MD(2024):L. Lenoir—流体包裹体化学和同位素(O、H、Cl)组成揭示萤石-重晶石矿化的成因

文摘   2024-09-07 00:32   福建  

萤石(CaF₂)矿的成因

热液成因 这是萤石矿最常见的成因类型,通常伴随与中低温热液作用相关的矿床。热液溶液从地壳深部上升,溶解了含氟的物质。当溶液冷却或与其它地层中的化学物质发生反应时,氟离子与钙离子结合,形成萤石矿。典型环境 矿脉型矿床:常与铅锌矿床共生,伴随重晶石、方解石等矿物。层状矿床:常见于碳酸盐岩(如石灰岩、白云岩)中的裂隙或孔隙中。

沉积成因 沉积成因萤石矿通常与蒸发作用相关。当含氟的水体在干燥环境中逐渐蒸发,氟离子浓缩,最终与钙离子结合形成萤石矿。典型环境: 蒸发岩环境:如湖泊或浅海沉积区的蒸发作用。

岩浆成因  在某些情况下,萤石矿可以直接与岩浆作用有关。含氟挥发分从岩浆中释放,进入围岩后,伴随冷却形成矿化。典型环境: 碱性侵入体:含氟的流体从碱性岩浆中释放出来,形成萤石矿。

变质成因 在高温高压的变质条件下,原有的含氟矿物可能会发生重结晶,重新形成萤石。典型环境: 大型变质带或接触变质环境。

生物成因(次要成因)尽管很少见,有些研究表明某些微生物可能参与含氟化合物的沉淀过程,但这种成因在矿床形成中并不常见。

萤石矿的成因通常通过分析其与伴生矿物、流体包裹体的温度和化学成分、以及同位素特征来确定。

以下内容主要来自:巴黎盆地与其瓦里斯坎基底交界处萤石-重晶石矿化的成因:来自流体包裹体化学和同位素(O、H、Cl)组成的启示

主体内容
位于巴黎盆地南部与法国中央高原北缘的不整合处的两个氟-重晶石(F-Ba)矿床的流体流动系统成因提供了新的约束。我们通过显微测温和整体粉碎-浸提分析,确定了成矿流体的同位素比值(δ18O、δD、δ37Cl),以及萤石中流体包裹体的阳离子和阴离子组成。氯浓度和Cl/Br摩尔比(212–521)表明该流体涉及一种盐水,其来源很可能是与附近保留的潮上带白云岩相一致的三叠纪蒸发海水。显微测温揭示了较高的Ca/Na比,表明该盐水的成分通过瓦里斯坎基底的热液蚀变及宿主沉积岩的部分溶解和替代作用而演化。δ37Cl值低于预期的蒸发海水值,表明在富含黏土的地层中,氯同位素通过离子过滤发生了分馏。萤石在最低70至110°C的温度下结晶,比宿主的三叠纪沉积岩高出10-40°C。上升的盐水在早白垩世期间被排出,并经历了压力和温度的下降,同时可能与沉积岩中的富SO4孔隙水混合,导致二氧化硅沉淀,随后是萤石和重晶石的沉淀,形成了一种类似于西欧许多地区的层状矿床。
主体结论
对位于巴黎盆地南缘的两个萤石-重晶石(F-Ba)矿床中萤石晶体所包含的流体包裹体进行的化学和同位素分析,为成矿流体的来源及导致F-Ba矿石的流体-岩石相互作用提供了新的约束。基于Cl/Br比值和氯浓度,研究表明,演化的海水深层迁移进入了基底。这些盐水通过生物云母和长石的溶解及花岗岩基底中部分重结晶作用富集了F、Ba、Pb、Zn和Cu等元素。构造活动的间歇性事件迫使这些盐水向上迁移,导致矿石在较浅的地壳层次沉积。F-Ba矿化被解释为富含F–Si-Cl的盐水与沉积盆地中富含SO4的陆源和/或海水混合的结果,这种混合作用降低了萤石的溶解度。总体而言,该研究展示了花岗岩热液蚀变及流体在结晶基底和上覆沉积储层之间转移的实例,导致了与不整合面相关的矿化。成矿古流体类似于巴黎盆地和莱茵地堑的三叠纪储层中现今的地热水。
a.区域构造地质图。b. 莫尔旺山块的地质图,显示了皮埃尔-佩尔蒂(Pierre-Perthuis)和拉科朗塞勒(La Collancelle)萤石矿床的位置(根据法国地质调查局1:1,000,000比例的地质图修改)。

野外露头的样品图,位置:a. 皮埃尔-佩尔蒂(Pierre-Perthuis);b. 拉科朗塞勒(La Collancelle)。c. 皮埃尔-佩尔蒂的晶洞萤石样品(Gigoux 等,2016年,样品PP16)。d. 拉科朗塞勒的萤石-重晶石样品。e. 皮埃尔-佩尔蒂的矿化样品。硅化的宿主岩(黑圈部分)包含了下伏蚀变花岗岩的碎屑(白色轮廓部分)。
萤石流体包裹体岩相图 a. 拉科朗塞勒(La Collancelle)萤石中典型流体包裹体组合的示意图。  b. 皮埃尔-佩尔蒂(Pierre-Perthuis)萤石晶体中沿近平行裂隙排列的大型开裂和泄漏包裹体簇。 c. 皮埃尔-佩尔蒂萤石样品中的复杂流体包裹体组合实例。  d, e. 皮埃尔-佩尔蒂样品中解释为原生的孤立流体包裹体,蓝色虚线表示准次生面。  f. 拉科朗塞勒样品中沿着绿色虚线所示的生长带排列的液-气水溶液包裹体组合。  g. 拉科朗塞勒流体包裹体簇,包括泄漏的、单相和双相包裹体。  h. 皮埃尔-佩尔蒂样品中含有单相水液包裹体的流体包裹体面。

a. 根据流体包裹体类型的均一化温度(Th)直方图。  b. H₂O-NaCl-CaCl₂体系中流体包裹体的成分。  c. 均一化温度(Th)与冰熔化温度(Tmice)的关系图。  d. Na/Ca比值与均一化温度(Th)的关系图。

氟石晶体中流体包裹体的水的氢氧同位素组成,以及法兰西中央高原基底和巴黎盆地及莱茵地堑三叠系含水层中同期水的氢氧同位素组成。

Pierre-Perthuis 和 La Collancelle 矿床氟石中流体包裹体的Cl/Ba摩尔比与Na/Ba摩尔比(破碎-浸取溶液)的关系。

Pierre-Perthuis 和 La Collancelle 矿床氟石中流体包裹体Cl/Br摩尔比与Cl对比图

Pierre-Perthuis 和 La Collancelle 矿床氟石中流体包裹体的 δ¹³⁷Cl 值,以及巴黎盆地(PB)三叠系含水层的数据。蒸发岩盐中氯化物的范围来自 Eggenkamp 等人的研究。

法兰西中央高原西北边缘早白垩世氟-钡矿床的概念模型

主要参考文献
Louise Lenoir, Thomas Blaise, Diana Chourio-Camacho, Antonin Richard, Alexandre Tarantola, Pierre Agrinier, Thomas Rigaudier, Gaël Monvoisin, Gérard Bardoux, Benjamin Brigaud & Jocelyn Barbarand .The origin of fluorite-barite mineralization at the interface between the Paris Basin and its Variscan basement: insights from fluid inclusion chemistry and isotopic (O, H, Cl) composition.Volume 59, pages 397–417, (2024)
Gigoux M, Brigaud B, Pagel M, Delpech G, Guerrot C, Augé T, Négrel P (2016) Genetic constraints on world-class carbonate- and siliciclastic-hosted stratabound fluorite deposits in Burgundy (france) inferred from mineral paragenetic sequence and fluid inclusion studies. Ore Geol Rev 72:940–962. https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2015.09.013
Pierre C (1982) Teneurs en isotopes stables (δ
18O, δ2H, δ13C, δ34S) et conditions de génèse des évaporites marines : application à quelques milieux actuels et au Messinien de la Méditerranée [Thèse de doctorat]: Université Paris-SudCraig H (1961) Isotopic variations in meteoric waters. Science 133:1702–1703. https://doi.org/10.1126/science.133.3465.1702
Fontes J-C, Matray JM (1993) Geochemistry and origin of formation brines from the Paris Basin, France 1 brines associated with triassic salts. Chem Geol 109:149–175. https://doi.org/10.1016/0009-2541(93)90068-T

Eggenkamp HGM, Louvat P, Griffioen J, Agrinier P (2019) Chlorine and bromine isotope evolution within a fully developed upper permian natural salt sequence. Geochimica et Cosmochimica Acta 245:316–326. https://doi.org/10.1016/j.gca.2018.11.010

地球资源与地质活动
介绍和宣传地质资源、地球活动和行星研究,以及与地球科学密切相关的人类活动、环境与自然等发展和演化历程。
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