新疆包古图斑岩铜矿成矿流体演化

魏少妮，杨宇鑫

(西安科技大学 地质与环境学院，陕西 西安 710054)

0 引 言

斑岩型矿床是指与中-酸性、浅成-超浅成侵入体(斑岩)有关，具有规模大、品位低、浸染状-细脉浸染状矿化特征的岩浆热液型矿床[1]。这类矿床提供了世界上一半以上的铜资源，同时也是金、钼、钨、锡等金属的重要来源[2]。斑岩成矿系统的演化由岩浆阶段和热液阶段组成，成矿岩浆起源于俯冲改造的地幔楔或陆下岩石圈地幔，部分熔融形成的玄武质岩浆经过MASH(Melting Assimilation Storage Homogeneous)过程产生高氧逸度、富水和金属物质的安山质岩浆，经过上升侵位形成含矿斑岩[3]，岩浆演化阶段决定着斑岩系统的成矿潜力。岩浆演化晚期，挥发份逐渐富集，成矿物质通过挥发份出溶过程进入岩浆热液，热液演化阶段决定着矿床的类型和分布[4]。

新疆西准噶尔地区是中亚成矿域的重要组成部分，区内矿产资源丰富，发育哈图金矿、宝贝金矿、萨尔托海铬铁矿、包古图金矿、包古图斑岩铜矿等多个矿床(图1)。包古图斑岩铜矿是近年来西准噶尔地区新发现的第一个大型铜矿床[5]。现有研究对其成矿岩浆的性质有了比较全面的认识，例如元素和同位素地球化学研究指示成矿岩浆具有岛弧相关地球化学特征[6]，锆石年代学研究指示成岩时代在310～319 Ma[7]。基础矿床学研究显示，包古图斑岩铜矿床发育典型蚀变分带：钾质蚀变带-绢英岩化带-青磐岩化带[8]。具有全岩矿化的特点，浅部主要是浸染状矿化，深部(250～300 m)为浸染状和细脉-网脉状矿化，在岩体边部及其外接触带发育脉状矿化，辉钼矿Re-Os年龄和成矿期黑云母的K-Ar年龄将成矿时代限定为310～296 Ma[9]。我们通过前期研究认为，矿区范围内不同蚀变程度的侵入体分别代表了斑岩成矿体系的不同热液演化阶段[10]。流体包裹体分析指示成矿流体从高盐度富CH4的体系演化为低盐度的CH4+CO2体系[11]。但是对成矿流体演化过程中温度、硫逸度等物理化学条件的变化尚缺乏系统研究。在岩石学和矿床学研究的基础上，通过金属矿物组合和矿物成分研究，探讨包古图地区斑岩铜矿成矿流体的演化规律。成矿流体演化是斑岩矿床成矿作用中的核心内容，决定着矿石矿物的种类和矿床的品位，是矿床学研究的热点问题。

1 地质概况

西准噶尔地区位于新疆北部准噶尔盆地西缘，是西伯利亚板块和塔里木板块之间中亚增生造山带的一部分。区内地质构造复杂，早古生代蛇绿混杂岩呈NE或近EW向沿断裂带分布[12]，晚古生代火山沉积建造不整合覆盖在蛇绿混杂岩及相关复理石建造之上[13]，大量晚石炭世-早二叠世中酸性岩石侵入其中。

包古图斑岩铜矿位于西准噶尔地区南部，矿区范围内出露下石炭统火山-沉积地层，包括太勒古拉组、包古图组和希贝库拉斯组(图1)。太勒古拉组由凝灰质砂岩、凝灰岩、玄武岩和硅质岩组成；包古图组由薄层凝灰质粉砂岩和凝灰岩互层组成，含浊流和滑塌堆积的灰岩、泥灰岩、生物碎屑灰岩透镜体及含砾粉砂岩；希贝库拉斯组底部为一套成分复杂的砂质砾岩，其上为青灰色含角砾的凝灰质砂岩，局部夹薄层安山岩和凝灰岩。地层火山岩的形成时代为328～357 Ma[14-15]。

矿区中酸性侵入体广泛发育，与成矿作用密切相关。I号岩体邻近达拉布特断裂分布，侵位于包古图组地层中。Ⅱ号岩体位于矿区中部，侵位于希贝库拉斯组地层中。Ⅲ号和Ⅳ号岩体位于矿区南部，包古图河西岸。Ⅴ号岩体位于矿区东部，出露于包古图组和希贝库拉斯组地层界限处(图1)。

图1 西准噶尔地质简图(据文献[16])Fig.1 Simplified geological map of west Junggar(from referrences[16])

2 岩石学特征

各矿化岩体岩性组成相似，以花岗闪长岩和石英闪长岩为主(图2)，少量闪长岩和辉石闪长岩。石英闪长岩的主要组成矿物包括：斜长石(40～60vol.%)、角闪石(10～15vol.%)、黑云母(5～10vol.%)、石英(10～25vol.%)和钾长石(5～10vol.%)，其中斜长石成分变化范围较大，从更长石变化到拉长石(An34Ab58Or8～ An64Ab35Or1)，角闪石属于钙质角闪石中的镁质普通角闪石(Mg#= 0.58～0.72)，黑云母为镁质云母(Mg#= 0.58～0.72，具体数据另文发表)。

3 蚀变与矿化

各岩体蚀变矿化特征差别明显，Ⅰ，Ⅱ，Ⅳ号岩体矿化较弱，蚀变作用表现为斜长石部分蚀变成绢云母，黑云母和部分角闪石沿边部和解理蚀变为绿泥石(图2(a))。见极少量蚀变过程中形成的脉体，例如方解石细脉和黝帘石-绿帘石细脉。矿化作用表现为少量浸染状黄铜矿和黄铁矿的形成，大多在后期表生氧化过程中沿边部被赤铁矿和针铁矿交代(图2(b))。

Ⅲ号岩体蚀变矿化作用中等，除绢云母化和绿泥石化外，还发育黑云母化、绿帘石化、白云母化、碳酸盐化和黝帘石化，不同的蚀变类型相互叠加(图2(c))。该岩体具有全岩矿化的特征，主要金属矿物为黄铜矿、黄铁矿和磁黄铁矿(图2(d))，含少量毒砂、辉钼矿、斑铜矿、黝铜矿、闪锌矿、硫锑铁矿和银金矿。硫化物呈浸染状分布于岩体中，但品位很低，绝大多数样品都小于边界品位。

Ⅴ号岩体蚀变矿化作用非常发育，黑云母化呈浸染状分布在蚀变岩石中，或呈次生云母脉的形式产出(图2(e))。绢云母化以斜长石被绢云母和石英取代为特征。硅化过程中原岩蚀变为粒度细小的石英和黑云母，仅可见少量斜长石残斑。此外，还发育钠长石化、阳起石化、绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化等。该岩体矿化强烈，金属矿物以黄铁矿、黄铜矿和辉钼矿为主(图2(f))，其次为毒砂、磁黄铁矿、闪锌矿、辉铜矿等。铜平均品位0.28%，岩体内部及其与围岩地层接触带是铜矿体的主要产出位置。

图2 包古图矿化岩体显微特征Fig.2 Microphotographs of Baogutu mineralized intrusions.(a)弱蚀变石英闪长岩，斜长石部分蚀变为绢云母，黑云母和角闪石部分蚀变为绿泥石，正交光 (b)弱矿化岩体中浸染状的黄铜矿沿边部被针铁矿交代，反射光 (c)中等蚀变石英闪长岩，方解石化叠加在斜长石的绢云母化和角闪石的绿泥石化之上，正交光 (d)中等矿化岩体中浸染状的黄铜矿、黄铁矿和磁黄铁矿，反射光 (e)强蚀变花岗闪长岩，斜长石蚀变为绢云母，热液黑云母呈浸染状分布，单偏光 (f)强矿化岩体中共生的黄铜矿、黄铁矿和毒砂。Amp 角闪石 Bt 黑云母 Cal 方解石 Chl 绿泥石 H-Bt 热液黑云母 Pl 斜长石 Ser 绢云母 Qz 石英 Ccp 黄铜矿 Py 黄铁矿 Po 磁黄铁矿 Apy 毒砂 Gt 针铁矿

4 硫化物成分

金属矿物与热液作用密切相关，是成矿作用最直接的指示剂，通过硫化物成分的对比研究可以获得成矿流体演化的信息。我们挑选包古图Ⅲ号和Ⅴ号岩体的典型矿石样品，对其代表性硫化物进行了成分测试，结果见表1.

黄铁矿是矿化过程中分布最广泛的金属矿物之一，由测试结果可知，Ⅲ号岩体黄铁矿成分单一，Fe和S含量较高(分别为45.93wt%～46.48wt%和53.06wt%～53.39wt%)，As和Cu的含量很低(<0.01wt%)；Ⅴ号岩体黄铁矿Fe和S含量较低(分别为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(图3(a))。黄铜矿是矿区最主要的矿石矿物，由表1可知，Ⅲ和Ⅴ号岩体黄铜矿成分均一，二者均含少量Pb和Au，Ⅴ号岩体黄铜矿Cd含量较高(0.02wt%～0.33wt%)。磁黄铁矿在矿化过程中大量发育，通常与黄铜矿和黄铁矿共生产出。Ⅲ号岩体磁黄铁矿富S(38.59wt%～39.41wt%)，贫As(<0.01wt%)；Ⅴ号岩体磁黄铁矿As含量较高(0.02wt% ～ 0.14wt%)，S含量较低(35.84wt% ～ 38.34wt%)(图3(b))。毒砂是岩浆热液矿床最常见的硫化物之一，在Ⅲ和Ⅴ号岩体中均有发育。Ⅲ号岩体中的毒砂与磁黄铁矿共生，Ⅴ号岩体中的毒砂与黄铁矿共生。成分均以Fe，As，S为主，含少量Ni，Pb，Cd和Au.

矿化作用过程中闪锌矿和黝铜矿的含量相对较少，Ⅲ号岩体闪锌矿富Fe(6.32wt%～8.14wt%)，Zn和S含量较低(分别为56.05wt%～59.08wt%和32.29wt%～33.22wt%)，含少量Ni(平均0.03wt%)；Ⅴ号岩体闪锌矿S和Zn的含量较高(分别为32.93wt%～34.03wt%和59.08wt%～62.29wt%)，Fe含量较低(3.99wt%～4.56wt%)(图3(c))。黝铜矿中的Cu部分被Fe取代，为铁黝铜矿，还有少量Zn和Ag取代Cu的位置，Sb与As呈完全类质同相替代。Ⅲ号岩体黝铜矿Fe和Zn对Cu的取代高于Ⅴ号岩体，As对Sb的置换较弱，含少量Au.Ⅴ号岩体黝铜矿中的As对Sb的置换多于Ⅲ号岩体，同时Ag对Cu的取代较多(图3(d))。

5 成矿流体演化

毒砂的As原子百分比可以很好的反应体系的温度和硫逸度条件[18]，Ⅲ号岩体毒砂的As原子百分比为30.9～34.9 atom.%，平均32.6 atom.%，结合共生矿物组合(毒砂与磁黄铁矿共生)获得Ⅲ号岩体的矿化温度为431～574 ℃，体系的硫逸度logfS2为-6～-4.Ⅴ号岩体毒砂的As原子百分比为29.9～33.7 atom.%，平均31.4 atom.%，结合共生矿物组合(毒砂与黄铁矿共生)获得Ⅴ号岩体的矿化温度为363～491 ℃，体系的硫逸度logfS2为-7.8～-4.7(图4)。前人通过流体包裹体研究获得Ⅴ号岩体主矿化期的温度为180～>450 ℃，硫同位素指示的成矿温度为484 ℃[9]，与我们的计算结果一致。黄铁矿、磁黄铁矿和黝铜矿成分对比发现(图3)，Ⅴ号岩体硫化物相对富As，贫S，Ⅲ号岩体富S，贫As，指示Ⅴ号岩体成矿流体硫逸度较低，与毒砂As原子百分比的指示结果一致。

表1 包古图斑岩铜矿代表性金属矿物电子探针分析结果Tab.1 Representative compositions of sulfides in Baogutu porphyry copper deposit wt/%

续表1

硫化物成分测试在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室完成，使用仪器为JXA-8100，测试条件为：加速电压15 kV；束流1×10-8A；束斑1 μm.

从成矿过程看，Ⅲ号岩体成矿温度(431～574 ℃)和硫逸度较高(logfS2=-6～-4)，金属矿物显示富S贫As的特征；Ⅴ号岩体成矿温度(363～491 ℃)和硫逸度较低(logfS2=-7.8～-4.7)，金属矿物As含量较高。Ⅰ，Ⅱ，Ⅳ号岩体发育少量浸染状的黄铜矿和黄铁矿，未见毒砂发育，指示相对富S贫As的流体特征。由此推测，矿化特征发育较弱的中酸性侵入体处于岩浆-热液演化的早期阶段，成矿流体高温、富S；随着流体向低温的方向演化，体系的硫逸度逐渐降低，As含量相对上升，矿化作用广泛发育。

图3 包古图斑岩铜矿Ⅲ号、Ⅴ号岩体硫化物成分对比(阴影区据参考文献[17])Fig.3 Comparison of sulfide composition from intrusion Ⅲ and Ⅴ (shaded area are from references[17])

图4 根据毒砂成分和矿物组合确定成矿流体的温度和硫逸度条件(底图据参考文献[18])Fig.4 Estimated crystallization temperatures and sulfur fugacity (from the composition of arsenopyrite and sulfide assemblage[18])

6 结 论

新疆包古图斑岩铜矿含矿岩体以石英闪长岩和花岗闪长岩为主，蚀变矿化特征差别明显。弱矿化岩体(Ⅰ，Ⅱ，Ⅳ)发育少量浸染状黄铜矿和黄铁矿；中等矿化岩体(Ⅲ)黄铜矿、黄铁矿和磁黄铁矿广泛发育，但品位较低；强矿化岩体(Ⅴ)黄铁矿、黄铜矿和辉钼矿等金属矿物大量结晶，全岩矿化。硫化物成分对比显示，成矿早期阶段，成矿流体高温(431～574 ℃)富硫(logfS2=-6 ～-4)，金属矿物富S贫As，矿化较弱。随着流体向低温方向演化(363～491 ℃)，金属矿物As含量升高，成矿流体硫逸度降低(logfS2=-7.8～-4.7)，矿化作用广泛发育。

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