江西大吉山鎢礦成礦流體地球化學特征及其地質意義

仇登登

（廣東省核工業地質局二九三大隊，廣東 廣州 510800）

江西全南大吉山鎢礦是我國著名的鎢礦山之一，該礦已屬于中等資源危機型礦山，對鄰區的資源探察工作尤顯迫切。通過綜合研究礦區成礦流體包裹體地球化學特征，了解成礦壓力、成礦溫度以及成礦深度等條件，為區域和外圍找礦提供很好的理論指導。

1 礦區概況

大吉山礦床位于劃分揚子板塊和華夏板塊的欽州—錢塘結合帶南東側的羅宵褶皺帶，早古生代后贛南粵北隆起帶南部邊緣，晚古生代凹陷過渡部位，中三疊世末粵北斷陷一側。礦區位于南嶺東西向構造帶東段中部，區域上東西向構造與北東向構造的復合部位（圖1）。礦區出露地層包括泥盆系中、下統桂頭群和下亞群礫巖、砂巖夾少量板巖；寒武系中、上統的一套淺海相沉積碎屑建造。礦區內巖漿巖主要有石英斑巖、閃長巖、黑云母花崗巖、二云母花崗巖、白云母堿長花崗巖。與成礦關系密切的巖漿巖主要是二云母花崗巖及白云母堿長花崗巖。礦區共發育礦脈113 條，其中工業礦脈103 條，分北、中、南三組，礦脈呈近東西向平行、密集、帶狀分布。礦脈由下到上寬度逐漸變細，密度逐漸變大，具有典型的贛南鎢礦“五層樓”結構[1-4]。

圖1 江西省全南縣大吉山鎢礦地質圖

2 流體包裹體巖相學特征

為查明大吉山鎢礦的成礦流體的溫壓地球化學特征，筆者在礦區系統地采集了流體包裹體樣品。按照流體包裹體與主礦物的關系，將大吉山鎢礦床石英脈中的包裹體分為原生、次生和假次生三類，流體包裹體中的物質有氣態、液態、固態三種相態。芮宗瑤等[5]根據前人研究，提出贛南鎢礦床共存在氣液型、含CO2型、氣體型和少量的含食鹽子晶的多相包裹體等四類流體包裹體。通過鏡下觀察發現，大吉山鎢礦床發育的流體包裹體主要是前三種。根據Roedder 和盧煥章等提出的流體包裹體在室溫下相態分類準則及冷凍回溫過程中的相態變化，可將本次大吉山鎢礦流體包裹體劃分為H2O-NaCl 型包裹體(Ⅰ型)、H2O-NaCl-CO2型包裹體(Ⅱ型)和純液相CO2(Ⅲ型)包裹體三種類型。

3 流體氣相組分特征

成礦流體包裹體氣相組分測定結果顯示，CO2占絕對優勢，其他如CO、CH4和H2等含量甚微，可以認為大吉山鎢礦成礦流體氣相成分是以CO2為主，其他揮發分較次要，CO2在成礦過程中起著很大的作用。

4 成礦的物理化學條件

4.1 成礦壓力成礦深度

根據流體包裹體的顯微測溫數據，使用徐文剛等編寫的CO2-H2O 迭代計算程序，利用Ⅱ型包裹體對流體的壓力進行計算得出大吉山鎢礦成礦流體壓力范圍是75.6Mpa～93.1Mpa，平均壓力81.4Mpa(表2)。按靜巖壓力計算公式P=hρg（ρ取2.65g/cm3），得出成礦深度范圍2.91km～3.58km，平均深度為3.13km。

4.2 成礦溫度

均一溫度是在常壓條件下測得的，不能代表成礦溫度。用均一溫度求成礦溫度時要考慮壓力的影響即：Tt=Th+ΔT。ΔT為壓力對溫度的校正值，本文校正采用Potter 所作的不同濃度的NaCl 溶液的均一溫度與壓力關系圖。采用大吉山鎢礦床平均壓力81.4Mpa，得出Ⅰ型包裹體成礦溫度比均一溫度高出55～75℃，校正后的成礦溫度介于160℃～450℃。

4.3 pH、Eh、fO2

4.3.1 氧逸度fO2

假設在成礦過程中，成礦流體中H2、O2、CO2、CO、CH4及H2O 與共存的液固相達到了化學平衡，則氣相間存在下列三個基本的化學反應。

則可獲得氧逸度fO2的計算公式為：

表1 大吉山鎢礦石英、黑鎢礦氫氧同位素組成

結果顯示大吉山鎢礦床lgfO2的范圍是：-36.08～-20.84 平均值為-28.04，說明成礦流體具有較強的氧化性。

4.3.2 pH 的確定

根據拉曼光譜及氣相色譜儀的測定可知，大吉山鎢礦成礦流體常常捕獲的是CO2-H2O-NaCl 成分的包裹體，假設在CO2-H2O-NaCl 體系中存在有H2O、H+、OH-、Na+、Cl-、NaCl、HCl、NaOH、HCO3-、H2CO3、CO32-等組分，并達到了總的質量平衡，根據Crerar 推導的CO2-H2O-NaCl 體系包裹體pH 計算公式，帶入相關參數即可求得pH 值。最終得出大吉山鎢礦成礦流體的pH 值范圍為4.19～5.26，平均為4.73，屬弱酸性。

4.3.3 Eh 的確定

利用Ryzhenko and Bryzgalin 推導出水溶液中氧化還原電位（Eh）計算公式：

Eh（V）=-9.921×10-5T[logfH2(bar)+2pH]

=-9.921×10-5T[1/2logK1-1/2logfO2+2pH]

水溶液Eh 值計算時，如果知道其中氫逸度(fH2)值，可應用式中前一部分計算Eh 值；如果知道其中氧逸度(fO2)可以應用式中后一部分計算Eh 值。大吉山鎢礦床流體包裹體氧化還原電位Eh（V）范圍為0.063～0.307V，平均為0.172V，說明成礦流體為氧化狀態。

5 成礦流體來源—來自氫氧同位素的證據

筆者在本礦區用包裹體同位素的資料進一步了解該礦床的成因及地球化學特征，選擇含鎢石英脈中密切共生的石英及黑鎢礦，進行包裹體氫氧同位素的研究。用天然水中氫同位素新還原法測定氫同位素，五氟化溴法測定礦物中的氧同位素值。后根據克萊頓和奧尼爾1972 年的平衡方程，利用礦物—水的氧同位素分餾系數與溫度的關系式，將測得的氧同位素值和礦物包裹體均一溫度代入關系式。大吉山4 個樣品的溫度取自流體包裹體均一溫度峰值，經計算可得出包裹體水的氧同位素值。計算的δ18OH2O 值和石英中的流體包裹體水的δD 值代表了石英圈閉時成礦流體的氫、氧同位素組成。

測得石英氧同位素值（δ18OQ）為13.2‰，黑鎢礦的為7.8～8.1‰，石英及黑鎢礦中包裹體水的分別為-0.6、-1.2、-1.4、-1.5（‰），δ18OH2O 值相差不大。另外，用同樣的樣品還進行了包裹體水氫同位素的（δD）的測定，測定結果是在-106.8～-56.4（‰）之間，變化范圍也不大。我們將石英包裹體水的氫氧同位素值列入下表，從表中可以看出石英包裹體水的氫氧同位素分別為δD=-106.8‰～-56.4‰；δ18O=-1.5‰～-0.6‰。

泰勒所確定的巖漿水范圍，δ18O=7.0～9.5（‰）；δD=-80～-50（‰）。其中δD 與本礦區相近，δ18O 比本礦區高。從圖2 可以看出贛南各礦床石英黑鎢礦氫氧同位素投點均落在巖漿水和大氣降水之間。其中，大吉山鎢礦床礦液的氧同位素投點更靠近雨水線，明顯向大氣降水漂移，說明大吉山鎢礦床成礦流體在演化過程中混入的大氣降水不斷增多。據前人對贛南地區鎢礦床氫氧同位素的研究，很多礦區都存在這種現象。大吉山礦區，石英中包裹體水的δD=-73.5‰～-48.8‰，δ18OH2O=2.8‰～10.5‰，大多數點落在巖漿水范圍內，也有少量靠近雨水線。說明成礦流體主要由巖漿水組成，后期受雨水影響加重。

圖2 贛南鎢礦床包裹體水δD-δ18OH2O 與巖漿水、大氣降水關系

6 結論

（1）大吉山鎢礦成礦流體的氣相成分以CO2為主體，其他揮發分較次要，CO2在成礦過程中起著很大的作用。

（2）大吉山鎢礦成礦流體壓力范圍為75.6Mpa～93.1Mpa，平均壓力81.4Mpa。成礦深度范圍為2.91km～3.58km，平均深度3.13km。

（3）fO2、pH、Eh 的計算結果表明，大吉山鎢礦的成礦流體具有相對氧化、弱酸性的特征，這與以石英為主要脈石礦物，黑鎢礦為主要礦石礦物的的礦物組合特征是吻合的。

（4）石英、黑鎢礦中包裹體的氫氧同位素特征表明，大吉山鎢礦成礦流體的主要來源為巖漿水，后期受雨水影響加劇。