流体包裹体在金属矿床研究中的进展

刘鑫宇

（成都理工大学地球科学学院，四川 成都 610059）

从分子尺度上的流体与岩石相互作用到全球的构造演化，流体在大多数地质过程中都扮演着重要的角色。由于在不同的地质环境中，矿物结晶过程中捕获的流体包裹体是认识流体最直接、最有效的古流体样品，因此它们可以更为有效地提供矿物形成时的温度、盐度、密度及压力等一系列有关矿物形成环境和地质作用的信息（Roedder，1984；卢焕章等，2000；卢焕章等，2004）。流体包裹体研究作为近些年国内外研究的热点之一，中外学者将其应用到矿床、沉积环境、油气藏、构造带等多个研究领域，目前我们国内对于流体包裹体的研究，无论是研究领域，还是研究深度上，都取得了很大的进展。随着近年来对流体包裹体的研究，应用于包裹体的研究方法也逐渐增多，并且在流体包裹体基本研究的基础上，与数学模拟、模式演化等手段的结合，使流体包裹体研究走向一个新的层面。本文旨在前人研究基础上，通过结合近几年研究实例，系统阐述流体包裹体分析在金属矿床领域下的应用，以及能够解决的地质问题。

1 流体包裹体研究基本原理

在地球的演化过程中，流体作为地球的重要组成部分，在很多地质演化过程中都扮演着重要的角色，因此在矿物结晶过程中所捕获的流体包裹体就成为了地质学家研究的对象。现如今地质学家对于流体包裹体的研究仍主要采用显微测温法来获取相应的有效信息，根据对均匀体系下捕获的流体包裹体测得的均一温度、冰点温度，通过相应的温度矫正及后续的数据处理，以获得流体包裹体捕获时的温度、盐度、压力等一些物理化学信息。因为是均匀体系下捕获的流体包裹体，因此所测得数据可反应流体包裹体捕获时的环境信息，同时可结合相关地质事件综合探讨。并且根据流体来源的不同，对于流体包裹体的应用也更加的广泛，像在成矿热液、沉积环境、油气赋存、构造演化等方面都广泛应用。

2 流体包裹体研究对成矿过程的指示

现今大部分的金属矿床一般都是地质流体中形成的，因此矿床的成因与地质流体的特征有这密不可分的关系。尽管通过野外对矿床进行宏观的地质调查，以及相应的矿物地球化学特征，可以获取有关矿床的温度、压力、密度等有效信息，但是矿物结晶过程中所捕获的流体包裹体所包含的信息是矿床成因研究上更为直接的证据（孙贺等，2009）。

表1 流体包裹体研究应用范围

通过激光拉曼、傅里叶红外光谱等方法对流体包裹体进行成分分析，可以直接获得成矿流体的主要组成成分，其它的次要组分也可配以不同分析方法测定，确定流体的主要成分可初步确定流体所属体系，为后续显微测温工作做好准备。还可通过氢氧同位素测试分析来大致确定成矿流体的来源，借此来约束流体的运移过程以及金属矿床的沉淀机制。与此同时，满足Roedder三个基本假设的流体包裹体所测得的均一温度与捕获温度很接近，通常均一温度即是矿床的成矿温度，无需通过压力进行校正，而矿床的成矿压力相对于成矿温度更加难以确定。虽然理论上来讲，将流体包裹体测得均一温度、冰点温度代入前人总结的方程式，可以得出相应的流体密度，再将算出的等容线与第三方地质温度计联合求出成矿流体的压力（池国祥等，2009）。但是，由于气液两相水溶液包裹体的等容线斜率较大，导致小的均一温度差都会加大压力差，而二氧化碳、甲烷等含烃类气体的包裹体的等容线斜率较小。因此往往在含有二氧化碳、甲烷等含烃类气体的包裹体时，才可利用这些包裹体的等容线，对矿床的成矿压力进行合理的估算。最后确定流体的压力体系为静水压力或静岩压力来合理估算矿床成矿时的深度。

3 矿床中流体包裹体研究进展

成矿流体是矿床成因研究中的重要一环，其对揭示成矿物质源区-运移-储藏过程具有重大指示意义。通过对流体包裹体的研究可以更为直接获取成矿流体的温度、压力和化学成分等关键的有效信息，从而对矿床整体的成矿机制进行约束。近几十年，国内地质学家通过流体包裹体研究方法，对金属矿床的成矿流体的来源、运移，以及整体的成矿机制等方面都取得了较大的进展，下面着重列举一些流体包裹体研究在主要的矿床类型上的研究进展。

3.1 浅成低温热液型矿床

浅成低温热液型矿床是一类与火山-次火山热液活动有关的矿床，其形成于深度约（<1.5km）、温度范围约（150℃～300℃）的环境下，通常可划分为高硫型、中硫型和低硫型三类矿床（John，2011），该类型矿床为全球提供约8%的金、17%的银，且为美国、加拿大、日本等多个国家的贵金属最主要来源，具有重要的经济价值（Frimmel，2008）。近几十年来，国内学者对浅成低温热液矿床中的流体包裹体研究，已经在探索成矿机制及深部找矿潜力等方面取得了诸多成果（池国祥等，2009）。例如，对我国东南部的德化金矿区开展的系统流体包裹体研究，通过结合H-O、S-Pb同位素分析、厘定了矿区内安村金矿是一个中硫型矿床，而邱村、东洋、下坂为低硫型矿床（Li et al.，2020）；Zhai等（Zhai et al.，2018）通过流体包裹体研究、H-O、S-Pb同位素及数值模拟三种方法相结合，提出了三道湾子浅成低温热液金银锑矿床是由于大气降水的混入和围岩蚀变造成大规模成矿；Chi等（Chi et al.，2018）通过对福建悦洋银多金属矿闪锌矿中的流体包裹体研究，发现闪锌矿中包裹体具有从早期到晚期温度和盐度明显降低的趋势，而与银伴生的石英矿物发现流体沸腾现象，可能为银沉淀的主要机制。

3.2 造山型金矿床

对于金矿床来讲，造山型金矿床是指在时间和空间上与造山作用紧密联系的一种金属矿床，其行成条件与大量板块俯冲和陆块拼贴有关，常形成在这种汇聚板块边界内部挤压或压扭的环境下，是重要的金矿床类型，也是矿床学研究的热点（邱正杰等，2015）。例如：张德全（张德全等，2007）通过对柴达木盆地北缘-东昆仑地区的12处造山型金矿床中流体包裹体研究发现，该矿床内有两种不同特征的流体，其中H2O-CO2-NaCl-CH4流体具有中温、低盐的特征，被认为是晚加里东期碰撞造山作用的产物；而H2O-CO2-NaCl±CH4流体具有中高温、低盐的特征，且CH4和CO2含量相对较高，被认为是与晚华力西-印支期碰撞造山作用有关，同时通过流体包裹体压力-深度换算结果表明，该矿区晚华力西—印支期碰撞造山作用使地壳发生强烈隆升达12km。Ni等（Ni et al.，2015）通过研究平水和璜山金矿的含矿脉体内的流体包裹体，并结合矿体的400-450Ma的成矿年龄和相关构造背景证据，认为在江绍断裂带东段存在一期加里东期造山型金成矿作用。另外，通过较为系统的成矿流体演化过程的研究，地质学家们发现金矿床的主要成矿机制是由于流体不混溶导致的金沉淀。在新疆南部萨瓦亚尔顿金矿的流体包裹体研究表明，流体特征主要体现为CO2含量和盐度的变化范围较大，说明该矿床的成矿过程中，由于CO2的不混溶机制导致了金的沉淀。

3.3 斑岩型矿床

斑岩型矿床是指与中性-酸性浅成—超浅成侵入岩有关的细脉浸染型岩浆热液矿床，主要产于会聚板块边界，包括大陆边缘及岛弧环境（佘宏全等，2009）。斑岩型矿床通常具有大规模、低品位的特征，且为全球金、银、铜、钼的主要来源之一，同时也是Re、Se及Te等关键矿产（杨志明等，2020），且以斑岩型钼矿和斑岩型铜矿最富经济价值。斑岩型钼矿的研究最早开始于美国西部的Climax矿床和分布于环太平洋的Endako型矿床。近几十年，国内发现多个不同于Climax型和Endako型构造背景、围岩蚀变及矿化特征的大型斑岩型钼矿。例如，褚少雄（褚少雄等，2010）对位于华北克拉通北缘的车户沟钼-铜矿床进行了较为系统的流体包裹体研究，发现车户沟钼-铜矿床具有早期发育CO2三相包裹体，晚期发育气液两相H2O包裹体的特征，且成矿作用机制上沸腾作用是导致主成矿期辉钼矿、黄铜矿沉淀成矿的重要机制；Chen和Wang（Chen and Wang，2011）对大别山汤家坪钼矿进行流体包裹体研究中发现纯CO2包裹体、CO2-H2O富气相包裹体、气液H2O两相包裹体及含子晶包裹体四种类型，在主成矿阶段发现流体不混溶现象，为金属沉淀的主要机制。

3.4 矽卡岩型矿床

矽卡岩型矿床常指铝硅酸盐岩和碳酸盐类岩石接触带上或其附近的交代岩中的接触交代矿床，其内部也含有大量的矽卡岩矿物，且该矿床可富集产出W、Sn、Cu、Fe等多种金属，因此对我国金属资源开发有着重要意义。近年，国内地质学教通过流体包裹体研究，对矽卡岩型矿床的金属富集机制和成矿机制有很多进展。例如：吴胜华（吴胜华等，2014）对江西省香炉山矽卡岩型钨矿的两条不同蚀变带上的流体包裹体进行了较为系统的分析，其中近接触带的矽卡岩中流体包裹体温度在209℃～383℃，脉状石英-白钨矿和石英-硫化物-白钨矿中流体包裹体的温度在163℃～278℃和204℃～284℃，晚期方解石脉温度在143℃～235℃，表明矿床从早期到晚期表现出一个降温的过程，另外激光拉曼测试表明，流体包裹体少含一定量CH4，且流体整体盐度偏低，说明钨的沉淀可能是在围岩反应时，由于温度的降低及碱性条件的升高导致的。Ren（Ren et al.，2020）在研究朗都矽卡岩型铜矿的主成矿期石英脉赋存的流体包裹体中发现了CH4包裹体，认为朗都这种高品位的铜矿化现象，可能是由于CH4扩大了流体不混溶范围，致使SO42-被还原成S2-。

4 结语与展望

纵观近几十年对于流体包裹体的研究，可见国内地质学家对于流体包裹体在各个领域的应用之广，在对于流体包裹体基本研究的基础上，与其它先进手段相结合，使流体包裹体研究成为研究流体性质的一种重要研究方法。其中，流体包裹体研究在矿床成因研究中的应用极为广泛,并且该研究方法可与同位素地球化学、激光拉曼光谱仪、扫描电镜、数值模拟等方法相结合，进而对矿床的成矿机制深入探讨，同时对矿床的储层潜力进行预测。在对《Economic Geology》的抽样调查结果显示，自1975年到1995年，该期刊流体包裹体研究的论文占比逐年上升至27%，且随后一直保持在25%左右。表明尽管流体包裹体研究已经延伸到沉积地层、构造演化等方面，但其在矿床领域的研究仍是最主要的。对此，愿国内地质学家通过流体包裹体研究，为国家金属资源储备做出更多的贡献。