不同类型热液金矿系统的流体包裹体特征.pdf

1 0 0 0 -05 6 9 ／ 2 0 0 7 ／ 0 2 3 0 9 一 2 0 8 5 - 0 8 A c t a P e t r o l o g i c a S i n i c a 岩石 学报 不 同类型热液金矿 系统 的流体包 裹体特征 陈衍景 倪培。 范宏瑞 F P i r a j n o 赖勇 苏文超 张辉 C H E N Y a n J i n g ， N I P e i ， F A N H o n g R u i ， F P ir a i n o ， L A I Y o n g ， S U W e n C h a 0 a n d Z H A N G H u i 1 ．中国科学院广州地球化学研究所 成矿动力学重点实验室 ， 广 州5 1 0 6 4 0 2 ．北 京大学 造 山带与地壳演化重点实验室 ， 北 京1 0 0 8 7 1 3 ．南京大学 壳幔演化与成矿 国家重点实验室 ，南京2 1 0 0 9 3 4 ．中国科学院地质 与地球物理研究 所 岩石圈演化重点实验室 ， 北京 1 0 0 0 2 9 5 ． Ge o l o g y S u r v e y o f We s t Au s t r a l i a，1 0 0 P 1 a i n S t r e e t ， P e a h，W A 6 0 O 4，Au s t r ali a 6 ．中国科学院地球化学研究所 ，贵阳5 5 0 0 0 2 1 ．K L MD．G nan g z h o u I n s t i t u t e o fG e o c h e m i s t r y ，C h i n e s e A c a d e m y of S c i e n c e s ，G u a n g z h o u 5 1 0 6 4 0， C h i n a 2 ．L a b o r a t o ry of O r o g e n a n d C r u s t E v o l uti o n ，P e k i n g U n i v e r s i t y ， B e in g 1 0 0 8 7 1 ，C h i n a 3 ．K e y L a b o r a t o ry of C r u s t Ma n t l e E v o l u t ion a nd Mi ner a l i z a t io n ，N a n g U n i v e r s i t y ， Na n g 2 1 0 0 9 3 ，C h i na 4 ．K e y Lab o r a t o ry of L i t h o s p h e r e E v o l u t ion ，I nst i t u t e ofGeo l o g y a nd Geo p h y s i c s ， C h i nes e A c a d e m y of S c ie n c e s ，B e ij i n g 1 0 0 0 2 9 ，C h i na 5 ．Geo l o g y S u r v e y of W e s t A u s t r a l i a ，1 0 0 P l a i n S t r e e t ， P e r t h ，W A 6 0 0 4， A ust r a l i a 6 ．I n s t i t ute ofGeo c h e m is t ry，C h i n e s e A c a dem y of S c ie n c e s ，G u i y a n g 5 5 0 0 0 2 ，C h i n a 2 0 0 6 1 2 3 O收 稿 ．2 0 0 7 - 0 6 2 2改 回 ． C h e n Y J， N i P，F a n HR，P i r a j n o F，L a i Y，S u WC a n d Z h a n g H．2 0 0 7 ．D i a g n o s t i c f l u i d i n c l u s i o n s o f d i ff e r e n t t y p e s h y d r o t h e r ma l g o l d d e p osi t s ．A c t a P e t r o l o g i c a S i n i c a ， 2 3 9 2 0 8 5-2 1 0 8 Abs t r a c t T hi s pa p e r ， u s i ng g o l d d e p o s i t s a s e x a mp l e， a t t e mp t s t o s e t u p a s c i e n t i fic l i n k a g e b e t we e n o r e g e o l o g y a nd flu i d i n c l u s i o n s ，c o n s i d e ri n g t h a t i n p r e v i o u s p u b l i s h e d w o r k s ，o b s e r v a t i o n s a n d me a s u r e me n t s o f t h e fl u i d i n c l u s i o n s c o mmo n l y w e r e n o t w e l l i n t e r p r e t e d ．I n s o me c a s e s ，g e o l o g i c a l d a t a d i d n o t a g r e e w i t h t h e r e s u l t s o b t a i n e d f r o m fl u i d i n c l u s i o n s t u d i e s ，I n t h i s p a p e r ，w e fi r s t r e v i e w pr e v i o u s c l a s s i fic a t i on s o f g o l d de p o s i t s，a n d t he n，s u bd i v i d e g o l d de p o s i t s i n t o fiv e c l a s s e s，b as e d o n t h e d o mi n a nt o r e f o r mi n g p r o c e s s e s 1 i n t r u s i o n r e l a t e d h y p o t h e rm al s y s t e m s ，s u c h a s p o rph y r y s y s t e m s ，b r e c c i a p i p e s ，I O C G a n d s k a ms ；2 o r o g e n i c o r m e t a mo rph i c h y d r o t h e rma l t y p e ；3 e p i t h e rma l t y p e ，i ． e ． r e w o r k i n g h y d r o t h e rm al d e pos i t s h o s t e d i n c o n t i n e n t a l f a c i e s v o l c a n i c s u b v o l c a n i c r o c k s ； 4 fi n e g r a i n d i s s e m i n a t e d t y p e C a r l i n - t y p e a n d ／ o r C a r l i n - s t y l e ，i ． e ．r e w o r k i n g h y d r o t h e rma l d e p o s i t s h o s t e d s e d i me n t s ； a n d 5 h y d r o t h e rmal m e t a l l i f e r o u s s e d i m e n t s r e l a t e d t o s u b m a ri n e v e n t i n g ， s u c h a s V MS a n d S E D E X s t y l e s ．I n t h i s w o r k w e s e l e c t d i a g n o s t i c g e o l o gi c a l a n d fl u i d ． i n c l u s i o n c h a r a c t e ri s t i c s o f t h e s e fi v e c l a s s e s o f o r e ． s y s t e m s ， a n d c l a r i f y t h e i r k e y d i fi e r e n c e s t ha t c a n b e u s e d a s g e n e t i c ma r ke r s ．Or e ． flui d s a r e c l a s s i fie d i n t o t hr e e e n d me mbe rs ，n ame l y r e wo r ki n g，me t a mo rp h i c a n d ma g ma t i c flui d s ． Ma n y o r e s y s t e ms a r e kn o wn t o f o rm a s a r e s ul t o f mul t i p l e flu i ds d u rin g mu l t i - s t a g e e v e nt s； a n d t h e i r l a t e- s t a g e o f mi n e r a l i z a t i o n a l w a y s b e i n g c a u s e d b y fl u i d s w i t h a h i g h p r o p o r t i o n o f r e w o r k i n g o f t h e o ri g i n al o r e s y s t e ms o r b y r e n e we d fl u i d fl o w． The r e f o r e。t h e f e a t u r e s o f l a t e - s t ag e flu i ds，a l t e r a t i o n a n d mi n e r a l i z a t i o n c a n n o t be us e d t o i de n t i f y t h e o r i g i n a n d g e ne t i c t y pe o f a n o r e s y s t e m．I n s t e a d ， w e s u g g e s t t h a t o n l y t h e e a r l y - s t a g e s i g n a t u r e s c a n b e e m p l o y e d t o d e t e rm i n e t h e o ri gin a n d t y p e o f a n o r e s y s t e m． R e w o r k i n g fl u i d s a r e c h a r a c t e ri z e d b y l o w ． t e m p e r a t u r e 5 0 0 t 的金矿属于此类 ， 是最重要 的黄金资源 B i e r l e i n a n d G r o v e s ， 2 0 0 6 。 3 ． 1 ． 1 标志性地质特征 造山型金矿 床的关键 地质特 征如 下 参 见陈衍 景， 2 0 0 6 成矿事件是增生型 a c c r e t i o n a r y 或碰撞型 c o l l i s i o n a 1 造山作用的结果。成矿时间同步于或尾随于造山事件 ， 成矿 系统发育在造 山带内部或受到造 山事件影响强烈的地 区。 就碰撞造山带而言， 成矿系统发育在主边界逆冲断裂 MB T ， m a i n b o u n d a u t h r u s t 与反 I 边 界逆 冲断裂 R B T，r e v e r s e b o u n d a u t h rus t 之 间 陈 衍 景 ，1 9 9 8 ；C h e n e t a 1 ． ， 2 0 0 5 a b ， 例如， 在秦岭造山带， 造 山型金矿床分布在龙门山一 大巴 山断裂 MB T 与 二门峡一 宝丰断裂 R B T 之间 。就 增生 型造 山带而占， 成矿系统发育在弧前增生楔或增生地体内， 即 B 型俯冲带 j 岩浆弧之间 图 1 。 矿床定位受构造控制。超岩石圈或超壳断裂、 地体边界 断裂等区域性断裂控制矿田分布， 区域性断裂的二级或更次 级的羽状断裂构造控制矿带或矿床的定位， 赋矿断裂多为高 角度的走滑带、 逆掩推覆带， 横向断裂和褶皱构造也可控制 矿床定位； 赋矿断裂的脆性- 韧性转变带往往是富矿体发育 2 08 9 的有利地带 李 品等 ， 2 0 0 4及该文 6 。 矿体呈脉状产出， 延深可达数公理， 如印度 K o l a r 和澳大 利亚 G o l d e n Mi l e 金矿 ；矿化 中心发 育次生 交代 英岩 或粗 粒石英脉 ， 两 侧蚀 变分带清楚 ， 垂 蚀 变分带小 明显 ， 但 矿化 C 素具有垂向分带现象。 蚀变矿化大致可分为 3个阶段 ， 分别以发育含黄铁矿的 石英脉或次牛交代石英岩 、 多金属硫化物网脉和 英一 碳酸 盐 网脉为特征 。早 阶段含 黄铁 矿的 英脉 多受 构造 变形而 发育共轭节理或破碎为角砾、 团块等， 英颗粒具有波状 肖 光、 边缘细粒化等现象；中阶段多金属硫化物组合充填胶结 石英脉角砾 ， 或呈定向或共轭 c o a x i a 1 网脉 s t o c k w o r k 充填 于石英脉的裂隙系统中；晚阶段 英一 碳酸盐网脉具有梳状 或晶簇构造。图2显示了上述 3阶段矿化特征和组构 ， 并可 见于大量报道 陈衍景和富士谷 ， 1 9 9 2 ；陈衍景， 2 0 0 6 ；张静 等， 2 0 0 4；陈华勇等， 2 0 0 4；祁进平 等， 2 0 0 7 ；H a g e m a n n a n d L u d e r s ， 2 0 0 3 ； C h e n e t a 1 ． ， 2 0 0 5 b ， 2 0 0 6 ， 它们确证成矿构造 背景由挤压经剪切向伸展演化， 或者成矿位置由深层次向浅 层次隆升 如， 张静等， 2 0 0 4 ， 即成矿伴随于造山过程。 3 ． 1 ． 2 成矿流体特征 前人大量研究表明 G r o v e s e t a 1 ． ，1 9 9 8 ；K e r r i c h e t a 1 ． ， 2 0 0 0 ；H a g e m a n n a n d C a s s i d y ， 2 0 0 0 ， 造山型金矿的流体包裹 体主要由3种成分类型， 即富 C O 包裹体 、 含 C O 水溶液包裹 体和水溶液包裹体。 1 富 C O 包裹体。包括纯 C O 包裹体和 C O 相占 5 0 v o 1 ％以 E的 C O 一H O包裹体， 前者可由两相或单相 C O 组 成， 可含部分 C H 或 N ； 后者则有两相 L 。 ， L 。 或三相 所谓的“ 双眼皮” ， V 。 ， L 。 ， L m 。 图 2 F ． 此类包裹体 的盐度通常 4 8 0 0 t K e r r i c h e t a 1 ． ， 2 0 0 0 。特别指出， 在世 界范围内， 此类矿床主要发现于 1 9 8 0年以后。 表3 世界超大型微细粒浸染型金矿床 Ta b l e 3 T h e s u p e r l a r g e g o l d d e p o s i t s o f fi n e g r a i n d i s s e mi n a t e d t y p e i n t h e w o d d 表示 资源量 3 ． 4 ． 1 标 志性地 质特征 微细粒浸染型成矿系统的关键地质特征 图6 如下 1 微细粒浸染型金矿的特点之一就是“ 微细粒” 和“ 浸 染状” 。所谓微细粒 ， 是指 自然金粒度细， 不但 肉眼不可见， 而且显微镜下也难以发现， 它们主要赋存于环带状含砷黄铁 矿中； 各类载金矿物和金属矿物或矿石矿物的粒度细小， 各 类脉石矿物的粒度也相对于其它类型金矿的粒度细小。所 谓浸染状 ， 是指金 以不可见 自然金的形式浸染于载金矿物 中， 矿石矿物呈微细粒状或微细脉状浸染于交代蚀变岩型矿 体 r e p l a c e me n t 或蚀变围岩之中， 而石英等脉石矿物也呈浸 染状交代断裂构造带或围岩地层。因此， 矿体与围岩地层之 间没有截然 的界线 。 2 矿体多定位于高角度断层破碎带内， 赋矿地层为冒 地槽相的含碳质碎屑岩一 碳酸盐． 硅质岩建造， 具有含碳、 富 铁、 富碳酸盐甚或间夹蒸发岩、 热水沉积物的特点；其中， 以 含碳钙质粉砂岩是最佳赋矿岩性， 常有 A g A s A u - H g S bT 1 元素地球化学异常。美国西部的赋矿地层为寒武系一 三叠系， 陕甘川和滇黔桂地区为震旦系一 三叠系， 主要含矿层位为泥盆 系一 三叠 系。 3 标志性的围岩蚀变是 去碳酸盐化 D e c a r b o n a t i o n ， 即碳酸盐被 S i O 取代 图 6 BC ， 赋矿岩石脱 C O 和 c a 、 Mg ， F e形成硫化物或砷化物或氧化物而残留， 因此， 似碧玉 岩化与去碳酸盐化相伴发生， 也是标志性蚀变之一。硅化、 泥化 高岭石、 伊利石、 蒙托石 、 绢云母化、 碳酸盐化是最普 遍的蚀变类型， 个别矿床的重晶石化或钠长石化或沥青化较 强 ， 矿石矿物以黄铁矿、 毒砂 、 雄黄、 雌黄、 辰砂 、 辉锑矿等矿 物为主， 有时发育沥青脉 陈衍景等 ， 2 0 0 1 b ， 晚期可见重晶 石化或重晶石脉。 4 成矿省总发育在伸展构造背景， 特别是挤压向伸展 转变的构造期或构造带。美州西部 内华达、 阿拉斯加和加 拿大育空地区 为弧后伸展的盆岭省或伸展背景的岩浆弧； 陕甘川、 滇 黔桂和伊 朗西北 部 Z a r s h u r a n Me h r abi e t a 1 ． ， 1 9 9 9 成矿省均形成于陆陆碰撞过程的挤压向伸展转变期。 3 ． 4 ． 2 成矿流体性质 卢焕章等 2 0 0 4 总结了国内外微细粒浸染型金矿床的 流体包裹体特征， 已发现的包裹体类型如下 1 水溶液包裹体。此类包裹体为富气相、 富液相和纯 液相的水溶液包裹体， 是微细粒浸染型金矿中最主要、 最常 见的包裹体类型， 很多金矿床只含此类包裹体。这类包裹体 的均一温 度 一般 低于 2 5 0 C， 少 数 高达 3 9 0 C 苏 文超 ， 2 0 0 2 ；盐度一般 l O w t ％N a C 1 ． e q ， 个别高达 1 8 w t ％N a C 1 ． e q H o f s t r a a n d C l i n e ， 2 0 0 0 ；不含 C O 2 ， 或 C O 2 含量 1 0 ／ mo l 。 2 石油包裹体。这类包裹体发现于美国西部、 滇黔桂 和陕甘川成矿省的个别矿床 陈衍景等， 2 0 0 1 ， 2 0 0 4 ， 它们的 均一温度一般不超过 2 5 0 C 卢焕章等， 2 0 0 4 ． 3 富 C O 包裹体和含 C O 包裹体。美国西部的微细粒 浸染型金矿中不发育此类包裹体。但是， 滇黔桂的水银洞、 烂泥沟等金矿床 苏文超 ， 2 0 0 2 和陕甘川的阳山等金矿 李 晶等 ， 2 0 0 7 发育较多此类包裹体， 其盐度低于 8 w t ％N a C 1 ． e q ， 均一温度在 2 0 0 C以上， 最高达 3 5 0 C 或更高， 捕获压力达 2 0 0 MP a或更高 苏文超， 2 0 0 2 ； 李晶等 ， 2 0 0 7 。发育此类包 裹体的微细粒浸染型金矿床往往披视为卡林型与造 山型之 间的过渡类型 苏文超等 ， 2 0 0 6 ， 甚或被解释为造山型 李晶 等 ． 2 0 0 7 。 维普资讯 维普资讯 陈衍景等 不同类型热液金矿系统的流体包裹体特征 总之 ， 微细粒浸染型金矿的成矿流体系统为低温、 浅成 的水溶液 ， 包裹体均一温度一般低于 3 0 o ℃， 估算包裹体捕获 压力一般低于6 0 MP a 静水压力深度 2 0 t 、 品位 0 ． 5～0 ． 8 g ／ t G u e t a 1 ． ， 2 0 0 7 ；河南水洞岭 V MS型矿床概查资源量为 铜 1 21 0 t ， 铅 1 61 0 t， 锌 7 5 ． 71 0 t， 金 6 t ， 银6 1 1 ． 7 t 。在陕甘 S E D E X型铅锌矿 田， 不仅 厂坝、 银洞子等铅锌矿床伴生银金矿化， 而且还发育与热水 沉积有关 的双王 、 二 台子独立金矿 床。 现代海底观测活动， 特别是对海底黑烟囱的连续观测记 录， 已使我们能够认识热水沉积及其成矿过程的细节， 因此， 在各类矿床中， 热水沉积型成矿系统的研究程度最为精确。 虽然如此， 仍有一些问题值得讨论 1 热水沉积系统的空 间分布规律和驱动机制； 2 热水沉积系统 的流体来源及其 成矿特征； 3 现代海底喷流产物的产状 、 组构与 V H MS型 或 S E D E X型矿床差距较大， 前者以烟囱为主， 后者主要为层 状或似层状； 4 热水沉积矿床原本形成于海盆底部， 现已 保留于大陆造山带或克拉通内部， 均已经历了造山作用 ， 但 目前对造山过程中成矿元素的再活化、 迁移、 就位程度和规 律认识较弱 G u e t a 1 ． ，2 0 0 7 ；彭润 民等， 2 0 0 7 。这些问题 不属本文讨论的范围， 下面重点介绍此类成矿系统的地质和 流体包裹体特征。 3 ． 5 ． 1 标志性地质特征 热水沉积型成矿系统的关键地质特征如下 1 热水沉积成矿系统一般发育在伸展盆地或扩张海底 图 7 A ， 一个完整的热水沉积系统由 3部分组成 图 7 B ， 即， 淋滤蚀变的远矿底板 退色蚀变的远矿围岩底板 ， 含支 脉矿体 s t r i n g e r 的浸染状矿化的近矿蚀变底板， 热水沉积的 层状矿体。因此， 底板蚀变且含支脉矿体， 而顶板缺乏蚀变 和支脉矿体， 是热水沉积矿床的特征之一。 2 除蚀变矿化底板之外 ， 层状矿体 自下而上分为块状 硫化物层、 硫化物碎屑沉积层和铁锰氧化物层 图 7 B ， 矿体 内部或顶部常伴生重晶石或硬石膏层 。层状矿石一般以黄 铁矿为主 约 9 0 ％ ， 可保留烟囱构造 图 8 A B ， 常见虫管 图 8 c 、 块状、 纹层状、 条带状构造发育 图 8 D和 F 。支脉 矿体可见水压致裂的角砾状构造。 3 总体而言， 以硅化、 糖粒状钠长石化 图 8 E；如甘肃 厂坝矿田、 陕西双王金矿和新疆蒙库铁矿 、 绿帘石化、 绿泥 石化、 高级泥化为主。底板蚀变因岩性不同而差别较大 ， 当 底板为火山岩时 ， 蚀变矿物与原岩成分差别 显著， 蚀变表现 强烈或清楚 ， 当底板 为沉积 岩 时 ， 蚀 变 矿物 与原岩 矿物成 分 差别较小， 蚀变表现较弱。支脉两侧有时可识别出对称性蚀 变分带 。 维普资讯 2 1 0 o A c t a P e t r o l o g i c a S i n i c a 岩石学报2 0 0 7， 2 3 9 B E 浆 囵 投染状硫化物蚀变骷 口jn 变 底扳 火Ll j ■ 一 块状硫化物矿 ■ 一 硫化物 物 匿 圈 铁锰瓴化物优枞 图7 热水沉积成矿系统构造环境 A 和蚀变矿化模式 B 据P i r a j n o ， 2 0 0 3 ， 北京大学讲课材料绘制 F i g ． 7 T e c t o n i c s e t t i n g A a n d g e n e t i c m o d e l B f o r a l t e r a t i o n a n d mi n e r a l i z a t i o n o f h y d r o t h e r ma l s e d i me n t a t i o n o r e - s y s t e m S l i g h t l y m o d ifi e d f r o m F P i r a j n o ’ S l e c t u r e s i n P e k i n g Un i v e r s i t y i n 2 0 0 3 3 ． 5 ． 2成矿 流体特征 研究表明 Z a w e t a 1 ． ，1 9 9 6 ；K e r r i c h e t a 1 ． ，2 0 0 0 ； 倪 培 等， 2 0 0 5 ， 热水沉积型矿床主要发育水溶液包裹体， 个别矿 床的脉状矿体中可见含子晶包裹体或富／ 含 C O 包裹体 ， 具 体说明如下 1 水溶液包裹体。是热水沉积矿床的最主要流体包裹 体 ， 很多矿床只发育此类包裹体 ， 表明热水沉积型成矿系统 的包裹体组合简单。这类包裹体均一温度集 中在 1 0 0～ 3 5 0 C， 盐度多变化于 3 ． 5～1 5 w t ％N a C I ． e q 。当水深 1 5 k m 。不同类型热液起源深度的变 化依赖于地温梯度的高低 陈衍景和富士谷， 1 9 9 2 ；陈衍景， 1 9 9 8 ； Me ma g h e t a 1 ． ， 2 0 0 7 。 上述 3类流体之间的差异实为 H 0、 C O 和溶质之间的 比例差别， 可由盐度和 C O 含量 即 C O ／ H 0 两项指标描 述。由于 C O 的沸点和熔点均远低于 H 0， 易于沸腾汽化逃 逸， 因此流体的 C O 含量在很大程度上与压力或深度正相 关；由于多数物质的溶解度随温度增高而增高， 且温度升高 有利于固体物质融化， 因此盐度在很大程度上 与温度正相 关。如此以来， 我们可用图 9示意这些变量与流体性质及其 起源 的关系。 维普资讯 陈衍景等不同类型热液金矿系统的流体包裹体特征 _燕 质 趣 液 X 浆热i 忮 ’ _ ⋯ 造 _’ 激 ⋯ 盐嫂 wt ％NaCI ． eq o C 600 450 300 1 5O 图 9 不 同类型热液 的盐度和 C O 含量及其 与温度、 压力的关系 F i g ． 9 T h e s a l i n i t y a n d CO2 c o n t e n t i n d i f f e r e n t h y d r o t h e r ma l fl u i d s a n d t h e i r r e l a t i o n s t o t e mp e r a t u r e a n d p r e s s u r e 在改造作用的温度范围 5 0～3 0 0 C ， 多数硅酸盐矿物 不发生变质， 沉积物等表壳岩 s u p r a c r u s t a l r o c k 脱孔隙水、 结晶水、 吸附水、 矿物层间水而形成改造型热流体 ；同时， 碳 酸盐矿物因热分解温度较高而无法向流体系统提供 C O ， 且 流体系统因压力低、 深度浅而有利于 C O 逃逸。因此， 改造 型流体以 H