, 王国光2, 张永利1, 巩恩普1 1. 东北大学 资源与土木工程学院, 辽宁 沈阳 110819;
2. 南京大学 地球科学与工程学院, 江苏 南京 210023
收稿日期：2020-10-20
基金项目：国家自然科学基金资助项目(41972002)。
作者简介：李明(1985-), 男, 辽宁沈阳人, 东北大学博士研究生;
巩恩普(1958-), 男, 辽宁沈阳人, 东北大学教授, 博士生导师。
摘要：通过对辽西蒋家屯和兰家沟钼矿的流体包裹体研究, 两种不同类型的成矿流体被识别出来.蒋家屯脉状钼矿含矿石英脉中发现大量的Ⅰ型水溶液流体包裹体, 成矿流体的均一温度为163~234 ℃, 盐度为3.06%~ 6.01%(NaCl eqv, 质量分数), 表明成矿流体为中低温度、低盐度流体.兰家沟斑岩型钼矿含矿石英脉中发育含CO2Ⅱ型包裹体, 包裹体内较高含量的CO2指示了成矿深度较大.兰家沟钼矿的成矿流体均一温度为200~283 ℃(Ⅰ型包裹体)和281~346 ℃(Ⅱ型包裹体), 盐度为2.74%~7.31%(NaCl eqv, 质量分数)(Ⅰ型包裹体)和3.52%~4.80%(NaCl eqv, 质量分数)(Ⅱ型包裹体).鉴于上述研究, 与大型兰家沟斑岩型钼矿相比, 目前揭露的蒋家屯脉状钼矿体成矿深度较小, 成矿温度较低, 其深部可能会发现更具经济价值的斑岩型钼矿体.
关键词：流体包裹体钼矿蒋家屯兰家沟辽西
Comparative Study on the Fluid Inclusion in Jiangjiatun and Lanjiagou Mo Deposits in the Liaoxi Area
LI Ming1
, WANG Guo-guang2, ZHANG Yong-li1, GONG En-pu1 1. School of Resources and Civil Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819, China;
2. School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210023, China
Corresponding author: LI Ming, E-mail: 253003944@qq.com.
Abstract: Based on the fluid inclusion study on the Jiangjiatun and Lanjiagou Mo deposits, two distinctive ore-forming fluids were identified. Fluid inclusions in the Jiangjiatun Mo deposit are characterized by type Ⅰ two-phase aqueous inclusions, with homogenization temperatures from 163 to 234 ℃ and salinity values from 3.06% to 6.01%. It indicates that ore-forming fluids are moderate-low homogenization temperature and salinity. Fluid inclusions in the Lanjiagou Mo deposit are featured by type Ⅱ CO2-bearing fluid inclusions, indicating a deep formation environment. Microthermometric data in the Lanjiagou Mo deposit show homogenization temperatures from 200 to 283 ℃ for type Ⅰ inclusions and from 281 to 346 ℃ for type Ⅱ inclusions, and salinities from 2.74% to 7.31% for type Ⅰ inclusions and from 3.52% to 4.80% for type Ⅱ inclusions. In view of the above research results, it is believed that the discovered ore bodies in the Jiangjiatun deposit were formed in a much shallower environment with lower homogenization temperature and salinity than the Lanjiagou Mo deposit. It indicates that it is possible to find Mo orebodies at depth beneath the exposed ore bodies.
Key words: fluid inclusionporphyry Mo depositJiangjiatunLanjiagouLiaoxi area
钼金属及合金在工业领域发挥着重要作用, 是关键的战略储备资源[1].钼矿主要分布在中国、美国、智利, 我国是世界上最重要的钼矿产出国.斑岩型钼矿床是最重要的钼矿成因类型, 产出了世界95%以上的钼金属[2].辽宁省钼矿资源比较丰富, 属于优势矿种, 截止2009年已发现钼矿床(点)47处, 查明储量为56.37万t[3].已发现的矿床以斑岩型、矽卡岩型居多, 少数矿床为热液脉状充填交代型.矿床分布主要在辽西八家子铅锌-杨家杖子-兰家沟钼多金属成矿带, 集中了全省钼矿探明储量的70%, 同时矿石品位较高, 选矿工艺简单.近年来, 一系列找矿勘查工作围绕蒋家屯钼矿开展, 取得较好进展, 在蒋家屯钼矿床中圈定了多个钼矿体, 但是仅开展了成岩成矿年代学研究[4], 矿床成因不清, 成矿潜力有待评估, 亟待开展相关矿床学研究.兰家沟钼矿是区域内著名的大型斑岩型钼矿, 为了查明蒋家屯钼矿的地质特征, 做出找矿预测潜力评价, 本文将从矿床地质特征和成矿流体等角度开展兰家沟钼矿与蒋家屯钼矿的对比研究.
1 区域地质华北克拉通分为东西两个地块, 中间被约1.85 Ga华北造山带横贯(图 1a).华北克拉通的基底被中-新元古代和古生代的沉积地层覆盖.华北克拉通的北缘构造运动十分活跃, 从三叠纪到白垩纪早期发生了大规模岩浆活动.
图 1(Fig. 1)
 | 图 1 辽西钼成矿带构造位置和区域地质图Fig.1 Location and regional geology of the Mo metallogenic belt in the Liaoxi area (a)—华北克拉通大地构造简图及研究区; (b)—辽西钼矿带区域地质矿产分布. |
辽西成矿带位于华北克拉通的北缘, 基底为太古代地层, 上覆元古代、古生代和中生代地层.古生代地层包括寒武纪、奥陶纪和石炭纪石灰岩、白云质灰岩、泥灰岩和页岩.晚中生代地层分布于盆地内, 同时花岗岩侵入区域基底和覆盖层.区域断裂和构造发育, 包括NE向的女儿河基底断裂, 西平坡-锦西断裂等, 近EW向的要路沟-葫芦岛断裂、青龙-葫芦岛断裂等.区域内的褶皱为大北岭背斜和笔架山向斜.区域上岩浆作用十分活跃, 根据岩浆活动的时代可分为元古代和中生代的岩浆岩.在区域岩浆岩中, 中生代燕山期花岗岩岩浆与钼成矿作用关系密切.区内钼矿床共有15处, 其中7处矿化规模为大型至中型, 呈北东向展布, 由南西向北东依次是: 养马甸→路沟→蒋家屯→老虎沟→新台门→杨家杖子→兰家沟→老虎洞钼矿床(图 1b).小型矿床零星分布在矿带东侧.
2 矿床地质2.1 蒋家屯钼矿蒋家屯钼矿床位于燕辽成矿带的东段.矿石储量16万t, 平均品位0.09%[4].矿床内出露的岩浆岩为花岗斑岩, 石英脉型钼矿体赋存于花岗斑岩之中.矿床中的断层主要为NE，EW和SN走向, 它们是Mo矿体的赋矿构造.
前期地质工作是巷道开拓, 通过巷道等深部探矿在工作区内发现5条钼工业矿体(北山2号、西山3号、南山4号、蒋屯5号、东山6号)，见图 2.钼矿体为含钼石英脉型.北山2号石英脉展布在北山地段, 矿体走向近东西, 产状近直立.北山2号石英脉水平厚度0.2~1.2 m, 矿体平均厚度小于1 m, 钼品位0.01%~0.3%.西山3号石英脉展布在西山地段, 矿体走向变化较大, 产状近直立.地表有矿体出露, 地下由一条斜巷、两条平巷控制, 走向控制长度100 m, 西侧未封闭.钼品位0.005%~0.09%, 仅局部品位较高, 水平厚度0.2~1.4 m, 平均厚度小于1 m.南山4号石英脉, 矿体走向170°~180°脉型展布, 总体走向175°, 4号矿体控制了近平行相距120 m左右的两条石英脉.蒋屯5号石英脉走向为近东西向, 展布在蒋家地段, 矿体西段产状变化小, 走向88°~94°, 东段走向变化较大, 呈80°~130°脉型展布.东山6号石英脉, 总体呈近东西脉状, 展布在蒋家屯后山, 矿体近直立, 深部巷道控制长度150 m, 西部封闭, 东部未封闭.品位0.02%~0.9%, 矿体水平厚度0.01~1.5 m.
图 2(Fig. 2)
 | 图 2 蒋家屯钼矿矿床地质图Fig.2 Geological map of the Jiangjiatun Mo deposit |
围岩蚀变普遍, 在空间上呈现明显的分带.从深到浅共识别出三个蚀变带：在矿床深部, 钾化蚀变强烈, 并伴有明显的成矿作用；萤石化、黄铁绢英岩化主要发生在中部；上部常见硅化.蒋家屯钼矿的矿石类型包括细脉型、浸染型或块状矿石.矿石矿物为辉钼矿, 含少量黄铁矿、镜铁矿和黄铜矿.脉石矿物以石英、钾长石、方解石、绢云母、绿泥石、萤石为主.
2.2 兰家沟钼矿兰家沟是成矿带中最大的钼矿床, 钼储量40.4万t.主岩体为细斑状花岗岩, 归为红螺山岩体.红螺山岩体为细粒斑状花岗岩和粗粒花岗岩.矿化中心细粒斑状花岗岩经历了较强蚀变.区域上存在NEE向、NNW向、NW向断裂, 规模较大.此外, 还有NS, NE和近EW向断裂, 规模较小(见图 3).
图 3(Fig. 3)
 | 图 3 兰家沟矿床地质图Fig.3 Geological map of the Lanjiagou Mo deposit |
矿区的岩浆岩为细粒似斑状花岗岩, 晚期的碱交代蚀变作用较强.此外, 石英斑岩和部分闪长岩脉局部也经历了碱交代蚀变.矿床内硅化、伊利石-水白云母化和铁锰碳酸盐化在矿床中呈渐变过渡关系, 与钼矿化有直接的成因联系.硅化主要分布在断裂或含矿石英脉的边部, 伊利石-水白云母化通常在硅化带外部.与硅化带相比, 伊利石-水白云母化蚀变带分布范围较宽.
3 分析方法包裹体显微测温在南京大学内生金属成矿机制研究国家重点实验室, 通过Linkam THMS600型冷热台完成.测温开始前, 校正了冷热台, 实验误差 < 30 ℃时为± 0.2 ℃, 30~300 ℃时为±1 ℃, 300~600 ℃时为±2 ℃.
分析在内生金属成矿机制研究国家重点实验室用Renishaw RM2000型激光拉曼探针完成.实验温度为23 ℃, Ar+激光器波长514 nm, 光谱计数时间10 s, 扫描范围1 000~4 000 cm-1.
4 流体包裹体研究4.1 流体包裹体岩相学利用显微镜对两个矿区的包裹体进行了系统观察, 通过镜下特征、显微测温的变化现象及激光拉曼光谱分析, 参照流体包裹体相态分类准则[5], 将蒋家屯钼矿和兰家沟钼矿包裹体类型分为Ⅰ型富液相和Ⅱ型富含CO2包裹体.蒋家屯钼矿的流体包裹体以Ⅰ型为主, 其中的气相低于10%.包裹体形状为椭圆状、不规则状, 大小约3~20 μm(图 4a, 图 4b).兰家沟钼矿包裹体以Ⅱ型为主, 包裹体常温下呈现液相CO2, 气相CO2及水溶液三个相态.但也有一部分包裹体在常温环境下呈现液相CO2及水溶液两个相态(图 4c, 图 4d).包裹体形状有椭圆形和负晶型, 大小约5~25 μm.
图 4(Fig. 4)
 | 图 4 蒋家屯和兰家沟钼矿不同类型流体包裹体显微照片Fig.4 Photomicrographs of different types of fluid inclusions in the Jiangjiatun and Lanjiagou Mo deposits (a)—蒋家屯钼矿的Ⅰ型水溶液包裹体；(b)—蒋家屯钼矿的Ⅰ型水溶液包裹体；(c)—兰家沟钼矿的Ⅰ型水溶液包裹体；(d)—兰家沟钼矿的Ⅰ型水溶液包裹体和Ⅱ型含CO2包裹体共生. |
4.2 流体包裹体气相成分测定蒋家屯钼矿和兰家沟钼矿不同类型的包裹体的拉曼分析表明, 蒋家屯的流体包裹体中, 主要流体组分为水溶液；而兰家沟钼矿的流体包裹体中, 不仅含有大量的水溶液, 而且含有大量CO2(图 5).因此, 两者属于完全不同的流体包裹体类型.
图 5(Fig. 5)
 | 图 5 蒋家屯钼矿和兰家沟钼矿中不同流体包裹体类型气体组成的典型拉曼光谱Fig.5 Typical Raman spectra of gas composition of different fluid inclusion types in Jiangjiatun and Lanjiagou Mo deposits (a)—蒋家屯钼矿Ⅰ型包裹体；(b)—兰家沟钼矿Ⅰ型包裹体；(c)—兰家沟钼矿Ⅱ型包裹体. |
4.3 流体包裹体显微测温蒋家屯钼矿Ⅰ型包裹体均一温度163~234 ℃, 盐度为3.06%~6.01%(NaCl eqv, 质量分数)；兰家沟钼矿Ⅰ型包裹体均一温度为200~283 ℃, 盐度为2.74%~7.31%(NaCl eqv, 质量分数), Ⅱ型包裹体的均一温度为281~346 ℃, 盐度为3.52%~4.80%(NaCl eqv, 质量分数).测温数据见表 1.
表 1(Table 1)
 表 1 蒋家屯钼矿和兰家沟钼矿包裹体测温数据Table 1 Microthermometric data of the fluid inclusions in Jiangjiatun and Lanjiagou Mo deposits
| 表 1 蒋家屯钼矿和兰家沟钼矿包裹体测温数据 Table 1 Microthermometric data of the fluid inclusions in Jiangjiatun and Lanjiagou Mo deposits |
5 讨论5.1 成矿流体特征蒋家屯钼矿Ⅰ型富液相流体包裹体均一温度为163~234 ℃, 盐度3.06%~6.01%(NaCl eqv, 质量分数).蒋家屯钼矿的流体包裹体盐度和温度变化范围不大, 说明蒋家屯钼矿的矿化主要是受到简单冷却作用[6-7].
兰家沟钼矿成矿流体属于中低温低盐度流体.其Ⅰ型富液相包裹体均一至液相, 均一温度为200~283 ℃, 盐度为2.74%~7.31%(NaCl eqv, 质量分数)；Ⅱ型富CO2流体包裹体均一至气相, 均一温度为281~346 ℃, 盐度为3.52%~4.80%(NaCl eqv, 质量分数).兰家沟成矿流体演化中发生了流体不混溶作用.其证据为Ⅰ型包裹体和Ⅱ型包裹体呈现出紧密的共生关系, 同时两种类型包裹体具有不同的均一方式, 但均一温度相似(图 6).
图 6(Fig. 6)
 | 图 6 蒋家屯和兰家沟钼矿包裹体盐度和均一温度直方图Fig.6 Histograms of salinities and homogenization temperatures of fluid inclusions in the Mo deposits (a)—蒋家屯钼矿Ⅰ型包裹体均一温度; (b)—蒋家屯钼矿Ⅰ型包裹体盐度；(c)—兰家沟钼矿Ⅰ型和Ⅱ型包裹体均一温度; (d)—兰家沟钼矿Ⅰ型和Ⅱ型包裹体盐度. |
此包裹体特征符合CO2-H2O-NaCl流体体系不混溶行为, 根据该体系低温相图(< 300 ℃)[8], 初始的低盐度含CO2的流体经过不混溶将产生低盐度富水相流体和CO2为主的气相.这种不混溶方式也常见于具有相似流体特征(150~300 ℃, 低盐度, 富CO2)的造山型金矿中[9-11].
5.2 成矿机制研究表明流体沸腾、流体混合和冷却对钼沉淀发挥了重要作用[12-15].Klemm等[12]发现温度降低导致辉钼矿从卤水中沉淀, 形成了奎斯塔斑岩钼矿化.与上述矿床类似, 蒋家屯钼矿的流体包裹体的均一温度呈现降低的趋势.因此, 认为流体冷却可能是蒋家屯钼金属沉淀的重要机制.Ulrich等[13]认为, Mo在低盐度下可能以钼酸盐的形式运输, 而在高盐度下Mo可能以Mo-oxo-氯化物形式运输.因此, 在流体沸腾或不混溶过程中, 盐度的急剧变化可能会使Mo络合物不稳定并导致Mo沉淀[14].此外, 在流体不混溶过程中, CO2从初始流体逸出将导致fO2减少和S2-活性增加, 并可能导致Mo发生沉淀, 如浙江的桐村、千鹅冲、姚冲钼矿和安徽的马头钼矿[16-19].兰家沟钼矿成矿期流体具有不混溶的现象, 说明流体不混溶可能是导致其钼矿化的关键作用.成矿流体的盐度在不混溶过程中保持不变, 不太可能发生由盐度变化引起的成矿作用.然而, 流体不混溶过程中CO2的损失可能在Mo沉淀过程中发挥了重要作用.
5.3 矿床成因和找矿应用斑岩型矿床一般与下伏的5~15 km的深成岩体密切相关, 具有蚀变分带, 从早期钠化-钙化到钾化、经历绿泥石-绢云母化和绢云母化以及最晚期的泥化[20-21].蒋家屯花岗斑岩的成岩年龄为(157.5±0.5)Ma, 在误差范围内与辉钼矿Re-Os年龄(154±1)Ma是一致的, 表明蒋家屯的钼矿化与晚侏罗的花岗斑岩有关[4].兰家沟斑状花岗岩的成岩年龄为(185.0±1.8)Ma, 在误差范围内与辉钼矿Re-Os年龄(185.6±1.2)Ma是一致的[22], 表明兰家沟的钼矿化与早侏罗的花岗斑岩有关.因此, 蒋家屯和兰家沟钼矿类似, 均是与斑岩有关的钼矿.此外, 蒋家屯钼矿围岩蚀变在空间上呈现明显分带在矿床深部, 钾化蚀变强烈, 并伴有明显的成矿作用；中部主要发生萤石化、黄铁绢英岩化, 上部常见硅化.同时兰家沟也具有蚀变分带, 主要为钾化带-硅化带-伊利石和水云母化带-碳酸盐化带.蒋家屯和兰家沟钼矿与经典的斑岩钼矿一样具有空间上的蚀变分带[23].
典型的斑岩钼矿成矿期流体包裹体的均一温度主要集中在220~ 450 ℃[12-15], 兰家沟钼矿成矿期流体包裹体的均一温度基本落在这一温度区间内.然而, 与典型的斑岩钼矿相比, 蒋家屯钼矿成矿期流体包裹体均一温度相对较低.目前蒋家屯矿区开采层位较浅, 推测其深部有发现具有经济价值的斑岩型钼矿体的潜力.
6 结论1) 蒋家屯钼矿存在明显的空间分带, 在矿床深部, 钾化蚀变强烈, 并伴有明显的成矿作用；萤石化、黄铁绢英岩化主要发生在中部；上部常见硅化.
2) 蒋家屯钼矿的流体包裹体为盐水包裹体, 流体冷却可能是辉钼矿沉淀的重要因素.兰家沟钼矿成矿流体除了盐水包裹体, 还有富二氧化碳包裹体, 辉钼矿从成矿溶液中快速沉淀可能是流体不混溶作用导致的.
3) 蒋家屯钼矿流体均一温度和盐度较低, 推测在蒋家屯钼矿深部可能存在与兰家沟钼矿相同的热液成矿事件, 深部可能存在更大的辉钼矿矿体.
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