安徽滁州瑯琊山矽卡巖型銅礦床成礦流體特征研究

狄勤松，雷丁爾，夏立元，王耀, ，付仲陽

（1.安徽省地質(zhì)調(diào)查研究院（安徽省地質(zhì)科學(xué)研究所）合肥 230001；2.南京大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 南京 210023；3.合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院 合肥 230009）

0 引言

安徽滁州瑯琊山銅礦床是長江中下游地區(qū)典型的矽卡巖型富銅伴生金礦床，有著悠久的采礦和冶煉歷史。前人對該礦床的地質(zhì)特征、成礦巖體、成礦年齡等方面取得了重要的成果[1,2,3]，但對成礦流體的研究還未開展，本文在綜合分析瑯琊山銅礦床礦化地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了流體包裹體溫度的測定，估算了流體的鹽度和密度，并結(jié)合前人的研究，探討了瑯琊山銅礦床的形成過程，為深入認(rèn)識礦床成因和成礦機制提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

瑯琊山銅礦床位于揚子地臺東部，西鄰著名的郯廬大斷裂，位于長江中下游成礦帶北緣滁縣-全椒銅金成礦區(qū)內(nèi)[4,5,6]（圖1a、1b）。

圖1 張八嶺隆起區(qū)簡圖（a）、滁州-廬江地區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖（b）、瑯琊山銅礦床區(qū)域地質(zhì)簡圖（c）

滁州-廬江地區(qū)成礦時代主要集中于晚侏羅—早白堊世，成礦時代與構(gòu)造—巖漿作用有明顯的一致性，礦床的空間分布表現(xiàn)為基底構(gòu)造對成巖成礦作用的控制。區(qū)內(nèi)出露的地層主要為震旦系燈影組，寒武系黃栗樹組、余家凹組和瑯琊山組，奧陶系上歐沖組，侏羅系紅花橋組和白堊系浦口組。區(qū)域巖漿巖主要分為兩大系列：一是與鐵及多金屬礦化有關(guān)的鉀玄巖系列，如蘇州、寧蕪盆地等；二是與銅金等礦床有關(guān)的高鉀鈣堿性巖系，如銅官山、獅子山銅礦，瑯琊山巖體為高鉀鈣堿性巖系的代表。印支期，受揚子板塊與華北板塊碰撞對接的影響，區(qū)內(nèi)形成了一系列北東向S型同斜倒轉(zhuǎn)褶曲，表現(xiàn)為褶皺中段軸面近直立，兩翼大致對稱，南北兩段軸面傾向北西和南東，這種S型褶皺可能是東西向基底斷裂限制了北東向S型變形所致。北東向褶皺之上又疊加有東西向褶皺，疊加褶皺的橫跨復(fù)合造成北東向向斜樞紐昂起，形成隆起、虛脫空間等巖體和礦體的有利地段（圖1c）。

2 礦床地質(zhì)特征

瑯琊山銅礦床位于滁州市西南2.5km，是國內(nèi)外罕見的城市中的銅礦，礦區(qū)交通十分便利。礦區(qū)位于大豐山復(fù)式向斜的東翼，醉翁山向斜的軸部，區(qū)內(nèi)出露地層有晚震旦世燈影組條帶狀灰?guī)r，白云質(zhì)灰?guī)r，硅質(zhì)白云巖；早寒武世黃栗樹組（泥質(zhì)、硅質(zhì)、炭質(zhì)）灰?guī)r、（炭質(zhì)、泥質(zhì)）頁巖，燧石層；中寒武世楊柳崗組（泥質(zhì)）灰?guī)r，局部夾鈣質(zhì)頁巖；晚寒武世瑯琊山組上段灰?guī)r，早白堊世赤山組粉砂巖、砂巖、礫巖等，第四紀(jì)粘土、亞粘土等組成。與成礦有關(guān)的地層為晚寒武世瑯琊山上段組網(wǎng)紋狀或條帶狀結(jié)晶灰?guī)r。

區(qū)內(nèi)巖漿巖為燕山期淺成相石英閃長玢巖，平面上呈長橢圓狀，北端被斷層切割，出露面積1.2km2。巖體兩側(cè)及端部發(fā)育大量沿剪切面和橫向斷裂面產(chǎn)生的順層巖脈和縱向巖脈，巖體與圍巖呈波狀或齒狀接觸。

圖2 瑯琊山銅礦14-43線剖面示意圖

礦床中所有礦體均分布在石英閃長玢巖與晚寒武世瑯琊山組上段網(wǎng)紋狀或條帶狀結(jié)晶灰?guī)r之接觸帶上及其前緣，根據(jù)其產(chǎn)出位置，可分為三條明顯的礦帶礦體環(huán)繞接觸帶分布，呈“U”字型和“多”字型排列，同時由于構(gòu)造的復(fù)合作用，礦體形態(tài)往往較為復(fù)雜（圖2）。礦體一般呈透鏡狀、扁豆?fàn)?、囊狀等，平面走向延長幾十米至百余米，一般延伸數(shù)十米至兩百余米，一般厚度2～10m，最大30m，平均厚度3.2m。礦體側(cè)伏方向長度遠(yuǎn)大于走向和傾斜方向長度，呈長柱狀向北東方向側(cè)伏，側(cè)伏角45°～60°，走向隨所處接觸帶位置展布，傾向東，傾角50°～80°。礦石礦物主要為黃銅礦、斑銅礦、磁鐵礦，次要礦物為黃鐵礦、輝銅礦、赤鐵礦、銅藍(lán)、輝鉬礦及少量黝銅礦、鏡鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、自然金等；脈石礦物有鈣鐵石榴子石、透輝石、斜長石、角閃石、綠泥石、綠簾石、透閃石、陽起石和少量石英、玉髓、方解石等。

瑯琊山銅礦床成礦作用具有多期多階段的特征，根據(jù)礦床地質(zhì)特征和礦石共生關(guān)系及組構(gòu)特征的研究，可將該礦床成礦階段劃分為矽卡巖階段、退蝕變階段、石英-硫化物階段、碳酸鹽階段四個階段。

3 流體包裹體研究

3.1 樣品采集及測試

本次工作在系統(tǒng)的野外地質(zhì)調(diào)查和觀察研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行樣品采集，選取不同成礦階段的含有石英、方解石、石榴子石的樣品磨制包裹體片。在對流體包裹體系統(tǒng)形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)上，選取包裹體發(fā)育較好的典型包裹體片進(jìn)行測溫。

流體包裹體顯微測溫在合肥工業(yè)大學(xué)資環(huán)學(xué)院成礦流體實驗室完成。測試儀器為Linkam THMSG 600冷熱臺，測試范圍為-160℃～ 600℃，分析精度為：＜30℃，±0.2℃；30℃～ 300℃，±1℃；300℃～ 600℃，±2℃。測試過程中，利用美國FLUIDING 公司提供的人工合成流體包裹體樣品對冷熱臺進(jìn)行溫度標(biāo)定，利用液氮對包裹體快速降溫，并在溫度緩慢上升的過程中觀察包裹體的相變化，記錄冰點溫度和均一溫度，升/降溫速率為 0.5℃～5℃/min，相變點附近的速率降低為 0.5℃ /min。

3.2 包裹體巖相學(xué)

瑯琊山銅礦床不同成礦階段含礦石英脈、石英-方解石脈以及石榴子石中流體包裹體普遍發(fā)育，但個體大小不一，一般2～20μm，包裹體多呈橢圓形、不規(guī)則形，少數(shù)呈負(fù)晶形產(chǎn)出。根據(jù)流體包裹體在室溫下相態(tài)的分類標(biāo)準(zhǔn)，瑯琊山銅礦床的原生包裹體可以分為以下四種類型：

I.含子晶包裹體：室溫下以含有一個固體子礦物為特征，此外還含有一個氣泡和水溶液相，子礦物通常呈立方體形或長方體形，可能為NaCl子晶（圖3a）。該類包裹體數(shù)量少，呈不規(guī)則狀，大小一般5～12μm，零星分布于矽卡巖階段的石榴子石中。

II.氣液兩相包裹體：室溫下主要由氣相和液相組成，廣泛分布于各成礦階段礦物中，是本礦床最主要的包裹體類型，個體相差較大，2～25μm不等，氣泡充填度一般5%～30%，個別可達(dá)40%（圖3b-c、e-f、h-i）。包裹體形態(tài)多呈橢圓形、不規(guī)則形，呈孤立狀或小規(guī)模集群分布。其中石榴子石和石英中的包裹體個體較大，一般8～15μm，個別可達(dá)20μm左右，其氣泡充填度稍大，多集中于25～30%，少數(shù)達(dá)40%左右，包裹體呈孤立狀或集群分布；方解石的包裹體總體都較小，一般2～8μm，形態(tài)以負(fù)晶形和不規(guī)則形為主，其氣泡充填度僅5～10%，多呈線狀分布（圖3i）。

表1 瑯琊山銅礦床流體包裹體顯微測溫及相關(guān)參數(shù)

III.純液相包裹體：室溫下為單相液體包裹體，多呈橢圓形、負(fù)晶形、不規(guī)則形，大小2～8μm，廣泛分布于各個成礦階段礦物中，呈零星或線狀分布（圖3d）。

IV.純氣相包裹體：室溫下為單相氣體包裹體，多為橢圓形，大小約2～10μm，呈孤立狀分布于矽卡巖階段、退蝕變階段以及石英-硫化物階段的石榴子石和石英中（圖3g）。

3.3 測溫結(jié)果

1.均一溫度、鹽度

本次工作主要選擇不同成礦階段中氣液兩相包裹體進(jìn)行了均一法和冷凍法的顯微測溫研究，并在此基礎(chǔ)上計算了流體包裹體鹽度。對于氣液兩相流體包裹體，根據(jù)冰點溫度（Tmice）采用Bodnar[7]提出的NaCl-H2O體系鹽度-冰點公式求得流體鹽度。

測溫和計算的鹽度數(shù)據(jù)列于表1，均一溫度頻率直方圖見圖4a，鹽度頻率直方圖見圖4。結(jié)果顯示，矽卡巖階段均一溫度變化范圍為372～486℃，集中于431℃～456℃，平均440℃；鹽度介于2.6～8.7wt% NaCleq，集中于4.2～7.2wt%NaCleq，平均5.5wt% NaCleq。退蝕變階段均一溫度變化范圍為291℃～360℃，集中于317℃～350℃，平均325℃；鹽度介于0.9～6.0wt% NaCleq，集中于2.6～6.0wt%NaCleq，平均3.8wt% NaCleq。石英-硫化物階段均一溫度變化范圍為201～311℃，集中于245℃～310℃，平均269℃；鹽度介于1.1～5.7wt% NaCleq，集中于2.2～5.1wt%NaCleq，平均3.5wt% NaCleq。碳酸鹽階段均一溫度變化范圍為158～192℃，集中于160～180℃，平均169℃；鹽度介于0.2～3.7wt% NaCleq，集中于0.9～1.6wt% NaCleq，平均1.4wt% NaCleq。

3.4 成礦流體壓力和深度估算

圖3 瑯琊山銅礦床中流體包裹體巖相學(xué)特征

圖4 瑯琊山銅礦床流體包裹體均一溫度圖

圖5 瑯琊山銅礦床NaCl-H2O體系溶液密度圖解（數(shù)值為等密度線的密度值）

流體密度可以用均一溫度（Th/℃）和鹽度（wt%NaCl）投影到T-w-ρ圖中求出。利用該圖解（圖5）估算得到瑯琊山銅礦床的密度為＜0.50～0.95g/cm3，集中分布在0.70～0.85g/cm3之間。

運用劉斌的密度經(jīng)驗公式[8]計算流體密度，計算結(jié)果見表1，流體密度直方圖見圖4d。結(jié)果表明，流體密度變化范圍介于0.36～0.93g/cm3之間，平均0.70g/cm3。這一結(jié)果同T-w-ρ圖解中估算的密度值基本一致。其中矽卡巖階段流體密度變化范圍為0.36～0.65g/cm3，平均0.47g/cm3；退蝕變階段流體密度變化范圍為0.61～0.77g/cm3，平均0.69g/cm3；石英-硫化物階段流體密度變化范圍為0.71～0.87g/cm3，平均0.77g/cm3；碳酸鹽階段流體密度變化范圍為0.88～0.93g/cm3，平均0.91g/cm3。

根據(jù)邵潔漣[9]提出的經(jīng)驗公式求得流體壓力，計算結(jié)果見表1，成礦壓力變化范圍為25.7MPa～74.2MPa，平均值為45.9MPa。其中矽卡巖階段成礦壓力變化范圍為51.4MPa～74.2MPa，平均值為61.3MPa；退蝕變階段成礦壓力變化范圍為37.6MPa～54.8MPa，平均值為46.8MPa；石英-硫化物階段成礦壓力變化范圍為35.7MPa～49.2MPa，平均值為42.7MPa；碳酸鹽階段成礦壓力變化范圍為25.7MPa～34.6MPa，平均值為29.4MPa。

成礦深度可用以下公式計算：H1=P1/25。式中P1為成礦時的壓力，單位為105Pa；H1為成礦深度（成礦深度按照地壓梯度（25MPa/km）計算）。成礦深度變化范圍為1.03～2.97km，平均值為1.80km。其中矽卡巖階段成礦深度變化范圍為2.05～2.97km，平均值為2.45km；退蝕變階段成礦深度變化范圍為1.50～2.19km，平均值為1.87km；石英-硫化物階段成礦深度變化范圍為1.43～1.97km，平均值為1.71km；碳酸鹽階段成礦深度變化范圍為1.03～1.39km，平均值為1.17km。

4 討論

流體包裹體顯微測溫研究結(jié)果顯示，瑯琊山銅礦床成礦流體從早到晚發(fā)生了一系列的變化：早期矽卡巖階段主要發(fā)育氣液兩相包裹體，部分含子晶三相包裹體，具明顯的高溫（372℃～486℃）、中-高鹽度（2.57%～8.68%）；退蝕變階段主要發(fā)育氣液兩相包裹體，具中高溫（291℃～360℃）、中-高鹽度（0.88%～8.68%）；石英-硫化物階段主要發(fā)育氣液兩相包裹體，具中溫（201℃～311℃）、中鹽度（1.05%～5.71%）；碳酸鹽階段主要發(fā)育氣液兩相包裹體，具低溫（158℃～192℃）、低鹽度（0.18%～3.71%）；流體從成礦早期到晚期，成礦流體具有從高溫、向低溫、低鹽度流體演化的趨勢。鑒于矽卡巖階段石榴子石中零星發(fā)育有含子晶包裹體，礦床成礦早期成礦流體可能具有更高的鹽度。而含子晶包裹體、純氣相包裹體以及純液相包裹體的共存現(xiàn)象表明瑯琊山銅礦床在形成過程中可能發(fā)生了流體沸騰作用。

5 結(jié)論

（1）瑯琊山銅礦床礦石中主要發(fā)育含子晶、氣液兩相、純氣相和純液相等四類包裹體，以氣液兩相包裹體為主。

（2）瑯琊山銅礦床成礦流體壓力介于25.7MPa～74.2MPa，成礦深度介于為1.03～2.97km，并從成礦早期到成礦晚期，成礦流體壓力逐漸變小，成礦深度逐漸變淺。

（3）隨著成礦作用由早到晚，成礦溫度逐漸降低，成礦流體鹽度也由成礦早期中-高鹽度向晚期低鹽度逐漸遞變。