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1、 第 50 卷 第 4 期 2005 年 2 月 论 文 380 阿尔泰山南缘萨热阔布金矿床的纯 COCO2 2流体 徐九华 丁汝福 谢玉玲 钟长华 原 旭(北京科技大学资源工程系,北京 100083;北京矿产地质研究院,北京 100029.E-mail:)摘要 萨热阔布金矿产于新疆阿尔泰山南缘泥盆系康布铁堡组变质酸性火山岩、火山碎屑岩中,近矿围岩黄铁矿化、网脉状硅化、碳酸盐化发育,金的主成矿阶段有黄铁矿-石英阶段()和多金属硫化物阶段().主成矿阶段脉石英中流体包裹体很发育,显微观察和冷冻法研究表明黄铁矿-石英阶段包裹体类型以液态纯 CO2包裹体(LCO2)为主,其密度可高达 0.85 1.
2、07 g/cm3,其次为富 CO2包裹体(LCO2-LH2O),少量富H2O包裹体(LH2O-LCO2).多金属硫化物阶段脉石英的包裹体类型更复杂,还有CO2-CH4体系的流体,其固相 CO2 Tm低达78.1 61.9,Th,CO2 也很低,为33.7 17.7.高密度 CO2流体的捕获压力估算为150 350 MPa.激光Raman 探针分析证实了纯CO2包裹体的成分特征.CO2流体的 13C为10.725 21.151,与地幔矿物中 CO2流体的 13C 值相似.这些特征均与其他石英脉型或蚀变岩型的热液金矿明显不同.富 CO2流体还具有区域上的特征,其来源可能与后碰撞造山过程的地幔脱气作
3、用有关.关键词 萨热阔布金矿 阿尔泰山 CO2流体 包裹体 CO2流体包裹体是地幔橄榄岩流体包裹体的最主要类型,也大量存在于下地壳麻粒岩中.脉金矿床中也发育有较多的富 CO2包裹体,但它们往往由H2O-CO2体系不同的CO2/H2O比例组成,并与水溶液包裹体共存.近年来,Mumm 等人1在加纳 Ashanti 成矿带金矿床观察到大量纯 CO2包裹体(CO2H2O)产出,而水溶液包裹体却非常少见,并认为这种流体可能代表了一种还未认识的新的成矿流体类型,由此开展了一系列的学术争论2,3.最近我们在新疆阿尔泰山南缘萨热阔布金矿床研究中也发现大量纯 CO2流体包裹体存在于主成矿阶段脉石英中,它们对这种
4、金矿床的成矿作用具重要意义.1 地质背景 萨热阔布金矿位于新疆阿尔泰山南缘的金-多金属成矿带内.矿带北部走向 310 320的巴寨断裂控制了南面的麦兹火山-沉积盆地,以及蒙库铁矿、可可塔勒铅锌矿和海西晚期花岗岩体的分布.巴寨断裂向北西延伸的阿巴宫-库尔提断裂控制了克朗火山盆地以及有关的阿巴宫铁矿、铁木尔特铅锌矿、萨热阔布金矿床的分布(图 1)4.矿带内出露的地层主要为中上元古界和上古生界泥盆系.下泥盆统康布铁堡组(D1k)为主要含矿地层,构成了麦兹和克朗复式向斜构造的两翼.康布铁堡上亚组为一套酸性火山岩、火山碎屑岩和碳酸盐岩,与下亚组之间为断层接触,萨热阔布金矿床(Ar-Ar 年龄 320 M
5、a4)和铁木尔特铅锌矿床(Pb-Pb 模式年龄平均值 369.5 Ma)均产于 康布铁堡组(锆石 U-Pb 年龄 407 Ma5)上亚组第二岩性段内,多金属铅锌矿化主要产于硅质大理岩、富锰硅质岩中,而金矿化则产于北西相变为绿泥石黑云母石英片岩和变凝灰岩的地段.压剪性的阿巴宫断裂和克因宫断裂控制了萨热阔布金矿南北边界,前者(南界)是康布铁堡组与中泥盆统阿尔泰镇组(D2a)的分界线;而后者(北界)是康布铁堡组与志留系库鲁木提群的界线.容矿断裂在控矿构造内呈右行雁列状分布,与控矿断裂带呈小角度相交,具明显的多期活动特征.含金石英脉被多次破碎,共轭节理发育,并被黄铁矿微细脉充填.研究表明,萨热阔布金矿
6、的主要容矿围岩为一套原岩以晶屑凝灰岩、流纹质晶屑凝灰岩等为主的酸性火山岩、火山碎屑岩,后期遭受了区域变质作用,形成的岩石类型主要有黑云石英片岩、石榴角闪黑云片岩、电气黑云石英片岩、含矽线石黑云石英片岩等.由于近矿围岩蚀变,浸染状黄铁矿化、网脉状硅化、碳酸盐化很发育.黑云母、角闪石多为绿泥石交代,石榴子石、绿帘石等明显呈沿片理方向延长,石英晶屑发生旋转、颗粒两侧具压力影构造等,反映了矿化蚀变过程伴随强烈的构造应力作用.已圈定 5 条透镜状或短脉状金矿体,产状 45 55 65 80,顺地层展布,沿走向有分支复合现象.矿石中金属矿物为:自然金、银金矿、黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿等;脉
7、石矿物为:石英、钾长石、石榴石、方解石、萤石、绿泥石及黏土 论 文 第 50 卷 第 4 期 2005 年 2 月 381 图 1 阿尔泰山南缘金-多金属矿带地质略图 据新疆有色地质勘查局资料修绘 矿物等.金矿石类型主要有两种,即蚀变岩型和石英脉型.蚀变岩型包括含黄铁矿细脉、网脉的硅化绿泥黑云石英片岩型和含石榴石、阳起石、透闪石的黄铁矿化硅化蚀变岩型,前者为主要类型.石英脉型包括含浸染状黄矿化糖粒状石英脉型和产于绿泥黑云石英片岩中的石英细脉、网脉型,后者是组成矿体的主要部分.矿化大致有 3 个明显的热液成矿阶段:()浸染状黄铁矿化-硅化阶段;()黄铁矿-石英脉阶段,此阶段主要形成沿片理分布的石
8、英脉、粗晶黄铁矿和浸染状黄铁矿,石英常被多金属硫化物和萤石等穿切;()多金属硫化物阶段,以形成黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、磁黄铁矿等硫化物和自然铋等为特征,金矿化与多金属硫化物阶段关系密切.2 流体包裹体研究 萨热阔布金矿的石英、萤石和方解石等脉石矿物中均有大量流体包裹体产出.在矿床围岩和含金石英脉中的石英主要有 3 种产状:(1)晶屑凝灰岩、黑云石英片岩等岩石中的原岩石英晶屑,这些石英的边缘常被溶蚀,并常有旋转、压力影等现象,反映了后期构造活动的影响;(2)原岩基质的细粒重结晶石英,为硅化产物();(3)矿化阶段的脉石英,包括黄铁矿-石英阶段()和多金属硫化物阶段的石英().细粒重结晶石英中仅有
9、少量非常细小的流体包裹体.石英晶屑与脉石英中都含有丰富的流体包裹体,其类型、成分等有着明显的差别.石英晶屑是火山岩原岩残留矿物,以原生的盐水溶液包裹体(L-V 型)和高盐度多相包裹体(L-V-S 型)为主.本次重点研究了脉石英中的流体包裹体.矿脉石英可分为两种产状,一为含较少黄铁矿(有些氧化为褐铁矿)的早阶段脉石英,二为与黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等伴生的晚阶段石英.这些脉石英的包裹体特征与晶屑石英有很大区别,包裹体类型以纯 CO2包裹体(LCO2,有时含其他挥发分)和富 CO2包裹体(LCO2-LH2O)为主,有少量水溶液包裹体(包括 LH2O-LCO2和 LH2O-VCO2)和 CO2气态包裹
10、体产出.详细特征参见表 1 和图 2.2.1 流体包裹体岩相学和冷热台测试()纯 CO2包裹体(LCO2型).主要由液态 CO2相组成,未见 H2O 相.该类包裹体在萨热阔布金矿大量出现,特别是在黄铁矿石英脉阶段()和多金属硫 第 50 卷 第 4 期 2005 年 2 月 论 文 382 表 1 萨热阔布金矿包裹体研究结果综合a)样号 寄主矿物 包裹体类 型、形态 大小/m Th/盐度/%(NaCl)Th,CO2/密度/gcm3 Tm,CO2/其他 SR03m 变晶屑凝灰 岩中的细脉 石英()L CO2,浑圆 810/+5.9(L)0.883 56.6 SR05 蚀变岩型矿 石中鹅黄色 石英
11、()L-V,浑圆,负晶形为主;个别 L-V-S 28 L/V 大:292 296(7,C);L/V 小:113 188(9,L)大部分在 267455间破裂;次生 SR05d 同上()LH2O-L CO2,长圆;L CO2,浑圆 510/8.5+6.7+18.2(6,L)0.8780.78658.3 其中 LH2O-LCO2型:低共结温度为22 21.3,说明有其他盐类,冰点5.5 SR06 同上()L-V,浑圆 38 303326(6,L)个别临界均329(1,C)SR15 硫化物石英 脉的石英()L CO2,浑圆,长圆 26,大者 618/+3+10.5(21,L);+20.4+20.8(
12、5,C)0.8520.8957 部分 CO2密度 0.76 g/m3 SR18 5 号脉乳黄色 石英()LH2O-LCO2,浑圆,长圆;L CO2,浑圆 315 266370(9,LH2O)LH2O中 8.3+13.4+20(4)0.8350.7756.6 LH2O中冰点5.0 5.8 SR19 同上()L CO2,浑圆;LCO2-LH2O,浑圆,长圆 215/4.7+14.7(18,L CO2),+7.6+19.2(3,V CO2)0.950.8170.870.7759.5 56.6(10)个别180有固相出现,165溶解,可能 CH4含 量较高 SR21 黄铁矿-黄 铜矿石英 脉()L C
13、O2,浑圆,不规则;少 量 LCO2-LH2O,浑圆,长圆 215/33.7 17.7(9,L CO2)11 +2.0(6,L CO2)1.071.010.980.90678.1 61.9(9)58 56.6 SR22 黄铁矿-黄 铜矿石英 脉()L CO2,浑圆,不规则;少 量 LCO2-LH2O,浑圆 320 LCO2-LH2O包裹 体:254276(4,LH2O)16.1 22.8(2,L CO2)1.001.0360.6 55.5 LCO2-LH2O包裹体:CO2水合物消失+8.6 +10.5 SR23 萤石石英脉 的石英()LH2O-VCO2浑 圆,长圆 530 145192(3,L
14、;次生);223.5 236.7(9,L)34.2(5)冰晶 Tm=2.0 2.7(5)SR29 硫化物石英 脉()V CO2,浑圆 310/冷冻特征:188,无明显相变SR30 黄铁矿石英 脉()V CO2,浑圆;LH2O-LCO2,浑圆 210 320394.5(5,L)56.6 冷冻:V CO2型,有 LCO2出现 TM-1 铁木尔特铅 锌矿,脉石英 L CO2,为主,少量 LCO2-LH2O 510/6.8(1,L CO2)+11.2 +25.4(11,L CO2)0.96 0.8470.7059.0 60.4(12)TM-2 同上 LCO2,为主,个别 V CO2 38/7.8 +2
15、.6(8,L CO2)0.970.90257.5 56.6 a)测定在北京科技大学包裹体实验室,仪器为 Linkam 公司的 THMS600 冷热台,Linksys 软件控制.括号内数字为测定包裹体数,L 示均一为液态,V 示均一为气态,C 示均一为临界状态.未说明者均为原生或假次生包裹体.寄主石英的括号说明,为成矿阶段 论 文 第 50 卷 第 4 期 2005 年 2 月 383 图 2 萨热阔布金矿包裹体显微镜下特征(20时)(a)黄铁矿-石英脉阶段()脉石英中纯 CO2(LCO2)包裹体群,样号 SR4005;(b)黄铁矿-黄铜矿石英脉中()的纯 CO2包裹体,样号SR21;(c)含矿
16、石英中纯 CO2包裹体和富 CO2的 L-V 包裹体,样号 SR03;(d)位于萤石(Fl)边界限于石英(Qz)内的纯 CO2包裹体,样号 SR25;(e)黄铁矿-黄铜矿-石英脉中的纯 CO2 包裹体,样号 SR22;(d)铁木尔特铅锌矿,穿透石英颗粒边界的纯 CO2包裹体群,样号 TM-2.寄主矿物未说明者均为石英 化物石英脉阶段()的脉石英中,大小几微米至二十几微米不等.包裹体常成群随机分布在石英颗粒中,有时包裹体呈线状排列,但局限于单个石英颗粒内,并被晚世代的萤石颗粒切断(图 2(d),所以这些 CO2包裹体应为原生成因.室温下呈单相,有时透明度很好,与单相水溶液包裹体易混淆.冷冻过程出
17、现气泡(VCO2),过冷至95以下出现干冰(SCO2).按干冰的熔化温度(Tm,CO2)有两种情况:一种为 Tm,CO2=57 56,不含其他挥发分的纯 CO2包裹体,CO2部分均一温度(Th,CO2)在+3 +20之间变化,均一为液态CO2,有些为临界均一,密度一般为 0.850.89 g/m3;另一种包裹体的 Tm,CO2 57,表明有少量 CH4等混入6,Th,CO2在+6.7 +18间,多金属硫化物石英脉的包裹体更复杂,其 Tm,CO2可低达78.1 61.9(表 1),说明有较多的 CH4等其他挥发分存在,Th,CO2也很低,为33.7 17.7,其密度高达 1.01 1.07 g/
18、cm3,这是一种典型的 CO2(CH4)流体.()富 CO2包裹体(LCO2-LH2O型).由液态 CO2和液态 H2O组成,H2O相充填度 50%20%不等.该类包裹体也见于,阶段中,出现几率比 LCO2型小,且常与 LCO2型伴生,两者无穿插关系,为原生包裹体.LCO2-LH2O型包裹体的出现说明 CO2流体含少量的H2O.该类包裹体 CO2相部分的冷冻、均一特征与纯包裹体 CO2相似.低温下有 CO2水合物形成,其消失温度+8.6 +10.5.加热过程这类包裹体很容易产生破裂,获得一组均一温度 254 276(向 H2O 相均一).()水溶液包裹体(LH2O-LCO2和 LH2O-VCO
19、2型).第 50 卷 第 4 期 2005 年 2 月 论 文 384 又分为两种情况:(1)成群或线状分布但只局限于主矿物颗粒内的原生或假次生包裹体,H2O 相充填度较小(60%80%),其出现几率比纯 CO2要小得多,其包裹体均一温度 Th多为 280 394.5,且向 LH2O均一,部分包裹体呈临界状态均一,在360以上大量爆裂,说明捕获压力较高.该类包裹体冷冻过程的低共结温度低于20.8,有的低达47,说明可能有 K+,Ca2+离子存在;(2)沿微裂隙分布的次生包裹体,H2O相充填度大于 90%,Th较低,为 113 188,与晶屑石英中的次生包裹体 Th相当.2.2 激光 Raman
20、 探针分析 为进一步验证纯 CO2包裹体的成分特征,挑选典型样品进行了激光 Raman 探针分析.测试工作在中国科学院地质与地球物理研究所流体包裹体实验室进行,仪器为 Renishaw 公司 RM-2000 型,实验条件为 514 nm Ar+激光器,光谱计数时间 10 秒,100 4000 cm1一次取峰,激光束斑 1 m.对于 Tm,CO2=57 56的纯 CO2包裹体,在 Raman 位移 1384 和1278 cm1附近显示了清晰的 CO2谱峰,没有 CH4或其他烃类谱峰的显示(图 3 中 SR15-7,SR15-5).对于 多金属硫化物-石英脉阶段 Tm,CO2 0.8)的成矿作用,
21、并认为这种纯CO2或CO2H2O的流体可能代表了一种还未认识的新类型的成矿流体,因为现有的解释(水从捕获后的H2O-CO2体系里淋失,或捕获前 H2O-CO2体系的相分离)都不能说明区域尺度上纯 CO2流体大量存在而缺乏 H2O 溶液流体.Klemd2则对 Mumm 等人1的看法提出了质疑,认为 Ashanti 金矿带是在绿片岩相的退变质过程形成的,纯 CO2流体是同期韧性变形过程中 H2O-CO2-盐体系流体相分离的结果,由于 H2O比 CO2更具有活动性而几乎全部被迁移走,纯 CO2流体是经变形-重结晶过程后捕获的.主要依据还有:(1)接近矿脉的围岩绿泥石化、绢云母化、绿帘石化增强,是富
22、H2O 流体渗透的结果;(2)Au-氯络合物需要 H2OCO2流体而不是 CO2流体.但 Mumm 等人3认为:(1)Ashanti 金矿床的矿化与绿泥石化、绢云母化、绿帘石化等无关,这些蚀变是外部建造水的 图 4 固相 CO2与 CO2部分均一温度的分布范围特征 侧向迁移进入剪切带引起的,而矿化只受剪切带和富毒砂的断层泥的控制;(2)Au-氯络合物的溶解度资料是近地表条件下得到的,对 CO2流体在高温高压条件下的溶剂行为还所知甚少.再则,他们用于包裹体研究的样品是在岩相学基础上挑选的未经改造的早世代石英颗粒,排除了后来变形变质过程形成的重结晶石英,因而所研究的 CO2包裹体是原生的,代表了成
23、矿流体.在萨热阔布金矿带,如此丰富的纯 CO2流体而少见同期的 H2O 溶液包裹体,也很难完全用 H2O-CO2体系成矿流体经过相分离形成端员组成来解释.从围岩蚀变来看,尹意求等人19认为萨热阔布金矿化与断裂变质作用引起的前进变质作用有关,主要表现为变质矿物的结晶粒度很粗,并含有硅线石、红柱石等低压型高温特征变质矿物.热液金矿床常见的绢英岩化、青磐岩化等退化蚀变不发育,说明流体中 H2O 的缺乏.虽然绿泥石化也较发育,但属远矿的围岩蚀变,是否与成矿直接有关还待研究.此外,纯CO2流体在同一火山沉积盆地内具有区域上的特征,初步研究表明,邻区铁木尔特铅锌矿床脉石英中也存在大量 LCO2流体包裹体,
24、且都具有高密度流体的性质(表 1,图 2(f).因此,大量高密度的纯 CO2流体和 CO2(CH4)可能具有区域尺度上的来源.CO2是否可能来自动力变质过程从碳酸盐地层的分解？成矿带内主要的碳酸盐岩地层分布在中泥盆统阿勒泰镇组,下泥盆统康布铁堡组上亚组仅有少量夹层分布.含金断裂变质带附近,特别是下盘无大规模的碳酸盐地层,因此来源于碳酸盐地层的可能性很小.纯 CO2流体是上地幔流体或下地壳麻粒岩化的典型特征.Deines20总结了地幔捕虏体的碳同位素研究现状,指出地幔流体的 13C 表现为双峰特征,即5左右和25左右.我国近年来也积累了大量很小的 13C 数值,樊祺诚等人21获得了地幔岩全岩CO
25、2流体的 13C 范围集中在16 22(800释放)和21 29,我们做的河北汉诺坝、江苏六合等地的地幔橄榄石 CO2流体 13C(12 件样品)为17.4 27.3(1100释放),储雪蕾等人22、刘刚等人23和杨晓勇等人24的结果也反映了地幔 CO2流体很小的 13C 数值.萨热阔布金矿 CO2流体包裹体的碳同位素分析表明,其 13C 范围为10.73 21.15(表 2),与地幔矿物中的 CO2流体包裹体有很大的相似性.实际上,低的 13C 值(20)也存在于金伯利岩、金刚石和碳硅石等矿物或岩石中,因 第 50 卷 第 4 期 2005 年 2 月 论 文 386 表 2 萨热阔布金矿
26、CO2包裹体碳同位素特征a)样号 13C/备注SR-03 21.15 0.031 变晶屑凝灰岩中细脉石英()SR-18 17.61 0.030 5 号脉乳黄色石英()SR-21 10.73 0.058 黄铁矿-黄铜矿石英脉()SR-30 20.94 0.039 黄铁矿-石英脉()a)测试仪器:Finnigan MAT公司的Delat S质谱仪(MAT253).释放温度:450.测试单位:中国科学院地质与地球物理研究所,分析者:陈健 此 Deines20认为亏损13C 的碳同位素组成(13C=25左右)也是地幔碳的重要特征,但是这种碳是原生成因还是板块俯冲再循环结果尚有争议25.所以萨热阔布金矿
27、 CO2流体的来源很可能与后碰撞造山过程上地幔去气作用有关,但不排除在流体上升过程混入了一些其他来源的盐水溶液,或者是地壳物质俯冲再循环的产物.Phillips 等人26最近通过富CO2流体(10%CO2(摩尔比)和贫 CO2流体(0.1%CO2(摩尔比)的比较研究,证明 CO2在金矿形成过程中的作用是缓冲流体 pH 值、保持 Au 在流体中的高含量,并且在有利的容矿岩石中使 Au 沉淀.那么,纯 CO2流体或 CO2(CH4)流体在金成矿过程中起着怎样的作用?Au 是以什么形式存在于缺水的 CO2流体中的?这些都是需进一步研究的问题.致谢 桂林矿产地质研究院尹意求教授协助进行了野外工作;中国
28、科学院地质与地球物理研究所范宏瑞研究员指导进行了激光 Raman 探针分析;范宏瑞研究员和南京大学倪培教授对论文提出了宝贵意见.在此一并致谢.本工作受国家科技攻关项目(2003BA612A-06-09)、教育部博士点基金(20030008018)和 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 规 划 项 目(2001CB409806)资助.参 考 文 献 1 Mumm A S,Oberthr T,Vetter U,et al.High CO2 content of fluid inclusions in gold mineralisations in the Ashanti Belt,Ghana:
29、A new category of ore forming fluids?Mineral Deposita,1997,32:107118 2 Klemd R.Comment on the paper by Schmidt Mumm et al.High CO2 content of fluid inclusions in gold mineralisations in the Ashanti Belt,Ghana:A new category of ore forming fluids?(Min-eralium Deposita 32:107-118,1997)Mineral Deposita
30、,1998.33:317319 3 Mumm A S,Oberthr T,Vetter U,et al.High CO2 content of fluid inclusions in gold mineralisations in the Ashanti Belt,Ghana:A new category of ore forming fluids?a reply.Mineral De-posita,1998.33:320322 4 丁汝福,王京彬,马忠美,等.新疆萨热阔布火山喷流沉积改造型金矿地球化学特征.地质与勘探,2001,37(3):1115 5 张进红,王京彬,丁汝福.阿尔泰造山带康
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32、lic of China.Mineralium De-posita,1999,34:150162 8 范宏瑞,谢亦汉,赵瑞,等.小秦岭含金石英脉复式成因的流体包裹体证据.科学通报,2000,45(5):537542 9 Goldfarb R J,Groves D I,Gardoll S.Orogenic gold and geologic time:a global synthesis.Ore Geology Review,2001,18:175 10 Rushton R W.A fluid inclusion and stable isotope study of Au quartz vei
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