安徽滁州琅琊山矽卡岩型铜矿床成矿流体特征研究

2020-06-27狄勤松雷丁尔夏立元王耀付仲阳

世界有色金属 2020年6期

狄勤松，雷丁尔，夏立元，王耀, ，付仲阳

（1.安徽省地质调查研究院（安徽省地质科学研究所）合肥 230001；2.南京大学地球科学学院南京 210023；3.合肥工业大学资源与环境工程学院合肥 230009）

0 引言

安徽滁州琅琊山铜矿床是长江中下游地区典型的矽卡岩型富铜伴生金矿床，有着悠久的采矿和冶炼历史。前人对该矿床的地质特征、成矿岩体、成矿年龄等方面取得了重要的成果[1,2,3]，但对成矿流体的研究还未开展，本文在综合分析琅琊山铜矿床矿化地质特征的基础上，进行了流体包裹体温度的测定，估算了流体的盐度和密度，并结合前人的研究，探讨了琅琊山铜矿床的形成过程，为深入认识矿床成因和成矿机制提供依据。

1 区域地质背景

琅琊山铜矿床位于扬子地台东部，西邻著名的郯庐大断裂，位于长江中下游成矿带北缘滁县-全椒铜金成矿区内[4,5,6]（图1a、1b）。

图1 张八岭隆起区简图（a）、滁州-庐江地区区域地质图（b）、琅琊山铜矿床区域地质简图（c）

滁州-庐江地区成矿时代主要集中于晚侏罗—早白垩世，成矿时代与构造—岩浆作用有明显的一致性，矿床的空间分布表现为基底构造对成岩成矿作用的控制。区内出露的地层主要为震旦系灯影组，寒武系黄栗树组、余家凹组和琅琊山组，奥陶系上欧冲组，侏罗系红花桥组和白垩系浦口组。区域岩浆岩主要分为两大系列：一是与铁及多金属矿化有关的钾玄岩系列，如苏州、宁芜盆地等；二是与铜金等矿床有关的高钾钙碱性岩系，如铜官山、狮子山铜矿，琅琊山岩体为高钾钙碱性岩系的代表。印支期，受扬子板块与华北板块碰撞对接的影响，区内形成了一系列北东向S型同斜倒转褶曲，表现为褶皱中段轴面近直立，两翼大致对称，南北两段轴面倾向北西和南东，这种S型褶皱可能是东西向基底断裂限制了北东向S型变形所致。北东向褶皱之上又叠加有东西向褶皱，叠加褶皱的横跨复合造成北东向向斜枢纽昂起，形成隆起、虚脱空间等岩体和矿体的有利地段（图1c）。

2 矿床地质特征

琅琊山铜矿床位于滁州市西南2.5km，是国内外罕见的城市中的铜矿，矿区交通十分便利。矿区位于大丰山复式向斜的东翼，醉翁山向斜的轴部，区内出露地层有晚震旦世灯影组条带状灰岩，白云质灰岩，硅质白云岩；早寒武世黄栗树组（泥质、硅质、炭质）灰岩、（炭质、泥质）页岩，燧石层；中寒武世杨柳岗组（泥质）灰岩，局部夹钙质页岩；晚寒武世琅琊山组上段灰岩，早白垩世赤山组粉砂岩、砂岩、砾岩等，第四纪粘土、亚粘土等组成。与成矿有关的地层为晚寒武世琅琊山上段组网纹状或条带状结晶灰岩。

区内岩浆岩为燕山期浅成相石英闪长玢岩，平面上呈长椭圆状，北端被断层切割，出露面积1.2km2。岩体两侧及端部发育大量沿剪切面和横向断裂面产生的顺层岩脉和纵向岩脉，岩体与围岩呈波状或齿状接触。

图2 琅琊山铜矿14-43线剖面示意图

矿床中所有矿体均分布在石英闪长玢岩与晚寒武世琅琊山组上段网纹状或条带状结晶灰岩之接触带上及其前缘，根据其产出位置，可分为三条明显的矿带矿体环绕接触带分布，呈“U”字型和“多”字型排列，同时由于构造的复合作用，矿体形态往往较为复杂（图2）。矿体一般呈透镜状、扁豆状、囊状等，平面走向延长几十米至百余米，一般延伸数十米至两百余米，一般厚度2～10m，最大30m，平均厚度3.2m。矿体侧伏方向长度远大于走向和倾斜方向长度，呈长柱状向北东方向侧伏，侧伏角45°～60°，走向随所处接触带位置展布，倾向东，倾角50°～80°。矿石矿物主要为黄铜矿、斑铜矿、磁铁矿，次要矿物为黄铁矿、辉铜矿、赤铁矿、铜蓝、辉钼矿及少量黝铜矿、镜铁矿、方铅矿、闪锌矿、自然金等；脉石矿物有钙铁石榴子石、透辉石、斜长石、角闪石、绿泥石、绿帘石、透闪石、阳起石和少量石英、玉髓、方解石等。

琅琊山铜矿床成矿作用具有多期多阶段的特征，根据矿床地质特征和矿石共生关系及组构特征的研究，可将该矿床成矿阶段划分为矽卡岩阶段、退蚀变阶段、石英-硫化物阶段、碳酸盐阶段四个阶段。

3 流体包裹体研究

3.1 样品采集及测试

本次工作在系统的野外地质调查和观察研究的基础上进行样品采集，选取不同成矿阶段的含有石英、方解石、石榴子石的样品磨制包裹体片。在对流体包裹体系统形态学基础上，选取包裹体发育较好的典型包裹体片进行测温。

流体包裹体显微测温在合肥工业大学资环学院成矿流体实验室完成。测试仪器为Linkam THMSG 600冷热台，测试范围为-160℃～ 600℃，分析精度为：＜30℃，±0.2℃；30℃～ 300℃，±1℃；300℃～ 600℃，±2℃。测试过程中，利用美国FLUIDING 公司提供的人工合成流体包裹体样品对冷热台进行温度标定，利用液氮对包裹体快速降温，并在温度缓慢上升的过程中观察包裹体的相变化，记录冰点温度和均一温度，升/降温速率为 0.5℃～5℃/min，相变点附近的速率降低为 0.5℃ /min。

3.2 包裹体岩相学

琅琊山铜矿床不同成矿阶段含矿石英脉、石英-方解石脉以及石榴子石中流体包裹体普遍发育，但个体大小不一，一般2～20μm，包裹体多呈椭圆形、不规则形，少数呈负晶形产出。根据流体包裹体在室温下相态的分类标准，琅琊山铜矿床的原生包裹体可以分为以下四种类型：

I.含子晶包裹体：室温下以含有一个固体子矿物为特征，此外还含有一个气泡和水溶液相，子矿物通常呈立方体形或长方体形，可能为NaCl子晶（图3a）。该类包裹体数量少，呈不规则状，大小一般5～12μm，零星分布于矽卡岩阶段的石榴子石中。

II.气液两相包裹体：室温下主要由气相和液相组成，广泛分布于各成矿阶段矿物中，是本矿床最主要的包裹体类型，个体相差较大，2～25μm不等，气泡充填度一般5%～30%，个别可达40%（图3b-c、e-f、h-i）。包裹体形态多呈椭圆形、不规则形，呈孤立状或小规模集群分布。其中石榴子石和石英中的包裹体个体较大，一般8～15μm，个别可达20μm左右，其气泡充填度稍大，多集中于25～30%，少数达40%左右，包裹体呈孤立状或集群分布；方解石的包裹体总体都较小，一般2～8μm，形态以负晶形和不规则形为主，其气泡充填度仅5～10%，多呈线状分布（图3i）。

表1 琅琊山铜矿床流体包裹体显微测温及相关参数

III.纯液相包裹体：室温下为单相液体包裹体，多呈椭圆形、负晶形、不规则形，大小2～8μm，广泛分布于各个成矿阶段矿物中，呈零星或线状分布（图3d）。

IV.纯气相包裹体：室温下为单相气体包裹体，多为椭圆形，大小约2～10μm，呈孤立状分布于矽卡岩阶段、退蚀变阶段以及石英-硫化物阶段的石榴子石和石英中（图3g）。

3.3 测温结果

1.均一温度、盐度

本次工作主要选择不同成矿阶段中气液两相包裹体进行了均一法和冷冻法的显微测温研究，并在此基础上计算了流体包裹体盐度。对于气液两相流体包裹体，根据冰点温度（Tmice）采用Bodnar[7]提出的NaCl-H2O体系盐度-冰点公式求得流体盐度。

测温和计算的盐度数据列于表1，均一温度频率直方图见图4a，盐度频率直方图见图4。结果显示，矽卡岩阶段均一温度变化范围为372～486℃，集中于431℃～456℃，平均440℃；盐度介于2.6～8.7wt% NaCleq，集中于4.2～7.2wt%NaCleq，平均5.5wt% NaCleq。退蚀变阶段均一温度变化范围为291℃～360℃，集中于317℃～350℃，平均325℃；盐度介于0.9～6.0wt% NaCleq，集中于2.6～6.0wt%NaCleq，平均3.8wt% NaCleq。石英-硫化物阶段均一温度变化范围为201～311℃，集中于245℃～310℃，平均269℃；盐度介于1.1～5.7wt% NaCleq，集中于2.2～5.1wt%NaCleq，平均3.5wt% NaCleq。碳酸盐阶段均一温度变化范围为158～192℃，集中于160～180℃，平均169℃；盐度介于0.2～3.7wt% NaCleq，集中于0.9～1.6wt% NaCleq，平均1.4wt% NaCleq。

3.4 成矿流体压力和深度估算

图3 琅琊山铜矿床中流体包裹体岩相学特征

图4 琅琊山铜矿床流体包裹体均一温度图

图5 琅琊山铜矿床NaCl-H2O体系溶液密度图解（数值为等密度线的密度值）

流体密度可以用均一温度（Th/℃）和盐度（wt%NaCl）投影到T-w-ρ图中求出。利用该图解（图5）估算得到琅琊山铜矿床的密度为＜0.50～0.95g/cm3，集中分布在0.70～0.85g/cm3之间。

运用刘斌的密度经验公式[8]计算流体密度，计算结果见表1，流体密度直方图见图4d。结果表明，流体密度变化范围介于0.36～0.93g/cm3之间，平均0.70g/cm3。这一结果同T-w-ρ图解中估算的密度值基本一致。其中矽卡岩阶段流体密度变化范围为0.36～0.65g/cm3，平均0.47g/cm3；退蚀变阶段流体密度变化范围为0.61～0.77g/cm3，平均0.69g/cm3；石英-硫化物阶段流体密度变化范围为0.71～0.87g/cm3，平均0.77g/cm3；碳酸盐阶段流体密度变化范围为0.88～0.93g/cm3，平均0.91g/cm3。

根据邵洁涟[9]提出的经验公式求得流体压力，计算结果见表1，成矿压力变化范围为25.7MPa～74.2MPa，平均值为45.9MPa。其中矽卡岩阶段成矿压力变化范围为51.4MPa～74.2MPa，平均值为61.3MPa；退蚀变阶段成矿压力变化范围为37.6MPa～54.8MPa，平均值为46.8MPa；石英-硫化物阶段成矿压力变化范围为35.7MPa～49.2MPa，平均值为42.7MPa；碳酸盐阶段成矿压力变化范围为25.7MPa～34.6MPa，平均值为29.4MPa。

成矿深度可用以下公式计算：H1=P1/25。式中P1为成矿时的压力，单位为105Pa；H1为成矿深度（成矿深度按照地压梯度（25MPa/km）计算）。成矿深度变化范围为1.03～2.97km，平均值为1.80km。其中矽卡岩阶段成矿深度变化范围为2.05～2.97km，平均值为2.45km；退蚀变阶段成矿深度变化范围为1.50～2.19km，平均值为1.87km；石英-硫化物阶段成矿深度变化范围为1.43～1.97km，平均值为1.71km；碳酸盐阶段成矿深度变化范围为1.03～1.39km，平均值为1.17km。

4 讨论

流体包裹体显微测温研究结果显示，琅琊山铜矿床成矿流体从早到晚发生了一系列的变化：早期矽卡岩阶段主要发育气液两相包裹体，部分含子晶三相包裹体，具明显的高温（372℃～486℃）、中-高盐度（2.57%～8.68%）；退蚀变阶段主要发育气液两相包裹体，具中高温（291℃～360℃）、中-高盐度（0.88%～8.68%）；石英-硫化物阶段主要发育气液两相包裹体，具中温（201℃～311℃）、中盐度（1.05%～5.71%）；碳酸盐阶段主要发育气液两相包裹体，具低温（158℃～192℃）、低盐度（0.18%～3.71%）；流体从成矿早期到晚期，成矿流体具有从高温、向低温、低盐度流体演化的趋势。鉴于矽卡岩阶段石榴子石中零星发育有含子晶包裹体，矿床成矿早期成矿流体可能具有更高的盐度。而含子晶包裹体、纯气相包裹体以及纯液相包裹体的共存现象表明琅琊山铜矿床在形成过程中可能发生了流体沸腾作用。