内蒙古乌拉山金矿成矿流体来源_性质和演化

黄金地质

GOLD　GEOLO GY

V o l13　N o12

Jun1,1997内蒙古乌拉山金矿成矿流体

来源、性质和演化

郎殿有

(内蒙古包头市哈德门金矿　包头　014060)

摘　要　乌拉山金矿成矿流体为中—中高温,中高压力,盐度中等偏低,低密度,弱酸性—弱碱性和还原环境的CO22N aC l2H2O体系。韧2脆性剪切变质变形作用和岩浆活动控制着流体发育过程,成矿作用的演化从早期→晚期,从西段→东段具有规律性变化,大气降水在其演化过程中起了重要作用。

关键词　金矿床　成矿流体　内蒙古

　　本文流体包裹体样品采自乌兰不浪沟金矿(西段)的M113、110、78号矿脉(8件)及哈德门沟金矿(东段)13号矿脉(2件)。重点研究了西段金矿床流体包裹体的特征,并与东段13号脉的前人研究成果进行了对比。

1　地质概况

乌拉山金矿位于华北地台北缘西段,隶属内蒙地轴。本区出露地层为上太古界乌拉山群,乌拉山金矿赋存于该群的中下部。

阴山(包头段)大型推覆体是本区主要构造[1],韧性剪切带是其伴生构造。区内韧性剪切作用有三期[2、3]:早期(2500～2400 M a)深层次塑性变形构造;中期(1800～2000M a)中深—中浅层次韧性剪切构造;晚期(139～426M a)浅层次脆性断裂构造。金矿体受控于晚期韧2脆性变质变形带,并在后期脆性断裂叠加处构成富矿。

本区最重要的侵入岩是位于矿带西侧的大桦背花岗岩基,形成于海西晚期,是由上太古界乌拉山群经深部重熔作用形成的。该岩体东缘倾伏在乌拉山群深处,延拓5km 向东呈鼻状突出①。矿带以大坝沟为界可分东、西二段,西段以M113脉为代表,位于大桦背岩体东部舌状凸起南部凹陷区,距隐伏岩体115～2km;东段以13号脉为代表,位于大桦背岩体东部,隐伏凸起前缘,距岩体约有6km。矿带东、西二段地质特征虽相似但也有不同点②。1)矿化类型:西段以含金石英脉型为主,含金石英脉多呈或宽大的(几m)或窄的(几c m)单脉出现;东段以含金钾长石化蚀变岩型为主,矿体由含金钾长石化蚀变岩及充填其中的含金硫化物细脉或含金硫化物2石英细脉构成。2)成矿方式:西段

①　长春地质学院,内蒙古自治区一0五地质队.内蒙古乌拉山金矿带控矿条件及成矿规律及找矿预测研究,1994

②　郎殿有.内蒙古乌拉山金矿M113与13号金矿脉地质特征对比性研究,1995

作者简介:郎殿有,男,51岁,高级工程师,矿产地质。

1996210215收稿。李莉编辑。

以充填式为主,与围岩界限清晰,围岩蚀变较弱;东段以交代式为主,辅有充填式。交代式以形成含金钾长石化蚀变岩型矿石为主,钾长石化往往围绕石英脉体构成明显红色交代晕圈,其发育宽度一般为015～2m,最厚可达5m。3)与矿化有关的围岩蚀变:西段以黄铁绢英岩化为主,钾长石化相对比较微弱;东段以钾长石化、碳酸盐化为主。以交代作用形成的钾长石可明显分为三期,蚀变碳酸盐矿物与钾长石密切伴生,往往呈集合体弥漫于蚀变岩石中。4)石英为金的主要载体,与金矿化有着密切的成因联系。西段石英主要形成于四个阶段: 阶段以粗粒乳白色石英为主; 阶段以烟灰色微砂糖粒状石英为代表; 阶段为灰白色石英,多与多金属硫化物伴生; 阶段以网脉状重结晶的石英为代表,常与碳酸盐矿物伴生。东段大致可分三个阶段:早阶段以乳白色块状石英为主,石英脉形成于钾长石化蚀变岩中心,并含有大量钾长石化蚀变岩的角砾;中阶段为烟灰色细粒状石英,多与多金属硫化物共生;晚阶段以方解石石英脉形式出现,矿物组合为石英、方解石、镜铁矿。

2　流体包裹体地球化学特征

211　流体包裹体特征

本区金矿床中流体包裹体极为发育,细小密集,沿晶面成群成带分布,主要矿脉包裹体特征列于表1。

表1　乌拉山金矿带主要矿脉石英包裹体特征金

矿带矿脉

成矿

阶段

组　合　类　型包裹体直径 Λm数量气　液　比形　　态分　　布

西段 乌兰不浪沟 M113

M78

M110

以气液包裹体和CO2包

裹体为主

一般10～20,

小者小于5,

大者可达30

很多

20%,局部

可大于70%

椭圆、浑圆状一般不规则

以单相液体包裹体为主,

气液两相较少,偶尔见纯

气体包裹体和三相包裹体

一般为2～3

较多5%～20%,一

般为10%～20%

椭圆状、粒

状、不规则状

分布不均

以单相液体包裹体为主,

含极少量气液两相包裹体

一般2～3较多5%粒状、椭圆状

以气液包裹体为主,偶见

CO2包裹体

5～10

很多中温为25%,

中高温为40%

粒状、不规则状

以单相液体包裹体为主,

见部分气液两相包裹体

3～5,部分小者

为1～2,两相

包裹体为5～8

较多

10%～25%椭圆状、粒状

分布不均,不

规则状排列

东段

哈德门沟 13

气液两相包裹体为主,见

少量单相液体包裹体

一般为3～5,个

别可达8～10,

小者见有1～2

较多5%～20%,一般

为10%～20%

椭圆状,长柱

状、四边形

无规律

以单相液体包裹体为主,

气液两相包裹体较少,含

少量三相CO2包裹体

一般为3～5

较多5%～20%,一般

为10%～15%

椭圆状、

菱形、粒状

无规律

　　根据流体包裹体气、液相的类型和比例,可将石英中原生流体包裹体分为以下四种类型: —1流体包裹体,气液比5%～10%,数量较多,主要产于晚期矿化石英中; —2气液包裹体,气液比20%～40%,分布较广; 含CO2包裹体,较为发育,一般含L co2和V co2体积大致相等,可占包裹体总数的20%～40%; 含子晶矿物包裹体,发

52

第2期　　　　　　　　郎殿有:内蒙古乌拉山金矿成矿流体来源、性质和演化

育在矿化较强地段,子晶矿物多为N aC l 、KC l ,子晶 (子晶+H 2O +G )为0125; 气体包裹体,气液比小于50%,占全部包裹体总数的5%。212　成矿温度

矿石中石英包裹体测温结果表明,不同地段(东段与西段),不同矿化阶段,不同矿物组合类型,石英中流体包裹体的均一温度有所差别。西段石英主要有四个阶段,其中 阶段形成的石英,均一温度为330～410℃,主要成矿的 、 阶段为255～365℃,成矿晚期 阶段的为145～200℃;东段早阶段形成的石英均一温度310～450℃,主成矿期238～℃,成矿晚期为172℃,主要成矿期成矿温度西段要高于东段。从主要矿脉成矿温度直方图上(图1)可以看出,温度峰值呈多峰式分布,其中西段峰值区间一是170～230℃,另一是290～350℃;东段为170～210℃、230～270℃、290～330℃,与上述石英形成阶段相对应

。

图1　乌拉山金矿带成矿流体

均一温度直方图

213　流体包裹体盐度、密度

乌拉山金矿既有丰富的气液包裹体,又有部分含子矿物包裹体,因包裹体太小,为获得较多的盐度数据,采用了计算方法。计算时先将成分分析的阳离子总重量折合成N aC l 重量,而后结合水的分析换算成盐度。计算结果(表2)表明,盐度范围在0131%

～1416%之间。另有两件样品的盐度计算值为71135和42158,这是包裹体含有N aC l 子矿物所致,与镜下所见N aC l 子晶的事实符合。西段与东段盐度比较,西段7件样品中有5件样品在0131%～0195%,平均016%,占全部样品的7114%,东段盐度值有83%的样品在1159%～5188%,平均2157%,表明东段盐度含量略高于西段。

已知流体温度和盐度,如将其近似看成

N aC l 2H 2O 体系,可得出成矿流体的密度。

西段流体包裹体密度范围为0173～0183g

c m 3,平均0175g c m 3,含CO 2包裹体中的液相CO 2密度为0152～0167g c m 3,平均0158g c m 3,气相CO 2密度为01279～01404g c m 3,平均01319g c m 3;东段流体包裹体密度0180～0195g c m 3,平均0192g c m 3,含

CO 2包裹体液相CO 2密度为0150g c m 3

。

214　成矿压力

石英中含CO 2包裹体丰富,因此采用CO 2包裹体的平均密度(西段流体密度取

0175g c m 3,东段取0192g c m 3

)和均一温度,求得成矿压力(表2)43～77M Pa (西段)和50～57M Pa (东段),此结果和利用

N aC l 2H 2O 体系求得压力54～72M Pa [4]结

果一致,因此矿床的成矿深度为中深成。215　流体包裹体成分

目前,人们普遍认为石英中流体包裹体代表了原始成矿热液,因此可以认为流体包

裹体成分代表了当时成矿热液的成分。表3列出乌拉山金矿主要金矿床原生流体包裹体成分分析结果,由此表可看出,不同矿脉之间,而且同一矿脉不同样品之间组分含量变

621997年

　　　　　　　　　　　　　　　黄金地质

金矿带矿脉号样品号均一温度 ℃盐度 %pH Eh V log f O2成矿压力 M Pa

西段 乌兰不浪沟金矿 M113

M78

M110

113—12

W L Zh①

303

304

0199

11154

4156

-0133

-0161

-46151

-30

470

720 78—613001333147-0123-51101770

W L S02①2450195-0165-38

W L S09②3200146-0160-47

W L Zh4①21014160160-24

W L Zh5①31042160-0165-24

110—133501316173-0154-4412

东段 哈

德门沟金矿 13

1168—329501597128-0149-42154500

1118—3234711357172-0149-59104570 BC01③230216168-0155-36112

BC02③28011598158-0180-31174

BC01③253117163-0170-33180

BC03③21951887118-0157-38155

BC9001③247111216165-0150

　　①内蒙古自治区地矿局,沈阳地质矿产研究所.华北陆台北缘金矿成矿地质条件、成矿规律及矿床预测,1990;

②地矿部矿床地质研究所,内蒙古地质研究队.内蒙古赛乌素—老羊壕—十八倾壕地区与金矿有关花岗岩地质特征研究,1991;③李杰美等.内蒙古乌拉山地区金矿地质特征及找矿预测.黄金地质科技,1993,(2);其他为本文。

化明显,但主要组分变化是较稳定的。液相成分中阳离子主要为K+、N a+,且N a+> K+,阴离子主要为C l-、SO2-4,气相成分中主要为CO2和H2O。总体上,西段以N a+、K+、CO2、SO2-4为主,东段以N a+、K+、CO2、C l-为主,西段N a+ K+值比东段低,而C l- SO2-4值东段高于西段。可见东段与西段成矿流体具有共性,但二者之间又有一定的差别,反映各自物理化学环境差别及成因之间的联系。

216　成矿流体的酸碱度

本文利用包裹体气、液相成分分析资料和矿物共生组合的平衡反应计算pH值。由表2可看出,本区pH值在3147～8158,与水的中性线(250℃,pH值5160;300℃,pH 值5165,350℃,pH值5184)对比,成矿流体的酸碱性呈弱酸性—弱碱性,其中西段主要矿脉(M113)呈弱酸性,东段主要矿脉(13号)呈弱碱性。

217　成矿流体氧逸度和氧化还原电位

根据包裹体气相成分分析资料,成矿最

佳温度和pH值(表2),按照有关公式计算出成矿流体的氧逸度为10-31174～10-59104,其中西段M113矿脉为10-46151;东段13号矿脉为10-40130。氧化还原电位(Eh)为-0123～-0180V,平均-0156V,其中,西段M113矿脉Eh值为-0160V;东段13号矿脉Eh值为-015V,这与一般热液矿床Eh 值约为-0150V的结论一致,同时也说明本区金属矿物以黄铁矿等硫化物为主。

218　流体包裹体氢、氧和碳同位素

对氢、氧同位素组成的地质意义判定,主要通过对比已知矿床的数据获得。目前人们公认,世界上大多数岩浆岩∆D值范围为-50‰～-85‰,火山岩和深成岩的∆18O值为+515‰～+1010‰。T ayiay(1979)认为,侵入到地壳浅处的岩浆体由于与地下水反应而∆D值易于变化,混染岩浆派生的水可以比原生岩浆具低得多的∆D值,这与研究区金属成矿流体非常相似(表4)。乌拉山金矿带西段∆18O H

2

O值(+115‰～+817‰)偏离岩浆水不远,但∆D值(-87‰～-10611‰)

72

第2期　　　　　　　　郎殿有:内蒙古乌拉山金矿成矿流体来源、性质和演化表3　乌拉山金矿石英气液包裹体成分Θ(B) 10-6　　　

金矿带脉号样号

液　　相　　成　　分

N a+K+Ca2+M g2+F-C l-SO2-4B r-NO-3PO3-4N a K 原子比

西段M78

M113

M110

W L SO(2)231582112010001000107210171780100010001003120 W L SO(2)901480109010001000103012811150100010001002100 W L zh(1)411419691045181016501422914229915901000100010021174 W L zh(1)52271761431061011651112711841951536901170100010001002167 M78-6015710154111201037136514001560107 W L zh(1)5861731310911145015401356715815715701000100010011122 113223167161410178111419601500138

1102111752516013422152512001200112

东

段13

116823111413127111231762118601560115 11182397918311190190010367310241061615053128 BC01(3)11152014321630131010217144312150100 BC02(3)516901220128010201098163111625100 BC9101(3)71850130214101521128111151314934100 BC03(3)27152317551300133010275134011813133 BC9001(3)4515271592145010014146156517010142

金矿带脉号样号

气　　相　　成　　分

H2O2N2CH4CO CO2H2O CO2 H2O

摩尔比

CO2摩尔比

10-2

C l- SO2-4

西段M78

M113

M110

W L SO(2)2011130100201311161010028013594010001122101701258 W L SO(2)90104701004169112501002515326010001040317901243 W L zh(1)4013844138010128157132169218101038316501098 W L zh(1)50112911005010901365910877414201031310201283 M78-60134110217031192921524401300108671411363 W L zh(1)5011003159018401362441451678182010595160801429 1132201371125613442158149127928120010665194121347 1102101212102109191176513114161100101911829017

东

段13

1168230138115031481916710314049118701086716201712 11182301191183213113146108185992100010454123841972 BC01(3)01001001780215020169750100860185551433 BC02(3)010001850215825150010121115671440 BC9101(3)016609126001441791029134010575138301827 BC03(3)010011000313216195111001006016192418156 BC9001(3)015701821211400831069091310103731558117

　　　　资料来源同表2。

表4　乌拉山金矿带石英的氢、氧、碳同位素组成

金矿带矿脉号样品号产　　状温度 ℃∆18O石英∆18O H2O∆D∆13C

西段

M78

M113W L Zh4 蚀变岩中石英2101216115-

W L Zb5 石英脉,乳白色3101213+518-87

W L S02 石英脉,烟灰色2451318+416-10119

W L S09 石英脉,乳白色3201510+817-10611-01860 W L Zh2 蚀变岩中石英3041215+516

东段13T001 石英钾长石脉23111136+115-7414 T002 烟灰色石英脉280121+512-7614 T h9001 石英脉,乳白色24712181+317-5135

　　　　资料来源同表2。

显示较低的特点;东段∆18O H

2

O值(+115‰～+515‰)较西段有一定偏离,具有更低的∆18O H2O的特点,∆D值(-53‰～-7614‰),却与岩浆水∆D值相近。东段与西段主要矿脉(M113与13号脉)的∆18O差异较大,显示出固化岩石与天水之间在高温阶段相互作用强

821997年　　　　　　　　　　　　　　　黄金地质度的差异,也显示出活化大气降水的重要地位,即以岩浆水作用为主,混合水次之的热液特点。

　　流体包裹体气相CO2的∆13C值为-0186‰,此值在张理刚提出的再平衡混合岩浆水热液金2铜作用模式[5](简称平衡水)的经验数值(-7‰～+2‰)范围之内,与Fuex及B aker(1973)对上地幔∆13C的估计值(-7‰)相近,反映了金矿床的碳质可能来自幔源或下地壳。

3　流体成因及演化

通过对流体包裹体地球化学特征研究,认为乌拉山金矿带成矿流体主要来源于岩浆热液,并混有大量大气降水。但东西两段成矿流体来源性质有所差别,西段成矿流体主要源于岩浆水,有大气降水参与;东段是以大气降水为主的岩浆混合水。造成上述差别的原因,主要与它们所处区域的地质条件不同有关。

乌拉山金矿带经受早期高温(深层次)、中期中温(中深—中浅层次)韧性剪切变质变形和晚期低温(浅层次)韧2脆性剪切变质变形作用的影响,但金矿成矿作用主要和晚期韧2脆性变质变形作用有关,受浅层次脆性断裂构造控制。

中期韧性剪切带是伴随阴山(包头段)大型推覆构造的形成而产生,在此过程中绿帘角闪岩相退化变质贯穿其中,流体富含CO2[7]。晚期脆性剪切变质变形作用是在中期韧性剪切带基础上产生的,并伴随着大型推覆构造的继承性活动而发展。大桦背花岗岩体重熔侵位,岩浆活动在成矿中的作用,一是同化重熔形成所谓岩浆水,二是提供热源。由于花岗岩体热源可以驱动浅部围岩中大气降水循环系统,侵入体附近的水被不同程度的加热,热水密度低,易于向上流动,而围岩中较冷的水则因密度较大而相对向下流动。花岗岩体附近早期较高温度主要是岩浆水起作用,随着远离热源(花岗岩体),大气成因水的混合会逐渐增多。两种成因水在成矿作用中所起的作用不同,岩浆水使脆性剪切变质变形带中岩石发生碱交代作用(钾化带),而使成矿元素浸取在热液中,大气成因水的加入使以岩浆水为主的成矿热液改变其物理化学状态,致使成矿元素沉淀下来。造成矿带中西段和东段∆18O H

2

O、∆D、pH值、盐度、密度、CH4含量、C l- SO2-4、CO2 H2O和N a+ K+值差异的重要原因,是两区之间的成矿温度不同,导致岩浆水与大气降水的混合比不同,西段与热液相距较近(115～2km),主要矿脉(M113、M78)成矿温度相对较高(255～360℃),此时矿液水与岩浆水基本保持一致;东段距热源较远(6km),主要矿脉(13号)成矿温度较低(230～295℃)。由于温度变化使大量含∆18O的大气降水进入成矿热液,引起∆18O H2O值降低。总之,晚期韧2脆性剪切带的流体具有多源混合的特点,其主要成分H2O 大部分来自大气降水,部分来自再平衡变质水和同化重熔形成的岩浆水。

综上所述,流体在多级韧性剪切变质变形作用过程中,早期近于变质水,晚期近于岩浆水与大气降水的混合水,随着成矿作用的进行,从早期→晚期、从西段→东段大气降水逐渐增多,矿石硫同位素研究也支持这一结论[8]。流体的性质也由富CO2流体变为H2O 含量较高的流体。

参考文献

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S OURCE NATURE AND EVOL UT I ON OF M ETALLOGEN I C

FL U I D ,IN W ULASHAN G OLD D EPOSIT ,

NE IMONGG OL

L ang D ianyou

(H ad e m en g old d ep osit ,B aotou ,014060)

Abstract 　T he m etallogen ic flu id belongs to the CO 22N aC l 2H 2O system w h ich is m edium 2h igh tem p eratu re ,m edium 2h igh p ressu re ,below 2m edium salin ity ,low den sity ,sligh t acid 2sligh t alkali and reducing environm en t .T he developm en t of the flu id is con tro lled by the duc 2tile 2b rittle shear m etam o rph is m 2defo r m ati on and the m agm atic activities .

T he evo lu ti on of m ineralizati on is from early to late p eri od and from w est to east part ,w h ich p resen ts a regu 2lar change .M eteo ric w ater p lays an i m po rtan t ro le in evo lu ti on .

Key words 　go ld depo sit ,m etallogen ic flu id ,N eiM onggo l 031997年

　　　　　　　　　　　　　　　黄金地质