江西大吉山钨矿成矿流体地球化学特征及其地质意义

仇登登

（广东省核工业地质局二九三大队，广东 广州 510800）

江西全南大吉山钨矿是我国著名的钨矿山之一，该矿已属于中等资源危机型矿山，对邻区的资源探察工作尤显迫切。通过综合研究矿区成矿流体包裹体地球化学特征，了解成矿压力、成矿温度以及成矿深度等条件，为区域和外围找矿提供很好的理论指导。

1 矿区概况

大吉山矿床位于划分扬子板块和华夏板块的钦州—钱塘结合带南东侧的罗宵褶皱带，早古生代后赣南粤北隆起带南部边缘，晚古生代凹陷过渡部位，中三叠世末粤北断陷一侧。矿区位于南岭东西向构造带东段中部，区域上东西向构造与北东向构造的复合部位（图1）。矿区出露地层包括泥盆系中、下统桂头群和下亚群砾岩、砂岩夹少量板岩；寒武系中、上统的一套浅海相沉积碎屑建造。矿区内岩浆岩主要有石英斑岩、闪长岩、黑云母花岗岩、二云母花岗岩、白云母碱长花岗岩。与成矿关系密切的岩浆岩主要是二云母花岗岩及白云母碱长花岗岩。矿区共发育矿脉113 条，其中工业矿脉103 条，分北、中、南三组，矿脉呈近东西向平行、密集、带状分布。矿脉由下到上宽度逐渐变细，密度逐渐变大，具有典型的赣南钨矿“五层楼”结构[1-4]。

图1 江西省全南县大吉山钨矿地质图

2 流体包裹体岩相学特征

为查明大吉山钨矿的成矿流体的温压地球化学特征，笔者在矿区系统地采集了流体包裹体样品。按照流体包裹体与主矿物的关系，将大吉山钨矿床石英脉中的包裹体分为原生、次生和假次生三类，流体包裹体中的物质有气态、液态、固态三种相态。芮宗瑶等[5]根据前人研究，提出赣南钨矿床共存在气液型、含CO2型、气体型和少量的含食盐子晶的多相包裹体等四类流体包裹体。通过镜下观察发现，大吉山钨矿床发育的流体包裹体主要是前三种。根据Roedder 和卢焕章等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，可将本次大吉山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)和纯液相CO2(Ⅲ型)包裹体三种类型。

3 流体气相组分特征

成矿流体包裹体气相组分测定结果显示，CO2占绝对优势，其他如CO、CH4和H2等含量甚微，可以认为大吉山钨矿成矿流体气相成分是以CO2为主，其他挥发分较次要，CO2在成矿过程中起着很大的作用。

4 成矿的物理化学条件

4.1 成矿压力成矿深度

根据流体包裹体的显微测温数据，使用徐文刚等编写的CO2-H2O 迭代计算程序，利用Ⅱ型包裹体对流体的压力进行计算得出大吉山钨矿成矿流体压力范围是75.6Mpa～93.1Mpa，平均压力81.4Mpa(表2)。按静岩压力计算公式P=hρg（ρ取2.65g/cm3），得出成矿深度范围2.91km～3.58km，平均深度为3.13km。

4.2 成矿温度

均一温度是在常压条件下测得的，不能代表成矿温度。用均一温度求成矿温度时要考虑压力的影响即：Tt=Th+ΔT。ΔT为压力对温度的校正值，本文校正采用Potter 所作的不同浓度的NaCl 溶液的均一温度与压力关系图。采用大吉山钨矿床平均压力81.4Mpa，得出Ⅰ型包裹体成矿温度比均一温度高出55～75℃，校正后的成矿温度介于160℃～450℃。

4.3 pH、Eh、fO2

4.3.1 氧逸度fO2

假设在成矿过程中，成矿流体中H2、O2、CO2、CO、CH4及H2O 与共存的液固相达到了化学平衡，则气相间存在下列三个基本的化学反应。

则可获得氧逸度fO2的计算公式为：

表1 大吉山钨矿石英、黑钨矿氢氧同位素组成

结果显示大吉山钨矿床lgfO2的范围是：-36.08～-20.84 平均值为-28.04，说明成矿流体具有较强的氧化性。

4.3.2 pH 的确定

根据拉曼光谱及气相色谱仪的测定可知，大吉山钨矿成矿流体常常捕获的是CO2-H2O-NaCl 成分的包裹体，假设在CO2-H2O-NaCl 体系中存在有H2O、H+、OH-、Na+、Cl-、NaCl、HCl、NaOH、HCO3-、H2CO3、CO32-等组分，并达到了总的质量平衡，根据Crerar 推导的CO2-H2O-NaCl 体系包裹体pH 计算公式，带入相关参数即可求得pH 值。最终得出大吉山钨矿成矿流体的pH 值范围为4.19～5.26，平均为4.73，属弱酸性。

4.3.3 Eh 的确定

利用Ryzhenko and Bryzgalin 推导出水溶液中氧化还原电位（Eh）计算公式：

Eh（V）=-9.921×10-5T[logfH2(bar)+2pH]

=-9.921×10-5T[1/2logK1-1/2logfO2+2pH]

水溶液Eh 值计算时，如果知道其中氢逸度(fH2)值，可应用式中前一部分计算Eh 值；如果知道其中氧逸度(fO2)可以应用式中后一部分计算Eh 值。大吉山钨矿床流体包裹体氧化还原电位Eh（V）范围为0.063～0.307V，平均为0.172V，说明成矿流体为氧化状态。

5 成矿流体来源—来自氢氧同位素的证据

笔者在本矿区用包裹体同位素的资料进一步了解该矿床的成因及地球化学特征，选择含钨石英脉中密切共生的石英及黑钨矿，进行包裹体氢氧同位素的研究。用天然水中氢同位素新还原法测定氢同位素，五氟化溴法测定矿物中的氧同位素值。后根据克莱顿和奥尼尔1972 年的平衡方程，利用矿物—水的氧同位素分馏系数与温度的关系式，将测得的氧同位素值和矿物包裹体均一温度代入关系式。大吉山4 个样品的温度取自流体包裹体均一温度峰值，经计算可得出包裹体水的氧同位素值。计算的δ18OH2O 值和石英中的流体包裹体水的δD 值代表了石英圈闭时成矿流体的氢、氧同位素组成。

测得石英氧同位素值（δ18OQ）为13.2‰，黑钨矿的为7.8～8.1‰，石英及黑钨矿中包裹体水的分别为-0.6、-1.2、-1.4、-1.5（‰），δ18OH2O 值相差不大。另外，用同样的样品还进行了包裹体水氢同位素的（δD）的测定，测定结果是在-106.8～-56.4（‰）之间，变化范围也不大。我们将石英包裹体水的氢氧同位素值列入下表，从表中可以看出石英包裹体水的氢氧同位素分别为δD=-106.8‰～-56.4‰；δ18O=-1.5‰～-0.6‰。

泰勒所确定的岩浆水范围，δ18O=7.0～9.5（‰）；δD=-80～-50（‰）。其中δD 与本矿区相近，δ18O 比本矿区高。从图2 可以看出赣南各矿床石英黑钨矿氢氧同位素投点均落在岩浆水和大气降水之间。其中，大吉山钨矿床矿液的氧同位素投点更靠近雨水线，明显向大气降水漂移，说明大吉山钨矿床成矿流体在演化过程中混入的大气降水不断增多。据前人对赣南地区钨矿床氢氧同位素的研究，很多矿区都存在这种现象。大吉山矿区，石英中包裹体水的δD=-73.5‰～-48.8‰，δ18OH2O=2.8‰～10.5‰，大多数点落在岩浆水范围内，也有少量靠近雨水线。说明成矿流体主要由岩浆水组成，后期受雨水影响加重。

图2 赣南钨矿床包裹体水δD-δ18OH2O 与岩浆水、大气降水关系

6 结论

（1）大吉山钨矿成矿流体的气相成分以CO2为主体，其他挥发分较次要，CO2在成矿过程中起着很大的作用。

（2）大吉山钨矿成矿流体压力范围为75.6Mpa～93.1Mpa，平均压力81.4Mpa。成矿深度范围为2.91km～3.58km，平均深度3.13km。

（3）fO2、pH、Eh 的计算结果表明，大吉山钨矿的成矿流体具有相对氧化、弱酸性的特征，这与以石英为主要脉石矿物，黑钨矿为主要矿石矿物的的矿物组合特征是吻合的。

（4）石英、黑钨矿中包裹体的氢氧同位素特征表明，大吉山钨矿成矿流体的主要来源为岩浆水，后期受雨水影响加剧。