膠東夏甸金礦區道北莊子金礦床流體包裹體和氫氧同位素地球化學研究

李瑞翔，徐韶輝，楊真亮，劉天鵬，王永慶，解天賜

(山東省第六地質礦產勘查院，山東 招遠 265400)

?

膠東夏甸金礦區道北莊子金礦床流體包裹體和氫氧同位素地球化學研究

李瑞翔，徐韶輝，楊真亮，劉天鵬，王永慶，解天賜

(山東省第六地質礦產勘查院，山東 招遠 265400)

夏甸金礦區道北莊子金礦床位于招遠-平度斷裂帶中南段。該文重點研究金礦床石英礦物中的流體包裹體和氫氧同位素特征。研究表明，流體包裹體以Ⅰ型富液相包裹體為主，均一溫度主要集中在4個區域：100～140℃，160～210℃，220～250℃，300～340℃。與膠東地區金礦成礦的4個階段相對應。鹽度變化范圍大致分布在0.88～22.44wt%，平均5.18%，集中分布在3～7wt%，成礦流體鹽度為低鹽度流體；密度變化于0.62～1.08g/cm3，平均0.91g/cm3，屬于低密度流體；成礦壓力范圍在92.58～267.12MPa，平均149.64MPa，推斷礦床成礦壓力環境為中壓環境；礦床成礦深度范圍為6.84～12.65km，平均9.63km，礦床為中深成相。根據氫氧同位素地球化學特征，成礦流體主要為地幔初生水，并受巖漿水的影響。

流體包裹體；氫氧同位素；道北莊子金礦床；夏甸金礦區；山東

0 引言

流體是成礦作用過程中最活躍的因素之一，礦物在生長過程中所圈閉的流體保存了形成環境的各種地球化學信息(溫度、壓力、鹽度、成分等)，可以為成巖成礦過程提供物理化學和熱力學條件數據、探討地質作用地球化學和演化歷史并服務于找礦勘探[1-4]。研究流體包裹體的成分和物相變化，可以獲取地質過程中的物理化學參數；通過觀察不同溫度下包裹體的內相變化，分析包裹體成分，可以了解成巖成礦流體的溫度、鹽度、壓力、密度以及物質成分，近而可以闡明礦床的成因和演化，建立成礦模式[5-7]。

該文對夏甸金礦區道北莊子金礦床流體包裹體進行了初步研究，根據不同類型流體包裹體顯微測溫及鹽度、密度、均一壓力的估算結果，詳細探討道北莊子金礦床成礦流體物理化學條件演化與成礦過程。通過對氫氧同位素的地球化學分析，探討了成礦流體來源*山東省第六地質礦產勘查院，山東省萊州-龍口地區金礦深部成礦預測研究報告，2015年10月。。

1 區域與礦床地質

夏甸金礦區位于膠西北3大金成礦帶之一的招遠-平度斷裂帶中段，為典型的構造蝕變帶熱液蝕變型金礦床[8]。

招遠-平度斷裂帶位于膠東半島西北部——膠西北金礦集區，其大地構造位置處在華北板塊(Ⅰ)東南緣，膠遼隆起區(Ⅱ)之膠北隆起(Ⅲ)西緣膠北斷隆、膠北凸起(Ⅴ)，沂沭斷裂帶東側。區內地層出露較簡單，斷裂構造十分發育，巖漿活動強烈。招平斷裂帶為區內主干構造，發育于玲瓏超單元與棲霞超單元接觸帶，其本身既具導礦構造特點，同時又賦存了諸多大、中、小型金礦床[9]。

道北莊子金礦床Ⅰ-1號礦體為區內的主礦體。該礦體緊靠主裂面分布，受黃鐵絹英巖化碎裂巖和黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖帶控制[10]。礦體最大走向長732m，最大傾斜長602m，礦體呈似層狀、大脈狀，具分支復合、膨脹夾縮等特點，產狀與主裂面基本一致，走向38°～55°，平均走向50°,傾向SE，傾角41°～55°，平均傾角47°(圖1)。

1—第四系；2—唐家莊巖群；3—荊山群；4—萊州序列中細粒變角閃輝長巖；5—馬連莊序列變輝長巖；6—棲霞序列英云閃長巖質片麻巖；7—譚格莊序列奧長花崗巖；8—玲瓏序列二長花崗巖；9—閃長玢巖；10—壓性斷裂及產狀；11—壓扭性斷裂及產狀；12—張性斷裂；13—碎裂巖帶；14—倒轉向斜構造；15—韌性變形構造；16—巖體產狀；17—地質界線；18—金礦位置 圖1 區域地質圖

礦石礦物成分由金屬礦物和非金屬礦物組成。金屬礦物以硫化物類礦物為主，主要是黃鐵礦、銀金礦；其次為少量的閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦、自然金等。非金屬礦物主要有長石、石英、絹云母、鐵白云石、方解石等(表1)[11]。

礦石結構有晶粒狀結構、壓碎結構、填隙結構、包含結構、交代熔蝕結構、乳滴狀結構等。其中以晶粒狀結構和壓碎結構為主。

表1 礦石礦物成分統計

礦床成礦作用主要為熱液期，其次為氧化期。成礦期間，熱液本身的演化和交代作用的影響，構造的不斷活動，構成了完整的構造熱液期。在構造熱液期內，成礦是多階段的，根據控礦構造和熱液脈體的相互關系及其與金的成礦關系，將熱液成礦期劃分為4個階段，黃鐵礦-石英階段、金-石英-黃鐵礦階段、金-石英-多金屬硫化物階段、石英-碳酸鹽階段[12]。

2 流體包裹體特征

2.1 巖相學特征

流體包裹體主要寄主礦物為石英。石英礦物中包裹體較為發育，但普遍較小，多數小于3μm，僅少數可達5μm以上，以成群分布或均勻密集分布為主，少量成帶分布，其中以無色—灰色的富液包裹體為主，局部可見呈淺灰—深灰色的氣相或三相H2O-CO2包裹體及富氣包裹體。流體包裹體形態規則，其長軸大小介于2～20μm，以7～10μm居多。

Ⅰ型富液相包裹體占包裹體總數的94%。室溫下為氣相和液相(VCO2和LH2O)，或全部為液相(即純液體包裹體)，液相為無色透明，氣相顏色普遍較深，氣液比一般為15%～20%，液相比例明顯較高，其大小長軸范圍在2～10μm，一般為3～6μm，形態規則，加熱后一般均一到液相(表2)。

2.2 流體包裹體溫度

流體包裹體均一溫度(Th)變化范圍為103～304℃，數值變化范圍較大，平均值為182℃，屬中低溫范圍。寄主礦物石英的形成經歷了復雜的多期溫度變動，富液包裹體均一溫度明顯集中在100～140℃，160～210℃，220～250℃，300～340℃。熱液活動中，隨著溫度的下降，揮發分的比例不斷下降，CO2/H2O比值在早期熱液成礦之后降低，發生了以CO2逸失為特征的不混溶或沸騰現象，流體包裹體的捕獲溫度(即所測定的均一溫度)可代表成礦溫度(圖2)。

表2 道北莊子金礦床流體包裹體均一化溫度、鹽度、密度、壓力及成礦深度結果統計

圖2 石英中流體包裹體樣品均一溫度分布直方圖

2.3 流體包裹體的鹽度

流體包裹體鹽度依據實驗所獲得的冰點溫度計算求得，鹽度變化范圍大致分布在0.88～22.44wt%，平均5.18%，集中分布在3～7wt%，成礦流體鹽度為低鹽度流體(圖3)。

圖3 石英中流體包裹體樣品鹽度分布直方圖

3 氫氧同位素地球化學特征

由于不同來源的流體具有不同特征的氫氧同位素組成，因此成礦流體的氫氧同位素組成成為判斷成礦流體來源的重要依據[13-14]。近年來，人們認為水-巖反應是熱液礦床形成的重要機制之一，利用氫氧同位素可以研究水-巖交換過程[15]。作為世界級大型金礦區，膠東金礦區的成礦流體來源已經得到深入研究。該文重點研究了夏甸礦區道北莊子礦床的成礦流體的氫氧同位素組成特征，道北莊子金礦床的成礦流體中的δ18O，δD值均相近，變化范圍小(表3)，在δ18O-δD關系圖上(圖4)，主要投圖數據點有3個落入地幔初生水范圍內，1個落入巖漿水范圍內，2個落在地幔初生水和巖漿水范圍之間。表明該區成礦流體主要為地幔初生水，并受巖漿水的影響。

表3 夏甸金礦床石英氫氧同位素組成

圖4 道北莊子金礦床成礦流體δD‰對δ18O‰圖解

4 問題討論

4.1 成礦流體密度

當鹽度s在1%～30%之間時，鹽水溶液包裹體密度可根據公式Haas[16]，Bodnar[17]求得：

ρ=A+Bt+Ct2

式中：ρ—鹽水溶液密度(g/cm3)，t—均一溫度(℃)；A，B，C—鹽度的函數。A=0.993531+8.72147×10-3×s-2.43975×10-5×s2

B=7.11652×10-5-5.2208×10-5×s+1.26656×10-6×s2

C=-3.4997×10-6+2.12124×10-7×s-4.52318×10-9×s2

式中：t—均一溫度(℃)；s—鹽度(%)。

計算得到，夏甸金礦床流體包裹體密度為0.62～1.08g/cm3，平均0.91g/cm3，屬于低密度流體。

4.2 成礦壓力

流體壓力采用邵潔蓮[18]經驗公式求得：

P=P0Th/T0

式中：P0=219+2620w；T0=374+920w；w—鹽度；Th—均一溫度。

計算得到，道北莊子金礦床Ⅰ型富液相包裹體的成礦壓力為92.58～267.12MPa，平均149.64MPa，推斷礦床成礦壓力環境為中壓環境。

4.3 成礦深度估算

孫豐月[19]認為，依據Sibson[20]的斷裂帶流體垂直分帶曲線，可分段擬合深度和壓力關系式進行成礦深度計算。流體壓力<40MPa時，用靜水壓力梯度來計算；流體壓力40～220MPa時，深度y=0.0868/(1/x+0.00388)+2；流體壓力為220～370MPa時，y=11+e(x-221.95)/79.075；流體壓力>370MPa時，y=0.0331385x+4.19898(x和y分別代表所測得的壓力值和成礦深度，單位分別為MPa和km)。運用成礦壓力和成礦深度公式，計算出夏甸金礦區道北莊子金礦床成礦深度為6.84～12.65km，平均9.63km，礦床為中深成相。

4.4 流體包裹體氣相成分分析

單個流體包裹體的激光拉曼探針分析在核工業地質分析測試研究中心完成，使用的儀器為LABHR-VIS LabRAM HR800研究級顯微激光拉曼光譜儀。使用Yag晶體倍頻固體激光器，波長532nm，掃描范圍100～4200(cm-1)，實驗室溫、濕度分別為25℃和50%。選取石英樣品中CO2三相包裹體中的氣相進行了激光拉曼成分分析。據激光拉曼光譜成分分析結果顯示(圖5)，在拉曼譜圖上主要出現CO2

圖5 道北莊子金礦床不同成礦階段流體包裹體的激光拉曼圖譜

特征峰(1385～1386和1281～1283cm-1)、寬泛的H2O特征峰(3416～3442cm-1)，CH4特征值(2913～2916cm-1)，H2S特征值(2605cm-1)、N2特征值(2326～2328cm-1)，即H2O-CO2-H2S(CH4+N2)體系[21]。表現出早期熱液為低鹽度的H2O-CO2-NaCl(H2S-CH4)氣液體系，而隨著溫度和壓力的降低，或釋放引起流體中CO2含量的減少，形成富水流體，CO2和H2S的出溶則引起熱液中金屬絡合物平衡的破壞，從而產生金多金屬硫化物的沉淀，最后形成幾乎不含CO2等揮發組分的低溫熱液[22]。

5 結論

(1)道北莊子金礦床蝕變帶巖石和金礦石中的流體包裹體以無色—灰色的富液包裹體為主，局部可見呈淺灰—深灰色的氣相或三相H2O-CO2包裹體及富氣包裹體。均一溫度主要集中在4個區域：100～140℃，160～210℃，220～250℃，300～340℃。與膠東地區金礦成礦的4個階段相對應，反應了道北莊子金礦床成礦溫度為中低溫。

(2)成礦流體為低鹽度的H2O-CO2-NaCl(H2S-CH4)氣液體系，而隨著溫度和壓力的降低或釋放引起流體中CO2含量減少，形成富水流體，CO2和H2S的出溶則引起熱液中金屬絡合物平衡的破壞，從而產生金多金屬硫化物的沉淀，最后形成幾乎不含CO2等揮發組分的低溫熱液。

(3)通過對流體包裹體的分析，道北莊子金礦床成礦壓力范圍在92.58～267.12MPa，平均149.64MPa，礦床成礦壓力環境為中壓環境；成礦深度范圍為6.84～12.65km，平均9.63km，礦床為中深成相。根據目前的開采深度推算其深部還有一定量的資源可供開發。

(4)道北莊子金礦床成礦流體主要為地幔初生水，并受巖漿水的影響。

[1] 盧煥章，范宏瑞，倪培，等.流體包裹體[M].北京：科學出版社，2004：1-15.

[2] Ferry J M. A historical review of metamorphic fluid flow [J]. Joumal of Geophysical Research，1994,(99):15487-15498.

[3] Roedder E. Fluid inclusions[J]. Review in Mineralogy, 1984，(12):1-644.

[4] Sheoherd TJ, Rankin AH and Alderton DHM. A Practical Guide to Fluid Inclusion Studies[M]. London： Blackie and Son Ltd., 1985：1-239.

[5] 李洪奎，于學峰，沈昆，等.膠東玲瓏礦田石英脈型金礦床中流體包裹體特征研究[J].山東國土資源，2012，28(11)：1-8.

[6] Benniing LC, Seward TM. Hydrosulphide complexing of Au(Ⅰ) in hydrothermal solutions from 150 to 500℃ and 500 to 1500 bars[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1996，(60):1849-1871.

[7] Cammons CH, Williams-Jones AE, Yu Y. New data on the stability of gold(Ⅰ) chloride composes at 300℃[J]. Mineralogical Magazine,1994，(58A):309-310.

[8] 穆太升，董鑫，曲延波，等.招遠市夏甸金礦含金流體成因及就位機制的研究[J].山東國土資源，2001，17(3)：15-16.

[9] 宋明春，崔書學，伊丕厚，等.膠西北金礦集中區深部大型-超大型金礦找礦與成礦模式[M].北京：地質出版社，2010：28-36.

[10] 李建中，陳遠榮，翟文芳，等.山東夏甸金礦區道北莊子金礦床地球化學異常分帶模型研究[J].礦產與地質，2011，25(6)：504-508.

[11] 楊立強，鄧軍，翟裕生，等.膠東夏甸金礦地球化學場結構[J].現代地質，2001，15(4)：409-413.

[12] 林文蔚，殷秀蘭.膠東金礦成礦流體流體同位素的地質特征[J].巖石礦物學雜志，1998，17(3)：249-259.

[13] 范宏瑞，謝奕漢，王英蘭.流體包裹體與金礦床的成礦及勘探評價[J].貴金屬地質，1997，6(3)：44-53.

[14] 孫豐月，石準立，馮本智，等.膠東金礦地質及幔源C-H-O流體分異成巖成礦[M].長春：吉林人民出版社，1995：8-49.

[15] 胡芳芳，范宏瑞，沈昆，等.膠東乳山脈狀金礦床成礦流體性質與演化[J].巖石學報，2005，21(5)：1329-1338.

[16] Hass, J.L.J., An equation for the density of vapor-saturated NaCl-H2O solutions from 75℃ to 325℃[J]. Am.J.Sci. 1970，269(12)：489-493.

[17] Bodnar,R.J. A method of calculating fluid inclusion volumes based on vapor bubble diameters and PVTX properties of inclusion fluids[J]. Economic Geology, 1983，(78)：535-542.

[18] 邵潔蓮.金礦找礦礦物學[M].武漢：中國地質大學出版社，1988：1-158

[19] 孫豐月，金巍，李碧樂.關于脈狀熱液金礦床成礦深度的思考[J].長春科技大學學報，2000，30(增)：27-30.

[20] Sibson R H; Crustal stress, faulting and fluid flow[J].Geological Society,1994,(78)：69-84.

[21] Hayashi KI and Ohmoto H. Solubility of gold in NaCl- and H2S-bearing aqueous solutions at 250～350℃[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1991，(55):2111-2126.

[22] Pillips G N, Evans K A. Role of CO2in the formation of gold deposits[J]. Nature,2004,(429):860-863.

Geochemical Study on Fluid Inclusion and H-O Isotopeof Daobeizhuangzi Gold Deposit in XiadianGold Field in Jiaodong Province

LI Ruixiang, XU Shaohui，YANG Zhenliang, LIU Tianpeng, WANG Yongqing，XIE Tianci

(No.6 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Shandong Zhaoyuan 265400, China)

Daobeizhuangzi gold deposit in Xiadian gold field located in the middle-south of Zhaoping fault zone. In this paper, fluid inclusions and hydrogen-oxygen isotopic characteristics of quartz minerals have been analyzed. It is showed that the fluid inclusions are mainly liquid inclusions, and its homogenization temperature fall into four ranges: 100～140℃,160～210℃,220～250℃ and 300～340℃;corresponding to four stages of hydrothermal ore-forming processes of Jiaodong area. The fluid is with low salinity and low density, ranging from 0.88～22.44WtNaCl%(focus on 3～7Wt% with average salinity of 5.18Wt%),and from 0.62～1.08g/cm3(with average density of 0.91g/cm3).The pressure of mineralization is medium-pressure, ranges from 92.58～267.12MPa, with an average pressure of 149.64MPa. The depth of mineralization ranges from 6.84～12.65km, with the average range of 9.63km. It indicate that the ore body is mesozone. According to the characteristics of hydrogen-oxygen isotopic, the mineralizing fluids originated mainly from meteoric water and accompanied with participation of magmatic water.

Fluid inclusion; hydrogen-oxygen isotopic; Daobeizhuangzi gold deposit; Xiadian gold field

2017-01-08；

2017-04-11；編輯：曹麗麗

李瑞翔(1987—)，男，山東招遠人，工程師，主要從事地質礦產勘查工作；E-mail：13465626131@163.com

P618.51

A

李瑞翔，徐韶輝，楊真亮，等.山東夏甸金礦區道北莊子金礦床流體包裹體和氫氧同位素地球化學研究[J].山東國土資源，2017,33(8)：15-20.LI Ruixiang, XU Shaohui，YANG Zhenliang, etc.Geochemical Study on Fluid Inclusion and H-O Isotope of Daobeizhuangzi Gold Deposit in Xiadian Gold Field in Jiaodong Province[J].Shandong Land and Resources,2017,33(8)：15-20.