东昆仑东段哈日扎南区银多金属矿带成矿流体特征及成矿物质来源

刘相钊,薛超平,张冕

(青海省有色第三地质勘查院,西宁 810012)

0 引言

银的富集矿化有其独特的地质演化历史以及更为苛刻的成矿条件。当前对银矿床成因的许多基本问题,诸如成矿物质来源、成矿过程及成矿物化条件等一直存在着不同的认识[1]。东昆仑造山带东段2个大型银矿—那更银矿和哈日扎铜银多金属矿床的发现,为解决上述问题提供了新机遇。

哈日扎铜银多金属矿床分为北矿带(铜矿带)和南矿带(银多金属矿带),本文着重对南矿带—即银多金属矿带进行研究。目前为止,对哈日扎银多金属矿床的研究除了矿床地质特征[2]、成岩年龄[3]和矿床成因[4]的研究外,尚未开展系统的成矿流体的研究,成矿流体大规模聚集机制亟待查明,制约了该区同类矿床资源潜力的正确评价。为此,本文对哈日扎银多金属矿带中的含矿石英进行了流体包裹体温压、成分测试(4件含矿石英样品)、以及H-O同位素分析(6件含矿石英样品),并对其中的黄铜矿硫化物进行了S同位素研究(5件黄铜矿样品),力图系统地探讨该矿床成矿流体的性质及成矿物质的可能来源。

1 成矿区地质概述

哈日扎铜银多金属矿区位于东昆仑东段都兰县热水乡察汗乌苏河上游,其大地构造位置属于东昆中岩浆弧带(图1a),位于昆中断裂带北侧,与那更银矿区在同一条北西向断裂带上(图1b)。矿区出露的地层主要为古元古代金水口岩群、上三叠统鄂拉山组和第四系;矿区内北西向和北东向断裂发育,是区内的主要导岩(矿)构造,并具储矿构造特征。

图1 东昆仑哈日扎—那更地区地质简图(据文献[5], 修改)Fig.1 Geological sketch of Hariza-Nagen area of East Kunlun region a.构造位置图;b.哈日扎-那更地区区域地质略图

哈日扎铜银多金属矿区分为北矿带和南矿带两部分(图1b),北矿带为斑岩型铜矿[3],南矿带为热液脉型银多金属矿[6]。北矿带出露的中三叠世花岗闪长斑岩是整个矿区内最为重要的含矿地质体,已经获得了多组年龄数据,其中田承盛等[7]获得北矿带内与成矿密切相关的花岗闪长斑岩形成年龄为204 Ma—181 Ma;宋忠宝等[3]获得该花岗闪长斑岩年龄为234.5 Ma±4.8 Ma;笔者也获得该花岗闪长斑岩年龄为236.58 Ma±0.77 Ma[5]。由于该花岗闪长斑岩与斑岩型铜多金属成矿具有密切联系,因此限定了北区斑岩型铜多金属矿成矿时间为中三叠世。

南矿带为本次研究工作区,其与北部的斑岩型铜矿的蚀变类型及分带特征不同。该区为银多金属矿(化)体受构造破碎带控制,主要矿化带为Ⅴ、Ⅵ矿带(图2),围岩蚀变与矿体产状均严格受断层控制[5];银矿化带内围岩蚀变以绢英岩化、硅化、高岭土化、绿泥石化、绿帘石化为主;矿化以不规则细网脉状矿化为主(图3a-b),银矿物主要有辉银矿、碲银矿和自然银,主要分布于黄铁矿和毒砂中(图3c-d)。该区银矿化成矿期次可划分为热液成矿早期、热液成矿晚期、表生氧化期[9]。其中,热液成矿早期主要为银多金属矿化阶段(黄铜矿-黄铁矿-闪锌矿-方铅矿)和碳酸盐化阶段;热液成矿晚期主要为独立银矿化阶段(黄铁矿-毒砂-辉银矿-自然银)。

图2 哈日扎银多金属矿带地质简图(据张斌等[8])Fig.2 Geological sketch of Harizha Ag polymetallic ore belt

图3 哈日扎银多金属矿带矿石手标本和显微照片Fig.3 Hand specimen and micrograph of ore in Harizha Ag polymetallic belt a、b.鄂拉山组凝灰熔岩里的含银多金属矿脉矿石手标本和显微照片;c.脉状矿化中的黄铁矿、毒砂、闪锌矿和方铅矿显微照片;d.脉状矿化中的含银毒砂显微照片(所用显微镜为德国徕卡偏光显微镜, 型号DM4P)Cp.黄铜矿;Py.黄铁矿;Sph.闪锌矿;Gn.方铅矿;Ars.毒砂

综合哈日扎铜银多金属矿区控矿因素、矿体产出特征及矿化蚀变特征,初步认为哈日扎铜银多金属矿具有多成因的特点,可分为斑岩型(铜矿)[3]和浅成低温热液(银铅锌矿)[9];斑岩型铜矿形成于中三叠世,中低温热液脉型银铅锌成矿为晚三叠世[9]。

2 样品采集及测试方法

本次测试用样品均采自于Ⅴ矿化带内,采样位置见图2中所示。其中,流体包裹体显微测温和激光拉曼探针分析样品(HRZ-1—HZR-4)以及H-O同位素分析样品(HRZ-1—HZR-6)为含矿石英;样品HRZ-2、HZR-3、HZR-5、HZR-6采自银多金属矿化阶段,样品HRZ-1、HRZ-4采自热液成矿晚期的独立银矿化阶段;需要说明的是独立银矿阶段是叠加在银多金属矿化阶段之上的,因此这些样品测温应显示两阶段温度。硫同位素测试的5件黄铜矿样品均来自早期银多金属矿化阶段。

流体包裹体的显微测温和激光拉曼的实验分析以及H、O、S同位素分析测试均在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。首先,将上述样品磨制并加工处理成包体片后进行镜下流体包裹体特征的观察,然后再选择典型的流体包裹体进行显微测温分析和激光拉曼探针测试。流体包裹体显微测温使用仪器为Linkam THMSG 600型冷热台,其工作温度上下限分别为+600℃和-196℃,分析精度低于0℃时为±0.1℃,高于200℃时为±2℃。流体包裹体成分分析使用仪器为Lab Ram HR激光共焦显微拉曼光谱仪,激光波长为532 nm,光谱分辨率精度小于0.65 cm-1,空间分辨率精度优于2 μm,光谱范围为100～4200 cm-1。

石英H-O同位素分析所用仪器为MAT253质谱仪。O同位素组成分析用BrF5法,H同位素组成分析用Zn还原法[10]获得;两者均以SMOW作为分析标准,分析精度分别设定为±0. 2×10-3和±1×10-3[11]。

硫化物黄铜矿S同位素测试使用仪器为MAT-251型质谱仪,相对检测的标准值为V-CDT,δ34S测定值的精度可显著优于0.1×10-3。

3 测试结果

3.1 流体包裹体测温结果

通过对4件石英包体片的显微观察可发现,石英中含有较为丰富完整的、与成矿作用密切相关的各种原生流体包裹体,其类型主要为气液两相包裹体(富液相包裹体),气液比为10%～30%。包裹体长轴长一般为4～20 μm,多数长在5～10 μm之间。

富液相包裹体完全均一温度为156～325℃,总体集中于两个区间:160～200℃、220～320℃(图4a)。这里利用Hall等[12]的盐度计算公式(S=exp[ln(A+B)/3]-exp[ln(A-B)/3];式中,S为盐度,Ti为冰点温度,A=(7.4×105×Ti2+4.15×107)1/2,B=860.2×Ti)得到富液相包裹体盐度为w(NaCl, eqv)=1.06%～9.47%(表1),集中于6%～8%和9%～10%两个区间(图4b),平均为6.98%。根据流体密度计算公式[13](ρ=A+BTh+CTh2;式中,ρ为流体密度,Th为均一温度,A、B、C为无量纲参数)得到流体密度为0.68～0.95 g/cm3,集中于0.80～0.88 g/cm3和0.92～0.98 g/cm3两个区间内(图4c),平均0.86 g/cm3。对于气液两相包裹体,流体的压力可用邵洁连[14]经验公式P=P0Th/T0、P0=219+2620S、T0=374+920S来估算(式中,Th为流体包裹体均一温度,S为流体包裹体盐度),计算得到富液相包裹体形成的压力为15.9 MPa—29.1 MPa。

表1 哈日扎银多金属矿带石英中流体包裹体显微测温Table 1 Microthermometric data of fluid inclusion in quartz from Harizha silver polymetallic belt

图4 哈日扎银多金属矿带成矿流体均一温度(a)、盐度(b)、密度(c)、深度(d)直方图Fig.4 Histogram of homogenization temperature (a), salinity (b), density (c) and depth (d) of ore-forming fluid in Harizha silver polymetallic belt

孙丰月等[15]分析表明,当流体压力小于40 MPa时,成矿深度可用压力除以静水压力梯度(10 MPa/km)来计算。本文依此计算出该矿化带成矿深度有两个区间:1.6～2.4 km以及2.6～3.0 km(图4d),与成矿温度两个区间160～200℃和220～320℃相对应。

3.2 流体包裹体激光拉曼分析结果

为确定单个包裹体的物质组成,对其进行了包裹体的激光拉曼光谱分析。结果显示,包裹体气相成分中含少量CO2(1286 cm-1、1388 cm-1)(图5a—b, 图5d)以及CH4等微量气体成分(图5a—d),表明成矿流体中有机质的存在,同时说明成矿流体形成时处于一个较还原的环境。

图5 哈日扎银多金属矿带含矿石英中流体包裹体激光拉曼图谱Fig.5 The LRM spectra of fluid inclusions in quartz from Harizha Ag polymetallic belt

3.3 H-O同位素测试结果

本次所测6件石英样品的δDV-SMOW=-78.5×10-3～-105.0×10-3,平均值为-90.2×10-3;石英样品的δ18OV-SMOW=11.7×10-3～13.4×10-3,平均值为12.7×10-3(表2)。

表2 哈日扎银多金属矿带含矿石英H-O同位素组成Table 2 H-O isotopic composition of ore-bearing quartz in Harizha Ag polymetallic belt

根据对应样品的包裹体测温结果,采用石英-水氧同位素分馏方程[16],得到银多金属矿化阶段成矿流体的δ18OH2O=2.8×10-3～5.5×10-3;将样品投入δDV-SMOW—δ18OH2O, V-SMOW同位素图解上(图6),其落点总体靠近岩浆去气流体附近。其中,银多金属矿化阶段样品(HRZ-2、HZR-3、HZR-5、HZR-6)更靠近岩浆水去气流体区域,而独立银矿化阶段样品(HRZ-1和HRZ-4)则更远离岩浆去气流体区域,说明成矿晚期有更多的大气降水的加入。

图6 哈日扎银多金属矿带成矿流体δDV-SMOW—δ18OH2O, V-SMOW同位素图解(底图据文献[17])Fig.6 δDV-SMOW—δ18OH2O, V-SMOW diagram of ore fluid inclusion from he Harizha silver polymetallic belt

3.4 S同位素结果

哈日扎银多金属矿带硫同位素分析结果如表3所述。

表3 哈日扎银多金属矿带硫化物硫同位素组成Table 3 Sulfur isotopic composition of sulfides from Harizha silver polymetallic belt

本次测试5件黄铜矿样品δ34S=-7.2×10-3～-4.5×10-3,平均-5.8×10-3;张斌等[6]在Ⅴ矿带和Ⅵ矿带内获得的3件毒砂、2件黄铜矿、5件闪锌矿、3件方铅矿和3件黄铁矿的硫同位素测试结果表明,矿区内硫化物总体δ34S=-7.2×10-3～-0.5×10-3。研究区的硫化物硫同位素特征表明,硫化物δ34S值与深源岩浆硫相近(图7)。由此推断哈日扎银多金属矿带的还原硫具有岩浆来源的特征。

图7 哈日扎银多金属矿带硫化物硫同位素组成(图中粉红色线段为本次测试及张斌等[6]数据,底图据文献[18])Fig.7 Sulfur isotope composition of sulfide in Harizha silver polymetallic belt

4 讨论

4.1 成矿流体物理化学特征

流体包裹体测温结果显示:哈日扎银多金属成矿带流体成矿温度集中在160～200℃和220～320℃两个区间,盐度w(NaCl, eqv)集中于6%～8%和9%～10%,密度集中于0.80～0.88 g/cm3和0.92～0.98 g/cm3;成矿深度集中在1.6～2.4 km和2.6～3.0 km,与成矿温度以及盐度相对应。

根据邻区那更独立银矿的成矿温度为180～220℃[4],可以判断本区独立银矿流体包裹体测温所得的160～200℃为晚期独立银矿化阶段温度,对应的盐度w(NaCl, eqv)=6%～8%,流体密度为0.80～0.88 g/cm3,成矿深度为1.6～2.4 km。由于所采样品大部分为银多金属矿化阶段的含矿石英脉,因此可以判断较高的温度区间220～320℃为银多金属矿化形成温度,对应盐度w(NaCl, eqv)=9%～10%,密度为0.92～0.98 g/cm3,成矿深度为2.6～3.0 km。因此,本区成矿流体在成矿初期为中低温、低盐度、中浅成特征,随着成矿物质不断沉淀,成矿系统逐步降温,银在低温阶段、浅成部位大量沉淀[19]。

本区流体包裹体类型主要为H2O-NaCl2的气液两相包裹体,气相成分中含少量CO2和CH4等微量还原型气体成分(图5a-d),说明成矿流体形成时处于一个较为还原的环境。

4.2 成矿流体及成矿物质来源

热液脉型银矿床多呈筒状、脉状或者席状围绕斑岩型和/或矽卡岩型矿床的外围发育[20]。流体包裹体、稳定同位素资料和地质年代学数据表明,该类银多金属矿床一般是岩浆-热液成矿系统的远端成矿作用产物,矿床成因上虽然可能被认为是与深部钙碱性岩浆活动有关,但其实很多情况下该类矿床的形成与周边岩体的地质空间关系却并不密切[21]。哈日扎南矿区Ⅴ矿带矿体赋存于早二叠世二长花岗岩中,可以判断Ⅴ矿带早二叠世二长花岗岩是赋矿围岩,并非成矿岩体;Ⅵ矿带矿体围岩为上三叠统鄂拉山组,可以判断银多金属成矿时代应晚于晚三叠世或与其形成年龄近似。

哈日扎南矿区H、O同位素的研究结果显示,Ⅴ矿带银多金属矿体内含矿石英的H、O同位素投点相对集中,总体表现为靠近岩浆去气水附近区域。同时,Ⅴ、Ⅵ矿带硫化物S同位素研究也表明成矿流体中的还原硫主要来自岩浆作用,显示岩浆作用参与成矿。张斌等[6]对哈日扎南矿区银多金属矿带中矿石Pb同位素研究表明,矿石Pb同位素组成较集中,206Pb/204Pb、207Pb/204Pb及208Pb/204Pb值变化范围分别为18.254～18.504、15.614～15.800和38.429～39.028,认为成矿物质主要来源于下地壳的部分熔融与深部岩浆的混合。

马忠元等[22]对北部铜矿带地表及深部斑岩体中蚀变的详细观察,认为该区斑岩成矿特征明显,其蚀变分带清晰,从北部的无蚀变的原岩(具少量金属硫化物、褐铁矿染)向南逐渐显现钾化带(叠加弱青磐岩化和弱硅化)、强绢英岩化-强硅化带和弱青磐岩化带;南矿区的蚀变以绢英岩化、硅化、高岭土化、绿泥石化、绿帘石化为主,其与北矿区应属于同一成矿系统[4]。

综上,南矿区的银多金属成矿物质来源为深部岩浆源,该成矿流体在运移过程中有大气降水的加入以及萃取地壳物质而形成复合热液成矿,推断南矿区可能是北矿区斑岩型多金属成矿系统的外围产物。

5 结语

(1)哈日扎矿床南矿区(Ⅴ、Ⅵ矿带)是银多金属成矿的主要区域,其成矿主要集中在2个阶段:早期银多金属成矿阶段,成矿温度为220～320℃,成矿深度集中在2.6～3.0 km;晚期独立银矿化阶段,成矿温度为160～200℃,成矿深度集中在1.6～2.4 km。成矿流体包裹体类型为H2O-NaCl2型气液两相包裹体,气相成分中含少量CO2和CH4等微量还原型气体成分,表明成矿流体形成于较还原的环境。

(2)哈日扎矿床南矿区成矿流体的H-O同位素组成δDV-SMOW=-78.5×10-3～-105.0×10-3、δ18OH2O=2.8×10-3～5.5×10-3,总体上位于靠近岩浆去气流体附近。

(3)矿区硫化物硫同位素总体δ34S=-7.2×10-3～-0.5×10-3,具有岩浆来源的特征,并结合北带和南带矿床地质特征考虑,可推断哈日扎南矿区的银多金属成矿有可能是北矿带斑岩型多金属成矿系统的外围产物。