安徽滁州瑯琊山矽卡巖型銅礦床成礦流體特征研究

狄勤松，雷丁爾，夏立元，王耀, ，付仲陽

（1.安徽省地質調查研究院（安徽省地質科學研究所）合肥 230001；2.南京大學地球科學學院 南京 210023；3.合肥工業(yè)大學資源與環(huán)境工程學院 合肥 230009）

0 引言

安徽滁州瑯琊山銅礦床是長江中下游地區(qū)典型的矽卡巖型富銅伴生金礦床，有著悠久的采礦和冶煉歷史。前人對該礦床的地質特征、成礦巖體、成礦年齡等方面取得了重要的成果[1,2,3]，但對成礦流體的研究還未開展，本文在綜合分析瑯琊山銅礦床礦化地質特征的基礎上，進行了流體包裹體溫度的測定，估算了流體的鹽度和密度，并結合前人的研究，探討了瑯琊山銅礦床的形成過程，為深入認識礦床成因和成礦機制提供依據。

1 區(qū)域地質背景

瑯琊山銅礦床位于揚子地臺東部，西鄰著名的郯廬大斷裂，位于長江中下游成礦帶北緣滁縣-全椒銅金成礦區(qū)內[4,5,6]（圖1a、1b）。

圖1 張八嶺隆起區(qū)簡圖（a）、滁州-廬江地區(qū)區(qū)域地質圖（b）、瑯琊山銅礦床區(qū)域地質簡圖（c）

滁州-廬江地區(qū)成礦時代主要集中于晚侏羅—早白堊世，成礦時代與構造—巖漿作用有明顯的一致性，礦床的空間分布表現為基底構造對成巖成礦作用的控制。區(qū)內出露的地層主要為震旦系燈影組，寒武系黃栗樹組、余家凹組和瑯琊山組，奧陶系上歐沖組，侏羅系紅花橋組和白堊系浦口組。區(qū)域巖漿巖主要分為兩大系列：一是與鐵及多金屬礦化有關的鉀玄巖系列，如蘇州、寧蕪盆地等；二是與銅金等礦床有關的高鉀鈣堿性巖系，如銅官山、獅子山銅礦，瑯琊山巖體為高鉀鈣堿性巖系的代表。印支期，受揚子板塊與華北板塊碰撞對接的影響，區(qū)內形成了一系列北東向S型同斜倒轉褶曲，表現為褶皺中段軸面近直立，兩翼大致對稱，南北兩段軸面傾向北西和南東，這種S型褶皺可能是東西向基底斷裂限制了北東向S型變形所致。北東向褶皺之上又疊加有東西向褶皺，疊加褶皺的橫跨復合造成北東向向斜樞紐昂起，形成隆起、虛脫空間等巖體和礦體的有利地段（圖1c）。

2 礦床地質特征

瑯琊山銅礦床位于滁州市西南2.5km，是國內外罕見的城市中的銅礦，礦區(qū)交通十分便利。礦區(qū)位于大豐山復式向斜的東翼，醉翁山向斜的軸部，區(qū)內出露地層有晚震旦世燈影組條帶狀灰?guī)r，白云質灰?guī)r，硅質白云巖；早寒武世黃栗樹組（泥質、硅質、炭質）灰?guī)r、（炭質、泥質）頁巖，燧石層；中寒武世楊柳崗組（泥質）灰?guī)r，局部夾鈣質頁巖；晚寒武世瑯琊山組上段灰?guī)r，早白堊世赤山組粉砂巖、砂巖、礫巖等，第四紀粘土、亞粘土等組成。與成礦有關的地層為晚寒武世瑯琊山上段組網紋狀或條帶狀結晶灰?guī)r。

區(qū)內巖漿巖為燕山期淺成相石英閃長玢巖，平面上呈長橢圓狀，北端被斷層切割，出露面積1.2km2。巖體兩側及端部發(fā)育大量沿剪切面和橫向斷裂面產生的順層巖脈和縱向巖脈，巖體與圍巖呈波狀或齒狀接觸。

圖2 瑯琊山銅礦14-43線剖面示意圖

礦床中所有礦體均分布在石英閃長玢巖與晚寒武世瑯琊山組上段網紋狀或條帶狀結晶灰?guī)r之接觸帶上及其前緣，根據其產出位置，可分為三條明顯的礦帶礦體環(huán)繞接觸帶分布，呈“U”字型和“多”字型排列，同時由于構造的復合作用，礦體形態(tài)往往較為復雜（圖2）。礦體一般呈透鏡狀、扁豆狀、囊狀等，平面走向延長幾十米至百余米，一般延伸數十米至兩百余米，一般厚度2～10m，最大30m，平均厚度3.2m。礦體側伏方向長度遠大于走向和傾斜方向長度，呈長柱狀向北東方向側伏，側伏角45°～60°，走向隨所處接觸帶位置展布，傾向東，傾角50°～80°。礦石礦物主要為黃銅礦、斑銅礦、磁鐵礦，次要礦物為黃鐵礦、輝銅礦、赤鐵礦、銅藍、輝鉬礦及少量黝銅礦、鏡鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、自然金等；脈石礦物有鈣鐵石榴子石、透輝石、斜長石、角閃石、綠泥石、綠簾石、透閃石、陽起石和少量石英、玉髓、方解石等。

瑯琊山銅礦床成礦作用具有多期多階段的特征，根據礦床地質特征和礦石共生關系及組構特征的研究，可將該礦床成礦階段劃分為矽卡巖階段、退蝕變階段、石英-硫化物階段、碳酸鹽階段四個階段。

3 流體包裹體研究

3.1 樣品采集及測試

本次工作在系統(tǒng)的野外地質調查和觀察研究的基礎上進行樣品采集，選取不同成礦階段的含有石英、方解石、石榴子石的樣品磨制包裹體片。在對流體包裹體系統(tǒng)形態(tài)學基礎上，選取包裹體發(fā)育較好的典型包裹體片進行測溫。

流體包裹體顯微測溫在合肥工業(yè)大學資環(huán)學院成礦流體實驗室完成。測試儀器為Linkam THMSG 600冷熱臺，測試范圍為-160℃～ 600℃，分析精度為：＜30℃，±0.2℃；30℃～ 300℃，±1℃；300℃～ 600℃，±2℃。測試過程中，利用美國FLUIDING 公司提供的人工合成流體包裹體樣品對冷熱臺進行溫度標定，利用液氮對包裹體快速降溫，并在溫度緩慢上升的過程中觀察包裹體的相變化，記錄冰點溫度和均一溫度，升/降溫速率為 0.5℃～5℃/min，相變點附近的速率降低為 0.5℃ /min。

3.2 包裹體巖相學

瑯琊山銅礦床不同成礦階段含礦石英脈、石英-方解石脈以及石榴子石中流體包裹體普遍發(fā)育，但個體大小不一，一般2～20μm，包裹體多呈橢圓形、不規(guī)則形，少數呈負晶形產出。根據流體包裹體在室溫下相態(tài)的分類標準，瑯琊山銅礦床的原生包裹體可以分為以下四種類型：

I.含子晶包裹體：室溫下以含有一個固體子礦物為特征，此外還含有一個氣泡和水溶液相，子礦物通常呈立方體形或長方體形，可能為NaCl子晶（圖3a）。該類包裹體數量少，呈不規(guī)則狀，大小一般5～12μm，零星分布于矽卡巖階段的石榴子石中。

II.氣液兩相包裹體：室溫下主要由氣相和液相組成，廣泛分布于各成礦階段礦物中，是本礦床最主要的包裹體類型，個體相差較大，2～25μm不等，氣泡充填度一般5%～30%，個別可達40%（圖3b-c、e-f、h-i）。包裹體形態(tài)多呈橢圓形、不規(guī)則形，呈孤立狀或小規(guī)模集群分布。其中石榴子石和石英中的包裹體個體較大，一般8～15μm，個別可達20μm左右，其氣泡充填度稍大，多集中于25～30%，少數達40%左右，包裹體呈孤立狀或集群分布；方解石的包裹體總體都較小，一般2～8μm，形態(tài)以負晶形和不規(guī)則形為主，其氣泡充填度僅5～10%，多呈線狀分布（圖3i）。

表1 瑯琊山銅礦床流體包裹體顯微測溫及相關參數

III.純液相包裹體：室溫下為單相液體包裹體，多呈橢圓形、負晶形、不規(guī)則形，大小2～8μm，廣泛分布于各個成礦階段礦物中，呈零星或線狀分布（圖3d）。

IV.純氣相包裹體：室溫下為單相氣體包裹體，多為橢圓形，大小約2～10μm，呈孤立狀分布于矽卡巖階段、退蝕變階段以及石英-硫化物階段的石榴子石和石英中（圖3g）。

3.3 測溫結果

1.均一溫度、鹽度

本次工作主要選擇不同成礦階段中氣液兩相包裹體進行了均一法和冷凍法的顯微測溫研究，并在此基礎上計算了流體包裹體鹽度。對于氣液兩相流體包裹體，根據冰點溫度（Tmice）采用Bodnar[7]提出的NaCl-H2O體系鹽度-冰點公式求得流體鹽度。

測溫和計算的鹽度數據列于表1，均一溫度頻率直方圖見圖4a，鹽度頻率直方圖見圖4。結果顯示，矽卡巖階段均一溫度變化范圍為372～486℃，集中于431℃～456℃，平均440℃；鹽度介于2.6～8.7wt% NaCleq，集中于4.2～7.2wt%NaCleq，平均5.5wt% NaCleq。退蝕變階段均一溫度變化范圍為291℃～360℃，集中于317℃～350℃，平均325℃；鹽度介于0.9～6.0wt% NaCleq，集中于2.6～6.0wt%NaCleq，平均3.8wt% NaCleq。石英-硫化物階段均一溫度變化范圍為201～311℃，集中于245℃～310℃，平均269℃；鹽度介于1.1～5.7wt% NaCleq，集中于2.2～5.1wt%NaCleq，平均3.5wt% NaCleq。碳酸鹽階段均一溫度變化范圍為158～192℃，集中于160～180℃，平均169℃；鹽度介于0.2～3.7wt% NaCleq，集中于0.9～1.6wt% NaCleq，平均1.4wt% NaCleq。

3.4 成礦流體壓力和深度估算

圖3 瑯琊山銅礦床中流體包裹體巖相學特征

圖4 瑯琊山銅礦床流體包裹體均一溫度圖

圖5 瑯琊山銅礦床NaCl-H2O體系溶液密度圖解（數值為等密度線的密度值）

流體密度可以用均一溫度（Th/℃）和鹽度（wt%NaCl）投影到T-w-ρ圖中求出。利用該圖解（圖5）估算得到瑯琊山銅礦床的密度為＜0.50～0.95g/cm3，集中分布在0.70～0.85g/cm3之間。

運用劉斌的密度經驗公式[8]計算流體密度，計算結果見表1，流體密度直方圖見圖4d。結果表明，流體密度變化范圍介于0.36～0.93g/cm3之間，平均0.70g/cm3。這一結果同T-w-ρ圖解中估算的密度值基本一致。其中矽卡巖階段流體密度變化范圍為0.36～0.65g/cm3，平均0.47g/cm3；退蝕變階段流體密度變化范圍為0.61～0.77g/cm3，平均0.69g/cm3；石英-硫化物階段流體密度變化范圍為0.71～0.87g/cm3，平均0.77g/cm3；碳酸鹽階段流體密度變化范圍為0.88～0.93g/cm3，平均0.91g/cm3。

根據邵潔漣[9]提出的經驗公式求得流體壓力，計算結果見表1，成礦壓力變化范圍為25.7MPa～74.2MPa，平均值為45.9MPa。其中矽卡巖階段成礦壓力變化范圍為51.4MPa～74.2MPa，平均值為61.3MPa；退蝕變階段成礦壓力變化范圍為37.6MPa～54.8MPa，平均值為46.8MPa；石英-硫化物階段成礦壓力變化范圍為35.7MPa～49.2MPa，平均值為42.7MPa；碳酸鹽階段成礦壓力變化范圍為25.7MPa～34.6MPa，平均值為29.4MPa。

成礦深度可用以下公式計算：H1=P1/25。式中P1為成礦時的壓力，單位為105Pa；H1為成礦深度（成礦深度按照地壓梯度（25MPa/km）計算）。成礦深度變化范圍為1.03～2.97km，平均值為1.80km。其中矽卡巖階段成礦深度變化范圍為2.05～2.97km，平均值為2.45km；退蝕變階段成礦深度變化范圍為1.50～2.19km，平均值為1.87km；石英-硫化物階段成礦深度變化范圍為1.43～1.97km，平均值為1.71km；碳酸鹽階段成礦深度變化范圍為1.03～1.39km，平均值為1.17km。

4 討論

流體包裹體顯微測溫研究結果顯示，瑯琊山銅礦床成礦流體從早到晚發(fā)生了一系列的變化：早期矽卡巖階段主要發(fā)育氣液兩相包裹體，部分含子晶三相包裹體，具明顯的高溫（372℃～486℃）、中-高鹽度（2.57%～8.68%）；退蝕變階段主要發(fā)育氣液兩相包裹體，具中高溫（291℃～360℃）、中-高鹽度（0.88%～8.68%）；石英-硫化物階段主要發(fā)育氣液兩相包裹體，具中溫（201℃～311℃）、中鹽度（1.05%～5.71%）；碳酸鹽階段主要發(fā)育氣液兩相包裹體，具低溫（158℃～192℃）、低鹽度（0.18%～3.71%）；流體從成礦早期到晚期，成礦流體具有從高溫、向低溫、低鹽度流體演化的趨勢。鑒于矽卡巖階段石榴子石中零星發(fā)育有含子晶包裹體，礦床成礦早期成礦流體可能具有更高的鹽度。而含子晶包裹體、純氣相包裹體以及純液相包裹體的共存現象表明瑯琊山銅礦床在形成過程中可能發(fā)生了流體沸騰作用。

5 結論

（1）瑯琊山銅礦床礦石中主要發(fā)育含子晶、氣液兩相、純氣相和純液相等四類包裹體，以氣液兩相包裹體為主。

（2）瑯琊山銅礦床成礦流體壓力介于25.7MPa～74.2MPa，成礦深度介于為1.03～2.97km，并從成礦早期到成礦晚期，成礦流體壓力逐漸變小，成礦深度逐漸變淺。

（3）隨著成礦作用由早到晚，成礦溫度逐漸降低，成礦流體鹽度也由成礦早期中-高鹽度向晚期低鹽度逐漸遞變。