文章编号：1004-0609(2012)03-0726-07

胶东金翅岭金矿成矿流体特征及地质意义

杨  柳^{1, 2}，邹海洋^{1, 2}，杨  牧^{1, 2}，柯朝晖^{1, 2}

(1. 中南大学 有色金属成矿预测教育部重点实验室，长沙 410083;

2. 中南大学 地球科学与信息物理学院，长沙 410083)

摘  要：为了解胶东金翅岭金矿成矿流体特征，开展流体包裹体研究。结果表明：矿石石英中主要发育H₂O-CO₂包裹体、富CO₂包裹体和H₂O溶液包裹体3种类型，成矿流体均一温度、盐度及密度分别为120~362 ℃，3.2%~9.0%，0.34~0.94 g/m³，为中低温、低盐度及低密度流体；包裹体液相成分阳离子以K⁺、Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺为主，阴离子以SO₄^2-、Cl^-和F^-为主；气相成分以H₂O、CO₂和CH₄为主。结合矿区前人研究，认为该成矿流体是多源流体混合并经历水岩反应演变而成。

关键词：成矿流体；包裹体；金矿床；金翅岭

中图分类号：P619.31　　     文献标志码：A

Ore-forming fluid characteristics and genesis of Jinchiling gold deposit in Jiaodong

YANG Liu^{1, 2}, ZOU Hai-yang^{1, 2}, YANG Mu^{1, 2}, KE Zhao-hui^{1, 2}

(1. Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals, Ministry of Education,

Central South University, Changsha 410083, China;

2. School of Geosciences and Info-Physics, Central South University, Changsha 410083, China)

Abstract: To clarify the characteristics of ore-forming fluid of the Jinchiling gold deposit, fluid inclusion study was carried out. The results show that the inclusions consist of three types: H₂O-CO₂, CO₂ and H₂O inclusions. The compositions of cation and anion ions in liquid and gas of the inclusions are mainly respectively Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺; SO₄^2-, Cl^-, F^-; H₂O, CO₂ and CH₄. The homogenization temperature, salinity and density of the fluid inclusions for the mineralization change from 120 ℃ to 362 ℃, 3.2% to 9.0% and 0.34 g/m³ to 0.94 g/m³, respectively, which show that these inclusions belong to middle-low temperature, low salinity and low density fluid. Combined with analyses of other researches, it is found that the ore-forming fluid following water-rock reaction is the mixture of multi-source fluid during its evolution.

Key words: ore-forming fluid; fluid inclusion; gold deposit; Jinchiling

胶东金矿集区内断裂构造极为发育，并具有多期次活动、多级别组合及不同变形层次等特征，是区内金成矿的重要控矿因素。从已知矿床(点)分布及其与主干断裂带的关系来看，主干断裂控制着特大、大型矿床，次级断裂控制着中、小型矿床。然而，在招平断裂带中段远离主断裂5 km处发现了大型金矿^[1]，说明下盘派生或伴生的次级断裂同样具有形成大矿的潜力。因此，重新审视次级断裂的成矿潜力、加深对次级断裂内金成矿认识，对促进该区域内的金矿找矿工作具有指导意义。

金翅岭金矿位于招远—莱州金成矿带中部，远离带内主断裂带，系典型的受次级断裂控制的金矿床(见图1)。本矿区研究程度较低，积累了部分同位素及岩石学研究成果，尚未开展系统的流体包裹体研究。为此，本文作者以金翅岭金矿作为研究对象，开展流体包裹体研究，探讨次级断裂带内金矿成矿流体性质、来源、演化及其成因特点。

图1  胶东金翅岭金矿地质简图：1—太古代变质岩；2—元古代变质岩；3—第四系；4—中生代花岗岩；5—白垩系火山岩；6—金矿；7—断裂带；8—城市；9—研究区

Fig. 1  Geological sketch map of Jinchiling gold deposit in Jiaodong: 1—Archean metamorphic rock; 2—Proterozoic metamorphic rock; 3—Quaternary; 4—Mesozoic granite; 5—Cretaceous volcanic rock; 6—Gold deposit; 7—Fault belt; 8—City; 9—Studied area

1  区域地质背景

胶东金矿集区地处华北地台东缘，按地洼学说观点^[2]，自印支晚期以来，本区进入大地构造重要的发展阶段——地洼阶段，燕山期为地洼阶段的激烈期，形成莱阳组类磨拉石建造，并伴有强烈构造-岩浆活动。招远—莱州金成矿带位于胶东金矿集区西部，区内三山岛、黄掖及招平3条北北东向大断裂共同控制成矿带，许多特大型和大型金矿都赋存于上述断裂的下盘。金翅岭金矿处在黄掖及招平断裂带中间地带，区内出露玲珑混合花岗岩，地表大部分被第四系浮土所覆盖。矿体产于玲珑混合花岗岩与深部隐伏郭家岭花岗闪长岩的内接触带上。矿区内次级断裂构造发 育，矿体产出受次级断裂构造控制，多呈透镜状和脉状，走向北东及北北东向、倾向南东。矿化伴随不同强度的围岩蚀变，包括黄铁矿化、硅化、绢英岩化、钾化和碳酸岩化。根据坑道编录、矿石结构构造及矿物共生组合等特征，金翅岭金成矿期可划分为4个阶段：Ⅰ黄铁矿-绢云母-石英脉阶段→Ⅱ黄铁矿-石英阶段→Ⅲ多金属硫化物-石英阶段→Ⅳ石英-碳酸盐阶段。其中黄铁矿-石英阶段和多金属硫化物-石英阶段是金的主要成矿阶段。

2  样品的选取与分析测试

通过详细的野外工作，分别在金翅岭金矿-110 m及-270 m中段采集具有代表性的新鲜矿石样品，挑选适宜样品磨制成厚度约为0.2 mm双面剖光的光薄片进行岩相学与流体包裹体观察，从余下的副样中挑选石英及黄铁矿制备单矿物样品，进行包裹体的气、液相成分测定。

流体包裹体测温工作主要在中南大学地质研究所流体包裹体测温实验室进行。实验仪器为英国产Linkam THMS600型冷热台，该设备实验温度范围的理论值为-196~600 ℃，其测定精度在-120~-70 ℃区间内为±0.5 ℃、-70~100 ℃区间内为±0.2 ℃、100~300 ℃区间内为±1 ℃及在300 ℃以上为±2 ℃。测温工作开始前，采用人工合成CO₂包裹体、纯水包裹体和重铬酸钾进行校正。在流体包裹体温度测试过程中，升温和降温速率控制在0.1~5 ℃/min，为准确记录包裹体相转变温度，均一温度附近的升温速率和接近冰点时的回温速率控制在0.1 ℃/min。

包裹体成分测定对象为矿石中石英、黄铁矿及方解石，由中南大学地质研究所流体包裹体气-液相成分测定实验室完成。气相成分分析仪器为Varia-3400型气相色谱仪(美国生产)，分析误差＜5%。液相成分分析仪器为美国戴安公司生产的DX-120Ion Chromatograph离子色谱仪。淋洗液为2.5 mmol/L邻苯二甲酸+2.4 mmol/L三(羟)甲基氨基甲烷；流速：阴离子为1.2 mL/min，阳离子为1.0 mL/min。重复测定精密度＜5%。

3  流体包裹体研究

3.1  包裹体类型

显微镜下显示，各成矿阶段样品中均含有较丰富的包裹体，呈成群分布、带状分布或随机零散分布(见图2)。根据各类包裹体在室温(25 ℃)下的物相特征，将流体包裹体分为4种类型：富CO₂包裹体、含CO₂包裹体、气-液两相H₂O包裹体和纯液相H₂O包裹体。富CO₂包裹体室温下相态为两相(+)或三相(++)，CO₂相(±)体积与总体积比一般不小于60%，大小多在16 μm以下，形态以负晶形、椭圆形及长条形为主；含CO₂包裹体室温下为三相(++)或两相(+)，CO₂相(±)体积与总体积比一般不小于60%，大小多为3~12 μm，形态多为负晶形、椭圆形和近四边形；气液两相H₂O包裹体室温下为两相(+ )，体积变化较大(粒径为1~22 μm)，形态多为负晶形、椭圆形、近四边形及不规则状；纯液相H₂O包裹体室温下均为液相()，该类包裹体大部分体积很小，粒径多数在3 μm以下，形态多为长条形、近椭圆形及不规则状。

图2  金翅岭金矿石英中的流体包裹体照片: (a) 富CO₂包裹体；(b) 含CO₂包裹体；(c) 气-液两相H₂O包裹体；(d) 含CO₂包裹体和H₂O包裹体共存

Fig. 2  Micrographs of fluid inclusions in Jinchiling gold deposit: (a) CO₂-rich fluid inclusion; (b) CO₂-bearing fluid inclusion;   (c) Liquid-vapor two-phase H₂O fluid inclusion; (d) Coexistence of CO₂-bearing fluid inclusion and H₂O fluid inclusion

3.2  流体包裹体显微测温

从9个不同成矿阶段样品中挑选具有代表性、形态完整及大小适中(以粒径4~15 μm为主)的原生包裹体进行测温。测定富CO₂及含CO₂型包裹体的固相CO₂熔化温度()、CO₂水合物溶解温度(t_m,clath)、CO₂液-气(部分)均一温度()和CO₂-H₂O完全均一温度(t_h,TOT)；测定气液两相及单相H₂O溶液包裹体测定冰点温度(t_m,ice)和液-气均一温度(t_h,TOT)，测温结果见图3及表1。

成矿早期阶段(第I阶段)：以含CO₂包裹体为主要测温对象，测得含CO₂包裹体的固相CO₂熔化温度()为-59.2~-58.1 ℃，明显低于纯CO₂三相点温度(-56.6 ℃)，表明包裹体中除含CO₂外，可能还有CH₄和H₂S等挥发性组分^[3]，该结果与后述包裹体成分测定结果吻合。包裹体笼合物融化温度(t_{m, clath})为5.0~8.4 ℃，CO₂部分均一多至气相，部分均一温度()为26.1~31.2 ℃，完全均一温度(t_h,TOT)为258~362 ℃。

图3  金翅岭金矿不同成矿阶段流体包裹体均一温度直方图

Fig. 3  Histogram of total homogenization temperature of fluid inclusions in different mineralization stages in Jinchiling gold deposit

表1  金翅岭金矿流体包裹体显微测温结果

Table 1  Summary of microthermonetric data on fluid inclusions in Jinchiling gold deposit

主成矿阶段(第Ⅱ~Ⅲ阶段)：样品中以富CO₂包裹体、气液两相水溶液包裹体为主。本阶段富CO₂包裹体固相CO₂熔化温度()为-59.7~-58.2 ℃，表明包裹体中除含CO₂外，可能还有CH₄和H₂S等挥发性组分^[3]，与后述包裹体成分测定结果吻合。包裹体笼合物融化温度(t_m,clath)为5.1~7.8 ℃，CO₂部分均一至液相，少数均一到气相，部分均一温度()为20.7~30.9 ℃，完全均一温度(t_h,TOT)为180~316 ℃。

本阶段气-液两相H₂O溶液的冰点温度(t_m,ice)为-4.1~-3.4 ℃，完全均一温度(t_h,TOT)为159~307 ℃，多均一至液相。在冷冻-加热过程中，极少数气-液两相水溶液包裹体出现初熔现象，初熔温度低于纯NaCl-H₂O体系标准共熔点(-20.8 ℃)，说明该类包裹体捕获的热液流体中除Na⁺外，还含有一定量的其他阳离子成分^[4]，该现象与后续包裹体群体成分测试结果中显示流体在该阶段存在一定量的K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺等阳离子成分的结果相吻合。

成矿晚期(第Ⅳ阶段)：以单相H₂O溶液包裹体及气-液两相H₂O溶液包裹体为代表，该类包裹体冰点温度(t_m,ice)为-2.5~-2.2 ℃、均一温度为120~152 ℃，数据显示相对主成矿期，成矿后期流体均一温度和盐度均明显降低。

3.3  流体包裹体气-液相成分

分析了石英、方解石、黄铁矿体群体气-液相成分共计8个。分析结果见表2。

包裹体液相成分中主要阳离子为K⁺、Na⁺、Ca²⁺、及Mg²⁺，且阳离子含量随成矿阶段演化具明显变化。成矿流体在早期，K⁺和Na⁺含量明显多于Ca²⁺和Mg²⁺含量，并在主成矿阶段继续增加，而在进入成矿晚期含量降低，Ca²⁺和Mg²⁺含量则仅在成矿晚期明显增加，致使晚期Ca²⁺和Mg²⁺的总含量明显高于K⁺和Na⁺的总含量，同时在演化过程中K⁺含量均高于Na⁺含量。

包裹体流体中主要阴离子为SO₄^2-、Cl^-和F^-。流体中SO₄^2-含量最高，并随成矿阶段演进变化。早期成矿阶段，流体中含有较多的SO₄^2-，S^2-在热液中会被氧化为SO₄^2-，因此，该阶段SO₄^2-含量可反映流体中HS^-的数量，暗示本区内金可能是以金硫络合物的形式迁移；主成矿期流体SO₄^2-含量的增加则是主成矿期黄铁矿化发育的反映；成矿晚期转入碳酸盐化阶段SO₄^2-含量随即骤减。成矿流体中Cl^-含量高于F^-含量，且随着成矿的进行，Cl^-和F^-的浓度比逐渐降低。

包裹体气相成分主要为H₂O、CO₂、CH₄和少量H₂，其中，H₂O占绝对优势，说明成矿流体为富含CO₂的热水溶液。气相组分中有一定量的CH₄和H₂，指示成矿环境可能为弱还原环境，且(H₂+CH₄)/CO₂比值变化显示从成矿早期至晚期，成矿环境还原性逐渐降低。

结合野外矿石矿物组合特征，推测成矿流体中可能还包含Fe²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺和Zn²⁺等金属离子以及  HS^-、HCO₃^-和络阴离子团。同时，从本区矿脉中大量产出的石英可判断成矿流体中应该富含SiO₂。

4  讨论

4.1  流体特征

根据盐度冰点对应关系表^[5]，矿区主成矿阶段及成矿后期气-液两相H₂O溶液包裹体冰点温度对应盐度值分别为4.9%~7.5% NaCl_eqv及3.6%~5.5% NaCl_eqv；据盐度及均一温度关系相图估算^[6-7]两阶段相应流体密度分别为0.76~0.83 g/cm³及0.82~0.94 g/cm³。

根据CO₂笼合物熔化温度和盐度的关系^[8]，获得成矿早期及主成矿期含CO₂包裹体盐度分别为3.2%~9.0% NaCl_eqv及4.3%~6.7% NaCl_eqv；依据CO₂的均一方式是均一到液相还是均一到气相，选择不同的CO₂体系热力学方程或相图^[3]，估算含CO₂包裹体总体密度分别为0.82~0.94 g/cm³及0.34~0.76 g/cm³。

表2  金翅岭金矿包裹体气-液相成分及相关参数

Table 2  Gas and liquid compositions of fluid inclusion in Jinchiling gold deposit and their related parameters

包裹体测温结果显示，金翅岭金矿流体均一温度为中低温，其流体盐度在成矿早期较低，但在主成矿期升高，并随后在成矿期后降低。对比前人流体包裹体研究，金翅岭金矿与金矿集区内多数金矿包裹体特  征^[9-12]相似：均发育气-液两相H₂O包裹体、含CO₂包裹体及富CO₂包裹体；总体均一温度相近，集中在中低温范畴内，且盐度较低，主成矿期也存在流体盐度波动现象。因此，胶东矿集区具有较一致的成矿流体介质条件。

4.2  流体的演变

金翅岭金矿包裹体数据结果显示，成矿流体具有明显的演进过程。金翅岭金矿成矿早期为中-高温、富含CO₂、低盐度的H₂O-CO₂-NaCl体系，明显区别于典型的岩浆热液(高温、高盐度)，金翅岭金矿近矿围岩早期大面积发育钾化、成矿早期阶段绢云母化发育，表明成矿流体经历明显水岩反应。包裹体固相CO₂熔化温度较低及气、液成分分析均指示流体中存在一定量的CH₄或C₂H₆，因此不排除变质水参与的可能，矿区内前人流体氢、氧同位素研究结果显示，区内流体以幔源为主，并存在大气降水的影响^[13-14]。可推测金翅岭金矿早期成矿流体系幔源流体与多源流体混合并经历水岩反应演变而成，因此，与典型岩浆热液区别明显。

主成矿阶段，流体均一温度略下降、盐度升高，流体组分中CO₂逸失近半，SO₄^2-含量大幅上升，阳离子中K⁺含量增加。本阶段最主要的演变特征系CO₂含量剧减。岩相学研究显示，在该阶段可见气液水包裹体、含CO₂包裹体及富CO₂包裹体共生发育于单颗石英中，镜下确定这些共生包裹体多为同期捕获，测温显示它们均一温度较接近，表明该阶段流体发生过流体不混溶或沸腾。结合矿区野外观察，主成矿期为张性构造环境，因此，大量张性断裂构造的发育，引发体系压力剧减，是本期成矿流体沸腾、CO₂逸失的主要原因。

至成矿晚期阶段，流体均一温度降至120~152 ℃，盐度降至3.6%~5.5% NaCl_eqv，演变为几乎不含CO₂  等挥发组分的低温、低盐度的流体，流体中含量增加的Ca²⁺及数量锐减的K⁺和Na⁺共同反映该阶段的碳酸盐化及金成矿活动的结束。

4.3  成矿机制

金翅岭金矿处于招平断裂与黄掖断裂带的中间部位，矿区内次级断裂多期发育。早期，在区域压应力作用下衍生大量碎裂岩或微碎裂岩，早期成矿流体的CO₂含量高，也说明其处于具有较高压力的构造环境。进入主成矿阶段后，矿脉内常见石英晶洞中梳状/晶簇状石英发育，且裂隙间多有后期碳酸盐化形成的大颗粒方解石晶体发育。流体中CO₂含量剧减，均说明本阶段构造环境转变为伸张性质，拉张性的构造活动叠加，早期碎裂岩因而发生更加强烈的构造破碎，生成大量张性裂隙，导致系统减压，并提供大量有利赋矿空间。富CO₂流体和贫CO₂流体含金性对比研究发 现，金的有效搬运离不开CO₂和H₂S，而CO₂逸失则可致使流体中含金络合物的失稳和分解，引发金沉  淀^[15-17]。由此可推测，进入主成矿阶段，应区域构造性质转变，次级张性断裂发育导致流体减压沸腾，逸失大量CO₂等挥发分，造成热液中含金络合物失稳沉淀成矿。

5  结论

1) 金翅岭金矿各成矿阶段发育的流体包裹体主要为富CO₂包裹体、不同相比的含CO₂包裹体、气-液两相及单液相H₂O包裹体。包裹体群体成分分析显示：液相成分中阳离子以K⁺、Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺为主，阴离子以SO₄^2-、Cl^-和F^-为主，气相成分以H₂O、CO₂和CH₄为主。

2) 成矿早期为高温、低盐度及富含挥发组分的CO₂-H₂O流体为主，含少量有机气体。主成矿期，流体温度降低、盐度升高及大量CO₂逸失，K⁺、Na⁺和SO₄^2-等含量增加。成矿晚期流体温度、盐度及K⁺、Na⁺、CO₂和SO₄^2-等含量降至最低，成矿活动结束。

3) 成矿流体具多来源特征，流体混合并经历水岩反应，演化为早期成矿流体。主成矿期，应构造环境性质转变，流体失压沸腾，逸失大量CO₂，导致含金络合物失稳沉淀成矿。

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(编辑 陈卫萍)

收稿日期：2011-12-01；修订日期：2012-01-04

通信作者：邹海洋，副教授，博士；电话：0731-88877077; E-mail: zhy20040808@126.com