滇西叫鸡冠梁子铁多金属矿床成因及成矿流体来源探讨——来自方解石流体包裹体证据

杨正香, 邓明国, 赵泓一, 沙建泽, 陈 伟, 贾 祯

(1.昆明理工大学 国土资源工程学院,云南 昆明 650093;2.中油测井有限公司新疆分公司,新疆 克拉玛依 834000; 3.云南省地质调查院,云南 昆明 650216;4.自然资源部三江成矿作用及资源利用重点实验室,云南 昆明 650051; 5.滇西应用技术大学,云南 大理 671000)

0 引言

滇西腾冲地块地位于三江特提斯成矿带中南段,是三江成矿带典型的Sn-Fe-Pb-Zn矿集区[1-2]。该地块经历了多期多阶段的构造-热液事件,造就了腾冲地块优越的成矿地质条件及丰富的矿产资源。地块矿化时空分布明显,主要为东、中、西三个成矿带,其中叫鸡冠梁子铁多金属矿床所属的东成矿带发育矽卡岩型、热液型中高温Fe-Cu-Pb-Zn-Sn多金属[3-4]:如滇滩[5]、叫鸡冠梁子[3-4]、老厂坪子[6]、大硐厂[7]、棋盘石等。矿带受棋盘石—腾冲断裂与龙川江断裂控制,与下白垩统东河岩群关系密切,目前在该矿带内已发现的铜铅锌银锰等金属的矿床点达20多个,已评价12处[8]。

叫鸡冠梁子铁多金属矿床被国界线划分为南北两段,南部位于中国云南腾冲市,北部则归属于缅甸的克钦邦。该矿床是近年来在中缅边境发现的中—大型铁多金属矿床。宏观上具有明显的矽卡岩蚀变及金属矿化分带,属典型的矽卡岩型矿床。前人对该矿床主要做过岩体年代学、辉钼矿和锡石的测年及主微量等方面的研究[3,8],但在成矿流体来源及矿床类型等方面缺乏流体包裹体证据,亟需进一步的深入科学研究,以指导该区的勘查找矿工作。因此本文在详查矿床地质特征的基础上,选取与金属矿物关系密切的方解石流体包裹体开展系统研究,进而明确矿床成矿物化条件,阐明流体性质,论证矿床类型。

1 区域地质概况

腾冲地块位于滇缅泰马地块以北[2](图1a),东部与保山地块高黎贡山断裂带相接,西部与缅甸地块由密支那—曼德勒缝合带相连[9],介于班公湖—怒江板块缝合带和印度河—雅鲁藏布江板块缝合带之间[10-11]。区域内地层较完整,主要发育古元古界、新元古界及少量的上三叠统、新近系和第四系,其中古生代地层最为发育[3]。断裂主要为SN向转至NE向展布的高黎贡山断裂、棋盘石断裂、大盈江断裂和槟榔江断裂等[12-13]。褶皱受断层控制,总体呈SN向展布与主构造线方向一致。自早古生代以来,随着中特提斯洋壳俯冲汇聚、陆块增生造山和新特提斯洋消减、印度—欧亚碰撞造山等事件的影响[14-15],腾冲地块发育了强烈的岩浆活动,造就了有利的 Sn-Pb-Zn-Fe-Cu 等多金属成矿环境,其中与燕山期花岗岩有关的矿产有18种,矿床达54处[16-17]。

图1 叫鸡冠梁子矿床大地构造位置及区域地质简图[4]

区内岩浆活动频繁,岩浆岩形成时代由燕山期向喜马拉雅期过渡[18-19],按时空分带可分为东、中、西三个亚带。该区金属矿床的产出在空间上与花岗岩密切相关,矿化特征各不同:①东带主要发育早白垩世东河花岗岩群(118～126 Ma)[20-21],为矽卡岩型Fe-Pb-Zn-Cu多金属矿化特征;②中带主要发育晚白垩古永花岗岩群(72～76 Ma)[12,22],为高温热液云型、英岩型锡矿化特征;③西带主要发育古近纪槟榔江花岗岩群(52～56 Ma)[21,23],为低温热液型、云英岩型锡矿化特征。

2 矿床地质特征

叫鸡冠梁子铁多金属矿床地理位置特殊,位于中缅边境附近。矿床南段位于中国境内的明光镇地盘关,北段位于缅甸克钦帮(图1),是腾冲—梁河地区最北端的矽卡岩型铁多金属矿床,伴生W、Sn、Cu、Zn、Pb等金属元素,矿床规模已达大(中)型,可露天开采,经济价值较大[24]。

矿内地质特征较为简单,主要出露上二叠统空树河组和第四系更新统,围岩蚀变强烈,主要为大理岩化、矽卡岩化,其中空树河组是区内Sn-Fe多金属矿的主要赋矿层位。断裂主要发育近SN向、EW向及NW向断裂,其中F1为控矿断裂(图2)。区内岩浆活动强烈,早白垩世二长花岗岩呈岩株状大面积侵入于空树河组中(图3),通过野外调研,基于花岗岩侵入接触关系,可将早白垩世二长花岗岩进一步划分为三个阶段,即第一阶段细—中粒黑云母二长花岗岩,第二阶段细—中粒似斑状二长花岗岩,第三阶段粗粒黑云母二长花岗岩。矿体均产于外接触带围岩中,矿区外围黑云母二长花岗岩广泛分布。

图2 叫鸡冠梁子矿区地质简图[4]

图3 叫鸡冠梁子铁多金属矿床23-1号勘探线剖面图

矿体受断层、主导节理、赋矿地层产状以及矽卡岩的控制,主要以楔形、囊袋形、单斜产出、似层状、透镜状、条带状产出,赋存于空树河组大理岩和矽卡岩中。矿区矿石矿物主要为磁铁矿,其次为磁黄铁矿、闪锌矿、铁闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、黄铁矿、锡石、白钨矿等;脉石矿物主要有石英、白云母、金云母、方解石、透辉石、绿泥石、蛇纹石、透闪石、绿帘石等。矿石结构以粒状结构(图4a)、交代残余结构(图4g)和充填结构(图4h,图4i)为主,构造以块状构造(图4a)、脉状构造(图4b,图4c)稀疏浸染状构造(图4d,图4e)和蜂窝状构造(图4f)为主。围岩蚀变强烈,主要为空树河组碎屑岩夹碳酸盐岩透镜体经受变质作用而成,包括矽卡岩化、大理岩化、角岩化等,其中矽卡岩化的分布与磁铁矿化关系密切,大理岩化的分布则与铅锌矿化关系密切。

图4 叫鸡冠梁子铁多金属矿床矿石结构构造

根据矿体的产出特征、矿物共生组合、矿石结构构造、矿脉穿插关系以及围岩蚀变等,将叫鸡冠梁子铁多金属矿床成矿作用可以划分为两期三阶段,即矽卡岩期的矽卡岩阶段(Ⅰ)和氧化物阶段(Ⅱ)以及硫化物期的硫化物阶段(Ⅲ): ①矽卡岩阶段:在高温或接近临界条件下,生成石榴子石、透辉石和硅灰石等无水硅酸盐矿物,以及少量的磁铁矿,不具备工业矿体开采条件。 ②氧化物阶段:温度下降,逐渐形成透闪石、绿帘石、阳起石、绿泥石等含水硅酸盐矿物和大量磁铁矿,脉石矿物主要为方解石、石英等。矿区的大部分磁铁矿也在该阶段生成,已达到工业品位。 ③硫化物阶段:随着温度的降低主要沉淀闪锌矿、磁黄铁矿、方铅矿和黄铁矿等金属矿物和方解石、石英等脉石矿物。

3 流体包裹体研究

基于野外地质和室内镜下特征研究的基础上,选取氧化物阶段和硫化物阶段未发生蚀变的方解石磨制包裹体片,并进行岩相学观察。对其中的代表性包裹体开展显微热力学研究。包裹体显微测温实验在中国地质科学院流体包裹体实验室完成,采用 Linkam-THMS600 型冷热台进行控温工作。

3.1 包裹体岩相学特征

叫鸡冠梁子铁多金属矿床原生流体包裹体广泛发育,类型丰富、组合方式多样,气液比也相差较大,主要赋存于方解石中,根据室温条件(25℃)包裹体的分离相态和冷冻加热过程的相变,将叫鸡冠梁子矿床发育的流体包裹体划分为4种类型:富液相包裹体(R-L型)、富气相包裹体(R-V型)、纯液相包裹体(P-L型)、纯气相包裹体(P-V型)。整个成矿过程以R-L型和R-V型包裹体为主,约占总数的70%,次为P-L型和P-V型包裹体。氧化物阶段(阶段Ⅱ)及硫化物阶段(阶段Ⅲ)的方解石流体包裹体特征如下(图5):

图5 叫鸡冠梁子铁多金属矿床氧化物阶段与硫化物阶段方解石流体包裹体特征图

氧化物阶段(阶段Ⅱ): 选取氧化物阶段未发生蚀变的方解石进行包裹体片磨制,用方解石中的包裹体代替阶段Ⅱ的成矿流体。观察到样品中包裹体以R-L型和R-V型为主,次为P-L型和P-V型包裹体。R-L型包裹体呈椭圆状、长条状和不规则状自由产出,部分与R-V型和P-L型包裹体共存,粒径介于4～25 μm之间,气相比为10%～25%;R-V型包裹体呈米粒状和不规则状等自由产出,部分与R-L型和P-L型包裹体共存,粒径介于3～24 μm之间,气相比为70%～80%;P-L型和P-V型呈米粒状和浑圆状随机分布,粒径介于3～9 μm之间。

硫化物阶段(阶段Ⅲ): 此阶段开始生成大量硫化物,为闪锌矿主要成矿阶段。本阶段选取与闪锌矿密切共生的方解石进行包体片磨制,方解石中的包裹体以R-L型和R-V型为主。R-L型包裹体呈椭圆状、长条状和不规则状自由产出,部分与R-V型和P-L型包裹体共存,粒径介于3～21 μm之间,气相比为15%～25%;R-V型包裹体呈浑圆状、米粒状和不规则状自由产出,部分与R-L型和P-L型包裹体共存,粒径介于5～26 μm之间,气相比为60%～80%;P-L型和P-V型呈米粒状和浑圆状随机分布,粒径介于3～9 μm之间。

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3.2 包裹体显微热力学特征

本次实验对氧化物阶段和硫化物阶段的R-L型、R-V型包裹体开展显微热力学测试,共获取106组有效数据(表1),大多数包裹体完全均一至液相,仅少数包裹体均一至气相。

表1 叫鸡冠梁子铁多金属矿床流体包裹体参数

各阶段热力学特征如下:

氧化物阶段: 选取与矿物密切共生的方解石包裹体进行显微测温实验,结果显示该阶段方解石包裹体以R-L型和R-V型为主,少量P-L型、P-V型包裹体。均一温度集中在268℃～337℃之间,盐度w(NaCleq)介于5.26%～8.28%之间(图6)。其中R-L型和R-V型包裹体均一温度分别为268℃～336℃、269℃～337℃,盐度w(NaCleq)为5.26%～8.28%和5.75%～8.12%。

图6 叫鸡冠梁子铁多金属矿床流体包裹体均一直方图

硫化物阶段: 选取与闪锌矿密切共生的方解石包裹体进行显微测温实验,观察到该方解石包裹体主要以R-L型和R-V型为主,含少量P-L型、P-V型包裹体。均一温度集中在173℃～205℃之间,盐度w(NaCleq)介于1.29%～4.85%(图6)。其中R-L型和R-V型包裹体均一温度分别为173℃～205℃、175℃～183℃,盐度w(NaCleq)为1.29%～4.80%和3.43%～4.85%。

4 讨论

4.1 成矿流体性质及来源分析

流体包裹体岩相学及显微测温结果表明(表1、图7),无论是包裹体类型,还是包裹体均一温度和盐度,叫鸡冠梁子铁多金属矿床均展现出多阶段演化的特征。

氧化物阶段R-L型和R-V型包裹体均一温度分别为268℃～336℃、269℃～337℃,盐度w(NaCleq)为5.26～8.28%和5.75～8.12%,具有中高温、中低盐度特征,为NaCl-H2O体系[25]。硫化物阶段R-L型和R-V型包裹体均一温度分别为173℃～205℃、175℃～183℃,盐度w(NaCleq)为1.29～4.80%和3.43～4.85%,具有中低温、低盐度特征,为NaCl-H2O体系[25]。表明从成矿早阶段(氧化物阶段)到主成矿阶段(硫化物阶段)成矿流体温度逐渐降低,流体从中高温逐步演变为中低温。盐度从成矿早阶段(氧化物阶段)到主成矿阶段也在逐渐降低(图6),表明该矿床成矿流体主要来源于岩浆热液,在后期的成矿过程中可能有来自围岩的混染,导致成矿流体盐度发生改变。赵泓一等[26]通过研究该矿床氧化物阶段和硫化物阶段两阶段方解石的C-O-S同位素也证实了叫鸡冠梁子铁多金属矿床成矿流体来源于岩浆热液,且排除大气降水参与成矿作用,暗示该矿床成矿流体初始来源主要为岩浆热液,但在岩浆热液向上运移过程中与围岩发生水岩反应和沉积岩混染,从而导致后期成矿作用过程中双方物质成分发生改变。

4.2 成矿流体压力及深度

成矿压力是研究成矿作用的重要参数之一,获得其准确的值对解释成矿作用过程意义重大。目前针对各种不同类型流体的计算公式众多,根据叫鸡冠梁子铁多金属矿床成矿流体的温度、盐度及密度,选择邵洁连等[27]计算流体压力的经验公式:

(1)

4.3 成矿流体pH值

刘斌[29]推导出在H2O-NaCl体系中可利用公式(2)计算成矿流体的pH值:

(2)

式中:Kw、KNaCL、KHCl分别表示不同物质平衡常数,参数据 Ryzhenko[14]。mNaCl为NaCl摩尔浓度,由测得盐度w换算可得。根据pH值定义式 pH = -log [H+],可由得到的 [H+]计算出成矿流体pH值:氧化物阶段pH值于5.68～5.73范围内变化,平均值为5.71;硫化物阶段pH值于5.63～5.70范围内变化,平均值为5.69。两阶段成矿流体pH值较为接近,均呈弱酸性。

综上所述,根据矿床成矿的压力、成矿深度、成矿流体的pH值以及矿体赋存位置和矿石组构特征推测,叫鸡冠梁子铁多金属矿床为近端矽卡岩型矿床。

5 结论

本文在野外地质调查、室内镜下岩相学观察及方解石流体包裹体测温实验基础上,获得以下结论:

(1)结合矿床地质和矿物组构特征,将叫鸡冠梁子铁多金属矿床划分为两期三阶段,既是矽卡岩期(早矽卡岩阶段和氧化物阶段)和硫化物期(硫化物阶段)。

(2)叫鸡冠梁子铁多金属矿床氧化物阶段和硫化物阶段方解石流体包裹体类型基本一致,主要发育R-L型、R-V型两种类型的包裹体,约占总数的70%。

(3)从氧化物阶段到硫化物阶段成矿流体温度由中高温向低温过渡;盐度由中低盐度向低盐度过渡;成矿压力随着热液流体向上运移也在逐级递减;成矿深度较浅,空间上矿体由深部向浅部延伸,结合矿区地质构造特征和矿石组构特征,本文推测该矿床成矿流体主要来源于岩浆热液,且具有近端矽卡岩型铁多金属矿床特征。