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(zhì)調(diào)查局哈爾濱自然資源綜合調(diào)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(duì)黃金第三支隊(duì)于2021年發(fā)現(xiàn)于黑龍江省大興安嶺地區(qū)塔河縣十八站鄂倫春自治鄉(xiāng)，其與馬達(dá)爾、奧拉奇、頁索庫等同為上黑龍江盆地內(nèi)賦存于火山巖內(nèi)的金礦床［1］.有學(xué)者從礦床地質(zhì)、地球化學(xué)等方面對(duì)該礦床的成因進(jìn)行了研究探討，認(rèn)為該礦床形成于早白堊世伸展環(huán)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(guān)的成礦流體方面的研究與探討，制約了人們對(duì)該礦區(qū)成礦作用的認(rèn)識(shí)和成礦機(jī)制的理解.本研究通過對(duì)十五里橋金礦床的礦床地質(zhì)特征的重新梳理，并針對(duì)該礦床主成礦階段進(jìn)行流體包裹體的巖相學(xué)、顯微測溫以及激光拉曼光譜分析，結(jié)合穩(wěn)定同位素測試結(jié)果，較為系統(tǒng)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(tǒng)研究提供參考.

1 區(qū)域地質(zhì)

十五里橋金礦床處于上黑龍江Au－Cu－Mo成礦帶內(nèi)，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(qū)域上出露地層屬于中生代.沉積巖包括侏羅系上統(tǒng)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(xì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)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(xì)砂巖、粉砂巖，局部為含礫砂巖，偶見礫巖.火山巖包括白堊紀(jì)下統(tǒng)龍江組，以安山巖、安山質(zhì)凝灰熔巖、凝灰?guī)r為主，局部夾流紋巖、流紋質(zhì)凝灰熔巖；光華組以酸性凝灰?guī)r、中性熔巖為主，局部夾有雜砂巖等；甘河組以安山巖、安山質(zhì)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(cè)－秀水山一帶，巖石類型以中深成的中酸性花崗質(zhì)巖石為主.構(gòu)造以斷裂為主，發(fā)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(gòu)造位置和區(qū)域地質(zhì)圖①武警黃金第三支隊(duì).1∶5萬綜合地質(zhì)調(diào)查報(bào)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(jù)文獻(xiàn)［4－5］）Fig.1 Tectonic location and regional geological maps of Shiwuliqiao gold deposit（From References［4－5］）

2 礦床地質(zhì)

礦區(qū)僅出露龍江組地層（圖2），以安山巖、角閃安山巖、安山質(zhì)角礫熔巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r凝灰?guī)r等中性噴發(fā)巖為主，局部可見有流紋巖、沉凝灰?guī)r以及含凝灰質(zhì)砂巖.

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

礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂為主，發(fā)育北北東、北東、北西向及近南北、近東西向斷裂，斷裂性質(zhì)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(qū)內(nèi)主要發(fā)育閃長巖脈、煌斑巖脈及流紋斑巖脈.共發(fā)現(xiàn)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(hào)礦體總體傾向南東，7號(hào)礦體傾向北西；南東向礦體1條，為6號(hào)礦體，傾向東.礦體呈脈狀，局部表現(xiàn)為中間膨大、兩端尖滅.金礦化發(fā)育于石英細(xì)（網(wǎng)）脈及兩側(cè)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(lán)銅礦.脈石礦物以石英、斜長石為主.礦石結(jié)構(gòu)可見有他形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、交代溶蝕結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)等（圖3）.礦石構(gòu)造可見有細(xì)（網(wǎng)）脈浸染狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、梳狀構(gòu)造、晶洞狀構(gòu)造等.

通過野外觀察，依據(jù)礦石中金屬礦物嵌布特征及細(xì)脈穿切關(guān)系，將金成礦作用劃分為4個(gè)階段.Ⅰ—脈狀黃鐵礦—石英階段：僅發(fā)育有黃鐵礦，自形立方體狀，呈星點(diǎn)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(xì)脈狀充填于石英裂隙中，此外可見有黃銅礦，多呈星點(diǎn)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(fā)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(xì)脈狀或細(xì)網(wǎng)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(guī)則的脈狀或者細(xì)網(wǎng)脈狀充填于節(jié)理裂隙當(dāng)中.礦石與圍巖具有明顯的分界，圍巖蝕變發(fā)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F(xiàn)ig.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(duì)金成礦作用中的Ⅱ、Ⅲ階段進(jìn)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(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)的流體包裹體測試分析，包括巖相學(xué)、顯微測溫及激光拉曼光譜.測試均在吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院地質(zhì)流體實(shí)驗(yàn)室完成.巖相學(xué)觀察儀器為Carl Zeiss Axiolab顯微鏡（10×50）（德國）.顯微冷熱臺(tái)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(biāo)樣）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了矯正，矯正后－120～－70℃區(qū)間精度為±0.5℃，－70～＋100℃區(qū)間精度為±0.2℃，100～500℃區(qū)間內(nèi)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(shí)間，±1 cm－1拉曼峰位移精度，0.1%數(shù)量級(jí)的成分相對(duì)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(xué)特征

根據(jù)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(fā)育，組成為氣相和液相鹽水溶液，形態(tài)為較規(guī)則的近橢圓狀、近圓狀，大小7～15 μm，個(gè)別可達(dá)20 μm，氣相分?jǐn)?shù)為55%～90%，個(gè)別可達(dá)95%，加熱后均一到氣相.該類型包裹體常隨機(jī)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(fā)育，組成為氣相和液相鹽水溶液，形態(tài)多呈規(guī)則的橢圓形、近圓形等，大小5～15 μm，個(gè)別可達(dá)25 μm，氣相分?jǐn)?shù)為20%～40%，加熱后均一到液相.此類型包裹體常隨機(jī)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F(xiàn)ig.4 Microphotographs of fluid inclusions in Shiwuliqiao gold deposit

4.2 流體包裹體測溫結(jié)果

十五里橋金礦床5件不同成礦階段的樣品中86個(gè)均一法測溫結(jié)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(shù)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(fā)育（圖4a、b）.其中富氣相型包裹體的冰點(diǎn)溫度（Tm）為－1.5～－2.7℃.利用經(jīng)驗(yàn)公式［6-7］，計(jì)算得到鹽度為2.56%～4.48 %（NaCl當(dāng)量，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）.均一到氣相，均一溫度（Th）為283～394℃.據(jù)包裹體均一溫度和鹽度，通過經(jīng)驗(yàn)公式ρ＝A＋BTh＋CTh2（A、B、C均為無量綱參數(shù)）［8］，計(jì)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(diǎn)溫度為－2.0～－5.1℃，均一到液相，均一溫度為317～392℃.通過計(jì)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(fā)育富液相型流體包裹體（圖4c），其冰點(diǎn)溫度為－1.5～－3.1℃，均一溫度為251～298℃，計(jì)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(fā)育富氣相型包裹體和富液相型包裹體，流體呈現(xiàn)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(shí)發(fā)育富液相型和富氣相型包裹體，且流體溫度和鹽度呈現(xiàn)出比較寬泛的分布特征（圖6），說明該階段發(fā)生了流體的混合［9］；Ⅲ階段僅發(fā)育富液相型包裹體，溫度和鹽度分布相對(duì)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(diǎn)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(zhì)及來源

對(duì)Ⅲ階段的富液相型包裹體進(jìn)行了激光拉曼光譜分析，結(jié)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(duì)應(yīng)δDW值為－121‰、－93‰、－108‰，計(jì)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(jù)文獻(xiàn)［11］）Fig.7 The δDW-δ18OW diagram of Shiwuliqiao gold deposit（From Reference［11］）

5.2 成礦物質(zhì)來源

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

李向文［2］、閆永生等［17］對(duì)礦區(qū)龍江組安山巖以及脈巖樣品進(jìn)行原生暈測試，獲得結(jié)果表明，安山巖中Au、Ag、Cu元素的含量明顯高出區(qū)域平均值，Au的含量達(dá)到了區(qū)域平均值的30～103倍，而且微量元素顯示礦石對(duì)安山巖的繼承性［2］，說明區(qū)內(nèi)龍江組為主要的礦質(zhì)來源.

5.3 成礦壓力與深度探討

基于前人實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)［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(shí)發(fā)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?jǐn)?shù)為20%～40%，富氣相型流體包裹體氣相分?jǐn)?shù)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(fā)生了不混溶或者沸騰［22-23］，其計(jì)算出的壓力代表了該階段流體形成時(shí)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(jì)算成礦深度，從而得到其對(duì)應(yīng)的形成深度為0.6～2.5 km.Ⅲ階段只發(fā)育有富液相型的流體包裹體，表明該階段沒有發(fā)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(shí)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(duì)應(yīng)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(jù)文獻(xiàn)［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(fā)生在早白堊世［2］，該時(shí)期大興安嶺北部總體上處于伸展構(gòu)造環(huán)境下，發(fā)生了廣泛的火山－巖漿活動(dòng)，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(dòng)分異的熱液與大氣降水不斷在區(qū)內(nèi)的構(gòu)造破碎帶中匯聚，熱液與大氣降水的混合，導(dǎo)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(jìn)一步沸騰，加上大氣降水對(duì)圍巖的淋濾，引起金礦物質(zhì)進(jìn)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(jié)合其圍巖蝕變、礦物組合等特征，認(rèn)為該礦床為早白堊世伸展環(huán)境下形成，屬于火山巖容礦的淺成中溫?zé)嵋旱V床.

6 結(jié)論

（1）十五里橋金礦床Ⅱ、Ⅲ階段發(fā)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(dǎo)致了成礦流體的沸騰作用，是十五里橋金礦物沉淀主要機(jī)制.

（3）十五里橋金礦床為早白堊世伸展環(huán)境下形成，是產(chǎn)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(duì)總工程師李向文及原武警黃金第四支隊(duì)工程師吳昊的指導(dǎo)，在此深表感謝.