新疆包古圖斑巖銅礦成礦流體演化

魏少妮，楊宇鑫

(西安科技大學 地質與環境學院，陜西 西安 710054)

0 引 言

斑巖型礦床是指與中-酸性、淺成-超淺成侵入體(斑巖)有關，具有規模大、品位低、浸染狀-細脈浸染狀礦化特征的巖漿熱液型礦床[1]。這類礦床提供了世界上一半以上的銅資源，同時也是金、鉬、鎢、錫等金屬的重要來源[2]。斑巖成礦系統的演化由巖漿階段和熱液階段組成，成礦巖漿起源于俯沖改造的地幔楔或陸下巖石圈地幔，部分熔融形成的玄武質巖漿經過MASH(Melting Assimilation Storage Homogeneous)過程產生高氧逸度、富水和金屬物質的安山質巖漿，經過上升侵位形成含礦斑巖[3]，巖漿演化階段決定著斑巖系統的成礦潛力。巖漿演化晚期，揮發份逐漸富集，成礦物質通過揮發份出溶過程進入巖漿熱液，熱液演化階段決定著礦床的類型和分布[4]。

新疆西準噶爾地區是中亞成礦域的重要組成部分，區內礦產資源豐富，發育哈圖金礦、寶貝金礦、薩爾托海鉻鐵礦、包古圖金礦、包古圖斑巖銅礦等多個礦床(圖1)。包古圖斑巖銅礦是近年來西準噶爾地區新發現的第一個大型銅礦床[5]。現有研究對其成礦巖漿的性質有了比較全面的認識，例如元素和同位素地球化學研究指示成礦巖漿具有島弧相關地球化學特征[6]，鋯石年代學研究指示成巖時代在310～319 Ma[7]。基礎礦床學研究顯示，包古圖斑巖銅礦床發育典型蝕變分帶：鉀質蝕變帶-絹英巖化帶-青磐巖化帶[8]。具有全巖礦化的特點，淺部主要是浸染狀礦化，深部(250～300 m)為浸染狀和細脈-網脈狀礦化，在巖體邊部及其外接觸帶發育脈狀礦化，輝鉬礦Re-Os年齡和成礦期黑云母的K-Ar年齡將成礦時代限定為310～296 Ma[9]。我們通過前期研究認為，礦區范圍內不同蝕變程度的侵入體分別代表了斑巖成礦體系的不同熱液演化階段[10]。流體包裹體分析指示成礦流體從高鹽度富CH4的體系演化為低鹽度的CH4+CO2體系[11]。但是對成礦流體演化過程中溫度、硫逸度等物理化學條件的變化尚缺乏系統研究。在巖石學和礦床學研究的基礎上，通過金屬礦物組合和礦物成分研究，探討包古圖地區斑巖銅礦成礦流體的演化規律。成礦流體演化是斑巖礦床成礦作用中的核心內容，決定著礦石礦物的種類和礦床的品位，是礦床學研究的熱點問題。

1 地質概況

西準噶爾地區位于新疆北部準噶爾盆地西緣，是西伯利亞板塊和塔里木板塊之間中亞增生造山帶的一部分。區內地質構造復雜，早古生代蛇綠混雜巖呈NE或近EW向沿斷裂帶分布[12]，晚古生代火山沉積建造不整合覆蓋在蛇綠混雜巖及相關復理石建造之上[13]，大量晚石炭世-早二疊世中酸性巖石侵入其中。

包古圖斑巖銅礦位于西準噶爾地區南部，礦區范圍內出露下石炭統火山-沉積地層，包括太勒古拉組、包古圖組和希貝庫拉斯組(圖1)。太勒古拉組由凝灰質砂巖、凝灰巖、玄武巖和硅質巖組成；包古圖組由薄層凝灰質粉砂巖和凝灰巖互層組成，含濁流和滑塌堆積的灰巖、泥灰巖、生物碎屑灰巖透鏡體及含礫粉砂巖；希貝庫拉斯組底部為一套成分復雜的砂質礫巖，其上為青灰色含角礫的凝灰質砂巖，局部夾薄層安山巖和凝灰巖。地層火山巖的形成時代為328～357 Ma[14-15]。

礦區中酸性侵入體廣泛發育，與成礦作用密切相關。I號巖體鄰近達拉布特斷裂分布，侵位于包古圖組地層中。Ⅱ號巖體位于礦區中部，侵位于希貝庫拉斯組地層中。Ⅲ號和Ⅳ號巖體位于礦區南部，包古圖河西岸。Ⅴ號巖體位于礦區東部，出露于包古圖組和希貝庫拉斯組地層界限處(圖1)。

圖1 西準噶爾地質簡圖(據文獻[16])Fig.1 Simplified geological map of west Junggar(from referrences[16])

2 巖石學特征

各礦化巖體巖性組成相似，以花崗閃長巖和石英閃長巖為主(圖2)，少量閃長巖和輝石閃長巖。石英閃長巖的主要組成礦物包括：斜長石(40～60vol.%)、角閃石(10～15vol.%)、黑云母(5～10vol.%)、石英(10～25vol.%)和鉀長石(5～10vol.%)，其中斜長石成分變化范圍較大，從更長石變化到拉長石(An34Ab58Or8～ An64Ab35Or1)，角閃石屬于鈣質角閃石中的鎂質普通角閃石(Mg#= 0.58～0.72)，黑云母為鎂質云母(Mg#= 0.58～0.72，具體數據另文發表)。

3 蝕變與礦化

各巖體蝕變礦化特征差別明顯，Ⅰ，Ⅱ，Ⅳ號巖體礦化較弱，蝕變作用表現為斜長石部分蝕變成絹云母，黑云母和部分角閃石沿邊部和解理蝕變為綠泥石(圖2(a))。見極少量蝕變過程中形成的脈體，例如方解石細脈和黝簾石-綠簾石細脈。礦化作用表現為少量浸染狀黃銅礦和黃鐵礦的形成，大多在后期表生氧化過程中沿邊部被赤鐵礦和針鐵礦交代(圖2(b))。

Ⅲ號巖體蝕變礦化作用中等，除絹云母化和綠泥石化外，還發育黑云母化、綠簾石化、白云母化、碳酸鹽化和黝簾石化，不同的蝕變類型相互疊加(圖2(c))。該巖體具有全巖礦化的特征，主要金屬礦物為黃銅礦、黃鐵礦和磁黃鐵礦(圖2(d))，含少量毒砂、輝鉬礦、斑銅礦、黝銅礦、閃鋅礦、硫銻鐵礦和銀金礦。硫化物呈浸染狀分布于巖體中，但品位很低，絕大多數樣品都小于邊界品位。

Ⅴ號巖體蝕變礦化作用非常發育，黑云母化呈浸染狀分布在蝕變巖石中，或呈次生云母脈的形式產出(圖2(e))。絹云母化以斜長石被絹云母和石英取代為特征。硅化過程中原巖蝕變為粒度細小的石英和黑云母，僅可見少量斜長石殘斑。此外，還發育鈉長石化、陽起石化、綠泥石化、綠簾石化、碳酸鹽化等。該巖體礦化強烈，金屬礦物以黃鐵礦、黃銅礦和輝鉬礦為主(圖2(f))，其次為毒砂、磁黃鐵礦、閃鋅礦、輝銅礦等。銅平均品位0.28%，巖體內部及其與圍巖地層接觸帶是銅礦體的主要產出位置。

圖2 包古圖礦化巖體顯微特征Fig.2 Microphotographs of Baogutu mineralized intrusions.(a)弱蝕變石英閃長巖，斜長石部分蝕變為絹云母，黑云母和角閃石部分蝕變為綠泥石，正交光 (b)弱礦化巖體中浸染狀的黃銅礦沿邊部被針鐵礦交代，反射光 (c)中等蝕變石英閃長巖，方解石化疊加在斜長石的絹云母化和角閃石的綠泥石化之上，正交光 (d)中等礦化巖體中浸染狀的黃銅礦、黃鐵礦和磁黃鐵礦，反射光 (e)強蝕變花崗閃長巖，斜長石蝕變為絹云母，熱液黑云母呈浸染狀分布，單偏光 (f)強礦化巖體中共生的黃銅礦、黃鐵礦和毒砂。Amp 角閃石 Bt 黑云母 Cal 方解石 Chl 綠泥石 H-Bt 熱液黑云母 Pl 斜長石 Ser 絹云母 Qz 石英 Ccp 黃銅礦 Py 黃鐵礦 Po 磁黃鐵礦 Apy 毒砂 Gt 針鐵礦

4 硫化物成分

金屬礦物與熱液作用密切相關，是成礦作用最直接的指示劑，通過硫化物成分的對比研究可以獲得成礦流體演化的信息。我們挑選包古圖Ⅲ號和Ⅴ號巖體的典型礦石樣品，對其代表性硫化物進行了成分測試，結果見表1.

黃鐵礦是礦化過程中分布最廣泛的金屬礦物之一，由測試結果可知，Ⅲ號巖體黃鐵礦成分單一，Fe和S含量較高(分別為45.93wt%～46.48wt%和53.06wt%～53.39wt%)，As和Cu的含量很低(<0.01wt%)；Ⅴ號巖體黃鐵礦Fe和S含量較低(分別為45.84wt%～46.69wt%和51.44wt% ～ 52.66wt%)，部分Fe被Cu(0.04wt% ～ 0.81wt%)取代，S被As(0.04wt% ～ 0.68wt%)取代(圖3(a))。黃銅礦是礦區最主要的礦石礦物，由表1可知，Ⅲ和Ⅴ號巖體黃銅礦成分均一，二者均含少量Pb和Au，Ⅴ號巖體黃銅礦Cd含量較高(0.02wt%～0.33wt%)。磁黃鐵礦在礦化過程中大量發育，通常與黃銅礦和黃鐵礦共生產出。Ⅲ號巖體磁黃鐵礦富S(38.59wt%～39.41wt%)，貧As(<0.01wt%)；Ⅴ號巖體磁黃鐵礦As含量較高(0.02wt% ～ 0.14wt%)，S含量較低(35.84wt% ～ 38.34wt%)(圖3(b))。毒砂是巖漿熱液礦床最常見的硫化物之一，在Ⅲ和Ⅴ號巖體中均有發育。Ⅲ號巖體中的毒砂與磁黃鐵礦共生，Ⅴ號巖體中的毒砂與黃鐵礦共生。成分均以Fe，As，S為主，含少量Ni，Pb，Cd和Au.

礦化作用過程中閃鋅礦和黝銅礦的含量相對較少，Ⅲ號巖體閃鋅礦富Fe(6.32wt%～8.14wt%)，Zn和S含量較低(分別為56.05wt%～59.08wt%和32.29wt%～33.22wt%)，含少量Ni(平均0.03wt%)；Ⅴ號巖體閃鋅礦S和Zn的含量較高(分別為32.93wt%～34.03wt%和59.08wt%～62.29wt%)，Fe含量較低(3.99wt%～4.56wt%)(圖3(c))。黝銅礦中的Cu部分被Fe取代，為鐵黝銅礦，還有少量Zn和Ag取代Cu的位置，Sb與As呈完全類質同相替代。Ⅲ號巖體黝銅礦Fe和Zn對Cu的取代高于Ⅴ號巖體，As對Sb的置換較弱，含少量Au.Ⅴ號巖體黝銅礦中的As對Sb的置換多于Ⅲ號巖體，同時Ag對Cu的取代較多(圖3(d))。

5 成礦流體演化

毒砂的As原子百分比可以很好的反應體系的溫度和硫逸度條件[18]，Ⅲ號巖體毒砂的As原子百分比為30.9～34.9 atom.%，平均32.6 atom.%，結合共生礦物組合(毒砂與磁黃鐵礦共生)獲得Ⅲ號巖體的礦化溫度為431～574 ℃，體系的硫逸度logfS2為-6～-4.Ⅴ號巖體毒砂的As原子百分比為29.9～33.7 atom.%，平均31.4 atom.%，結合共生礦物組合(毒砂與黃鐵礦共生)獲得Ⅴ號巖體的礦化溫度為363～491 ℃，體系的硫逸度logfS2為-7.8～-4.7(圖4)。前人通過流體包裹體研究獲得Ⅴ號巖體主礦化期的溫度為180～>450 ℃，硫同位素指示的成礦溫度為484 ℃[9]，與我們的計算結果一致。黃鐵礦、磁黃鐵礦和黝銅礦成分對比發現(圖3)，Ⅴ號巖體硫化物相對富As，貧S，Ⅲ號巖體富S，貧As，指示Ⅴ號巖體成礦流體硫逸度較低，與毒砂As原子百分比的指示結果一致。

表1 包古圖斑巖銅礦代表性金屬礦物電子探針分析結果Tab.1 Representative compositions of sulfides in Baogutu porphyry copper deposit wt/%

續表1

硫化物成分測試在北京大學造山帶與地殼演化教育部重點實驗室完成，使用儀器為JXA-8100，測試條件為：加速電壓15 kV；束流1×10-8A；束斑1 μm.

從成礦過程看，Ⅲ號巖體成礦溫度(431～574 ℃)和硫逸度較高(logfS2=-6～-4)，金屬礦物顯示富S貧As的特征；Ⅴ號巖體成礦溫度(363～491 ℃)和硫逸度較低(logfS2=-7.8～-4.7)，金屬礦物As含量較高。Ⅰ，Ⅱ，Ⅳ號巖體發育少量浸染狀的黃銅礦和黃鐵礦，未見毒砂發育，指示相對富S貧As的流體特征。由此推測，礦化特征發育較弱的中酸性侵入體處于巖漿-熱液演化的早期階段，成礦流體高溫、富S；隨著流體向低溫的方向演化，體系的硫逸度逐漸降低，As含量相對上升，礦化作用廣泛發育。

圖3 包古圖斑巖銅礦Ⅲ號、Ⅴ號巖體硫化物成分對比(陰影區據參考文獻[17])Fig.3 Comparison of sulfide composition from intrusion Ⅲ and Ⅴ (shaded area are from references[17])

圖4 根據毒砂成分和礦物組合確定成礦流體的溫度和硫逸度條件(底圖據參考文獻[18])Fig.4 Estimated crystallization temperatures and sulfur fugacity (from the composition of arsenopyrite and sulfide assemblage[18])

6 結 論

新疆包古圖斑巖銅礦含礦巖體以石英閃長巖和花崗閃長巖為主，蝕變礦化特征差別明顯。弱礦化巖體(Ⅰ，Ⅱ，Ⅳ)發育少量浸染狀黃銅礦和黃鐵礦；中等礦化巖體(Ⅲ)黃銅礦、黃鐵礦和磁黃鐵礦廣泛發育，但品位較低；強礦化巖體(Ⅴ)黃鐵礦、黃銅礦和輝鉬礦等金屬礦物大量結晶，全巖礦化。硫化物成分對比顯示，成礦早期階段，成礦流體高溫(431～574 ℃)富硫(logfS2=-6 ～-4)，金屬礦物富S貧As，礦化較弱。隨著流體向低溫方向演化(363～491 ℃)，金屬礦物As含量升高，成礦流體硫逸度降低(logfS2=-7.8～-4.7)，礦化作用廣泛發育。

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