胡 杰,王兆成*,周福篯,史少飛,余旭輝

(1.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊; 2.四川省容大礦業(yè)集團有限公司)

引 言

康滇地軸中段西緣會理(四川)—東川(云南)地區(qū)前震旦系地層發(fā)育,區(qū)內(nèi)賦存豐富的銅、鐵、鎳等礦產(chǎn)資源,產(chǎn)出的銅金屬量占四川和云南兩省總量的60 %以上[1-2],是中國重要的銅成礦帶。以安寧河斷裂為界,該成礦帶東側(cè)主要產(chǎn)出以東川銅礦床為代表的沉積巖型層狀銅礦床(SSC型礦床)[3-4],西側(cè)除有以會理拉拉銅礦床為代表的鐵氧化物-銅-金型礦床(IOCG)[5-6]外,黎溪至通安一帶白云石大理巖中順層產(chǎn)出的黎溪式銅礦床[7-8]也分布較廣。

近年來,隨著地質(zhì)勘查工作的投入,黑菁、汪家灣、中廠、老棚灣、南沖等中小型黎溪式銅礦床陸續(xù)被發(fā)現(xiàn),為提高礦床研究程度創(chuàng)造了條件。前人對該地區(qū)內(nèi)黎溪式銅礦床的研究多集中于礦床成礦規(guī)律、控礦因素及找礦方向等方面[9-13],缺乏對黎溪式銅礦床成礦流體各階段物理化學(xué)條件及組成的研究。本文通過對流體包裹體的研究,能夠獲得成礦流體的成分、鹽度、溫度和壓力等參數(shù)[14-15],了解其成礦流體性質(zhì)、沉淀模式并闡明成礦機制[16-17],是判別礦床成因類型的關(guān)鍵依據(jù)。通過對多個典型黎溪式銅礦床流體包裹體進行研究,探討其礦床成因,為下一步找礦工作提供指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于揚子地塊西南端,西側(cè)為三江造山帶(見圖1-A)。區(qū)域內(nèi)前震旦系地層分布廣泛,形成了揚子地塊的基底巖系?；讕r系又進一步分為結(jié)晶基底和褶皺基底,結(jié)晶基底以康定群和大紅山群的深變質(zhì)巖為代表,褶皺基底則以會理群、通安組(通安組劃分及時代歸屬目前爭議較大,本文采用耿元生等[18]劃分建議,將通安組從會理群中單獨劃分出來)、昆陽群等淺變質(zhì)地層為代表[19-22]。震旦系之后的沉積巖系不整合接觸于基底地層之上,形成區(qū)內(nèi)的沉積蓋層。區(qū)域內(nèi)斷裂發(fā)育,南北向和東西向斷裂將褶皺基底地層分為多個斷塊[23](見圖1-B)。區(qū)域內(nèi)的巖漿巖活動較為發(fā)育,火山巖有中元古代早期陸殼分裂背景下形成的河口群海相火山巖—細碧角斑巖[1]、中元古代中期被動陸緣下拉張環(huán)境形成的東川群黑山組凝灰?guī)r、新元古代裂谷—碰撞造山環(huán)境形成的天寶山組玄武安山巖-流紋巖組合[24-25]。侵入巖主要為晚古生代閃長巖、輝綠巖、輝長巖等,這些侵入巖可能為會理—東川地區(qū)銅礦床的形成提供了物源和熱源[26]。褶皺基底內(nèi)各地層礦產(chǎn)豐富,除兩類銅礦床外,還有會理群力馬河組超基性巖中產(chǎn)出的銅鎳礦床、天寶山組產(chǎn)出的岔河錫礦床等[27-28]。

1—新元界期及以上蓋層 2—中元古界河口群 3—古—中元古界湯丹群 4—花崗閃長巖 5—中元古界會理群 6—中元古界東川群 7—混合片麻巖 8—花崗巖 9—中元古界通安組 10—斷裂 11—汪家灣銅礦床圖1 康滇地軸中段大地構(gòu)造位置圖(A)及區(qū)域地質(zhì)簡圖(B)(據(jù)文獻[18]修改)

2 研究區(qū)地質(zhì)特征

研究區(qū)出露地層有前震旦系河口群長沖巖組(Pt2cc)、通安組(Pt2t),三疊系上統(tǒng)白果灣組(T3bg)及第四系(Q)(見圖2)。其中,長沖巖組巖性主要為二云片巖、鈉長淺粒巖、碳質(zhì)千枚巖夾白云石大理巖。通安組可細分為3段,一段主要為二云片巖、絹云千枚巖、變質(zhì)砂巖夾白云石大理巖,局部見石榴石白云片巖;二段為黎溪式銅礦床含礦地層,上部為條帶狀白云石大理巖夾少量碳質(zhì)板巖、絹云碳質(zhì)千枚巖,下部為砂質(zhì)、硅質(zhì)白云石大理巖夾及少量的碳質(zhì)千枚巖,局部可見銅礦化;三段巖性以千枚巖、板巖、凝灰質(zhì)變質(zhì)砂巖為主,夾極少量白云石大理巖。白果灣組為雜色粉砂質(zhì)頁巖、粉砂巖、砂礫巖及礫巖,不整合接觸于前震旦系地層之上。

1—第四系 2—三疊系上統(tǒng)白果灣組 3—中元古界通安組三段 4—中元古界通安組二段 5—中元古界通安組一段 6—中元古界長沖巖組 7—晚古生代黑云閃長巖 8—晚古生代輝長巖 9—斷裂 10—典型銅礦床及采樣位置圖2 研究區(qū)地質(zhì)簡圖

研究區(qū)位于河口復(fù)式背斜北東翼,從南向北依次為黑箐向斜、老棚灣背斜、楊合伍向斜及蓮塘背斜,褶皺軸線呈北西向展布。斷裂有北西向和近南北向2組,由于受到后期不同方向構(gòu)造擠壓的疊加作用,沿地層走向產(chǎn)生疊加褶皺,形成裙邊構(gòu)造。巖漿巖主要為晚中生代正長巖、輝長巖、黑云母閃長巖等侵入巖。

黎溪式銅礦床礦體多呈似層狀、透鏡狀及脈狀產(chǎn)出,礦石構(gòu)造多為不連續(xù)的條帶狀構(gòu)造和細脈狀構(gòu)造(見圖3-a、b)。礦石礦物主要為黃銅礦、輝銅礦、黃鐵礦,少量藍輝銅礦、斑銅礦及赤鐵礦。脈石礦物主要為白云石、石英、絹云母等。根據(jù)礦石結(jié)構(gòu)和礦物穿插關(guān)系(見圖3-c、d),成礦過程可分為黃鐵礦-黃銅礦-輝銅礦階段(Ⅰ階段)和黃鐵礦-赤鐵礦-斑銅礦-藍輝銅礦階段(Ⅱ階段)。

圖3 黎溪式銅礦床典型礦石及顯微鏡下照片

3 流體包裹體特征

3.1 采樣與測試方法

本次樣品采集于汪家灣、南沖及黑菁3個銅礦床,汪家灣銅礦床樣品取自鉆孔中礦體附近的石英大理巖,編號B1-X;南沖、黑菁銅礦床樣品均采自坑道內(nèi)礦體附近的石英白云石大理巖,分別編號B2-X、B3-X。

流體包裹體顯微測溫工作在自然資源部西南礦產(chǎn)資源檢測中心流體包裹體實驗室完成。流體包裹體測溫儀器為英國Linkman公司生產(chǎn)的 THM600型冷熱臺,測溫為-190 ℃～500 ℃,完全均一溫度重現(xiàn)誤差小于2 ℃,冰點溫度重現(xiàn)誤差小于0.2 ℃。測溫過程中,一般溫度變化速率控制在0.5～5.0 ℃/min,相變點速率一般為0.1～0.5 ℃/min。流體包裹體激光拉曼成分測試采用雷尼紹inVia Reflex顯微激光拉曼光譜儀,波長514 nm,功率 20 MW,曝光時間為10～15 s 疊加1次,光譜分辯率±1 cm-1,光譜重復(fù)性≤0.1 cm-1。

3.2 巖相學(xué)特征

本次樣品中流體包裹體發(fā)育,包裹體粒度(長軸粒徑多小于1 μm)較小,類型多(見圖4)。包裹體多沿愈合微裂隙成群分布,少量沿晶體生長面或隨機獨立分布。根據(jù)包裹體的物理狀態(tài),將研究區(qū)內(nèi)包裹體分為氣液兩相包裹體(Ⅰ類)、含子礦物包裹體(Ⅱ類)、含液體CO2包裹體(Ⅲ類)、純液體包裹體(Ⅳ類)及純氣體包裹體(Ⅴ類)等5類。

圖4 黎溪式銅礦床流體包裹體顯微照片

Ⅰ類包裹體最為發(fā)育,多成群、成串分布,少量獨立分布,形態(tài)以不規(guī)則形為主,少量近橢圓形,包裹體長軸粒徑多小于1 μm,部分為4～9 μm,極少量大于10 μm。包裹體氣液比為5 %～40 %,絕大部分為10 %～20 %。Ⅱ類包裹體發(fā)育程度次之,子礦物多為透明礦物,少量為不透明礦物。透明礦物為立方體,加熱至183.5 ℃～389.5 ℃溶解,證明為石鹽子晶;不透明礦物經(jīng)激光拉曼成分測試,顯示為方解石或黃銅礦。Ⅲ類包裹體較少,加熱后均一到氣相,為不規(guī)則形,氣液比為30 %～50 %,包裹體長軸5～10 μm。Ⅳ類包裹體約占10 %,多獨立分布,呈橢圓狀、長柱狀、不規(guī)則狀,包裹體長軸粒徑多小于1 μm,部分為2～4 μm。V類包裹體偶見,氣相成分以CH4、CO2為主,也可見純氣態(tài)CO2包裹體。

3.3 顯微測溫結(jié)果

共對149個主要流體包裹體進行了均一法和冷凍法測試,Ⅰ類和Ⅱ類包裹體的鹽度分別采用前人提出的H2O-NaCl體系鹽度-冰點公式及石鹽熔化溫度和鹽度的關(guān)系式進行計算;Ⅲ類包裹體利用籠合物的熔化溫度來確定鹽度[29]。

黎溪式銅礦床流體包裹體顯微測溫結(jié)果見表1。從測溫結(jié)果來看,可以將成礦階段劃分為Ⅰ階段(沉積成礦期) 和Ⅱ階段(熱液改造期)。沉積成礦期Ⅰ類包裹體完全均一溫度125.00 ℃～362.00 ℃,主要集中在151.00 ℃～230.00 ℃,平均值191.42 ℃,鹽度0.18 %～21.33 %,平均值12.27 %(見圖5),密度0.70～1.08 g/cm3,平均值0.97 g/cm3;Ⅱ類包裹體完全均一溫度126.00 ℃～265.00 ℃,平均值170.33 ℃,子晶或籠合物分解溫度183.50 ℃～398.30 ℃,平均值297.63 ℃,鹽度2.07 %～47.26 %,平均值38.28 %,密度0.79～1.13 g/cm3,平均值1.09 g/cm3;Ⅲ類包裹體完全均一溫度147.00 ℃～238.00 ℃,平均值189.50 ℃,鹽度13.82 %～14.53 %,平均值14.21 %,密度0.81～0.93 g/cm3,平均值0.87 g/cm3;Ⅰ階段的成礦流體為中低溫、中高鹽度、中等密度流體。熱液改造期Ⅰ類包裹體完全均一溫度319.00 ℃～425.00 ℃,平均值384.15 ℃,鹽度8.14 %～16.05 %,平均值12.33 %,密度0.58～0.86 g/cm3,平均值0.71 g/cm3;Ⅱ類含子礦物包裹體完全均一溫度147.00 ℃～218.00 ℃,平均值184.81 ℃,子晶或籠合物分解溫度246.50 ℃～365.40 ℃,平均值307.45 ℃,鹽度34.46 %～43.87 %,平均值39.25 %,密度1.07～1.09 g/cm3,平均值1.08 g/cm3;Ⅱ階段的成礦流體為中高溫、中高鹽度、中等密度流體。

表1 黎溪式銅礦床流體包裹體顯微測溫結(jié)果

圖5 黎溪式銅礦床流體包裹體完全均一溫度和鹽度直方圖

3.4 激光拉曼成分測試

對研究區(qū)內(nèi)38個流體包裹體進行激光拉曼成分測試,結(jié)果顯示,絕大部分為氣液兩相包裹體,氣相成分主要為CH4、H2O、CO2、N2,液相成分為H2O;純氣相包裹體有CH4、CO2包裹體和純CO2包裹體(見圖6);Ⅱ類包裹體的子礦物主要有石鹽、方解石和黃銅礦。

圖6 黎溪式銅礦床流體包裹體激光拉曼成分測試成果

4 討 論

4.1 成礦流體特征

流體包裹體顯微測溫結(jié)果顯示,黎溪式銅礦床沉積成礦期成礦流體具有中低溫、中高鹽度、中等密度的特點,熱液改造期則為中高溫、中高鹽度、中等密度流體。激光拉曼成分測試結(jié)果顯示,沉積成礦期和熱液改造期的成礦流體成分基本一致,即氣液兩相包裹體中氣相大量發(fā)育CH4,其次為CO2和H2O,可見少量N2。單一氣相包裹體成分多為CH4和H2O包裹體,偶見純氣相CO2包裹體。因此,黎溪式銅礦床成礦流體為一套具有還原性的H2O-NaCl- CH4-CO2±N2流體。從流體包裹體完全均一溫度-鹽度流體來源辨別圖解(見圖7)來看,沉積成礦期的成礦流體多為盆地鹵水,熱液改造期主要為變質(zhì)流體,反映出黎溪式銅礦床沉積-改造的特點。

圖7 黎溪式銅礦床流體包裹體完全均一溫度-鹽度流體來源辨別圖解

4.2 成礦流體沉淀機制

前人研究認為,河口群地層中銅礦化鹵水向上運移至通安組二段,由于該段白云石大理巖、硅化白云石大理巖中大量疊層石藻類殘體[30]降解形成了還原性氣體CH4,且通安組二段碳酸鹽巖和泥質(zhì)巖滲透性的差異使得銅礦化鹵水的硫化物更易于富集[8,10,12],在100 ℃以上時,CH4通過熱化學(xué)反應(yīng)還原硫酸鹽形成H2S從而沉淀硫化物[31]。

通過對黎溪式銅礦床流體包裹體的研究,發(fā)現(xiàn)不同類型流體包裹體完全均一溫度基本一致,而鹽度(0.18 %～47.26 %)差別較大,含子礦物包裹體鹽度大于30 %,富液相包裹體鹽度中等,富液相或含子礦物包裹體最終均一為液相,這些特征證明包裹體曾經(jīng)發(fā)生過沸騰作用[32-33]。沸騰包裹體的完全均一溫度可認為是成礦溫度,根據(jù)完全均一溫度和密度關(guān)系[34],可獲得其成礦壓力,再根據(jù)成礦壓力估算成礦深度[32]。經(jīng)計算,成礦深度為0.06～4.34 km,主要分布在0.28～1.35 km,平均值為0.83 km,這與通安組二段形成時區(qū)域構(gòu)造環(huán)境為碳酸鹽巖臺地相的古地理環(huán)境分析結(jié)果吻合?，F(xiàn)代海底熱液系統(tǒng)證實,當(dāng)海水深度小于1.5 km時,流體就會發(fā)生沸騰作用[35],隨著沸騰作用的發(fā)生,部分氣體進入氣相或者直接逸出,從而增加了成礦流體的濃度,使得成礦流體過飽和,進而沉淀成礦[36-37]。成礦流體的沸騰作用應(yīng)為黎溪式銅礦床沉淀成礦的主要原因。

4.3 包裹體中黃銅礦子礦物來源

通過流體包裹體激光拉曼成分測試,發(fā)現(xiàn)包裹體內(nèi)子礦物有黃銅礦,黃銅礦呈點狀分布于包裹體邊緣,完全均一溫度為134.00 ℃～ 265.00 ℃,平均值195.30 ℃。對于包裹體內(nèi)黃銅礦的來源,一部分學(xué)者認為是捕獲前期已經(jīng)形成的金屬礦物[38],另一部分則認為包裹體內(nèi)金屬子礦物是被捕獲的流體包裹體結(jié)晶形成的[39-40]。根據(jù)黃銅礦在包裹體內(nèi)賦存位置及粒徑,初步推斷是流體發(fā)生沸騰作用時被捕獲,之后隨著成礦流體濃度增加結(jié)晶形成的。

4.4 與東川銅礦床包裹體的對比

5 結(jié) 論

1)黎溪式銅礦床沉積成礦期成礦流體屬中低溫、中高鹽度、中等密度流體;熱液改造期成礦流體屬中高溫、中高鹽度、中等密度流體,均屬具有還原性的H2O-NaCl-CH4-CO2±N2流體。熱液改造期完全均一溫度平均值384.10 ℃,明顯高于沉積成礦期完全均一溫度,熱液改造作用明顯,為典型的沉積-改造型礦床。

2)黎溪式銅礦床在沉積成礦階段流體包裹體發(fā)生過沸騰作用,成礦流體的沸騰作用是黎溪式銅礦床沉淀的重要原因。