法国科西嘉阿尔卑斯地区的As（±Sb）热液矿床中的流体来源与演化：来自流体包裹体、气体成分及稳定同位素（C–O）的约束

《Journal of Geochemical Exploration》：Fluid sources and evolution in the As (±Sb) epithermal Matra deposit (Alpine Corsica, France): Constraints from fluid inclusions, gas compositions, and stable isotopes (C–O)

Matra矿床砷±锑矿化受早 Miocene张性构造控制，流体包裹体与稳定同位素研究表明矿化流体源于岩浆热液与大气降水混合，经历高温（290℃）中高盐度（9wt% NaCl_eqv.）沸腾后迁移至地表。研究揭示了构造演化与流体混合对成矿的关键作用。

　　

丹尼斯·伊奥努特·菲利蒙（Danis Ionut Filimon）|约翰·A·格罗夫（John A. Groff）|保罗·富利尼亚蒂（Paolo Fulignati）|玛丽亚·迪罗莎（Maria Di Rosa）

意大利比萨大学地球科学系

摘要

马特拉矿（位于法国阿尔卑斯科西嘉地区）是一个历史悠久的优质砷矿床，其矿石主要由雄黄（realgar）和辉锑矿（stibnite）组成。在本研究之前，尚缺乏流体包裹体或稳定同位素数据来表征热液流体并建立成因模型。由于矿化作用呈粗粒状且伴生关系明显，因此可以获取代表不同矿化阶段的样品数据。通过对石英、碳酸盐和雄黄样品的研究，旨在确定矿化流体的来源和演化过程。该矿化作用发生在早中新世伸展构造作用形成的后阿尔卑斯脆性构造环境中。随着断层运动导致围岩破裂，在500–800米深度处发生了高温（约290°C）和中等盐度（约9 wt% NaCl_equiv.）的热液溶液沸腾。马特拉断层的持续运动形成了渗透性通道，使得岩浆流体、演化后的大气流体和大气流体得以混合。从雄黄中的贫气流体包裹体（T_h 约60°C，盐度约0.5 wt% NaCl_equiv）可以推断出大气水流入量不断增加。流体混合现象通过CO₂/CH₄与N₂/Ar以及N₂–Ar–He图谱中的气体分布数据结合C–O同位素数据得到证实。岩浆特征可能与第勒尼安海的早期形成有关，这一过程伴随着地壳变薄和软流圈上升。在此背景下，马特拉地区的宏观构造可能促进了来自地幔的热量和深部气体的聚集，从而形成了一个动态的热液系统。

引言

研究矿床需要采用多学科方法，包括描述矿床所处的构造环境和围岩类型、分析构成矿化的矿石和脉石成分，并确定成矿流体的来源。通过流体包裹体和稳定同位素研究获得的数据可以进行交叉验证。结合四极质谱仪（QMS）对矿石阶段矿物进行的气体成分分析，CO₂/CH₄与N₂/Ar及N₂–Ar–He图谱中气体种类的不同分布为确定流体来源提供了额外依据。

QMS气体分析技术已通过多项研究得到验证。Giggenbach（1986）利用非反应性气体（如N₂、Ar和He）来确定流体来源；He浓度的升高表明这些流体曾长期存在于地壳中并与岩石相互作用。N₂/Ar比值远高于大气来源（约38），这归因于岩浆的N₂贡献。Norman和Musgrave（1994）将这一方法应用于三元N₂–Ar–He图谱中以区分不同气体来源。Norman等人（1996）进一步利用CH₄浓度作为示踪剂，因为CH₄不存在于大气或岩浆水中，但会在流体与岩石相互作用时积累。这些关系在CO₂/CH₄与N₂/Ar图谱中建立了不同流体来源的成分特征，包括浅层大气流体、演化后的地壳流体、有机流体、岩浆流体（深层）及演化后的岩浆流体（Blamey和Norman，2002；Blamey，2012）。尽管该技术已应用于美国和中国的热液及卡林型矿床（例如Cline和Hofstra，2000；Blamey等人，2017；Groff，2018；Chai等人，2019）的研究，但在地中海周边地区的应用尚不多见。鉴于该地区多个矿床的矿石特性适合此类分析，选择了位于法国阿尔卑斯科西嘉地区的马特拉砷（±锑）矿床作为研究案例（Filimon等人，2025）。

近年来，砷作为一种商品在欧洲受到了更多关注，这主要是由于其在冶金和半导体生产中的需求显著增加。因此，砷被列入了2023年更新的欧洲关键原材料清单（欧盟委员会，2023）。像废弃的马特拉矿这样的高品位砷矿床可能成为这一重要元素的资源来源。过去该矿床曾产出含砷量达30 wt%的矿石（Mori等人，1999），使其成为20世纪法国最重要的砷来源之一（Orcel，1921；Orcel，1924）。

马特拉矿的矿化作用得益于与第勒尼安海形成相关的伸展构造作用（Chamot-Rooke等人，1999；Di Rosa等人，2025）。矿化作用发生在碎裂剪切带中，这些带为热液流体的迁移提供了通道。尽管近期研究已揭示了该地区的地质背景（Filimon等人，2024）和马特拉砷（±锑）矿的岩石学特征（Filimon等人，2025），但其成矿流体的来源和演化过程仍不清楚。本文旨在建立高分辨率模型，以追踪马特拉矿矿化过程中的热液循环和演化过程。综合运用流体包裹体和稳定同位素技术，结合微测温和QMS气体数据以及C–O同位素分析，可以记录流体来源和演化过程。这些结果将为理解热液环境中砷富集机制提供初步依据。

地质与矿化过程

马特拉矿的砷矿石形成于后阿尔卑斯造山期伸展作用期间形成的陡倾正断层沿线。早渐新世时期，构造应力从压缩状态转变为伸展状态，导致阿尔卑斯科西嘉造山楔体崩塌，形成了利古里亚-普罗旺斯后弧盆地（Gueguen等人，1998）。科西嘉-撒丁岛地块的逆时针旋转（Schmid和Kissling，2000；Molli，2008；Malusà等人，2015）解释了这种伸展作用。

样品描述

普雷萨谷（Presa Valley）的砷矿开采活动于20世纪40年代中期停止，废弃矿井的入口坍塌，无法从地下作业区采集矿化基岩的原位样品。因此，从矿渣堆、浮选产物和露头处收集了41个样品用于分析。根据矿物学特征、纹理及相互切割关系，从9个地点选取了部分样品进行详细研究（表1）。需要注意的是，唯一在原位采集的样品为辉砷矿（gossan）。

流体包裹体岩石学与微测温分析

根据Roedder（1984）建立的标准，通过微观尺度上的关系将包裹体分类为原生或次生类型。随后，将这些原生和次生包裹体分配到相应的流体包裹体组合中，这些组合代表了年代相近且岩石学特征明确的包裹体群（Goldstein和Reynolds，1994；Bodnar，2003）。因此，一个流体包裹体组合包含了多种类型的包裹体

矿化阶段与流体演化

马特拉矿高品位砷矿化的成矿流体演化过程将通过流体包裹体微测温和QMS气体数据分析来确定。研究结果表明，矿化过程中发生了重要的物理化学变化，这些变化与N–S走向的马特拉断层的复杂变形历史密切相关。Filimon等人（2025）指出，马特拉断层的重新激活发生在矿化前期

结论

马特拉矿的砷（±锑）矿化作用发生在浅成热液环境中（深度约500–800米），沿着N–S走向的马特拉断层形成。这种后阿尔卑斯脆性构造是由早中新世的伸展构造作用形成的。断层运动导致围岩破裂后，高温（约290°C）和中等盐度（约9 wt% NaCl_equiv.）的热液溶液在石英矿化阶段开始沸腾。随后，马特拉断层的持续运动进一步促进了流体活动

作者贡献声明

丹尼斯·伊奥努特·菲利蒙（Danis Ionut Filimon）：负责撰写初稿、方法论设计、数据整理。约翰·A·格罗夫（John A. Groff）：负责审稿与编辑、结果验证、方法论完善及概念构建。保罗·富利尼亚蒂（Paolo Fulignati）：负责审稿与编辑、结果验证及项目监督。玛丽亚·迪罗莎（Maria Di Rosa）：负责审稿与编辑、结果验证、项目管理工作及资金申请。

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。

致谢

作者感谢阿拉巴马大学的Joe Lambert博士对碳酸盐样品的同位素分析工作提供的帮助，同时感谢西安大略大学的Nigel Blamey博士在气体分析方面的合作。作者还要感谢J. Feraud、A. Gauthier和J. Poggionovo多年来对马特拉矿研究的宝贵贡献。此外，衷心感谢主编Martiya Sadeghi及匿名审稿人的辛勤工作