内蒙古敖仑花钼铜矿床成矿流体来源及成矿作用机制

李旬 付丽娟 黄广环 崔志磊 王可勇 孙清飞

摘要：敖仑花钼铜矿床为典型的斑岩型矿床，矿体主要赋存于早白垩世二长花岗斑岩中。成矿作用可以分为4个阶段：石英+黄铁矿+辉钼矿阶段（Ⅰ）、石英+辉钼矿+黄铁矿+黄铜矿阶段（Ⅱ）、石英+黄铁矿+黄铜矿+闪锌矿阶段（Ⅲ）、石英+碳酸盐脉阶段（Ⅳ）。矿物学、流体包裹体岩相学、包裹体显微测温、稳定同位素研究表明：成矿Ⅰ、Ⅱ阶段成矿流体为高温（316℃～462℃）、高盐度（2.23%～45.54%）的NaCl-H2O-CO<SUB>2</SUB>体系热液;成矿Ⅲ阶段成矿流体为高温（300℃～368℃）、低盐度（3.37%～9.34%）的NaCl-H2O体系热液;成矿Ⅳ阶段为低温（130℃～260℃）、低盐度（3.53%～11.95%）的NaCl-H2O体系热液;总体具有成矿温度、盐度逐渐降低的特征。氢、氧同位素分析结果表明，早期成矿流体以岩浆水为主，晚期逐渐混入大气降水;δ34S值为1.9‰～4.9‰，指示硫同位素主要来源可能是岩浆。由于温度、压力降低，流体发生沸腾作用，CO<SUB>2</SUB>挥发，流体pH升高，导致Mo、Cu等成矿元素开始沉淀，最后富集成矿。

关键词：成矿流体来源;稳定同位素;成矿作用机制;斑岩型;敖仑花钼铜矿床

中图分类号：TD11P618.4文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2021）03-0001-07doi：10.11792/hj20210301

引言

西拉木伦钼成矿带位于内蒙古东部，是一个具有巨大经济潜力的钼矿产区。该成矿带内已发现4种主要类型钼矿床：斑岩型、石英脉型、火山岩型和云英岩型。这些钼矿床与中生代富硅、富钾侵入岩密切相关，通常赋存于花岗岩内或花岗岩的内、外接触带中。前人采用锆石U-Pb法，确定了与钼成矿有关侵入岩的侵位年龄，分别为（245.1±4.4）Ma、（152.4±1.6）Ma、（139.1±2.3）Ma[1]。车户沟铜钼矿床成矿年龄为（245±5）Ma，为缝合带闭合时期，成矿与碰撞造山活动息息相关[2];碾子沟钼矿床成矿年龄为（154.3±3.6）Ma，成矿与早期花岗岩类侵入岩有关[3];敖仑花钼铜矿床成矿年龄为（135.0±4.0）Ma[4]，成矿与挤压造山向碰撞伸展的岩浆活动有关。

氢、氧同位素研究对揭示成矿流体来源是非常有效的方法，硫同位素研究可以解释成矿物质来源[5]。前人对敖仑花钼铜矿床流体包裹体研究较少，缺少系统的总结与分析，本文基于矿物学、流体包裹体岩相学、包裹体显微测温及稳定同位素研究，对成矿流体来源、演化，以及成矿物质来源进行分析，以期为大兴安岭西拉木伦钼成矿带找矿工作及流体包裹体研究提供资料。

1矿区及矿床地质概况

矿区出露地层较为简单，主要为二叠系林西组（P2l）和第四系（Q）（见图1）。其中，林西组为一套长英质火山岩[6]。矿区发育构造主要有断裂和节理，后期硅质充填，构造内多形成网脉状石英脉。矿区内岩浆岩类型较多，以燕山早期中酸性侵入岩为主，与成矿相关的岩体为二长花岗斑岩，岩体出露面积约1.2km2，呈不规则岩株状侵位林西组地层。

依据空间分布特征，矿体可以划分为2个。矿体整体由内向外尖灭，呈似层状，倾角约4°，中部厚度较大，钼品位0.02%～0.40%。

矿石中金属矿物主要为辉钼矿（见图2-a、g、i）、黄铜矿（见图2-b、c、e、f）、磁铁矿、褐铁矿和黄铁矿（见图2-b、c、d、e、f、h）;脉石矿物主要为石英、长石、黑云母、绿泥石、角闪石和高岭石等。矿石结构为片状结构、鳞片状结构、粒状结构（见图2-h、i）;矿石构造为脉状构造和浸染状构造（见图2-g）。围岩蚀变较强，主要有钾长石化、硅化、绢云母化、青磐岩化、绿泥石化、绿帘石化及高岭土化等，其中钾化、硅化与成矿关系最为密切。

根据矿物组合及脉体的穿切关系，将成矿作用划分为4个阶段：石英+黄铁矿+辉钼矿阶段（Ⅰ）、石英+輝钼矿+黄铁矿+黄铜矿阶段（Ⅱ）、石英+黄铁矿+黄铜矿+闪锌矿阶段（Ⅲ）、石英+碳酸盐脉阶段（Ⅳ）。其中，成矿Ⅱ阶段为主成矿阶段。

2样品采集与分析方法

本次研究所需样品均采自敖仑花钼铜矿区露天采场和钻孔岩心，共采集成矿Ⅰ—Ⅳ阶段矿石样品25件，各成矿阶段挑选2件样品进行氢、氧同位素分析。用于硫同位素分析的10件样品为4种金属硫化物，包括2件黄铁矿、3件闪锌矿、3件黄铜矿和2件方铅矿。

包裹体显微测温在吉林大学地质流体重点实验室完成。采用CarlZeissAxiolab型显微镜（德国）观察流体包裹体岩相学特征，采用LinkamTHMSG-600型显微冷热台（英国）进行包裹体测温。选取纯度≥98%的石英单矿物进行氢、氧同位素分析，氢、氧同位素分析在北京锆年领航科技有限公司完成，使用仪器为MAT-253型稳定同位素质谱仪;硫同位素分析在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成，使用仪器为MAT-251型稳定同位素质谱仪。

3分析结果

3.1流体包裹体岩相学特征

各成矿阶段石英脉均含有丰富的流体包裹体，粒度5～35μm，一般呈椭圆形、长条形和不规则形。根据包裹体在室温下观察到的相态特征，将其划分为4种类型：富气相包裹体（G型）、富液相包裹体（L型）、富CO<SUB>2</SUB>三相包裹体（C型）和含子矿物多相包裹体（S型）。

1）G型包裹体：气相与液相体积比为50%～90%，粒度为5～25μm，多呈椭圆形或不规则形（见图3-a）。

2）L型包裹体：气相与液相体积比为10%～40%，粒度为5～35μm，多呈椭圆形或不规则形（见图3-b）。

3）S型包裹体：粒度为10～30μm，多呈不规则形或椭圆形（见图3-c），包含1～2个子矿物，子矿物多为规则的立方体，多呈无色或浅绿色，推测其成分为NaCl。

4）C型包裹体：数量较少，粒度为5～20μm，呈椭圆形或浑圆形（见图3-d）。

包裹体类型与数量随成矿作用的进行逐渐较少。成矿Ⅰ、Ⅱ阶段，包裹体主要为G型和L型，S型次之，C型很少见（见图3-e、f、g、h）;成矿Ⅲ阶段，包裹体主要为G型和L型（见图3-i）;成矿Ⅳ阶段，包裹体主要为L型（见图3-j）。

3.2包裹体显微测温

对各成矿阶段石英脉中流体包裹体进行了测温，结果见表1。

成矿Ⅰ阶段：G型包裹体以均一至气相为主要均一方式，完全均一温度为334℃～396℃，冰点温度为-3.7℃～-1.3℃，盐度为2.40%～5.70%;L型包裹体以均一至液相为主要均一方式，完全均一温度为326℃～385℃，冰点温度为-8.7℃～-5.4℃，盐度为8.54%～12.31%;S型包裹体子矿物先消失，后气泡消失，均一至液相，子矿物消失温度为310℃～400℃，完全均一温度为400℃～462℃，盐度为39.03%～45.54%（见图4-a、b）。

成矿Ⅱ阶段：G型包裹体以均一至气相为主要均一方式，完全均一温度为316℃～382℃，冰点温度为-3.1℃～-1.2℃，盐度为2.23%～5.09%;L型包裹体以均一至液相为主要均一方式，完全均一温度为331℃～382℃，冰点温度为-8.2℃～-4.9℃，盐度为7.86%～11.84%;S型包裹体子矿物先消失，后气泡消失，均一至液相，子矿物消失温度为300℃～362℃，完全均一温度为350℃～410℃，盐度为38.55%～41.58%（见图4-c、d）。

成矿Ⅲ阶段：G型包裹体以均一至气相为主要均一方式，完全均一温度为300℃～364℃，冰点温度为-3.6℃～-2.0℃，盐度为3.37%～5.85%;L型包裹体以均一至液相为主要均一方式，完全均一温度为312℃～368℃，冰点温度为-6.3℃～-4.3℃，盐度为7.15%～9.34%（见图4-e、f）。

成矿Ⅳ阶段：L型包裹体以均一至液相为主要均一方式，完全均一温度为130℃～260℃，冰点温度为-8.3℃～-2.1℃，盐度为3.53%～11.95%（见图4-g、h）。

3.3氢、氧同位素特征

对采自矿体4个成矿阶段的8件矿石样品石英中流体包裹体进行了氢、氧同位素分析，结果见表2，其中δ18OH2O计算方法见文献[7]。成矿Ⅰ阶段的δ18OV-SMOW值为8.8‰～9.0‰，δDV-SMOW值为-102.4‰～-99.6‰;成矿Ⅱ阶段的δ18OV-SMOW值为8.5‰～8.7‰，δDV-SMOW值为-107.8‰～-105.5‰;成矿Ⅲ阶段的δ18OV-SMOW值为7.7‰～7.9‰，δDV-SMOW值为-110.3‰～-107.6‰;成矿Ⅳ阶段的δ18OV-SMOW值为8.0‰～8.3‰，δDV-SMOW值为-115.6‰～-108.5‰。

3.4硫同位素分析

对10件金属硫化物样品进行单矿物硫同位素分析，结果见表3。

样品的δ34S为1.9‰～4.9‰，平均值为3.4‰。各种金属硫化物按δ34S值排序为：黄铁矿（4.3‰～4.9‰）>闪锌矿（3.5‰～4.1‰）>黄铜矿（2.9‰～3.3‰）>方铅矿（1.9‰～2.1‰）。不同矿物间硫同位素的分配可以指示成矿期硫同位素是否达到同位素分馏平衡（硫酸盐>辉钼矿>黄铁矿>闪锌矿>磁黄铁矿>黄铜矿>方铅矿>辰砂）[8]。结果表明，上述4种金属硫化物为同一期矿化作用产物。

4讨论

4.1成矿流体来源

在δDV-SMOW-δ18OH2O图解（见图5）中，成矿Ⅰ阶段样品点位于岩浆水左下方，表明成矿流体主要来自岩浆水;成矿Ⅱ阶段样品点位于成矿Ⅰ阶段样品点左下方，表明成矿流体来源仍以岩浆水为主，δDV-SMOW值逐渐减小，可能是流体持续沸腾导致的;成矿Ⅲ阶段样品点位于成矿Ⅱ阶段样品点附近，表明成矿流体来源仍以岩浆水为主;成矿Ⅳ阶段样品点位于岩浆水的左下方，向大气降水线靠近，表明大气降水对成矿流体来源具有一定的影响，δDV-SMOW值逐渐减小的原因可能是大气降水的逐漸加入，这与马星华等[9]的研究结果相近。因此，敖仑花钼铜矿床成矿流体早期来源为岩浆热液，晚期伴有大气降水的加入，即逐渐演变为由岩浆热液和大气降水组成的混合来源流体。

4.2成矿流体性质与演化

成矿Ⅰ阶段流体包裹体完全均一温度较高，代表初始成矿流体温度较高，且盐度也较高。成矿Ⅰ阶段、Ⅱ阶段发育多种类型包裹体（S型、G型、L型和C型包裹体），包裹体完全均一温度相近，盐度相差较大，均一方式多样。前人认为，具有这些特征的包裹体反映了流体不混溶[10];气相包裹体与高盐度包裹体共存，包裹体气相与液相体积比变化较大，是流体沸腾的主要标志。因此，该矿床发生的沸腾作用应属于“二类沸腾”。

成矿Ⅰ阶段发育多种类型的包裹体，具有高温、高盐度特征，属于NaCl-H2O-CO<SUB>2</SUB>体系，反映初始成矿流体进入容矿断裂中，温度、压力开始降低，发生沸腾作用。成矿Ⅱ阶段与成矿Ⅰ阶段相比，包裹体类型未发生明显变化，随沸腾作用的持续进行，CO<SUB>2</SUB>含量减少，C型包裹体较少，pH升高，成矿流体成分更有益于硫化物大量沉淀，是该矿床的主要成矿阶段。成矿Ⅲ阶段与成矿Ⅰ、Ⅱ阶段相比，缺少子矿物，C型包裹体消失，沸腾作用即将结束，NaCl-H2O-CO<SUB>2</SUB>体系逐渐转化为NaCl-H2O体系。成矿Ⅳ阶段仅发育L型包裹体，包裹体显微测温结果显示盐度差别较大，峰值为6.00%～8.00%，可能是其他热液混入导致的。

4.3流体压力和深度

成矿Ⅰ阶段所有类型包裹体一般在同一石英中成群出现，并有相似的完全均一温度（集中于350℃～430℃），纯H2O与纯CO<SUB>2</SUB>包裹体被同时捕获，因此可以用等容线交叉法[11]求得成矿压力。由p-t图解（见图6-a））可知，流体静岩压力为71～103MPa，根据经验公式[12]得出成矿深度为2.63～3.81km。

成矿Ⅱ阶段与成矿Ⅰ阶段相似，不同类型包裹体具有近似的完全均一温度（集中于350℃～390℃）。由p-t图解（见图6-b））可知，流体静岩压力为64～92MPa，根据经验公式[12]得出成矿深度为2.37～3.41km。

成矿Ⅲ、Ⅳ阶段包裹体类型与Ⅰ、Ⅱ阶段不同，为NaCl-H2O体系包裹体，不同类型包裹体具有相似的完全均一温度（集中于300℃～350℃和150℃～230℃）。由压力估算图解（见图7）可知，流体静岩压力分别为17～28MPa和5～11MPa，根据经验公式[12]得出成矿深度分别为0.63～1.04km和0.19～0.41km。

4.4成矿物质来源

成矿物质的来源通常可以通过δ34S值来解释，如果变化范围小于10‰，则表示硫来源是均一的。该矿床δ34S值为1.9‰～4.9‰，平均值为3.4‰，反映硫同位素来源较为单一。在硫同位素直方图（见图8）中，δ34S值主要集中于2.0‰～5.0‰，为塔式分布，显示出一定的幔源特征，表明成矿物质主要來源可能是岩浆。综合前人研究成果，该矿床硫同位素物质来源以造山带为主，可能混入一定的幔源物质。

4.5成矿作用机制

杨永强等[13]采用锆石U-Pb法测得敖仑花钼铜矿床成矿年龄为（135.0±1.0）Ma，与马星华等[4]测得的（135.0±4.0）Ma相近，说明岩浆作用发生时间约为135Ma，属于早白垩世;该矿床附近的半拉山钼矿床和小东沟钼矿床在成矿年龄（分别为（132.1±1.8）Ma[14]和（138.1±2.8）Ma[15]）上与敖仑花钼铜矿床相近，因此这3者均为早白垩世构造-岩浆活动产物，侧面证实了在135Ma年大兴安岭和中国东部发生了大规模的岩浆-流体成矿事件。在幔源岩浆携带流体上升过程中，地壳发生部分熔融作用形成花岗质岩浆，同时携带络合剂萃取地壳中的成矿元素，形成富矿流体[4];发生部分熔融作用的地壳为年轻的造山带物质，使得Mo等成矿元素进一步富集[5]。氢、氧同位素分析结果显示，早期流体主要来自岩浆热液，因此敖仑花钼铜矿床的形成可能与挤压造山向碰撞伸展的岩浆活动有关。

构造-岩浆活动导致围岩发生破裂，形成大量断裂与裂隙，压力差与密度差为流体提供了动力来源，使流体向上运移[16]。高温、高盐度的初始成矿流体为NaCl-H2O-CO<SUB>2</SUB>体系热液，流体在短时间内迅速充填断裂与裂隙，随着温度与压力降低，成矿流体经历沸腾，以及残余流体与大气降水混合的过程;在流体发生沸腾过程中CO<SUB>2</SUB>不断挥发，流体pH升高，导致流体中SiO2发生结晶作用，Mo、Cu等成矿元素开始大量富集沉淀成矿。在大气降水混入阶段，温度降低，Mo、Cu等成矿元素溶解度降低，进一步沉淀成矿。因此，敖仑花钼铜矿床的沸腾作用与降温作用是Mo、Cu等成矿元素富集成矿的重要流体作用机制。

5结论

1）敖仑花钼铜矿床成矿作用可以分为4个阶段：石英+黄铁矿+辉钼矿阶段（Ⅰ）、石英+辉钼矿+黄铁矿+黄铜矿阶段（Ⅱ）、石英+黄铁矿+黄铜矿+闪锌矿阶段（Ⅲ）、石英+碳酸盐脉阶段（Ⅳ）。

2）根据包裹体在室温下观察到的相态特征，将其划分为4种类型：富气相包裹体（G型）、富液相包裹体（L型）、富CO<SUB>2</SUB>三相包裹体（C型）和含子矿物多相包裹体（S型）。成矿Ⅰ、Ⅱ阶段，包裹体主要为G型和L型，S型次之，C型很少见;成矿Ⅲ阶段，包裹体主要为G型和L型;成矿Ⅳ阶段，包裹体主要为L型。

3）初始成矿流体具有高温、高盐度和富CO<SUB>2</SUB>等特征，随着成矿作用的持续，成矿流体性质发生变化，逐渐演变为低温、低盐度，贫CO<SUB>2</SUB>成矿流体，完全均一温度表现出明显下降趋势。氢、氧同位素分析结果显示，成矿流体来源早期以岩浆水为主，晚期逐渐混入大气降水。初始岩浆分异的高温、高盐度NaCl-H2O-CO<SUB>2</SUB>体系热液在向上运移过程中，随温度与压力的逐渐减小，发生沸腾作用，导致Mo、Cu等金属成矿元素大量沉淀而富集成矿。

4）硫同位素的主要来源可能是岩浆，结合前人研究结果，敖仑花钼铜矿床岩浆与含矿热液均具有壳幔双重来源特征。

[参考文献]

[1]ZENGQD，LIUJM，ZHANGZL，etal.GeologyandgeochronologyoftheXilamulunmolybdenummetallogenicbeltineasternInnerMongolia，China[J].InternationalJournalofEarthSciences，2011，100（8）：1791-1809.

[2]孟树，闫聪，赖勇，等.内蒙古车户沟钼铜矿成矿年代学及成矿流体特征研究[J].岩石学报，2013，29（1）：255-269.

[3]孙丰月，王睿，王一存，等.内蒙古碾子沟钼矿床成矿流体来源、演化及成矿机理[J].吉林大学学报（地球科学版），2020，50（3）：768-780.

[4]马星华，陈斌，赖勇，等.内蒙古敖仑花斑岩钼矿床成岩成矿年代学及地质意义[J].岩石学报，2009，25（11）：2939-2950.

[5]倪师军，滕彦国，张成江，等.成矿流体活动的地球化学示踪研究综述[J].地球科学进展，1999，14（4）：346-352.

[6]欧阳荷根.大兴安岭南段拜仁达坝—维拉斯托银多金属矿床成矿作用及动力学背景[D].北京：中国地质大学（北京），2013.

[7]CLAYTONRN，ONEILJR，MAYEDATK.Oxygenisotopeexchangebetweenquartzandwater[J].JournalofGeophysicalResearchAtmospheres，1972，77（17）：3057-3067.

[8]张宏飞，高山.地球化学[M].北京：地质出版社，2012.

[9]马星华，陈斌.大兴安岭南段敖仑花斑岩钼（铜）矿床成矿流体来源与成矿作用：稳定同位素C、H、O、S和放射性Pb同位素约束[J].吉林大学学报（地球科学版），2011，41（6）：1770-1783.

[10]RAMBOZC，PICHAVANTM，WEISBRODA.Fluidimmiscibilityinnaturalprocesses：useandmisuseoffluidinclusiondataII.Interpretationoffluidinclusiondataintermsofimmiscibility[J].ChemicalGeology，1982，37（1/2）：29-48.

[11]ROEDDERE，BODNARRJ.Geologicpressuredeterminationsfromfluidinclusionstudies[J].AnnualReviewofEarthandPlanetarySciences，1980，8（1）：263-301.

[12]SHEPHERDTJ，RANKINAH，ALDERTONDHM.Apracticalguidetofluidinclusionstudies[M].GlasgowandLonon：Blackie，1985.

[13]杨永强，定立，翟德高，等.西拉木伦河北岸敖仑花斑岩型钼矿含矿岩体[J].地球科学（中国地质大学学报），2012，37（6）：1291-1304.

[14]曾庆栋，刘建明.西拉沐伦钼矿带半拉山斑岩钼矿床花岗斑岩锆石SHRIMPU-Pb测年及其地质意义[J].吉林大学学报（地球科学版），2010，40（4）：828-834.

[15]HEINRICHCA.Fluid-fluidinteractionsinmagmatic-hydrothermaloreformation[J].ReviewsinMineralogyandGeochemistry，2007，65（1）：363-387.

[16]盧焕章，范洪瑞，倪培，等.流体包裹体[M].北京：科学出版社，2004.

Abstract：AolunhuaMo-CuDepositisatypicalporphyrydeposit.TheorebodiesmainlyoccurinthemonzoniticgraniteporphyryintheEarlyCretaceous.Thehydrothermalmineralizationcanbedividedinto4stages：quartz+pyrite+molybdenitestage（Ⅰ），quartz+molybdenite+pyrite+chalcopyritestage（Ⅱ），quartz+pyrite+chalcopyrite+sphaleritestage（Ⅲ），quartz+carbonateveinsstage（Ⅳ）.Thestudyonmineralogy，petrographyoffluidinclusions，microthermometryofinclusions，andstableisotopeanalysisshowsthattheprimaryoreformingfluidsinStageⅠandⅡarehightemperature（316℃-462℃），highsalinity（2.23%-45.54%）NaCl-H2O-CO<SUB>2</SUB>typesolutions;theoreformingfluidsinStageⅢarehightemperature（300℃-368℃），lowsalinity（3.37%-9.34%）NaCl-H2Otypesolutions;theoreformingfluidsinStageⅣarelowtemperature（130℃-260℃），lowsalinity（3.53%-11.95%）NaCl-H2Otypesolutions，indicatingthetrendofdecreasingoreformingtemperatureandsalinity.H，Oisotopeanalysisshowsthatearlyoreformingfluidsaremainlymagmaticwater，meteoricwaterblendedinlater;δ34Svalueis1.9‰-4.9‰，indicatingmagmaticsourceofSisotope.Duetodecreasingtemperatureandpressure，thefluidsboil，CO<SUB>2</SUB>vaporizes，fluidpHincreases，sothatoreformingelementssuchasMo，Cuprecipitatesandeventuallyconcentratesintodeposits.

Keywords：oreformingfluidssource;stableisotope;metallogenicmechanism;porphyry;AolunhuaMo-CuDeposit