西藏雄村斑岩型铜(金)矿床Ⅰ、Ⅱ号矿体热液黑云母特征及地质意义

2020-08-10肖鸿天谢富伟郎兴海冉凤琴

岩石矿物学杂志 2020年4期

肖鸿天，谢富伟，郎兴海，冉凤琴

(成都理工大学，四川成都 610059)

作为斑岩型矿床钾硅酸盐化中最重要的一种蚀变矿物，黑云母的结构和化学成分对于岩浆或者岩浆热液的物理化学环境极其敏感(Jacobs and Parry,1979)，因此黑云母的化学成分能够有效地揭示与其形成有关的岩浆-热液系统的成分和物理、化学条件。前人对于黑云母已做了大量的研究工作。Robert(1976)和Patino(1993)认为温度和氧逸度是黑云母中钛含量的控制因素；Wones和Eugster(1965)提出黑云母中Fe3+、Fe2+和Mg2+的含量能有效指示岩浆热液的氧逸度；黑云母对于制约岩浆热液系统中金属元素络合物的形成以及矿床矿化类型等起着重要的作用(Ayatietal.,2008;Bathetal.,2013)。斑岩型矿床中钾硅酸盐蚀变带内早期成矿流体的温度、氧逸度等物理化学条件，对于斑岩型矿床成矿元素的萃取、运移和沉淀有着重要的研究意义(Beane,1974;Parsapooretal.,2015)。

青藏高原经历了特提斯洋的俯冲消亡、拉萨地体与羌塘地体的碰撞、亚欧大陆与印度大陆的碰撞及碰撞后伸展等一系列地质历史事件。其中，冈底斯成矿带发育大量的斑岩-矽卡岩型矿床，使得该成矿带成为西藏重要的成矿带之一(侯增谦等，2003；唐菊兴等，2012)。位于日喀则市谢通门县的雄村铜(金)矿床，是冈底斯成矿带南缘重要的斑岩型铜(金)矿床，曾引起广泛关注，前人围绕它已开展了大量研究工作(曲晓明等，2001；徐文艺等，2005；郎兴海，2012；郎兴海等，2012a；唐菊兴等，2014)。目前，在雄村矿区内已发现Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号斑岩型铜(金)矿体以及多个矿化体，仅勘查评价的Ⅰ、Ⅱ号矿体铜金属资源量达到238万吨，伴生金金属资源量超过219吨，伴生银金属资源量超过1 094吨(郎兴海，2012；郎兴海等，2012a)。前人对于雄村矿区的研究主要集中于成矿地质背景(黄勇等，2011；郎兴海，2012；郎兴海等，2010，2012a)、矿床地质特征(郎兴海等，2010；黄勇等，2012)、成矿物质来源和流体演化(唐菊兴等，2009，2010；郎兴海，2012；周云等，2017)，仅有部分学者对矿区黑云母进行了Ar-Ar同位素年龄分析(邹银桥等，2015)。本文通过对雄村矿区Ⅰ、Ⅱ号矿体热液黑云母详细的显微镜下观察和电子探针测试，对热液黑云母的化学特征、物理化学环境进行了研究，探讨了热液黑云母对于雄村斑岩型铜(金)矿床热液流体演化及矿化的指示意义。

1 矿床地质特征

雄村矿区位于雅鲁藏布江缝合带北侧、冈底斯成矿带中段南缘，南侧紧邻日喀则弧前盆地(唐菊兴等，2012)(1)唐菊兴,李志军,郎兴海,等.2012.西藏自治区谢通门县雄村矿区铜矿勘探报告.西藏:天圆矿业资源开发有限公司.。雄村矿区出露地层主要为下侏罗统雄村组(J1x)(图1)，岩性主要为凝灰岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、泥质板岩和少量的灰岩。矿区内岩浆岩主要形成于侏罗纪和古近纪。侏罗纪侵入岩为早中侏罗世角闪石英闪长玢岩、中晚侏罗世含粗粒石英斑晶的角闪石英闪长斑岩、晚侏罗世石英闪长斑岩和侏罗纪辉绿岩脉。古近纪侵入岩主要为始新世石英闪长岩和始新世黑云母花岗闪长岩(郎兴海等，2010；郎兴海，2012;谢富伟等，2015 )。矿区内断裂构造发育，主要以脆-韧性断裂带及其相关的裂隙带为主，呈NW、NWW和NE向展布(郎兴海等，2012a，2012b)。雄村Ⅰ号矿体主要产于石英闪长斑岩及接触带的雄村组安山质凝灰岩中，剖面上呈筒状、层状和似层状，矿石以脉状、浸染状和细脉浸染状产出，主要金属矿物为黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿，次要金属矿物为辉铜矿、闪锌矿、方铅矿、辉钼矿、毒砂、辉砷铜矿和蓝辉铜矿等，主要非金属矿物有石英、红柱石和绢云母，次要非金属矿物有长石、黑云母、绿泥石、绿帘石、粘土矿物等(郎兴海等，2010，2014；谢富伟等，2014)。Ⅱ号矿体主要发育在角闪石英闪长斑岩和接触带的雄村组安山质凝灰岩中，矿体受含矿斑岩及围岩接触带控制，剖面上呈似层状、厚板状(丁枫等，2012)，矿石以细脉浸染状产出为主，主要金属矿物为黄铜矿、黄铁矿、磁铁矿等，次要金属矿物有磁黄铁矿、辉铜矿、蓝辉铜矿、铜蓝、斑铜矿、赤铁矿、钛铁矿等，主要非金属矿物为石英、长石、黑云母，次要非金属矿物有红柱石、白云母、绢云母、绿泥石、绿帘石等(谢富伟等，2015)。雄村Ⅰ号矿体主要发育钾硅酸盐化、绢英岩化和青磐岩化，Ⅱ号矿体主要发育钾硅酸盐化、钠化-钙化、黄铁绢英岩化和青磐岩化。

图1 雄村矿区地质简图(Lang et al.,2019)Fig.1 Geological map of the Xiongcun deposit (after Lang et al.,2019)

2 样品采集、描述和分析

2.1 样品采集

本次研究的样品主要采自雄村矿区石英闪长斑岩(Ⅰ号矿体：ZK5024、ZK5032、ZK6066，Ⅱ号矿体ZK7226)，其中ZK5024采样深度分别为202 m和213 m，ZK5032为182 m，ZK6066为332 m，ZK7226为398 m。石英闪长斑岩呈斑状结构，石英斑晶含量为5%～15%，具有强烈钾化蚀变。经系统的岩心编录，选取样品磨制成标准的电子探针片，利用莱卡DM2500P偏光显微镜进行镜下观察和照相。

Ⅰ号矿体内有多条脉体，黑云母主要分布于石英硫化物脉、黑云母硫化物脉中，形成于成矿早期或主成矿期，脉体产状不规则，多呈弯曲状，黑云母主要产出状态为:① 黑云母-红柱石-硫化物-石英组合，呈团斑状或脉状产出，自形程度较高，多为自形-半自形粒状，粒度为0.5～1.5 mm，部分被红柱石交代；② 石英-硫化物脉边部富集，呈细粒片状；③ 黑云母-白云母-硫化物组合，黑云母和白云母与硫化物伴生产出，与硫化物富集呈正相关关系(图2a～2d)。

Ⅱ号矿体仅发育在钻孔深部，以磁铁矿-黑云母-硫化物脉形式产出，形成于成矿早期或主成矿期，脉体弯曲，呈不规则不连续状，黑云母主要呈片状、鳞片状与黄铁矿伴生，或呈脉状与石膏等伴生(图2e、2f)。

值得注意的是，Ⅰ号矿体热液黑云母的自形程度较高，这与Jacobs 和 Parry(1979)所认为斑岩铜矿床原生黑云母多呈自形-半自形的斑晶或显微斑晶，热液黑云母呈细粒鳞片状、脉状的结果不同，这可能是因为Ⅰ号矿体的热液黑云母形成于钾硅酸盐化蚀变带的早期，结晶温度较高(Popp and Franitz,1980)。

2.2 样品分析测试

按照成因，黑云母又可分为岩浆黑云母和热液黑云母。岩浆黑云母形成于岩浆结晶过程中，热液黑云母形成于热液蚀变过程中，又可分为热液蚀变黑云母和热液新生黑云母。岩浆黑云母和热液黑云母在矿物学特征上存在较大的差异(Jacobs and Parry,1979;傅金宝，1981;唐攀，2018)。Ⅰ号矿体黑云母主要以脉状热液黑云母和团斑状热液黑云母为主，原生岩浆黑云母受热液蚀变作用，形成热液蚀变黑云母，主要呈交代残余、交代假像结构，热液新生黑云母主要为半自形-它形片状或极细的片状集合体，常与闪锌矿、黄铜矿、白云母等伴生产出。Ⅱ号矿体黑云母主要以热液交代黑云母和团斑状热液新生黑云母为主，镜下未见岩浆黑云母，热液交代黑云母主要交代角闪石和石英，呈角闪石假像，半自形-它形片状。选择两个矿体典型的热液黑云母在天津地质调查中心实验室进行了电子探针分析，仪器为日本岛津公司生产的EPMA-1600型电子探针分析仪，加速电压为15 kV，束流20 nA，束斑直径10 μm，检出限为0.002%，所采用的标样为钠长石(Na)、透长石(Si，Al，K)、透辉石(Ca，Mg)、贵榴石(Fe)、金红石(Ti)、氟磷灰石(P)和蔷薇辉石(Mn)。Fe3+和Fe2+采用林文蔚等(1994)等的计算方法进行调整。雄村矿区热液黑云母的电子探针数据列于表1、2。

表1 雄村Ⅰ号矿体热液黑云母电子探针数据 wB/%Table 1 Electron microprobe analyses of hydrothermal biotite of No.Ⅰ orebody in the Xiongcun deposit

表2 雄村Ⅱ号矿床热液黑云母电子探针数据 wΒ/%Table 2 Electron microprobe analyses of hydrothermal biotite of No.Ⅱ orebody in the Xiongcun deposit

3 讨论

3.1 雄村热液黑云母化学组分特征研究

Ⅰ号矿体黑云母的SiO2含量为36.30%～41.44%，平均为39.88%；TiO2含量为0.55%～0.80%，平均为0.65%；Al2O3含量为14.30%～17.87%，平均为15.92%；FeOT含量为4.13%～12.09%，平均为7.83%；MgO含量为17.76%～22.54%，平均为19.76%；K2O含量为3.13%～9.72%，平均为8.51%。Ⅱ号矿体的SiO2含量为30.68%～37.58%，平均为34.14%；TiO2含量为1.07%～3.12%，平均为2.02%；Al2O3含量为14.80%～19.03%，平均为16.22%；FeOT含量为16.29%～18.73%，平均为17.46%；MgO含量为10.75%～14.66%，平均为12.79%；K2O含量为7.47%～9.49%，平均为8.80%。两个矿体的热液黑云母具有低Ti(TiO2<3%)、高Al(Al2O3>15%)、高K、低Na、贫Ca的特点，且具有较高的MgO含量，指示了较好的矿化(秦克章等，2009)。在Mg2+-(AlⅥ+Fe3++Ti)-(Fe2++Mn)图解中，雄村Ⅰ号矿体的热液黑云母落入金云母区域，部分点位落入镁质黑云母区域中；Ⅱ号矿体中的热液黑云母全部落入镁质黑云母区域(图3)。

黑云母的Mg/Fe、K/Na值是判定斑岩型矿床成矿与否的重要标志，与矿化有关的黑云母具有高镁低铁、高钛低铝、高钾低钠的特点，其Mg/Fe值一般大于0.5，K/Na值一般大于10；热液黑云母相较于岩浆黑云母，具有低钛高镁的特点(傅金宝，1981；秦克章等，2009；王勇等，2016；唐攀等，2017)。通过对国内外典型斑岩型矿床钾硅酸盐化蚀变有关的热液黑云母的化学成分 (Ayatietal.,2008;Siahcheshmetal.,2012;Afshoonietal.,2013;王勇等，2016) 进行对比(表3)，发现雄村Ⅰ、Ⅱ号矿体热液黑云母的Mg/Fe>0.5，K/Na>10，显示了其良好的成矿相关性。Al/Fe和Al2O3/TiO2值均较高，且雄村Ⅰ、Ⅱ号矿体具有低钛高铝的特点，这可能与后期热液黑云母遭受蚀变形成金红石等蚀变矿物有关(谢富伟等，2015)。

图3 Mg2+-(AlⅥ+Fe3++Ti)-(Fe2++Mn)分类图解 (据Foster,1960)Fig.3 Mg2+- (AlⅥ+Fe3++Ti) -(Fe2++Mn) classification diagram (after Foster，1960)A—金云母；B—镁质黑云母；C—铁质黑云母；D—铁叶云母；E—铁白云母；F—白云母A—phlogopite;B—magnesiabiotite;C—iron biotite;D—ferriphyllite;E—iron muscovite;F—muscovite

3.2 热液黑云母对岩浆热液系统物理化学条件的指示

3.2.1 黑云母对岩浆热液系统温度的指示

Wones和Eugster(1965)研究表明，对于高温高压条件下的岩浆黑云母，其成分可以估算出其结晶温度，并提出了logfO2-T地质温度计，但该地质温度计对于近大气压和100～300℃的硅酸盐-硫化物热液系统中形成的热液黑云母不适用。本文采用Richard(1974)和Fuat(2003)等提出的热液黑云母t-XPhl地质温度计计算了热液黑云母的结晶温度，发现雄村矿区Ⅰ、Ⅱ号矿体的热液黑云母形成温度相差较大(图4)：Ⅰ号矿体的热液黑云母形成温度较高，主要在400～600℃之间，温度变化范围较大，平均温度470℃，这与谢富伟等(2015)利用金红石Ti温度计的计算结果相同，而Ⅱ号矿体的热液黑云母形成温度较低，主要集中于200～300℃之间，温度变化范围较小，平均温度234℃。上述结果表明Ⅰ号矿体形成于温度较高的热液系统，Ⅱ号矿体形成于温度较低的热液系统。

3.2.2 黑云母对岩浆热液系统氧逸度的指示

作为斑岩型矿床热液蚀变的重要钾硅酸盐化矿物，热液黑云母的化学成分在一定程度上能够反映热液系统氧逸度等物理化学环境。岩浆热液系统中Fe3+/Fe2+值越大，Fe2+越少，Mg2+越容易进入镁铁质矿物的晶格中，因此，黑云母的XMg[Mg/(Mg + Fe)]与氧逸度呈正相关，通过Fe3+、Fe2+、Mg2+的含量可以反映黑云母结晶时的氧逸度，包括磁铁矿-钛铁矿缓冲剂(HM)、镍-氧化镍缓冲剂(NNO)和铁橄榄石-石英-磁铁矿缓冲剂(FQM)(Wones and Eugster,1965;Albuquerque,1973)。将雄村Ⅰ号矿体和Ⅱ号矿体的热液黑云母相应的化学组分投影至Fe3+- Fe2+- Mg2+三角图解(图5)上，可以发现Ⅰ号矿体黑云母样品点多数位于NNO(Ni-NiO)缓冲线和HM缓冲线之间；Ⅱ号矿体热液黑云母样品多数点位于NNO(Ni-NiO)缓冲线和FMQ(Fe2SiO4-SiO2-Fe3O4)缓冲线之间。另外，黑云母中低含量(小于0.245)的AlⅥ也指示其形成的环境具有较高的氧逸度(Albuquerque,1973)。通过计算，雄村矿区Ⅰ号矿体热液黑云母的AlⅥ含量为0.049～0.360，平均0.209，Ⅱ号矿体热液黑云母的AlⅥ含量为0.072～0.360，平均0.215。上述结果表明雄村矿区Ⅰ、Ⅱ号矿体都形成于较高氧逸度的热液系统，Ⅰ号矿体热液系统氧逸度相对Ⅱ号矿体热液系统氧逸度更高。

图4 t-XPhl 图解(据Fuat，2003)Fig.4 Diagram of t-XPhl (after Fuat，2003)

图5 Fe3+ - Fe2+ - Mg2+三角图解(据Wones和 Eugster，1965)Fig.5 Triangular diagram of Fe3+ - Fe2+ - Mg2+ (after Wones and Eugster，1965)

3.2.3 斑岩型矿床岩浆热液系统卤素化学特征

岩浆热液系统中卤素的化学特征，对于完善斑岩型铜(钼、金)矿床的成矿理论具有重要的意义，其中，黑云母的Ⅳ(F)、Ⅳ(Cl)和Ⅳ(F/Cl)值指示了F、Cl在岩浆热液系统中的相对富集程度。Ⅳ(F)、Ⅳ(Cl)和Ⅳ(F/Cl)值通过黑云母的Xphl、Xsid、Xann、log(XF/XOH)和log(XCl/XOH)计算获得(Munoz,1984)，其中，Xphl=Mg/(八面体阳离子总数);Xsid为黑云母中的铁叶云母摩尔分数，Xsid=[(3-Si/Al)/1.75](1-XMg)；Xann为黑云母中的铁云母摩尔分数，Xann=1-XMg-Xsid(Fuat,2003)。黑云母的 Ⅳ(F)值越小表示岩浆热液系统中F富集程度越高；Ⅳ(Cl)基本都为负值，值越小，表示系统中 Cl 富集程度越高；Ⅳ(F/Cl)值越小，系统中 F/Cl值越大(Munoz,1984；Fuat,2003)。

计算得到的雄村矿区热液黑云母的Ⅳ(F)、Ⅳ(Cl)和Ⅳ(F/Cl)值见表1、2。雄村矿床Ⅰ号矿体热液黑云母Ⅳ(F)值介于0.61～1.09之间，平均值0.98；Ⅳ(Cl)值介于-5.15～-4.54之间，平均值-4.97；Ⅳ(F/Cl)值介于5.63～6.19之间，平均值5.95，说明Ⅰ号矿体热液黑云母具有较低的Ⅳ(F)、Ⅳ(F/Cl)值和较高的Ⅳ(Cl) 值，且变化范围较为集中。雄村矿床Ⅱ号矿体热液黑云母Ⅳ(F) 值介于2.57～2.97之间，平均值2.77；Ⅳ(Cl) 值介于-5.64～-5.13之间，平均值-5.33；Ⅳ(F/Cl) 值介于7.88～8.61之间，平均值8.25，说明Ⅱ号矿体热液黑云母具有较高的Ⅳ(F)、Ⅳ(F/Cl)值和较低的Ⅳ(Cl) 值，且变化范围较为分散。

已有学者认为雄村矿床为斑岩型矿化和浅成热液型矿化叠加成矿的产物，结合该矿床成矿年代学(徐文艺等，2006；郎兴海等，2010)和本文的黑云母矿物化学研究特征，可以认为雄村矿床Ⅰ、Ⅱ号矿体都形成于富Cl的岩浆热液系统，但分属于两套不同的岩浆热液系统，且Ⅱ号矿体热液较Ⅰ号矿体热液更富Cl，贫F。前人研究表明，富 F的岩浆热液成矿系统有利于形成钼矿化，富Cl 的岩浆热液成矿系统有利于形成铜、金矿化(Candela and Holland,1984;Keppler and Wyllie,1991;Bai and van Groos,1999)。

3.3 热液流体特征对成矿的指示意义

斑岩型矿床岩浆热液演化过程中，在高氧逸度的条件下，成矿热液中的硫元素主要以SO2、SO3、H2SO4等氧化态形式出现，其溶解度大，不易饱和，使得Cu、Au等金属元素在残余相中富集，最终进入流体相富集成矿。因此普遍认为，与斑岩型矿床铜矿化相关的岩浆热液具有较高的氧逸度(NNO-HM氧逸度缓冲剂之间)。雄村矿区Ⅰ号矿体与Ⅱ号矿体热液黑云母的化学特征都显示了成矿热液具有高氧逸度、富Cl的特征，似乎指示了两个矿体形成于相似的物理化学条件。然而，从矿物组合来看，Ⅰ号矿体不同于Ⅱ号矿体广泛发育的磁铁矿、石膏等高氧逸度矿物，Ⅰ号矿体主要发育磁黄铁矿、黄铜矿等低氧逸度矿物 (Xieetal.,2018)。Takagi和Tsukimura (1997)认为，还原性斑岩型铜矿床中富含CO2和CH4的成矿流体对岩浆氧逸度起到缓冲的作用，阻止磁铁矿结晶并生成还原性矿物组合。雄村Ⅰ号矿体矿石矿物中发育大量磁黄铁矿、黄铜矿等低氧逸度矿物，缺乏磁铁矿和石膏等高氧逸度矿物，周云等(2017)通过对雄村矿床流体包裹体的研究发现，雄村矿床的成矿流体富含CO2、CH4和N2，且成矿物质来源于岩浆。Lang等(2019)发现，雄村矿床的成矿流体来源于与大气降水混合的岩浆源，并且与成矿相关的石英闪长斑岩侵入含碳围岩，通过热分解生成了大量甲烷(CH4)，使得斑岩铜体系的氧化还原状态从氧化态转为了还原态。因此笔者认为，雄村矿床Ⅰ号矿体富含CO2、CH4和N2的成矿流体，阻止了高氧逸度矿物的生成而生成了还原性矿物组合。因此，Ⅰ号矿体与Ⅱ号矿体的矿床成因的差异，并不是本身岩浆的差异，而是后期热液流体演化的过程中导致的氧逸度的变化从而形成了不同的矿物组合(Xieetal.,2018;Langetal.,2019)。

研究发现，F、Cl等元素以通过与金属元素形成金属络合物的形式在成矿流体中运移，富Cl流体易萃取熔体中的Cu、Au元素，以CuCl2-和AuCl2-形式在流体中运移 (Candela and Holland,1984)。Baker (2002)、Philips和Evans (2004)发现，流体中富含的CO2对岩浆流体的出溶和演化过程有重要的影响。雄村矿床Ⅰ、Ⅱ号矿体都形成于富Cl的岩浆热液系统，且流体中富含CO2和CH4等成分，成矿流体能大量萃取Ag、Cu等成矿元素，并以CuCl2-和AuCl2-等络合物形式在流体中运移。

温度降低、压力降低、pH 值升高、氧逸度变化是造成成矿元素沉淀的重要因素(Henry and Guidotti,2002;Yavuz,2003)。由前文可知，雄村矿床Ⅰ号矿体热液黑云母平均结晶温度470℃，Ⅱ号矿体热液黑云母平均结晶温度234℃，这与周云等(2017)流体包裹体显微测温得到的数据相似，可以认为热液黑云母的结晶温度代表了成矿流体的温度，说明在岩浆热液演化过程中，流体温度迅速降低。雄村斑岩型矿床中，岩浆的侵位形成大量裂隙系统，富含成矿物质和大量挥发分的流体，在沿构造裂隙向上运移的过程中，温度和压力骤然降低，使得热液中金属元素络合物溶解度降低，释放出大量Cu2+、Fe2+、Au3+，而S2-浓度增高，有利于硫化物沉淀成矿。