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大厂锡多金属矿田铜坑_长坡矿床流体包裹体研究

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2005年
文章编号:0258_7106(200503_0228_14
矿床地质MINERALDEPOSITS
第24卷第3期
大厂锡多金属矿田铜坑_长坡矿床流体包裹体研究
蔡明海
1,2
X
,毛景文,梁婷,黄惠兰
341
(1宜昌地质矿产研究所,湖北宜昌443003;2柳州华锡集团有限责任公司,广西柳州545006;3中国地质科学院矿产资源研究所,北京100037;4长安大学地质矿产系,陕西西安710054
摘要铜坑_长坡锡石硫化物矿床是桂西北大厂矿田中的一个超大型矿床,由浅部的脉状矿体和中_深部的层状矿体组成。文章应用显微测温和激光拉曼光谱分析对铜坑_长坡矿床进行了系统的流体包裹体参数和成分的测试。结果显示,铜坑_长坡矿床脉状和层状矿体的流体包裹体具有相同特征,包裹体的类型主要有CO2型和NaCl_H2O型。3个成矿阶段的均一温度分别为:270~365e,210~240e和140~190e。早阶段(Ñ、Ò阶段成矿流体成分主要为CO2和H2O,含少量CH4和H2S,密度为0.324~1.093g/cm3,盐度w(NaCleq主要集中于1%~7%;晚阶段(Ó阶段成矿流体成分主要为H2O,且Ca2+和Mg2+含量增加,密度为0.893~0.972g/cm3,盐度w(NaCleq主要集中于3%~10%。流体包裹体特征和He、Ar、S同位素组成共同表明,铜坑_长坡矿床脉状及层状矿体具有相同的成矿物质来源和相同的成因,成矿作用与燕山期构造、岩浆热事件有关。基于3He/4He比值高和富CO2流体的存在,认为在铜坑_长坡矿床成矿过程中有深部地幔流体的参与。
关键词地球化学;流体包裹体;成矿作用;锡石硫化物矿床;铜坑_长坡;广西中图分类号:P618.44;P599文献标识码:A
广西南丹大厂锡多金属矿田是世界上最大的锡多金属矿田之一。矿田内的工业矿床有铜坑_长坡矿床、巴里、龙头山锡多金属矿床(西矿带;拉么锌铜矿床、茶山锑钨矿床(中矿带和大福楼、灰乐、亢马锡多金属矿床(东矿带(图1。其中,位于西矿带的铜坑_长坡矿床中的锡矿石量约占整个矿田的80%,是矿田中规模最大、特征最为典型的矿床。铜坑_长坡矿床开采历史悠久,民采活动始于南宋前期(公元1130年,1954年至1986年期间,广西有色地质勘探公司215地质队对铜坑_长坡矿床进行了地质勘探,先期工作勘探到了浅部的脉状矿体,随后又发现了中_深部的91号和92号层状矿体。铜坑_长坡矿现已成为中国最大的锡矿山(叶绪孙等,1994。半个多世纪以来,国内外众多学者对大厂锡矿进行了研究,并对矿床成因进行了讨论。关于上部脉状矿体的成因,研究者们一致认为其与矿田中部的龙箱盖岩体有关,但对于中_深部层状矿体的成因则一直存在着岩浆热液型和海底热液喷流沉积型(陈毓川等,1985;1993;雷良奇,1986;Fuetal.,
1991;1993;韩发等,1997;秦德先等,2002;叶绪孙等,1999;Wangetal.,2004;蔡宏渊等,1983;张国林等,1987的争论。大厂锡矿流体包裹体的研究资料较为丰富,Fu等(1993对大厂矿田的拉么矽卡岩型锌铜矿和铜坑_长坡锡矿流体包裹体研究表明,前者的成矿流体以高温、高盐度为特征,CO2较少;后者为中温、中_低盐度流体,CO2占优势。李荫清等(1988对包括大厂锡矿在内的南丹_河池锡多金属成矿带进行了流体包裹体研究,认为带内成矿流体主要有两种来源:一类为与黑云母花岗岩有关的岩浆热流体;另一类为天水。成矿早期以岩浆流体为主,成矿晚期则以天水成分占主导。近年来,PaÍava等(2003在探讨东矿带黑色岩系对成矿贡献的同时,对成矿的温度、压力进行了研究,认为在主成矿阶段,大福楼矿床的成矿温度高达400e,灰乐矿的成矿温度为250~360e,亢马矿的成矿温度为260~370e。赵葵东等(2002对取自铜坑_长坡矿床92号层状矿体的1件黄铁矿样品进行了流体包裹体He、Ar同位素测试,指出成矿流体中有地幔流体的
X本文得到华锡集团有限责任公司博士后工作站科研项目/丹池成矿带构造控矿规律研究0资助
第一作者简介蔡明海,男,1965年生,研究员,矿床及构造地质学专业。E_mail:yc502cmh@sina.com。
收稿日期2005_02_03;改回日期2005_03_13。张绮玲编辑。

第24卷第3期蔡明海等:大厂锡多金属矿田铜坑_长坡矿床流体包裹体研究229
混入。
由于受矿山揭露情况的制约,针对铜坑_长坡矿床开展系统的对比研究尚不够深入,本文在以前较系统的He、Ar同位素研究基础上(蔡明海等,2004a,补充了不同产出类型矿体中的流体包裹体的显微测温和拉曼激光光谱分析资料,同时分析了矿石中黄铁矿的S同位素组成,进一步探讨了成矿流体的来源,尤其是深部地幔流体参与成矿的程度,为大厂锡矿的成因研究提供了新的资料。
成自下而上为:中泥盆统纳标组黑色泥岩、页岩,厚约800m;中泥盆统罗富组粉砂岩、泥岩夹泥质灰岩,厚约480m;上泥盆统榴江组硅质岩,含钙质结核,厚40~220m;上泥盆统五指山组,厚120~180m,底部为宽条带状灰岩,向上依次为细条带状硅质灰岩、/小扁豆0状灰岩和/大扁豆0状灰岩;上泥盆统同车江组泥灰岩及底部黑色页岩,厚350~450m;下石炭统寺门组灰岩及底部黑色页岩,厚40~150m;上石炭统黄龙组粉砂岩、页岩及底部的灰岩,厚290~360m。其中,榴江组和五指山组为最主要的赋矿层位。NW向的龙箱盖背斜和龙箱盖断裂以及与之相平行的大厂背斜、大厂断裂为矿田内的主干构造。背斜构造表现为NE翼平缓、SW翼陡立的不对称褶皱,局部发生了倒转,总体向NW倾伏。NW向的断裂构造倾向NE,产状上陡下缓,具有/犁式0逆冲断裂特征。重力测量资料表明,NW向断裂构造在地壳各圈层界面上均有表现,其下切深度可能达到下地壳或上地幔(蔡明海等,2004b。
区内岩浆岩出露于矿田中部的龙箱盖地区,地表分布面积仅0.5km2,经钻孔和坑道揭露,地表出露的小岩体向下成为一个巨大的隐伏岩珠,并延伸
1地质背景
大厂矿田位于NW向南丹河池(丹池褶皱断裂带的中段。南丹河池褶皱断裂带属晚古生代右江盆地NE侧的边界构造带,经历了晚古生代(D_C的张断凹陷和印支期(T2的褶皱作用,燕山期(K的构造活动主要表现为拉张环境下的伸展剪切和断块作用,并控制了同期岩体的侵位(陈洪德等,1989;蔡明海等,2004b。
大厂矿田的地层主要由泥盆系和石炭系一套碎屑岩_硅质岩_碳酸盐岩组成,厚约2500m。岩性组
图1大厂矿田地质图(据铜坑矿山内部资料改编
1石炭系;2上泥盆统;3中泥盆统;4花岗岩;5花岗斑岩脉;6闪长玢岩脉;7地质界线;8断裂;9背斜轴;10向斜轴;11矿床
Fig.1GeologicalmapoftheDachangorefield(modifiedfrommapsprovidedbyTongkengMine
1Carboniferous;2UpperDevonian;3MiddleDevonian;4Granite;5Graniteporphyry;6Dioriteporphyrite;
7Geologicalboundary;8Fault;9Anticline;10Syncline;11Deposit

230矿床地质2005年
到了西矿带的巴里矿区和铜坑_长坡矿区深部。龙箱盖岩体由黑云母花岗岩(主体和斑状黑云母花岗岩(补体组成。黑云母花岗岩的87Sr/86Sr初始值为0.7110,全岩DO为9j~12.96j,属燕山期大陆地壳熔融产生的S型花岗岩(陈毓川等,1993。在铜坑_长坡矿床的东西两侧发育有南北向的花岗斑岩脉和闪长玢岩脉,分别被称之为/东岩墙0和/西岩墙0。据笔者最新测试的资料(另文发表,龙箱盖岩体的主体岩性黑云母花岗岩中锆石SHRIMPU_Pb年龄为(93.00?0.97Ma(2R,8个点,MSWD=1.6;斑状黑云母花岗岩中锆石SHRIMPU_Pb年龄为(91.00?0.76Ma(2R,10个点,MSWD=1.7;花岗斑岩脉中锆石SHRIMPU_Pb年龄为(91.00?0.74Ma(2R,12个点,MSWD=1.13;闪长玢岩中锆石SHRIMPU_Pb年龄为(91.00?0.80Ma(2R,8个点,MSWD=1.11。测年资料表明,区内岩浆岩形成时代均属燕山晚期。
18
裂(F1上盘,由91号、92号层状矿体和75号、77号、79号层面矿脉以及众多的穿层裂隙矿脉所组成。脉状矿体和层状矿体在空间上的分布有规律(图2,由下往上依次为:¹92号层状矿体,产于最下部榴江组硅质岩中,由大量NE向微细脉、网脉和顺层矿化条带组成,矿体长1130m,向下延伸700m,平均厚26m,wSn平均0.8%;º91号层状矿体,位于92号矿体之上的五指山组细条带状硅质灰岩中,由大量NE向小裂隙脉和顺层矿化条带组成,矿体长1030m,向下延伸250m,平均厚16m,wSn平均1.3%。在五指山组不同岩性界面附近的顺层滑脱破碎带中分别产出有75号、77号及79号层面矿脉;»细脉带型矿体,分布在91号矿体之上同车江组泥灰岩和五指山组上部的扁豆灰岩之中,由大量NE向细脉构成密集的脉群,单脉厚0.5~1cm,矿脉密度为10~30条/米。矿石平均wSn1.1%;¼大脉型矿体,赋存在同车江组泥灰岩和五指山组上部的扁豆灰岩之中,在矿区约有200多条,矿脉沿NE向延伸,陡倾斜。单脉厚0.2~1.5m,矿石平均wSn2.1%。
铜坑_长坡矿床的矿物组成复杂,主要矿石矿物
2铜坑_长坡矿床特征
铜坑_长坡矿床位于大厂背斜的NE翼、大厂断
图2铜坑_长坡矿床剖面图(据铜坑矿山内部资料改编
1上泥盆统泥灰岩;2上泥盆统大扁豆灰岩;3上泥盆统小扁豆灰岩;4上泥盆统硅质灰岩;5上泥盆统条带灰岩;6上泥盆统硅质岩;
7中泥盆统黑色页岩;8大厂断层;9大脉型矿体;10细脉带型矿体及编号;11层状矿体及编号;12层面脉型矿体及编号
Fig.2GeologicalsectionoftheTongkeng_Changpodeposit(modifiedfrommapsprovidedbyTongkengMine
1UpperDevonianmarl;2UpperDevonianlarge_lenticlelimestone;3UpperDevoniansmall_lenticlelimestone;4UpperDevoniansiliceouslimestone;5UpperDevonianstripedlimestone;6UpperDevoniansilicalite;7MiddleDevonianblackshale;8Dachangfault;9Largevein;10Veinletorebodyanditsserialnumber;11Stratiformorebodyanditsserialnumber;12Layeringveinbodyanditsserialnumber

第24卷第3期蔡明海等:大厂锡多金属矿田铜坑_长坡矿床流体包裹体研究231
有锡石、磁黄铁矿、黄铁矿、毒砂、闪锌矿和硫盐矿物等,脉石矿物主要有石英、方解石等。脉状矿体(包括层面脉与层状矿体的矿物组成基本相同,但脉状矿体中硫盐矿物和闪锌矿含量较高,而层状矿体则以磁黄铁矿、黄铁矿为主。根据野外观察和室内矿相学研究,铜坑_长坡矿床的成矿作用可分为3个阶段:Ñ、锡石_硫化物(以黄铁矿、磁黄铁矿为主_电气石_石英阶段;Ò、锡石_硫化物(以闪锌矿为主_硫盐_石英阶段;Ó、硫化物(少量_硫盐(少量_石英(少量_方解石阶段。其中,Ñ和Ò为主要成矿阶段。
均一于CO2者称富CO2包裹体;均一于H2O者,称为富H2O包裹体。
A_2型包裹体(图3C、D由LH2O、VCO2两相组成,CO2相的体积分数为20%~80%,在加热过程中同样出现均一于CO2和均一于H2O的两种情况。
(2NaCl_H2O型包裹体
此类包裹体主要由NaCl和H2O组成,可分为单相型(B_1、两相型(B_2和多相型(B_3。
B_1型包裹体由液相水LH2O组成,主要在Ó阶段石英矿物中发育,包裹体呈长方形、菱形和多边形自由分布或沿石英矿物微裂隙分布,但不穿过矿物边界。包裹体大小相差悬殊,小者长轴仅0.nLm,大者长轴可达40Lm。
B_2型包裹体(图3E由液相水LH2O和气相水VH2O两相组成,是NaCl_H2O型包裹体最主要的类型,在上述3个矿化阶段石英矿物中均有发育,形态为负晶形、多边形和椭圆形,呈小群状集中分布或与其他类型包裹体混合分布,包裹体长轴3~40Lm
3流体包裹体研究
对取自铜坑_长坡矿区脉状(包括层面脉和层状矿体的30件矿石样品进行了光、薄片的观察和显
微测温实验,并选择其中的15件样品进行了单个包裹体的激光拉曼光谱分析。显微测温实验在宜昌地质矿产研究所完成,测试仪器为经校准的LinkamTHM600冷热台,可测温度范围为-180e~600e,
冷冻数据和加热数据精度分别为?0.1e和?2e。(多为3~15Lm,气相百分数为10%~80%(多为激光拉曼光谱在中国地质科学院矿产资源研究所完10%~20%。
B_3型含NaCl子晶多相包裹体(图3F,包裹体成,采用英国Renishaw公司生产的RM2000型激光共焦显微拉曼光谱仪,实验条件为:Ar激光器,激光
波长514.5nm,激光功率20mW;分辨率1~2cm-1;扫描范围4000cm-1~100cm-1;50倍物镜,最小激光光斑直径1Lm;实验室温度20e,相对湿度65%。
+
内除气、液两相外,尚有固相子晶,气相一般占包裹体体积的15%~20%,子矿物主要为浅绿色的石盐子晶,具立方体、长方形晶形,体积与包裹体中气相体积接近。该类包裹体比较少见,主要在Ñ和Ò矿化阶段的石英矿物中发育,常与CO2型包裹体共生,包裹体长轴约3~35Lm(多为3~15Lm。
3.2流体包裹体的显微测温和相关参数
3.1流体包裹体类型和特征
石英是矿石中最主要的透明矿物,它与锡石紧密共生。石英中发育有大量的流体包裹体,它们多为形态规则的原生或假次生包裹体。按流体包裹体
在室温下的物理相态和化学组成,将包裹体分为CO2型和NaCl_H2O型。
(1CO2型包裹体
以含有较多的CO2为特征,它们在Ñ、Ò成矿阶段的石英中普遍发育。包裹体形态一般较规则,为负晶形、长方形和多边形,呈小群状自由分布或与NaCl_H2O型包裹体混合分布,包裹体长轴3~40Lm(多为5~15Lm。按室温下包裹体的相数,这类包裹体可以分为三相型(A_1和两相型(A_2,并以三相型为主,两相型包裹体比较少见。
A_1型包裹体(图3A、B由LH2O、LCO2和VCO23相组成,CO2相的体积分数为22%~70%。加热时
(1CO2型包裹体
对15件样品(8件取自层状矿体,7件为脉状矿
体中的46个CO2型包裹体样品进行了详细的显微测量,有关数据列于表1。
固相CO2熔化温度为-56.7~-59.6e,比纯CO2的三相点(-56.6e(Roedder,1984略低,表明有少量CH4等成分存在(Diamond,2001。CO2笼形水合物熔化温度(tmcl为1.0~9.7e,应用Bozzo等(1973的公式进行盐度计算,铜坑_长坡矿区CO2型包裹体水溶液的盐度w(NaCleq为0.62%~14.67%,主要为1%~7%(表1。
CO2的部分均一温度为18.5~29.0e。其中,18个均一到气相,28个均一到液相(图4。用CO2均一温度和包裹体的完全均一温度在纯CO2气、液

232矿床地质2005年
图3铜坑_长坡矿床包裹体类型
A、B三相CO2型包裹体(A_1;C、D两相CO2型包裹体(A_2;E两相NaCl_H2O型包裹体(B_2;F多相含子晶包裹体(B_3
Fig.3FluidinclusiontypesoftheTongkeng_Changpodeposit
AandBThree_phaseCO2_typeinclusions(A_1inquartz;CandDTwo_phaseCO2_typeinclusions(A_2inquartz;ETwo_phase
NaCl_H2Otypeinclusion(B_2inquartz;FPolyphasedaughtercrystal_bearingfluidinclusion(B_3inquartz
相均一时的温度_密度参数表(刘斌等,1999上求得相应包裹体CO2相的密度。如表1所示,CO2相密度分为两组:¹低密度组,Q为0.180~0.282g/cm;
º高密度组,Q为0.630~0.755g/cm3。
共获得了183个CO2型包裹体的完全均一温度数据,其中均一于H2O溶液的富水包裹体104个,均一温度范围为210~370e,集中于275~365e;均一于CO2相的富CO2相包裹体79个,均一温度为280~365e(图5。富CO2和富H2O两组包裹体的均一温度基本一致,表明这些包裹体是在大致相同的温度下捕获的。
应用完全均一温度和求得的盐度数据,在NaCl_
图4CO2包裹体部分均一温度直方图Fig.4Histogramshowingpartialhomogenizationtemperaturesth(CO2ofCO2_typeinclusions
3
H2O体系参数表(刘斌等,1999中查得相应包裹体水溶液的密度为0.512~0.913g/cm3(表1。

第24卷第3期蔡明海等:大厂锡多金属矿田铜坑_长坡矿床流体包裹体研究233
表1铜坑_长坡矿床CO2型包裹体参数
Table1MicrothermometricdataofCO2_typeinclusionsinquartzfromtheTongkeng_Changpodeposit
样品编号TK405_15
矿体产状层状
----TK405_31
脉状
-58.0-57.0-58.0
TK355_4
层状
---------TK505_5
层状
----TK505_7
脉状
-56.8-56.7-56.9
TK505_15
层状
-58.5-58.5-56.8
TK505_16
层状
-59.5-59.0-56.8
TK483_3
脉状
----TK455_3
脉状
-56.7-56.8-56.7
TK455_15
脉状
-56.8-56.8-56.7
TK455_19
层状
-57.5-58.0
DC05
脉状
-57.0-58.0-56.8
DC37
层状
-59.5-59.6
3.54.8
25.5
18.5
305
320
11.299.39
0.6960.180
0.8260.787
0.7840.362
3270
0.160.21
0.8080.765
0.0320.025
8.59.56.1
24.5
22.5
26.0
280285
290
3.001.037.31
0.7100.2120.688
0.7720.7430.824
0.7520.3710.749
327022
0.180.240.11
0.8120.7580.869
0.0080.0020.021
9.59.0
23.5
27.5
290
340
1.032.03
0.7240.274
0.7430.646
0.7370.348
3080
0.170.43
0.8270.566
0.0030.004
6.36.36.0
24.023.026.5
270268270
6.976.977.48
0.7170.7310.680
0.8340.8300.839
0.7970.7980.804
323222
0.170.170.11
0.8110.8110.868
0.0190.0190.022
4.08.09.0
27.5
28.529.0
315320
340
10.583.952.03
0.2740.6420.630
0.7630.7250.691
0.4300.7070.676
682225
0.260.120.13
0.7140.8690.865
0.0260.0110.005
56.857.056.856.7
7.58.57.57.5
26.5
27.526.0
28.0
335
310
340320
4.873.004.874.87
0.6800.2740.2520.653
0.7000.7250.6930.725
0.6900.4090.4730.709
50705022
0.310.290.150.12
0.6790.7030.8370.866
0.0110.0070.0130.014
9.38.79.1
27.5
27.427.6
230330
330
1.432.621.83
0.2740.6640.662
0.6590.8500.664
0.3900.7890.663
703328
0.310.160.16
0.6870.8330.835
0.0030.0070.005
3.58.53.8
29.0
28.0
28.5
280315
320
11.293.0010.87
0.6300.2820.642
0.7960.7010.858
0.7430.4080.815
327020
0.160.300.09
0.8080.6930.877
0.0320.0070.033
9.38.08.7
26.028.529.0
322
300360
1.433.952.62
0.6880.6420.630
0.6840.7550.604
0.6870.7320.613
702033
0.510.100.20
0.4880.8890.793
0.0020.0110.007
56.757.056.756.7
9.39.78.28.2
25.5
28.0
27.5
20.5
360
365
280
365
1.430.623.573.57
0.6960.2820.6620.194
0.7710.5120.6290.616
0.7430.3510.6370.300
38702375
0.210.370.140.30
0.7860.6290.8500.692
0.0040.0010.0100.008
58.559.559.059.559.056.856.857.057.0
9.19.39.09.26.08.38.38.88.8
21.0
19.0
29.0
19.5
23.522.021.5
22.022.5
210310300
320325
300
340
310
335
1.831.432.031.637.483.383.382.422.42
0.7550.1830.6300.1860.7240.7430.7490.2080.212
0.7120.6540.7340.7300.9130.7300.7670.6910.678
0.7290.3240.7000.4310.8660.7350.7610.3530.352
407033552535337070
0.250.240.170.140.120.210.190.250.26
0.7460.7570.8250.8560.8590.7820.8010.7440.734
0.0040.0030.0050.0040.0210.0080.0090.0060.006
0.85.01.0
28.0
28.0
22.5
310
320320
14.679.0814.44
0.2820.6530.212
0.8470.8030.840
0.4520.7540.388
703372
0.270.150.24
0.6930.8230.722
0.0370.0270.038
58.059.059.056.7
7.07.67.77.8
28.0
27.027.5
28.5
370310
330345
5.774.694.514.32
0.6530.2660.2740.642
0.7570.7040.6940.626
0.7260.3970.4000.631
30707033
0.160.290.300.20
0.8240.6990.6900.789
0.0160.0110.0100.011
tm(CO2/e
tmcl/e
th(CO2/eVyLLyV
th/eH2O
CO2
w(NaCleq/%
CO2
Q/(g#cm-3
H2O
总
U(CO2/%
x(CO2x(H2Ox(NaCl
TK355_1
TK554_2层状脉状
注:tm(CO2为固相CO2熔化温度;tmcl为笼形物熔化温度;th(CO2为CO2相部分均一温度;th为完全均一温度;U(CO2为CO2部分均一时的体积分数;x(CO2、x(H2O和x(NaCl分别为CO2包裹体中CO2、H2O和NaCl的摩尔分数;V气相;L液相。

234矿床地质2005年
体为0.001~0.033(表1。
CO2型包裹体中H2O的摩尔分数x(H2O由公式x(H2O=1-x(CO2-x(NaCl获得,结果为0.488~0.889,其中脉状矿体的x(H2O为0.488~0.889;层状矿体为0.566~0.877(表1。
综上所述,铜坑_长坡矿区脉状矿体和层状矿体的CO2型包裹体(A_1、A_2具有相同的特征,均一为液相的包裹体的完全均一温度为210~370e,主要为275~365e;均一到气相的包裹体为280~
图5CO2型包裹体完全均一温度直方图Fig.5Histogramshowingtotalhomogenizationtemperatures(thofCO2_typeinclusions
365e。流体盐度w(NaCleq为0.62%~14.67%,主要为1%~7%;流体的总密度为0.300~0.866g/cm,其中富H2O包裹体为0.613~0.866g/cm,富CO2包裹体为0.300~0.473g/cm;x(CO2为0.09~0.51,主要为0.12~0.30。
(2NaCl_H2O型包裹体
区内20件样品(9个取自层状矿体,11个取自脉状矿体中的30个两相NaCl_H2O型包裹体和5个含子晶多相NaCl_H2O型包裹体被详细观测。两相NaCl_H2O型包裹体的初熔温度为-20.8e,冰点温度等有关数据列于表2。
共获得431个两相NaCl_H2O包裹体(B_2和55个含NaCl子晶多相包裹体(B_3的测温数据(图6,均一于液相的均一温度范围为126~385e,均一到气相的均一温度范围为206~335e。
将铜坑_长坡矿床各类包裹体的均一温度值进行统计(图6。从直方图中可以看出:¹均一温度明显呈现3个温度段:高温段集中于270~365e;中温段集中于210~240e;低温段集中于140~190e,它们分别对应于区内Ñ、Ò、Ó三个成矿阶段;º高温段和中温段包裹体类型多样,各类包裹体均有发育;低温段包裹体类型简单,主要为NaCl_H2O包裹
3
3
3
CO2型包裹体的总密度应考虑CO2和NaCl_H2O两部分之和,采用刘斌等(1999公式计算:
Q(CO2#Q(CO2+11-U(CO22#Q(total=Uaq式中Qtotal为流体总密度(g/cm,U(CO2为CO2部分均一时CO2相的体积分数,Q(CO2为CO2部分均一时CO2相的密度,Qaq为CO2部分均一时水溶液的密度。计算得出CO2型包裹体中流体的总密度为0.300~0.866g/cm3。其中富H2O包裹体为0.613~0.866g/cm,富CO2包裹体为0.300~0.473g/cm3(表1。
x(CO2值采用刘斌等(1999公式计算:x(CO2=1n(CO2CO2+n(CO2aq2/
1n(CO2CO2+n(CO2aq+n(H2Oaq+n(H2OCO22
式中x(CO2为包裹体中CO2的摩尔分数;n(CO2CO2为富CO2相中CO2物质的量;n(CO2aq富水相中CO2物质的量;n(H2Oaq为富水相中H2O物质的量;n(H2OCO2为富CO2相中H2O物质的量。
计算求得本区CO2型包裹体中的x(CO2为0.09~0.51,其中脉状矿体的x(CO2为0.10~0.51;层状矿体为0.009~0.43(表1。
x(NaCl应用下列公式(刘斌等,1999计算:x(NaCl=x(NaClaq11-x(CO22
x(NaClaq=18.0152w/118.0152w+58.4428(100-w2
式中:x(NaClaq为水溶液中NaCl的摩尔分数,w为包裹体水溶液的盐度。计算求得CO2型包裹体中NaCl的总摩尔分数x(NaCl为0.001~0.038,其中脉状的矿体x(NaCl为0.002~0.038;层状矿
3
3
图6各类包裹体均一温度直方图
Fig.6Histogramshowinghomogenizationtemperatures
(thofdifferenttypesofinclusions

第24卷第3期蔡明海等:大厂锡多金属矿田铜坑_长坡矿床流体包裹体研究235
表2铜坑_长坡矿床NaCl_H2O型包裹体参数
Table2Microthermometricdataoftwo_phaseNaCl_H2OtypeinclusionsinquartzfromtheTongkeng_Changpodeposit
样品编号TK455_2TK455_15TK455_26TK455_26TK455_27TK455_27TK631_2
TK554_2TK505_5TK505_7TK505_7TK505_16TK505_18TK483_3TK483_4TK405_8TK405_16TK405_16TK405_16TK405_16TK405_16TK405_19TK405_19TK355_1DC3DC37DC47DC60DC60
矿体产状脉状脉状脉状脉状脉状脉状脉状脉状层状脉状脉状层状脉状脉状脉状层状脉状脉状脉状脉状脉状层状层状层状层状层状层状层状层状
tm/e-2.7-4.1-6.9-3.9-2.9-3.3-3.8-2.3-3.5-2.8-4.0-4.0-2.1-5.7-3.0-1.7-2.5-6.5-6.7-6.0-7.5-7.7-2.8-1.7-3.9-1.8-6.5-4.5-6.5-6.5
155205210145170245340360170165195150210230200215155170185280275310
300320
130
225
th/e
VyL170140220
280LyV
w(NaCleq/%
4.496.5910.366.304.805.416.163.875.714.656.456.453.558.814.962.904.189.8610.119.2111.1011.344.652.906.303.069.867.179.869.86
Q/(g#cm-30.9310.9740.9260.8140.9690.8790.9440.9310.9150.9510.9050.8820.8930.9190.9480.9200.9140.8490.8580.7950.8320.8030.9460.8820.9040.9440.9720.8750.7610.744
U(H2O/%
121518751080151220121520181212151212101568751015121512202025
注:tm冰点温度;th完全均一温度;V气相;L液相;U(H2O气相百分数。
体,因而低温段的包裹体可能主要为成矿作用晚期从单一的NaCl_H2O溶液中捕获的。
两相NaCl_H2O包裹体(B_2的盐度利用冰点(表2在NaCl_H2O体系冷冻温度_盐度参数表(刘斌等,1999中查得。盐度w(NaCleq为2.90%~11.34%,集中于3%~10%(表2,与前述的CO2型包裹体水溶液的盐度基本一致。含子晶多相包裹体的盐度则根据石盐子晶矿物溶解温度在NaCl子矿物熔化温度_盐度换算表(刘斌等,1999中求得,为29.66%~35.99%。
密度的估算是利用均一温度和盐度值在NaCl_H2O溶液的压力_温度_浓度_密度关系表(刘斌等,1999中求得。两相NaCl_H2O包裹体的密度为0.744~0.974g/cm3(表2;含子晶多相NaCl_H2O
包裹体的密度为0.998~1.093g/cm3。
由于NaCl_CaCl2_H2O型和NaCl_MgCl2_H2O型包裹体极其少见,本次仅进行了初略的观察。NaCl_CaCl2_H2O型和NaCl_MgCl2_H2O型包裹体在室温时呈气、液两相,以液相为主,它们在快速冷冻至-110e或-100e时气泡突然消失,升温至-52e时,CaCl2#6H2O熔化消失,升温至-35e时MgCl2#12H2O熔化消失。共测得30个NaCl_CaCl2_H2O型和NaCl_MgCl2_H2O型包裹体的完全均一温度值,变化范围主要集中于160~190e之间,对应于上述的低温段,表明这两类包裹体主要是在成矿晚期被捕获的。
3.3流体包裹体激光拉曼光谱分析
在显微测温实验的基础上,选择14个CO2型和

236矿床地质2005年
6个NaCl_H2O型包裹体进行了激光拉曼探针成分分析。20个包裹体分析结果表明,同类型包裹体的成分基本相同。其中,三相CO2包裹体(A_1型的气相组分以CO2为主,具有较高的1386~1388峰值和次峰值(1284,少量的CH4(2916、H2S(2611(图7a、b;液相组分主要为H2O和微量的CO2(1383~1386,1283(图7c、d。两相CO2包裹体(A_2型的气相组分以CO2为主(较高的1387峰值和次峰值1284,少量的CH4(2916(图7e;液相组分以H2O为主,微量CO2(1382(图7f。两相NaCl_H2O包裹体(B_2型气相和液相均以H2O为主(图7g、h。
单个包裹体激光拉曼成分指示成矿早期(主成矿阶段普遍发育的CO2型包裹体,流体中含有较多的CO2,表明CO2是矿床成矿流体的重要组分。
3.4硫同位素
360e。这两种充填度相差很大的包裹体具有相近的均一温度,而且它们的均一压力也基本相同(李荫清等,1988,与Rodder(1984和张文淮等(1993文献中描述成矿流体不混溶的特征相一致,表明成矿早阶段CO2和NaCl_H2O可能产生了不混溶作用,使成矿流体由均匀相成为非均匀相。与A_1型包裹体共生的B_3型多相包裹体B_2型包裹体的均一温度为210~385e,集中于270~365e,表明成矿流体在早期的成矿过程中产生了特殊的不混溶,即流体的沸腾作用。铜坑_长坡矿床的锡石主要在成矿早阶段沉淀(丁悌平等,1988;李荫清等,1998,由此可以认为,成矿流体的沸腾作用可能是导致区内锡石沉淀最可能的原因。
铜坑_长坡矿床Ñ和Ò成矿阶段的富CO2包裹体和富H2O包裹体是CO2和NaCl_H2O的不混溶包裹体组合,是成矿过程中从不混溶的CO2低盐水溶液中捕获的,它们的均一温度可以代表这些包裹体的捕获温度,亦即成矿温度。因此,本区各成矿阶段温度为:Ñ成矿阶段为270~365e;Ò成矿阶段为210~240e;Ó成矿阶段为140~190e。由此可见,铜坑_长坡矿床成矿作用由早阶段至晚阶段是一个连续的变化过程,成矿温度由高到低。
流体包裹体参数和成分分析结果表明,铜坑_长坡矿床的成矿早阶段(Ñ和Ò阶段流体成分主要为CO2和NaCl_H2O,含少量CH4和H2S,流体中CO2的摩尔百分数为9%~51%;流体的总密度为0.324~1.093g/cm3,有一定的变化范围;盐度w(NaCleq0.62%~35.99%。成矿晚阶段(Ó阶段的流体成分主要为NaCl_H2O,流体的密度为0.893~0.972g/cm,盐度w(NaCleq为2.90%~9.86%。在成矿流体的演化过程中,流体组成发生了较大的变化,但流体盐度变化不明显。
4.2成矿流体来源
3
尽管丁悌平等(1988、Fu等(1991、陈毓川等(1993、PaÍava等(2003发表了大厂矿田各矿床中大量的硫同位素数据,但是为了保证研究资料的系统性,本次对前期已获得He、Ar同位素数据的研究样品进行了黄铁矿硫同位素测试。6个样品的分析结果为:脉状矿体DS介于-2.8j~-6.0j之间,层状矿体D34S介于-3.9j~-4.7j之间,两者的硫同位素组成基本一致,这与陈毓川等(1993测试资料相吻合,表明脉状矿体与层状矿体的硫源也基本相同。铜坑_长坡矿区矿石中黄铁矿硫同位素组
34
成与龙箱盖黑云母花岗岩的硫同位素组成(DS为-0.1j~-1.3j基本一致(Fuetal.,1991,指示岩浆提供了部分成矿物质。
34
4问题讨论
4.1成矿流体特征
铜坑_长坡矿床流体包裹体研究表明,区内层状矿体和脉状矿体中的流体包裹体具有相同特征。成矿早阶段(Ñ和Ò成矿阶段普遍发育CO2型包裹体,这类包裹体中CO2的体积分数变化较大,介于20%~80%之间,构成了一个连续的变化系列。与其共生的包裹体组合有两相NaCl_H2O包裹体和含子晶的多相包裹体,它们均为同成矿阶段的原生包裹体。A_1型富CO2包裹体均一于CO2相,均一温度为280~365e;富H2O包裹体均一于NaCl_H2O相,均一温度范围为210~370e,集中于275~
铜坑_长坡矿床脉状矿体和层状矿体成矿流体包裹体特征以及He、Ar、S同位素组成相同,表明它们具有相同的成矿流体来源。在成矿的早阶段,出现了大量中_低盐度富CO2的流体包裹体,关于这种流体的来源主要有岩浆成因(Higginsetal.,1982;Burrowsetal.,1986;1987;Cameronetal.,1987;Wakeetal.,1988;Jiangetal.,1999、变质成因(Kerrichetal.,1981;Goldfarbetal.,1988;Kerrich,1991和地幔流体来源(Newtonetal.,1980;Groves

第24卷第3期蔡明海等:大厂锡多金属矿田铜坑_长坡矿床流体包裹体研究237
图7包裹体激光拉曼分析结果
a,bA_1型包裹体气相组分;c,dA_1型包裹体液相组分;eA_2型包裹体气相组分;fA_2型包裹体液相组分;
gB_2型包裹体气相组分;hB_2型包裹体液相组分
Fig.7LaserRamanspectroscopicanalysesofTypeA_1,A_2andB_2fluidinclusionsinquartz
aandbarevaporphaseofTypeA_1inclusions;canddareliquidphaseofTypeA_1inclusions;eandfarevaporandliquidphaseof
TypeA_2inclusions,respectively;gandharevaporandliquidphaseofTypeB_2inclusions,respectively
etal.,1988;毛景文等,2001;Maoetal.,2003的解释。
大厂矿田及其所处的南丹_河池成矿带发育的一套晚古生界_中生界的碎屑岩_硅质岩_碳酸盐岩组合,除龙箱盖岩体接触带附近较小的范围内发生了接触变质作用外,其他地区均未发生任何变质作用,
因此区内富CO2流体不可能是变质成因。研究表明,f(O2对上地幔流体组成可能构成主要制约,当f(O2接近QFM(石英_铁橄榄石_磁铁矿缓冲线时,上地幔流体可能以CO2、H2O为主(芮宗瑶等,2003,铜坑_长坡矿区的锡矿化发生于f(O2接近于QFM缓冲线的范围(Fuetal.,1993,早阶段的CO2

238矿床地质2005年
型包裹体成分亦以CO2、H2O为主,在组成上与上地幔流体基本相同,其x(CO2变化于9%~51%,且x(CO2大于10%的包裹体占该类包裹体的80%,这与矿田中部拉么矽卡岩型锌铜矿(陆壳熔融岩浆流体为主同类型包裹体中x(CO20~10%(李荫清等,1988有明显差别。Fu等(1993研究资料也表明,与岩体有关的拉么矽卡岩型锌铜矿的成矿流体以高温、高盐度、CO2较少为特征。而铜坑_长坡矿床以中温、中_低盐度、富CO2流体占优势。上述资料表明区内富CO2的流体可能来源于深源地幔或地幔组分与陆壳熔融岩浆流体的混合,成矿早阶段亦即主成矿阶段,地幔流体参与了成矿作用。区内NW向大厂断层的影响深度可以达到下地壳或上地幔(蔡明海等,2004b,这也为深源的地幔流体参与成矿作用提供了地质条件。正如He_Ar同位素测试结果那样(蔡明海等,2004,He/He比值介于1.2~2.9Ra之间,明显高于地壳流体(0.01~0.05Ra;40Ar/4He比值为0.12~0.65,介于地壳流体与地幔值之间。因此,高R/Ra比值、富CO2流体共同指示出铜坑_长坡矿区有地幔流体显著参与了成矿作用。
在铜坑_长坡矿床成矿的晚阶段,流体中CO2含量显著减少,流体组分主要为NaCl和H2O,且出现了少量的NaCl_CaCl2_H2O和NaCl_MgCl2_H2O型包裹体,流体中高Ca
2+
3
4
包裹体具有相同的特征,包裹体类型主要有CO2型和NaCl_H2O型。成矿早阶段(Ñ和Ò阶段以CO2型和NaCl_H2O型包裹体为主,成矿晚阶段(Ó阶段以NaCl_H2O型为主并发育有少量NaCl_CaCl2_H2O型和NaCl_MgCl2_H2O型包裹体。早阶段成矿流体成分主要为CO2和NaCl_H2O,含少量CH4和H2S;晚阶段(Ó阶段成矿流体成分主要为NaCl_H2O,且Ca和Mg含量增加。成矿作用由早阶段至晚阶段是一个连续的变化过程,成矿温度由高到低(270~365ey210~240ey140~190e,流体组成发生了较大的变化,但流体盐度变化不大。
流体包裹体特征以及He、Ar和S同位素组成共同表明,铜坑_长坡矿床脉状矿体和层状矿体具有相同的成矿物质来源,是同一成矿作用的产物。铜坑_长坡矿床与龙箱盖岩体是同构造热事件的产物,岩体不仅提供了成矿的热源,同时还提供了部分成矿物质,高3He/4He比值和富CO2流体共同指示铜坑_长坡矿床在成矿过程中地幔流体显著参与了成矿作用。但在成矿的晚阶段,地下水成分明显的加入到成矿流体中。
致谢黄惠明、吴德成、韦可利一同参加了野外地质调查,范宏瑞博士对本文的初稿进行了认真的审阅,提出了一系列建设性的意见和建议,在此一并表示最真挚的谢意。
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2+
2+
、Mg
2+
含量是地下水参与成矿
的重要证据(季克俭等,1994。区内成矿晚阶段成
矿流体中地下水成分显著增加。
4.3成岩、成矿时代的一致性
Wang等(2004通过对铜坑_长坡矿床91号层状矿体的石英进行常规Ar/Ar快中子活化测定,获得石英的坪年龄(94.52?0.33Ma,等时线年龄(95.37?0.33Ma,反等时线年龄(94.89?0.16Ma;蔡明海等通过对铜坑_长坡矿床92号矿体及亢马矿床中石英流体包裹体的Rb_Sr测年,分别获得(93.5?1.3Ma(另文发表,这些成矿年龄数据与上述的龙箱盖黑云母花岗岩的成岩年龄(93.00?0.97Ma基本一致,表明区内成岩与成矿是同一构造_热事件的产物,岩体不仅为成矿提供了热源,还提供了部分成矿物质来源。
40
39
5主要结论
铜坑_长坡矿床脉状矿体和层状矿体中的流体

第24卷第3期蔡明海等:大厂锡多金属矿田铜坑_长坡矿床流体包裹体研究239
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