氟（F）元素广泛应用于材料和航空航天等诸多领域，萤石（CaF₂）是F元素的主要来源，已被众多国家列为重要的战略性非金属矿产资源（陈军元等，2021）。中国萤石矿主要分布于东部沿海、华中和内蒙古中东部（王吉平等，2015），西部地区分布较少。阿尔金西段近年来取得重大找矿突破，先后发现卡尔恰尔、库木塔什、小白河沟、拉依旦北等一系列超大型、大–中型萤石矿床，已初步形成西部最重要的萤石资源基地（吴益平等，2021，2022；高永宝等，2023）。近年来，矿带进行了典型矿床地质特征、成矿年代学、元素地球化学和流体地球化学研究，吴益平等（2021，2022）和高永宝等（2023）认为卡尔恰尔矿带萤石成矿与A型碱长花岗岩关系密切，流体来源于岩浆水与大气降水的混合热液，属奥陶纪岩浆热液充填型萤石矿床。前人仅对库木塔什萤石矿的矿床地质特征、控矿因素、控矿花岗岩特征及找矿远景等开展了初步研究（伍光锋等，2022；高永宝等，2023），关于成矿流体性质、演化、来源及成矿机制等尚缺乏系统约束，进而限制了区域萤石成矿规律的总结与找矿勘查工作。

成矿流体是研究成矿过程物化条件与成矿作用机理的关键（冯李强等，2023）。流体包裹体是研究成矿流体的直接样品，承载着成矿流体的温度、成分和来源信息（Ni et al., 2015；Korges et al., 2018；孙非非等，2023），是萤石矿床成因研究的重要方法（Richardson et al., 1984；Constantopolos, 1988；曹俊臣, 1994；陈衍景等，2007；池国祥等, 2009；曾昭法等，2013；倪培等，2014；张建芳等，2024）。萤石矿床成矿流体的水具有多源性，主要来源有岩浆热液、大气降水、变质水以及地下水等，岩浆期后热液型萤石矿床成矿流体来源于岩浆期后热液和大气降水的混合，而古地热水环流汲取型萤石矿床成矿流体来源于被加热的大气降水和地下水（杨世文, 2019）。卡尔恰尔矿带最新研究表明，区域萤石成矿流体来源相同，可能为岩浆热液，不同断裂控制的萤石矿床成矿环境略有差异（赵辛敏等，2023）。卡尔恰尔超大型萤石矿床流体包裹体研究表明，成矿流体为中–中低温、低盐度不混溶NaCl-H₂O-CO₂热液体系类型，流体来源于岩浆水与大气降水的混合（吴益平等，2022）。库木塔什萤石矿床与卡尔恰尔萤石矿床受不同断裂控制，矿物组合存在一定差异，卡尔恰尔以方解石、萤石为主，含有少量石英，库木塔什矿石中可见绿色、草黄色粒状磷灰石，在萤石方解石脉体边部，可见大量含锂带云母。野外地质调查过程中，发现不同类型的矿石分布具有一定规律，块状和角砾状萤石可能代表主成矿期的不同阶段，成矿流体性质和演化须进一步研究。因此，笔者以库木塔什萤石矿床为研究对象，开展流体包裹体显微测温和氢、氧同位素示踪研究，以期查明成矿流体性质、演化及来源，探讨成矿机制，为区域萤石成矿规律研究和找矿提供进一步的支撑。

1.   区域地质背景

库木塔什萤石矿床位于青藏高原北缘，大地构造位置位于阿尔金造山带阿中地块中部（图1a、图1b）（许志琴等，1999；马中平等，2011）。区域地层以古元古界为主，其次为新元古界、新生界以及少量中元古界，新太古界至新元古界遭受程度不一的变形变质作用改造，主要为中深变质岩（图1c）。区内古元古界阿尔金岩群出露广泛，总体上呈NE向展布，主要为一套由变质碎屑岩、碳酸盐岩和变质火山碎屑岩组成的变质岩系，岩性主要为黑云斜长片麻岩、斜长或二长变粒岩、石榴矽线石黑云片麻岩、浅灰色二长石英片岩夹白云质大理岩、石英岩及斜长角闪岩透镜体等。中元古界巴什库尔干岩群为一套云母石英片岩、片麻岩、变粒岩、长石石英岩夹变质中基性火山岩、火山碎屑岩的变质岩系。中元古界蓟县纪塔昔达坂岩群可分为下部碎屑岩（木孜萨依组）和上部碳酸盐岩（金雁山组）。新元古界索尔库里群为一套轻变质的碳酸盐岩、碎屑岩夹少量火山碎屑岩地层序列。

图  1  研究区所属位置（a）、区域构造格架图（b）、卡尔恰尔超大型萤石矿带地质矿产图（c）（据高永宝等，2023修改）

Figure  1.  (a) Location of the Kalqiaer area, (b) regional tectonic framework map of the Kalqiaer area, (c) geological and mineral map of the super-large fluorite ore belt in the Kalqiaer area

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区域构造活动异常频繁，经历了前寒武纪多期变形变质作用的强烈改造和构造置换，以及显生宙以来多期韧性、脆性构造的相互叠加，构造形迹十分复杂（崔军文, 2011；Zhang et al., 2017）。区内构造主要为断裂，褶皱因受到岩浆侵位及断裂构造的破坏，形态极不完整。区域发育多条主控断裂，由北至南为卡尔恰尔–阔什断裂、盖吉勒断裂、约马克其–库兰勒格断裂、阿尔金南缘断裂（图1c）。其中，卡尔恰尔–阔什断裂呈NEE向，EW向长度大于70 km，地表呈波状延伸，具有多期活动特征，既是阿尔金杂岩和中新元古代隆起带之间的分界，也是早古生代中酸性侵入岩体的控制断裂。库木塔什矿区内区域性大断裂为盖吉勒断裂（图1c），位于矿区北东侧。盖吉勒断裂走向呈NE向，为一南倾的逆断层，在拉依旦北侧、库木塔什萨依南一带派生较多次级断裂，沿构造带较为发育伟晶岩脉、碱长花岗岩脉，与库木塔什、拉依旦北等萤石矿床的形成密切相关。阿尔金南缘断裂呈NEE向横贯阿尔金造山带南部，延伸上千km，构成了阿中地块与阿南缘蛇绿混杂岩带的边界（校培喜等，2014）。

区内岩浆活动频繁，以中酸性侵入岩为主，新元古代、早古生代、中生代岩浆岩分布广泛，多沿阿尔金山呈NE 向带状展布，岩石类型复杂，成因和来源多样，反映了造山带花岗岩丰富多样的特点（图1c）。新元古代侵入岩受区域变质作用形成区域变质岩，以花岗质片麻岩、花岗闪长质片麻岩为主。早古生代侵入岩分布广泛，主要岩性有碱长花岗岩、二长花岗岩、黑云花岗岩以及花岗闪长岩等。区域脉岩比较发育，主要包括碱长花岗岩脉和花岗伟晶岩脉，多分布于NE、NEE走向大断裂带中。

区域萤石矿床分布主要与断裂构造和碱长花岗岩脉有关，碱长花岗岩脉主要分布于卡尔恰尔深大断裂南侧，在阿尔金岩群和新元古代花岗质片麻岩中尤为发育，受断裂控制明显，出露宽度普遍较窄。卡尔恰尔、小白河沟萤石矿床分布于卡尔恰尔–阔什断裂及其派生的次级断裂附近，库木塔什、拉依旦北、盖吉克萤石矿床分布于盖吉勒断裂及其次级断裂附近，布拉克北、托盖里克等萤石矿床分布于约马克其–库兰格勒断裂及其次级断裂附近（图1c）。据不完全统计，带内已探明萤石资源量超过3000万t，平均品位约为33%（高永宝等，2023）。

2.   矿床地质特征

库木塔什萤石矿床位于盖吉勒断裂南部，区内出露地层为古元古界阿尔金岩群a岩组，为萤石矿赋矿地层，主要岩石类型为黑云斜长片麻岩，大理岩呈条带状出露于矿区南部。区内断裂构造主要呈NNE向、NE向和近EW向，多为平移断层，并发育韧性–脆性剪切带，NE向、近EW向断裂基本控制着区内岩脉的发育和展布。矿区内出露的侵入岩主要有新元古代经区域变质作用形成的花岗质片麻岩和脉岩，区内脉岩发育，主要类型有碱长花岗岩脉和花岗伟晶岩脉，脉岩和矿脉受断裂控制明显，总体走向为NEE、近EW向，少量为NE走向，碱长花岗岩脉与萤石矿脉关系密切（图2）。

图  2  库木塔什萤石矿区地质图（据高永宝等，2023）

Figure  2.  Geologic map of the Kumutashi fluorite deposit

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矿区内萤石矿体多呈NE向，倾向NNW，倾角为40°～70°，露头长为50～980 m，脉宽为0.3～3.6 m。典型矿体为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号矿体，主要特征如下（图2）：Ⅰ号矿体赋存于构造角砾岩带内，呈NE向延伸，地表断续出露长约为540 m，宽为0.5～4.0 m，平均厚度为3.36 m，产状为320°～330°∠54°～74°，CaF₂平均品位为23.30%。构造角砾岩角砾主要为方解石，少量为萤石，可见碱长花岗岩角砾。围岩为黑云斜长片麻岩和碱长花岗岩脉。Ⅱ号矿体赋存于萤石–方解石脉中，呈NE向延伸，地表断续出露长约为790 m，宽约为0.4～3.0 m，平均厚度为2.14 m，产状为320°～330°∠54°～74°，CaF₂平均品位为26.81%。萤石–方解石脉赋存于碱长花岗岩脉和黑云斜长片麻岩中。Ⅲ号矿体赋存于萤石–方解石脉中，呈NE向延伸，地表断续出露长约为480 m，宽为0.3～2.0 m，平均厚度为2.00 m，产状为320°～330°∠54°～74°，CaF₂平均品位为23.05%。该矿体地表出露较窄，向深部逐渐增大。

矿石类型主要有块状（图3b～图3d）、角砾状（图3f、图3g）和网脉状（图3d、图3e）等，矿物成分简单，主要为方解石和萤石，发育较多磷灰石（图3f）。萤石呈淡紫色、紫色、紫黑色、无色、淡绿色。矿石具粗晶结构、自形–半自形粒状结构、他形粒状结构、碎裂结构。矿石工业类型主要为CaF₂-CaCO₃型，CaF₂平均品位为25%。

图  3  库木塔什萤石矿床矿化特征

a. 萤石矿化与碱长花岗岩关系密切；b～d. 块状萤石矿石；d～e. 网脉状状萤石矿石；f～g. 角砾状萤石矿石；h～i. 伴生带云母；Cal. 方解石；Fl. 萤石；Ap. 磷灰石；Tai. 带云母

Figure  3.  Photos of mineralization features of Kumutashi fluorite deposit

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围岩蚀变较为发育，主要为碳酸盐化、钾化、硅化、绢云母化、高岭土化等。片麻岩中多为绿帘石化、高岭土化；碱长花岗岩多为硅化、绢云母化。矿区内发现大量伴生带云母集合体（图3h、图3i），带云母集中发育在萤石–方解石脉边部，以及肉红色碱长花岗岩与矿脉的接触部位，其典型矿物组合为带云母–钾长石、磷灰石–氟碳铈矿–带云母–萤石–方解石。萤石矿刻槽样中Li₂O平均品位达0.26%，超过工业伴生品位，带云母的形成与萤石成矿关系密切。

根据矿石类型可将成矿作用划分为两个阶段。成矿早阶段：矿石以块状为主，主要位于矿脉的中部，矿石结晶较好，具粗晶结构。成矿晚阶段：矿石以角砾状和网脉状为主，位于矿脉的边部，由中间向两侧逐渐由块状过渡为角砾状，矿石结晶一般，多为自形–半自形粒状结构、他形粒状结构和碎裂结构。

3.   样品采集与测试方法

本次研究测试样品为库木塔什萤石矿床不同成矿阶段的萤石和方解石。流体包裹体岩相学、显微测温和激光拉曼光谱分析在长安大学成矿作用及其动力学实验室完成，岩相学使用的仪器为德国Leica（10×50）显微镜。显微测温使用的仪器为英国Linkam Scientific Instruments公司产的Linkam THMSG 600型冷热台，测温范围为−195～+600 ℃，分析精度为±0.2 ℃，＜30 ℃；±1 ℃，＜300 ℃；±2 ℃，＜600 ℃。测试时，首先使用液氮降温至−100 ℃，含液体包裹体冷却结冰；然后再以10～20 ℃/min回温加热，在冰点附近时降至0.2 ℃/min，至冰全部融化时，记录盐水溶液包裹体冰点温度；随后以10～20 ℃/min升温，在接近相变点时则降低升温速率至0.5 ℃/min，记录其均一温度。激光拉曼探针测试的实验仪器为法国HORIBA公司LabRAM HR Evolution新一代高分辨拉曼光谱仪。实验条件：半导体激光器波长532 nm，激光功率30 mW，扫描速度10s/5次叠加，光谱仪狭缝50 μm；实验温度23 ℃，湿度65%。

萤石单矿物样品的挑选委托西安瑞石地质科技有限公司完成，将样品破碎至40～60目后，在双目镜下挑选出纯度大于99%的萤石颗粒。H、O同位素测试工作在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成，实验测试仪器为MAT-253型质谱仪。O同位素分析采用BrF₅法，标准样品的仪器测试精度为0.2‰；H同位素分析是把单矿物烘烤干燥后，将样品放入高温裂解炉中矿物包裹体水裂解释放后生成H₂和CO，生成的H₂进入质谱仪中，进而测定H₂的同位素比值，标准样品的仪器测试精度为1‰。

4.   分析结果

4.1   包裹体岩相学

矿物中流体包裹体后期的变形和迁移现象是普遍存在的（Zhang et al., 2023），本次研究仅分析了未发生变形和迁移的原生包裹体。原生包裹体常呈规则孤立状产出或沿主矿物结晶方位或结晶生长带出现，且同一成因的包裹体均一温度、盐度、密度和成分等相同或近似（李秉伦, 1981；Goldstein et al., 1994）。包裹体岩相学研究表明，紫色萤石和肉红色方解石样品中富含大量流体包裹体，方解石中包裹体数量明显多于萤石。根据室温下包裹体的岩相学、相态及充填度等特征（卢焕章等，2004），不同阶段方解石和萤石中原生包裹体主要分为富气两相包裹体、富液两相包裹体和少量三相包裹体（图4），以前两种为主，约占包裹体总数的98%。

图  4  库木塔什萤石矿床流体包裹体特征

a、b. Ⅰ阶段粗晶方解石中富气两相包裹体；c. Ⅰ阶段萤石中富气两相包裹体和三相包裹体；d. Ⅱ阶段萤石中富液两相包裹体；e. Ⅰ阶段被改造的粗晶方解石中富液两相包裹体；f. Ⅱ阶段萤石中富液两相包裹体和富气两相包裹体共存；L. 液相；V. 气相

Figure  4.  Characteristics of primary fluid inclusions in the Kumutashi fluorite deposit

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Ⅰ阶段包裹体主要为富气两相包裹体和少量CO₂-H₂O三相包裹体：富气两相包裹体主要分布在粗晶方解石和浅色萤石中（图4a、图4b），CO₂-H₂O三相包裹体在萤石中偶见（图4c），多呈孤立状，少数成群分布，室温下由气相和液相组成。粗晶方解石中富气两相包裹体多呈深黑色，大小多介于3～5 μm，形态主要为圆形和椭圆形，气相体积分数一般大于90%；浅色萤石中富气两相包裹体多呈深黑色、无色透明，大小介于5～8 μm，形态主要为不规则多边形，气相体积分数一般大于95%；浅色萤石中三相包裹体多呈浅色–无色透明，大小为7～10 μm，形态主要为不规则多边形，气相体积分数一般为80%～90%。

Ⅱ阶段包裹体主要为富液两相包裹体和少量富气两相包裹体：主要分布在细晶方解石和深紫色萤石中（图4d～图4f），富液相包裹体常温下由液相和气相组成。包裹体呈无色透明，大小多为5～10 μm，形态主要为四边形和不规则多边形，气液比多为5%～10%。细晶方解石中包裹体多呈无色透明，大小多为5～7 μm，形态主要为不规则多边形，气液比多为5%～10%；深紫色萤石中包裹体多呈无色透明，大小多为5～7 μm，形态主要为四边形和不规则多边形，气液比多为5%～10%。

4.2   温度与盐度

对不同成矿阶段方解石和萤石原生流体包裹体进行显微测温，利用冰点–盐度计算公式获得流体的盐度（Hall et al., 1988）：W=0.00+1.78T_m−0.0442T_m²+0.000557T_m³。其中，W为NaCl的质量分数（%），T_m为相对于纯水冰点的下降温度（℃）。流体包裹体特征参数见表1。

表  1  库木塔什萤石矿床流体包裹体特征参数

Table  1.  Characteristics parameters of fluid inclusions in the Kumutashi fluorite deposit

阶段	矿物	均一温度（℃） 均值	冰点温度（℃） 均值	盐度（wt%NaCleqv） 均值	密度（g/cm3） 均值	压力（MPa） 均值	深度（km） 均值
Ⅰ	萤石	225.1～390.2 315.7 （n=13）	−5.8～−3.2 −4.2 （n=13）	5.20～8.91 6.72	0.63～0.88 0.75	61.0～108.7 85.8	2.03～3.62 2.86
	粗晶方解石	321.2～410.8 368.4 （n=27）	−7.4～−3.82 −5.2 （n=27）	6.12～11.00 8.14	0.58～0.76 0.68	87.9～112.7 100.9	2.93～3.76 3.36
Ⅱ	萤石	117.2～214.8 156.4 （n=16）	−8.9～−0.3 −4.4 （n=16）	0.53～12.73 6.86	0.89～1.02 0.96	32.3～58.9 40.1	1.08～1.96 1.36
	细晶方解石	206.4～291.2 241.5 （n=24）	−6.8～−3.2 −4.9 （n=24）	5.20～10.24 7.67	0.78～0.93 0.87	55.8～78.5 65.9	1.86～2.62 2.20

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Ⅰ阶段包裹体的均一温度为225.1～410.8 ℃（n=40），平均为351.3 ℃；冰点温度为−7.4～−3.2 ℃（n=40），平均为−4.9 ℃；盐度为5.20～11.00 wt%NaCl_eqv，平均为7.68 wt%NaCl_eqv。其中，萤石中包裹体均一温度为225.1～390.2 ℃（n=13），平均为315.7 ℃；冰点温度为−5.8～−3.2 ℃（n=13），平均为−4.2 ℃；盐度为5.20～8.91 wt%NaCl_eqv，平均为6.72 wt%NaCl_eqv；粗晶方解石中包裹体均一温度为321.2～410.8 ℃（n=27），平均为368.4 ℃；冰点温度为−7.4～−3.8 ℃（n=27），平均为−5.2 ℃；盐度为6.12～11.00 wt%NaCl_eqv，平均为8.14 wt%NaCl_eqv（图5）。

图  5  库木塔什萤石矿床流体包裹体均一温度与盐度直方图

Figure  5.  Homogenization temperature and salinity histograms of fluid inclusions in the Kumutashi fluorite deposit

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Ⅱ阶段包裹体的均一温度为117.2～291.2 ℃（n=40），平均为207.5 ℃；冰点温度为−8.9～−0.3 ℃（n=40），平均为−4.7 ℃；盐度为0.53～12.73 wt%NaCl_eqv，平均为7.35 wt%NaCl_eqv。其中，萤石中包裹体的均一温度为117.2～214.8 ℃（n=16），平均为156.4 ℃；冰点温度为−8.9～−0.3 ℃（n=16），平均为−4.4 ℃；盐度为0.53～12.73 wt%NaCl_eqv，平均为6.86 wt%NaCl_eqv。细晶方解石中包裹体的均一温度为206.4～291.2 ℃（n=24），平均为241.5 ℃；冰点温度为−6.8～−3.2 ℃（n=24），平均为−4.9 ℃；盐度为5.20～10.24 wt%NaCl_eqv，平均为7.67 wt%NaCl_eqv（图5）。

总体而言，从Ⅰ阶段至Ⅱ阶段，包裹体均一温度、盐度降低。其中，Ⅰ阶段萤石包裹体与方解石包裹体相比，具较低的均一温度和盐度。Ⅱ阶段萤石包裹体与方解石包裹体相比，具较低的均一温度和盐度。

4.3   流体密度与成矿压力、深度估计

成矿流体的密度参数可通过包裹体均一温度和盐度信息获取，本次研究根据刘斌等（1987）推导的公式计算获得两相流体包裹体的流体密度（表1）。

目前有多种方法对包裹体形成的压力进行近似估算（邵洁涟等，1986；Bischoff, 1991；Becker et al., 2008），据此可推导出成矿深度，结合矿体出露和延伸特征，可为后续矿产资源评价工作提供参考。当前对于成矿深度的预估主要运用于金属矿床，萤石矿床应用较少。本次成矿压力计算采用邵洁涟等（1986）总结的经验公式：

T₀=374+920×W

P₀=219+2620×W

H₀=P₀×1/300×10⁵（km）

P₁=P₀×T_h/T₀（10⁵ Pa）

H₁=P₁×1/300×10⁵（km）

式中：T₀、P₀和H₀分别代表初始的温度、压力和深度；P₁、H₁分别代表成矿的压力和深度；W代表成矿流体的盐度；T_h代表成矿温度，近似等于包裹体均一温度。

经计算，I阶段的流体密度介于0.58～0.88 g/cm³，平均密度为0.70 g/cm³，成矿压力介于61.0～112.7 MPa，平均压力为96.0 MPa，成矿深度介于2.03～3.76 km，平均深度为3.20 km（表1，图6）；Ⅱ阶段的流体密度介于0.78～1.02 g/cm³，平均密度为0.91 g/cm³，成矿压力介于32.3～78.5 MPa，平均压力为55.8 MPa，成矿深度介于1.08～2.62 km，平均深度为1.86 km（表1，图6）。

图  6  库木塔什萤石矿床成矿流体密度与压力直方图

Figure  6.  Density and pressure histograms of fluid inclusions in the Kumutashi fluorite deposit

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总体而言，从I阶段到Ⅱ阶段，流体的密度增大，成矿压力和成矿深度减小。

4.4   激光拉曼特征

流体包裹体激光拉曼探针分析结果（表2）表明，I阶段两相包裹体的拉曼图谱出现CaF₂、H₂O和CO₂的包络峰，包裹体组分主要是H₂O和CO₂，气相成分以CO₂为主，含少量的CH₄、N₂、H₂（图7a、图7b）。Ⅱ阶段两相包裹体的拉曼图谱出现CaF₂、H₂O和CO₂的包络峰，包裹体组分主要是H₂O和CO₂，气相成分主要为CO₂、CH₄，含部分H₂S、N₂、H₂等（图7c、图7d）。分析结果表明，成矿流体均属NaCl-H₂O-CO₂体系。

表  2  库木塔什萤石矿床流体包裹体气、液相成分激光拉曼探针分析结果

Table  2.  Results of laser Raman probe analysis of gas and liquid components of fluid inclusions in the Kumutashi fluorite deposit

成矿阶段	样品号	寄主 矿物	包裹体类型	x（气相）（%）							x（液相）（%）
				CO2	H2S	CH4	N2	H2	总和		CO2	H2S	CH4	SO2	H2O	总和
Ⅰ阶段	KM1-1-3	萤石	富气两相			100			100						100	100
	KM1-1-5	萤石	富气两相	90.4			9.59		100		10.5				89.5	100
	KM1-1-4	萤石	富液两相	100					100		19.8				80.2	100
	KM1-2-2	萤石	富液两相			61.6		38.4	100						100	100
	KM1-2-3	萤石	富液两相	38.8		61.2			100						100	100
	KM1-1-2	粗晶方解石	富气两相	93.1			6.92		100						100	100
	KM1-2-4	粗晶方解石	富气两相	100					100		0.05				99.9	100
	KM1-3-3	粗晶方解石	富气两相	88.6		11.4			100						100	100
	KM1-4-1	粗晶方解石	富气两相	100					100		0.07				99.9	100
	KM1-5-1	粗晶方解石	富气两相	71.7		3.5		24.8	100		0.07				99.9	100
Ⅱ阶段	KM3-1-1	细晶方解石	富液两相	100					100						100	100
	KM3-2-1	细晶方解石	富液两相			100			100						100	100
	KM3-2-2	细晶方解石	富液两相	60.0		16.9			100						100	100
	KM3-4-1	细晶方解石	富液两相	83.4	16.6				100						100	100
	KM3-3-2、3	细晶方解石	富液两相	100					100						100	100
	KM3-3-4	细晶方解石	富液两相	100					100		0.02				99.9	100
注：x（气相）（%）为摩尔数的相对百分含量；x（液相）（%）为摩尔数的相对百分含量。

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图  7  库木塔什萤石矿床流体包裹体典型拉曼光谱图

a、b.Ⅰ阶段富气两相萤石流体包裹体拉曼图谱；c、d.Ⅱ阶段富液两相萤石流体包裹体拉曼图谱

Figure  7.  Laser Raman spectra of fluid inclusions in the Kumutashi fluorite deposit

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4.5   H、O同位素特征

由于萤石矿物中不含H、O元素，矿物本身不存在同位素交换问题，因此萤石矿物中测得的δD和δ¹⁸O代表了成矿流体的δD和δ¹⁸O真实含量。本次研究共分析6件萤石样品的氢、氧同位素，其中成矿早阶段两件，成矿晚阶段4件。结果显示，萤石矿物中的δD_V-SMOW值为−58.1‰～−71.9‰，平均值为−66.4‰，δ¹⁸O_V-SMOW值为−3.5‰～2.8‰，平均值为−1.6‰（表3）。成矿早阶段萤石的δD_V-SMOW值为−61.6‰～−68.6‰，平均值为−65.1‰，δ¹⁸O_V-SMOW值为−2.0‰～−2.2‰，平均值为−2.2‰（表3）。成矿晚阶段萤石的δD_V-SMOW值为−58.1‰～−71.9‰，平均值为−67.1‰，δ¹⁸O_V-SMOW值为−2.1‰～2.8‰，平均值为−1.3‰（表3）。

表  3  库木塔什萤石矿床流体H、O同位素组成

Table  3.  Hydrogen and oxygen isotopic composition of fluid in the Kumutashi fluorite deposit

成矿阶段	样品号	样品名称	δDV-SMOW（‰）	δ18OV-SMOW（‰）
I阶段	KM23-2	萤石	−61.6	−2.0
	KM23-3	萤石	−68.6	−2.2
Ⅱ阶段	KM23-1	萤石	−58.1	−2.1
	KM23-5	萤石	−70.3	−2.4
	KM23-6	萤石	−71.9	2.8
	KM03-d1	萤石	−68.1	−3.5

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5.   讨论

5.1   成矿流体性质及来源

库木塔什萤石矿床Ⅰ阶段包裹体的均一温度为225.1～410.8 ℃，平均值为351.3 ℃，盐度为5.20～11.00 wt%NaCl_eqv，平均为7.68 wt%NaCl_eqv，反映成矿早期为中高温、中低盐度流体；Ⅱ阶段包裹体的均一温度为117.2～291.2 ℃，平均为207.5 ℃，盐度为0.53～12.73 wt%NaCl_eqv，平均为7.35 wt%NaCl_eqv，反映成矿晚期为中低温、低盐度流体。成矿早期与晚期流体分别代表了中高温、中低盐度与中低温、低盐度的流体端元。区域内的卡尔恰尔萤石矿床成矿流体具有相似的特征，萤石方解石中富液相包裹体均一温度为135～237 ℃，盐度为2.07～7.59 wt%NaCl_eqv，表明成矿流体以中低温、低盐度热液为主，萤石中少量CO₂三相包裹体均一温度为240～359 ℃，盐度为2.58～3.39 wt%NaCl_eqv，表明存在中高温、低盐度的流体端元（吴益平等，2022）。由流体包裹体均一温度、盐度、密度、压力、深度、成分等参数可知，从成矿早期至晚期，库木塔什萤石矿床成矿流体温度、盐度降低，密度增大，成矿压力和成矿深度减小，成矿早期流体为中高温、中低盐度、低密度的NaCl-H₂O-CO₂热液体系，成矿晚期流体为中低温、低盐度、低密度的NaCl-H₂O-CO₂热液体系。

中国热液萤石矿床成矿流体大多来源于岩浆热液和大气降水。库木塔什萤石矿床为热液充填型萤石矿床（伍光锋等，2022；高永宝等，2023），控矿碱长花岗岩的锆石U-Pb年龄为（450±3）Ma，萤石成矿作用与岩浆活动密切，成矿可能为岩浆热液晚期活动阶段。与萤石成矿关系密切的碱长花岗岩F含量为0.24%～0.28%，属高氟岩体（高永宝等，2023），因此，晚奥陶世碱长花岗岩岩浆分异晚期热液可能为萤石成矿提供了F的来源，表明成矿流体与岩浆热液有关。本次流体包裹体测温结果表明，库木塔什萤石矿成矿早期为中高温流体，流体包裹体中可见少量含子晶的三相包裹体，卡尔恰尔萤石矿床方解石中也发育含子矿物的H₂O-CO₂多相包裹体，同一矿带的小白河沟萤石矿床流体包裹体中同样可见大量含子晶的多相包裹体，表明卡尔恰尔萤石矿带成矿流体中含有高盐度的流体端元。岩浆出熔流体的整体盐度一般为2～10 wt%NaCl_eqv（Hedenquist et al., 1994），岩浆流体组成的变化与流体从熔体中的出熔和流体的不混溶作用有关（许东青, 2009）。因此，高盐度流体的形成可能是岩浆流体在上升的过程中，通过流体的相分离演化而来，中高温、高盐度流体端元的出现，表明区域萤石矿床是与岩浆活动密切的岩浆热液矿床，进一步暗示花岗岩浆热液参与早期萤石成矿作用，为萤石成矿提供F的来源和热源。中低温、低盐度成矿流体一般在加入大量大气降水的条件下才能形成，或者成矿流体本身就是被加热了的大气降水（马承安等，1990），库木塔什萤石矿床从成矿早期到晚期，成矿流体温度明显下降，流体密度变大，表明成矿后期可能存在大气降水的加入。

H、O同位素数据对于判断成矿流体的来源具有一定指示作用（朱敬宾等，2021；张苏坤等，2022）。库木塔什萤石矿床H、O同位素图解显示（图8），成矿早阶段和晚阶段数据投点均落在岩浆流体和大气降水之间，表明成矿流体为岩浆水和大气降水的混合流体。区域萤石成矿与碱长花岗岩关系密切，矿体多发育于岩体的断裂构造带中，且早期成矿流体为中高温流体，故早期成矿流体以岩浆水为主；晚期由于大量大气降水的加入，成矿流体表现中低温特征，故晚期成矿流体为岩浆水和大气降水的混合流体。与库木塔什萤石矿床所属同一矿带的卡尔恰尔萤石矿床H、O同位素测试结果表明，成矿流体均来源于岩浆水与大气降水的混合热液（吴益平等，2022）。La/Ho−Y/Ho关系图可有效判别成矿流体来源，同源同期结晶的萤石Y/Ho值不变，而不同来源的萤石Y/Ho值变化较大（Bau et al., 1995）。赵辛敏等（2023）对卡尔恰尔萤石矿带内卡尔恰尔、库木塔什、小白河沟矿床La/Ho−Y/Ho关系进行了研究，表明区域萤石矿成矿流体来源相同，是具有相同物化性质的富F成矿流体，但处于不同断裂控制下的萤石矿床特征略有差异。综上所述，区域萤石成矿流体性质和来源相似，为岩浆水和大气降水的混合热液，成矿早期流体以中高温、中低盐度的岩浆水为主，成矿晚期为中低温、低盐度的岩浆水和大气降水混合流体。

图  8  库木塔什萤石矿床成矿流体H、O同位素图解（底图据Taylor, 1974）

Figure  8.  Hydrogen and oxygen isotope diagram of ore-forming fluids in the Kumutashi fluorite deposit

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5.2   成矿机制探讨

萤石从含矿热液中发生沉淀的主要机制有：①含矿热液与围岩发生水–岩反应。②含矿热液的温度和压力发生变化。③两种或多种具有不同化学成分的热液发生混合作用（Richardson et a1., 1979；代德荣等，2018）。其中，水–岩反应很可能是萤石沉淀的主要机制（邹灏等，2012，2016；张寿庭等，2014；李敏等，2021），典型矿床如内蒙古小北沟萤石矿、辽宁义县萤石矿和浙江武义萤石矿，其成矿流体均为中低温、低盐度、低密度流体，水–岩反应是萤石沉淀的主要机制（杨子荣等，2010；王亮等，2018）。中国典型萤石矿成矿流体以中低温、低盐度为主，成矿温度大多＜300 ℃，以川东南萤石成矿带和黔东北双河重晶石–萤石矿为例，流体包裹体均一温度分布范围窄，整体显示出低温的特征，上涌的成矿热液在富集成矿元素后运移至有利层位，随着温度的降低导致萤石的沉淀（邹灏, 2013；李敏等，2021）。四川新立萤石矿成矿流体与上述萤石矿不同，其成矿流体属中温、中高盐度超压流体，形成萤石矿的流体与MVT铅锌矿的成矿流体具有相似性，萤石形成于古气藏的破坏过程中（龙腾等，2016）。流体发生混合作用一般存在高温、高盐度和低温、低盐度两个流体端元，如苏莫查干敖包萤石矿床（许东青, 2009），库木塔什萤石矿床中同样存在两个流体端元，暗示萤石沉淀与两种流体的混合作用有关。此外，赵辛敏等（2023）对库木塔什萤石矿的稀土元素研究发现，萤石矿物与围岩稀土元素地球化学特征存在较多相似性，且围岩普遍具有碳酸盐化、硅化等蚀变，赋矿地层阿尔金岩群中的黑云斜长片麻岩、碳酸盐岩等均为富钙质岩系。因此，初步认为成矿流体在运移过程中与围岩发生了水–岩反应，Ca元素可能由岩浆热液对地层的淋滤萃取而来。由流体包裹体盐度–均一温度关系图（图9）可知，库木塔什萤石矿床成矿早阶段流体盐度与均一温度演化趋势与趋势线B相似，主要特征为盐度随均一温度降低而降低，且存在一定线性关系，表明成矿早期的萤石沉淀机制主要为水–岩反应以及相对高温、高盐度的岩浆热液和低温、低盐度的大气降水混合。随着成矿作用的进行，持续加入大气降水，成矿流体的温度逐渐降低，此时流体演化趋势由趋势线B向C转变，表明成矿晚期萤石的沉淀机制主要为流体混合作用和流体温度的降低。同一矿带内的卡尔恰尔萤石矿成矿流体性质与库木塔什相似，温度变化范围大，盐度变化范围小，成矿流体为中低温、低盐度NaCl-CO₂-H₂O体系，水–岩反应和温度降低是萤石沉淀的主要因素（吴益平等，2022）。综上所述，库木塔什早期萤石沉淀机制为流体混合作用和水–岩反应，晚期受到大气降水的混合，致使温度降低，形成角砾状及网脉状矿石。

图  9  库木塔什萤石矿床与中国典型萤石矿床包裹体盐度–均一温度关系图

A. 不同盐度流体等温混溶；B. 与较低温低盐度流体混溶；C. 流体温度降低；D. 流体沸腾

Figure  9.  The relationship between homogenization temperature and salinity of the inclusions in the Kumutashi fluorite deposit and typical fluorite deposit in China

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阿尔金西段萤石矿形成于早古生代，这一时期阿尔金西南缘构造–岩浆活动活跃，发育大规模岩浆岩，早古生代岩浆岩为阿中地块与柴达木地块之间洋–陆转换过程中岩浆活动的产物（曹玉亭等，2010；杨文强等，2012；康磊等，2016）。阿尔金南缘高压、超高压变质岩峰期变质时代为504～486 Ma，退变质时代为～450 Ma（张安达等，2004；刘良等，2007），瓦石峡二长花岗岩形成年龄为462 Ma，为高钾钙碱性花岗岩，代表了构造体制的变化（曹玉亭等，2010），阿尔金南缘吐拉牧场东A型花岗岩年龄为424 Ma（吴锁平等，2007），清水泉镁铁–超镁铁质侵入岩的年龄为465 Ma，代表了此时南阿尔金造山带由陆陆造山阶段转入了裂谷伸展阶段（马中平等，2011）。以上研究均表明，早古生代该区域处于从挤压到伸展拉张的构造环境，库木塔什萤石矿区磷灰石U-Pb等时线年龄结果为（448±27） Ma，为晚奥陶世构造−岩浆活动的产物（高永宝等，2024）。前人研究表明，阿尔金西段卡尔恰尔萤石矿带矿床受NE向次级断裂控制，断裂构造为萤石矿体的形成提供了空间；萤石成矿与碱长花岗岩关系密切，萤石矿脉在空间上均发育于碱长花岗岩脉内裂隙或附近破碎带（高永宝等，2023）；阿尔金岩群富Ca地层为萤石成矿提供了Ca的来源；晚奥陶世富F碱长花岗岩为成矿提供了热力学条件以及F的来源（赵辛敏等，2023）。研究表明，库木塔什萤石矿床成矿流体属中低温、低盐度、低密度的NaCl-CO₂-H₂O热液体系，来源于岩浆热液和大气降水的混合流体。综合矿床成矿地质背景、成矿地质特征、成矿年代学、成矿物质来源、成矿流体性质及来源等，推测库木塔什萤石矿床的成矿过程为晚奥陶世岩浆沿区域断裂上升侵位，岩浆不断分异演化，使成矿元素在岩浆热液中富集。在热液活动阶段，富含F、Li、P、REE等挥发分的岩浆热液不断运移，不断作用于阿尔金岩群富Ca地层，萃取其中的Ca、Mg、Na元素，随着热液的就位，由于水–岩反应，含矿流体在断裂–裂隙构造的有利部位沉淀形成早期萤石方解石矿脉，同时伴生带云母等。随着成矿作用的进行，热液流体在运移的过程中不断加入大气降水，成矿流体的温度逐渐降低，形成穿插于早期萤石矿脉中或边部的晚期萤石矿脉。总之，库木塔什萤石矿床属岩浆热液充填型脉状萤石矿床。

6.   结论

（1）库木塔什萤石矿床主要为富气两相包裹体、富液两相包裹体，含极少量三相包裹体。包裹体液相成分以H₂O为主，含少量CO₂；气相成分以CO₂为主，含少量CH₄、N₂、H₂、H₂S等。成矿早期流体为中高温、中低盐度、低密度的NaCl-H₂O-CO₂热液体系，成矿晚期流体为中低温、低盐度、低密度的NaCl-H₂O-CO₂热液体系。成矿早期到晚期，流体均一温度和盐度逐渐降低，密度逐渐增高，成矿压力和深度逐渐降低。

（2）库木塔什萤石矿床成矿流体的δD_V-SMOW值为−58.1‰～−71.9‰，平均值为−66.4‰，δ¹⁸O_V-SMOW值为−3.5‰～2.8‰，平均值为−1.6‰，成矿流体主要来源于岩浆热液和大气降水。

（3）库木塔什萤石矿床成矿早期萤石沉淀机制主要为流体混合作用和水–岩反应，晚期受流体混合作用致使流体温度的降低，形成角砾状和网脉状矿石。该矿床总体上属岩浆热液充填型脉状萤石矿床。