滇西兰坪盆地西缘铜矿床矿物流体包裹体研究（徐晓春,谢巧勤,陆三明等《矿物学报》2005.2）.pdf

收稿日期2004205223 基金项目中国有色金属工业总公司重点项目200704B2 ;国家 自然科学基金项目40472052 文章编号10002473420050220170207 滇西兰坪盆地西缘铜矿床矿物流体包裹体研究 徐晓春,谢巧勤,陆三明,陈天虎,黄震,岳书仓 合肥工业大学 资源与环境工程学院,安徽 合肥230009 摘要滇西兰坪中新生代盆地西缘发育众多的铜多金属矿床,主要以脉状或透镜状赋存于由砂岩、 粉砂岩和页 岩组成的含盐红色碎屑岩建造中,或产于火山岩中。本文在前人工作基础上,对区域3个代表性矿床进行了系 统的矿物流体包裹体地球化学研究,结果表明区域铜矿床矿物流体包裹体类型简单,以气液两相包裹体和液 相包裹体为主;均一温度不高,显示成矿为中低温度;流体包裹体成分显示为Na K Ca2Cl - SO42- 型,表明成矿流体主要是以大气降水补给的热卤水;成矿流体气相组成主要为H2O和CO2,还原性烃类气体的 存在并与氧化性气体的反相关关系显示其与盆地有机质的密切关系及在成矿过程中的重要性。结合成矿地质 背景及矿物氢氧同位素的分析,认为该带中的矿床地幔物质参与成矿是次要的,成因上应为受深断裂控制的、 大气降水补给的热卤水型矿床。 关键词流体包裹体地球化学;成矿流体;铜矿床;兰坪盆地西缘;云南 中图分类号P599;P618.4101 文献标识码A 作者简介徐晓春,男,1961年生,教授,博士生导师,主要从事矿床学和岩石地球化学研究. 云南兰坪盆地中分布有广泛的金属和盐类资 源。盆地以中轴断裂带为界分为三个成矿带西 缘成矿带以铜为特色,受澜沧江断裂带控制,该成 矿带北起石登,经营盘、 旧州和永平的厂街、 水泄, 一直延伸到思茅盆地图 1 。自北向南有小格 拉、 科登涧、 恩棋和恩棋后山、 金满、 厂街、 水泄等 铜矿床和矿化点;中轴成矿带以铅锌银多金属为 主,矿床主要沿中轴断裂带分布,该带最有名的矿 床是金顶铅锌矿床;东部成矿带主要为金锑汞矿 床,分布于盆地东缘,中轴断裂带以东地区,扎村 金矿和巍山锑矿即产于此带。盆地内大型、 超大 型多金属矿床的成矿作用研究一直是成矿学和地 球化学研究的热点,尤以对金顶、 金满、 白秧坪等 矿床的研究较多且深入[125]。西缘铜矿带的铜矿 床地处高山深处,交通不便,现已发现的单个矿床 规模都不是很大,因而矿床的研究程度均较低,对 其中主要铜矿床如金满,水泄的成因认识也不 一致,提出了热卤水成因[627]、 喷流沉积成因[8]、 改造成因[9]和幔壳混合热液成因[10]等观点。本 文在前人对金满、 水泄铜矿床研究的基础上,进行 了系统的流体包裹体研究、 分析和测定,同时对产 于火山岩中的科登涧铜矿床进行了流体包裹体系 统研究,以期揭示区域成矿流体的特征和来源,探 讨区域成矿流体的共性,为区域成矿规律提供依 据。 1.板块缝合线2.主要断裂3.火山岩4.花岗岩5.变 质基底6.铜矿床;Ⅰ.扬子板块 Ⅱ.兰坪 思茅微板 块 Ⅲ.滇藏板块 Ⅳ.中甸微板块;①丽江 木里结合 带 ② 金沙江 哀牢山结合带 ③ 维西 乔后 大理断 裂带 ④ 无量山 营盘山中轴断裂带 ⑤ 酒房断裂带 ⑥ 澜沧江断裂带 ⑦ 昌宁 孟连结合带 ⑧ 怒江结合带 图1 兰坪 思茅盆地构造位置及兰坪盆地 西缘铜矿带中的铜矿床 Fig.1.TectonicsettingoftheLanpingSimao basinandcopperdepositsonthewestern borderoftheLanpingbasin. 第25卷 第2期 2005年6月 矿 物 学 报 ACTAMINERALOGICASINICA Vol.251No12 Jun1,2005 转载 1 地质概况 111 成矿地质背景 兰坪盆地位于三江构造带的中段,是在海西褶 皱带基底上发育起来的中新生代沉积盆地。盆地 东部南段以哀牢山、 苍山深大断裂与扬子地块相 临,北段以维西 乔后 大理断裂带与中甸微板块 相连,西部以澜沧江深大断裂与至今仍十分活跃的 腾冲陆相热水活动区相接图 1 。盆地在古特提斯 基础上先后沉积了海相、 陆相碳酸盐、 火山岩和碎 屑岩建造,地层中有多个陆相含膏盐层位,存在多 个沉积间断[4]。侏罗纪以来,盆地处于拉张性质的 地质环境中,区内现代和古代地热活动相当强烈, 并在盆地中留有明显的遗迹,表明地史时期本区地 壳浅部有较高的热状态[8]。这种高热流与拉张构 造环境,有利于封存的地下水矿化;而澜沧江深大 断裂系统则有利于深部源热流的上升。 112 矿床地质特征 研究区内出露地层主要为下二叠统至第三 系,赋矿围岩无一定的选择性,从三叠系火山岩到 侏罗系碎屑岩均有矿床产出,如科登涧铜矿床即 赋存于三叠纪中基性火山岩中,金满和水泄铜矿 床则赋存于上侏罗统花开左组的杂色碎屑岩、 砂 板岩、 泥岩、 泥灰岩等组成的海陆交互相浅变质岩 组合中。矿体主要呈脉状或透镜状在地表浅部产 出,具穿层性。矿化受断裂破碎带、 层间破碎带或 背斜顶部的虚脱部位控制。矿床围岩蚀变以中低 温蚀变类型为主,主要有绿泥石化、 硅化、 方解石 化、 重晶石化和菱铁矿化等。矿石矿物主要以黝 铜矿、 黄铜矿、 斑铜矿、 砷黝铜矿、 辉锑矿等铜、 锑 硫化物为主;脉石矿物有重晶石、 石英、 方解石、 铁 白云石等。矿石构造多为浸染状、 块状、 角砾状、 脉状、 网脉状等。结构以充填、 交代及半自形粒状 结构为主,有的矿石中还出现生物结构,如黄铁 矿、 黄铜矿和斑铜矿的草莓结构和木质结构[9,11]。 根据矿脉的穿插关系和矿物共生组合特点,金满 铜矿床的热液成矿作用可分为早、 晚两个阶段,即 石英2硫化物阶段和石英2碳酸盐阶段,早阶段以 黄铜矿、 斑铜矿、 黝铜矿、 砷黝铜矿、 黄铁矿、 闪锌 矿、 方铅矿、 石英、 绢云母为主,晚阶段发育黄铁 矿、 石英和方解石等;科登涧铜矿床共生矿物组合 与金满矿床大致相同,也可分为早期石英2硫化物 阶段和晚期石英2碳酸盐阶段;水泄铜矿床成矿作 用可分为3个阶段,即石英2黄铁矿Ⅰ阶段,硫 化物2重晶石2菱铁矿主矿化Ⅱ阶段和细粒重晶 石2黄铁矿2砷黝铜矿Ⅲ阶段。 2 流体包裹体地球化学 211 流体包裹体岩相学特征 对科登涧、 金满和水泄3个矿床进行了矿物 流体包裹体岩相学研究,观察对象为与黄铜矿、 斑 铜矿、 砷黝铜矿等硫化物共生的石英及重晶石、 方 解石中的流体包裹体。现将这些矿床矿物的流体 包裹体特征归纳如下 1科登涧铜矿床的矿物流体包裹体数量较 多,包裹体常呈大面积、 成群分布,少量呈线状排 列;包裹体类型简单,以气液两相包裹体为主,占 包裹体总量的80以上,其次是纯液相包裹体; 气液两相包裹体体积较大,一般为4～10μm,有 的大于10μm,气液比一般为5～25,少数达 到50;气液比不同的包裹体可以同时出现于同 一个视域;包裹体形态多样,以圆形和椭圆形为 主,还有三角形、 长条状、 四边形等规则形态;该矿 床中的矿物流体包裹体以孤立状的原生包裹体为 主,线状排列的次生包裹体较少。 2金满铜矿床的流体包裹体类型以纯液相 为主,占包裹体总量的90以上,其余为气液两 相包裹体和含CO2的多相包裹体。气液两相包裹 体一般大小为3～12μm,气液比为5～30,多 呈面状分布。包裹体形态变化大,有的分布稀疏, 呈椭圆形、 矩形等;也有稠密状、 微粒状包裹体。 3水泄铜钴矿床的透明矿物中重晶石较 多,重晶石内包裹体由于受到其近于垂直解理的 影响,难于观察。石英颗粒较小,包裹体个体也较 小。总的特点为包裹体类型简单,以液相和气液 两相包裹体为主;包裹体个体细小,多在1～8μm 之间;形态以圆形和椭圆形为主。 212 流体包裹体均一温度特征 前人对兰坪盆地西缘金满、 水泄和科登涧铜矿 床进行了矿物流体包裹体温度测定,金满铜矿床早 晚两阶段成矿温度分别为140～280℃ 和94～204 ℃ [12] ;水泄铜矿床前两个成矿阶段的成矿温度分 别为142～220℃ , 均值为177℃和141～230℃, 均值为183℃ [11] ,两阶段均值温度接近;科登涧 矿床流体包裹体均一温度为135～235℃ [5] 。这些 171 第2期徐晓春等滇西兰坪盆地西缘铜矿床矿物流体包裹体研究 中国科技论文在线 结果表明,区内铜矿床包裹体均一温度大多在 300℃ 以下,属中低温热液矿床[13]。本次工作仅 对水泄铜矿床早阶段与黄铁矿共生的石英和科 登涧铜矿床进行了均一温度测定水泄铜矿床早 阶段均一温度为167～275℃,均值为233℃;科 登涧铜矿床早阶段成矿温度为137～313℃,均 值为242℃,晚阶段成矿温度为87～255℃,均 值为174℃。测温结果表明,区域脉状铜矿床成 矿温度较低,均属中低温热液矿床,与前人结果 一致。 2. 3 流体包裹体液相成分特征 表1给出了兰坪盆地西缘的主要铜矿床的流 体包裹体液相成分分析数据。表中n Na / n K 、n Na / n Ca 2 Mg 2 表示物质的量 离子数之比。从表中可以看出 表1兰坪盆地西缘铜矿床流体包裹体液相成分组成 Table11LiquidcompositionoffluidinclusionsfromthecopperdepositsonthewesternborderoftheLanpingbasin 矿 区 样号 寄主 矿物 wB/10 -6 NaKCa2 Mg2 F-Cl-SO42- n Na / n K n Na / n Ca 2 Mg2 数据 来源 科 登 涧 科221石英14.113.470.350.080.0520.960.076.8951.86本文 科220石英11.332.0120.030.1027.691.549.56426.93本文 科225石英8.560.7820.030.0521.280.4218.57323.48本文 科621石英7.530.740.890.130.059.884.8217.2512.12本文 金 满 金满121石英32.974.381.710.140.1497.190.6312.7729.78本文 金满221石英33.456.490.390.070.109.990.948.74116.90本文 金满321石英52.060.965.700.230.05161.400.6392.0114.98本文 金满523石英21.831.2921.690.470.0563.2615.6128.691.44本文 金满721石英7.081.036.540.432113.4617.7811.651.69本文 R216石英25.961.7918.9025.6561.2014.7824.592.39[1 ] 150522石英16.400.954.160.126.551.304.9029.276.56[1 ] YM521石英21.601.305.490.123.543.904.3028.176.62[1 ] TC25石英22.901.203.330.114.517.604.6032.3511.38[1 ] LK25石英36.101.6011.190.182.2073.205.4038.265.47[1 ] JM21石英76.723.0010.320.330.36162.615.3743.3612.29[13 ] JM216石英58.710.301.210.730.38154.884.34331.8442.09[13 ] JM234石英28.050.3017.030.330.730.360.38158.542.83[13 ] 水 泄 水泄522石英6.0611.8420.020.0839.851.2312.25342.65本文 水泄324石英3.684.146.570.900.0440.2710.401.510.79本文 水泄124重晶石3.730.7736.902.101.574.2337.037.890.11本文 SC24石英43.641.825.300.900.6410.2060.6440.667.04[9 ] SC225石英38.629.113.600.813.9028.8310.467.198.76[9 ] SC230石英15.911.452.700.670.9129.809.3118.614.72[9 ] S21重晶石3.910.7839.202.101.044.3537.938.500.10[9 ] S52223重晶石15.781.3421.103.301.0425.8231.0319.970.68[9 ] 注本文数据由中国地质科学院矿产资源研究所测试,“ 2” 为痕量. 271 矿 物 学 报 2005年 中国科技论文在线 1科登涧铜矿床的成矿流体液相成分中阳 离子以Na 、K为主,富集顺序为NaK Ca 2 Mg 2 ,Na /K 之比为6.89～18.57,远 远大于1.0,且远远大于岩浆热液矿床流体包裹 体的Na /K 比值[14],而相似于热卤水成分[15]; Ca2的含量甚微,有的未检测出来;阴离子以Cl- 为主,富集顺序是Cl-SO 2- 4 F - 。流体离子类 型大致呈Na 2 K2Cl-2SO 2- 4 型。 2金满铜矿床的流体包裹体液相成分主要 含Na 、K、Ca2及Cl-。本次工作测定的5个样 品中,金满321、523、721为晚阶段样品,Ca2浓度 增加,显示与早阶段成矿流体的不同,因此,金满 铜矿床早晚两阶段流体阳离子浓度序列分别为 Na K Ca 2 和Na Ca 2 K 前人结果未 分出早晚阶段 , 而阴离子浓度序列均为Cl- SO 2- 4 ,但晚阶段SO 2- 4 浓度增加。总的看来,成矿 流体显示富Na 、K、Ca2阳离子和Cl-阴离子 的特点。Na /K 离子比值分布范围大,其比值 介于8.74～331.84之间,同样是相似于热卤水成 分;另外,成矿流体中各组分的浓度都较高,反映 该矿床的成矿流体的矿化度较高,这与已探明该 矿床的中型规模相一致。 3水泄铜钴矿床的流体包裹体液相组成 以Na 、Ca2、Cl-、SO 2- 4 为主,属Na 2Ca2 2Cl-2 SO 2- 4 卤水型。 4在流体包裹体液相成分特征图解上,本区 矿床成矿流体液相成分投点大多落在阴离子浓度 三角图的Cl-2SO 2- 4 一侧和阳离子三角图的Na2 Ca 2 Mg2一侧,显示阴离子主要富集Cl-和 SO 2- 4 ,阳离子主要富集Na和Ca2;而且从早Ⅰ晚 Ⅱ 、 Ⅲ阶段矿物流体包裹体成分对比来看,各矿床 成矿早期富Na、K及Cl-,而晚期Ca2、SO 2- 4 呈 增加趋势图2 ,显示成矿流体随时间的演化和温 度的变化成分发生改变。尤其矿床早阶段液相成 分中较高的K浓度,可能反映早期有包括地幔来 源的深源流体的少量参与,但总体上成矿流体以 Na、Ca2、Cl、SO 2- 4 为主,显然与兰坪盆地广泛发 育的膏盐地层有关,这表明以大气降水为主的盆地 卤水或建造水对成矿的贡献是主要的。 214 流体包裹体气相成分特征 表2列出了区内3个代表性铜矿床的矿物流 体包裹体气相成分。 从分析结果看3个铜矿床 图2兰坪盆地西缘铜矿床流体 包裹体液相成分特征图解 Fig.2.Liquidcompositionalcharacteristics ofliquidinclusionsthecopperdepositson thewesternborderoftheLanpingbasin. 的成矿流体气相组成主要为H2O和CO2,其次为 CH4、CO、N2、H2。虽然本文测试项目与引用文献 略有不同,但总体可以看出,成矿流体的气相组成 中CO2H2O占气体总量的90以上,x CO 2 / x H 2 O 之比几乎都小于0.2,均值为0.08,表明流 体中并非富含CO2的流体,这与矿物中CO2包裹体 不很丰富相一致。还原参数R可用来反映成矿 的环境,RxCOCH4H2C2H6 / x CO 2。 科登涧铜矿床的R值最高,达到0.92～1.40,显 示成矿是在较还原的环境下进行;金满铜矿床的 R值则较小,介于0.001～0.26之间,远远小于1, 说明该铜矿床是在弱还原至弱氧化的条件下进 行;水泄铜钴矿床的R值介于0.01～1.38之 间,表明成矿流体也为弱氧化至弱还原环境,与该 矿床广泛发育的重晶石化所反映的弱氧化成矿环 境相一致。 此外,从本次流体包裹体气相成分测定结果 来看,尽管不同阶段流体包裹体成分不同,但都存 在还原性气体CH4、C2H6、H2、CO、N2、H2S,并与氧 化性气体H2O、CO2呈彼消此长的反相关关系,显 示成矿过程中还原性烃类气体的重要性。特别是 CH4、C2H6高比例,反映地层中有机质参与了成矿 作用。杨伟光等[5]测定的流体包裹体CH4 的δ 13 CPDB值显示与沉积作用有关的有机碳的同位素组 成和刘家军等[11]发现的金满铜矿矿石中的木质 结构,都表明盆地中的有机质作为一种还原介质 对成矿的积极作用。 371 第2期徐晓春等滇西兰坪盆地西缘铜矿床矿物流体包裹体研究 中国科技论文在线 表2兰坪盆地西缘铜矿床流体包裹体气相成分组成 Table21GascompositionoffluidinclusionsfromthecopperdepositsonthewesternborderoftheLanpingbasin 矿 区 样号 寄主 矿物 xB/ H2OCO2CH4COC2H6H2SN2ArH2 R x CO 2 / x H 2 O 科 登 涧 科221石英95.392.10.231.0911.0870.0080.0060.0831.150.022 科220石英91.432.340.4921.5061.2750.0022.7320.2211.40.026 科225石英95.632.020.1681.3670.7170.01400.0891.110.022 科621石英96.671.780.1451.2330.2560.0110.0030.0770.920.018 金 满 金满121石英84.6011.720.2581.1031.0580.0150.9780.2630.210.138 金满221石英87.658.440.3281.9020.7230.0040.9080.0440.350.096 金满321石英90.297.320.2460.9930.6890.0080.3740.0830.260.081 金满523石英92.815.580.2170.8950.0890.0110.3220.0740.220.060 金满721石英95.952.720.1250.7730.0620.0090.2950.0660.350.028 R216石英98.391.340.0160.0080.1450.0620.060.014 150522石英95.983.800.0230.0180.1750.0100.010.040 YM521石英97.302.660.004-0.0360.0060.040.027 TC25石英93.436.390.061-0.1080.0160.010.068 LK25石英97.722.200.0110.00600.0420.0070.010.035 JM21石英91.637.850.0890.2730.1590.030.086 JM216石英96.103.480.0820.1720.1680.070.036 JM234石英97.711.840.0960.1380.2120.170.019 水 泄 水泄522石英89483.040.8743.2230.1140.0030.8160.4501.380.034 水泄324石英94.382.790.5021.9190.1280.0050.2140.0560.910.029 水泄124重晶石96.472.070.2370.5900.3310.0180.1840.0980.560.021 SC24石英96.162.790.040.810.1860.0140.560.029 SC225石英97.802.010.010.060.1090.0070.070.021 SC230石英99.100.760.020.050.0450.0220.120.008 S21重晶石86.9812.240.030.090.5650.0230.010.141 S52223重晶石96.473.220.020.090.1840.0170.040.033 注数据来源同表1;本文数据由中国地质科学院矿产资源研究所测试;“ 2” 为痕量,H2等未检出;摩尔分数的比据原始数据换算所得. 3 成矿流体性质及矿床成因讨论 根据以上的矿床流体包裹体岩相学观察、 均 一温度测定和气液相成分分析,可以看出,兰坪盆 地西缘铜矿床的矿物流体包裹体类型简单,以气 液两相包裹体为主;均一温度不高,显示成矿为中 低温度;成矿流体富Na 、 K 、Ca2、Cl-、SO 2- 4 , 为典型的热卤水离子组合。而且这类矿床特征矿 物黝铜矿中的As、Sb含量沿垂向规律变化,上部 含Sb高,含As低,下部含Sb低,含As高,反映成 矿流体从深部向浅部迁移的特征[16]。根据氢、 氧 同位素测定,成矿流体的δ 18OH 2O 0.53‰～ 9.77‰,平均4.09‰,δD-58‰ ～-102‰,集中 于-70‰ ～-102‰ 之间,平均-80‰,δD值与该 区中新生代大气降水δD-80‰ ～-100‰ [17] 基本一致,反映成矿流体主要来自大气降水,与西 南三江地区中段新特提斯阶段区域流体性质一 致[18]。 兰坪 思茅盆地从中生代开始进入陆内裂谷 环境,深部地幔和区域性深大断裂活动,使得地幔 热能和深部组分向地壳迁移,向上蠕动,同时又使 得地壳发生强烈构造变形。在地幔热异常和地壳 剪切增温等作用的影响下,沿深大断裂带地热急 剧增加,地温梯度加大,出现了大气降水演化的热 卤水循环的热动力条件,形成上升热流区,使得下 渗的大气降水和岩层内的热卤水具备活动性 。 471 矿 物 学 报 2005年 中国科技论文在线 大气降水沿构造裂隙和岩层循环,与盆地内含多 层膏盐层的地层发生水/岩交换作用,演化为有一 定矿化度的含矿热卤水。当含矿热卤水沿澜沧江 深大断裂带上升到浅部及其次级断裂处,以及背 斜轴部等贯通性好的部位,因深部封闭环境和断 裂构造的开放环境的差异,携带大量铜等成矿物 质的矿化卤水即卸载沉淀成矿。有机质的存在也 改变了成矿流体的物理化学条件,有利于矿质的 卸载和沉淀。兰坪盆地西缘铜矿床流体包裹体研 究表明,区域矿床成矿作用为中低温度,成矿物质 主要来自盆地内部,可能有幔源或深部物质的参 与,但是次要的,不同于盆地中轴断裂带成矿带 中的白秧坪、 金顶等矿床,后者地幔流体携带金属 具有重要的成矿意义[4]。因此区域上该系列矿床 应为受深断裂控制的大气降水热液补给的热卤水 矿床。 参 考 文 献 [1] 李峰.兰坪 思茅盆地铜矿床区域控矿因素[J].有色金属矿产与勘探,1994,36 321-327. 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Keywords fluidinclusiongeochemistry;ore2ingfluid;copperdeposit;thewesternborderofLanpingbasin;Yunnan 671 矿 物 学 报 2005年 中国科技论文在线