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    內(nèi)蒙古好力寶斑巖型銅鉬礦床流體特征和礦床成因

    2021-09-10 07:22:44曲高勇
    黃金 2021年1期
    關(guān)鍵詞:礦床成因

    曲高勇

    摘要:好力寶礦床位于西拉木倫成礦帶東部,為斑巖型銅鉬礦床。礦體主要賦存于斜長(zhǎng)花崗斑巖的角礫巖帶中,與斜長(zhǎng)花崗斑巖關(guān)系密切,成礦作用劃分為3個(gè)階段:石英-黃銅礦-黃鐵礦-輝鉬礦階段(Ⅰ)、黃鐵礦-方鉛礦-閃鋅礦-輝鉬礦-石英脈階段(Ⅱ)、石英-方解石-螢石階段(Ⅲ)。流體包裹體測(cè)試結(jié)果表明:流體包裹體主要為氣液兩相包裹體(L型)、含CO2包裹體(C型)和純CO2包裹體(PC型)。成礦Ⅰ階段主要包括L型、C型和PC型流體包裹體,為典型的高溫(集中在380.0 ℃~400.0 ℃)、中低鹽度(集中在7.50 %~8.50 %)的CO2-NaCl-H2O體系;成礦Ⅱ階段主要包括L型和C型流體包裹體,屬于高溫(集中在330.0 ℃~350.0 ℃)、低鹽度(集中在4.25 %~5.00 %)的CO2-NaCl-H2O體系;成礦Ⅲ階段僅包括L型流體包裹體,屬于中低溫(集中在280.0 ℃~300.0 ℃)、低鹽度(集中在2.00 %~2.75 %)的NaCl-H2O體系。氫-氧同位素測(cè)試結(jié)果顯示,δDV-SMOW為-115.8 ‰~-94.5 ‰,δ18OH2O為-8.32 ‰~0.28 ‰,暗示成礦流體主要來(lái)源于巖漿,含有少量大氣降水。研究結(jié)果表明,該礦床成礦流體為中高溫、中低鹽度流體,流體不混溶促使金屬礦物發(fā)生沉淀富集。

    關(guān)鍵詞:流體包裹體;成礦階段;氫-氧同位素;礦床成因;好力寶礦床

    中亞造山帶形成于晚古生代古亞洲洋俯沖時(shí)期,且在220~250 Ma達(dá)到大陸碰撞的頂峰[1-3]。西拉木倫成礦帶位于中亞造山帶東部,經(jīng)歷了強(qiáng)烈的構(gòu)造變形和多期次巖漿活動(dòng)[4-5],是中國(guó)重要的銅鉬多金屬成礦帶之一。該區(qū)域重要的銅鉬礦床包括敖侖花 [4-5]、半拉山[6]、車(chē)戶(hù)溝[7]、羊場(chǎng)[8]和好力寶[9]等。好力寶斑巖型銅鉬礦床賦存于西拉木倫斷裂和嫩江斷裂的交匯處,以往研究已確定該礦床成礦作用發(fā)生在中二疊世[9],但成礦流體特征、來(lái)源和演化還未得到深入研究。本文旨在通過(guò)流體包裹體和氫-氧同位素的研究,確定好力寶斑巖型銅鉬礦床成礦流體的來(lái)源和演化,討論礦床成因,為今后的勘探工作提供理論支撐。

    1 區(qū)域地質(zhì)特征

    好力寶斑巖型銅鉬礦床位于西拉木倫成礦帶北側(cè),大地構(gòu)造位置屬于中亞造山帶東段,華北克拉通北緣(見(jiàn)圖1-A)[10]。區(qū)域出露地層主要有晚古生界二疊系火山沉積巖,中生界侏羅系碎屑巖及新生界玄武巖、沉積物(見(jiàn)圖1-B)。區(qū)域范圍內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁,根據(jù)其侵入時(shí)代可將其分為海西期、印支期和燕山期巖漿活動(dòng)。其中,海西晚期(270~285 Ma)與好力寶斑巖型銅鉬礦床成礦時(shí)代接近,該期巖漿巖在區(qū)域范圍內(nèi)廣泛分布,巖性包括二長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖及富含云母的花崗巖等;燕山期巖漿活動(dòng)與區(qū)域內(nèi)銅鉬多金屬礦化關(guān)系密切,呈北東向帶狀展布[11]。區(qū)域內(nèi)銅鉬多金屬成礦作用主要受北東向和北西向斷裂控制,典型斷裂包括賀根山斷裂、西拉木倫斷裂。

    礦區(qū)內(nèi)控礦構(gòu)造主要為斷裂,多數(shù)隱伏于地下,但北西向斷裂出露地表,屬于張性或張扭性斷裂,控制含礦斜長(zhǎng)花崗斑巖體的侵位和礦化的富集。

    礦區(qū)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈,侵入巖類(lèi)型包括斜長(zhǎng)花崗巖、斜長(zhǎng)花崗斑巖和石英斑巖。銅鉬多金屬礦化主要受斜長(zhǎng)花崗斑巖控制。斜長(zhǎng)花崗斑巖為斑狀構(gòu)造,不等粒結(jié)構(gòu),斑晶主要為石英、斜長(zhǎng)石和少量黑云母(見(jiàn)圖3),基質(zhì)主要由石英和斜長(zhǎng)石組成,是礦區(qū)內(nèi)蝕變最為普遍和強(qiáng)烈的巖石。

    3 礦床地質(zhì)特征

    礦體主要賦存于斜長(zhǎng)花崗斑巖中(見(jiàn)圖4),共圈出5個(gè)銅鉬礦體,分別編號(hào)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ號(hào)。Ⅰ號(hào)礦體呈脈狀產(chǎn)于巖體上部,長(zhǎng)250 m,縱深400 m,Cu平均品位0.34 %;Ⅱ號(hào)礦體賦存于Ⅳ號(hào)礦體上部,長(zhǎng)70 m,厚12 m,Cu平均品位0.44 %,Mo平均品位0.89 %;Ⅲ號(hào)礦體呈空心透鏡體狀,長(zhǎng)250 m,平均厚度>30 m,Mo平均品位>0.03 %;Ⅳ號(hào)和Ⅴ號(hào)礦體均呈不規(guī)則凹透鏡狀,長(zhǎng)約250 m,厚10~20 m,Mo平均品位0.03 %。

    礦石中金屬礦物主要為黃鐵礦、黃銅礦、輝鉬礦、閃鋅礦、黝銅礦、斑銅礦、方鉛礦、赤鐵礦和磁鐵礦(見(jiàn)圖5),非金屬礦物主要有石英、方解石等。礦石構(gòu)造包括浸染狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、細(xì)脈狀構(gòu)造和團(tuán)塊狀構(gòu)造等。礦石結(jié)構(gòu)包括半自形粒狀結(jié)構(gòu)、交代浸蝕結(jié)構(gòu)和他形填隙結(jié)構(gòu)、膠狀結(jié)構(gòu)等。圍巖蝕變較為發(fā)育,主要為泥化、高嶺土化、綠泥石化、碳酸鹽化、絹云母化和硅化等,其中硅化、絹云母化與銅鉬礦化密切相關(guān)。

    根據(jù)礦物組合和穿切關(guān)系,礦區(qū)成礦作用劃分為3個(gè)成礦階段:石英-黃銅礦-黃鐵礦-輝鉬礦階段(Ⅰ)、黃鐵礦-方鉛礦-閃鋅礦-輝鉬礦-石英脈階段(Ⅱ)及石英-方解石-螢石階段(Ⅲ)(見(jiàn)表1)。

    4 分析方法

    4.1 流體包裹體

    石英中流體包裹體的顯微測(cè)溫在吉林大學(xué)地質(zhì)流體重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成,測(cè)試儀器為L(zhǎng)inkam THMS-600型顯微冷熱臺(tái)(英國(guó)),測(cè)試溫度為-196 ℃~600 ℃。當(dāng)降溫冷凍時(shí),分析誤差為±0.2 ℃;當(dāng)升溫加熱時(shí),分析誤差為±2 ℃。氣液兩相包裹體的鹽度通過(guò)流體包裹體冷凍法所測(cè)冰點(diǎn)溫度計(jì)算;含CO2三相包裹體的鹽度通過(guò)CO2籠形物熔化溫度計(jì)算[13-14]。

    4.2 氫-氧同位素

    石英中氫-氧同位素測(cè)試在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心實(shí)驗(yàn)室完成,同位素質(zhì)譜儀型號(hào)為MAT-253。采用傳統(tǒng)的BrF5分析法和鋅還原法分別對(duì)氧同位素和氫同位素含量進(jìn)行測(cè)定。氫、氧同位素分析精度分別為±1 ‰、±0.2 ‰[15-16]。

    5 分析結(jié)果

    5.1 流體包裹體巖相學(xué)特征

    對(duì)原生包裹體(以孤立或隨機(jī)分布為特征)進(jìn)行了巖相學(xué)觀察和顯微測(cè)溫。根據(jù)室溫下的相態(tài)組成、升降溫過(guò)程中的相變化,識(shí)別出3種類(lèi)型流體包裹體:氣液兩相包裹體(L型)、含CO2包裹體(C型)和純CO2包裹體(PC型)(見(jiàn)圖6、表2、圖7)。

    1)L型包裹體:在各個(gè)成礦階段均有發(fā)育,室溫下包含兩相(氣相和液相H2O),氣相與液相體積比<50 %(集中于15 %~35 %)(見(jiàn)圖6-a、e、f),多呈橢圓形、圓形或不規(guī)則狀,粒度4~30 μm。

    2)C型包裹體:發(fā)育在成礦Ⅰ階段和成礦Ⅱ階段,室溫下由兩相(氣相CO2及液相H2O)或三相(氣相CO2、液相CO2和液相H2O)組成,氣相與液相體積比為10 %~30 %,粒度5~20 μm,多以橢圓形或長(zhǎng)條形與L型包裹體出現(xiàn)在同一視域內(nèi)(見(jiàn)圖6-a、c)。

    3)PC型包裹體:僅發(fā)育在成礦Ⅰ階段,室溫下由一相(氣相CO2)或兩相(氣相CO2和液相CO2)組成,氣相與液相體積比為16 %~25 %,粒度8~15 μm,多以不規(guī)則狀或長(zhǎng)條形隨機(jī)分布(見(jiàn)圖6-b、d)。

    5.2 流體包裹體測(cè)溫

    成礦Ⅰ階段:發(fā)育PC型、C型和L型包裹體。PC型包裹體CO2初熔溫度為-59.2 ℃~-57.8 ℃,籠形物消失溫度為24.8 ℃~29.8 ℃,完全均一溫度為388.7 ℃~400.0 ℃。C型包裹體CO2初熔溫度為-59.1 ℃~-58.2 ℃,比純固相CO2熔化溫度(-56.6 ℃)偏低,暗示包裹體內(nèi)含有少量的CH4或N2;包裹體部分均一溫度為25.6 ℃~29.4 ℃,籠形物消失溫度為7.0 ℃~8.2 ℃,完全均一溫度為382.2 ℃~404.5 ℃,依據(jù)相應(yīng)公式[13,17-18],求得鹽度為6.57 %~7.77 %,估算流體密度為0.64~0.68 g/cm3。L型包裹體冰點(diǎn)溫度為-6.1 ℃~-4.6 ℃,鹽度為7.30 %~9.34 %,完全均一溫度為354.1 ℃~413.0 ℃,估算流體密度為0.65~0.79 g/cm3。

    成礦Ⅱ階段:發(fā)育C型和L型包裹體。C型包裹體CO2初熔溫度為-57.2 ℃~-58.0 ℃,比純固相CO2熔化溫度偏低,表明包裹體內(nèi)有少量CH4和N2;包裹體部分均一溫度為26.5 ℃~28.5 ℃,籠形物消失溫度為7.8 ℃~8.5 ℃,完全均一溫度為325.5 ℃~342.4 ℃,鹽度為3.62 %~4.93 %,估算流體密度為0.69~0.79 g/cm3。 L型包裹體冰點(diǎn)溫度為-4.7 ℃~-2.9 ℃,鹽度為4.29 %~6.44 %,完全均一溫度為320.5 ℃~354.5 ℃,估算流體密度為0.57~0.64 g/cm3。

    成礦Ⅲ階段:發(fā)育L型包裹體。L型包裹體冰點(diǎn)溫度為-2.1 ℃~-1.1 ℃,包裹體最終均一至液相,完全均一溫度為268.0 ℃~308.2 ℃,鹽度為1.90 %~3.58 %,估算流體密度為0.50~0.58 g/cm3。

    5.3 氫-氧同位素特征

    對(duì)石英單礦物中氫、氧同位素進(jìn)行了分析,結(jié)果見(jiàn)表3。該礦床δDV-SMOW為-115.8 ‰~-94.5 ‰,δ18OV-SMOW為0.50 ‰~6.71 ‰,通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式[17]估算出δ18OH2O為-8.32 ‰~0.28 ‰。

    6 討 論

    6.1 成礦壓力及深度

    好力寶斑巖型銅鉬礦床的包裹體中可見(jiàn)C型、L型和PC型包裹體,且同階段完全均一溫度相近,可認(rèn)為其為同期捕獲,可利用盧煥章等[13-14,18]的CO2-H2O體系等容線圖解法估算捕獲壓力,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式[19]估算成礦深度。因此,好力寶斑巖型銅鉬礦床成礦壓力為30~62 MPa(見(jiàn)圖8),成礦流體屬于低壓環(huán)境的流體;估算對(duì)應(yīng)成礦深度為1.0~2.1 km,該礦床屬于中淺成相。

    6.2 成礦流體來(lái)源

    成礦Ⅰ階段的δ18OH2O值和δDV-SMOW值在巖漿水和大氣降水之間,氫-氧同位素組成與典型巖漿水相似(見(jiàn)圖9、表3),表明成礦Ⅰ階段熱液系統(tǒng)中以巖漿水為主,含有少量大氣降水。成礦Ⅱ、Ⅲ階段氫-氧同位素組成逐漸向大氣降水線靠近,氫-氧同位素組成相對(duì)改變,可能是由于巖漿脫氣或大氣降水大量加入導(dǎo)致的[20]。δDV-SMOW值較低,與西拉木倫成礦帶內(nèi)中生代大氣降水值(-140 ‰~-90 ‰)[21]接近,這也表明大氣降水混入了成礦流體,致使流體δDV-SMOW值低于正常的巖漿水。該礦床δ18OH2O值和δDV-SMOW值與西拉木倫成礦帶許多礦床相似(δDV-SMOW=-134.2 ‰~-84.0 ‰,δ18OH2O=-5.75 ‰~6.98 ‰)[10,21-23],進(jìn)一步表明好力寶斑巖型銅鉬礦床成礦流體主要來(lái)自巖漿水,有少量大氣降水的混入。

    6.3 成礦流體性質(zhì)及演化

    成礦Ⅰ階段流體為高溫、中低鹽度的CO2-NaCl-H2O體系。該階段3種類(lèi)型包裹體均一溫度大致相同,鹽度差異較小,符合成礦流體的相分離特征,這主要是由于不混溶作用導(dǎo)致的[24]。因此,認(rèn)為該階段礦物沉淀機(jī)制主要是由于流體不混溶作用導(dǎo)致均一超臨界流體發(fā)生相分離。氫-氧同位素?cái)?shù)據(jù)表明,在成礦Ⅰ階段,少量大氣降水與原生巖漿流體在高溫條件下混合。該階段流體析出了輝鉬礦和石英,但CO2含量過(guò)高限制了硫化物的析出。

    成礦Ⅱ階段流體屬于高溫、低鹽度的CO2-NaCl-H2O體系。L型包裹體占比明顯增多,C型和PC型包裹體占比明顯下降,成礦流體溫度和鹽度與成礦Ⅰ階段相比都有所降低[25]。這些現(xiàn)象表明,成礦Ⅱ階段,由于成礦流體釋放CO2和大氣降水的加入,CO2濃度顯著下降,流體pH升高,導(dǎo)致硫化物大量沉淀。

    成礦Ⅲ階段流體屬于中低溫、低鹽度的NaCl-H2O體系。該階段僅發(fā)育L型包裹體,溫度和鹽度與前2個(gè)成礦階段相比顯著降低(見(jiàn)圖10)。氫-氧同位素分析結(jié)果表明,該階段流體主要由大氣降水組成。

    6.4 礦床成因

    好力寶斑巖型銅鉬礦床和區(qū)域內(nèi)銅鉬多金屬礦床具有相同的同位素特征[4-8,21-22]。ZENG等[9]認(rèn)為該礦床的形成與區(qū)域內(nèi)花崗質(zhì)巖漿侵入有關(guān),并對(duì)成礦巖體進(jìn)行鋯石U-Pb定年和輝鉬礦Re-Os定年,確定斜長(zhǎng)花崗巖、斜長(zhǎng)花崗斑巖侵入年齡分別為278 Ma±5 Ma、267 Ma±10 Ma,輝鉬礦等時(shí)線年齡為265 Ma±3 Ma,成礦時(shí)代限定在中二疊世。

    CO2-NaCl-H2O體系中流體的不混溶作用與銅鉬成礦作用關(guān)系密切。不混溶造成流體中CO2濃度降低,流體pH升高,使流體中成礦物質(zhì)發(fā)生沉淀。該礦床成礦流體在演化過(guò)程中發(fā)生過(guò)不混溶,主要依據(jù)為:①C型與PC型包裹體共存(見(jiàn)圖6-b);②L型與C型包裹體常共存于同一視域內(nèi)(見(jiàn)圖6-a、c),且在相似溫度均一。成礦Ⅲ階段石英中未見(jiàn)不混溶包裹體群,表明銅鉬礦化作用與流體不混溶相關(guān)。此外,從成礦Ⅰ階段到Ⅲ階段,成礦流體中CO2濃度顯著降低,也能證明這點(diǎn)。

    綜合已有地質(zhì)、流體包裹體、氫-氧同位素和年代學(xué)資料,認(rèn)為好力寶斑巖型銅鉬礦床的成礦過(guò)程為:中二疊世,華北板塊和西伯利亞板塊碰撞過(guò)程中形成一系列斷裂和鈣堿性巖漿活動(dòng);早期高溫、高鹽度成礦流體(富含Cu、Mo、Pb、Zn等成礦元素)沿構(gòu)造裂隙上升,水熱系統(tǒng)經(jīng)歷了從靜巖到靜水的快速減壓過(guò)程,這種減壓導(dǎo)致流體不混溶的發(fā)生,降低成礦流體中CO2濃度,提高熱液pH,從而促進(jìn)Cu、Mo、Zn、Pb等成礦元素的快速沉淀富集。較晚階段,大氣降水大量混入成礦流體,但由于流體中成礦物質(zhì)較少,僅沉淀了少量硫化物礦物。

    7 結(jié) 論

    1)好力寶斑巖型銅鉬礦床形成于中二疊世與古亞洲洋閉合有關(guān)的島弧環(huán)境,是海西晚期巖漿活動(dòng)形成的中高溫斑巖型銅鉬礦床。成礦過(guò)程可分為3個(gè)階段:石英-黃銅礦-黃鐵礦-輝鉬礦階段(Ⅰ)、黃鐵礦-方鉛礦-閃鋅礦-輝鉬礦-石英脈階段(Ⅱ)及石英-方解石-螢石階段(Ⅲ)。

    2)流體包裹體和氫-氧同位素分析結(jié)果表明:成礦Ⅰ階段流體為高溫、中低鹽度的CO2-NaCl-H2O體系,以巖漿水為主;成礦Ⅱ階段流體屬于高溫、低鹽度的CO2-NaCl-H2O體系,以巖漿水為主,有少量大氣降水的混入;成礦Ⅲ階段流體為中低溫、低鹽度的NaCl-H2O體系,以大氣降水為主。成礦壓力為30~62 MPa,成礦深度為1.0~2.1 km,反映成礦具有中淺成相特征。

    3)成礦流體不混溶造成的CO2濃度降低、流體pH升高,是該礦床礦物沉淀的主要機(jī)制。

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