安徽铜陵焦冲金矿床成矿流体特征及成矿机制

张志辉，张 达，狄永军，李兴俭，阙朝阳，马先平，杜泽忠

1.中国地质调查局发展研究中心，北京 100037 2.国土资源部矿产勘查技术指导中心，北京 100120 3.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083 4.紫金矿业集团西北有限公司，乌鲁木齐 830026 5.铜陵紫金矿业有限公司，安徽 铜陵 244100



安徽铜陵焦冲金矿床成矿流体特征及成矿机制

张志辉1，2，3，张 达3，狄永军3，李兴俭3，阙朝阳4，马先平5，杜泽忠1，2

1.中国地质调查局发展研究中心，北京 100037 2.国土资源部矿产勘查技术指导中心，北京 100120 3.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083 4.紫金矿业集团西北有限公司，乌鲁木齐 830026 5.铜陵紫金矿业有限公司，安徽 铜陵 244100

安徽铜陵焦冲金矿床位于长江中下游铁铜金银铅锌成矿带铜陵矿集区内，矿体主要赋存在下二叠统栖霞组(P1q)灰岩中。根据野外地质特征及含矿组合，将矿床划分为3个成矿阶段：黄铁矿-石英阶段、石英-硫化物阶段和石英-方解石阶段。笔者对该矿床不同成矿阶段石英和方解石进行了详细的岩相学观察和显微测温研究。结果表明，该矿床的均一温度区间分别为410～440 ℃、320～350 ℃和260～320 ℃。显示早期的黄铁矿-石英阶段、石英-硫化物阶段,直到晚期的石英-方解石阶段均一温度呈现逐渐减低的趋势。根据公式计算矿床成矿深度约1.5 km，成矿压力400×105Pa。流体沸腾作用是金属硫化物大量沉淀的主要机制。

流体包裹体；成矿压力；焦冲金矿床;成矿流体;成矿机制;铜陵矿集区

0 引言

铜陵是位于我国长江中下游铁铜金银铅锌成矿带的一个重要矿集区，发育一大批矽卡岩型金多金属矿床，以铜官山、狮子山、新桥及凤凰山矿田为代表。长期以来许多地质工作者对该矿集区进行了深入的找矿勘查和科学研究工作，为在该区深部及外围找矿奠定了坚实的基础[1-8]。近年来，随着找矿突破战略行动的不断加强，前人通过勘查研究工作证实了矿集区中一些中小型矿床的深部和外围具有较好的找矿潜力，并且在某些矿床还发现了新的赋矿层位。位于铜陵矿集区的焦冲金矿床是这些中小型矿床的代表，张志辉等[9-10]曾在焦冲金矿床进行了部分研究工作，如对其成矿岩体、成矿物质来源做了深入探讨，但对流体包裹体以及成矿深度等内容还未开展深入探讨。成矿压力是深部找矿及成矿预测的重要参数，通过流体包裹体相关参数测试获取的捕获压力，经常被用来估算成矿压力和成矿深度[11-13]。为此，笔者通过对矿床不同成矿阶段流体包裹体的研究，确定了成矿流体的性质，并计算了矿床成矿深度和成矿压力，为本区域成矿规律总结及成矿机制的探讨提供了理论依据。

1 矿床地质特征

安徽铜陵焦冲金矿床位于扬子地块东北缘大别造山带与江南地块之间的下扬子褶皱带,大通--顺安复向斜[14-16](图1)。区内自志留系至第四系均有分布，发育有以浅海相、滨海相碎屑岩占优势的志留系、泥盆系，以碳酸盐岩为主的二叠系及下、中三叠统和其后的陆相碎屑岩及火山碎屑岩系，累计总厚度3 300余米。矿区出露地层主要有：南陵湖组(T2n)，岩性为淡灰--灰色薄层状灰岩，部分变质为灰白色大理岩；分水岭组(T2f)，岩性主要为灰--黑灰色薄--中厚层灰岩，局部夹中厚层鲕状灰岩，部分变质为大理岩；下三叠统塔山组(T1t)，其岩性主要为条带状灰岩及钙质页岩。区内构造较发育，褶皱构造主要为轴迹北东向的青山背斜。断裂构造仅见矿床南部F1逆断层，长约1 300 m，走向320°，倾向北东。断裂带内为胶结紧密的角砾岩。角砾成分与围岩相当，角砾大小不一，呈棱角状。胶结物通常为原岩碾碎物及泥钙质等，并常见微弱黄铁矿化及黄铜矿化。矿区岩浆活动较频繁，岩性主要为早白垩世花岗闪长斑岩和辉石二长闪长岩，并且矿体形态有围绕花岗闪长斑岩分布的特征[9]。

1.分水岭组；2.南陵湖组；3.塔山组；4.矽卡岩；5.矽卡岩夹角岩；6.角砾岩；7.闪长岩；8.花岗闪长斑岩；9.辉石二长闪长岩；10.断层；11.复式向斜；12.焦冲研究区;13.实测及推测地质界线；14.复式背斜。据文献[17]修改。图1 安徽铜陵焦冲矿区地质简图Fig.1 Simplified geological map of Jiaochong ore district

本矿区矿体受二叠纪栖霞组硅质层控制，其形态较为简单，剖面上呈层状-似层状产出，平面上呈透镜状，与围岩界线清楚，总体上呈侵入接触。矿体于26线厚大，向南西至27线逐渐收缩，向北东至21线尖灭再现，偶见分支现象。矿体总体走向145°，倾向南东，倾角一般为10°～30°，最大40°，最小仅6°或近于水平。矿体总体有围绕燕山期花岗闪长斑岩产出的特征(图2)。此外矿体在硅质层下。矿床矿石成分复杂，金属矿物成分主要为自然金，其次为银金矿和金银矿，其他金属矿物主要为黄铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿，其次为方铅矿、毒砂、黄铜矿、自然铋、辉铋矿等；脉石矿物以石英为主，其次为方解石，少量绿泥石、钾长石、绢云母、萤石等。对矿石结构构造、围岩蚀变及矿物共生组合特征进行研究，并根据镜下观察确定其矿物生成顺序早至晚为黄铁矿--黄铜矿--磁黄铁矿--闪锌矿。黄铜矿穿插闪锌矿，可能是黄铜矿成矿时间较长，先期成矿后，黄铜矿继续生成，后期又穿插于闪锌矿中。成矿阶段从早到晚可划分为3个阶段：早期黄铁矿-石英阶段；中期石英-硫化物阶段；晚期石英-方解石阶段。

图2 铜陵地区焦冲金矿床水平投影图Fig.2 Horizontal projection drawing of Jiaochong Au-S ore deposit in Tongling area

2 样品及分析方法

用于流体包裹体分析的样品均采自安徽铜陵焦冲金矿床--391中段平硐和--420平硐原生含矿石英和含矿方解石。本次选用的样品可以代表各成矿阶段，并充分考虑矿体在空间上的纵向变化。用于本文流体包裹体分析的地质样品很好地代表了从早期黄铁矿-石英阶段、中期石英-硫化物阶段到晚期的石英-方解石阶段，本次共磨制34个包裹体片。测试工作是在中国地质大学(北京)地球化学教研室包裹体实验室完成。测试使用的仪器是英国产 Linkam THMS600 型冷热台；技术参数：测温范围-196～600 ℃，温度精度及稳定性：0.01 ℃；在加热冷冻过程中设置控温速率一般是20 ℃/min，相变点附近速率一般是1 ℃/min。

3 实验结果

3.1 包裹体岩相学特征

本次测试流体包裹体的寄主矿物主要为方解石和石英。

石英中的包裹体特征总体呈星散状随机分布，局部可见沿微裂隙排列的包裹体群。包裹体最小者<1 μm，最大者约28 μm，大多数为6～13 μm。包裹体形态较多样，有椭圆形、负晶形、不规则形和长条形等。包裹体类型主要以纯气相包裹体、气液两相水包裹体和CO2三相包裹体为主。其中CO2-H2O包裹体中气相填充度主要为5%～40%，CO2相呈双环状，形态多为近不规则状和椭圆形，并多见不规则形。气液两相包裹体的气相填充度为5%～90%，并且多数为5%～20%。

方解石包裹体中的原生包裹体形态多样，有椭圆形、不规则形及负晶形等。包裹体一般个体都较小，包裹体最小者<1 μm，最大者约25 μm，大多数5～10 μm。包裹体类型主要以气液两相盐水包裹体为主，并偶见纯气相包裹体。气液两相水包裹体的气液比为2%～80%，大多数为10%～30%(图3)。

A．石英中纯气相包裹体；B．石英中气液三相包裹体；C．方解石中富气相包裹体；D．方解石中气液两相包裹体；E． 石英中CO2-H2O包裹体；F．石英中近负晶形包裹体。图3 焦冲金矿床流体包裹体显微照片Fig.3 Microphotographs of fluid inclusions of Jiaochong Au-S deposit

3.2 流体包裹体均一温度

用于本次测试包裹体的主矿物为石英、方解石，其分别代表早期成矿阶段、主成矿阶段和成矿后期的流体特征。本文通过对样品中气液两相包裹体和CO2-H2O三相包裹体进行了均一法测温工作。测温结果见表1。

石英中包裹体的均一温度范围为205～455 ℃，平均值为351 ℃。从图4的均一温度直方图上看出，包裹体均一温度分为两个峰值区域410～440 ℃和320～350 ℃，反映了有两个成矿温度区间。由于石英是成矿期生成的矿物，因此这两个峰值温度区间就代表两个成矿期的成矿温度区间。后期方解石中的原生气液两相水包裹体均一温度变化范围较大，介于201～418 ℃，主要集中在260～320 ℃(图4)，平均值为290 ℃。

从均一温度直方图(图4)上看出，该矿床的3个成矿阶段的成矿温度区间分别为410～440 ℃、320～350 ℃和260～320 ℃，即从早期的黄铁矿-石英阶段、中期的石英-硫化物阶段到晚期的石英-方解石热液阶段。

3.3 流体包裹体盐度和密度

对各成矿阶段的代表性矿物中含CO2的三相包裹体和气液两相包裹体进行了冷冻法测温。

3.3.1 气液水包裹体

石英、方解石的气液两相包裹体冰点温度变化区间分别为-11.8～-1.2 ℃和-12.5～-0.9 ℃(表2)。根据Potter等[18]的公式计算了盐度:

S=0.00+1.78θ-0.044 2θ2+0.000 557θ3。

式中：S为盐度(%)；θ为冰点温度(℃)。

通过计算得出寄主矿物石英各样品的盐度平均值分别为9.82%、6.45%、10.64%、11.81%、16.03%、8.44%、7.95%、8.50%和2.55%；方解石的盐度分别为7.45%、3.66%、3.81%、4.97%、6.69%和4.65%。石英和方解石中的盐度范围分别为1.57%～16.62 %和2.24%～8.68%(表2)，平均值分别为9.49 %和4.70%。

图4 焦冲金矿包裹体均一温度综合直方图Fig.4 Homogenization temperature histogram of the fluid inclusions in Jiaochong Au-S deposit

图5 研究区石英中含CO2三相包体盐度频数直方图Fig.5 Frequency histogram of salinity from CO2 three-phase inclusions in quartz

Table 1 Homogenization temperature from different mineralizated inclusions

寄主矿物样品编号均一温度/℃石英J2-1398～435(8)石英J2-3279～388(8)石英J2-4287(1)石英J2-5271～322(6)石英J26-1298～345(5)石英J26-3332～446(8)石英J26-4342～428(6)石英J3-9298～455(7)石英J2-8236～311(6)石英J27-1271～342(6)石英J3-7205～292(7)石英J3-8301～416(13)方解石J2-6354～418(5)方解石J26-2263～315(18)方解石J7-1201～334(16)方解石J3-7238～318(5)方解石J27-6276～319(10)方解石J2-10212～356(16)

注：括号中数值为测定的包裹体数。

3.3.2 CO2-H2O包裹体

石英中的含CO2包裹体在冷冻到-67.9～-57.4 ℃时出现CO2三相点，低于纯CO2三相点温度(-56.6 ℃)。获得CO2笼形物的融化温度为6.2～9.6 ℃(表3)，从笼形物融化温度得出的盐度频数直方图(图5)上可知，石英中的含CO2包裹体的盐度主要为2.0%～3.0% 和4.0%～5.0%。根据CO2笼形物熔化温度和盐度关系表查得CO2-H2O包裹体的盐度范围为0.83%～7.05%，平均值为3.89%(表3)。CO2气液两相部分均一到气相或液相，CO2的部分均一温度为9.1～31.3 ℃。

表2 研究区不同成矿阶段包裹体盐度计算结果

Table 2 Inclusion salinity calculation result from different ore-forming stage

寄主矿物样品编号冰点温度/℃w(NaCl)/%范围平均值石英J2-1-8.2～-4.3(6)6.88.2～11.93(6)9.82石英J2-3-4.3～-3.4(6)5.56～6.88(6)6.45石英J2-5-8.2～-6.1(2)9.34～11.93(2)10.64石英J26-1-8.7～-7.8(5)11.46～12.51(5)11.81石英J26-3-12.7～-11.4(7)15.37～16.62(7)16.03石英J26-4-3.2～-6.3(5)5.26～9.60(5)8.44石英J3-9-3.6～-7.0(8)5.86～10.49(8)7.95石英J27-1-4.2～-6.4(5)6.74～9.73(5)8.50石英J2-8-3.2～-6.3(3)1.57～4.34(3)2.55方解石J2-6-4.7(1)7.45(1)7.45方解石J26-2-3.1～-1.3(10)2.24～5.11(10)3.66方解石J27-6-2.8～-1.8(6)3.06～4.65(6)3.81方解石J2-10-4.4～-1.9(8)3.23～7.02(8)4.97方解石J3-7-5.6～-2.6(6)4.34～8.68(6)6.69方解石J7-1-4.5～-1.9(8)3.23～7.17(8)4.65

注：括号中数值为测定的包裹体数。

表3 研究区石英中CO2-H2O包裹体的盐度

NaCl-H2O溶液包裹体的密度[19-20]如下式：

式中：ρ1为盐水溶液密度(g/cm3)；t为均一温度(℃)；A、B、C为盐度的函数：

A=A0+A1w+A2w2，

B=B0+B1w+B2w2，

C=C0+C1w+C2w2。

w为盐度(%)；A0、A1、A2、B0、B1、B2、C0、C1、C2为无量纲参数，其数值分别如下：

A0=0.993 531， A1=8.721 47×10-3，

A2=-2.439 75×10-5；

B0=7.116 52×10-5， B1=-5.220 8×10-5，

B2=1.266 56×10-6；

C0=-3.499 7×10-6， C1=2.121 24×10-7，

C2=-4.523 18×10-9。

以上参数适用范围：均一温度≤500 ℃；盐度≤30%。

把气液水包裹体的盐度和均一温度代入上述公式，计算出石英-硫化物阶段和石英-方解石阶段的密度分别为0.54～0.85 g/cm3、0.60～0.81 g/cm3，显示该矿床成矿流体是低密度的流体。

从密度和盐度关系图(图6)上看出，从早期到晚期成矿流体的盐度和温度呈现降低的趋势，而密度变化没有明显的规律。

图6 研究区气液水包裹体的密度-盐度-温度关系图Fig.6 Gas-Liquid density-salinity of water inclusion-temperature diagram

3.4 包裹体压力、成矿深度

笔者应用的是邵洁涟[21]成矿压力的经验公式：

p1=p0T1/T0;

p0=219+26.20N ;

T0=374+920N ;

H1=p1/(300×105) 。

式中：T0为初始温度(℃)；p0为初始压力(105Pa)；T1为成矿实际温度(℃)；p1为成矿压力(105Pa)；H1为成矿深度(km)；N为成矿流体盐度(%)。

通过计算得到成矿主压力值为400×105Pa，压力区间为(280～640)×105Pa；根据公式可以求得主成矿深度为1.5 km，成矿深度区间为0.95～2.15 km。

4 讨论

4.1 流体演化特征

从成矿早期到晚期，由早期的高温黄铁矿-石英阶段到主成矿期石英-硫化物阶段到晚期的石英-方解石阶段，流体包裹体均一温度分别为410～440 ℃、320～350 ℃、260～320 ℃，温度呈现逐渐降低的趋势。成矿早期到晚期气液两相包裹体的盐度分别为1.57%～16.62%和 2.24%～8.68%， 平均值

分别为9.49%和4.70%，成矿流体的盐度表现为逐渐降低的趋势。石英-硫化物阶段和石英-方解石阶段的密度分别为0.54～0.85 g/cm3、0.60～0.81 g/cm3，成矿流体为中高温、低盐度和低密度的流体。

4.2 流体不混溶(沸腾)

1)在石英中可以见到一些气液水包裹体的充填度变化很大，同一期次包裹体可见到填充度>50%和填充度20%的气液两相包裹体共存。

2)石英中可以见到同一视域中的CO2-H2O包裹体和盐水包裹体共生，并是同一期次形成的，且均一温度较接近。这说明当时CO2-H2O体系不混溶， 并且形成了以CO2为主的气相和盐水溶液相(H2O-NaCl)。

上述特征表明，主成矿阶段(即石英-硫化物阶段)流体演化过程是成矿物质大量沉淀的阶段，流体沸腾可能是导致成矿物质沉淀的关键因素。

4.3 成矿机制

常见的不混溶成矿机理: 1)H2O-NaCl体系在一定条件下发生不混溶形成两种不同的流体，即水的低密度蒸气相和高盐度盐水溶液相(H2O-NaCl)。浅成热液金矿大多由这种机制形成。2)H2O-CO2体系不混溶，形成以CO2为主的气相和盐水溶液相(H2O-NaCl)[22]。从包裹体的岩相学特征和测温数据分析得知，该矿可能属于第二种成矿机理即流体中的相分离是控制成矿元素沉淀的重要机制。它与因CO2从流体分离导致的流体pH值的增高密切相关[23]，流体的相分离被认为是一重要的成矿机制。

从成矿流体的角度分析，该矿床在流体演化的过程中，随着温度和压力的不断降低，使原先组分相对均一的流体发生不混溶(沸腾)，导致流体中的挥发分(H2O、CO2等)大量逸失，破坏了原有体系的化学平衡，流体中携带的成矿物质因物理化学条件改变而沉淀，导致金属物质沉淀富集形成矿床。可见，本矿床中流体的不混溶(沸腾)可能是促使金铜等矿质大量沉淀的主要原因。

5 结论

1)焦冲金矿床流体包裹体研究结果显示：石英中包裹体均一温度范围为205～455 ℃，平均值为351 ℃；石英和方解石中的盐度范围分别为1.57%～16.62%和2.24%～8.68% ，平均值分别为9.49%和4.70%；成矿主压力值为400×105Pa，压力区间为(280～640)×105Pa。根据公式可以求得主成矿深度为1.5 km，成矿深度区间为0.95～2.15 km。

2)流体包裹体测试温度数据集中在3个区间：410～440 ℃、320～350 ℃和260～320 ℃。它们分别代表热液初始温度、主成矿期温度和矿床成矿温度下限。在构造活动引起成矿流体的迁移过程中，成矿流体在交代、淋滤围岩的同时，成矿流体的成分及性质也发生变化。

3)流体沸腾可能是导致成矿的关键因素。

中国地质大学(北京)流体包裹体实验室刘丽老师、巩小栋博士和张明超博士对笔者进行了热情指导和帮助,在此表示衷心的感谢。

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Characteristics of Fluid Inclusions and Primary Metallogenic Mechanism of Jiaochong Au-S Deposit in Tongling Area, Anhui

Zhang Zhihui1,2,3, Zhang Da3,Di Yongjun3, Li Xingjian3，Que Chaoyang4, Ma Xianping5, Du Zezhong1,2

1.ResearchandDevelopmentCenter,ChinaGeologicalSurvey,Beijing100037,China2.MineralExplorationandTechnicalGuidanceCenter，MinistryofLandandResources,Beijing100120，China3.SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China4.ZijinMiningGroupNorthwestCo.Ltd.,Urumqi830026,China5.TonglingZijinMiningLtd.,Tongling244100,Anhui，China

Jiaochong Au-S deposit is located in Tongling ore concentration area which is in the middle and lower reach of Yangtze River. The ore bodies are mainly existed in the limestone of Qixia Group in Early Permian. According to the research of the field geological characteristics and ore composition, Jiaochong ore was fromed in the three phases: early quartz stage, middle quartz-sulfide stage, and late calcite stage. Through the detailed petrographic observation and microscopic measurement to the quartz and calcite of different ore-forming stages, the fluid homogenization temperatures fall into the three scopes: 410-440 ℃, 320-350 ℃, and 260-320 ℃ correspondingly, showing a downward trend from the early quartz stage to the late calcite stage. According to the formula calculation, the metallogenic depth is about 1.5 km; and the mineralization pressure is 400×105Pa. Fluid boiling action was the main mechanism of metal sulfides precipitation. Trapping pressures of fluid inclusion are used to estimate the ore-forming pressure and depths, so as to provide a theoretical basis for deep prospecting prediction.

fluid inclusion; ore-forming pressure; Jiaochong gold deposits;ore-forming fluid；metallogenetic mechanism；Tongling ore concentration area

10.13278/j.cnki.jjuese.201506109.

2015-03-01

中国地质调查局老矿山技术创新与示范项目(1212011220737)；安徽铜陵焦冲金(硫)多金属矿及蛤蟆岭金矿成因及成矿预测研究项目

张志辉(1980--)，男，博士研究生，主要从事矿床学和和矿产勘查学等方面的研究工作，E-mail:zzh1102114@126.com

张达(1967--)，男，教授，博士生导师，主要从事区域成矿学研究，E-mail:zhangda@cugb.edu.cn。

10.13278/j.cnki.jjuese.201506109

P611;P618.2

A

张志辉，张达，狄永军，等. 安徽铜陵焦冲金矿床成矿流体特征及成矿机制.吉林大学学报:地球科学版,2015,45(6):1657-1666.

Zhang Zhihui, Zhang Da,Di Yongjun,et al.Characteristics of Fluid Inclusions and Primary Metallogenic Mechanism of Jiaochong Au-S Deposit in Tongling Area, Anhui.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(6):1657-1666.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201506109.