流體包裹體在金屬礦床研究中的進展

劉鑫宇

（成都理工大學地球科學學院，四川 成都 610059）

從分子尺度上的流體與巖石相互作用到全球的構造演化，流體在大多數地質過程中都扮演著重要的角色。由于在不同的地質環境中，礦物結晶過程中捕獲的流體包裹體是認識流體最直接、最有效的古流體樣品，因此它們可以更為有效地提供礦物形成時的溫度、鹽度、密度及壓力等一系列有關礦物形成環境和地質作用的信息（Roedder，1984；盧煥章等，2000；盧煥章等，2004）。流體包裹體研究作為近些年國內外研究的熱點之一，中外學者將其應用到礦床、沉積環境、油氣藏、構造帶等多個研究領域，目前我們國內對于流體包裹體的研究，無論是研究領域，還是研究深度上，都取得了很大的進展。隨著近年來對流體包裹體的研究，應用于包裹體的研究方法也逐漸增多，并且在流體包裹體基本研究的基礎上，與數學模擬、模式演化等手段的結合，使流體包裹體研究走向一個新的層面。本文旨在前人研究基礎上，通過結合近幾年研究實例，系統闡述流體包裹體分析在金屬礦床領域下的應用，以及能夠解決的地質問題。

1 流體包裹體研究基本原理

在地球的演化過程中，流體作為地球的重要組成部分，在很多地質演化過程中都扮演著重要的角色，因此在礦物結晶過程中所捕獲的流體包裹體就成為了地質學家研究的對象。現如今地質學家對于流體包裹體的研究仍主要采用顯微測溫法來獲取相應的有效信息，根據對均勻體系下捕獲的流體包裹體測得的均一溫度、冰點溫度，通過相應的溫度矯正及后續的數據處理，以獲得流體包裹體捕獲時的溫度、鹽度、壓力等一些物理化學信息。因為是均勻體系下捕獲的流體包裹體，因此所測得數據可反應流體包裹體捕獲時的環境信息，同時可結合相關地質事件綜合探討。并且根據流體來源的不同，對于流體包裹體的應用也更加的廣泛，像在成礦熱液、沉積環境、油氣賦存、構造演化等方面都廣泛應用。

2 流體包裹體研究對成礦過程的指示

現今大部分的金屬礦床一般都是地質流體中形成的，因此礦床的成因與地質流體的特征有這密不可分的關系。盡管通過野外對礦床進行宏觀的地質調查，以及相應的礦物地球化學特征，可以獲取有關礦床的溫度、壓力、密度等有效信息，但是礦物結晶過程中所捕獲的流體包裹體所包含的信息是礦床成因研究上更為直接的證據（孫賀等，2009）。

表1 流體包裹體研究應用范圍

通過激光拉曼、傅里葉紅外光譜等方法對流體包裹體進行成分分析，可以直接獲得成礦流體的主要組成成分，其它的次要組分也可配以不同分析方法測定，確定流體的主要成分可初步確定流體所屬體系，為后續顯微測溫工作做好準備。還可通過氫氧同位素測試分析來大致確定成礦流體的來源，借此來約束流體的運移過程以及金屬礦床的沉淀機制。與此同時，滿足Roedder三個基本假設的流體包裹體所測得的均一溫度與捕獲溫度很接近，通常均一溫度即是礦床的成礦溫度，無需通過壓力進行校正，而礦床的成礦壓力相對于成礦溫度更加難以確定。雖然理論上來講，將流體包裹體測得均一溫度、冰點溫度代入前人總結的方程式，可以得出相應的流體密度，再將算出的等容線與第三方地質溫度計聯合求出成礦流體的壓力（池國祥等，2009）。但是，由于氣液兩相水溶液包裹體的等容線斜率較大，導致小的均一溫度差都會加大壓力差，而二氧化碳、甲烷等含烴類氣體的包裹體的等容線斜率較小。因此往往在含有二氧化碳、甲烷等含烴類氣體的包裹體時，才可利用這些包裹體的等容線，對礦床的成礦壓力進行合理的估算。最后確定流體的壓力體系為靜水壓力或靜巖壓力來合理估算礦床成礦時的深度。

3 礦床中流體包裹體研究進展

成礦流體是礦床成因研究中的重要一環，其對揭示成礦物質源區-運移-儲藏過程具有重大指示意義。通過對流體包裹體的研究可以更為直接獲取成礦流體的溫度、壓力和化學成分等關鍵的有效信息，從而對礦床整體的成礦機制進行約束。近幾十年，國內地質學家通過流體包裹體研究方法，對金屬礦床的成礦流體的來源、運移，以及整體的成礦機制等方面都取得了較大的進展，下面著重列舉一些流體包裹體研究在主要的礦床類型上的研究進展。

3.1 淺成低溫熱液型礦床

淺成低溫熱液型礦床是一類與火山-次火山熱液活動有關的礦床，其形成于深度約（<1.5km）、溫度范圍約（150℃～300℃）的環境下，通?？蓜澐譃楦吡蛐?、中硫型和低硫型三類礦床（John，2011），該類型礦床為全球提供約8%的金、17%的銀，且為美國、加拿大、日本等多個國家的貴金屬最主要來源，具有重要的經濟價值（Frimmel，2008）。近幾十年來，國內學者對淺成低溫熱液礦床中的流體包裹體研究，已經在探索成礦機制及深部找礦潛力等方面取得了諸多成果（池國祥等，2009）。例如，對我國東南部的德化金礦區開展的系統流體包裹體研究，通過結合H-O、S-Pb同位素分析、厘定了礦區內安村金礦是一個中硫型礦床，而邱村、東洋、下坂為低硫型礦床（Li et al.，2020）；Zhai等（Zhai et al.，2018）通過流體包裹體研究、H-O、S-Pb同位素及數值模擬三種方法相結合，提出了三道灣子淺成低溫熱液金銀銻礦床是由于大氣降水的混入和圍巖蝕變造成大規模成礦；Chi等（Chi et al.，2018）通過對福建悅洋銀多金屬礦閃鋅礦中的流體包裹體研究，發現閃鋅礦中包裹體具有從早期到晚期溫度和鹽度明顯降低的趨勢，而與銀伴生的石英礦物發現流體沸騰現象，可能為銀沉淀的主要機制。

3.2 造山型金礦床

對于金礦床來講，造山型金礦床是指在時間和空間上與造山作用緊密聯系的一種金屬礦床，其行成條件與大量板塊俯沖和陸塊拼貼有關，常形成在這種匯聚板塊邊界內部擠壓或壓扭的環境下，是重要的金礦床類型，也是礦床學研究的熱點（邱正杰等，2015）。例如：張德全（張德全等，2007）通過對柴達木盆地北緣-東昆侖地區的12處造山型金礦床中流體包裹體研究發現，該礦床內有兩種不同特征的流體，其中H2O-CO2-NaCl-CH4流體具有中溫、低鹽的特征，被認為是晚加里東期碰撞造山作用的產物；而H2O-CO2-NaCl±CH4流體具有中高溫、低鹽的特征，且CH4和CO2含量相對較高，被認為是與晚華力西-印支期碰撞造山作用有關，同時通過流體包裹體壓力-深度換算結果表明，該礦區晚華力西—印支期碰撞造山作用使地殼發生強烈隆升達12km。Ni等（Ni et al.，2015）通過研究平水和璜山金礦的含礦脈體內的流體包裹體，并結合礦體的400-450Ma的成礦年齡和相關構造背景證據，認為在江紹斷裂帶東段存在一期加里東期造山型金成礦作用。另外，通過較為系統的成礦流體演化過程的研究，地質學家們發現金礦床的主要成礦機制是由于流體不混溶導致的金沉淀。在新疆南部薩瓦亞爾頓金礦的流體包裹體研究表明，流體特征主要體現為CO2含量和鹽度的變化范圍較大，說明該礦床的成礦過程中，由于CO2的不混溶機制導致了金的沉淀。

3.3 斑巖型礦床

斑巖型礦床是指與中性-酸性淺成—超淺成侵入巖有關的細脈浸染型巖漿熱液礦床，主要產于會聚板塊邊界，包括大陸邊緣及島弧環境（佘宏全等，2009）。斑巖型礦床通常具有大規模、低品位的特征，且為全球金、銀、銅、鉬的主要來源之一，同時也是Re、Se及Te等關鍵礦產（楊志明等，2020），且以斑巖型鉬礦和斑巖型銅礦最富經濟價值。斑巖型鉬礦的研究最早開始于美國西部的Climax礦床和分布于環太平洋的Endako型礦床。近幾十年，國內發現多個不同于Climax型和Endako型構造背景、圍巖蝕變及礦化特征的大型斑巖型鉬礦。例如，褚少雄（褚少雄等，2010）對位于華北克拉通北緣的車戶溝鉬-銅礦床進行了較為系統的流體包裹體研究，發現車戶溝鉬-銅礦床具有早期發育CO2三相包裹體，晚期發育氣液兩相H2O包裹體的特征，且成礦作用機制上沸騰作用是導致主成礦期輝鉬礦、黃銅礦沉淀成礦的重要機制；Chen和Wang（Chen and Wang，2011）對大別山湯家坪鉬礦進行流體包裹體研究中發現純CO2包裹體、CO2-H2O富氣相包裹體、氣液H2O兩相包裹體及含子晶包裹體四種類型，在主成礦階段發現流體不混溶現象，為金屬沉淀的主要機制。

3.4 矽卡巖型礦床

矽卡巖型礦床常指鋁硅酸鹽巖和碳酸鹽類巖石接觸帶上或其附近的交代巖中的接觸交代礦床，其內部也含有大量的矽卡巖礦物，且該礦床可富集產出W、Sn、Cu、Fe等多種金屬，因此對我國金屬資源開發有著重要意義。近年，國內地質學教通過流體包裹體研究，對矽卡巖型礦床的金屬富集機制和成礦機制有很多進展。例如：吳勝華（吳勝華等，2014）對江西省香爐山矽卡巖型鎢礦的兩條不同蝕變帶上的流體包裹體進行了較為系統的分析，其中近接觸帶的矽卡巖中流體包裹體溫度在209℃～383℃，脈狀石英-白鎢礦和石英-硫化物-白鎢礦中流體包裹體的溫度在163℃～278℃和204℃～284℃，晚期方解石脈溫度在143℃～235℃，表明礦床從早期到晚期表現出一個降溫的過程，另外激光拉曼測試表明，流體包裹體少含一定量CH4，且流體整體鹽度偏低，說明鎢的沉淀可能是在圍巖反應時，由于溫度的降低及堿性條件的升高導致的。Ren（Ren et al.，2020）在研究朗都矽卡巖型銅礦的主成礦期石英脈賦存的流體包裹體中發現了CH4包裹體，認為朗都這種高品位的銅礦化現象，可能是由于CH4擴大了流體不混溶范圍，致使SO42-被還原成S2-。

4 結語與展望

縱觀近幾十年對于流體包裹體的研究，可見國內地質學家對于流體包裹體在各個領域的應用之廣，在對于流體包裹體基本研究的基礎上，與其它先進手段相結合，使流體包裹體研究成為研究流體性質的一種重要研究方法。其中，流體包裹體研究在礦床成因研究中的應用極為廣泛,并且該研究方法可與同位素地球化學、激光拉曼光譜儀、掃描電鏡、數值模擬等方法相結合，進而對礦床的成礦機制深入探討，同時對礦床的儲層潛力進行預測。在對《Economic Geology》的抽樣調查結果顯示，自1975年到1995年，該期刊流體包裹體研究的論文占比逐年上升至27%，且隨后一直保持在25%左右。表明盡管流體包裹體研究已經延伸到沉積地層、構造演化等方面，但其在礦床領域的研究仍是最主要的。對此，愿國內地質學家通過流體包裹體研究，為國家金屬資源儲備做出更多的貢獻。