新疆西准噶尔宏远钼矿地质特征与成矿流体
&&&&2015, Vol. 31 Issue (2): 491-504
鄢瑜宏, 王军年, 申萍, 潘鸿迪, 钟世华, 李晶. 2015. 新疆西准噶尔宏远钼矿地质特征与成矿流体. 岩石学报,31(2): 491-504&&
Yan YH, Wang JN, Shen P, Pan HD, Zhong SH and Li J. 2015. Geological characteristics and mineralization fluid of Hongyuan Mo deposit in the West Junggar, Xinjiang. Acta Petrologica Sinica,31(2): 491-504 (in Chinese with English abstract)&&
新疆西准噶尔宏远钼矿地质特征与成矿流体
鄢瑜宏1, 王军年2, 申萍1 , 潘鸿迪3, 钟世华1, 李晶4&&&&
1. 中国科学院地质与地球物理研究所, 矿产资源研究重点实验室, 北京 100029;2. 新疆地质矿产勘查开发局第七地质大队, 乌苏 833300;3. 长安大学地质科学与资源学院, 西安 710054;4. 河北联合大学, 唐山 063009
基金项目：本文受国家自然科学基金项目(U272109)、中国科学院重点部署项目(KJZD-EW-TZ-G07)和国际科技交流与合作专项(2010DFB23390)及国家"305"项目(2011BAB06B01)联合资助.
第一作者简介：鄢瑜宏,女,1988年生,硕士,矿物学、岩石学、矿床学专业,E-mail:
通讯作者：申萍,女,1964年生,研究员,矿床学与成矿预测专业,E-mail: pshen@mail.
摘要：宏远钼矿为新疆西准噶尔地区近年新发现的斑岩型矿床,发育细脉状和浸染状矿化,矿石矿物以辉钼矿为主,其次为黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿等,热液蚀变发育。本文通过流体包裹体研究,发现宏远钼矿与大多数斑岩钼矿不同,成矿流体含甲烷,属于NaCl-H2O-CO2-CH4体系,具有还原性。黑云母电子探针研究表明,花岗岩结晶阶段氧逸度较高。成矿流体中甲烷的C同位素值分布于-31.08‰~-26.44‰之间,表明CH4主要是来自地壳有机碳。成矿早阶段流体均一温度集中于340~360℃,此阶段存在中高温-高盐度流体和低盐度流体的不混溶,流体呈弱氧化性,Mo、Cu等金属矿物倾向于向出溶流体中富集,Mo、Cu矿化沉淀较少,发育白云母化围岩蚀变;成矿主阶段均一温度集中于280~300℃,低盐度,在沸腾作用、大气水加入以及还原性增强条件下,Mo、Cu等金属矿物大量沉淀,形成主矿体,伴随绢云母化蚀变;成矿晚阶段均一温度降低为160~180℃,流体演化为低温低盐度流体,成矿作用减弱,围岩蚀变主要为碳酸盐化。
流体包裹体&&&&
稳定同位素&&&&
电子探针&&&&
宏远钼矿&&&&
西准噶尔&&&&
Geological characteristics and mineralization fluid of Hongyuan Mo deposit in the West Junggar, Xinjiang
YAN YuHong1, WANG JunNian2, SHEN Ping1 , PAN HongDi3, ZHONG ShiHua1, LI Jing4&&&&
1. Key Laboratory of Mineral Resources, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, C2. No.7 Geological Party, Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources, Wusu 833300, C3. School of Earth Science and Resources, Chang'an University, Xi'an 710054;4. Hebei United University, Tangshan 063009, China
Abstract: The Hongyuan Mo deposit is a newly discovered porphyry-type deposit in the West Junggar region, Xinjiang, which occurs fine vein and disseminated mineralization. Main ore mineral is molybdenite, followed by chalcopyrite and pyrite. It develops hydrothermal alteration. Based on fluid inclusion studies, we find it different from typical porphyry Mo deposit, with the existence of CH4 in ore-forming fluid, belonging to NaCl-H2O-CO2-CH4 fluid system. Geochemical data of biotite shows a slightly high oxygen fugacity in the granite crystallization stage. The C isotope data of CH4 in ore-forming fluid is ranging from -31.08‰ to -26.44‰, indicating the source of crustal organic carbon. StageⅠ, the early stage of mineralization, the homogenization temperature mainly is 340~360℃, with high temperature-high salinity and low salinity fluids, weakly reduced fluid, Mo, Cu and other metal minerals are enriched in fluid, with little Mo, Cu mineralization, developing muscovite alteration at high temperature. StageⅡ, the main stage of mineralization, the homogenization temperature mainly is 280~300℃, low salinity, the combined action of boiling, atmospheric water and reducing environment causes a large amount of precipitation of Mo, Cu and other metal minerals, forming the main ore body, with sericitization alteration. Stage Ⅲ, the late-mineralization stage, the homogenization temperature mainly is 160~180℃, fluid changes to low temperature and low salinity, with weakened mineralization and carbonatization alteration of wall rock.
Key words:
Fluid inclusion&&&&
Stable isotope&&&&
Electronic probe&&&&
Hongyuan Mo deposit&&&&
West Junggar&&&&
Xinjiang&&&&
斑岩型矿床尽管品位低，但矿化均匀，以其规模大、埋藏浅、易开采而成为最主要的铜、钼矿床类型，拥有全球50%以上的铜矿储量和90%以上的钼储量()。中国拥有全球最多的钼储量，其中斑岩型钼矿占了77.5%()。斑岩铜钼矿床的形成与岩浆-热液流体活动关系密切，利用流体包裹体的研究不仅可获得有关成矿流体的温度、压力、盐度、密度和成分等重要信息，而且对研究矿床成因、成矿物质来源及其演化规律也具有重要的意义。目前已经广泛认同斑岩型铜钼矿是在相对较高的氧化性含矿流体作用下形成的，但是随着研究的深入，逐渐发现了一系列具备还原性特征的斑岩型矿床，这些矿床通常不发育表征高氧逸度的磁铁矿，但含丰富的原生磁黄铁矿，成矿流体为富含CH4的还原性流体()。这种成矿流体富含CH4的斑岩型矿床在西准噶尔地区尤为发育，例如包古图铜矿、吐克吐克铜矿、苏云河钼矿等(，; ; )。
近年来，新疆的斑岩矿床找矿勘探取得了重大突破(; ; )，尤其是大型斑岩铜矿土屋-延东的发现。此后在西准噶尔地区斑岩矿床的勘探工作也有了较大突破，特别是包古图大型斑岩铜矿吸引了众多学者关注(; ; )，此外还发现了苏云河钼矿、宏远钼矿、吐克吐克铜矿、石屋铜金矿等，表明此区还有很大的找矿前景。宏远钼矿与包古图铜矿同属达拉布特南部成矿带上，成矿时代相近()，前人对宏远钼矿进行了一些研究，包括地质特征、成岩和成矿年龄、地球化学等(; )，但是对成矿流体与成矿机理尚未进行详细的研究。本文进行了系统的流体包裹体研究，并进行了氢氧硫碳同位素分析，结合矿床地球化学分析，探讨了花岗岩结晶阶段氧逸度条件、成矿流体特征和成矿机制。期望为西准噶尔地区进一步开展找矿提供科学依据。
1 区域地质背景
西准噶尔地区位于新疆北部准噶尔盆地西缘，是西伯利亚板块和塔里木板块之间的中亚增生造山带的一部分()。晚古生代，西准噶尔位于古亚洲洋中部，已有的研究表明，西准噶尔洋壳从早泥盆世到石炭纪不断向南北两侧的大陆板块下俯冲(; )，在西准噶尔洋壳北缘形成了萨吾尔岛弧()，在西准噶尔洋壳南缘形成了从弧后盆地向岛弧转化的达拉布特过渡岛弧(; )，宏远钼矿就产于达拉布特不成熟岛弧构造背景下。
研究区位于西准噶尔东南部，区域出露的地层主要为早石炭世地层，包括太勒古拉组、包古图组和希贝库拉斯组。太勒古拉组为杂色凝灰岩、凝灰质粉砂岩夹玄武岩、硅质岩；包古图组主要为灰-灰黑色薄层凝灰质粉砂岩和灰绿色凝灰岩互层；希贝库拉斯组主要为灰色厚层凝灰质砂岩、含砾砂岩和层凝灰岩(; ; )。
西准噶尔东南部达拉布特断裂附近地区褶皱、断裂构造十分发育，表现为多组、多期次的空间分布及成因特征。主体构造由北东向的达尔布特断裂和希贝库拉斯复背斜构成。次级构造以达拉布特断裂为界，北侧以北东向构造为主；南侧以南北向构造为主(; ; )。
区域内侵入岩很发育，以中酸性为主，既有巨大的岩基，如达拉布特断裂两侧的花岗岩体(~300Ma)：铁厂沟、哈图、阿克巴斯套、庙儿沟、红山和克拉玛依岩体等(; ; ; )，侵位于下石炭统地层中；也有中小型的岩株、岩枝或岩脉，主要分布于达拉布特断裂以南，如包古图地区的中酸性小岩体(305~320Ma)，以单个岩体规模小、成群分布、侵入时代早为特征()。
2 矿床地质特征
宏远矿区出露地层主要为下石炭统包古图组的凝灰质粉砂岩和硅质粉砂岩，中上三叠统克拉玛依组的砂岩、砾岩及泥岩。矿区内侵入岩发育(图 1)，除了大面积分布的克拉玛依大花岗岩体北东部(有学者称为加甫沙尔苏岩体)，还有与矿化密切相关的宏远斑岩体。宏远斑岩体是宏远钼矿的含矿母岩，总体呈NEE向展布，出露面积不足1.5km2。宏远斑岩体北侧侵入于克拉玛依大花岗岩体中，南东侧侵入于下石炭统包古图组中，岩体与围岩的接触面呈不规则状。宏远斑岩体主要由花岗斑岩、似斑状花岗岩和花岗岩(图 2)组成。
图 1 宏远钼矿矿区地质图(据新疆地矿局第七地质大队，2013新疆地矿局第七地质大队.万区域地质调查报告资料修改)
Fig. 1 Geological map of Hongyuan Mo deposit area
图 2 宏远岩体主要岩石类型手标本照片(左侧)和正交偏光显微照片(右侧)
(a)花岗斑岩；(b)似斑状花岗岩；(c)花岗岩. Pl-斜长石；Kfs-钾长石；Bi-黑云母
Fig. 2 Rock types of granite stock at Hongyuan deposit
矿区范围内宏远斑岩体岀露有4处，分别命名为1、2、3和4号岩体，均发现有不同程度的铜矿化。钼矿化赋存于1号和4号岩体，其中1号岩体钼矿化发育最好，是目前主要的勘探工作地段。1号岩体中共圈定钼矿体10个(其中工业矿体7个，低品位矿体3个)，目前施工的钻孔位于1号岩体的中-西南缘凸出的部位，控制的矿体空间分布范围为3、0、4、8勘探线之间(图 1)，4-4’线勘探线剖面及采样点如图 3。
图 3 宏远钼矿4-4’勘探线剖面图及采样点(据新疆地矿局第七地质大队，2013资料修改)
Fig. 3 Profile of 4-4’ prospecting line and the sampling points at Hongyuan Mo deposit
矿体呈似层状或脉状，厚度1.73~12.86m不等，平均厚度5.5m，属厚度不稳定矿体，品位0.036%~0.177%，平均品位0.095%。矿化富集程度主要与含辉钼矿石英脉的密集程度密切相关，同时在细脉间伴有团斑状辉钼矿则矿体更富。矿体与围岩界线不清晰。总体走向为140°，倾角从10°~40°变化，总体产状为140°∠30°。整体向南东方向缓倾，矿体产状与控矿裂隙的产状相似。
矿石矿物以辉钼矿为主，其次为黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿和毒砂等，主要呈细脉状和稀疏浸染状分布于岩体中或接触带附近(图 4)，属于斑岩型矿化。辉钼矿主要赋存于石英脉中，呈鳞片状产出，石英脉宽1~10mm，最宽达50mm，分布无规律，一般较稀疏，1~5条/米。
图 4 宏远矿区矿化特点
(a)辉钼矿沿节理面呈脉状产出；(b)稀疏浸染状辉钼矿；(c)辉钼矿在石英脉中呈鳞片状产出；(d)浸染状黄铜矿化在地表形成的氧化晕；(e)浸染状黄铁矿化；(f)黄铁矿呈细脉状产出于石英脉中；(g)云英岩中的黄铁矿、辉钼矿、黄铜矿；(h)石英脉内辉钼矿、钛铁矿、黄铁矿.Mo-辉钼矿；Py-黄铁矿；Cpy-黄铜矿；Ilm-钛铁矿
Fig. 4 Mineralization characteristics of Hongyuan deposit
矿区中热液蚀变发育，包括绢云母化、硅化、白云母化、绿泥石化、碳酸盐化等，蚀变分带不明显。根据蚀变特点、脉系特点(图 5)及穿插关系，将热液阶段成矿作用划分为三个阶段：Ⅰ成矿早阶段：伴随云英岩化蚀变，发育石英-白云母-黄铁矿-辉钼矿细脉，此阶段主要产生大量黄铁矿化、少量辉钼矿化、铜矿化，发育浸染状和脉状矿化，此外还发育少量无矿化石英脉；Ⅱ成矿主阶段：伴随绢云母化蚀变，主要发育石英-辉钼矿细脉、石英-辉钼矿-黄铜矿(-黄铁矿)细脉，为主要的成矿阶段，金属硫化物(尤其是辉钼矿)大量沉淀，被后期石英-黄铁矿细脉切穿，主要为脉状矿化，矿化富集程度与石英脉密集程度密切相关；Ⅲ成矿晚阶段：矿化转弱，发育石英-黄铁矿(-黄铜矿)细脉和方解石脉，主要形成黄铁矿、少量黄铜矿，有些脉体无矿化。根据各阶段特点，总结矿物生成顺序见图 6。
图 5 宏远钼矿矿化脉系
Q-石英；Ms-白云母
Fig. 5 Mineralized vein of Hongyuan Mo deposit
图 6 矿物生成顺序图
Fig. 6 Mineral generating sequence diagram
3 研究方法
3.1 样品选择
选择含矿岩体新鲜样品磨制探针片，进行黑云母探针分析。针对宏远钼矿三个热液成矿阶段，采集了不同蚀变特征和不同矿化类型的各阶段石英脉样品，进行流体包裹体及同位素的研究。此外，选择主成矿期石英-硫化物脉样品中的辉钼矿、黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿进行S同位素分析。
3.2 实验方法
黑云母探针分析在中国科学院地质与地球物理研究所电子探针实验室完成，测试的仪器为JXA-8100。
流体包裹体显微测温和气液相成分测试实验在中国科学院地质与地球物理研究所流体包裹体研究实验室完成。将前面所述含石英脉样品制成厚0.3mm双面抛光的包裹体片，然后在偏光显微镜下观察，记录不同成矿阶段、不同类型包裹体的分布密度、大小、气液比等岩相学特征。
显微测温分析是在Linkam THMSG600型冷热台上进行的，温度控制范围为-196~600℃。流体包裹体测试过程中，气液相接近均一时的升温速率一般为2℃/min，测定冷冻
温度时，最后冰晶融化时的升温速率一般为0.1~0.5℃/min。
激光拉曼光谱分析在法国HORIBA Scientific生产的LabRam HR800激光共焦显微拉曼光谱仪上进行，该仪器是目前市场上焦长最长的单级拉曼光谱仪，焦长达到800mm，具有最高光谱分辨率。
群体包裹体气体成分分析采用加热爆裂法提取气体，测试所用仪器为日本真空技术株式会社生产的RG202四极质谱仪，仪器重复测定精密度<5%。液相成分分析采用日本岛津公司(SHIMADZU)生产的离子色谱仪测试，重复测定精密度<5%。
H-O同位素分析实验在中国科学院地质与地球物理研究所稳定同位素实验室完成。氢同位素分析采用热爆法，氧同位素分析采用BrF5法。氢、氧同位素测定使用仪器为MAT-252，分析精度±0.2%。
CH4的C同位素分析在中国科学院地质与地球物理研究所稳定同位素实验室完成，实验步骤如下：首先将系统抽至高真空10-3帕，将包体按要求的爆裂温度充分爆裂，然后，将爆裂出的水和混合气体冻在-196℃液氮冷井中，之后将分离出的甲烷、氮、氦等气体导入800℃氧化铜炉中，使甲烷完全裂解成二氧化碳，除去杂气，得到纯净的二氧化碳，最后质谱测量碳同位素比值，即为CH4的C同位素比值。
S同位素分析测试在中国科学院地质与地球物理研究所稳定同位素实验室和核工业北京地质研究院分析中心完成。硫同位素分析采用V2O5法，将硫化物与V2O5在高温下反应生成SO2，用质谱仪测定其中的硫同位素。
4 研究结果
4.1 黑云母电子探针
黑云母电子探针分析结果(测点号HY404-88-)及阳离子数见表 1，黑云母中SiO2含量在32.68%~36.32%范围之内；而FeO的含量23.21%~26.15%；Al2O3在13.65%~14.30%范围之内，MgO的含量是6.82%~8.50%，K2O在5.45%~9.35%范围之内，TiO2在2.55%~4.12%范围之内。利用黑云母组分含量，以22个O计算出阳离子数。
表 1(Table 1)
表 1 黑云母电子探针分析结果及阳离子数(wt%)
Table 1 Biotite electron probe analysis results and cation number(wt%)
测点号-1-1-1-2-1-3-2-1-2-2-2-3-2-4-3-1-3-2-3-3-3-4-4-1-4-2-4-3-4-4-4-5
SiO235.9735.9232.6835.1834.8134.9835.8036.3136.3236.1736.1735.6136.1136.1535.6035.71
TiO23.973.702.553.924.123.653.723.823.903.843.683.703.743.453.803.79
Al2O313.6513.7614.2914.1114.1414.0414.0313.9314.0313.6513.8313.9813.8114.1014.3013.69
FeO23.6724.1526.1525.5124.6625.1024.8225.0824.7525.1125.1023.6223.2124.2023.7523.30
MnO0.680.640.670.600.690.730.750.700.620.650.690.610.690.770.760.73
MgO8.048.198.506.827.247.397.337.597.707.727.578.188.428.107.998.42
CaO0.020.071.790.010.030.030.000.020.040.020.090.050.010.100.020.00
Na2O0.230.170.110.130.280.160.200.200.150.160.140.220.170.170.190.15
K2O8.909.125.459.079.119.109.019.179.249.359.049.099.049.139.009.25
F0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.080.000.000.00
Cl0.370.400.230.400.390.370.370.350.340.370.350.390.400.360.250.34
BaO0.630.460.280.570.500.690.320.020.140.100.000.370.550.520.450.03
Total96.1196.5992.6796.3195.9596.2396.3597.1897.2197.1496.6595.8396.2397.0496.1095.40
Si5.6275.6015.3165.5495.4995.5285.6035.6175.6135.6145.6245.5815.6265.6095.5645.599
AlⅣ2.3732.3992.6842.4512.5012.4722.3972.3832.3872.3862.3762.4192.3742.3912.4362.401
AlⅥ0.1440.1300.0550.1720.1330.1440.1900.1560.1680.1110.1600.1630.1610.1880.1980.129
Ti0.4670.4340.3120.4650.4900.4340.4380.4450.4530.4480.4300.4370.4380.4030.4460.447
Fe3+0.4790.4200.4460.4460.3970.3780.4540.4420.4550.4100.4520.4180.4800.4200.4360.408
Fe2+2.6182.7303.1122.9192.8622.9402.7942.8022.7432.8502.8132.6782.5452.7212.6692.647
Mn0.0900.0850.0920.0800.0920.0970.0990.0910.0810.0850.0900.0810.0910.1010.1000.096
Mg1.8751.9032.0611.6041.7051.7421.7111.7501.7731.7851.7551.9121.9561.8741.8611.969
Ca0.0030.0110.3110.0010.0040.0050.0000.0030.0070.0040.0150.0080.0020.0170.0030.000
Na0.0690.0530.0330.0400.0840.0480.0620.0610.0430.0470.0420.0670.0510.0510.0570.046
K1.7761.8151.1321.8261.8371.8341.7981.8091.8221.8521.7931.8181.7971.8071.7941.850
Total15.5215.5815.5515.5515.6015.6215.5515.5615.5415.5915.5515.5815.5215.5815.5615.59
表 1 黑云母电子探针分析结果及阳离子数(wt%)
Table 1 Biotite electron probe analysis results and cation number(wt%)
4.2 流体包裹体岩相学
宏远钼矿流体包裹体气液比变化范围较大，集中于5%~30%之间，大小为5~20μm，集中于5~10μm，呈负晶形、扁圆状、长条状和不规则状(图 7)，分布不均匀。根据包裹体物相组成和气液比可将该区流体包裹体分为以下几种类型：Ⅰ型气液包裹体，由气相和液相组成，根据其气液比大小又可分为两个亚类：Ⅰ-1型气液比5%~20%，分布范围较广，在包裹体中所占比例大；Ⅰ-2型气液比在25%~50%；Ⅱ型气体包裹体，气液比大于50%的包裹体，其中包括纯气体包裹体；Ⅲ型含子矿物的包裹体，子矿物主要是方形、偏兰色的NaCl子矿物，此外，也可见含多个子矿物的包裹体，一般为黑点状的不透明子矿物，可能为硫化物矿物，含子矿物包裹体室温下为三相。各成矿阶段所包括流体包裹体类型和特征如下文描述。
图 7 宏远钼矿石英流体包裹体类型
(a)包裹体群；(b-d)气液比小于20%的气液包裹体Ⅰ-1；(e、f)气液比为20%~50%的气液包裹体Ⅰ-2；(g、h)气体包裹体Ⅱ；(i-k)含子矿物包裹体Ⅲ.L-液相；V-气相；H1-石盐子矿物；H2-未知名子矿物
Fig. 7 Type of fluid inclusions in quartz at Hongyuan Mo deposit
Ⅰ成矿早阶段：石英脉中主要发育气液包裹体和含子矿物包裹体，大小为5~15μm，呈负晶形、扁圆状和不规则状，成群或随机分布。气液包裹体中Ⅰ-1型和Ⅰ-2型均有出现，以Ⅰ-1型为主，占包裹体总量的70%左右，其次为Ⅲ型含子矿物包裹体，占包裹体总量的20%左右。
Ⅱ成矿主阶段：Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型包裹体均发育，大小集中在5~10μm，包裹体多为浑圆状，成群或随机分布，少量长条状、不规则状。气液包裹体的气液比变化较大，Ⅰ-1型和Ⅰ-2型均有出现，以Ⅰ-1型为主，约占总量的70%左右，分布最广；其次为Ⅱ型气体包裹体，包括纯气体包裹体，约占总量的30%左右，与小气液比包裹体共生，测试中只见到一个Ⅲ型含子矿物包裹体。
Ⅲ成矿晚阶段：主要发育Ⅰ型包裹体，大小为5~15μm，基本为浑圆状的包裹体，95%以上属于Ⅰ-1型小气液比包裹
体，少量Ⅰ-2型，包裹体类型较单一，多为成群分布，数量较多。
4.3 包裹体显微测温
在冷热台上测定三种类型流体包裹体的均一温度、冰点温度和子矿物消失温度。测试冰点温度时，先降温至包裹体完全冷冻后回温，测定最后冰晶熔化温度，根据提出的H2O-NaCl体系盐度-冰点公式计算得到相应的盐度。含石盐子矿物的包裹体测定子矿物消失温度，根据提出的石盐熔化温度和盐度的关系式计算得出包裹体的盐度。测试和计算得到流体包裹体均一温度和盐度见图 8，各阶段特点描述如下。
图 8 宏远钼矿流体包裹体均一温度和盐度直方图
Fig. 8 Histogram of homogenization temperature and salinity of fluid inclusions at Hongyuan Mo deposit
Ⅰ成矿早阶段：均一温度范围为230~550℃，集中于340~360℃，盐度范围较大，为0.4%~59.8% NaCleqv，按照包裹体类型归纳，可分为高盐度含子矿物流体包裹体(均一温度230~550℃，盐度范围33.5%~59.8% NaCleqv)和低盐度气液包裹体(均一温度270~400℃，盐度0.4%~11.1% NaCleqv)。多数含子矿物包裹体以子矿物的消失而达到均一，显示出高盐度的特征。石英脉中局部可见气体包裹体、气液比包裹体、含子矿物包裹体共存(图 9)，且均一温度部分相近，表明成矿早阶段流体局部发生了沸腾作用。
图 9 宏远钼矿石英脉中沸腾包裹体群
Fig. 9 Boiling inclusions group in quartz veins at Hongyuan Mo deposit
Ⅱ成矿主阶段：石英-硫化物脉中流体包裹体的均一温度范围为200~390℃，集中于280~300℃，冰点温度范围为-8~-0.2℃，盐度范围主要为0.35%~11.7% NaCleqv，为低盐度，此阶段气体包裹体较多，包括纯气体包裹体，部分均一到气相，可见到在同一视域中气体包裹体与气液包裹体共存(图 9)，且均一温度相近现象，表明成矿流体经历了沸腾作用。
Ⅲ成矿晚阶段：发育气液包裹体，均一温度范围为145~260℃，集中于160~180℃，冰点温度范围为-8.5~-0.1℃，盐度范围为0.18%~12.3% NaCleqv，属于低温低盐度流体。
4.4 流体包裹体成分
对早阶段和主阶段单个包裹体进行激光拉曼光谱分析，测试结果显示早阶段流体包裹体气相和液相的拉曼光谱图上都出现宽泛的H2O峰(cm-1)，部分包裹体含有CH4(图 10)。主阶段流体包裹体以H2O为主，部分包裹体含有CO2和CH4，含CH4的单个包裹体较多，但显微测试中未显示。
图 10 宏远钼矿流体包裹激光拉曼光谱数据
(a)早阶段，液相，含H2O成分；(b)早阶段，气相，含H2O、CH4成分；(c)主阶段，气相，含CH4成分；(d)主阶段，气相，含H2O、CH4和CO2成分
Fig. 10 Raman microscopy data of fluid inclusions at Hongyuan Mo deposit
群体包裹体成分分析结果见表 2，成矿早阶段样品和成矿主/晚阶段样品分开测试。
表 2(Table 2)
表 2 群体包裹体成分分析实验结果
Table 2 Experiment results of composition analysis for mass inclusions
阶段样品号
阴、阳离子检测结果(×10-6)包裹体气相结果(mol%)
F-Cl-SO42-Na+K+Mg2+Ca2+H2ON2Ar*O2CO2CH4C2H6H2S
ZK201-78-0.3451.650.573--0.09995.210.4000.129-3.6200.637--
ZK201-79-0.3851.500.5661.08-0.33597.360.2590.089-1.9190.371-0.0001
ZK402-34493.940.2480.080-5.0210.709-0.0003
ZK201-18291.650.3870.318-6.1460.8820.610.0006
ZK201-24495.470.3080.094-3.5370.590-0.0002
HY403-20-1.280.4401.270.264-0.20194.530.0710.047-4.8950.1950.2600.001
HY403-24-1.080.6001.130.315-0.22594.130.1340.058-5.1850.3650.1280.001
HY403-25-1.500.3091.320.325-0.26393.560.1150.057-5.4670.5580.242-
HY403-29-1.31-1.140.448-0.27394.690.1950.102-4.0330.7510.229-
HY403-35-0.6240.3990.7440.524-0.31994.350.0050.069-4.6050.4490.523-
HY403-39-0.773-0.8210.542-0.39594.200.2180.088-4.7230.5830.188-
注：“-”表示为：未检出结果；*结果仅供参考
表 2 群体包裹体成分分析实验结果
Table 2 Experiment results of composition analysis for mass inclusions
成矿早阶段：液相成分：阳离子以Na+、K+、Ca+为主，阴离子以SO42-为主，Cl-次之；气相成分：以H2O为主，有少量CO2、CH4、C2H6、N2。
成矿主/晚阶段：液相成分：阳离子以Na+、K+、Ca+为主，阴离子以Cl-为主，SO42-次之；气相成分：以H2O为主，有少量CO2、CH4、C2H6、H2S。
从早阶段到主/晚阶段流体成分主要的变化是阴离子成分从SO42-为主变为了Cl-为主，阳离子Na+含量增多，气相成分C2H6、H2S含量变多。
4.5 稳定同位素
对包裹体中的CH4进行C同位素分析，所获得的实验数据见表 3，C同位素值分布于-31.08‰~-26.44‰之间。
表 3(Table 3)
表 3 CH4的C同位素数据
Table 3 C isotopic data of CH4
样品号δ13C(‰)σ(‰)
HY403-6-1-28.1060.034
HY403-20-27.6240.035
HY403-25-31.0820.026
HY403-29-29.9240.059
HY403-35-29.240.058
HY403-39-26.4440.052
表 3 CH4的C同位素数据
Table 3 C isotopic data of CH4
石英脉H-O同位素测试结果见表 4。
表 4(Table 4)
表 4 成矿流体H-O同位素数据
Table 4 H-O Isotopic data of ore-forming fluid
样品号石英的δ18O值(‰)平衡H2O的δ18O值(‰)包裹体H2O的δDV-SMOW值(‰)采用温度(℃)
HY403-6-15.57-0.04-92.322340
HY403-208.787.18-83.722550
HY403-259.334.39-87.296365
HY403-299.434.82-86.943378
HY403-359.755.19-87.408380
HY403-399.124.80-91.244390
表 4 成矿流体H-O同位素数据
Table 4 H-O Isotopic data of ore-forming fluid
结合本次流体包裹体测温结果，根据石英-水同位素分馏方程()：1000lnα石英-水=3.38×106/T2-3.4分别计算各阶段热液中的水的δ18O值。研究结果表明，热液中水的δ18D值在-92.322‰~-83.722‰之间，石英的δ18O值为5.57%~9.75%，计算得到平衡水的δ18O值在-0.04‰~+7.18‰之间。
单矿物S同位素分析结果见表 5，直方图见图 11。
表 5(Table 5)
表 5 硫化物S同位素数据
Table 5 isotopic data of sulfide
样品号HY404-26HY404-32HY404-48HY404-27HY404-51HY404-53HY405-7HYMO-1HYMO-2HYMO-6HY403-40
矿物黄铁矿黄铁矿黄铁矿黄铜矿黄铜矿黄铜矿磁黄铁矿辉钼矿辉钼矿辉钼矿辉钼矿
δ34S(‰)2.1471.091-0.0582.1311.0822.3340.4191.71.311
表 5 硫化物S同位素数据
Table 5 isotopic data of sulfide
图 11 宏远钼矿硫同位素分析数据
Fig. 11 Histogram of S isotope analysis data at Hongyuan Mo deposit
由分析数据可见，黄铁矿δ34S值为-0.058‰~2.147‰，黄铜矿δ34S值为1.082‰~2.334‰，1件磁黄铁矿δ34S值为0.419‰，辉钼矿δ34S值为1‰~1.7‰。未满足平衡状态下δ34S值：黄铜矿<黄铁矿<辉钼矿的组成特征，表明同位素未达到平衡，但也不排除测量样品数过少，未能显示出规律性。同时，4种硫化物中的S同位素值大体相近，并未表现出明显的分馏现象。
5.1 成矿物理化学条件
本次研究表明宏远钼矿成矿过程分为早阶段、主阶段和晚阶段，三个阶段的流体包裹体类型有一定的差别，早阶段主要发育气液包裹体、含子矿物包裹体和少量气体包裹体，在该阶段局部存在Ⅰ型、Ⅱ型包裹体与Ⅲ型包裹体共存，它们的均一温度基本相近，指示这一阶段已经存在流体沸腾作用，由于这种现象并不常见，说明早阶段流体沸腾作用还不十分强烈；成矿主阶段主要发育气液包裹体和气体包裹体，气体包裹体比例较早阶段增多，且部分均一到气相，此阶段时常可见气体包裹体与气液包裹体共存，且均一温度相近，表明成矿流体经历了二次沸腾作用，并且沸腾作用强烈，导致相分离；成矿晚阶段基本只发育气液包裹体，且以Ⅰ-1型小气液比为主，包裹体数量较多，成群出现，属于低温低盐度流体。对于均一温度和盐度的讨论见5.3。
根据包裹体均一温度和盐度值，运用发表的软件计算出NaCl-H2O型热液体系不同成矿阶段的密度值。获得Ⅰ成矿早阶段流体密度为0.56~1.24g/cm3，平均值0.89g/cm3，Ⅱ成矿主阶段流体密度为0.57~1.1g/cm3，平均值0.77g/cm3，Ⅲ成矿晚阶段流体密度为0.81~0.99g/cm3，平均值为0.92g/cm3。根据邵洁琏计算成矿压力和深度的经验公式，获得宏远钼矿Ⅰ成矿早阶段、主阶段、晚阶段成矿压力分别为50~156MPa、47~106MPa、25.5~72MPa，矿区围岩为花岗质岩石，采用的静岩压力梯度为27.5MPa/km，按静岩压力计算对应的成矿深度分别为1.8~5.7km、1.7~3.9km、0.9~2.6km；从成矿早阶段到晚阶段，成矿深度逐渐变浅。(此经验公式推算的压力仅供参考。)
根据对成矿斑岩中黑云母的电子探针分析，运用(AlⅥ+Fe3++Ti)-(Fe2++Mn)-Mg分类图解对黑云母进行成分分类，全部落入铁质黑云母范围(图 12a)。根据黑云母的Fe3+-Fe2+-Mg之间相对关系可以估计岩浆体系的氧逸度条件。在Fe3+-Fe2+-Mg端元图解中(图 12b)，宏远斑岩体样品均落于Ni-NiO缓冲线之上，表明本区岩体的氧逸度高于NNO体系，含矿岩体可能是较高氧逸度条件下的产物，岩浆阶段的高氧逸度有利于Mo、Cu的搬移。
图 12 黑云母成分分类及氧逸度判别图解
Fig. 12 Classification diagram of biotite and oxygen fugacity discrimination diagram
激光拉曼光谱分析和群体包裹体成分分析显示成矿流体早晚阶段都属于NaCl-H2O-CO2-CH4体系，具有还原性，早晚阶段样品都含有CH4、C2H6还原性组分，早阶段到主、晚阶段，SO42-含量减少，H2S含量增多，还原性增强。这与广泛认同的斑岩型矿床是在相对较高的氧化性含矿流体作用下形成的观点不符，但是与西准噶尔地区具有还原性流体特征的斑岩矿床类似，包括包古图斑岩铜矿、吐克吐克铜矿、苏云河钼矿等(; ; )。
5.2 成矿流体与成矿物质来源
在成矿流体δ18O-δ18D图解上(图 13)，δ18D分布范围相对较窄，所投的点落于岩浆水和大气降水线之间，靠近岩浆水，表明成矿流体源于初始岩浆水，晚期有少量大气降水的参与。
图 13 宏远钼矿成矿流体δ18O-δ18D图解
Fig. 13 δ18O-δ18D diagram of ore-forming fluid at Hongyuan Mo deposit
对辉钼矿、黄铁矿、黄铜矿和磁黄铁矿进行单矿物S同位素分析，显示4种硫化物的δ34S值总体上范围为-0.058‰~2.334‰，峰值为1.5‰左右，接近于0，表明成矿流体中的S同位素来源较单一，属于幔源硫范围内(δ34S值约为0±3‰)，成矿流体中的硫来自深部岩浆。成矿流体是金属硫化物迁徙的载体，因此S同位素的来源也可以间接指示出成矿流体的来源，进一步论证了成矿流体以岩浆出溶流体为主，后期混入了一定量的大气水。
斑岩矿床成矿流体中还原性组分的来源一直备受关注，CH4的δ13C小于-30‰时CH4主要是有机成因的，大于-20‰时CH4是来自地幔的原始气体组分，即深源无机碳，δ13C值在-20‰~-30‰之间则应为有机与深源无机混合成因碳(; )，本次针对宏远流体包裹体中CH4的C同位素分析中，δ13C值分布于-26.444‰~-31.082‰之间，接近-30‰的居多，而利用黑云母电子探针分析数据已知岩浆结晶形成花岗岩时氧逸度较高，同时，包古图组地层的泥质粉砂凝灰岩和泥质硅质岩中都具有含碳质成分(; )，经综合分析认为还原性组分CH4主要是来自地壳有机碳，是岩浆侵位过程中受到围岩混染形成，同时可能有少量地幔无机碳的混合。
5.3 成矿流体演化和成矿机制
通常来讲，在岩浆晚期，岩浆中大部分造岩组分已固结成为岩石，在岩浆结晶过程中陆续以蒸馏方式从岩浆中析出的挥发性组分开始进入独立活动时期，随着温度的降低，挥发性组分在物态上将由气体或超临界流体状态，转化为热液，流体进入热液阶段。同时，出溶的流体在斑岩体固结之后，发生大量积累，斑岩体顶部及围岩难以支撑流体内部巨大的压力，大规模裂隙会突然发生。由于裂隙的连通，一直处于静岩压力的岩浆流体突然转变为静水压力，岩浆流体发生减压沸腾，形成沸腾包裹体组合。
由均一温度-盐度双变量图(图 14)可初步分析宏远钼矿热液成矿流体的演化过程。流体经历了从成矿早阶段中高温-高盐度流体和低盐度流体的不混溶，到成矿主阶段中温低盐度流体，再演化到成矿晚阶段低温低盐度流体的过程。结合各阶段流体物理化学性质以及前面的研究成果，具体描述宏远钼矿流体演化和成矿过程如下。
图 14 宏远钼矿成矿流体均一温度-盐度双变量图
Fig. 14 Homogenization temperature-salinity bivariate figure of ore-forming fluid at Hongyuan Mo deposit
Ⅰ成矿早阶段：在230~550℃之间，集中于340~360℃，盐度分为高盐度(33.5%~59.8% NaCleqv)和低盐度(0.4%~11.1% NaCleqv)，成矿流体为中高温高盐度流体和中高温低盐度流体的不混溶。此阶段流体通过不混溶作用和局部沸腾作用发生相分离形成高盐度流体和低盐度流体，流体平均密度为0.89g/cm3。成矿流体属于NaCl-H2O-CO2-CH4体系，阴离子以SO42-为主，Cl-次之，气相成分中H2O占到90%以上，有少量CO2、CH4、C2H6、N2。此阶段流体处于弱还原条件下，这种弱还原性对此阶段金属的沉淀影响有限，S主要还是以硫酸盐的形式溶解于岩浆之中。高盐度富液相流体被认为是金属Mo、Cu等搬运的主要载体()。流体的盐度随压力的增加而增大()，而Cu、Mo的溶解度又随着流体盐度的增加而显著增大，因此，较高的压力条件常有利于流体出溶时金属矿物向流体中富集。综上，在这种较高压、高盐度流体中，Mo、Cu等金属矿物倾向于向出溶流体中富集，此阶段Mo、Cu矿化沉淀较少，局部沸腾作用引起了少量辉钼矿的沉淀。在这种高温流体作用下，发育白云母化蚀变。
Ⅱ成矿主阶段：在200~390℃之间，集中于280~300℃，盐度主要为0.35%~11.7% NaCleqv，流体平均密度为0.77g/cm3，成矿流体属于NaCl-H2O-CO2-CH4体系，阴离子转化为以Cl-为主。流体从早阶段高温高盐度流体和低盐度流体不混溶演化为中温低盐度流体。压力的减小和温度的降低引起成矿流体发生强烈二次沸腾作用，大量形成富气相包裹体，气液比变化大，沸腾作用更导致了相分离，促进了矿物的沉淀。近地表的大气降水与成矿流体混合，引起流体盐度大幅度降低，Mo、Cu等金属矿物溶解度减小，矿物沉淀，大量形成网脉状石英-硫化物细脉。同时，流体受到围岩混染，成矿流体还原性增强，普遍含有CH4，S主要以S2-形式存在，Mo、Cu等金属离子与S2-结合，产生硫化物沉淀。综上，在流体强烈沸腾作用、温度盐度降低、流体变成还原性等综合因素共同作用下，此阶段辉钼矿化大量沉淀，形成主矿体。中温流体作用下，围岩发生了绢云母化蚀变，形成包含主矿化的石英-绢云母化带。
Ⅲ成矿晚阶段：145~260℃，集中于160~180℃，盐度为0.18%~12.3% NaCleqv，此阶段流体成分与主成矿阶段流体成分相比变化不大，属于NaCl-H2O-CO2-CH4体系，但流体温度大幅度降低，晚阶段演化为低温低盐度流体。成矿作用减弱，除产生石英-黄铁矿脉以外，还生成后期方解石脉，与钼矿成矿作用关系不大。
宏远钼矿发育细脉状和浸染状矿化，矿化与斑岩体关系密切，含矿岩体以花岗斑岩、似斑状花岗岩和花岗岩为主。发育三个成矿阶段：Ⅰ成矿早阶段：伴随云英岩化蚀变，发育石英-白云母-黄铁矿-辉钼矿细脉；Ⅱ成矿主阶段：伴随绢云母化蚀变，主要发育石英-辉钼矿细脉、石英-辉钼矿-黄铜矿(-黄铁矿)细脉；Ⅲ成矿晚阶段：发育石英-黄铁矿(-黄铜矿)细脉和方解石脉。
成矿早阶段发育气液、气体和含子矿物包裹体，均一温度集中于340~360℃，盐度分为高盐度(33.5%~59.8% NaCleqv)和低盐度(0.4%~11.1% NaCleqv)；主阶段发育气液和气体包裹体，均一温度集中于280~300℃，盐度主要为0.35%~11.7% NaCleqv；晚阶段只发育气液包裹体，均一温度集中于160~180℃，盐度为0.18%~12.3% NaCleqv。
黑云母矿物地球化学数据显示岩浆结晶形成花岗岩时氧逸度较高，流体包裹体激光拉曼光谱分析结合群体包裹体成分分析，显示成矿流体属于NaCl-H2O-CO2-CH4体系，成矿早阶段流体为弱还原性，主、晚阶段成矿流体还原性增强。
宏远钼矿成矿流体起源于岩浆，后期混入了一定量的大气水，成矿物质来源于深部岩浆。流体包裹体中CH4的C同位素显示主要来自地壳有机碳，还原性组分是岩浆侵位过程中受围岩混溶形成。
成矿流体经历了从成矿早阶段中高温-高盐度流体和低盐度流体的不混溶，到成矿主阶段中温低盐度流体，再演化到成矿晚阶段低温低盐度流体的过程。其中，早阶段弱还原流体中，Mo、Cu等金属矿物倾向于向出溶流体中富集，此阶段Mo、Cu矿化沉淀较少，在这种高温流体作用下，发育白云母化蚀变；主阶段，沸腾作用、大气水加入以及流体还原性增强的共同作用下，Mo、Cu等金属矿物大量沉淀，形成主矿体，伴随绢云母化蚀变；晚阶段，演化为低温低盐度流体，成矿作用减弱。
致谢 感谢野外工作中新疆地质矿产勘查开发局第七地质大队和305项目办公室领导提供的大力支持；感谢中国科学院地质与地球物理研究所流体包裹体研究实验室、稳定同位素实验室、电子探针实验室和核工业北京地质研究院分析中心的实验人员给予的技术支持；诚挚感谢评审老师的宝贵修改意见！
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