程偉,沈昆,李敏,劉傳娥,徐珺,王英*,孫雨沁,蔡娜

(1.自然資源部金礦成礦過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東省地質(zhì)科學(xué)研究院,山東 濟(jì)南 250013;2.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)(山東省地礦工程勘察院),山東 濟(jì)南 250000)

0 引言

流體包裹體爆裂法作為一種找礦手段,于二十世紀(jì)七八十年代曾被原蘇聯(lián)和我國的地質(zhì)工作者廣泛用于找礦勘探實(shí)踐中,并取得了一定成效[1-7]。爆裂法可以簡單快速獲得大量(數(shù)以千計(jì))包裹體爆裂結(jié)果,具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,特別適用于以勘查為目的的大量樣品的分析,并可作熱暈(或蒸發(fā)暈)圖,對(duì)于示蹤成礦物質(zhì)來源、查明成礦流體的流動(dòng)方向、擴(kuò)大勘探遠(yuǎn)景區(qū)和尋找地下盲礦體均有一定意義。通過對(duì)爆裂溫度和圖譜的對(duì)比研究,還可以揭示成礦流體的活動(dòng)期次,熱液蝕變作用的溫度和強(qiáng)度,分析成礦作用強(qiáng)弱,擴(kuò)大礦化遠(yuǎn)景區(qū)并為成礦遠(yuǎn)景評(píng)價(jià)提供有用參數(shù)。

在一個(gè)地質(zhì)體、巖石樣品中的石英(作為爆裂法測溫的主要礦物)往往受到不同蝕變礦化期(階段)熱液作用的影響,捕獲了多期(多個(gè)世代)流體包裹體群體。在加熱過程中它們顯示出不同的爆裂特性,即具有不同的起爆溫度、不同形態(tài)的爆裂峰和相變峰。因此對(duì)于一些經(jīng)歷了多次地質(zhì)作用的樣品,需要在進(jìn)行爆裂測試前做詳細(xì)研究,分別取樣,進(jìn)行分選,以了解含有不同期次流體包裹體的石英的爆裂曲線特征的差異。以查明爆裂曲線與流體包裹體豐度、組成、大小、形態(tài)的相關(guān)性,從而為通過爆裂曲線形態(tài)特征來確定礦化與非礦化樣品提供依據(jù)[8-9]。

本文主要探討了石英中流體包裹體爆裂曲線的判讀要素及其對(duì)應(yīng)的地質(zhì)意義,為膠東金礦礦體及其圍巖中流體包裹體爆裂曲線特征的規(guī)律歸納提供了一個(gè)重要參考依據(jù)。

1 樣品和儀器

選擇膠東金礦集區(qū)中的焦家、玲瓏、乳山3個(gè)代表性金礦床,按照不同的巖性分別采集了樣品。制樣工作是在山東省地質(zhì)科學(xué)研究院巖石礦物研究所的巖土力學(xué)物性實(shí)驗(yàn)室完成。對(duì)所采樣品在鄂式破碎機(jī)中進(jìn)行破碎,之后先后用40目和80目篩網(wǎng)過篩,然后再進(jìn)行礦物分離,在雙目鏡下挑選粒徑約為0.20～0.40mm的石英作為爆裂測試樣品。測試工作是在山東省地質(zhì)科學(xué)研究院裝備的SDT-5型礦物包裹體爆裂測溫儀上進(jìn)行,測試前對(duì)儀器用中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所謝弈漢研究員提供的石英標(biāo)樣和已知熔點(diǎn)溫度的化學(xué)試劑(如分析純/化學(xué)純的NaCl or NaNO3等)進(jìn)行溫度標(biāo)定和校準(zhǔn),校準(zhǔn)結(jié)果表明在室溫至573 ℃的儀器工作范圍內(nèi),測量溫度精度可達(dá)±2 ℃。通過記錄儀將測試結(jié)果繪制成爆裂曲線圖[10-11]。

2 爆裂曲線判讀要素

由于所測試樣品中的石英具有不同的成因,可以具有多個(gè)世代,并受到后期地質(zhì)作用影響,因此其中的流體包裹體也具有不同的成因特征,并反映在爆裂曲線圖形上。為了了解流體包裹體爆裂曲線形態(tài)特征,現(xiàn)介紹其判讀要素。

圖1是以典型的爆裂曲線來獲取判讀要素的示意圖。圖中的ZK704-12為焦家金礦鉆孔樣品中鉀化花崗巖石英礦物中的流體包裹體爆裂曲線,LLD-83為玲瓏金礦樣品中含金石英脈石英礦物中的流體包裹體爆裂曲線,從中一般可以獲得A、B、C、D、E等要素點(diǎn)。

圖1中,A點(diǎn)為起爆溫度,開始有包裹體爆裂;B點(diǎn)代表樣品中主要包裹體群體最先爆裂的溫度;C點(diǎn)為爆裂峰最高點(diǎn),代表樣品中主要包裹體群體大量爆裂并由強(qiáng)轉(zhuǎn)弱的溫度,隨后爆裂頻次逐步減少;D′點(diǎn)代表流體包裹體爆裂開始減弱,D點(diǎn)為爆裂強(qiáng)度明顯轉(zhuǎn)弱處,此后爆裂頻次較低,曲線呈平穩(wěn)波狀;E點(diǎn)對(duì)應(yīng)于α-石英/β-石英相轉(zhuǎn)變溫度時(shí)的爆裂峰,簡稱相變峰。AB段曲線代表次要爆裂峰,而BCD段曲線代表主爆裂峰,通?；蚴蔷哂袑捑彽恼龖B(tài)分布,或?yàn)榫o密、不對(duì)稱分布;弧形越高越寬,反映該區(qū)段爆裂強(qiáng)度越大(爆裂頻次越多),持續(xù)時(shí)間越長,稱為爆裂峰區(qū)。

A—起爆溫度;B—集中爆裂溫度;C—爆裂最高點(diǎn);D′—爆裂開 始減弱;D—爆裂強(qiáng)度最弱;E—α/β相變峰圖1 典型的石英中流體包裹體爆裂曲線及其判讀要素圖

為了更清晰地描述爆裂曲線特征,把爆裂峰區(qū)劃分為6個(gè)等級(jí)(圖2):等級(jí)1—無峰區(qū)存在,爆裂曲線呈低平狀,近似為一條直線;等級(jí)2—微弱,爆裂峰略為凸起,呈波狀曲線,幅度很小;等級(jí)3—爆裂峰低,峰區(qū)中,CO≤BD/4;等級(jí)4—爆裂峰中等,峰區(qū)中,CO≤BD/2;等級(jí)5—爆裂峰高,峰區(qū)中,CO≤BD;等級(jí)6—爆裂峰很高,峰區(qū)中,CO≥BD。

圖2 爆裂曲線分級(jí)示意圖

顯然,爆裂峰區(qū)越高,反映爆裂頻次也越多。需要指出,在許多爆裂曲線中,D′點(diǎn)位置并不是固定的,而是游走于CD段弧形曲線中,有時(shí)靠近C點(diǎn),也就是說爆裂減弱點(diǎn)不一定位于圖中規(guī)定的D點(diǎn)。如圖2所示,D′才是真正的爆裂減弱點(diǎn)。按照爆裂峰區(qū)形態(tài)特點(diǎn),D點(diǎn)在圖中還是存在的,對(duì)于描述爆裂峰而言,我們?nèi)园袲點(diǎn)作為描述的依據(jù),即仍按BCD形態(tài)進(jìn)行描述;但是在統(tǒng)計(jì)和描述爆裂減弱點(diǎn)時(shí),則用D′點(diǎn)的數(shù)據(jù)列入統(tǒng)計(jì)表中。

在許多情況下,爆裂曲線BC段的爆裂強(qiáng)度明顯大于CD段,即爆裂強(qiáng)度是不對(duì)稱的。就BCD段而言,還可進(jìn)一步分為階梯狀升起峰形、包絡(luò)峰形、尖峰形和駝峰(馬鞍)形等。

在爆裂曲線圖的560～580℃區(qū)間,往往會(huì)出現(xiàn)一個(gè)爆裂高峰(尖峰),由于α-石英/β-石英的相變溫度是573℃,正好處于這一溫度范圍,故認(rèn)為這一爆裂高峰與α-石英/β-石英的相變有關(guān),簡稱為相變峰。這將在后文的相變峰產(chǎn)生的原因部分作詳細(xì)敘述。

另外,爆裂曲線圖中,除相變峰外,不只有一個(gè)爆裂峰,可以有兩個(gè)或兩個(gè)以上爆裂峰。它們分別代表不同世代的流體包裹體群體,要分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和描述。

3 地質(zhì)意義

上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)都具有一定的地質(zhì)意義,能夠反映有關(guān)的地質(zhì)內(nèi)容,從而可以利用這些數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的圖件,用于指導(dǎo)找礦勘查。

3.1 起爆溫度和爆裂峰對(duì)應(yīng)的地質(zhì)意義

流體包裹體的爆裂溫度主要取決于包裹體大小、形態(tài)、成分組成等多種因素。對(duì)于具有同樣成分的包裹體來說,體積最大和最不規(guī)則的包裹體所能承受的內(nèi)壓力最小,將首先爆裂,起爆溫度通常反映的是這類包裹體爆裂的溫度。小而較規(guī)則的包裹體將在更高的溫度下爆裂。從統(tǒng)計(jì)角度看,一個(gè)包裹體群體中最大和最小的包裹體都占少數(shù),而具有中間大小的包裹體占大多數(shù),它們大量爆裂的溫度就是爆裂曲線上記錄的爆裂峰(對(duì)稱或不對(duì)稱),反映了石英中最主要類型包裹體群體的爆裂溫度范圍。需要注意,其中有相當(dāng)數(shù)量很小的包裹體,即使達(dá)到爆裂峰區(qū)的溫度,其內(nèi)外壓差仍不足以突破石英的機(jī)械強(qiáng)度而爆裂[12-13]。

圖3 單峰型爆裂曲線示意圖

3.1.1 單峰峰型對(duì)應(yīng)的地質(zhì)意義

如果將相變峰排除在外,則可以將爆裂峰分為單峰型和多峰型(圖3、圖4)。簡單單峰型的爆裂曲線(不包括相變峰)顯示大致對(duì)稱的正態(tài)分布,曲線比較規(guī)整(圖3)。如玲瓏金礦的LD-85樣品(淺紅—灰白色中粗粒黑云母二長花崗巖)和乳山金礦的RK685-26樣品(中粗粒黑云母二長花崗巖)。而多數(shù)單峰型爆裂曲線往往具有不對(duì)稱的包絡(luò)峰形(如焦家金礦帶鉆孔ZK604-26的鉀化花崗巖樣品)或帶鋸齒狀峰形(如玲瓏金礦帶LD-155和乳山金礦帶RK685-18的中粗?；◢弾r樣品,以及RK685-28的黃鐵礦石英脈樣品)。

圖4 雙峰型和多峰型爆裂曲線圖

單峰型爆裂峰反映的是只有一次主要地質(zhì)流體活動(dòng)事件,在本次所測試的樣品中,絕大多數(shù)未蝕變花崗巖石英礦物中流體包裹體的爆裂曲線為單峰型。根據(jù)顯微鏡下觀察,這些花崗巖中的包裹體主要為含水溶液流體包裹體,它們絕大多數(shù)沿石英不同方向裂隙分布,我們將其歸屬于原巖石英中的早期次生流體包裹體。但有時(shí)也可見少量沿石英裂隙分布的富CO2流體包裹體和H2O-CO2流體包裹體,這時(shí)將對(duì)爆裂曲線峰形產(chǎn)生影響[14-17]。在大多數(shù)具有相同成因石英和單一世代包裹體的樣品中,多表現(xiàn)為簡單單峰型曲線,而帶鋸齒形的曲線則反映樣品中可能存在少量不同世代包裹體群體,其爆裂溫度區(qū)間與主要包裹體群體的爆裂峰區(qū)有所重疊。另外,由于包裹體捕獲以后發(fā)生“卡脖子”和拉伸等包裹體形變現(xiàn)象十分常見,由此也可以影響爆裂曲線的形態(tài),產(chǎn)生小峰。

3.1.2 雙峰型和多峰型的地質(zhì)含義

雙峰型爆裂曲線反映樣品含有不止一個(gè)世代的流體包裹體群體。受到后期地質(zhì)作用影響的花崗巖,如絹英巖(少數(shù)鉀化花崗巖)往往具有雙峰型曲線。同樣,石英脈也可以有雙峰型爆裂曲線。雙峰型爆裂曲線也有兩種情況(圖4)。

①具有明顯的兩個(gè)峰,相互并不干擾,它們分別代表樣品中兩種不同石英所含的包裹體(如乳山金礦深部鉆孔R(shí)ZK24-1-11號(hào)樣品)。另一種情況是只有一種石英,但是其中含有兩類包裹體群體,如H2O包裹體和H2O-CO2包裹體,或原生包裹體和次生包裹體,它們分別產(chǎn)生不同的爆裂峰。

②具有相互重疊部分的爆裂曲線,即高溫爆裂峰與低溫爆裂峰有相互重疊部分(如玲瓏金礦59勘查線鉆孔L36-1號(hào)樣品絹英巖化花崗巖),我們稱之為特殊的雙峰曲線。

多峰型爆裂曲線具有多個(gè)爆裂峰,表明樣品中含有不同成因的石英或(和)兩個(gè)以上世代的流體包裹體群體。經(jīng)受碎裂巖化和蝕變的花崗巖、絹英巖(如圖4中的焦家金礦礦坑JK-74和玲瓏金礦西山礦段LLD-29號(hào)樣品)和石英脈(如玲瓏金礦西山礦段LLD-52粗粒石英脈夾硫化物細(xì)脈,九曲礦段LLD-100號(hào)樣品)往往具有多峰型爆裂曲線。石英脈型金礦的爆裂曲線往往具有雙峰型和多峰型的特征,反映了形成石英的成礦流體經(jīng)歷了多期次復(fù)雜的沉淀過程。

3.2 相變峰的地質(zhì)意義

3.2.1 相變峰產(chǎn)生的原因

通過大量的爆裂溫度測試發(fā)現(xiàn),花崗巖(包括鉀化花崗巖)、偉晶巖、片麻巖以及斜長角閃巖中的石英脈(條帶)和不含礦(白)石英脈樣品在560～580℃區(qū)間會(huì)出現(xiàn)一個(gè)爆裂高峰(尖峰),由于在常壓下α-石英/β-石英的相變溫度約為573℃[18],正好處于這一溫度范圍,故認(rèn)為這一爆裂高峰與α-石英/β-石英的相變有關(guān),簡稱為相變峰(圖1E點(diǎn))。

以往雖然有人認(rèn)為相變峰主要是α-石英轉(zhuǎn)變?yōu)棣?石英時(shí)發(fā)生體積膨脹,引起晶體破裂的結(jié)果。然而僅僅相變只能引起礦物晶體結(jié)構(gòu)的重組,并不會(huì)使原有相破裂。如高溫下形成的花崗巖冷卻到常溫時(shí),其中的β-石英轉(zhuǎn)變?yōu)棣?石英時(shí)并未造成花崗巖結(jié)構(gòu)的改變,相反亦然。而且通過我們的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),不同樣品中的石英有的具有相變峰,有的沒有相變峰,相變峰的大小也不一樣。根據(jù)Burlinson和我們所做的實(shí)驗(yàn)表明,相變峰主要是由石英中剩余流體包裹體爆裂引起的。當(dāng)達(dá)到相變溫度時(shí),石英中不同部位的α/β相變不同步,即緊鄰個(gè)別包裹體的α-石英被包圍于連續(xù)的β-石英中,這種晶體結(jié)構(gòu)的不匹配,導(dǎo)致晶體的機(jī)械不穩(wěn)定性,會(huì)引起剩余流體包裹體大量爆裂,而沿石英裂隙分布的包裹體大量爆裂則會(huì)引起裂隙張開和主礦物石英機(jī)械強(qiáng)度降低而開裂,從而增強(qiáng)相變峰。

3.2.2 不同成因(世代)石英相變峰的形態(tài)

按成因,石英可以分為原(成)巖石英、脈石英和熱液石英。原巖石英有花崗巖石英(即花崗質(zhì)熔體分異結(jié)晶時(shí)生成的石英)、片麻巖和變粒巖石英(區(qū)域變質(zhì)作用形成的石英)等,脈石英有偉晶巖脈和石英大脈石英,熱液石英則是在原巖石英受到熱液改造而成或直接從熱液中結(jié)晶出來的,如絹英巖化時(shí)的新生石英、硫化物-石英脈石英和硅質(zhì)脈石英等。在本次研究所采集的樣品中,可區(qū)分出至少5個(gè)世代的石英,即花崗巖(和偉晶巖)中石英、絹英巖石英、硅化石英、黃鐵礦化石英和金-多金屬硫化物階段石英,花崗巖(和偉晶巖)中石英屬于原巖石英,其余的屬于熱液石英。

花崗巖石英為高溫石英,較透明,其中主要含早世代H2O包裹體(1～20μm),通常具有高而明顯的相變峰。但當(dāng)花崗巖石英在碎裂巖化、鉀化和絹英巖化過程中受到破碎、產(chǎn)生裂隙,其中原來的流體包裹體會(huì)受到改造,從而其相變峰會(huì)發(fā)生變化。

蝕變巖型金礦中在絹英巖化、硅化和黃鐵礦化階段形成的新生石英為中溫石英。在絹英巖化階段除形成大量H2O包裹體外,往往還有數(shù)量不等的H2O-CO2包裹體。然而中溫黃鐵礦-石英脈階段的新生石英多為混濁-半透明狀,且微裂隙發(fā)育,其中含有大量次顯微至微米級(jí)流體包裹體(1～5μm)。經(jīng)過對(duì)其爆裂曲線的分析發(fā)現(xiàn),它們具有微弱的爆裂峰和弱相變峰。金-硫化物階段的低溫硅化石英呈柔和半透明狀(乳濁狀),粒度較小且裂隙不發(fā)育,由于包裹體太小(即使在顯微鏡下也難以觀察到),其爆裂聲音難以被記錄,爆裂曲線不顯峰形,或近乎為一條水平線。需要注意的是,礦脈中的晚期晶洞石英十分透明,但僅含很少量流體包裹體;由淋濾形成的低溫石英(溶洞中的石英)幾乎無包裹體,它們的爆裂曲線也多呈近水平線,也是沒有相變峰的。石英脈(復(fù)脈)型金礦大多包含了不同世代的石英。最早世代的石英類似于無礦石英脈中的石英,具有相變峰,但其相變峰一般比花崗巖石英的低,爆裂峰向低溫方向偏移。不同的石英脈相變峰大小也是不一樣的,有的甚至很小,這與其中所含透明石英、混濁-半透明石英和乳濁石英的比例和包裹體類型、大小有關(guān),也與早期石英被晚期石英交代改造的程度有關(guān)。例如R785-13和R785-29均為含礦石英脈樣品,它們均含有數(shù)量眾多的H2O-CO2流體包裹體,因而在低溫區(qū)都有一明顯小爆裂峰;但是雙目鏡下觀察,前者主要含乳濁石英和少量透明石英,整個(gè)爆裂峰較低緩,幾乎無相變峰;而后者幾乎全部為透明石英,含有較多大小在5～15μm以上的流體包裹體,從而具有明顯的爆裂峰和相變峰(圖5)。

圖5 兩類含金石英脈的爆裂曲線對(duì)比圖

3.2.3 相變峰的分級(jí)及其地質(zhì)意義

按照相變峰的強(qiáng)弱可以分為6個(gè)等級(jí)。①特高(強(qiáng)),峰的高度很大,如焦家金礦帶鉆孔ZK603-2花崗巖樣品;②高(強(qiáng)),峰的高度較大,如焦家金礦帶鉆孔ZK704-5鉀化花崗巖樣品;③中等,如ZK704-6絹英巖化花崗巖樣品;④弱,峰的高度較低,如ZK704-9絹英巖化花崗巖+石英脈樣品;⑤微弱,如ZK704-33絹英巖化黃鐵礦化花崗巖樣品;⑥無相變峰,如ZK704-14硅化花崗巖樣品(圖6)。

顯然,相變峰越高,反映有更多的流體包裹體爆裂,這是本區(qū)花崗巖中高溫石英所具有的特征。在蝕變巖型金礦中,由于蝕變作用,原巖花崗巖受到不同程度的交代改造,形成了新生中溫石英,而這些石英通常呈現(xiàn)弱-無相變峰。因此,花崗巖被改造得越徹底,原巖石英就越少,相變峰也越低。以至于在強(qiáng)烈蝕變中心,無相變峰的存在。相變峰的逐步降低,反映了所測試樣品中殘留的花崗巖石英含量越來越少。因此相變峰的大小可以大致反映花崗巖被改造的程度。

圖6 相變峰分級(jí)示意圖

4 結(jié)論

本文使用流體包裹體爆裂法對(duì)膠東地區(qū)不同類型巖礦石中的石英開展研究,并對(duì)爆裂曲線進(jìn)行判讀,結(jié)論如下:

(1)流體包裹體爆裂峰為石英中最主要類型包裹體群體的爆裂溫度范圍,可分為單峰型和多峰型,分別代表了不同期次流體的沉淀過程。

(2)相變峰與α-石英/β-石英的相變有關(guān),其強(qiáng)弱代表了發(fā)生爆裂流體包裹體的數(shù)量。成巖期高溫石英中相變峰強(qiáng),熱液期中溫石英中弱-無相變峰,因此相變峰大致反映了花崗巖被改造的程度。