白云鄂博矿床的流体包裹体研究
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发布时间：2022-04-26 17:12
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时间：2023-10-16 10:42
流体包裹体研究一直与成矿作用的探讨紧密相连，是人们确定和推算成矿流体的性质和来源的可能途径之一。白云鄂博Nb-Fe-REE矿床的流体包裹体研究也一直受到众多学者的关注。
倪培等（2003）指出，白云鄂博的碳酸岩墙中包裹体类型有多子晶包裹体、两相水溶液包裹体、含三相包裹体和含子晶三相包裹体，岩相学和显微测温结果表明，这些包裹体与国外典型的碳酸岩中的包裹体具有很大程度的一致性，多子晶包裹体测试结果表明，其形成温度大体介于680～740℃之间。代表了碳酸岩中保存的较为典型的熔体-流体包裹体类型，反映了其岩浆成因特点。
范宏瑞等（Fan et al.，2004）研究了白云鄂博赋矿白云岩与海西花岗岩接触带矽卡岩中的流体包裹体，发现了富CH4的流体包裹体，并得出结论认为，形成矽卡岩的流体没有参与白云鄂博成矿的任一阶段。
Fan Hongrui等（2006）流体包裹体研究认为，白云鄂博REE-Nb-Fe矿化的流体主要是H2O-CO2-NaCl-（F-REE）体系，卤水包裹体与富CO2包裹体共存，具相似的均一温度，表明REE矿化中曾发生不混溶。原始H2O-CO2-NaCl流体的不混溶可能源于碳酸岩浆。稀土碳酸盐作为丰富的固相存在，表明原始成矿流体中的REE十分丰富。
Qin Chaojian等（2007）研究了白云鄂博赋矿白云岩和碳酸岩墙的流体包裹体，得出以下结论：①在都拉哈拉和尖山碳酸盐墙中发现熔体和熔体-流体包裹体，结合岩石的细粒结构及流体包裹体的富CO2、高均一温度等特征，提供了一个岩墙（脉）岩浆成因的直接证据。②宽沟背斜轴部和白云镇东的碳酸岩墙/脉，主要为粗粒结构，没有发现熔体包裹体，低CO2、低均一温度，高盐度，它们被鉴定为富碳酸盐热液形成。③矿体上、下盘的层状、透镜状赋矿白云岩，单相、纯液相包裹体及相当低的均一温度表明它们为沉积形成。④赋矿白云岩具有明显的层理和微层理构造，未发现熔体包裹体，而单相纯液相和含CO2多相包裹体共存，以及向着矿体方向流体包裹体的均一温度显示增加的趋势，这些特征表明沉积成因的白云岩叠加了流体交代。
笔者等共采集了以赋矿白云岩和含白云石、萤石、磷灰石、钠长石等的矿石为主的包裹体样品60多个，制成包裹体光薄片，然后在Olympus BH-2显微镜上观察包裹体的类型、发育状况等。结果发现可用于测试的流体包裹体样品不足一半，对24片包裹体薄片进行了显微测温，得到500多个温度数据。显微照相约100张。用激光拉曼光谱仪测定了19个单个包裹体的气液相成分。
值得一提的是本次研究有一片薄片中有细粒石英，其中发育有大量的流体包裹体，并出现CO2-CH4包裹体。样品系1997年10月25日采自主矿采坑中部的大理岩-玉髓-板岩互层中的玉髓层中。鉴于石英不可能在岩浆碳酸岩中出现，为免谬误，对主矿物进行了激光拉曼探针分析，确定为石英，而且其中的包裹体特征与其他矿物的特征相似，表明确实是与其他热液矿物同时形成的。事实上，玉髓层正是热水沉积成因的典型矿物。
一、流体包裹体样品及研究方法
（一）样品基本情况
表13-1列出了13个包裹体样品的产状、岩性及流体包裹体赋存矿物。样品分布范围较广，从白云鄂博最西端阿布达日附近的探槽、主矿坑到东矿矿坑，直到东矿之东，主要为白云岩和白云石矿石中的白云石、磷灰石和方解石，还有部分为萤石、菱镁矿。流体包裹体的发育状况也十分不一致，总体上，矿物颗粒细，流体包裹体发育较少且小，分布不均。
表13-1 白云鄂博矿床流体包裹体样品概况
（二）研究方法
将用于研究的样品制成包裹体光薄片，然后在Olympus BH-2显微镜上观察、鉴定不同矿物在不同阶段形成的包裹体，划分出包裹体的类型，圈出适合测温的包裹体。再将符合测温的包裹体片用酒精浸泡并清洗干净。测温主要工作在中国地质科学院矿产资源研究所包裹体实验研究中心完成。冷热台为Linkam 600型，可测温度范围为-180～600℃，冷冻数据和加热数据精度分别为±0.1℃和±2℃。冷冻测温时，利用液氮对包裹体降温，在温度下降过程中观察包裹体的变化，包裹体冷冻后，缓慢升温，观察三相点、冰点、水合物等，当温度接近相变点时，控制升温速度，使之小于1℃/min。根据所测的冰点温度查冰点与盐度的换算表（刘斌等，1999），得到流体包裹体的盐度值。进行均一温度测定主要分两种情况：气液两相包裹体，升温速度在10℃/min，在升温过程中观察气液两相的变化，当一相（通常是气相）接近消失时，将升温速度控制到1℃/min，以便准确记录均一温度；含CO2的多相包裹体，在降温、升温过程中观察气、液、固三相的变化，先测部分均一温度，控制升温速度，准确记录它们的消失温度，然后再测完全均一温度。对不同类型的单个包裹体激光拉曼光谱测定是在中国地质科学院矿产资源研究所包裹体实验室进行的。实验条件：Renishaw-2000型显微共焦激光拉曼光谱仪，光源为Spectra-Physics氩离子激光器，波长514nm，激光功率20mW。
二、流体包裹体的基本特征
（一）流体包裹体的分类
此次被测试的流体包裹体来自方解石、白云石、菱镁矿、磷灰石、钠长石、萤石和稀土矿物等（表13-2）。
赋矿白云岩（白云岩）中绝大多数为大颗粒方解石，少量磷灰石呈圆形、菱形或不规则小颗粒存在于方解石之间，磷灰石的边界较圆滑，其中的流体包裹体相对较大，直径4～15μm，有些大小可达12μm×15μm。方解石中包裹体较少，能够观察到的包裹体个体也较小，包裹体类型比较简单，为气液两相包裹体。从包裹体形态判断，它们为原生包裹体。包裹体以原生为主，也有次生和假次生包裹体，本研究中主要选择原生包裹体，由于包裹体小而少、碳酸盐的重影，给此类包裹体的观察和显微测温工作造成困难。菱镁矿中的流体包裹体与方解石类似，与主矿物共生的磷灰石中也发育包裹体，它们普遍含有CO2包裹体。萤石中的流体包裹体一般为长方形，气相比较小，个体5～10μm×12～20μm。
按照流体包裹体在室温下的气相百分数及相态特征，可以分为3类：①富液两相气液包裹体，由气、液两相组成，气相分数在10%～45%之间，包裹体直径3～15μm；②富气两相气液包裹体，由气、液两相组成，气相分数在50%～75%之间，包裹体直径5～20μm；③含CO2包裹体。另外，有个别的CO2包裹体中含有CH4，在此没有将它们单独分类。大多数样品中含有CO2包裹体和盐水包裹体。
（二）气液相流体包裹体的均一温度及盐度
对富液两相气液包裹体和富气两相气液包裹体进行了显微测温，结果如表13-2。从表中可以看出，白云鄂博东矿样品中的白云石、萤石和稀土矿物的流体包裹体的均一温度较低，范围较窄，平均值集中在126～171℃之间；冰点的变化不大，-0.5～-6.7℃，w（NaCleq）4.24%～10.11%。均一温度测试值显示褐铁矿的均一温度最低，范围最小，盐度也低，其次为萤石，白云石的均一温度范围也较小，为120～249℃，而盐度w（NaCleq）变化范围为0.88%～10.86%，主矿北西“碳酸岩墙”（实际系层状白云岩在断裂带中的马石）中方解石的流体包裹体情况与它们相似，均一温度、盐度均较低。主矿矿坑矿石中的钠长石的均一温度较高，平均值295℃，盐度较高，w（NaCleq）14.46%～20.82%，平均达到17.64%。矿区西端探槽中及矿坑外赋矿白云岩中的方解石、磷灰石的流体包裹体均一温度和盐度反而较高，均一温度240～280℃，盐度5.5%～12.2%，不同于QinChaojian等（2007）的结果。
表13-2 流体包裹体显微测温结果
流体包裹体均一温度和盐度的关系并非成简单的正相关关系，但从方解石、菱镁矿和磷灰石的均一温度变化范围较大，盐度w（NaCleq）2.8%～18.63%，变化范围大；钠长石的均一温度较高，盐度也高来看，均一温度与盐度还是有关的。
盐度以菱镁矿、钠长石中流体包裹体最高，方解石、萤石中较高，磷灰石中的流体包裹体盐度最低。
（三）CO2包裹体的测试结果
磷灰石、菱镁矿和褐铁矿中CO2的包裹体的初熔温度变化不大（表13-3），-56.7～-60.8℃，CO2笼合物的熔化温度5.4～9.5℃，盐度ω（NaCleq）1.03%～8.45%。纯CO2气-液均一为液相，密度变化范围为0.464～0.871g·cm-3，均一温度240～310℃。而在主矿坑中的大理岩-玉髓-板岩互层中的玉髓层内的细粒石英中也有大量的CO2包裹体，它们的初熔温度显示其中不仅有CO2，还可能有CH4。
表13-3 CO2包裹体的显微测试结果
注：包裹体的tm温度代表CO2水合物的消失温度，其盐度根据Collins PLF,1979计算.＊:CO2包裹体与绿色子晶伴随，子晶成分显示为羟硅硼钙石。
三、流体包裹体的激光拉曼探针成分
由于显微激光拉曼光谱是一种非破坏性测定物质分子成分的微观分析技术，以及近年来激光光源和信号处理技术的进步，使得显微激光拉曼光谱应用于流体包裹体研究变得更加广泛。本次用激光拉曼光谱仪测定了19个单个包裹体的气、液相成分。这里选择几个有代表性的流体包裹体显微照片（图13-1（a）～（f）和气、液相图谱（图13-2～图13-7）。一些流体包裹体由于不具有代表性或由于密度小、距表面远等原因，反应的气、液相成分信息被主矿物的强大信息掩盖了，在此就不列出了。
图13-1 流体包裹体显微照片
（a）白云鄂博最西端探槽03082406号样品磷灰石中包裹体；（b）白云鄂博最西端探槽03082407样品磷灰石中含CO2流体包裹体；（c）主矿坑03083118号样品，矿石菱镁矿中流体包裹体；（d）主矿坑中03083118样品，含硫化物粗晶白云岩中流体包裹体；（e）04082913样品：方解石中富液两相气液包裹体；（f）zl02516样品：主矿坑中部大理岩-玉髓-板岩互层中玉髓内石英中含CO2（1382cm-1、1120cm-1）、CH4（2915cm-1峰）流体包裹体
图13-1（a）和图13-2的0308246号样品流体包裹体来自白云鄂博最西端的白云岩中，寄主矿物为与白云石共生的磷灰石，液相成分以H2O和CO2（很强的1388cm-1峰和1285cm-1峰）为主，气相成分以CO2为主，含少量水。图13-1（b）和图13-3的0308247号样品距离0308246号样品只有几米，也是白云岩中的磷灰石流体包裹体，气、液相成分显示出强烈的1388cm-1峰和1285cm-1峰，表明含有CO2，基本不含水。
图13-2 白云鄂博最西端探槽0308246号样品中磷灰石内流体包裹体的激光拉曼图谱
（a）包裹体液相成分；（b）包裹体的气相成分（图13.3～7同）
图13-3 白云鄂博最西端探槽0308247样品中磷灰石内含CO2流体包裹体的激光拉曼图谱
图13-4 主矿坑03083118号矿石样品中菱镁矿内流体包裹体，液相中主要含水，气相中主要含CO2
图13-5 主矿坑03083118样品，含硫化物粗晶白云岩中流体包裹体，液相以水为主，气相含水和少量CO2
来自主矿坑矿石菱镁矿中的流体包裹体，液相中主要含水，气相中主要含CO2（图13-1（c）和图13-4，强烈的1388cm-1峰和1285峰cm-1未被主矿物峰掩盖）。
图13-1（d）和图13.5为主矿坑的含硫化物粗晶白云岩中的流体包裹体，拉曼光谱显示液相以水为主，气相成分显示较小的水峰，强烈的1388cm-1峰和1285cm-1峰，表明含有水和一些CO2。
图13-1（e）,03082420号样品：白云岩中磷灰石含CO2包裹体，可见LCO2和VCO2。磷灰石呈近圆形或菱形小颗粒分布与大颗粒方解石之间，方解石中的包裹体个体小，盐度及均一温度与磷灰石包裹体相似。由于激光拉曼光谱显示的主矿物峰较强，掩盖了气液相的成分峰，但在测温过程中能够确定包裹体为CO2包裹体（见表13-3）。
图13-1（f）和图13-6的流体包裹体来自白云鄂博主矿矿坑玉髓层中的石英，液相成分主要为水和CO2，气相成分显示出CO2（1382cm-1、1120cm-1）峰和CH4峰（2915cm-1峰），水峰很弱。
图13-6 z102516样品
主矿坑中部大理岩-玉髓-板岩互层中玉髓内石英中含CO2（1382cm-1、1120cm-1），CH4（2915cm-1峰）流体包裹体，液相中主要为水；主矿物为石英
四、讨论
本次流体包裹体的研究就是想对白云岩的成因进行了解，尽管满足测试的样品数量不足，覆盖面不够，但也能够从一个侧面提供白云鄂博白云岩成岩的可能途径。
与倪培等（2003）、Qin Chaojian等（2007）的主要测定对象为矿区碳酸盐脉（墙）不同，笔者等的主要测定对象是赋矿白云岩，唯一的一个“岩墙”样品是赋矿白云岩下盘断裂带中的马石，事实上应当与赋矿白云岩相同，包裹体实测结果也证实了这一点。
笔者们测定结果表明，白云石的流体包裹体的均一温度、盐度均较低、范围较窄，但均一温度明显高于Qin Chaojian等（2007）的80℃，但仍难以完全否定白云岩是海底沉积形成的结论，较高的温度可由成岩作用获得。然而，白云岩中磷灰石的流体包裹体均一温度240～280℃，盐度5.5%～12.2%；方解石、菱镁矿的均一温度变化范围较大，盐度w（NaCleq）2.8%～18.63%，变化范围大；萤石和稀土矿物的流体包裹体的均一温度较低，范围较窄，平均值集中在126～171℃之间；盐度w（NaCleq）4.24%～10.11%；钠长石的均一温度和盐度均较高。
另一点，笔者等的测试结果表明，在矿坑之外的样品的均一温度并不比现在两铁矿体采坑内的样品的均一温度低，即不支持Qin Chaojian等（2007）的“向着矿体方向流体包裹体的均一温度显示增加的趋势”的结论。其原因尚不能确认，也许统计样品尚不够多，究竟是何规律还难以确认。
从激光拉曼光谱成分分析可知，包裹体的主要成分均为CO2和H2O。唯独在石英中见到了明显的CH4（2915cm-1峰）。从上节可知，尽管石英中包裹体的均一温度稍高，但其盐度与其他矿物相当，与磷灰石、菱镁矿和褐铁矿中。所以，在成矿流体中曾经出现CH4。这些CH4的发现也许可以解开白云鄂博矿区的一个谜：在白云鄂博矿区氧化态的赤铁矿、重晶石在下，而磁铁矿、硫化物在上，这种氧化还原状态的反置可能正是由于CH4的带入，使早期的氧化态变成了晚期的还原态。然而，假象、半假象赤铁矿的存在却又说明，环境还可以从还原态再演变为氧化态。
五、结论和推论
（1）对富液两相气液包裹体和富气两相气液包裹体进行了显微测温，白云鄂博东矿样品中的白云石、萤石和稀土矿物的均一温度平均值集中在126～171℃；w（NaCleq）4.24%～10.11%。主矿矿坑矿石中的钠长石的均一温度平均值295℃，盐度w（NaCleq）14.46%～20.82%。矿区西端探槽中及矿坑外赋矿白云岩中的方解石、磷灰石的流体包裹体均一温度和盐度反而较高，均一温度240～280℃，盐度5.5%～12.2%。推论它们都是热水作用的产物。
（2）主矿北西“碳酸岩墙”（实际系层状白云岩在断裂带中的马石）中方解石的流体包裹体情况与层状白云岩相似，均一温度、盐度均较低，不同于具有霓长岩化的碳酸盐脉。表明本书关于马石的认识很可能是正确的。
（3）流体包裹体的盐度以菱镁矿、钠长石中的最高，方解石、萤石中的次之，磷灰石中的最低。
