角羊沟矿区流体包裹体类型相对较简单，为水溶液两相包裹体。包裹体显微测温表明：早期硫化物阶段的包裹体均一温度范围在209～411℃之间，盐度介于3.06～11.46%之间，成矿压力在1.5～30.2MPa。晚期硫化物阶段的包裹体均一温度范围在151～396℃之间，盐度介于0.18～6.30%之间，成矿压力在0.5～28.8MPa。成矿深度约为0.5～1.1Km，为浅成环境。

（3）流体明有显随温度下降，盐度下降的趋势，显示流体有后期外来流体的混入，改变了成矿流体的成分和物理化学性质，有利于成矿物质的沉淀富集。