为了了解成矿流体的性质与组成，我们详细研究了呷村矿床脉状-网脉状矿带和上部块状硫化物矿带中的石英和闪锌矿的流体包裹体，同时还研究了底部重晶石丘和上部硫化物-硫酸盐层重晶石中的流体包裹体。对200余片光薄片进行了岩相学研究，并从其中选出64片进行了显微测温（表5-5）。在此基础上，对流体包裹体进行了气-液相成分分析。

表5-5　呷村矿床不同矿带中各种类型流体包裹体的显微测温资料

续表

续表

LSO—下部脉状矿带；MSO—中部脉状-网脉状矿带；UMO—上部块状矿带；MB—丘状重晶石；括号中的数字为流体包裹体数目

1.流体包裹体的类型

由于矿床受自侏罗纪以来的变形和变质作用影响，呷村矿床的石英和闪锌矿中出现个体较小（＜3μm），一般只包括一个流体相的流体包裹体，它们呈线状排布，可以横切几个矿物颗粒边界的包裹体。按照Roedder（1984）的标准，这些包裹体应划归为次生包裹体。为了确定成矿流体的性质和状态，笔者对原生的流体包裹体进行了详细研究。原生的流体包裹体具有如下特征：沿石英和闪锌矿的生长带排列，并具有规则的形状，如圆形、柱状和多边形。有时也可见到原生包裹体的负晶形，它们通常较大（3～10μm），最大直径可达30μm，在矿物中主要呈分散和孤立的包裹体存在。根据流体包裹体在室温条件下的物相、共生特征和结构特征，可以将呷村矿床原生流体包裹体划分为3个主要类型。

类型Ⅰ——气-液两相包裹体。根据流体的成分，I类包裹体又可分为两个亚类：一类以H2O为主（图5-8A）；另一类以CO2为主，而缺乏H2O（图5-8B）。在不同的矿化带中，I类包裹体都最为发育。其中，以H2O为主的流体包裹体主要集中在层控的细脉-网脉带内，而以CO2为主的包裹体仅仅在块状硫化物带的上部发育。在外观上，前者的颜色一般较浅或几乎完全无色，后者总是或多或少地带有棕褐色，气相通常呈咖啡色。这两个亚类都呈典型的离散或孤立状，有时表现为负晶形。在层控带和块状硫化物层中，这些包裹体的大小为5～15μm，气/液相之比在10%～30%之间变化。然而，在UMO带的灰白色重晶石中，发现了具更大气/液比范围的Ⅰ类包裹体（10%～80%）。

类型Ⅱ——多相包裹体。无论在层控脉状-网脉状矿带还是上部块状硫化物带，Ⅱ类包裹体都是第二富集类型。根据包裹体的成分和子矿物特征，这类包裹体也可分为两个亚类：含液相CO2的包裹体（图5-8C）；含子矿物的包裹体。这两个亚类的包裹体在不同矿化带的发育不均衡。含液相CO2的包裹体主要在层控带石英-硫化物脉、石英-钡冰长石-硫化物脉中的石英和来自块状硫化带附近的似斑状重晶石中发育。Ⅱ类包裹体的液相CO2在气相中总是呈均匀分布的微粒状态。含子矿物的包裹体在层控带和块状硫化物带的石英、闪锌矿和重晶石中都有发育，其中石盐立方体是最常出现的子矿物（图5-8D）。此外，还发现了一种硫酸盐矿物（重晶石？）（图5-8E）。大多数子矿物为难溶矿物，甚至当温度超过350℃时也不能溶解。

类型Ⅲ——气相或液相的单相包裹体。这种类型的气相包裹体（图5-8F）主要集中在层控带，在石英和闪锌矿中呈孤立的包裹体存在；而液相包裹体主要出现在块状硫化物带的细粒重晶石和闪锌矿中。与其他类型的包裹体相比，Ⅲ类包裹体通常比较少见。

2.流体包裹体的温度与盐度

采用Chaixmeca冷-热台方法收集显微测温数据，测定温度范围为-180～600℃。为了保证测温的精度，采用CO2的三相点（-56.6℃）和纯水的冰点（0.0℃）进行校准。测温的精度为：冷台标定的重现温度为0.2℃，热台标定的重现温度为2℃。

（1）流体包裹体的均一温度：图5-9是3个矿化带中流体包裹体记录的均一温度（th）的范围图解。在下部脉状矿化带，石英中的流体包裹体在299℃和319℃之间发生均一化，平均温度为308℃；而闪锌矿中包裹体的th范围为185～260℃，平均温度为241℃。在中部脉状-网脉状矿带，33个流体包裹体样品的均一温度为150～350℃，平均为243℃（表5-5）。其中，石英中包裹体的th范围相对较宽，为150～350℃，平均为298℃；闪锌矿中包裹体的th范围较窄，为213～258℃，平均为224℃。在上部块状硫化物带，不同重晶石的包裹体的均

图5-8　呷村矿床3个矿带石英和闪锌矿中流体包裹体的显微照片

A—层控矿带石英中以H2O为主的气-液两相流体包裹体；B—块状矿带闪锌矿中以CO2为主的气-液两相流体包裹体；C—喷口附近重晶石丘内重晶石岩屑中富CO2三相流体包裹体；D—含石盐子晶两相流体包裹体；E—块状矿带闪锌矿中的含子矿物多相流体包裹体；F—块状重晶石带以CO2为主的气相包裹体一温度在th-频率图解中呈多峰值的特征（图5-9A）。重晶石碎片（来自近喷口处破碎的重晶石丘）中的流体包裹体记录了一异常高的th范围，为208.1～358.6℃，而上部灰白色块状重晶石和块状矿石的细粒重晶石中的包裹体给出了较低的th范围98～125℃。块状硫化物带石英和闪锌矿中流体包裹体的th分布表现为双峰的特征（图5-9A）。石英的两个峰值分别对应于250℃和150℃，闪锌矿的两个峰值分别为200℃和140℃。

（2）流体包裹体的盐度：盐度一般是根据固态冰的最终熔融温度和Bodnar（1993）的公式来计算的。对于含CO2笼状物的流体包裹体，盐度是采用Bozzo等（1973）的公式来计算。3个矿化带的流体包裹体的盐度范围均较大（4.2%～21.3%）（表5-5；图5-10）。下部脉状矿化带的石英中发育的流体包裹体盐度最高（17.1%～21.3%），灰白色块状重晶石岩和块状矿石中的重晶石盐度最低，平均值为4%，与正常海水（3.5%）接近。闪锌矿中包裹体的盐度为5.1%～14.5%，其中高盐度端员主要出现在块状硫化物带。

3.流体包裹体的成分

（1）成矿流体中的气相组分：为了定性地确定呷村流体系统的性质，在这3类流体包裹体都发育的块状硫化物带测定了流体包裹体的初始熔融温度。第Ⅱ类含液相CO2多相包裹体的初始熔融温度的范围为-59.1～-61.2℃，比纯CO2的三相点温度要低（-56.6℃）。这表明除CO2外，它们还含有其他气体，可能为H2S和CH4。CO2的均一温度在22.4～26.1℃之间变化，显然低于纯CO2的临界温度（31℃），这也暗示了一些H2S和CH4气体的存在。冰冻后升温的过程中，一些包裹体在-85.5℃时突然发生爆破熔融，这个温度与纯H2S的三相点温度一致（-85.6℃）。这些数据都暗示了富CO2的流体经常含有少量的H2S和CH4。大多气-液两相包裹体的初始熔融温度在-11.8～-29.8℃之间，平均约为-19.8℃（表5-5），与NaCl-H2O系统的共熔温度一致（-20.8℃）。有些包裹体的初始熔融温度范围为-16.4～-11.8℃和-26.4～-29.8℃，暗示了NaCl-H2O流体系统还含有其他的盐类，如钾、镁和钙等。

图5-9　呷村矿床流体包裹体均一温度（th）直方图

图5-10　呷村矿床流体包裹体盐度直方图

呷村矿床群体流体包裹体液相成分列于表5-6。由表可见，各阶段成矿流体液相以Na＋、K＋、Cl-为主。从第Ⅱ→第Ⅳ阶段，Na＋、K＋、Ca2＋含量增大，F-逐渐减小。其Na＋/Cl-比与日本黑矿（Pisutha-Arnond and Ohmoto,1983）和加拿大Eskay creek矿（平均0.8,Sher-lock et al.,1999）相似，而K＋/Na＋比高于日本黑矿（0.02～0.32）及洋中脊海底活动热水（平均0.08），这说明呷村矿床成矿流体较后者富含K＋。Mg2＋含量为0，这与现代海底活动热水相似（Von Damm,1991）。

表5-6　呷村矿床不同成矿阶段流体包裹体的液相成分（wB/10-5）

资料来源：叶庆同，1988；由原地质科学院矿床所程莱仙分析

利用激光拉曼探针对一些流体包裹体中的挥发性组分进行了分析（侯增谦等，未刊资料）。激光拉曼光谱分析的结果不仅验证了CO2气体的存在，而且还检测到一些其他的气体组分（H2S、CH4、N2、SO2等）。在多数流体包裹体中，水是含量最高的挥发性组分，摩尔百分含量为90.89%～96.62%。CO2是仅次于水的组分，占总气体的摩尔百分比的3.19%～9.11%。

（2）成矿流体的∑Na、∑K、∑Ca、∑Mg浓度：流体包裹体中的阳离子浓度实际上是包裹体内阳离子的相对浓度，因此，不同矿床的流体包裹体的阳离子浓度测定值的直接比较是毫无意义的。为了解本区各矿床成矿流体的阳离子实际含量，我们在慎重考虑流体包裹体的阳离子相对浓度的基础上，对其进行了定量估算。

对于呷村矿床，流体包裹体的Na＋浓度多高于K＋、Ca2＋、Mg2＋浓度。可以预测，如果成矿流体的阳离子主要为Na＋，阴离子主要为Cl-，那么其Na＋/Cl-比值应接近于1.0。表5-6表明，该矿床流体的Na＋/Cl比值变化于0.8～1.2之间，Cl->F-，暗示着成矿流体中的阳离子主要为Na＋，阴离子主要为Cl-。

因流体主要为NaCl流体，所以流体的离子强度（I）可经离子校正后，根据已知盐度估算：

现代与古代海底热水成矿作用——以若干火山成因块状硫化物矿床为例

∑Na的离子强度I可由下式算出

现代与古代海底热水成矿作用——以若干火山成因块状硫化物矿床为例

式中，k为平衡常数，参见Kharaka and Barnes（1973）,γ为组分活度系数，见表5-7。 近似等于CO2的γCO2。Na＋、Cl-的活度系数可由表5-7查出。利用这些值，估算出流体含盐度为0.5%～3.0%（表5-5）时的离子强度为：t=250℃，I=0.43～2.55mol/L（平均1.49mol/L）;t=300℃，I=0.85～2.1mol/L（平均1.23mol/L）;t=350℃，I=0.2～1.2mol/L（平均0.7mol/L）。在呷村矿床的成矿流体温度范围内，成矿流体的离子强度平均约为1.0mol/L。

表5-7　各液相组分的活度系数

数据转引自侯增谦等，1995;I为离子强度

根据离子强度和流体包裹体的∑Na/∑K、∑Na/∑Ca、∑Na/∑Mg摩尔比，可估算成矿流体的∑Na、∑K、∑Ca、∑Mg浓度。

呷村矿床成矿流体的∑K/∑Na摩尔比变化于0.27～0.015，取其均值，∑K/∑Na=0.143。根据成矿流体Na-K-Ca化学与成矿温度的函数关系： (Fournier and Truesdell,1973），假定该期成矿流体温度为250～320℃，估算得∑Ca/∑Na比为0.005～1.07。取网脉矿中石英流体包裹体的∑Na/∑Mg摩尔比来代表真正成矿流体的∑Na/∑Mg，在该成矿期流体盐度为0.5～3.5mol条件下，成矿流体的∑Na、∑K、ΣCa、∑Mg浓度见表5-8。

表5-8　几个典型含金属热流体及海水的阳离子浓度（ρB/10-6）

计算与测试结果表明，呷村矿床成矿流体为（Na＋-K+-Ca2＋）/Cl-型，流体成分既不同于嘎衣穷矿床成矿流体，又不同于日本黑矿流体，其以不含Mg而明显区别于正常海水（表5-8）。

（3）成矿流体的稀土元素浓度：别风雷等（2001）采用ICP-MS技术对呷村矿床流体包裹体中的REE进行了详细测定。表5-9列出了流体包裹体中真实REE浓度值。所有样品（La/Yb）N和Eu/Eu*均大于1。出现碳酸盐的4160-18样品REE含量显著较其他样品高。除4160-18外，其余样品轻稀土分馏程度明显强于重稀土（（La/Sm）N＞（Gd/Yb）N）。

表5-9　石英中流体包裹体稀土元素含量及组成特征（wB/10-6）

测试所用设备为FinniganMAT公司的ELEMENT型高分辨等离子质谱仪，由中科院贵阳地化所苏文超测定，具体参数设置详见苏文超等，1998

流体中稀土元素球粒陨石标准化配分模式（图5-11）显示LREE相对富集，具明显Eu值正异常。4160-18样品中REE的高含量，表明晚期含CO2流体中 、 浓度增高，可能使REE的络合富集增强（王中刚等，1989；王京彬等，1991；苏文超等，1998），致使REE含量增高，并且白云石沉淀时，可能Eu2＋替代Ca2＋进入白云石而使流体Eu2＋含量降低（Michael,1991；苏文超等，1998），也可能Eu3＋+/Eu2＋原有平衡被破坏（见后述讨论）致使Eu/Eu*低于其他样品。故碳酸盐的淀出，可能是引起4160-18与其他样品不同的原因。

图5-11　呷村矿床网脉状矿石英流体包裹体中REE配分型式

呷村矿床与现代快速扩张太平洋脊（EPR13°N,EPR21°N）（Michard et al.,1983、1986）、慢速扩张大西洋脊（Campbel et al.,1988）、弧后扩张中心劳厄盆地（Fouquet and Stackelberg,1993）及其他高温地热系统（Michard,1989）相比，既有共同特征，又有明显差异。其共有特征是，这些不同时代的热水流体均具有类似的REE配分图形（图5-11,5-12），均富LREE，具明显的Eu正异常；虽然产出于不同地质环境，但却具有较高温（＞250℃）、富Cl、低pH值＜5）、低氧逸度的共同特点（Michard et al.,1983,1984,1986,1989;Von Damm et al.,1985;Campbel et al.,1988;Michael,1991;Fouquet and Stackelberg,1993）。其差异主要体现在：①∑REE总量不同，岛弧裂谷环境的呷村矿床成矿流体较其他系统的热水流体∑REE明显偏低（图5-11,5-12），慢速扩张大西洋脊含量较快速扩张太平洋脊要低，而现代弧后Lau盆地热流体稀土含量比洋脊高（Fouquet and Stackelberg,1993）；②较高温酸性大陆地热系统的Eu/Eu＊高于大洋地热系统，具有薄陆壳基底的呷村地热系统则介于两者之间，并且较高温酸性大陆地热系统的LERR富集程度最高；③不同构造背景，初始热水流体的主水-岩反应带压力不同，呷村约为30MPa（侯增谦和吴世迎等，1996），劳厄海盆约为35～40MPa左右（Fouquet and Stackelberg,1993），太平洋中脊13°N为60～100MPa（Michard et al.,1984）,21°N为40～45MPa（Von Damm et al.,1985），而慢速扩张大西洋脊23°N主反应带比EPR21°N要深2～3km（Campbel et al.,1988;Michard et al.,1984;Von Damm et al.,1985）.

（4）呷村矿床成矿流体其他物理化学参数：侯增谦等（1995）详细估计了呷村矿床成矿流体的其他组分浓度和成矿物理化学条件，在此，列简表于下（表5-10）。

图5-12　现代中高温酸性（t＞230℃，pH＜6）地热系统热水REE稀土配分型式（据Michard,1989）

EPR—东太平洋洋中脊海隆；MAR—大西洋洋中脊；SS—美国Salton湖；Mofete—意大利Phegrean区

表5-10　呷村矿床成矿流体组分浓度及物理化学参数

温度、盐度、密度根据本文分析数据，其他数据引自侯增谦等，1995