▲图1 湖北省竹山县绿松石矿床镜下特征
基于手标本及镜下观察，本次研究确认了两个不同期次的矿脉：早期为均质蓝绿色绿松石-石英-重晶石脉，而较晚期为胶状翠绿色土绿松石-石英-重晶石脉（图1）。原位微区面扫描分析显示，自早至晚期，绿松石族矿物Cu、Fe、Ti元素逐渐降低（图2）。两个阶段的脉石矿物（石英和重晶石）中可识别出三种类型的包裹体，分别为CH4-N2-H2O-NaCl型，纯气/液相CH4-N2型和H2O-NaCl型。流体包裹体测温显示，早期H2O-NaCl流体与 CH4-N2流体发生高度不混溶，成矿流体的温度依次为195-340 ºC和136-315 ºC。成矿流体体系中CH4-N2含量逐渐降低，指示围岩水-岩反应逐渐减弱（3C+4NH3 = 3CH4 + 2N2）。C-H-O同位素分析显示，成矿流体中碳和氢同位素组成具有明显的有机碳特征。在较高温条件下，有机物(如石墨)氧化或水解过程中，释放的气态CO2相与烃源岩之间会发生强烈的碳同位素分馏。前者倾向于富集13C，导致其δ13C值比烃源岩高近10 ‰。因此，潜在烃源岩δ13C值相对于流体中δ13CCO2值更负，与下寒武统水沟口组的碳同位素组成一致（-35 ~ -15 ‰）。而氧同位素则显示出明显的变质水特征。
▲图2 绿松石族矿物LA-ICP-MS元素面扫描
综上所述，湖北省竹山县的绿松石矿床属于一种新型的黑色岩系中的石英-重晶石脉型变质热液矿床。在强烈的水-岩作用过程中，围岩中的黄铁矿、磁铁矿、磷灰石、独居石、金红石和磷钇矿等矿物溶解，释放出成矿元素（如Cu、Fe、P和Al等）。此外，碳质板岩中有机质分解会转化为气态的H2O、N2、H2S和碳氢化合物（例如CH4），这些物质可以提取金属或与金属结合形成金属-有机络合物，促进金属从围岩释放至流体中并进行运移。随着流体压力、温度和酸度的变化，金属络合物从变质流体中沉淀形成绿松石。成矿早期水-岩反应强烈，导致均质蓝绿色绿松石端元的形成。而随着体系中的水-岩反应逐渐减弱，成矿元素含量下降，最终形成了土绿松石端元（图3）。
▲图3 湖北省竹山县绿松石矿床流体演化示意图
论文信息
Li, W.T., Jiang, S.Y.*, Zhang, H., and Cui, P.L., 2024.Origin of gem-quality turquoise associated with quartz-barite veins in western Hubei Province, China: Constraints from mineralogical, fluid inclusion, and C-O-H isotopic data. American Mineralogist, 109 (1): 103–121.https://doi.org/10.2138/am-2022-8643.
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