新疆东准噶尔南明水金矿床成矿流体特征: 流体包裹体及氢氧同位素证据

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2018.05.03

现代地质 ›› 2018, Vol. 32 ›› Issue (05): 887-901.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2018.05.03

新疆东准噶尔南明水金矿床成矿流体特征: 流体包裹体及氢氧同位素证据

葛战林¹^,²(), 章永梅¹^,³(), 顾雪祥¹^,³, 陈伟志¹, 徐劲驰¹, 武若晨¹, 黄岗⁴

1.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院,北京 100083
2.武警黄金第八支队,新疆乌鲁木齐 830057
3.中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室,北京 100083
4.陕西区域地质矿产研究院,陕西咸阳 712000

收稿日期:2018-03-07 修回日期:2018-04-26 出版日期:2018-10-10 发布日期:2018-11-04
通讯作者: 章永梅,女,副教授,1984年出生,矿床学专业,主要从事矿床学与矿床地球化学研究。Email:zhangyongmei@cugb.edu.cn。
作者简介:葛战林,男,硕士研究生,1992年出生,矿物学、岩石学、矿床学专业,主要从事矿床学与矿床地球化学研究。Email:gezhanlin@163.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(41572062);中央返还两权价款资金综合研究项目(Y15-1-LQ04);中央返还两权价款资金综合研究项目(Y15-1-LQ02);中央高校基本科研业务费专项资金项目(2652017226)

Characteristics of Ore-forming Fluids of the Nanmingshui Gold Deposit in the East Junggar, Xinjiang: Evidences from Fluid Inclusions and H-O Isotopes

GE Zhanlin¹^,²(), ZHANG Yongmei¹^,³(), GU Xuexiang¹^,³, CHEN Weizhi¹, XU Jinchi¹, WU Ruochen¹, HUANG Gang⁴

1. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
2. No.8 Gold Geological Party of PAP, Urumqi, Xinjiang 830057, China
3. State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
4. Regional Institute of Shaanxi Bureau of Geological Exploration, Xianyang, Shaanxi 712000, China

Received:2018-03-07 Revised:2018-04-26 Online:2018-10-10 Published:2018-11-04

摘要/Abstract

摘要：

新疆东准噶尔南明水金矿床位于卡拉麦里成矿带东段,矿体受NW—NWW向韧-脆性断裂控制,赋矿围岩为下石炭统姜巴斯套组的浅变质海相火山碎屑-沉积岩。以流体包裹体和氢、氧同位素为研究手段,查明了矿床成矿流体性质、来源及其演化特征与金成矿的关系。其热液成矿过程可划分早、中、晚3个阶段,石英中原生包裹体主要有CO₂-H₂O包裹体、水溶液包裹体和纯CO₂包裹体3种类型。早阶段石英中以CO₂-H₂O包裹体和纯CO₂包裹体为主,均一温度变化于257~339 ℃,盐度为0.4%~2.2%;中阶段石英中3种类型包裹体均发育,CO₂-H₂O包裹体和水溶液包裹体均一温度为196~361 ℃,盐度为0.4%~6.0%;晚阶段石英中仅见水溶液包裹体,均一温度相对较低,为174~252 ℃,盐度为1.4%~3.2%。由CO₂-H₂O包裹体计算的早、中阶段捕获压力分别为214~371 MPa、236~397 MPa,对应的成矿深度分别为8.1~14.0 km、8.9~15.0 km。成矿流体由早、中阶段的CO₂-H₂O-NaCl±CH₄体系演化至晚阶段贫CO₂的H₂O-NaCl体系,成矿温度和流体密度呈逐渐降低趋势,盐度变化不大。流体包裹体和氢、氧同位素研究表明,主成矿阶段成矿流体主要来源于变质水,CO₂-H₂O-NaCl流体的不混溶是导致Au富集成矿的重要机制,南明水金矿属于中深成造山型金矿床。

关键词: 流体包裹体, 氢、氧同位素, 流体不混溶, 南明水金矿床, 新疆

Abstract:

The Nanmingshui gold deposit is located in the eastern part of the Kalamaili metallogenic belt. Its ore-bodies, controlled by the NW—NWW trending ductile-brittle faults, are hosted in epimetamorphic marine volcaniclastic sedimentary rocks of the Lower Carboniferous Jiangbasitao Formation. Based on the studies of fluid inclusions and hydrogen and oxygen isotopic geochemistry, the properties, source and evolution of ore-forming fluids are discussed in this paper. The ore-forming process can be divided into three metallogenic stages including the early, middle and late stages. Three types of fluid inclusions that include CO₂-H₂O, H₂O-NaCl and pure CO₂ inclusions are identified in the quartz of the Nanmingshui gold deposit. The early-stage quartz mainly contains CO₂-H₂O and pure CO₂ inclusions with homogenization temperatures and salinities ranging from 257 ℃ to 339 ℃ and 0.4% to 2.2%. All three types of inclusions are trapped in the middle(main)-stage quartz. The homogenization temperatures and salinities of CO₂-H₂O and H₂O-NaCl inclusions vary from 196 ℃ to 361 ℃ and 0.4% to 6.0%. Only H₂O-NaCl inclusions are found in the late stage quartz with relatively lower homogenization temperatures clustering at 174 ℃ to 252 ℃. Meanwhile, the salinities of H₂O-NaCl inclusions vary from 1.4% to 3.2%. According to the estimation from CO₂-H₂O inclusions, the minimum trapping pressures for early and middle stages are 214 MPa to 371 MPa and 236 MPa to 397 MPa, respectively, corresponding to the metallogenic depths of 8.1 km to 14.0 km and 8.9 km to 15.0 km, respectively. The studies of fluid inclusions in different metallogenic stages indicate that the metallogenetic temperatures and fluid densities show a decreasing trend, as the ore-forming fluids are evolved from CO₂-H₂O-NaCl±CH₄ system in the early and middle stages to H₂O-NaCl system in the late stage. Fluid inclusions and hydrogen and oxygen isotopic studies show that the ore-forming fluids of the main metallogenic stage were dominantly originated from metamorphic water. The immiscibility of CO₂-H₂O-NaCl fluids is an important mechanism that leads to the gold precipitation and enrichment. The genesis of the Nanmingshui gold deposit is a mesozonal to hypozonal orogenic gold deposit.

Key words: fluid inclusion, H-O isotope, fluid immiscibility, Nanmingshui gold deposit, Xinjiang

中图分类号:

P618.51

葛战林, 章永梅, 顾雪祥, 陈伟志, 徐劲驰, 武若晨, 黄岗. 新疆东准噶尔南明水金矿床成矿流体特征: 流体包裹体及氢氧同位素证据[J]. 现代地质, 2018, 32(05): 887-901.

GE Zhanlin, ZHANG Yongmei, GU Xuexiang, CHEN Weizhi, XU Jinchi, WU Ruochen, HUANG Gang. Characteristics of Ore-forming Fluids of the Nanmingshui Gold Deposit in the East Junggar, Xinjiang: Evidences from Fluid Inclusions and H-O Isotopes[J]. Geoscience, 2018, 32(05): 887-901.

图/表 10

图1 新疆北部地区主要构造单元图(A)、卡拉麦里地区古板块构造图(B)和卡拉麦里区域地质简图(C)(图A据顾雪祥等[12],2017;图B据李锦轶等[10],1990;图C据武警黄金第八支队资料修编,2017①) 1.第四系;2.下白垩统土谷鲁群;3.上侏罗统齐古组;4.中侏罗统西山窑组;5.中上三叠统小泉沟群;6.中下三叠统仓房沟群;7.上二叠统将军庙组;8.中下二叠统胜利沟组;9.上石炭统巴塔玛依内山组;10.上石炭统六棵树组;11.下石炭统那林卡拉组;12.下石炭统姜巴斯套组;13.下石炭统黑山头组;14.中泥盆统蕴都卡拉组;15.中泥盆统北塔山组;16.泥盆系卡拉麦里组;17.上志留统红柳沟群;18.中志留统白山包组;19.基性火山岩建造;20.花岗岩;21.石英闪长岩;22.辉绿岩;23.超基性岩;24.断层;25.金矿床 ① 武警黄金第八支队. 新疆东准噶尔地区构造-岩浆作用与多金属成矿关系调查报告(内部资料). 2017.

Fig.1 The main tectonic unit map of northern area in Xinjiang (A), paleoplate tectonic map of Kalamaili area (B) and regional geological sketch map of Kalamaili area (C)

图2 南明水金矿床地质图(据新疆地质矿产局第一区调大队资料,1989,修改) 1.第四系;2.凝灰质粉砂岩;3.凝灰质细砂岩;4.凝灰质粗砂岩;5.凝灰岩;6.玄武岩;7.安山质玄武岩;8.石英脉;9.金矿脉;10.金矿体及编号;11.矿化体;12.断层;13.地质产状;14.采样位置

Fig.2 Geologic map of the Nanmingshui gold deposit

图3 南明水金矿床矿体、矿石及韧性剪切带特征 A—C.南明水3号金矿点矿脉及金矿石:B.石英脉型金矿石,黄铁矿呈粗粒立方体晶形;C.蚀变岩型金矿石,黄铁矿呈星散状分布;D—F.南明水4号金矿点矿脉及金矿石:E.金矿石具网脉状构造,石英呈乳白色;F.金矿石具角砾状构造,乳白色石英脉被灰白色石英-电气石脉切穿;G—I.南明水7号金矿点矿脉及金矿石:H.蚀变岩+石英脉型金矿石,石英-电气石脉与黄褐色黄铁矿化蚀变岩界线清楚;I.石英脉+蚀变岩型金矿石,稀疏浸染状构造;J.赋矿围岩凝灰质砂岩的糜棱岩化,单偏光(-);K.凝灰质砂岩中旋转碎斑指示左行剪切;L.剪切带内凝灰质砂岩的强劈理化;Q.石英;Tur.电气石;Py.黄铁矿;Apy.毒砂

Fig.3 The characteristics of ore body,ore and shear zone in the Nanmingshui gold deposit

图4 南明水金矿床中典型矿石结构及矿物共生组合 A.包体金,自然金呈他形粒状赋存于毒砂之中,反光镜(-);B.粒间金,自然金呈他形粒状赋存于毒砂颗粒之间,反光镜(-);C.裂隙金,自然金呈他形粒状赋存于赤铁矿假象黄铁矿裂隙之中,反光镜(-);D.晶粒结构、共结边结构,自形黄铁矿与菱形毒砂接触面平直,反光镜(-);E.交代残余结构,赤铁矿交代黄铁矿呈岛屿状,反光镜(-);F.双晶结构,毒砂颗粒在生长过程中形成贯穿双晶,反光镜(+);G.花岗状压碎结构,自形毒砂受外界压力后,破碎成大小近于相等的碎块,反光镜(-);H.白云母呈长条状或叶片状分布于石英颗粒之间,偏光镜(+);I.纤维状绢云母、石英分布于黄铁矿两侧,形成压力影构造,偏光镜(+);J.针柱状电气石与石英共生,偏光镜(-);Au.自然金;Apy.毒砂;Py.黄铁矿;Hem.赤铁矿;Q.石英;Tur.电气石;Ser.绢云母;Mu.白云母;(+).正交偏光;(-).单偏光

Fig.4 Typical ore texture and mineral associations in the Nanmingshui gold deposit

图5 南明水金矿床流体包裹体显微照片 A.CO2-H2O三相包裹体;B.CO2-H2O包裹体,室温下呈两相;C.CO2-H2O三相包裹体和纯CO2包裹体共存;D.CO2-H2O三相包裹体和气液水两相包裹体共存;E.CO2-H2O包裹体和含CH4单相包裹体共存;F.负晶形CO2-H2O包裹体呈两相定向排列;G.CO2-H2O包裹体,室温下呈两相或三相;H.CO2-H2O包裹体,室温下呈 L H 2 O+ L C O 2两相;I.气液水两相包裹体;J.气液水两相包裹体,不规则状;K.气液水两相包裹体,具负晶形;L.气液水两相包裹体;A—C.早阶段石英;D—I.中阶段石英;J—L.晚阶段石英; L H 2 O.液相水; V H 2 O.气相水; L C O 2.液相CO2; V C O 2.气相CO2; V C H 4 ± N 2.气相甲烷±氮气

Fig.5 Microphotographs of fluid inclusions of the Nanmingshui gold deposit

表1 南明水金矿床流体包裹体显微测温结果

Table 1 Microthermometric data of fluid inclusions from the Nanmingshui gold deposit

成矿阶段	包裹体类型	$t m, C O 2$ /℃ 范围/测定数/均值	t_m,cla/℃ 范围/测定数/均值	$t h, C O 2$ /℃ 范围/测定数/均值	t_m,ice/℃ 范围/测定数/均值	t_h/℃ 范围/测定数/均值
早阶段	CO₂-H₂O	-58.2~-57.4/10/-57.8	8.9~ 9.8/14/9.5	18.8~26.8/16/23.2		257~339/17/298
	V-L				-3.7~-1.4/26/-2.5	196~333/36/268
中阶段	CO₂-H₂O	-62.2~-56.0/36/-58.3	7.5~9.8/43/9.0	15.4~28.8/46/21.9		215~361/46/280
	纯CO₂	-61.5~-57.2/7/-59.0		12.3~19.0/7/16.1
晚阶段	V-L				-1.9~-0.8/10/-1.2	174~252/20/212

表1 南明水金矿床流体包裹体显微测温结果

Table 1 Microthermometric data of fluid inclusions from the Nanmingshui gold deposit

成矿阶段	包裹体类型	$t m, C O 2$ /℃ 范围/测定数/均值	t_m,cla/℃ 范围/测定数/均值	$t h, C O 2$ /℃ 范围/测定数/均值	t_m,ice/℃ 范围/测定数/均值	t_h/℃ 范围/测定数/均值
早阶段	CO₂-H₂O	-58.2~-57.4/10/-57.8	8.9~ 9.8/14/9.5	18.8~26.8/16/23.2		257~339/17/298
	V-L				-3.7~-1.4/26/-2.5	196~333/36/268
中阶段	CO₂-H₂O	-62.2~-56.0/36/-58.3	7.5~9.8/43/9.0	15.4~28.8/46/21.9		215~361/46/280
	纯CO₂	-61.5~-57.2/7/-59.0		12.3~19.0/7/16.1
晚阶段	V-L				-1.9~-0.8/10/-1.2	174~252/20/212

图6 南明水金矿床流体包裹体均一温度和盐度频数直方图

Fig.6 Histograms of homogenization temperatures and salinities of fluid inclusions from the Nanmingshui gold deposit

图7 南明水金矿床流体包裹体激光拉曼光谱 (a)成矿早阶段CO2-H2O包裹体成分主要为H2O和CO2;(b)成矿中阶段水溶液包裹体气相成分含CO2;(c)—(d)成矿中阶段CO2-H2O包裹体的气相成分普遍含少量的CH4;(e)成矿中阶段纯CO2包裹体气相含少量的CH4;(f)成矿晚阶段水溶液包裹体成分主要为H2O

Fig.7 Laser Raman spectra of fluid inclusions from the Nanmingshui gold deposit

表2 南明水金矿床热液矿物氢、氧同位素组成

Table 2 Hydrogen and oxygen isotopic compositions of hydrothermal minerals from the Nanmingshui gold deposit

样品号	矿物	δ¹⁸O_V-SMOW/‰	δD_V-SMOW/‰	δ¹⁸ $O H 2 O$ /‰	t_h/℃	数据来源
NMS4-29	石英	14.1	-95.0	5.99	269	本文
NMS4-30	石英	19.0	-92.0	10.89	269
NMS7-06	石英	14.8	-82.0	5.98	253
NMS7-07	石英	19.7	-99.0	10.88	253
SQD-84	石英	13.3	-99.0	3.9	256	徐斌等^[29],2010
6N-53	石英	13.9	-62.9	5.2	255	高怀忠等^[30],2000

表2 南明水金矿床热液矿物氢、氧同位素组成

Table 2 Hydrogen and oxygen isotopic compositions of hydrothermal minerals from the Nanmingshui gold deposit

样品号	矿物	δ¹⁸O_V-SMOW/‰	δD_V-SMOW/‰	δ¹⁸ $O H 2 O$ /‰	t_h/℃	数据来源
NMS4-29	石英	14.1	-95.0	5.99	269	本文
NMS4-30	石英	19.0	-92.0	10.89	269
NMS7-06	石英	14.8	-82.0	5.98	253
NMS7-07	石英	19.7	-99.0	10.88	253
SQD-84	石英	13.3	-99.0	3.9	256	徐斌等^[29],2010
6N-53	石英	13.9	-62.9	5.2	255	高怀忠等^[30],2000

图8 南明水金矿床成矿流体δ18O-δD关系图(底图据Sheppard[32],1986)

Fig.8 Plots of δ18O-δD for the ore-forming fluids in the Nanmingshui gold deposit (modified after Sheppard[32], 1986)

参考文献 57

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新疆东准噶尔南明水金矿床成矿流体特征: 流体包裹体及氢氧同位素证据

Characteristics of Ore-forming Fluids of the Nanmingshui Gold Deposit in the East Junggar, Xinjiang: Evidences from Fluid Inclusions and H-O Isotopes

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