大興安嶺北部十五里橋金礦床流體包裹體特征及礦床成因

孫彥峰，周傳芳，王久懿，梁中愷，姜 平，杜海雙

中國地質調查局哈爾濱自然資源綜合調查中心，黑龍江 哈爾濱 150086

0 引言

十五里橋金礦床由原中國人民武裝警察部隊黃金第三支隊于2021年發現于黑龍江省大興安嶺地區塔河縣十八站鄂倫春自治鄉，其與馬達爾、奧拉奇、頁索庫等同為上黑龍江盆地內賦存于火山巖內的金礦床［1］.有學者從礦床地質、地球化學等方面對該礦床的成因進行了研究探討，認為該礦床形成于早白堊世伸展環境下，為賦存于安山巖中的淺成低溫礦床［2-3］，但缺少與礦床成因密切相關的成礦流體方面的研究與探討，制約了人們對該礦區成礦作用的認識和成礦機制的理解.本研究通過對十五里橋金礦床的礦床地質特征的重新梳理，并針對該礦床主成礦階段進行流體包裹體的巖相學、顯微測溫以及激光拉曼光譜分析，結合穩定同位素測試結果，較為系統地研究該礦床成礦流體特征、演化及來源，從而更深入地了解十五里橋金礦床礦床成因，可為上黑龍江成礦帶礦床成因模式的系統研究提供參考.

1 區域地質

十五里橋金礦床處于上黑龍江Au－Cu－Mo成礦帶內，位于上黑龍江盆地的南緣、二十二站隆起南緣與腰站斷陷北緣［4］的交接地帶（圖1a）.區域上出露地層屬于中生代.沉積巖包括侏羅系上統開庫康組，巖性主要為礫巖、含礫砂巖以及砂巖，局部夾泥巖、粉砂巖等；二十二站組巖性主要為細砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖，局部夾有礫巖、含礫砂巖；漠河組巖性主要為粗—中粒巖屑長石砂巖、細砂巖、粉砂巖，局部為含礫砂巖，偶見礫巖.火山巖包括白堊紀下統龍江組，以安山巖、安山質凝灰熔巖、凝灰巖為主，局部夾流紋巖、流紋質凝灰熔巖；光華組以酸性凝灰巖、中性熔巖為主，局部夾有雜砂巖等；甘河組以安山巖、安山質角礫巖、玄武巖為主.侵入巖分布較為集中，主要出露于下魚亮子和綏安站幅西爾根氣河兩側－秀水山一帶，巖石類型以中深成的中酸性花崗質巖石為主.構造以斷裂為主，發育北東、北西和南北向斷裂（圖1b）.

圖1 十五里橋金礦床大地構造位置和區域地質圖①武警黃金第三支隊.1∶5萬綜合地質調查報告（十五里橋幅、腰站林場幅、依西肯幅、開庫康幅、下魚亮子幅、綏安站幅、瓦干幅、閏王店島幅、雙合站幅）.2018.（據文獻［4－5］）Fig.1 Tectonic location and regional geological maps of Shiwuliqiao gold deposit（From References［4－5］）

2 礦床地質

礦區僅出露龍江組地層（圖2），以安山巖、角閃安山巖、安山質角礫熔巖、安山質凝灰巖凝灰巖等中性噴發巖為主，局部可見有流紋巖、沉凝灰巖以及含凝灰質砂巖.

圖2 十五里橋金礦床地質圖Fig.2 Geological map of Shiwuliqiao gold deposit

礦區內構造以斷裂為主，發育北北東、北東、北西向及近南北、近東西向斷裂，斷裂性質以張扭性為主，可為礦床形成提供良好的熱液通道和容礦空間.

礦區內主要發育閃長巖脈、煌斑巖脈及流紋斑巖脈.共發現3條蝕變帶，10條礦化體（圖2）.北東向礦體有9條，其中1～5、8～10號礦體總體傾向南東，7號礦體傾向北西；南東向礦體1條，為6號礦體，傾向東.礦體呈脈狀，局部表現為中間膨大、兩端尖滅.金礦化發育于石英細（網）脈及兩側硅化帶中.礦石為硅化角礫巖、硅化安山巖.圍巖主要為安山巖（蝕變安山巖），次為閃長巖、煌斑巖.礦石礦物以黃鐵礦為主，其他有黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦、磁鐵礦等，但含量較少，氧化物可見褐鐵礦，偶見有藍銅礦.脈石礦物以石英、斜長石為主.礦石結構可見有他形—半自形粒狀結構、碎裂結構、交代溶蝕結構、交代殘余結構等（圖3）.礦石構造可見有細（網）脈浸染狀構造、角礫狀構造、梳狀構造、晶洞狀構造等.

通過野外觀察，依據礦石中金屬礦物嵌布特征及細脈穿切關系，將金成礦作用劃分為4個階段.Ⅰ—脈狀黃鐵礦—石英階段：僅發育有黃鐵礦，自形立方體狀，呈星點狀、浸染狀分布，脈狀充填于張性裂隙中.Ⅱ—浸染狀黃鐵礦±黃銅礦－石英階段：以黃鐵礦為主，他形—半自形粒狀，呈塊狀集合體分布，或以細脈狀充填于石英裂隙中，此外可見有黃銅礦，多呈星點狀分布（圖3a）.脈石礦物為石英，乳白色或無色，呈較寬的脈狀.Ⅲ—多金屬硫化物－石英階段：金屬礦物種類較為豐富，發育黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦以及方鉛礦等，他形—半自形粒狀，呈浸染狀分布（圖3b、c、d）.脈石礦物主要為石英，呈細脈狀或細網狀分布.Ⅳ—少硫化物－碳酸鹽階段：僅見有黃鐵礦，自形立方體狀，脈石礦物有石英、方解石，以不規則的脈狀或者細網脈狀充填于節理裂隙當中.礦石與圍巖具有明顯的分界，圍巖蝕變發育，有硅化、絹云母化、綠泥石化、碳酸鹽化以及高嶺土化，為中、低溫蝕變.

圖3 十五里橋金礦床礦石顯微照片Fig.3 Microphotographs of ores in Shiwuliqiao gold deposit

3 流體包裹體樣品采集及測試方法

本文主要針對金成礦作用中的Ⅱ、Ⅲ階段進行研究，共采取礦石樣品5件，分別采自礦體地表露頭及鉆孔中（圖2），對其進行了系統的流體包裹體測試分析，包括巖相學、顯微測溫及激光拉曼光譜.測試均在吉林大學地球科學學院地質流體實驗室完成.巖相學觀察儀器為Carl Zeiss Axiolab顯微鏡（10×50）（德國）.顯微冷熱臺為Linkam THMS600型（英國），測溫范圍為－196～＋600℃，測試前使用人造純H2O及鹽度為25%的H2O－NaCl包裹體（國際標樣）對系統進行了矯正，矯正后－120～－70℃區間精度為±0.5℃，－70～＋100℃區間精度為±0.2℃，100～500℃區間內精度為±2℃.激光拉曼光譜分析儀器為Renishaw System 1000型（英國），采用514 nmAr＋離子激光器，5 mW功率，1 mm激光束斑，4500～850 cm－1掃面范圍，20 mm狹縫寬度，150 s積分時間，±1 cm－1拉曼峰位移精度，0.1%數量級的成分相對含量最低檢測限.

4 流體包裹體研究

4.1 流體包裹體巖相學特征

根據鏡下觀察及加熱過程中的相變，將十五里橋金礦床成礦階段的石英中流體包裹體分為以下兩類.

（1）富氣相型包裹體：主要在Ⅱ階段發育，組成為氣相和液相鹽水溶液，形態為較規則的近橢圓狀、近圓狀，大小7～15 μm，個別可達20 μm，氣相分數為55%～90%，個別可達95%，加熱后均一到氣相.該類型包裹體常隨機成群分布或與富液相型包裹體共生（圖4）.

（2）富液相型包裹體：在Ⅱ、Ⅲ階段均有發育，組成為氣相和液相鹽水溶液，形態多呈規則的橢圓形、近圓形等，大小5～15 μm，個別可達25 μm，氣相分數為20%～40%，加熱后均一到液相.此類型包裹體常隨機成群分布或與富氣相型包裹體共生（圖4）.

圖4 十五里橋金礦床流體包裹體顯微照片Fig.4 Microphotographs of fluid inclusions in Shiwuliqiao gold deposit

4.2 流體包裹體測溫結果

十五里橋金礦床5件不同成礦階段的樣品中86個均一法測溫結果見表1和圖5、圖6.

表1 十五里橋金礦床流體包裹體特征及參數Table 1 Fluid inclusion characteristics and parameters of Shiwuliqiao gold deposit

圖5 十五里橋金礦床流體包裹體均一溫度、鹽度直方圖Fig.5 Histograms for homogenization temperatures and salinities of fluid inclusions in Shiwuliqiao gold deposit

（1）浸染狀黃鐵礦±黃銅礦－石英階段（Ⅱ）

該階段富氣相型與富液相型包裹體均有發育（圖4a、b）.其中富氣相型包裹體的冰點溫度（Tm）為－1.5～－2.7℃.利用經驗公式［6-7］，計算得到鹽度為2.56%～4.48 %（NaCl當量，質量分數）.均一到氣相，均一溫度（Th）為283～394℃.據包裹體均一溫度和鹽度，通過經驗公式ρ＝A＋BTh＋CTh2（A、B、C均為無量綱參數）［8］，計算得到流體密度（ρ）為0.55～0.77 g/cm3.富液相型包裹體的冰點溫度為－2.0～－5.1℃，均一到液相，均一溫度為317～392℃.通過計算得到鹽度為3.37%～7.99%，密度為0.58～0.73 g/cm3.

（2）多金屬硫化物－石英階段（Ⅲ）

該階段僅發育富液相型流體包裹體（圖4c），其冰點溫度為－1.5～－3.1℃，均一溫度為251～298℃，計算得到流體鹽度為2.56%～5.09%，密度為0.75～0.83 g/cm3.

總體而言，十五里橋金礦床成礦作用中主要發育富氣相型包裹體和富液相型包裹體，流體呈現出中溫（均一溫度251～394℃）、低鹽度（2.56%～7.99%）、低密度（0.55 g/cm3）的特征.其中Ⅱ階段同時發育富液相型和富氣相型包裹體，且流體溫度和鹽度呈現出比較寬泛的分布特征（圖6），說明該階段發生了流體的混合［9］；Ⅲ階段僅發育富液相型包裹體，溫度和鹽度分布相對集中，且相較于Ⅱ階段，Ⅲ階段的溫度明顯下降.

圖6 十五里橋金礦床流體包裹體均一溫度、鹽度散點圖Fig.6 Scattergram for homogenization temperature vs.salinity of fluid inclusions in Shiwuliqiao gold deposit

5 討論

5.1 成礦流體性質及來源

對Ⅲ階段的富液相型包裹體進行了激光拉曼光譜分析，結果顯示，該類型包裹體中氣相成分主要為H2O及少量的N2，其特征峰值分別為3 500和2 328 cm－1.綜合十五里橋流體包裹體特征，該礦床成礦流體為簡單的中溫、低鹽度、低密度的不混溶NaCl－H2O熱液體系.

氫氧同位素測試表明多金屬硫化物－石英中石英的δ18O值分別為3.6‰、3.7‰、4.1‰，對應δDW值為－121‰、－93‰、－108‰，計算得到δ18OW值為－4.21‰、－4.11‰、－3.71‰［10］，通過投圖（圖7），相較于流體均為大氣降水組成的三道灣子金礦床及古利庫金（銀）礦床，十五里橋落于兩者之間，位于大氣降水與巖漿水之間，說明十五里橋金礦床的成礦流體同為大氣降水為主.

圖7 十五里橋金礦床δDW－δ18OW體系圖（據文獻［11］）Fig.7 The δDW-δ18OW diagram of Shiwuliqiao gold deposit（From Reference［11］）

5.2 成礦物質來源

對十五里橋金礦床Ⅲ階段進行了硫同位素測試，樣品測試在原中國人民武裝警察部隊警種學院進行.測試結果顯示：十五里橋金礦床δ34S值分別為1.5‰、2.1‰、2.0‰，結合該階段的均一溫度的平均值（276℃），計算出δ34S∑S值為1.8、2.3、2.4［14］，變化范圍窄小，成礦物質硫具單一幔源硫來源特征［15-16］.

李向文［2］、閆永生等［17］對礦區龍江組安山巖以及脈巖樣品進行原生暈測試，獲得結果表明，安山巖中Au、Ag、Cu元素的含量明顯高出區域平均值，Au的含量達到了區域平均值的30～103倍，而且微量元素顯示礦石對安山巖的繼承性［2］，說明區內龍江組為主要的礦質來源.

5.3 成礦壓力與深度探討

基于前人實驗數據［18-21］，通過投圖得到了成礦流體的壓力范圍（圖8）.Ⅱ階段中同時發育富液相和富氣相型流體包裹體，其中富液相流體包裹體氣相分數為20%～40%，富氣相型流體包裹體氣相分數為55%～90%，兩種流體具有相近的均一溫度，說明該階段的流體發生了不混溶或者沸騰［22-23］，其計算出的壓力代表了該階段流體形成時的壓力［24］，通過P－T－W圖獲得其流體壓力范圍為6～25 MPa，采用靜水壓力計算成礦深度，從而得到其對應的形成深度為0.6～2.5 km.Ⅲ階段只發育有富液相型的流體包裹體，表明該階段沒有發生流體的不混溶或沸騰作用，流體壓力只能代表其流體形成時壓力的下限，由P－T－W相圖獲得其流體壓力范圍為5.0～7.9 MPa，為礦床形成壓力的下限［25］，對應深度范圍為0.5～0.79 km.

圖8 十五里橋金礦床流體包裹體P－T－W相圖（據文獻［26］）Fig.8 The pressure-temperature-salinity phase diagram of fluid inclusions in Shiwuliqiao gold deposit（From Reference［26］）

5.4 礦床成因探討

十五里橋金礦床礦化作用發生在早白堊世［2］，該時期大興安嶺北部總體上處于伸展構造環境下，發生了廣泛的火山－巖漿活動，形成了廣泛分布的陸相火山巖、淺成侵入巖體等.早白堊世巖漿活動分異的熱液與大氣降水不斷在區內的構造破碎帶中匯聚，熱液與大氣降水的混合，導致了成礦流體的初步沸騰，隨著熱液上涌，溫度、壓力降低（圖8），流體進一步沸騰，加上大氣降水對圍巖的淋濾，引起金礦物質進一步的沉淀、富集，形成金礦化或礦化體.

十五里橋金礦床流體溫度介于251～394℃，成礦壓力介于5～25 MPa，深度0.5～2.5 km，結合其圍巖蝕變、礦物組合等特征，認為該礦床為早白堊世伸展環境下形成，屬于火山巖容礦的淺成中溫熱液礦床.

6 結論

（1）十五里橋金礦床Ⅱ、Ⅲ階段發育富氣相和富液相型流體包裹體，均為中溫、低鹽度、低密度H2O－NaCl流體.

（2）Ⅱ階段流體的混溶以及Ⅲ階段流體減壓，共同導致了成礦流體的沸騰作用，是十五里橋金礦物沉淀主要機制.

（3）十五里橋金礦床為早白堊世伸展環境下形成，是產于中性鈣堿性火山巖中的中低溫淺成熱液型礦床.

致謝：論文在修改過程中得到了原武警黃金三支隊總工程師李向文及原武警黃金第四支隊工程師吳昊的指導，在此深表感謝.