斑巖-淺成低溫熱液成礦系統基本特征與研究進展

郭曉宇

（成都理工大學地球科學學院，四川 成都 610059）

作為銅、金、鉬等金屬的重要來源，斑巖型礦床為世界工業提供了約四分之三的銅資源，一半以上的鉬資源以及五分之一以上的金資源和幾乎全部的鉬（Sillitoe，2010），一直是礦床學界重要的勘查目標和研究熱點。淺成低溫熱液型礦化疊置于斑巖型礦化之上，與斑巖型礦化在空間上相伴產出的礦床實例在世界范圍內廣泛存在，構成一個完整的斑巖成礦系統，并在相關礦床的勘查中得到了廣泛地應用（Halley et al.，2015；Hedenquist and Lowenstern，1994 ；Hedenquist et al.，1998）。

斑巖成礦系統指受控于同一構造-巖漿-熱力學體系，圍繞多期侵入的中-酸性巖體發育的，在時空上相依，成因上與淺成、超淺成侵入作用和陸相火山-次火山作用有關的一系列共生礦床組合（芮宗瑤等，1984；Sillitoe，2010）。上世紀90年代，Hedenquist and Lowenstern（1994）通過西南太平洋地區斑巖型銅金礦和淺成低溫熱液型金銀礦的研究，提出斑巖銅礦床-淺成低溫熱液型金礦床模型，即在斑巖銅金礦的上部發育高硫化型淺成低溫熱液型金礦，在外圍靠近地表區域發育低硫型淺成低溫熱液型金銀礦，并將這幾種礦床類型統一于同一巖漿-熱液系統，為在世界范圍內開展銅金礦找礦勘查起到了重要的指導作用。

目前，對斑巖成礦系統的研究在巖石地球化學特征、蝕變-礦化特征、成礦物質來源、成礦流體演化等方面取得了一系列重要研究成果。為此，本文在系統總結前人研究成果基礎上，試圖總結斑巖-淺成低溫熱液成礦系統的基本特征，并簡要介紹近年來世界范圍內取得的一些研究進展。

1 基本特征

1.1 時空分布特征

與斑巖相關的成礦系統形成時代不均一，廣泛分布于顯生宙，以中、新生代為主，其次是古生代，僅少量礦床形成于前寒武紀（毛景文等， 2014；侯增謙， 2004；鄒國富等，2011），整體具隨時代由老到新，礦床數目增多、礦化強度增大的特征。顯生宙斑巖成礦系統在空間上分布也明顯不均，主要分布于一些以壓性巖漿弧相關的匯聚板塊邊界上（Sillitoe， 2018），主要產出于環太平洋成礦域、古亞洲成礦域和特提斯成礦域內。

近年來，一些中生代和古生代礦床陸續被發現，如美國阿拉斯加地區佩珀（Pebble）礦床（～90 Ma，Lang et al.，2013），中國福建上杭地區紫金山礦集區（～100Ma，張德全等， 2003）、西藏阿里地區多龍礦集區（～120 Ma，唐菊興等， 2014， 2016）；蒙古國南部歐玉陶勒蓋（Oyu Tolgoi）礦集區（370 Ma，楊波等， 2017）及中國新疆北部土屋-延東礦集區（330 Ma，王福同等， 2001）等，除新生代大規模的斑巖成礦作用外，在古陸邊緣巖漿弧地區尋找未被剝蝕的隱伏斑巖系統相關礦床得到越來越多的關注和重視。

1.2 大地構造背景

有研究表明，目前世界上約97%的大型-超大型斑巖銅-金-鉬礦床產于匯聚板塊邊緣（Wilkinson， 2013）。因此，火山-巖漿弧是斑巖成礦系統最重要的構造單元之一。根據其有無弧后盆地，分為島弧和陸緣弧。島弧環境主要分布于太平洋西岸，如印度尼西亞和菲律賓島弧，主要產出斑巖型銅和銅—金礦床，典型礦床有Grasberg，Far South East等礦床；而陸緣弧環境的經典成礦省則主要分布于太平洋東岸，如美國西南部的亞利桑那成礦省、墨西哥北部成礦省、智利北部成礦省和智利中部成礦省等，主要產出斑巖型銅—鉬礦床，典型礦床有Bingham，El Teniente等礦床（熊欣等， 2014 ；Cooke，2005）。

近年來研究發現，大陸碰撞造山帶也是產出斑巖型礦床的重要環境。與火山巖漿弧相比，在大陸碰撞帶，晚碰撞構造轉換環境中發育斑巖Cu、Cu-Mo和Cu-Au礦床（侯增謙等， 2009；侯增謙，2010），其典型代表有中國岡底斯斑巖銅礦帶和玉龍銅礦帶（曲曉明等， 2001），顯示出產出斑巖型礦床的巨大潛力。

此外，斑巖礦床也可以產于與陸內環境，與陸內裂谷作用引發的構造-巖漿活動關系密切（陳衍景， 2013）。斑巖成礦系統主要產出大地構造背景示意圖見圖1。

圖1 斑巖成礦系統主要產出大地構造背景示意圖（據Groves et al.， 1998 ；陳衍景， 2013 修改）

1.3 結構特征

一個理想的完整斑巖成礦系統包括圍繞成礦斑巖體產出的斑巖型Cu±Au±Mo礦床，外圍的矽卡巖型Cu-Au礦床、交代碳酸鹽巖型Pb-Zn-Ag多金屬礦床、微細浸染型（卡林型）Au礦床及覆于頂部的高（中）硫化淺成低溫熱液型Au±Cu礦床，側邊部產出的低硫化淺成低溫熱液型Pb-Zn-Ag-Au礦 床 等（Sillitoe， 2010， 2012；Lang，2000，圖2）。由于這幾種礦化類型在野外即可觀察到，其不同礦化類型之間的空間位置關系為斑巖成礦系統的勘查提供了重要的勘查標準。

西南太平洋地區巴布亞新幾內亞東北部近年來發現的Waf-Golpu礦床就是這一成礦模式的典型代表之一（Rinne et al.， 2018）。該礦床由深部斑巖型礦化、淺部高硫化型淺成低溫熱液型礦化以及側部中硫化型淺成低溫熱液型礦化組成。我國紫金山礦田在探明了紫金山高硫化型淺成低溫熱液型銅金礦床后，在其外圍發現悅洋（碧田）低硫型淺成低溫熱液型銀金礦床和羅卜嶺斑巖銅鉬礦，構成紫金山地區斑巖-淺成低溫熱液成礦系統（張德全等， 2003）。西藏阿里地區的班公湖-怒江成礦帶西段近年來發現的鐵格隆南超大型斑巖-高硫化型淺成低溫熱液型銅金礦床也由深部的斑巖礦化和淺部的淺成低溫熱液礦化組成（唐菊興等， 2014， 2016）。這些斑巖-淺成低溫熱液成礦系統的發現，都是圍繞斑巖體，在一種礦化類型取得突破后，發現了新的礦化類型，是同一成礦系統下不同部位的產物。

圖2 理想的斑巖銅礦成礦系統模型（據Sillitoe， 2010 ；Lang， 2000修改）

1.4 蝕變分帶與礦化

熱液蝕變是斑巖銅礦最重要的特征之一，斑巖銅礦礦體周圍通常發育強烈的原生蝕變分帶，如經典的石英二長巖模式（Lowell et al.， 1970）中，其熱液蝕變通常含有一個鉀質蝕變核心，往外依次為石英絹云母化、泥化和青磐巖化蝕變，呈同心圓狀圍繞著鉀質蝕變核心（圖2）。另外一個重要的成礦模式是閃長巖模式（Holister， 1978），其蝕變分帶通常也含有一個鉀質蝕變核心，但其周圍直接出現青磐巖化。

相較于經典斑巖銅礦成礦模式，斑巖-淺成低溫熱液成礦系統的蝕變分帶與礦化更為復雜。熱液蝕變是一個長期的過程，由不同期熱液蝕變作用互相套合和疊加而導致蝕變-礦化系統復雜化。從深部斑巖型礦體到淺部的淺成低溫熱液型礦體，是同源含礦巖漿在統一的巖漿-熱液體系內在不同演化階段所形成的，含礦巖漿的氧逸度、流體性質和圍巖性質等，可以導致成礦系統發育一系列逐漸過渡的蝕變帶，如絹云母化、泥化蝕變在與堿性侵入體有關的斑巖系統中少有發育，但在與鈣堿性侵入體有關的斑巖系統中則比較發育，暗示圍巖及巖漿化學組成中K+/H+比值對蝕變作用的控制。此外，硫逸度、氧逸度、pH值等也都是控制蝕變類型的重要因素。

不同蝕變帶對應不同的蝕變礦物組合，并在剖面上構成連續的過渡帶。斑巖成礦系統的礦化大多具有多期次疊加的特征，經歷了較長時間的演化。成礦流體除了巖漿直接分異出的流體外，還有在巖漿作用過程中，通過熱作用從圍巖中分異出的水及天水的加入。早期的礦化主要分布于鉀硅化帶中，后期礦化可在其它蝕變帶中產出。斑巖型礦床中的脈體系統不僅記錄了熱液流體演化的各個不同階段，還對熱液蝕變作用的特點及其與金屬硫化物沉淀的關系具有指示意義。

一個完整的斑巖-淺成低溫熱液成礦系統蝕變分帶在空間上從下向上依次為：Ca-Na硅酸鹽化帶→鉀硅酸鹽化帶→青磐巖化帶→綠泥石-絹云母化帶→絹英巖化帶→高級泥化帶（Hedenquist et al.， 1998，圖3）。整體來看，這些蝕變帶之間既有相互疊加的特征，又有蝕變類型由下往上不斷向高級的、后期的蝕變類型過渡的特征，表現為淺部蝕變-礦化常疊加于深部的蝕變-礦化系統之上。

圖3 斑巖-淺成低溫熱液成礦系統蝕變分帶模式圖（據Sillitoe， 2010修改）

Ca-Na硅酸鹽化帶：在斑巖銅礦系統中非常普遍的蝕變類型，在圍巖和斑巖體中部較常見，其存在標定了含礦巖株的位置。鈉質-鈣質蝕變帶一般貧硫和金屬元素（除以磁鐵礦形式存在的Fe元素）（Sillitoe， 2010）。

鉀硅酸鹽化帶：該蝕變帶主要存在于斑巖銅礦系統的最中央和最深部位置，只有遭到深度剝蝕的礦床才可能出露此蝕變帶。該蝕變帶規模變化較大，以發育交代和細網脈狀充填的黑云母為特征，主要的礦物組合為黃銅礦±斑銅礦。

青磐巖化帶：由次生鉀長石化消耗了K、Al，Ca、Na、Cl等元素向上遷移形成。蝕變溫度在300～400℃之間，pH為4～5。蝕變礦物主要有綠簾石、碳酸鹽巖、石英、綠泥石、絹云母，金屬礦物有黃鐵礦、磁鐵礦、少量閃鋅礦或黃銅礦。原生的鎂鐵質礦物部分或完全蝕變為綠泥石和碳酸鹽礦物。該帶主要發育于圍巖中，一般向圍巖過渡數百米后即消失。

綠泥石-絹云母化帶：該蝕變帶常疊加在早期的鉀硅酸鹽化蝕變帶之上，廣泛發育并形成獨特的灰白、綠色巖石，主要由巖石中較基性礦物蝕變為綠泥石、絹云母等所致。

絹英巖化蝕變帶：該蝕變帶常整體或部分疊加在鉀硅酸鹽化帶和綠泥石-絹云母化帶之上（圖3），以白色到灰色的石英-絹云母-黃鐵礦發育為特征。早期絹云母化導致巖石礦物由綠向灰綠色轉變，一般不常見。晚期絹云母化導致巖石礦物由灰綠色向灰白色轉變，普遍可見。其中硫化物以黃鐵礦為主，以細脈狀或是浸染狀分布。該帶也可產出富銅黃鐵礦，或者是黃銅礦或其他硫化物礦物組合（一般是黃鐵礦-斑銅礦、黃鐵礦-輝銅礦、黃鐵礦-銅藍、黃鐵礦-砷黝銅礦、黃鐵礦-硫砷銅礦等）。

高級泥化帶：該蝕變帶是淺成低溫熱液礦床的典型產物，標志著斑巖成礦系統淺部的淺成熱液型礦床的出現。高級泥化蝕變帶，絹英巖化蝕變礦物向上常轉化為石英-葉臘石礦物組合，該礦物組合在深部分布廣泛，是許多高級泥化蝕變帶的較高溫礦物組合部分。斑巖銅礦床中蝕變礦化帶的垂向分布主要受蝕變疊加程度的影響。

總體來看，斑巖-淺成低溫熱液成礦系統的礦化大多集中在鉀化帶與青磐巖化帶、鉀化帶與絹英巖化帶接觸部位，礦化分帶為貧黃鐵礦、富Cu-Au內核→富Mo帶→黃鐵礦暈。原生成礦作用礦石礦物包括黃銅礦、斑銅礦、金、輝鉬礦，但一般會形成原生礦床的次生富集帶（如斑巖銅礦上的富黃鐵礦含Ag-Au淺成熱液礦床），這個次生富集帶可以存在于任何一個蝕變帶中，待其被剝蝕后，又會形成新的次生富集帶（如黃鉀鐵釩淋濾層）。

成礦系統淺部則發育巖帽，以石英-明礬石或石英-地開石±高嶺石組合為特征，通常其頂部由于強酸性流體淋濾而形成多孔狀殘余石英，是重要的找礦標志之一。巖帽主要由巖石經一定交代作用所成，控制了斑巖-淺成低溫熱液成礦系統中大部分如Au、Ag等貴金屬元素的產出（江思宏等， 2004）。

2 研究進展

斑巖-淺成低溫熱液成礦系統一直是國際礦床學研究的熱點和前沿，特別是斑巖銅礦與淺成低溫熱液銅金礦床之間的時空演化和成因聯系的研究，其對于礦床成因研究和深部找礦勘探都具有重要的理論和實際勘查意義。

前人的研究在斑巖-淺成低溫熱液成礦系統的構造背景與成礦環境、含礦斑巖巖石地球化學特征、熱液系統與蝕變作用、成礦作用機制與礦化特征、控礦因素與成礦動力學機制等方面已取得較完善的認識。最新的研究進展主要體現在以下幾方面：①斑巖型礦化與淺成低溫熱液礦化之間的關系研究；②研究方法和技術手段的更新，為成礦系統研究提供了更精確的研究數據；③基于成礦系統中蝕變分帶和特征蝕變礦物組合特征，開展指示礦物研究，以尋找潛在斑巖礦床。

劉文元（2015）以紫金山礦集區為例，開展了斑巖成礦系統的精細礦物學研究，揭示了該成礦系統的礦物演化特征和熱液成礦條件，并為深部斑巖找礦勘探提供了依據。

有學者通過應用各種研究手段來建立斑巖型與淺成熱液型礦床之間的聯系。Large et al. （2018）研究了西南太平洋Ok Tedi斑巖-矽卡巖Cu-Au礦床的侵入巖、微量元素地球化學和鋯石年代學特征，認為與礦化作用有關的侵入巖是通過封閉系統分級結晶和逐漸冷卻而形成的。同時利用同位素稀釋-熱電離質譜（ID-TIMS）獲得的同位素測年結果，為確定巖漿演化、斑巖侵位和斑巖Au-Cu礦化的時間提供了準確度更高的數據。Cao et al. （2018）研究了菲律賓Northern Luzon地區的Black Mountain斑巖型Cu-Au礦床侵入巖中原生角閃石和斜長石階段的礦物化學特征，揭示了巖漿房的演化過程，限制了巖漿的物理化學特征范圍，有助于闡明Black Mountain礦床的成礦金屬元素來源。

澳大利亞塔斯馬尼亞大學David Cooke教授領導的科研團隊利用常見的蝕變礦物，如綠泥石、綠簾石、明礬石和粘土礦物等進行成分和形成物理化學條件的測定，探討這些與成礦有關礦物的特征及其空間分布規律，提出進一步找礦的標志，即找礦印痕研究（毛景文等， 2014）。

3 結論

斑巖-淺成低溫熱液成礦系統中各種礦床類型之間存在著密切的時間、空間及成因聯系，在時空上具有連續演化的特征，是同源含礦巖漿在同一成礦背景之下于不同演化階段形成的產物，含礦熱液的物化性質及時空遷移規律決定了它們在不同地質部位產出不同類型的礦床。

成礦系統的蝕變分帶與礦化復雜，往往形成不同期熱液蝕變作用互相套合現象。早期礦化產于鉀化帶中，后期的礦化分布在其他蝕變帶中。

作為國際礦床學研究的熱點和前沿，斑巖礦床與淺成低溫熱液礦床之間的時空演化和成因聯系的研究有著重要的理論和現實意義。斑巖-淺成低溫熱液成礦系統研究的觀點和方法，成礦系統概念模型的建立，有助于將礦床地質研究工作建立在較為完整的科學理論基礎之上，對于找礦勘查具有更重要的指導意義。同時，在勘查實際中獲得的大量信息和經驗可以修改、補充、完善原有的成礦系統理論框架和概念模型，從而更好地指導礦產勘查。