科学研究

舒启海:流体包裹体原位成分研究揭示矽卡岩型矿床成矿机制和成矿潜力【Geology,2021】
2021-03-29 阅读:5660

矽卡岩矿床是地球上最常见的成矿类型之一,是众多大宗金属和关键金属的重要来源。这类矿床通常被认为是岩浆热液主导的流体在碳酸盐地层中经历复杂地质作用的产物。然而截至目前,学者们对这类矿床矿质来源和成矿机制的认识仍然存在争议。传统的矽卡岩型矿床成矿流体研究方法包括矽卡岩矿物学、矿物地球化学、同位素地球化学以及流体包裹体显微测温等;这些研究多是通过间接手段来示踪成矿过程中物质和流体的迁移变化。由于热液矿物普遍易遭受后期流体交代蚀变,其记录的原始物理化学信息常常被改变;而流体包裹体测温则只能提供流体温度、盐度等简单参数,不能示踪复杂的物理化学过程。这些制约因素为矽卡岩型矿床的成矿物质和流体的研究带来了较大挑战。

近年来,单个流体包裹体原位成分分析技术(LA-ICP-MS)被广泛应用,成为研究热液矿床成矿物质和流体的最直接手段。中国地质大学(北京)岩浆热液演化与成矿求真研究群体舒启海副教授和合作者以这一研究方法为依托,以内蒙古浩布高矽卡岩型铅锌矿床为研究对象,对记录该矿床成矿前、成矿过程及成矿后流体的包裹体开展了详细的原位成分分析,据此精细刻画了成矿流体的源--储过程,并创新性地将流体成分应用于资源评价,获得如下主要认识:

1流体中元素含量及比值的变化揭示了成矿前(进变矽卡岩阶段)高温流体为岩浆热液、而硫化物沉淀阶段有显著的大气降水混入,证实了成矿物质和流体主要来源于岩浆、而盆地卤水未参与成矿(图1)。

2矿化阶段流体中主要成矿元素Zn-Pb及非成矿元素(如NaKRbCs等)的含量均显著下降(图2A),暗示大气降水的稀释作用。此过程中ZnPb)对Na+K的比值也同步下降(图2B),反映了大气降水稀释过程中也同时发生了Zn-Pb矿化。这一结果表明大气降水的混合作用是矿质沉淀的重要驱动力。

3成矿流体较高的Ca/K比值(图3)是流体-碳酸盐岩之间发生水岩交换的结果,而非盆地卤水的贡献(图1)。远离岩体的流体通常Ca/K比值更高,体现了流体向外运移过程中水岩反应程度增强(图3)。碳酸盐地层与成矿流体的反应能有效中和流体的pH,也是控制硫化物沉淀的一个关键因素。

4)近年来,浩布高矿区局部发现有弱MoSn矿化,有学者和矿山地质工程师据此认为浩布高可能具有成MoSn矿潜力。本研究通过流体中元素质量平衡计算显示,即便初始流体中所有MoSn)都发生了有效矿化,其形成的MoSn)矿石也只能达到小型矿床规模,不具有大的经济价值。实际上,整个热液演化过程中MoSn)对Na+K比值基本稳定(图2B),表明其在热液中始终处于不饱和状态,极少进入结晶相形成矿石。

本研究基于矽卡岩型矿床单个流体包裹体原位成分研究,准确限定了此类矿床成矿流体和物质的来源,重建了成矿流体的演化过程,并揭示了控制金属富集沉淀的关键机制。此外,本研究在国际上首次尝试利用单个流体包裹体原位成分分析结果对伴生金属成矿潜力进行预测,这一思路在未来有望应用于资源评价。

1 浩布高铅锌矿床流体成分特征及其与典型的岩浆热液和盆地卤水的对比


2 浩布高铅锌矿床不同阶段流体中元素的含量(A)及比值(B)随温度变化特征


3 矽卡岩型(含浩布高)矿床Ca/K比值特征及其与斑岩型矿床的对比


上述研究成果发表在国际地质学领域权威期刊《Geology》上:Shu, Q., Chang, Z., and Mavrogenes, J., 2021, Fluid compositions reveal fluid nature, metal deposition mechanisms, and mineralization potential: An example at the Haobugao Zn-Pb skarn, China: Geology, v. 49, p. 473477, https://doi.org/10.1130/G48348.1.