青海东昆仑德里特萤石矿成因探讨：来自流体包裹体和稳定同位素的证据

王焕鑫，孙丰月 ，张涛，闫佳铭 ，刘承先

1.吉林大学 地球科学学院，长春 130061；2.青岛地质工程勘察院，山东 青岛 266100

0 引言

东昆仑造山带位于青藏高原东北部，中央造山系西段[1]。区内具有多条东西向深大断裂，动力学演化过程复杂，岩浆活动频繁，具有良好的成矿条件，成矿潜力较大。2017年青海省有色第三地质勘查院完成了“青海省都兰县德里特地区1∶2.5万地区化学测量”。随着勘查找矿工作的深入，在异常区地表发现大量萤石，2019年青海省有色第三地质勘查院承担了“青海省都兰县德里特地区多金属矿预查项目”，随着项目的进展，在蚀变带内圈定了多条萤石矿体及铅和萤石复合矿体。由于该矿点是新发现矿点，尚处于预查阶段，前人未对此进行过研究，研究程度很低。因此，本文通过对德里特萤石矿野外地质特征、流体包裹体及稳定同位素进行研究，讨论成矿物质和流体来源、性质及成矿的物理化学条件，对矿床成因进行探讨。该研究不但丰富了德里特萤石矿的基础地质资料，也为成矿物质和流体性质、来源以及成矿物理化学条件提供一定的启示，同时为确定矿床成因类型提供理论支持，也为研究区进一步找矿工作提供了依据。

1 地质概况

1.1 区域地质

东昆仑造山带位于青藏高原东北部，大地构造位置处于柴达木地块以南，巴颜喀拉构造带以北，被昆北断裂和昆中断裂分为昆北加里东弧后裂陷带、昆中基底隆起花岗岩带和昆南复合拼贴带三个东西向构造单元[2--3]。研究区大地构造位置地处东昆仑造山带内的昆南复合拼贴带(图1a)，处在雪峰山—布尔汗布达山华力西—印支期铜、钴、金、玉石(稀有、稀土)成矿带[4]。区域地层出露南北差距较大，昆南断裂以北以下元古界金水口群为主要结晶基底，昆南断裂以南为以万宝沟大洋玄武岩为主组成的褶皱基底[5]。时间跨度上，昆南复合拼贴带从下元古界至新生代均有地层出露，如下元古界苦海杂岩，中--上元古界万宝沟群，早古生代纳赤台群，晚古生代哈拉郭勒组、浩特洛哇组和布青山群，中生代洪水川组、闹仓坚沟组和八宝山组，以及新生代的砂岩等。区域构造主要为断裂构造，多为深大断裂，压性或压扭性断裂为主，昆北、昆中及昆南是三条最重要的区域断裂，均为近EW向平行展布。区域岩浆岩活动非常强烈，岩浆岩广泛发育，多沿断裂分布，加里东期、海西期、印支期是侵入岩形成的主要时期。区域金、银、铜、铅、锌等金属矿产分布较多，如三岔沟金多金属矿、各玛龙铅锌矿等，但萤石等非金属矿产较少，故该地萤石矿具有较高的研究价值。

1.2 矿区地质

研究区地层出露简单，主要有中--晚元古界万保沟群(Pt2-3w)，奥陶—志留世纳赤台群(OSN)，石炭统哈拉郭勒组(C1hl)与浩特洛洼组(C2ht)，三叠纪八宝山组(T3b)及第四系(Q)[6](图1b)。其中万保沟群(Pt2-3w)分布在预查区中南部，出露面积最大，总体走向呈NWW或近EW向，岩性主要为灰绿色蚀变玄武岩、绿泥片岩、绿泥石英片岩、绢云母绿泥片岩以及角闪片岩；纳赤台群(OSN)分布于研究区中北部，为一套浅--半深海相碎屑岩、基性火山岩以及碳酸盐岩沉积组合，其岩性主要为灰岩、石英砂岩、流纹岩和安山岩；哈拉郭勒组(C1hl)、浩特洛洼组(C2ht)主要分布于研究区北东部及西南部，零星出露；八宝山组(T3b)主要分布于研究区北东部，与侵入岩和下伏石炭纪地层呈不整合或断层接触，为一套碎屑岩与火山岩的岩石组合序列，岩性主要为灰色、灰绿色岩屑砂岩、砾岩夹粉砂岩以及产植物化石；第四系(Q)则主要为一套砂砾石层及黏土。

研究区构造发育，受区域大地构造影响，主要发育NWW向、NW向及近EW向构造。其中，NWW向与NW向构造为控矿构造，控制着研究区内矿化蚀变带的产出。如出露在研究区北部的主断裂F1(图1b)，横贯全区，为区域断裂的一部分，长16 km，走向：西段为290°～300°，东段为100°～280°，是一高角度逆断层，断层面倾向南，倾角50°～67°，为压扭性断层。断裂破碎蚀变带宽约25～100 m，沿带有后期含矿石英脉充填，研究区内萤石矿体产于该断裂带北侧的次级构造中。研究区岩浆岩较为发育，主要为加里东期—印支期酸性侵入岩，包括二长花岗岩、钾长花岗岩、花岗斑岩以及零星分布的中酸性岩脉等。

1.泥盆系中粗粒钾长花岗岩；2.三叠系中细粒二长花岗岩；3.泥盆系中粗粒二长花岗岩；4.中新元古界万宝沟群；5.三叠系中细粒钾长花岗岩；6.中酸性岩脉；7.矿化点；8.矿点(采样点)；9.奥陶系中细粒黑云母石英二长岩；10.更新统砂砾石层；11.泥盆系中细粒二长花岗岩；12.石炭系浩特洛洼组；13.全新统砂卵石、砾石；14.石炭系哈拉郭勒组；15.断层。图1 德里特矿区大地构造位置示意图(a)和地质简图(b)[6]Fig.1 Schematic diagram (a) and geological diagram(b) of geotectonic location of Delite mining area

1.3 矿床地质

通过开展异常查证工作，目前德里特研究区共发现5条含矿蚀变带，圈定了8条萤石矿体以及3条铅和萤石复合矿体。其中Ⅰ号含矿蚀变带规模巨大，呈NWW向，倾向南，可见褐铁矿化、黄铁矿化、方铅矿化、萤石化、硅化、绿泥石化、孔雀石化与高岭土化等，为区内重要的含矿蚀变带。萤石矿体、铅和萤石复合矿体在该蚀变带内均有产出，萤石矿体的厚度在0.49～10.5 m之间，品位31.16%～66.34%，铅和萤石复合矿体厚度为3.26～6.79 m, CaF2品位15.17%～43.95%，铅品位1.42%～8.97%。

研究区内发育矿石矿物主要为萤石、方铅矿、闪锌矿、黄铁矿及黄铜矿等，脉石矿物有石英、方解石、高岭石、绿泥石、绢云母以及长石等，矿石结构主要为自形--半自形粒状结构、他形粒状结构、交代结构等，矿石构造主要为脉状构造及块状构造(图2c)。其中萤石颜色主要为紫色(图2a)，结构以半自形--他形粒状结构为主，构造以块状(图2a)或脉状(图2b)构造，镜下观察到的萤石呈不规则粒状(图2f)，均质体，单偏光下可看到两组节理。

本区热液活动广泛，导致区内岩浆岩中的热液蚀变较强，主要是一套低温热液蚀变矿物组合，发育有硅化、高岭土化、绿泥石化和碳酸盐化等(图2g、h、i)，其中最普遍的蚀变类型为高岭土化和硅化(图2g、h)，图中原岩特征已难以识别。

根据野外调研及室内岩矿综合鉴定，将研究区成矿作用分为2个阶段，石英--硫化物阶段和石英--萤石阶段，其中石英--硫化物阶段主要形成方铅矿、闪锌矿及黄铁矿等，石英--萤石阶段则主要形成萤石。

a.块状萤石；b.脉状萤石；c.块状方铅矿；d.自形--半自形粒状结构的黄铁矿及方铅矿；e.他形粒状结构黄铁矿,闪锌矿交代方铅矿；f.萤石显微照片(+)g.高岭土化；h.硅化；i.绿泥石化；Fl.萤石；Q.石英；Gn.方铅矿；Sp.闪锌矿；Py.黄铁矿。图2 德里特萤石矿手标本及镜下照片Fig.2 Hand specimens and microscope photos from Delite fluorite mine

2 样品采集和分析方法

流体包裹体研究样品采集石英--硫化物阶段和石英--萤石阶段样品各3块，均采自研究区探槽的新鲜面(图1)，选择样品时挑选萤石颜色深浅有差异的样品，确保测试结果具有代表性。将采集的样品在室内磨制成厚度为0.2～0.3 mm的包裹体测温片8件，其中石英--硫化物阶段4件，石英--萤石阶段4件，用丙酮浸泡3～4 h后，清水洗净晾干用以包裹体研究。包裹体测温工作在吉林大学地球科学学院地质流体实验室进行，实验仪器为LinKam THMS--600 型冷热台。在-100～25℃范围内，仪器的测试误差为±0.1 ℃；在25～600℃范围内，仪器的测试误差为±1℃。

硫同位素样品采自探槽中石英--硫化物阶段的石英脉，选取其中的黄铁矿单矿物进行硫同位素分析，测试工作北京科荟测试技术有限公司进行，仪器设备为美国Thermo Fisher 公司的253plus、Flash EA 元素分析仪和Conflo IV 多用途接口，采用V2O5法进行测试，国际标准物质的测试误差为±0.2×10-3。

氢、氧同位素样品采自探槽中矿石，为保证测试结果具有代表性，选择不同探槽的样品各3块，分别选取石英--硫化物阶段的石英以及石英--萤石阶段的萤石单矿物进行氢、氧同位素分析，单矿物粒度为40～60目，分析测试工作在北京锆年领航科技有限公司完成，氢、氧同位素实验测试仪器为MAT--253型质谱仪。氢同位素分析是把单矿物烘烤干燥后，将样品放入到高温裂解炉中，使得矿物包体水发生裂解释放出H2，将生成的H2通入MAT--253型质谱仪中，进而测定H2的同位素比值δD，标准样品的仪器测试误差为±1×10-3；氧同位素分析方法采用BrF5法，标准样品的仪器测试误差为±0.2×10-3。

3 测试结果

3.1 流体包裹体

3.1.1 流体包裹体的类型及其特征

本次研究对德里特萤石矿的石英--硫化物阶段和石英--萤石阶段中的包裹体进行测温分析，在室温(25℃)时进行镜下观察，发现包裹体的相态单一，仅观测到气液两相包裹体，具体特征为：

石英--硫化物阶段(图3a、b):包裹体由液相水(LH2O)和气相水(VH2O)组成，具有数量多、个体小、多成群成排分布的特点，气相比低于50%，大部分集中在10%～25%，包裹体粒径最大为12 μm ，最小为2 μm ，大部分集中在2～8 μm，形态多为椭圆形或长条形，气液相界线较清晰。

石英--萤石阶段(图3c、d):包裹体由液相水(LH2O)和气相水(VH2O)组成，个体较大，分布密集，部分呈孤立状分布，部分成群成带分布，气相比低于 50%，大部分集中在10%～20%，包裹体粒径最大为24 μm ，最小为2 μm ，大部分集中在4～12 μm，形态多为椭圆形、长条形以及方形等不规则状，气液相界线较清晰。

a、b.石英--硫化物阶段；c、d.石英--萤石阶段。图3 德里特流体包裹体显微照片Fig.3 Micrographs of Delite fluid inclusions

3.1.2 流体包裹体显微测温

本次实验共测试了石英--硫化物阶段气液两相包裹体数据31组，石英--萤石阶段的气液两相包裹体数据20组。测温过程中，观察到少部分次生包裹体沿矿物裂隙分布，笔者主要选择原生包裹体进行观测，这些原生包裹体多呈孤立状、部分成排分布，最终所观测的包裹体全部均一到液相。通过均一法和降温冷冻法得到包裹体冰点温度、均一温度，并通过换算得到包裹体盐度和密度等数据(表1)[7--8]。

表1 德里特萤石矿流体包裹体测温数据表Table 1 Temperature measurement data sheet of fluid inclusions in Delite fluorite mine

显微测温结果显示，石英--硫化物阶段气液两相均一温度分布在120～180℃，平均值为145.9℃，NaCleqv的质量分数集中在3.69%～9.07% ，均值为5.64%，密度集中在(0.930～0.991)g/cm3，均值为0.963 g/cm3；石英--萤石阶段气液两相均一温度集中在107～134℃，均值为119℃，NaCleqv的质量分数集中在0.18%～3.53%，均值为1.61%，密度集中在(0.941～0.972)g/cm3，均值为0.961 g/cm3。均一温度、密度和盐度分布直方图如图4所示。

图4 德里特萤石矿包裹体均一温度(a)、密度(b)和盐度(c)直方图Fig.4 Histogram of homogenization temperature(a), density(b) and salinity(c) of inclusions in Delite fluorite mine

3.2 稳定同位素特征

3.2.1 S同位素特征

对德里特研究区黄铜矿与黄铁矿的S同位素特征进行研究，由于该区硫化物组合比较简单，因而硫化物的δ34S值近似表征成矿流体的总硫同位素组成[9]。本次测得的3件样品的δ34S值在(6.30～9.59)×10-3之间，分布较为集中，平均值为8.19×10-3。

3.2.2 O--H同位素特征

对德里特研究区石英--硫化物阶段中的石英及

石英--萤石阶段中的萤石进行了O--H同位素测试，O--H同位素采用SMOW为标准，测试结果显示：石英--硫化物阶段δD值为(-57.4～-52.8)×10-3，δ18OSMOW值为(11.09～12.10)×10-3，成矿流体δ18OH2O值为(-4.8～-3.4)×10-3；石英--萤石阶段δD值为(-70.8～-65.6)×10-3，δ18OSMOW值为(-1.0～-0.8)×10-3，成矿流体δ18OH2O值为(-20.6～-19.3)×10-3(表2)。

表2 德里特萤石矿氢-氧同位素分析结果Table 2 H-O isotope analysis result of Delite fluorite mine

4 讨论

4.1 成矿压力和深度

根据德里特研究区包裹体类型及特征，流体包裹体均一时的气相饱和压力值根据 NaCl--H2O 体系T--W--ρ相图[10]投影(图5)求得，压力值主要处于1～5 bar区间范围内，其中石英--硫化物矿阶段流体包裹体成矿压力值为2～5 bar，即0.2～0.5 MPa，石英--萤石阶段中流体包裹体成矿压力值为1～3 bar，即0.1～0.3 MPa。

图5 德里特萤石矿 NaCl--H2O 体系 T--W--ρ投图[10]Fig.5 NaCl--H2O system T--W--ρ projection diagram of Delite fluorite mine

成矿深度计算采用断裂带流体垂直分段曲线分段拟合得到的压力和深度之间的非线性关系公式[11--12]：

流体压力<40 MPa 时，深度y=x/10(静水压力梯度)

流体压力>40 MPa <220 MPa时，深度y=0.086 8/(1/x+0.003 88)+2

流体压力>220 MPa <370 MPa时，深度y=11+e(x-221.95)/79.075

流体压力>370 MPa时，深度y=0.033 138 5x+4.198 98

式中：x为流体压力(MPa)；y为成矿深度(km)。

研究区包裹体成矿压力均<40 MPa，故可直接采用y=x/10进行计算，经计算，最小成矿深度为10～50 m，形成深度很浅。

4.2 成矿物质来源及流体特征

根据S同位素特征，δ34S值位于(6.30～9.59)×10-3之间，平均值为8.19×10-3，分布集中，表明硫化物的形成过程中，所处物理化学环境相对稳定。另外，δ34S值大于幔源岩浆的δ34S值((-5.0～+5.0)×10-3)，暗示幔源岩浆侵位时，可能有壳源组分的加入。

在δ18OH2O--δD图解中(图6)，石英--硫化物阶段的三个样品点落在大气降水与岩浆水间且靠近大气降水的部位，表明成矿流体主要由大气降水构成，存在部分岩浆水；而石英--萤石阶段的三个样品点落在大气降水线左侧，表明该阶段的成矿流体几乎全部由大气降水组成。综上，大气降水是德里特萤石矿主要成矿流体。对比德里特萤石矿与川东南重晶石--萤石矿及苏莫查干敖包萤石矿，三者δ18OH2O--δD图解具有共同特点，均为成矿作用早期，样品点投在大气降水线的右侧，成矿作用晚期，样品点投在大气降水线线上或者左侧。

图6 德里特萤石矿δD--δ18OH2O图解[13--16] Fig.6 Diagram of δD--δ18OH2O of Delite fluorite mine

4.3 矿床类型及成因探讨

依据前人对萤石矿的成因分类讨论，可将萤石矿分为沉积改造型、热液脉型和伴生型三大类，其中最主要是沉积改造型和热液脉型[17--18]。沉积改造型典型矿床如内蒙古苏查干敖包萤石矿[19]，矿体多具有顺层产出的特点，后经过各种地质作用的改造，矿体在构造活动强烈地带发生富集；热液脉型典型矿床如赣南兴国--宁都成矿带萤石矿床[20]，矿体内发育大量断裂，存在大量的裂隙和节理，这些断裂、裂隙和节理作为成矿热液流动的通道，充填了大量的长英质细脉，这些长英质细脉与围岩接触，发生萤石矿化。

综上，德里特地区萤石矿成矿流体均具有低温、低盐度与中密度特征，通过对成矿流体进行成矿压力与成矿深度的估算，认为具有成矿压力小、成矿深度浅的特征，且该矿受构造破碎带控制明显，围岩蚀变较强，细网脉较多，热液活动强烈，构造起主要的导矿作用，其中充填了大量萤石及石英细脉，符合热液脉型矿床的特点。因此，判断德里特地区萤石矿属浅成低温热液脉型矿床。

根据前人经验，成矿流体温度和压力发生变化[21]是萤石发生沉淀的重要原因。德里特研究区萤石矿成矿流体的主体是大气降水，且研究区成矿流体具有低温、低盐度的特点，在成矿过程中，可能由于不断加入大气降水使流体逐渐冷却，成矿流体温度和压力下降，进而使得萤石发生沉淀。

5 结论

(1)德里特萤石矿矿体赋存泥盆系二长花岗岩中，主要受NWW向与NW向断裂控制，研究区成矿作用分为2个阶段，石英--硫化物阶段和石英--萤石阶段。

(2)德里特萤石矿包裹体的相态单一，有气液两相包裹体一种类型。成矿阶段包裹体均一温度集中在107～180℃，NaCleqv的质量分数集中在0.18%～9.07%之间，密度集中在(0.930～0.991)g/cm3，属低温、低盐度与中密度的特征NaCl--H2O体系热液。

(3)S同位素显示幔源岩浆侵位时，可能有壳源组分的加入；H--O同位素研究说明，成矿流体主要为大气降水和少量的岩浆水，成矿压力为1～5 bar，最小成矿深度为10～50 m。

(4)综合野外地质特征、流体包裹体、H--O和S稳定同位素特征，认为德里特萤石矿属浅成低温热液脉型矿床。