矿床矿物流体包裹体研究

一、流体包裹体相

对牦牛坪稀土矿床碱性基性伟晶岩矿石中的氟碳铈矿、石英和萤石以及碳酸岩矿石中的方解石矿物共制备了四十余片包裹体片，在显微镜下对这些晶体的流体包裹体进行了详细的观测研究。氟碳铈矿和石英中一般都圈闭着大量的流体包裹体；萤石中所观测到的流体包裹体的数量相对较少，其原因是该矿区产出的萤石均已明显碎裂，其中的流体包裹体多已被破坏；方解石中流体包裹体数量极少，偶尔观测到的少数包裹体，其直径均在5μm以下，这是因为方解石是在岩浆阶段直接从熔浆中晶出的。遗憾的是由于矿区内的重晶石系列矿物均已风化成白色粉末状，未能获得完好的晶体。

根据流体包裹体相的特征及其显微测温结果，可以识别出四种类型的流体包裹体，其主要特征列于表7-1。在室温条件下，第一种类型包裹体包含一个含水液相和一个不混溶的气泡，气泡通常有两相组成：CO2液相和CO2气相，或为CO2气相和另一种物质的气相。包裹体大小在5～60μm之间，气泡所占包裹体的体积不等，其比例在10%～60%之间变化。这种类型的包裹体广泛见于氟碳铈矿、石英和萤石中，它们常呈椭圆形成群出现或单个存在(原生包裹体)，或呈圆柱状密集地沿氟碳铈矿晶体内的{1010}解理或层状构造分布(假次生包裹体)。

第二种类型的流体包裹体是由一个含水相、一个二相气泡(CO2液相和CO2气相或CO2气相和另一种物质的气相)以及固相组成。注意到如下一些事实：①在一个流体包裹体中存在两个以上的固相矿物；②固体/液体比例均大于40%；③固相矿物的形态和大小均有所差异；④包裹体中存在着与主矿物相同的固相矿物。这些事实说明了包裹体中的固相矿物是圈闭矿物而不是子矿物。这类包裹体一般呈椭圆形成群出现或单个分布于氟碳铈矿、石英和萤石中，具有相对比较大的体积。

第三种类型的流体包裹体由纯气相组成，在镜下呈黑色的表面光滑的晕状。本次研究选择了2个这类包裹体采用冷冻法进行测试，其气-液转化温度为-173.5℃和-158.5℃，推测可能是由CO2和其他组分组成的混合气体。这类包裹体一般与第一类包裹体共存，而且只见于氟碳铈矿中。

第四类包裹体为固相包裹体，这类包裹体在氟碳铈矿、石英和萤石中都能观测到，其成分既有与主矿物相同者，也有与主矿物不同者。

表7-1四川冕宁牦牛坪稀土矿床氟碳铈矿和石英矿物流体包裹体显微观察测温资料

注：L.液相；V.气相；S.固相；Tm.包裹体的熔融温度；Te.共结温度；TmC.溶液冰点温度；M.平均温度；Th→L.均一为液相的温度；Th→V.均一为气相的温度；Td.爆裂温度；括号内的数字表示包裹体的观测个数。

二、显微测温

矿物流体包裹体的显微测温分析利用的是加拿大McGill大学的气流冷热台，该仪器由美国地质调查所制造。冷热台采用人工合成的矿物流体包裹体进行校正，在-56.6℃标准参考温度下(CO2的三相点)其精度为±0.2℃，在0℃条件下(冰的熔点)为±0.1℃；在374.1℃条件下(水的临界点)为±0.2℃；在573℃条件下(A石英和B石英的转化点)为±9℃。冷热台加热速度在相转化点的温度附近为1.0℃/min。

氟碳铈矿中第一种类型的流体包裹体经冷冻后，部分包裹体局部熔融温度在-148.5～-132.0℃之间，表明系统中存在N2组分；局部熔融温度在-57.6～-56.0℃之间，说明系统中存在CO2组分。这类包裹体的共结温度区间为-28～-23℃，其平均温度为-25.1℃(图7-10)，说明成矿流体为H2O-NaCl-KCl系统；所测定的溶液冰点温度在1.2～4.4℃之间，其平均值为7.8℃(图7-10)，根据包裹体溶液冰点温度(θ)计算盐度(S)的公式(Bodnar，1992；刘斌等，1999)：

S=0.00+1.78θ-0.0442θ2+0.000557θ3(7-1)

图7-10牦牛坪稀土矿床氟碳铈矿流体包裹体低温相变冷冻法测温数据统计

a—冰点温度直方图；b—冰晶初始融化温度(共结温度)直方图；M—平均温度；S—标准差

获得成矿系统的盐度w(NaCl)为11.46%。大多数包裹体在温度为192～372℃之间均一为液相，其余的包裹体(约32%)的均一温度在224～423.0℃(由于晶体内部极发育的层状结构，当氟碳铈矿晶片加热至423℃后即沿着解理发生破裂，因而难以测定其均一温度的上限)之间均一为气相，而且，大多数均一温度小于300℃的流体包裹体，其爆裂温度区间为379～423℃；其均一温度的平均值为297.5℃(图7-11)。

对于石英中的第一类和第二类流体包裹体而言，其中一部分具有-89.6～-73.4℃的局部熔融温度区间，说明系统中存在CH4组分；部分观测到的-58.0～-56.4℃的局部熔融温度区间指示系统中存在CO2组分；流体包裹体的共结温度区间为-27.5～-19.8℃，少数低于-30℃，其平均值为-24.3℃(图7-9)，表明含矿热液主要为H2O-NaCl-KCl系统，含少量CaCl2；石英包裹体溶液冰晶的冰点温度为10.4℃，根据式7-1，获得含矿热液的盐度w(NaCl)为14.36%。大多数石英包裹体在温度为122.4～216.9℃区间内均一为液相，少数包裹体在205.6～218.5℃区间内均一为气相；其均一温度的平均值为158.6℃(图7-12)。

三、流体包裹体液相和圈闭矿物成分分析

为了深入了解本矿床流体包裹体的成分，我们采用电子探针对包裹体中的液相和固相成分进行了详细的分析测定。

图7-11牦牛坪稀土矿床石英流体包裹体低温相变冷冻法测温数据统计

a—冰点温度直方图；b—冰晶初始融化温度(共结温度)直方图；M—平均温度；S—标准差

图7-12四川牦牛坪稀土矿床矿物流体包裹体均一温度观测值统计

a—氟碳铈矿流体包裹体均一温度直方图；b—石英流体包裹体均一温度直方图；M—平均温度；S—标准差

用于电子探针分析的样品，其制备过程首先是把矿物晶体置于液氮中约5min，使得晶体中的流体包裹体充分冷冻，然后迅速将其破碎成细小的颗粒并粘结在载玻片上即可。经这种方法处理的氟碳铈矿样品，颗粒表面上许多流体包裹体的孔穴中都比较完好地保持着其液相和固相物质(图版2)。但是在石英和萤石颗粒的表面上，大多数流体包裹体的孔穴都是空的，只有少数孔穴中还保留着部分圈闭矿物(图版3、4、5)。因此我们补充采用把流体包裹体晶片置于冷热台上并将温度升至足以使其大部分流体包裹体爆裂的方式，然后再将晶片粘结在载玻片上，利用电子探针分析分布在包裹体周围的飞溅出的液态固结物(图版1)。表7-2列出了流体包裹体液相物质成分的分析结果，这些结果表明，K2O、Na2O、Cl-和SO2-4等是含矿热液中的主要成分。

表7-2四川牦牛坪稀土矿床氟碳铈矿流体包裹体液相成分

分析测试单位：加拿大McGill大学地球与行星科学系电子探针分析室。

各主矿物的流体包裹体中所测得的圈闭矿物成分列于表7-2中。氟碳铈矿晶体中的流体包裹体所圈闭的矿物成分包括赤铁矿和氟碳铈矿(图版7和20)、石膏(图版6)、含稀土硅酸盐矿物(图版15和17)、重晶石、萤石以及石英(图版17和20)等；在主矿物萤石晶体中的流体包裹体内圈闭着大量的萤石(图版10、12、13)以及天青石(图版12)；石英晶体中的流体包裹体内最常见到的圈闭矿物包括氧化铬(图版8和9)、石英(图版8)、方解石以及磷灰石、石膏(图版19)以及固相混合物(图版14)和稀土固相包裹体(图版15)等；方解石晶体中的流体包裹体内主要圈闭着重晶石、天青石(图版18)以及含稀土菱锶矿(图版11)。

四、流体包裹体气相成分分析

利用气相色谱仪进行流体包裹体的气相成分分析采用的是由Bray等(1991)描述的并由Mulja等(1995)改进的方法。本矿床流体包裹体气相成分分析结果列于表7-3中。在所有测试样品中，CO2是主要的气相物种，N2、CH4含量较低；含微量的C3H8和C4H10等组分。前已述及由于萤石中的流体包裹体多已被破坏，故所测得的气相含量甚微。

表7-3四川牦牛坪稀土矿床矿物流体包裹体气相色谱分析结果wB/%

分析测试单位：加拿大McGill大学地球与行星科学系气相色谱实验室。