枣阳市枣扒银钼矿流体包裹体特征及地质意义

何洪涛，孙汉勇，向祥辉，王 球，张 战，胡新中，陈国荣

(湖北省地质局 第八地质大队，湖北 襄阳 441002)

1 区域地质背景

枣阳市枣扒银钼矿位于湖北省枣阳市新市镇境内,大地构造位置位于武当—桐柏—大别成矿带的西北段的桐柏成矿带的南侧,矿体产于北西向新(城)—黄(陂)剪切断裂南西侧七尖峰岩浆岩带周楼岩体的似斑状黑云母花岗岩中。

新(城)—黄(陂)剪切断裂北东侧为桐柏变形杂岩；南西侧为白云钠长片麻岩、白云石英片岩和大理岩,白云钠长片麻岩和大理岩中见有团块、透镜体或不规则条带的榴辉岩、榴辉岩、石榴角闪岩透镜体及辉长岩体等,主要由一套变质火山—沉积岩系组成,变质程度为榴辉岩/角闪岩相,地层为新元古代南华纪武当群(Nh1w)、耀岭河组(Nh2-3y)、震旦纪陡山沱组(Z1d)等,分布于七尖峰岩浆岩带周围。

2 矿床地质特征

2.1 矿区地质

枣扒银钼矿产于七尖峰岩浆岩带周楼岩体的似斑状黑云母花岗岩内(图1)。矿区内石英脉、花岗岩脉、细晶岩脉、伟晶岩脉等脉体发育,长0.8～21.5 m,宽0.1～10 m不等；矿化蚀变在石英脉体内,有北北东、北东和北西向3组,北北东向规模一般较大。

矿区构造以断裂为主,断裂带的展布规律与区域内构造形迹大致相似,发育北北东、北西向两组断裂。

图1 枣阳市枣扒银钼矿矿区地质图Fig.1 Geological map of Zaoba silver molybdenum mine in Zaoyang City1.第四系;2.黑云母似斑状花岗岩;3.花岗伟晶岩;4.石英脉;5.花岗质糜棱岩;6.石英质糜棱岩;7.钼(银)矿化带位置及编号;8.断层及编号;9.推测断层;10.包裹体样品位置。

矿区内北北东向脆韧性断裂,断面向西陡倾,北西向断裂发育次级小断裂。断裂带多为石英脉及长英质脉体所填充,脉体与花岗岩接触部位多为石英质糜棱岩、花岗质糜棱岩。

矿区岩石类型有以下几类：中粒黑云母花岗岩(似斑状黑云母花岗岩)、文象(伟晶)花岗岩或斑状花岗岩。并发育花岗质糜棱岩、石英质糜棱岩、石英脉,局部见有硅化花岗岩(石英化花岗岩)、碎裂岩。

Ag、Mo矿化主要赋存于石英脉及其两侧的石英质糜棱岩、花岗质糜棱岩、碎裂岩中；石英脉多呈近南北向展布,倾角较陡,少数呈北西向分布,规模大小悬殊,长80～1 550 m,宽约1.06～25 m。

2.2 矿(化)体特征

枣扒银钼矿目前已发现7个矿(化)体,矿(化)均产于构造破碎蚀带内,总体呈脉(带)状平行分布,断续延伸,厚度宽窄不一,钼、银矿化分布不均。目前已发现的矿(化)体大多呈北北东、北西向展布,以北北东向为主；矿(化)体倾向较陡,北北东向矿(化)体倾向北西西,北西向矿(化)体倾向北东。

枣扒银钼矿以矿石自然类型可划分为5种：石英质糜棱岩型、花岗质糜棱岩型、石英脉型、角砾岩型及花岗岩型,以前3种为主,分布较为普遍；以工业类型可划分为钼矿石、银钼矿石及银矿石3种。

矿区内围岩蚀变作用强烈,主要有硅化、黄铁矿化、褐铁矿化、绢云母化、钾化,与银钼矿化关系密切,还见有萤石化等。

3 流体包裹体特征

3.1 包裹体样品采集及分析方法

本次在矿区Mo Ⅰ号主脉中部采集了矿石包裹体样品7组,样品采自含辉钼矿的石英脉,测试矿物为石英。

流体包裹体显微测温在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成,测试仪器为Linkam MDS 600型冷热台,仪器测定温度范围为-196～600 ℃,测量精度在-100～25 ℃为±0.1 ℃,25～400 ℃为±1 ℃,400 ℃以上为±2 ℃。对于H2O-NaCl体系包裹体,测定均一温度,对于H2O-NaCl-CO2体系包裹体,测定CO2部分均一温度和完全均一温度；利用刘斌FLINCOR计算机程序计算获得H2O-CO2三相包裹体的压力、气液两相包裹体和CO2两相包裹体的流体密度和压力。

3.2 流体包裹体类型

枣扒银钼矿流体包裹体有以下3种类型：富液相二相水溶液包裹体(L型)、含子矿物三相水溶液包裹体(S型)、含CO2包裹体(C型)(包括含CO2三相水溶液包裹体(C1型)和含CO2二相包裹体(C2型))；以L型和C1型为主(分别占63.71%和30.82%),少量S型(占2.96%)和C2型(占2.51%)。L型包裹体、S型流体体系为NaCl-H2O体系,C1型流体体系为NaCl-H2O-CO2体系,C2型流体体系为CO2体系。

L型：是矿区内占绝大多数的流体包裹体,主要为水溶液、水蒸气,一般与S型、C1型共生,成群成带分布。主要为长椭圆形、纺锤形、麦粒形和不规则形,少数呈负晶形,局部见卡脖子包体,长轴长度一般为4～15 μm,气相百分数为10%～35%,主要集中在20%；经加热后均一为液相。

S型：主要为水溶液、水蒸气、子矿物,子矿物可能为石盐晶体,本类包裹体在石英中随机分布,周围常出现L型包裹体。主要为椭圆形、长条形和不规则形等,长轴长度一般为8～12 μm。

C型：C1型,根据室温(20 ℃)条件下的相态特征,判断水溶液、液相CO2、气相CO2,室温下从包裹体中心向外依次为气相CO2、液相CO2和盐水溶液,显现出“双眼皮”特征,其中气相CO2体积大约占包裹体总体积的25%～80%,包裹体的充填度呈现较大的变化,这是典型的相分离现象[1],周围常同时出现L型和S型包裹体；主要呈圆形和椭圆形等,长轴长度一般为5～20 μm；气相CO2在低于31.1 ℃的某个温度下最终均一为液相CO2。C2型,纯液相、气相的CO2,气相体积约占10%,加热后均一为液相,常与富气相包裹体相伴生；主要呈椭圆形,长轴长度一般4～9 μm；气相CO2在低于31.1 ℃的某个温度下最终均一为液相CO2。

3.3 均一温度、盐度、密度

枣扒银钼矿显微测温结果见表1、图2。L型包裹体均一温度范围153～389 ℃,峰值170～210 ℃、290 ℃,以中高温为主(图2-a)；含子矿物富液包裹体均一温度介于271～389 ℃,偏高温,温度分布分散(图2)；C1型完全均一温度除个别样品外,都处于高温范围内(300～420 ℃)(图2-b)；C2型和C1型部分均一温度介于22.5～31.2 ℃之间,集中于25.7～31.2 ℃,峰值靠近CO2的临界温度31.15 ℃,一般均一为液相。C1型部分均一温度1个样品超过了CO2的临界温度31.15 ℃,说明包裹体不是纯CO2,含有其他物质成分。

表1 石英流体包裹体测温统计表Table 1 Statistical table of quartz fluid inclusion temperature measurement

图2 枣扒银钼矿床流体包裹体测温统计图Fig.2 Statistical chart of fluid inclusion temperature measurement in Zaoba molybdenum deposita.均一温度统计图;b.CO2三相包裹体完全均一温度图。

依据液相流体包裹体的均一温度集中在170～290 ℃的范围之内,判断成矿温度应该以这一温度范围为下限,以原始成矿流体发生不混容分离时的温度范围290～430 ℃为上限,即成矿温度大概在300 ℃以上,枣扒银钼矿属高温成矿流体。

枣扒银钼矿L型和C型包裹体盐度以低盐度为主,一般盐度<5%,约占流体包裹体总数的85%,S型包裹体属高盐度体系,盐度介于35.99%～46.37%,分布离散(图3)。低温低盐度流体包裹体可能是高盐度流体通过石盐的沉淀或分离而成,或者代表岩浆热液与大气降水混合的产物。

图3 枣扒银钼矿床流体包裹体盐度统计图Fig.3 Statistical chart of fluid inclusion salinityin Zaoba molybdenum deposit

枣扒银钼矿床L型、C2型包裹体的密度利用刘斌FLINCOR计算机程序获得,S型包裹体密度根据刘斌(2001)公式计算,C1型密度按刘斌等(1999)提供的方法进行计算(表2、图4)。枣扒银钼矿床L型包裹体密度介于0.568～0.803 g/cm3,平均0.844 g/cm3,集中于0.65～0.90 g/cm3；S型包裹体密度1.072～1.101 g/cm3,平均1.083 g/cm3(图4)；C2型包裹体密度介于0.532～0.704 g/cm3,平均0.616 g/cm3；C1型包裹体密度介于0.755～1.021 g/cm3,平均0.942 g/cm3。

表2 石英流体包裹体密度统计表Table 2 Statistical table of quartz fluid inclusion density

图4 流体包裹体NaCl-H2O体系均一T-ω相图Fig.4 Homogeneous T-ω phase diagram of fluid inclusionsin NaCl-H2O system

4 讨论

4.1 成矿流体的压力、深度

L型和C1型、C2型包裹体的均一时压力利用刘斌FLINCOR计算机程序获得,S型包裹体采用相图读取(表3),对L型均一时压力可利用包裹体的均一温度和包裹体流体的盐度值在NaCl-H2O体系的T-ρ相图上通过投点进行验证,L型包裹体均一到液相时压力分布范围0.5～24.3 MPa,平均5.08 MPa,集中于0.5～8 MPa(图5)。

表3 石英流体包裹体压力统计表Table 3 Statistical table of quartz fluid inclusion pressure

图5 NaCl-H2O体系的T-ρ相图Fig.5 T-ρ phase diagram of NaCl-H2O system

含子矿物三相包裹体压力计算,依据蒸气-NaCl水溶液-NaCl固体三相共存时的T-P-ω曲线进行投影读取,枣扒银钼矿点含子矿物三相包裹体均一压力9.06～15 MPa,平均12 MPa(图6)。

图6 蒸气-NaCl水溶液-NaCl固体三相共存时的T-P-ω曲线Fig.6 T-P-ω curve of vapor NaCl aqueous solution NaClsolid three phase coexistence

枣扒银钼矿采用气液两相包裹体的平均密度与纯CO2的平均密度,利用等容线相交法投影获得捕获压力为72 MPa(图7)；结合不混溶包裹体的压力,流体包裹体的均一压力计算其成矿压力范围为9.06～72 MPa。

孙丰月等(2000)拟合了一组流体压力—深度关系式来计算成矿深度(H)。

(1) 当测得流体压力≤40 MPa时,用静水压力梯度来计算,即H=P/10;

(2) 当测得流体压力为40～220 MPa时,H=0.086 8/(1/P+0.003 88)+2；

图7 枣扒银钼矿床联合P-T图解Fig.7 Joint P-T diagram of Zaoba silver molybdenum deposit注：图中数字为密度(g/cm3)

(3) 测得的流体压力为220～370 MPa时,H=11+exp[(P-221.95)/79.075]；

(4) 测得的流体压力>370 MPa时,H=0.331 385P+4.198 98。

以上公式中H和P分别代表成矿深度(km)和所测得的压力(MPa)。根据已求得的成矿压力值利用上述公式计算成矿深度：枣扒银钼矿约为0.91～6.88 km,指示研究区内钼矿床形成于浅成环境。

4.2 成矿流体的来源与矿质沉淀

枣扒银钼矿低温低盐度流体包裹体可能是高盐度流体通过石盐的沉淀或分离而成,或者代表了岩浆热液与大气降水混合的产物；S型包裹体均一温度与盐度之间呈正相关关系(图8),说明流体具有混合作用的过程。C1型、L型、S型包裹体共存,说明成矿流体经历了沸腾作用和不混溶作用,包裹体盐度基本位于<15%(NaCleq)和>30%(NaCleq)两个区间内,这是岩浆流体在温压条件下不稳定发生相分离导致[2]。

图8 流体包裹体温度—盐度图解Fig.8 Temperature salinity diagram of fluid inclusions

枣扒银钼矿成矿流体气液相包裹体、含子矿物流体包裹体、含CO2三相包裹体,富CO2、高盐度含子晶流体包裹体为岩浆热液的标志之一[3],低温状态下的富液相包裹体,反映成矿流体因CO2沸腾流失,逐渐开放,大气降水的混入。流体的不混溶作用(沸腾)是成矿元素从热液中沉淀的重要因素,枣扒银钼矿成矿流体在裂隙构造内循环运移过程中,可能在300～400 ℃时发生多次的沸腾作用,在此过程中,部分金属元素从成矿流体中沉淀成矿；在流体包裹体温度低的区间,反映流体经历了明显的降温过程,成矿元素在流体中的溶解度降低进而从流体中沉淀成矿。

4.3 成矿背景和成因机制

枣扒银钼矿产于中生代七尖峰花岗岩岩浆带周楼岩体中,推测其成矿时代晚于早白垩世,此时为扬子板块与华北板块碰撞造山事件的挤压向伸展转变的体制,是大规模流体、岩浆、成矿作用时期,枣扒银钼矿在大陆碰撞体制形成了复杂的岩浆—流体成矿系统。早期流体具高温、高盐度、富CO2的特点与大陆内部环境浆控高温热液型流体系统的特征[4]基本一致。随着流体的沸腾过程中大量的CO2的流失,大量硫化物快速沉淀,伴随有绿泥石化、绢云母化、硅化、钾化等；流体的沸腾同时导致岩石裂隙系统发育,并与地壳浅表裂隙贯通,深部流体快速向上迁移,而浅源大气降水热液系统大量涌入成矿系统,两种流体的混合再次导致成矿物质的快速沉淀；成矿流体的沸腾—混合使成矿系统温度逐步降低,流体盐度和成矿物质含量不断降低,大气降水不断增加并占主导地位,发生中—低温(170～210 ℃)条件下的萤石化、硅化、粘土化等；同时造山带伸展垮塌和区域热异常的消失,驱动流体活动的能量减弱,成矿作用结束。

5 结论

枣扒银钼矿成矿流体包裹体包括富液相两相水溶液包裹体(L型)、含子矿物三相水溶液包裹体(S型)、含CO2三相水溶液包裹体(C1型)和含CO2二相包裹体(C2型),以L型和C1型为主(分别占63.71%和30.82%)成矿早期各类包裹体均发育,以C1型为主导,晚期仅发育L型包裹体。流体包裹体的均一压力计算其成矿压力范围为9.06～72 MPa,成矿深度约为0.91～6.88 km,指示研究区内钼矿床形成于浅成环境。

枣扒银钼矿早期流体具有高温、高盐度、富CO2的特点与大陆内部环境浆控高温热液型流体系统的特征基本一致,属于与陆陆体制形成的斑岩型钼矿相关联的银钼矿床。

枣扒银钼矿成矿流体来源于岩浆流体,晚期混有大气降水。流体沸腾是成矿的重要因素,大气降水的加入同样导致成矿物质的沉淀。