内蒙古碱泉子金矿床石英流体包裹体特征及氢氧同位素研究

内蒙古碱泉子金矿床石英流体包裹体特征及氢氧同位素研究

碱性泉子金矿床位于阿拉森旗的右侧。大地构造位于阿拉森地块西南缘的合利山隆起带。阿拉善右旗是国家级贫困地区,矿业是该地区的经济支柱产业。该矿床早在清末光绪年间即被发现和开采,由于种种原因解放后停止开采,直到20世纪七八十年代,甘肃地质队又在该地区开展了相关的矿产普查与勘探工作,并且得出碱泉子金矿床为赋存于前震旦系变质岩中的石英脉型金矿床,近东西向的逆冲断层为重要容控矿构造的结论。但是总体来说,前人对碱泉子金矿所做的研究工作比较少,尤其对成矿流体的研究很少,对成矿流体的性质和来源缺乏认识,这在一定程度上制约了对该矿床成因的认识,从而影响了找矿勘探工作的顺利开展。可以说,有关成矿流体的特征、流体的来源、成矿作用与区域构造演化之间的联系等问题需更深入的探讨。为此,本文拟从碱泉子金矿床流体包裹体方面来分析成矿流体物化特征,包括成矿温度、流体盐度、密度、压力以及成矿深度等,并以此来探讨成矿流体的来源及其成矿作用。1碱泉子金矿床成矿作用碱泉子金矿床大地构造位置归属于华北地台阿拉善地块西南缘的合黎山隆起带。区域主要构造带有东西向复杂构造带、祁吕贺兰山字型前弧西翼褶带和河西系多字型构造等。区域上出露的地层主要为前震旦系变质岩,以云母石英片岩为主,其次有变粒岩、斜长角闪岩及片麻岩夹大理岩等。区域岩浆活动十分强烈,侵入活动时间主要集中在海西中期。可划分为第一期超基性、基性和中性侵入岩,第二期中酸性和酸性侵入岩和第三期酸性侵入岩。碱泉子分布的侵入岩均为第二期的片麻状黑云母角闪花岗闪长岩。区域褶皱主要为红墩子—黑山井复式向斜构造。碱泉子附近断裂带比较发育,与褶皱同时形成的平行褶皱的压性断层有两条,它们均切割褶皱翼部,呈近东西向平行分布,具有明显的挤压性质。一条是黑山井断层,此断层产于前震旦系变质岩层中,近东西走向;另一条是沙枣泉断层,此断层发生在前震旦系变质岩层与花岗岩之间,呈近东西向分布。与近东西向压性结构面伴生的南北向张性断层和北东向扭性断层亦甚为发育(图1)。这些断裂构造控制着矿体的产出,是重要的导矿和容矿构造。碱泉子金矿床是一个典型的石英脉型金矿床。含金石英脉多呈脉状、透镜状和不规则状分布于含矿构造带中,脉体规模大小不等,长一般为几十米到几百米,宽一般为0.5～2.0m,最厚达4.0m左右,多呈单脉产出。矿石中矿物成分简单,金属矿物主要有金、黄铁矿、黄铜矿和褐铁矿等,脉石矿物主要为石英和碳酸盐矿物。矿石结构属半自形、他形粒状结构,矿石构造有块状、细脉状、角砾状和浸染状构造等。主要围岩蚀变有黄铁矿化、硅化、绢云母化和碳酸盐化等。硅化造成岩石中石英含量增加或形成石英细脉;黄铁矿化与金矿化关系密切,随着与石英脉距离的增大,黄铁矿化强度变弱。2实验方法及过程样品采自主矿体露天采场,沿着石英脉的走向每隔30m取一个样,样品均为主矿体含金石英脉中的乳白色石英。将20个样品磨制成厚0.2～0.3mm双面抛光的薄片做岩相学和流体包裹体研究,从中选择部分有代表性的、可用于分析测温的包裹体进行显微测温。包裹体显微测温在核工业北京地质研究院分析测试研究所流体包裹体实验室LinkamTHMS600型冷热台上完成。可测温度范围为-196～+600℃,测试前用人造纯H2O及盐度为25%的H2O-NaCl包裹体(国际标样)进行系统校正,该冷热台在-120～-70℃温度区间的测定精度为±0.5℃,-70～+100℃区间为±0.2℃,在100～500℃区间为±2℃。测试升温速率一般为5℃/min,相变点附近升温速率应降低为1℃/min。碱泉子金矿床主要发育气液两相包裹体,还有少量的含CO2三相包裹体。所测数据包括两相包裹体的均一温度和冰点温度。根据冰点温度,利用经验公式计算或直接查表确定流体盐度;然后利用温度-盐度-密度相图或经验公式计算求得流体密度。氢氧同位素测试在核工业北京地质研究院分析测试研究所稳定同位素实验室MAT-253质谱仪上完成。氢同位素误差为±0.2‰,氧同位素±2‰。氢同位素分析在415℃时,用Zn粒置换,还原出氢气,再用液氮冷冻后,收集到有活性炭的样品瓶中进行测试。氧同位素采用BrF5法,反应原理为硅酸盐或氧化物与强氧化剂BrF5在高温下反应生成O2,然后用碳棒转化为CO2,最后送质谱分析。3液体包体岩石相研究和微观加热3.1流体包裹体类型碱泉子金矿含矿石英中的原生包裹体数目较少,约占20%～30%,空间上多呈孤立状随机分布,形状多为不规则状、多边形、椭圆形、浑圆状等。原生流体包裹体可分为2大类:即气液二相盐水溶液包裹体(Ⅰ型)和含CO2三相包裹体(Ⅱ型)(图2),以前者为主。次生包裹体相对较多,约占70%～80%,主要沿裂隙分布,具线性分布的特征,少量呈孤立状分布,形状多为不规则状、椭圆形。次生包裹体大小一般比原生包裹体要小。Ⅰ型气液二相包裹体,室温下由水溶液相及气泡相构成。包裹体的气液比介于5%～30%,大部分在10%～20%之间,加热后均一到液相。包裹体形态主要有椭圆形、四边形和长条形,部分为圆形,大小一般在2～7μm之间,个别达10μm,平均为5μm,该类包裹体在石英中分布广泛,约占包裹体总数的80%以上。Ⅱ型为含CO2三相包裹体,由气相CO2、液相CO2和液相水溶液组成。该类型包裹体在脉石英中相对少见,一般随机分布呈孤立状,CO2约占包裹体总体积的60%;在CO2相中,气相CO2约占CO2相总体积的20%,气泡为无色、灰色,常见气泡在液相中跳动,气泡由于表面张力常呈圆形,其中心出现亮点,液相为无色、灰白色、灰褐色。包裹体大小为4～7μm,形态为椭圆形、四边形和不规则状。3.2均一温度分布测定了58个气液二相盐水溶液包裹体(Ⅰ型)的均一温度和冰点温度(表1)。含CO2三相包裹体体积小且数目也少,未找到适用于测试温度的。根据获得的均一温度值作均一温度分布直方图(图3),可以看出均一温度为183～309℃,主要温度范围为240～260℃,平均为249℃,均一温度呈正态分布。对Ⅰ型流体包裹体,利用冰点与盐度的关系查出其盐度(表1),根据获得的盐度值作盐度分布直方图(图4),可以看出盐度为2.07%～9.21%,平均为6.03%,有2个明显的峰值,分别为3%～5%和7%～8%,说明可能存在不同来源流体的混合。3.3成矿压力及成矿深度由于碱泉子金矿床石英流体包裹体中气液两相包裹体占绝大多数,因此在估算成矿流体的密度和压力时将成矿流体近似看作H2O-NaCl体系。把已测得的均一温度和盐度值投影到Bodnar绘制的NaCl-H2O体系的温度-盐度-密度关系图上(图5),可以看出,成矿流体的密度为0.65～0.93g/cm3,主要集中于0.7～0.85g/cm3,属于低密度范畴。根据计算成矿压力经验公式:t0=374+920N(1)p0=21.9+262.0N(2)p1=p0×t1/t0(3)t0表示初始温度,单位℃;p0表示初始压力,单位MPa;N表示成矿溶液的盐度,单位%;p1表示成矿压力,单位MPa;t1表示矿区实测成矿温度,单位℃。流体包裹体的盐度平均值为6.03%,由公式(1)求得初始温度t0平均值为429.5℃。由公式(2)求得初始压力p0平均值为37.7MPa。最后由公式(3)求得成矿压力p1平均值为21.86MPa。成矿深度是研究矿床成因和勘查潜力的重要依据。目前,多是根据流体包裹体捕获压力来估算成矿深度。对于断裂控制的脉状热液矿床而言,成矿流体系统可为静岩压力,也可为静水压力,拟或二者交替。一般认为,在深度<5km或脆性变形带,流体为静水压力;在深度>16km或韧性变形带,流体为静岩压力;在深度为5～16km或脆-韧性变形带,流体出现静水-静岩压力的交替。因此,根据断裂带流体压力的垂直分带性或非线性关系,孙丰月等拟合了一组流体压力-深度关系式来计算成矿深度。(1)在测量的流量压力小于40的情况下MPa时,用静水压力梯度来计算,即用压力除以静水压力梯度(10MPa/km)。(2)测量的流量压力为40.220MPa时,y=0.0868/(1/x+0.00388)+2(3)获得的流压为220.370MPa时,y=11+exp[(x-221.95)/79.075](4)成矿深度/km和压力值/mpaMPa时,y=0.0331385x+4.19898以上公式中y和x分别代表成矿深度/km和所测得的压力值/MPa。根据已求得的成矿压力值21.9MPa,利用上述公式求得成矿深度为2.19km,属于中浅深度范畴。4流体石英成分测定水是含金络合物迁移和沉淀的最重要介质。因此,直接测定金矿床中石英的氢氧同位素组成及含水矿物的氧同位素组成,可以获得成矿流体的氢氧同位素组成。本次工作氢氧同位素样品采自含金石英脉中的石英,测定结果见表2。石英中氢同位素组成为-67.2‰～-73.1‰,氧同位素组成为10.8‰～14.2‰。根据氧同位素分馏公式:1000lnα石英-水=3.38×106/T2-3.4计算获得包裹体水的δ18O值为1.7‰～5.1‰。把获得的δD水和δ18O水值投影于图6中,可看出投影点主要落在变质水与岩浆水的混合区附近,并有向大气降水漂移的趋势。上述特征表明,成矿流体的来源接近于变质水和岩浆水的混合水,在晚期成矿阶段,大气降水的参与显著增强。5成矿流体特征碱泉子金矿床分布在阿拉善西部沙枣泉地区,区内发育大型红墩子-黑山井构造带,该构造带包括呈近东西向平行分布的黑山井断层和沙枣泉断层以及一系列南北向张性断层和北东向扭性断层。该构造带的形成和时空演化控制着碱泉子金矿带的发育,构造带既是成矿流体的通道,又是金的沉淀场所。流体包裹体研究结果表明,碱泉子金矿床成矿流体为中温、低盐度、低密度、富CO2的流体,与典型造山型金矿床成矿流体特征相同。研究表明,CO2具有弱酸性,可调节流体的pH值,增加了Au+与HS-和Cl-等阴离子的络合,使Au+在低盐度含矿流体中的溶解度大大增加。这些络合物对成矿流体系统的温压变化极为敏感,从400～340℃的冷却作用可导致90%的络合物发生沉淀,同时减压作用可导致络合物溶解度降低90%。氢氧同位素组成研究结果表明,碱泉子金矿床的成矿流体为起源于深部的变质水和岩浆水的混合,伴随着成矿作用由早到晚的阶段演化,成矿流体的温度和盐度呈降低趋势,大气水的参与显著增加。大型红墩子-黑山井断裂构造带为主要起源于深部的成矿流体和成矿物质提供了运移的通道,同时产生动力变质流体并从围岩中淋滤成矿元素,富含成矿元素的深源流体在剪切构造作用下不断向上运移,逐渐与浅部流体混合并与围岩发生交代蚀变作用,由于温度和压力的降低,加之大气降水的参与,引起以CO2逸失为特征的流体不混溶现象,导致成矿元素最终在容矿空间中卸载并富集成矿。6成矿流体组成特征(1)碱泉子金矿床流体包裹体分为气液二相盐水溶液包裹体(Ⅰ型)和含CO2三相包裹体(Ⅱ型),且以前者为主。(2)碱泉子金矿床成矿流体温度范围为182.5～308.6℃,主要处于240～260℃之间,平均为249.1℃。据此可知该矿床属于中温热液矿床类