陕西神河钡矿床矿物流体包裹体特征与成矿物理化学条件..pdf

2011 年 12 月 December, 2011 矿 床 地 质 MINERAL DEPOSITS 第 30 卷 第 6 期 Vol. 30 No. 6 文章编号 0258 -7106 2011 06 -1100 -13 陕西神河钡矿床矿物流体包裹体特征 与成矿物理化学条件 X 吴胜华1, 2, 3, 刘家军1, 3* *, 柳振江1, 3, 翟德高1, 3, 邢永亮1, 3 1 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室, 北京 100083; 2 中国地质科学院矿产资源研究所 国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室, 北京 100037; 3 中国地质大学地球科学与资源学院, 北京 100083 摘 要 陕西神河钡矿床位于南秦岭钡成矿带的北矿带, 重晶石和毒重石为主要的矿石组成。显微测温分析 表明, 重晶石、 毒重石和钡解石内流体包裹体的均一温度范围分别为 108 205e 峰值 130 170e 、 118 274e 峰 值 150 210e 和 146 227e ; 盐度w NaCleq 分别为 0153 9186 、 0118 8195 和 4103 7131 ; 激光拉 曼分析表明, 重晶石中流体包裹体气液相组成以 H2O 为主, 毒重石中流体包裹体气相则含有 CO2、 N2、 H2S 和 CH4, 钡解石中流体包裹体气相也含有 CO2和 N2, 石英中流体包裹体气相部分含有 CO2、 N2、 H2S 和 CH4。以上研究成果 反映了重晶石、 毒重石和钡解石在成矿条件上的差异。毒重石的形成可能与热化学硫酸盐还原作用相联系, 热化学 硫酸盐还原作用消耗了热液流体中大量的有机气体和 SO2- 4; 同时表明在形成毒重石期间, 此反应抑制了重晶石的 形成, 热化学硫酸盐还原作用实现了碳从有机物来源 CH4等到毒重石 碳酸盐的转变过程。研究结果显示, 流体 温度较高、 一定含量的 CO2气体、 较高 Ba2浓度、 发生热化学硫酸盐还原作用前成矿流体中较高的 HS-浓度和H2S 较快速的扩散和转移的流体物理化学成矿环境是毒重石形成的重要条件。 关键词 地球化学; 钡矿床; 流体包裹体特征; 成矿物理化学条件; 神河; 陕西 中图分类号 P599 文献标志码 A Fluid inclusion characteristics and metallogenic physicochemical conditions of Shenhe barium deposit, Shaanxi Province WU ShengHua1, 2, 3, LIU JiaJun1, 3, LIU ZhenJiang1, 3, ZHAI DeGao1,3and XING YongLiang1, 3 1 State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China; 2 MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China; 3 School of Earth Science and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China Abstract T he Shenhe barium deposit in Shaanxi Province occurs in the northern ore zone of the early Paleozoic South Qinling barium metallogenic belt1 Barite and witherite are main ore minerals. Microthermometric analyses show that the homogenization temperature ranges of the fluid inclusions in barite, witherite and barytocalcite are 108 205 e with main peak at 130 170e , 118 274 e with main peak at 150 210e and 146 227e , X本文得到国家自然科学基金 40573032、 41173062 、 高等学校学科创新引智计划 B07011 、 长江学者和教育部创新团队发展计划等项 目的资助 第一作者简介 吴胜华, 男, 1982 年生, 研究实习员, 从事矿床学和矿床地球化学方面的研究。Email shenghuage sina. com * *通讯作者 刘家军, 男, 1963 年生, 教授, 博士生导师, 矿物学、 岩石学、 矿床学专业, 从事矿床地球化学方面的研究。Email liujia - jun cugb. edu. cn 收稿日期 2011 - 01 -04; 改回日期 2011 -09 -14。秦思婷编辑。 respectively, and the salinity ranges of the fluid inclusions in the barite, witherite and barytocalcite w NaCleq are 0153 9186 , 0118 8195 and 4103 7131 , respectively. Laser Raman analyses show that the gas and liquid phase composition of the fluid inclusions in barite is H2O, the gas phase compositions of the fluid inclusions in witherite are composed of CO2, N2, H2S and CH4, the gas phase compositions of the fluid in - clusions in barytocalcite include CO2and N2, and the gas phase compositions of the fluid inclusions in quartz con - sist of CO2, N2, H2S and CH41 It is concluded that metallogenic conditions of various kinds of barium minerals were different. The ation of witherite was possibly associated with thermochemical sulfate reduction, which consumed lots of organic gases and SO2- 4in hydrothermal fluids and also inhibited the ation of barite when witherite was ed. T he authors thus hold that thermochemical sulfate reduction transferred carbon from or - ganic gases into witherite. Relatively high fluid temperatures, the existence of CO2, fairly high Ba2concentra - tions, and the environment of high HS-concentrations and rapid diffusion of H2S in ore -ing fluids before thermochemical sulfate reduction constituted important factors for witherite ation. Key words geochemistry, barium deposit, fluid inclusion characteristics, physicochemical conditions for mineralization, Shenhe, Shaanxi Province 在海相沉积物中, 重晶石常常作为古生产力的 指示矿物 Paytan et al. , 2002 。对海洋中重晶石的 成因主要有 4 种认识 直接来自具有机质腐解和 生物遗存物的海水 Dehairs et al. , 1990 ; 与海底 热液活动相联系 Feely et al. , 1990 ; 形成于富氧 -缺氧边界和硫 酸盐还原 作用环 境的沉 积物中 Brumsack et al. , 1983 ; 由渗透作用或裂隙释放 到海水中的富 Ba 流体形成 Dia et al. , 1993 。在中 国南秦岭地区, 已发现近百个大、 中、 小型规模的钡 矿床, 地质学者们对这些钡矿床的成因存在不同认 识 褚有龙, 1989; 杨瑞东等, 2007 。关于毒重石 的成因, Grawe 等 1949 认为, 其可以交代重晶石形 成; Chamberlain 等 1986 提出, 在地表水缺氧的条 件下, 毒重石可以由细菌促使甲烷发酵和硫酸盐还 原作用形成; 唐菊兴等 1998 认为, 毒重石可以形成 于海底喷流沉积环境; 王忠诚等 1992 认为, 毒重石 可以在富集有机质、 缺少 SO2- 4、 含 Ba 热液释放到海 底的环境中形成; 刘家军等 2008 认为, 毒重石的形 成与热化学硫酸盐还原作用 TSR 密切相关。重晶 石矿床在全球广泛分布, 而毒重石矿床却极为罕见, 中国南秦岭地区出现了重晶石矿床与毒重石矿床共 生的现象, 因此, 对该成矿带中出现重晶石和毒重石 共生、 分异的成因解释是具有重要意义的。 大规模成矿作用在空间上表现为非均一性, 在 成矿带中绝大多数矿床基本上仅出现在几个空间比 较小的大型矿集区内, 它们在地质研究中具有举足 轻重的地位 毛景文等, 1999 。研究这些地区的成 矿事件, 不仅有助于分析矿床的成矿机理, 而且利于 研究特殊地质活动的现象和内容。陕西神河钡矿床 产于南秦岭钡成矿带的北矿带, 主要分布在陕西神 河镇金河口村和丰家岭村一带, 其规模为中型。矿 床以产出重晶石为主要特征, 但在钡矿床中却出现 数条毒重石矿体。通过野外观察, 重晶石与毒重石 的产出, 在空间和时间上既相互联系又相互分离。 笔者通过对该地区各种钡矿物内成矿流体的地球化 学特征的研究来解释其成矿机理。 1 矿床地质背景 陕西神河钡矿床位于南秦岭早古生代大型钡成 矿带中的北矿带。矿带北起陕西茨沟, 向东经官死 沟、 南门沟、 周家沟、 庄丫、 杨寨、 大丫、 石梯、 八里、 何 家沟、 金河口、 七里关、 构皮沟、 扇子坡, 进入湖北省 竹山、 竹溪一带, 矿带规模巨大 刘家军等, 2008; 2010; 吴胜华等, 2010 。从新元古代 志留纪, 南 秦岭地区处于扬子地台被动大陆边缘的伸展构造背 景下 刘淑文等, 2005 , 沉积了厚达 2 000 m 的黑色 页岩和硅质岩 Clark et al. , 2004 , 至寒武 -奥陶纪, 已发展成相当规模的古海槽, 并在南秦岭海域内基 底岛弧和水下隆起的限制下, 形成较典型的滞留盆 地 夏学惠等, 2005 。奥陶纪晚期 志留纪早期, 安康 -平利裂谷盆地进一步发展, 接受了深水类复理 石的碳质硅质岩、 碱性火山岩与次火山岩沉积; 旬阳 一带主要是外陆棚 -半深海的硅质、 碳质、 泥质沉积 夹火山岩、 次火山岩斜坡沉积 唐永忠等, 2007 , 并 在陕西安康茨沟 -石梯 -旬阳神河一带较深的裂陷槽 1101 第 30卷 第 6期 吴胜华等 陕西神河钡矿床矿物流体包裹体特征与成矿物理化学条件 中, 沉积了一套富含重晶石、 毒重石的含碳硅质岩系 唐永忠等, 2006 。该岩系由深海、 半深海相的类 细碧角斑岩建造、 硅质页岩建造、 类复理石建造组 成, 分布面积较大。神河钡矿床就赋存于下志留统 大贵坪组下部含碳硅质岩系中 图 1 涂怀奎, 1999 。 2 矿床基本特征 神河矿床位于老县 -竹溪复式向斜北翼之次级 褶皱, 将军山 -神河镇背斜中。区内下志留统广泛分 布, 褶皱强烈, 断裂不发育。围岩主要为板状碳质硅 质岩或含碳泥质微晶灰岩 图 2 。矿体上部硅质岩 较下部厚, 泥质含量少, 为板状和厚板状。 神河钡矿床, 在空间上存在多层层状矿体。矿 体为 SW 走向, 倾角范围在 25 51b, 呈层状、 透镜 状、 串珠状产出 图 3 。矿体长度几十米至数百米不 等, 矿体厚度一般为 3 4 m, 逐渐向两侧尖灭, 矿体 中常见石英和钡解石透镜体。主要矿石矿物以重晶 石和毒重石为主, 同时含一定量的钡解石、 石英、 方 图 1 陕西神河钡矿床矿区地质图据廖明汉等, 1986 O, 略有修改 1 志留系绢云石英片岩; 2 志留系碳质硅质板岩夹杂砂岩; 3 志留系碳质硅质岩; 4 志留系碳质硅质岩夹绢云石英片岩; 5 实测及推测地质界线; 6 断裂; 7 地层产状; 8 倒转地层产状; 9 神河矿区 Fig. 1 Geological map of the Shenhe barium ore deposit, Shaanxi modified after Liao et al. , 1986 1 Silurian sericite -quartz schist; 2 Silurian carbonaceous siliceous slates intercalated with greywacke; 3 Silurian carbonaceous siliceous rocks; 4 Silurian carbonaceous siliceous rocks intercalated with sericite - quartz schist; 5 Measured and deduced geological boundary; 6 Fault; 7 Stratigraphic occurrence; 8 Reverse stratigraphic occurrence; 9 Location of the Shenhe ore deposit O 廖明汉, 曹孝文, 俞致瑞. 1986. 陕西省旬阳县神河重晶石矿区详细普查地质报告. 陕西地质矿产局第七地质队. 内部资料. 1102 矿 床 地 质 2011 年 图 2 神河钡矿床矿区含矿岩系地层柱状图 廖明汉等, 1986O, 略有修改 1 第四系残坡层; 2 志留系泥质微晶灰岩; 3 志留系含碳泥质微晶灰岩; 4 志留系碳质硅质板岩; 5 志留系硅质板岩; 6 志留系 绢云母片岩; 7 志留系绢云母石英片岩; 8 志留系碳质绢云母石英片岩; 9 志留系钙质石英绿泥石片岩; 10 志留系二云母钠长片岩; 11 重晶石矿体; 12 毒重石矿体; 13 破裂带 Fig. 2 Stratigraphic columnar section of ore -bearing rock series of the Shenhe barium ore district modified after Liao et al. , 1986 1 Quaternary residua- l slope wash layer; 2 Silurian argillaceous limestone; 3 Silurian carbonaceous argillaceous limestone; 4 Silurian carbonaceous siliceous slates; 5 Silurian siliceous slates; 6 Silurian sericite schist; 7 Silurian sericite -quartz schist; 8 Silurian carbonaceous sericite - quartz schist; 9 Silurian calcareous quartz - chlorite schists; 10 Silurian two -mica -albite schists; 11 Barite ore body; 12 Witherite ore body; 13 Fracture zone 解石、 文石和钡钒云母。其中重晶石呈粒状、 板状和 不规则状, 中粗粒结构或细砂结构, 条带状构造或层 状构造, 晶粒大小不等, 一般为 011 115 mm; 毒重 石呈中粗粒结构或细砂结构, 条带状构造或定向沉 积构造, 晶粒大小与重晶石相当; 钡解石为淡黄色、 灰白色, 玻璃光泽, 自形, 三组完全解理, 晶粒大小与 重晶石相当。矿石中还有少量黄铁矿、 闪锌矿、 方铅 矿等金属硫化物。 3 毒重石、 重晶石、 钡解石和石英中流 体包裹体的研究 3. 1 样品特征与测试方法 本次研究所用样品均采自神河钡矿床。重晶石 呈灰白色、 深灰色、 黑色, 具有块状、 层状、 层纹状构 O 廖明汉, 曹孝文, 俞致瑞. 1986. 陕西省旬阳县神河重晶石矿区详细普查地质报告. 陕西地质矿产局第七地质队. 内部资料. 1103 第 30卷 第 6期 吴胜华等 陕西神河钡矿床矿物流体包裹体特征与成矿物理化学条件 图 3 矿体形态与矿石构造 A. 毒重石与重晶石矿体, 白色层状毒重石, 灰色层状重晶石; B. 毒重石矿体, 白色毒重石, 黑色硅质或泥质条带; C. 条带状重晶石矿石, 黑色层状重晶石中有机质较高; D. 白色毒重石矿石, 黑色层为硅质或泥质条带 Fig. 3 Morphology of ore body and structure of ore A. Witherite and barite ore body, White bedded witherite, Grey bedded barite; B. Witherite ore body, White bedded witherite, Black siliceous or argillaceous stripe; C. Bedded barite ore, black bedded barite with high organic matter; D. White witherite ore, with black siliceous or argillaceous stripe 造; 毒重石呈纯白色, 块状构造; 钡解石灰白色。所 选样品透明度高。 流体包裹体测试在中国地质大学 北京 地球科 学与资源学院矿产与资源勘查室流体包裹体实验室 完成。激光拉曼光谱仪为英国 Renishaw 公司生产 的 Renishaw invia 型激光拉曼光谱仪。显微冷热台 为英国 Linkam 科学技术公司生产的专用于地质包 裹体测定的 MDSG600 冷/ 热台, 与德国 ZEISS 公司 的偏光显微镜相匹配, 进行地质样品、 包裹体观察及 测定工作。MDSG600 冷/ 热台的温度控制范围为 - 196 600 e , 可控的冷冻和加温速率范围分别为 0101 e / min 和 130 e / min, 精确度及稳定性在 011 e 之内, 样品最大镜域直径为 1 cm。 通过上述分析方法, 将所测矿物流体包裹体中 盐水溶液包裹体冰点数据对应卢焕章等 2004 所给 出的流体包裹体冷冻法冰点与盐度关系表, 查得各 矿物流体包裹体的盐度值; 根据徐培苍等 1996 给 出的主要气相和液相的拉曼光谱特征峰值来判断各 矿物中流体包裹体的气相和液相组分。 3. 2 流体包裹体类型和特征 神河矿床内重晶石、 毒重石及钡解石的总体特 征为, 原生包裹体在毒重石和重晶石中相对较多, 而 在钡解石中相对较少; 透明度高 有机碳含量较低 的毒重石或重晶石中观察到的包裹体较多; 重晶石、 毒重石和钡解石内包裹体大小主要集中在 3 6 Lm、 5 15 Lm 和 3 8 Lm, 个别可达 4013 Lm 毒重 石 ; 形态主要为椭圆状、 次圆状、 长条状、 不规则状 和少量三角状; 空间分布特征为群体分布、 群体定向 分布和零星分布; 包裹体的气相分数为 5 20, 大部分集中在 5 10 室温条件下, 下文同 图 4 。 重晶石、 毒重石和钡解石内流体包裹体的类型 和成分也存在差别。重晶石中多为气液两相和液相 包裹体。 气液两相包裹体在重晶石中占30 40, 1104 矿 床 地 质 2011 年 图 4 重晶石、 毒重石、 钡解石和石英内流体包裹体照片 A. 样品 05sh - 17 -b - 15, 重晶石内的包裹体; B. 样品 05sh - 17 -b - 26, 重晶石内的包裹体; C. 样品 05sh -11 -1 -w -2, 毒重石内的包裹体; D. 样品 05sh -11 -1 -w -16, 毒重石内的包裹体; E. 样品 08jhk - 6 -bc -7, 钡解石内的包裹体; F. 样品 08jhk -6 - q -9, 石英内的包裹体 Fig. 4 Photomicrographs of fluid inclusions in barite, witherite, barytocalcite and quartz A. Sample 05sh -17 - b -15, fluid inclusion in barite; B. Sample 05sh - 17 -b - 26, fluid inclusion in barite; C. Sample 05sh -11 -1 - w -2, fluid inclusion in witherite; D. Sample 05sh -11 -1 -w -16, fluid inclusion in witherite; E. Sample 08jhk -6 -bc -7, fluid inclusion in barytocalcite; F. Sample 08jhk -6 - q -9, fluid inclusion in quartz 气相分数集中在 5 10; 以椭圆状、 次圆状和长 条状为主; 切面上长轴与短轴长分别为 313 917 Lm 和 115 611 Lm; 气液两相以 H2O 为主 据拉曼 分析结果, 下文同 。毒重石内包裹体类型多为气液 两相和液相包裹体。气液两相包裹体在毒重石中占 40 50, 气相分数为 5 20, 大部分集中在 5 10 ; 以椭圆状、 长条状和次圆状为主; 切面上 长轴与短轴长分别为 611 4013 Lm 和 210 1312 Lm; 包裹体的液相以 H2O 为主, 气相组成为 CO2、 N2、 H2S、 CH4或H2O, 多数气相中都含有CO2。钡解 石内的流体包裹体多为液相, 也有少量的气液两相 包裹体。气液 两相 包 裹 体在 钡 解石 中 的 含量 100e , 且存在 CH4等有机 气体和足量硫酸盐的条件下, 硫酸盐还原作用为非 生物作用 热化学硫酸盐还原作用 , 可产生 H2S、 CO2和碳酸盐矿物 Heydari, 1997 。温度是控制硫 酸盐还原作用的一个关键因素, 尽管这个关键门限 threshold 温度还没有确定, 但是反应常出现在温度 高于 100 140e 的条件下, 有些地区的温度要求更 高于 160 180e 。这些主要是由于各个地区条件不 同, 如反应物的类型 有机反应物烃类 C1-Cn的组成 或硫酸盐的种类 、 催化剂或抑制剂的种类、 硫酸盐 溶解速率、 周围的润湿性与主要反应物之间的迁移 和扩散速率等因素都会影响热化学硫酸盐还原作用 Machel, 2001 , 因此该反应的反应方程还未统一。 在适当的成矿物理化学条件下, 上述成矿流体 的成分和钡矿物的物质组成 假设反应物为 Ba2、 SO2- 4和 CH4等有机气体, 产物为 BaCO3、 CO2、 H2S 和 CH4 满足发生热化学硫酸盐还原作用的物质组 成条件。因此, 毒重石的形成可能与热化学硫酸盐 还原作用相联系, 并且该作用是在成矿热液中完成 所测的流体包裹体为原生的 。热化学硫酸盐还原 作用消耗了热液流体中大量的有机气体和 SO2- 4, 表 明在毒重石形成过程中, 该作用剧烈抑制了重晶石 的形成, 并实现了碳从有机物来源 CH4等有机气 体 到毒重石 碳酸盐 的转变过程。 4. 2 毒重石和重晶石形成温度的差异性 重晶石和毒重石内流体包裹体的均一温度存在 差异 图 5 , 重晶石的均一温度峰值为 130 170e , 毒重石的均一温度主要集中在 150 210e 之间。毒 重石的形成温度高于重晶石。 温度是发生热化学硫酸盐还原作用 TSR 的一 个关键控制因素。Machel 2001 提出, 发生热化学 硫酸盐还原作用的最低温度范围为 100 180e , 低 于此温度, 反应很难发生。Worden 等 2000 则认 为, 当温度超过 140e 时, 热化学硫酸盐还原作用起 到了重要作用, 该温度是水溶液中硫酸盐和 CH4反 应的临界温度。因此, 毒重石形成时较高的温度, 不 仅有利于热化学硫酸盐还原作用的发生, 同时, 热化 学硫酸盐还原作用也消耗了大量 SO2- 4, 抑制了重晶 石的形成, 产生了大量的 CO2, 更利于毒重石的形成。 毒重石形成过程中要求溶液的温度较高, 取决 于毒重石和重晶石成矿时的热力学条件 吴胜华等, 2010 和热化学硫酸盐还原作用对温度的要求。在 温度较高的条件下, 有利于发生热化学硫酸盐还原 作用, 而且, 毒重石比重晶石更易沉淀, 因此, 高温利 于毒重石的形成。 4. 3 成矿流体主要组分对毒重石形成的作用 重晶石较稳定, 不易受 pH 值的影响; 而毒重石 易受到 pH 值的影响 Reid et al. , 2005 。在毒重石 成矿流体中, CO2和 H2S 水解作用会影响水溶液的 pH 值, 由此会影响到毒重石的矿物相平衡。因此, 可根据 CO2和 H2S 水解反应方程与 BaSO4和 Ba - CO3沉淀反应方程间的关联, 通过现有的热力学数 据推测成矿流体中主要组分的作用。根据计算结果 并利用 excel 简化做出图 7, 可得到以下结论 1 Ba2浓度是钡矿物形成的关键因素, 高浓 度的 Ba2较易形成钡矿物。毒重石形成过程中, 升 高 Ba2浓度可以降低其对 CO2分压、 pH 值和成矿 温度的要求, 同时, 高浓度的 Ba2也利于热化学硫 酸盐还原作用的发生, 有效地促使 CO2水解, 利于形 成毒重石。 2 流体中高浓度的 CO2利于毒重石形成。高 浓度的 CO2说明热化学硫酸盐还原作用反应剧烈, 消耗了较多的 SO2-4, 抑制重晶石的形成, 积累了更 多的 Ba2; 同时, 热化学硫酸盐还原作用产生的 CO2, 通过水解作用生成毒重石所需要的 CO2- 3。 CO2浓度的高低可以用 CO2分压大小表示, 若 CO2 分压升高, 可相应减少毒重石形成时所需的温度、 pH 值和 Ba2浓度。 3 热化学硫酸盐还原作用生成H2S, 受环境温 度的限制 Nagihara et al. , 2005 。在形成毒重石的 过程中, 当H2S 分压升高, 同时需要提高 CO2分压或 提高 Ba2浓度, 如果有贱金属的存在, 表明 H2S 可 能已发生反应, 并从气相中消失, 从而形成了硫化物 1108 矿 床 地 质 2011 年 图 7 成矿流体组成与物理化学条件对毒重石成矿的制约 Fig. 7 The constraint of physicochemical conditions and compositions of ore -ing fluids on the ation of witherite mineralization Hao et al. , 2008 , 减少了 H2S 的分压作用; 同样, 在未发生热化学硫酸盐还原作用之前, 成矿环境中 H2S 含量较低或基本不含, H2S 会较快地发生扩散。 因此, 热液中存在 Pb -Zn 等金属离子与成矿环境未 发生热化学硫酸盐还原作用之前 H2S 含量低的条 件, 是毒重石形成的有利条件。 4 溶液中的 HS-可以由 H2S 水解产生, 而溶 液中较多的 HS-可以抑制 H2S 水解, 因此, 溶液中 HS-的多少对毒重石的形成也有一定影响。如果 HS-来自热化学硫酸盐还原作用产物 H2S 的水解, 若成矿溶液中 HS-浓度较高, 说明热化学硫酸盐还 原作用较剧烈, 伴随着产生的 CO2也较多; 同时, H2S 水解产生较多H , 不利于毒重石的形成。如果 HS-来自未发生热化学硫酸盐还原作用的成矿溶 液, 则对H2S 水解作用有一定抑制作用, 减少了 H 的生成, 并使 H2S 在水体中快速扩散。毒重石形成 过程中, 如果HS-来自热化学硫酸盐还原作用产物 H2S 的水解, 则需要较高的 CO2分压、 Ba2浓度和碱 性的环境。 5 pH 值影响毒重石的形成, 随着 pH 值的升 高可以逐渐降低毒重石形成时对热液中 Ba2浓度 和 CO2分压的要求。 4. 4 矿床成因认识 早古生代, 南秦岭盆地在伸展构造体制下形成 裂陷或断陷盆地, 并为南秦岭盆地提供了热液和成 矿物质 唐永忠等, 2007 。研究表明, 海底热液可 以为盆地提供大量的 Ba 元素 王忠诚等, 1993 。 Maynard 等 1991 认为, 南秦岭地区的钡矿床之所 以没有出现与之伴生的具经济价值的 Pb -Zn 矿床, 是因为这些富 Ba 的流体来自低温的浅水循环系统; 吴朝东等 1999 则认为, 扬子地台东南缘的钡矿床 和火山喷气或海底热水循环体系相联系; 刘家军等 2008 首先将热化学硫酸盐还原作用 TSR 引入南 秦岭钡矿床成矿体系, 并解释了毒重石的出现和此 作用对重晶石 S 同位素的影响。 富含 Ba2的热液流体上升到海底, 会使海底局 部地区的物质组成和物理化学条件发生改变并伴随 成矿的过程。温度较低且不载有烃类物质的成矿热 液流体中的 Ba2将使海底 SO2- 4迅速聚集, 重晶石 在这样的条件下较易形成, 这会使该成矿区域海水 中的 SO2- 4浓度下降, 当温度较高的成矿热液流体穿 1109 第 30卷 第 6期 吴胜华等 陕西神河钡矿床矿物流体包裹体特征与成矿物理化学条件 过了富含有机质的地层, 带出其中的烃类物质或有 机质裂解形成烃物质 孙晓明等, 2001 , 形成载有 烃类物质的热液流体, 同时在钡成矿的物理化学条 件下, 满足发生热化学硫酸盐还原作用。热化学硫 酸盐还原作用为形成毒重石提供了碳的来源, 实现 了碳从有机物来源 CH4等有机气体 到毒重石 碳 酸盐 的转变过程, 并且消耗硫酸盐, 使得形成重晶 石时 SO2- 4出现不足, 抑制了重晶石的形成。 5 结 论 1 神河钡矿床中各矿物的形成条件有一定差 异 重晶石内流体包裹体均一温度范围为 108 205e 峰值 130 170e , 盐度 w NaCleq 范围为 0153 9186 ; 毒重石内流体包裹体均一温度范 围为 118 274 e 峰值 150 210e , 盐度 w Na - Cleq 范围为 0118 8195 ; 钡解石内流体包裹体 均一温度范围为 146 227e , 盐度 w NaCleq 范围 为 4103 7131。总的来说, 毒重石形成流体包 裹体的温度高于重晶石, 它们的成矿流体盐度范围 相近。 2 重晶石中流体包裹体气相组成以 H2O 为 主, 毒重石则含一定量的 CO2、 N2、 H2S 和 CH4, 钡解 石中也含 CO2和 N2, 这些组成的差异反映了成矿条 件的变化。CH4等有机气体为形成毒重石提供了碳 的来源, 热化学硫酸盐还原作用 TSR 实现了碳从 有机物来源 CH4等有机气体 到毒重石 碳酸盐 的 转变过程。 3 毒重石的形成与热化学硫酸盐还原作用 TSR 密切相关。热化学硫酸盐还原作用 TSR 消 耗了硫酸盐, 使得在形成重晶石过程中, SO2- 4出现 不足, 抑制了重晶石的形成。流体温度较高、 含一定 量 CO2气体、 较高 Ba2浓度、 较碱性、 发生热化学硫 酸盐还原作用前成矿流体中较高 HS-浓度和 H2S 较快速的扩散转移的流体物理化学成矿环境是毒重 石形成的重要条件。 志 谢 室内外工作得到陕西地质矿产局第一 地质勘查大队屈开硕总工程师、 中国地质大学 北 京 地球科学与资源学院流体包裹体实验室张静和 刘丽的支持和帮助, 在此表示感谢。 References Brumsack H and Gieskes M. 1983. 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