斑岩型铜金矿床岩浆热液体系演化研究进展

２７卷增刊矿物岩石地球化学通报２０７・中国东部岩石圈演化及成矿作用・斑岩型铜（金）矿床岩浆一热液体系演化研究进展冷成彪１’２，张兴春１，王守旭１’２，秦朝建１，吴孔文１’２，任１．中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室，贵阳５５０００２；２．中国科学院研究生院，北京１０００４９涛１’２通常认为斑岩铜一金矿床中成矿流体是在中酸性岩浆侵入过程中，由于结晶分离作用和温度、压力等物理化学条件的改变，致使岩浆中的以水为主的挥发分达到过饱和状态，进而分异形成的独立流体相。但大量研究表明，岩浆中水的含量是有限的，浅成、超浅成（≤３ｋｍ）中酸性斑岩体含水量一般低于３％Ｅｌ，Ｚ］。由于含矿斑岩规模通常较小（通常小于５ｋｍ２），因而在岩浆结晶过程中分异出的成矿流体不太可能形成目前在超大型斑岩铜矿中的金属量。此外，大量同位素资料，如金属硫化物的硫同位素组成、钾化带中黑云母的氢、氧同位素组成等，又充分证明成矿流体主要来源于岩浆。对此，我们认为斑岩型矿床（尤其是大型和超大型）的成矿流体与成矿斑岩与其说是“母子”关系，不如说是“兄弟”关系，即成矿流体亦主要来源于斑岩下部的岩浆房。Ｋｌｅｍｍ等Ｃ３］认为，只有当来源于深部异常富集成矿金属的流体加入到浅部岩浆一热液系统中，才能形成Ｅ１Ｔｅｎｉｅｎｔｅ超大型铜矿，Ｓｈｉｎｏｈａｒａ和Ｈｅｄｅｎｑｕｉｓｔ［引、Ｈｅｉｎｒｉｃｈ［５］也是基于这一观点建立了岩浆一热液体系的成矿模型。我们认为有三个方面的地质证据支持这个观点：１）几乎所有的斑岩铜一钼矿都产于复式岩体（岩柱或岩株）之上［６］，即与斑岩矿化有关的岩浆活动是多阶段多期次的。２）矿化年龄通常晚于斑岩侵位年龄，有的甚至晚１０Ｍａ，例如普朗斑岩铜矿石英闪长玢岩和含的复杂性和温压条件的差异，分异出的流体相盐度、密度以及相态变化很大。但大体可以分为两种情况：１）当声＞１００ＭＰａ时，这种流体表现为单一相（通常又称超临界流体）；２）当Ｐ＜１００ＭＰａ，或者岩浆熔体中ＣＩ／ＯＨ值很高时，这种流体表现为两相（卤水＋蒸气）共存［８．９］。基于上述认识，结合前人观点［４’５’１０—１引，我们认为可以用三阶段热液作用过程（图１）来解释斑岩型、低温热液型和矽卡岩型矿床的成矿机制。Ｉ．斑岩侵位：近年研究发现，斑岩型铜一金矿床不仅限于洋壳俯冲形成的岩浆岛弧环境［１４１，也可以产在与大洋板块俯冲无关的大陆或者陆内环境［１５，１６］，因此成矿斑岩的源区可以分为两类：一是由洋壳板片脱水交代上部地幔楔使其发生部分熔融，从而可以在Ｍａｓｈ带形成相当规模的岛弧钙碱性岩浆ｒｚ３；二是在陆一陆碰撞条件下，由增厚的下地壳部分熔融形成的埃达克质岩浆［１门。岩浆房在内压大于外压时，岩浆会发生上涌（尤其在岛弧环境，由于洋壳持续俯冲，岩浆会不断上涌，有时甚至喷出地表形成火山岩），随着温度和压力的下降，这些岩浆侵位到２～３ｋｍ深度时，由于结晶分离作用（和／或同化混染作用）的不断进行从而固结成斑岩。随着斑岩结晶分异作用的进行，将分异出富挥发分的流体，由于斑岩侵位高，此时静岩压力较低（５０～７５ＭＰａ），因此这种流体相通常表现为卤水和蒸气两相不混溶的现象（第一次沸腾）［珀］，此时流体的温度大约为６００～８００℃。在斑岩体系半开放的情况下，由于气相密度较低，因此富含Ａｕ、Ｃｕ等成矿元素及ＨｚＯ、Ｃ０２、Ｈ。Ｓ等挥发分的蒸气，很容易沿着围岩的裂隙或早期岩浆通道迅速上升，由于这种蒸气相的ｐＨ值较低，能矿二长斑岩的锆石年龄为２２８，～２２６Ｍａ，辉铝矿的Ｒｅ＿Ｏｓ等时线年龄为２１３Ｍａ。３）斑岩铜矿的流体包裹体通常具有多期次、多阶段和多次沸腾［３一］的特征，这同样反映了岩浆热液活动的多期次性。岩浆通过结晶分离作用及温压条件的改变可以分异出独立的流体相。研究表明，由于岩浆成分万方数据２０８矿物岩石地球化学通报２７卷增刊据ＳｈｉｎｏｈａｒａａｎｄＨｅｄｅｎｑｕｌｓｔ（１９９７），Ｈｅｄｅｎｑｕｉｓｔ“ａ１．（１９９８）。Ｗｉｌｌｉａｍｅｓ－Ｊｏｎｅｓ图１ａｎｄＨｅｉｎｆｉｃｈ（２００５），Ｈｅｉｎｒｉｃｈ（２００５）补充修改岩浆一热液体系演化过程（ａ）与ＮａＣｌ一Ｈ２０体系ｐ－ｔ相变（ｂ）示意图够对上部围岩发生淋滤作用。随着水岩反应的不断进行，成矿流体的ｐＨ值会逐渐升高，当流体运移到浅部地表时通常会与少量大气降水混合，这些因素共同导致了Ｃｕ、Ａｕ等成矿物质的沉淀。而卤水相由于密度大，上升速度慢，并且富含Ｋ、Ｎａ、Ｓｉ、Ｆｅ等元素，因此这种卤水自然会使斑岩中的镁铁质矿物和斜长石斑晶首先发生蚀变，通常形成次生黑云母和钾长石（加硅酸盐化），同时还可能形成早期硅化核，当温度降低到４００℃时，岩石由塑性变为脆性，体系由静岩压力变为静水压力，部分卤水将再次发生相分离，此时将伴随金属硫化物的沉淀，但是由于卤水中Ｃｕ、Ａｕ等成矿元素含量较低，不能够形成很好的矿化体，这样就完成了第一阶段矿化。但是必须说明的是，由于这些斑岩体规模小，含水量低，分异出来的流体相是相当有限的，因此要形成储量大、品味高的斑岩型和低温热液型铜一金矿床，还需要后期流体的进一步蚀变矿化。１１．岩浆房早阶段去气：在斑岩侵位固结的同时，深部岩浆房也在进行着自身的演化过程。随着分离结晶作用的不断进行岩浆中的挥发分将会达到过饱和，从而分离出流体相。这些流体会沿着岩浆通道迅速上升，从而开始第二阶段的矿化。由于岩浆房位置较深，压力较大（＞ｌｏｏＭＰａ），因此分异出来的流体一般表现为超临界状态的单一相态，其温度通常可达８００℃以上，盐度一般低于１０％（ＮａＣｌ，ｗｔ），并且富含Ｃｕ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｇ、Ａｓ和Ｓ等成矿元素及Ｈ：ｏ、ＣＯ：、Ｓ０：、ＨＣｌ、Ｈ：Ｓ等挥发分。在岩浆早期去气过程中，内压较大，分异出的流体通常具有较大的流量和上冲速度，此时地温梯度较低，即压力的降低速度大于温度的下降速度。当超临界流体的温度由８００℃降低到５５０℃时，将与气液线相交，从而进入两相稳定区（图１），此时超临界流体分异成卤水和蒸气两相，其中蒸气相可能占流体总质量的绝大部分［３“ｄ副。上文已述，这一过程将导致Ｃｕ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｇ、Ａｓ等成矿元素在两相中的再分配。其中大部分富含Ｃｕ、Ａｕ的蒸气相通常会沿构造裂隙上升，并对围岩进行淋滤，从而形成高级泥化带，并在斑岩体上部的某个部位发生成矿金属的卸载，形成品位相对较高的低温热液脉型铜一金矿床。当然，部分蒸气也可以使斑岩体蚀变，形成泥化带，并伴随Ｃｕ、Ａｕ等成矿元素的沉淀。卤水将会对斑岩体进一步蚀变，从而使早期钾化作用进一步加强，并广泛形成浸染状矿化。当温度降低到４００℃时，残余卤水仍将发生相分离作用，此时，将会形成部分绢云母化，并伴随石英一硫化物细网脉的沉淀，使第一阶段的矿化进一步富集，因此可以形成高品位的矿体，从而完成斑岩铜矿的主成矿阶段。ＩＩＩ．岩浆房晚阶段去气：随着岩浆结晶分异，岩浆房终将固结成岩。Ｓｈｉｎｏｈａｒａ和ＨｅｄｅｎｑｕｉｓｔＨ。认为，当结晶度达到５０％时，岩浆将不再对流。但随着残余岩浆的不断结晶，仍会分异出独立的超临界流体。此时，由于岩浆房中内压降低，超临界流万方数据２７卷增刊矿物岩石地球化学通报２０９体的流量和上升速度很低，且地温梯度较高，因此将不会与气液线相交。随着温压条件的降低，超临界流体将直接冷凝成液体，这种流体可能导致绢英岩化带和青磐岩化带和晚期石英（方解石）一硫化物大脉的形成，并使矿化作用进一步加强和富集。至此，完成了整个斑岩型和低温热液型铜一金矿床的形成。此外，当这种中酸性岩浆侵入到碳酸盐地层时，将可能形成矽卡岩型多金属矿床，其成矿阶段也完全符合岩浆一热液体系模型，其中Ｉ、Ⅱ阶段主要导致内矽卡岩带和主要矿体的形成，而Ⅲ阶段主要导致外矽卡岩带及部分矿体的形成。上述三个成矿阶段是相互联系、有机统一的，它们之间并不存在截然分界线，例如，在Ⅱ、皿阶段之间还存在无数个过渡阶段，Ｉ阶段矿化进行的同时可能也正在进行着Ⅱ阶段矿化，并且Ｉ阶段矿化通常也是多期次的。尤其是在岛弧环境，由于大洋板片持续俯冲，岩浆以及岩浆热液将会不断从岩浆房中上涌，从而使矿化的规模和品味不断加大，因此非常有利于超大型斑岩铜一金矿床的形成。参考文献：［１３陈文明．论斑岩铜矿的成因口］．现代地质，２００２；１６（１）。１—８．［２３芮宗瑶，张洪涛，陈仁义，王志良，王龙生，王义天．斑岩铜矿研究中若干问题探讨［Ｊ］．矿床地质，２００６；２５（４）。４９１——５００．［３］ＫｌｅｍｍＬＭ，ＰｅｔｔｋｅＴ。ＨｅｉｎｒｉｃｈＣＡ。ＣａｍｐｏｓＥＨｙｄｒｏ－ｔｈｅｒｍａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｌｔｅｎｉｅｎｔｅｄｅｐｏｓｉｔ，Ｃｈｉｌｅ：ＰｏｒｐｈｙｒｙＣｕ－ＭｏＯｒｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｆｒｏｍｌｏｗ－ｓａｌｉｎｉｔｙｍａｇｍａｔｉｃｆｌｕｉｄｓ［Ｊ］．ＥｃｏｎｏｍｉｃＧｅｏｌｏｇｙ，２００７，１０２（６）：１０２１．［４］ＳｈｉｎｏｈａｒａＨ，ＨｅｄｅｎｑｕｉｓｔＪＷ．Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｏｎｍａｇｍａｄｅｇａｓ－ｓｉｎｇｂｅｎｅａｔｈｔｈｅＦａｒＳｏｕｔｈｅａｓｔｐｏｒｐｈｙｒｙＣｕ－Ａｕｄｅｐｏｓｉｔ［Ｊ］．Ｐｈｉｌｉｐｐｉｎｅｓ：ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｅｔｒｏｌｏｇｙ，１９９７。３８；１７４１—１７５２．Ｉｓ］ＨｅｉｎｒｉｃｈＣ九Ｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｌｏｗ－ｓａ－ｌｉｎｉｔｙｍａｇｍａｔｉｃｆｌｕｉｄｓａｔｔｈｅｐｏｒｐｈｙｒｙｔＯｅｐｉｔｈｅｒｍａｌｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｌ万方数据ａｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓｔｕｄｙ［Ｊ］．ＭｉｎｅｒａｌｉｕｍＤｅｐｏｓｉｔａ，２００５，３９（８）：８６４—８８９．［６］芮宗瑶。黄崇轲，齐国明，徐珏，张洪涛．中国斑岩铜（钼）矿［Ｍ］ｔ北京：地质出版社。１９８４ｔ１—３５０．［７］卢焕章，范宏瑞．倪培，欧光习，沈昆，张文淮．流体包裹体［Ｍ］：北京：科学出版社，２００４：ｌ一４８７．［８］ＲｏｅｄｄｅｒＥＦｌｕｉｄｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓｔｕｄｉｅｓｏｎｔｈｅｐｏｒｐｈｙｒｙ－ｔｙｐｅｏｎｄｅｐｏｓｉｔｓａｔＢｉｎｇｈａｍ．Ｕｔａｈ．Ｂｕｔｔｅ，Ｍｏｎｔａｎａ，ａｎｄＣｌｉｍａｘ．Ｃｏｌｏｒａｄｏ［Ｊ］．ＥｃｏｎｏｍｉｃＧｅｏｌｏｇｙ，１９７１．６６（１）：９８—１１８．［９］ＵｌｒｉｃｈＴ，ＧｕＮｔｈｅｒＤ，Ｈｅｉｎｒｉｃｈｃ丸Ｇｏｌｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆｍａｇｍａｔｉｃｂｒｉｎｅｓａｎｄｔｈｅｍｅｔａｌｂｕｄｇｅｔｏｆｐｏｒｐｈｙｒｙｃｏｐｐｅｒｄｅ－ｐｏｓｉｔｓＥＪ］．Ｎａｔｕｒｅ，１９９９，３９９（６７３７）：６７６－－６７９．［１０３ＭｅｉｎｅｒｔＬＤ。ＨｅｄｅｎｑｕｉｓｔＪＷ，ＳａｔｏｈＨ．ＭａｔｓｕｈｉｓａＹ．Ｆｏｒ－ｍａｒｉｏｎｏｆＡｎｈｙｄｒｏｕｓａｎｄＨｙｄｒｏｕｓＳｋａｒｎｉｎＣｕ－ＡｕＯｒｅＤｅ－ｐｏｓｉｔｓｂｙＭａｇｒｎａｔｉｃＦｌｕｉｄｓ［Ｊ］．ＥｃｏｎｏｍｉｃＧｅｏｌｏｇｙ，２００３，９８（１）Ｉ１４７－－１５６．［１１］ＨｅｄｅｎｑｕｉｓｔＪＷ，ＡｒｒｉｂａｓＡ。ＲｅｙｎｏｌｄｓＴＪ．Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆａｒｔｉｎｔｒｕｓｉｏｎ－ｃｅｎｔｅｒｅｄｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｓｙｓｔｅｍ；ＦａｒＳｏｕｔｈｅａｓｔ。—ＬｅｐａｎｔｏｐｏｒｐｈｙｒｙａｎｄｅｐｉｔｈｅｒｍａｌＣｕ－Ａｕｄｅｐｏｓｉｔｓ。Ｐｈｉｌｉｐ—ｐｉｎｅｓ［Ｊ］．ＥｃｏｎｏｍｉｃＧｅｏｌｏｇｙ，１９９８，９３（４）：３７３－－４０４．［１２］ＨｅｄｅｎｑｕｉｓｔＪＷ，ＬｏｗｅｎｓｔｅｒｎＪ＆Ｔｈｅｒｏｌｅｏｆｍａｇｍａｓｉｎｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｏｒｅｄｅｐｏｓｉｔｓ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，１９９４，８７０（６４９０）ｌ５１９—５２７．［１３］Ｗｍｉａｍｓ－ＪｏｎｅｓＡＥ，ＨｅｉｎｒｉｃｈＣ～Ｖａｐｏｒｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｆｍｅｔ－ａｌｓａｎｄｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｍａｇｍａｔｉｃ。ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｏｒｅｄｅｐｏｓｉｔｓ［Ｊ］．ＥｃｏｎｏｍｉｃＧｅｏｌｏｇｙ，２００５，１００（７）ｌ１２８７－－１３１２．［１４］ＳｉｌｌｉｔｏｅＲＨ．Ａｐｌａｔｅｔｅｃｔｏｎｉｃｍｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅｏｒｉｇｉｎｏｆｐｏｒｐｈｙ－ｒｙｃｏｐｐｅｒｄｅｐｏｓｉｔｓ［Ｊ］．ＥｃｏｎｏｍｉｃＧｅｏｌｏｇｙ，１９７２，６７（２）；１８４一１９７．［１５］陈衍景，富士谷．豫西金矿成矿规律［Ｊ］．北京；地震出版杜．１９９２ｚ２３４．［１６］侯增谦，吕庆田，王安建，李晓波，王宗起，王二七．初论陆一陆碰撞与成矿作用——以青藏高原造山带为例［Ｊ］．矿床地质，２００３，２２（４）ｌ３１９－－３３３．［１７３侯增谦，孟祥金，曲晓明，高永丰．西藏冈底斯斑岩铜矿带埃达克质斑岩含矿性：源岩相变及深部过程约束［Ｊ］．矿床地质。２００５，２４（２）：１０８—１２１．［１８］ＣｌｉｎｅＪＳＨｏｗｔＯｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｃｏｐｐｅｒ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００３，３０２（５６５３）：２０７５—２０７６．