西藏邦铺斑岩钼(铜)矿床钾硅酸盐化热液黑云母电子探针分析及早期成矿流体特征_王勇.pdf

2016 年 7 月 July 2016 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 35，No． 4 440 ～447 收稿日期 2015 －11 －24; 修回日期 2016 －04 －13; 接受日期 2016 －07 －12 基金项目 国家自然科学基金资助项目 41403040 ; 中国地质调查局地质调查项目 12120115028301 ; 中央级公益性科研院 所基本科研业务费专项 K1416 作者简介 王勇， 硕士研究生， 矿产普查与勘探专业。E- mail 309492701 qq． com。 通讯作者 王立强， 博士， 副研究员， 从事矿床学、 矿床地球化学及区域成矿规律研究。E- mail wlq060301163． com 文章编号 02545357 2016 04044008 DOI 10． 15898/j． cnki． 11 －2131/td． 2016． 04． 017 西藏邦铺斑岩钼 铜 矿床钾硅酸盐化热液黑云母电子探针 分析及早期成矿流体特征 王勇1，唐菊兴2，王立强2 * 1． 中国地质大学 北京 地球科学与资源学院，北京 100083; 2． 国土资源部成矿作用和资源评价重点实验室，中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037 摘要 热液黑云母的化学组成对于揭示早期成矿流体的物理化学性质和流体演化过程具有重要意义。邦铺 矿床是冈底斯成矿带东段一个大型的斑岩型钼 铜 矿床， 其钾硅酸盐化蚀变带内热液黑云母广泛发育， 本 文对采自该矿床闪长玢岩钾硅酸盐化蚀变带内的热液黑云母进行了电子探针分析。结果表明， 热液黑云母 的 SiO2、 TiO2、 Al2O3、 FeOT、 MgO 和 K2O 等主要氧化物的平均含量为 38. 95、 1. 42、 13. 55、 14. 22、 16. 23和9. 77， 具有明显的高镁低铁、 高钾低钠钙等特征， 且异常高的 K/Na 值 82. 5 可能是指示斑岩型 钼矿化的重要指标。依据化学组成估算热液黑云母结晶时流体的氧逸度和温度， 显示钾硅酸盐化蚀变带内 早期成矿流体具有高温、 高氧逸度特征， 且深部流体平均温度 458℃ 明显高于浅部流体 366℃ ， 成矿流体 从深部向浅部运移的过程中， 温度和压力逐渐降低， 导致钼、 铜硫化物从流体中析出从而成矿。该成果为进 一步研究矿床成矿流体的演化和成矿机制提供了重要线索。 关键词 热液黑云母; 电子探针; 物理化学条件; 斑岩型矿床; 邦铺 中图分类号 P578． 959; P575． 1文献标识码 A 明确斑岩型矿床钾硅酸盐化蚀变带内早期成矿 流体的温度、 氧逸度等物理化学特征对研究斑岩型 矿床成矿元素的萃取、 运移和沉淀具有重要意义。 热液黑云母作为斑岩型矿床中主要的钾化蚀变矿物 之一， 对其进行化学成分研究是揭示斑岩型矿床早 期热液流体的物理化学特征以及流体演化过程 ［1 －3 ］ 的一种极为有效的手段。 电子探针分析技术由于其工作量小， 分析周期短 且不需要破坏样品， 常被应用于热液黑云母成分的研 究中。目前， 对斑岩型矿床中热液黑云母的研究主要 是运用电子探针分析和同位素分析来揭示热液黑云 母中 F、 Cl、 OH 等挥发份的含量以指示矿床不同蚀变 带中成矿流体的挥发份变化 ［ 4 ］， 以及利用与钾长石、 石英共生的热液黑云母的化学成分来估算成矿流体 的温度 ［ 5 ］和氧逸度［ 6 ］， 并在此基础上探讨成矿流体的 活动期次与演化过程。邦铺钼 铜 矿床作为西藏冈 底斯成矿带东段一个十分重要的以钼成矿为主的斑 岩型矿床 ［ 7 ］， 其钾硅酸盐化蚀变带内早期的成矿流体 特征对于明确以钼矿化为主的斑岩型矿床的成矿机 制有重要意义。然而， 目前关于矿床钾硅酸盐化蚀变 带内早期成矿流体特征的研究角度较为单一 ［ 8 －12 ］， 且未考虑流体的深度。因此， 本文选取邦铺矿床钾化 蚀变带内不同产出位置的热液黑云母进行电子探针 分析， 以揭示钾硅酸盐化蚀过程中流体的温度、 氧逸 度等特征。并在此基础上， 通过对比邦铺与国内外典 型斑岩型矿床钾硅酸盐化蚀变带内热液黑云母的化 学组成， 探究钼矿化为主的斑岩型矿床热液黑云母的 标型特征。 1矿床地质特征 邦铺钼铜矿床位于冈底斯成矿带东段， 与甲玛超 大型铜多金属矿床相邻， 行政区划分上隶属于墨竹工 044 ChaoXing 卡县。矿区内出露的地层主要为下二叠统洛巴堆组 P1l 凝灰岩、 火山角砾岩， 古近系典中组 E1d 凝灰岩 及第四系。矿区内构造主要表现为近东西向的断层， 侵入岩主要包括黑云母二长花岗岩、 二长花岗斑岩、 花 岗闪长斑岩、 石英二长斑岩、 闪长玢岩和辉绿玢岩等， 与成矿关系密切的主要为二长花岗斑岩和闪长玢岩。 邦铺斑岩型钼 铜 矿床主要由赋存于二长花岗 斑岩中的斑岩型钼 铜 矿体、 产于闪长玢岩及上覆典 中组围岩中的斑岩型铜 钼 矿体组成。矿床围岩蚀 变及分带特征明显， 从斑 玢 岩体中心向外依次可以 划分为钾硅酸盐化蚀变带、 黄铁绢英岩化蚀变带 局 部为泥化蚀变 、 青磐岩化蚀变带。钾硅酸盐化蚀变 为邦铺钼 铜 矿床最早期的蚀变类型， 主要表现为钾 长石和黑云母的大量产出并伴随着硬石膏、 石英等矿 物的广泛发育。其中， 黑云母化稍晚于钾长石化形 成， 在二长花岗斑岩、 花岗闪长斑岩以及闪长玢岩中 均有发育， 是闪长玢岩中最主要的钾化形式。 Bt黑云母; Qt石英; Pl斜长石。 图 1邦铺热液黑云母镜下照片 Fig． 1Microphotographs of hydrothermal biotite in Bangpu 2实验部分 2． 1样品采集与分析 钾硅酸盐化蚀变带中热液黑云母样品全部采自 矿区东部闪长玢岩钻孔岩心 ZK5203、 ZK5205 ， 其 中 ZK5203 号岩心的采样深度分别为 520． 7 m、 620 m， ZK5205 号岩心的采样深度分别为 230. 7 m、 550. 7 m 和620 m。显微镜下， 热液蚀变黑云母主要 呈半自形鳞片状 图 1b ， 脉状或弥散状产出。单偏 光显微镜下呈浅黄褐色， 正交偏光显微镜下呈褐色 － 紫红色。由于粒度较细小， 其节理缝不易观察， 局 部可见其被后期石英交代 图 1a 。且在显微镜下 可观测到热液黑云母交代原生黑云母或角闪石形成 的交代残余结构及交代假象结构 图 1a、 c 。 2． 2实验分析 样品在显微镜下进行系统的观察和鉴定之后， 选择典型的热液黑云母进行电子探针分析， 分析测 试在中国地质科学院矿产资源研究所电子探针实验 室完成。仪器采用日本电子 JOEL 公司生产的 JXA 823V 型电子探针分析仪， 实验过程中加速电压为 15 kV， 束流为 20 nA， 束斑直径为 5 μm。 3结果与讨论 3． 1邦铺热液黑云母组分特征研究 3． 1． 1邦铺热液黑云母的化学组成特征 热液黑云母的电子探针成分测试结果列于 表 1。其中 SiO2含量为 34. 98 ～40. 7， 平均值为 38. 95; TiO2含量为 0. 87 ～ 2. 37， 平均值为 1. 42; Al2O3含量为 11. 9 ～ 15. 49， 平均值为 13. 55; FeOT含量为 10. 12 ～18. 43， 平均值为 14. 22; MgO 含量为 13. 47 ～18. 64， 平均值为 16. 23; K2O 含量为 7. 96 ～ 9. 77， 平均值为 9. 77。分析结果显示， 相对于岩浆黑云母化学成 分 ［14 ］， 邦铺热液黑云母具有较高的 MgO 含量和相 对较低的 FeOT含量。在 Foster 1960 ［15 ］提出的云 母矿物分类图解上， 邦铺热液黑云母中除一个样品 点 ZK5203 －620 － D9 落在金云母区域内， 其余 29 个点均落在镁质黑云母范围内 图 2a 。 前人研究表明， 若黑云母中化学成分中 Fe2 / Mg Fe2 值较均一， 则说明黑云母在形成之后基 本未遭受后期流体的改造 ［16 －17 ］。根据采样深度可 将邦铺热液黑云母分为两组 A 组采自深度 230 m， B 组采自深度 550 ～ 620 m。A 组 13 个黑云母测点 的 Fe2 / Mg Fe2 值主要集中于 0. 309 ～ 0. 416 之间， 仅有一值为 0. 156， 平均值为 0. 369; B 组 17 个测点的 Fe2 / Mg Fe2 值变化范围为 0. 218 ～ 144 第 4 期王勇， 等 西藏邦铺斑岩钼 铜 矿床钾硅酸盐化热液黑云母电子探针分析及早期成矿流体特征第 35 卷 ChaoXing 书书书 表 “邦铺矿床钾硅酸盐化蚀变带内热液黑云母电子探针分析结果 CG A CG BBG DG ; DG AD DG CA DG ; CG CG DC CG ;CDG G DC DG ;A DG C DG BA CG DC CG DDG D DG A G A; CG CG CG B DG DG CG A CG C G BC / F;G G AG G G CB H G D G C G B G ;C G AB G G ;G G B G BB G A; G G BD G G DC G BG D I ’ F BG ;G ;G C ;G C AG G BG BB G ; AG ;A CG BG CC CG ;CG ABG G AG G DG G G G G G G DG ;DG DG DDG DDG ;DG ADG DG ;DG DG BDG ;BDG BBDG BDG ADG BDG 根据 G C G BD G D; G B G G AG C G ;A G A G C G G AC G C G D G G D I ’ G B G ;G B G G G G G C G G D G D G DG D;C G C G B G D; G DB G ;BA G ;AC G ;BC G AC G BAD G B G B G BA; G C G B; G BBA G C;C G CB G B; N“A CDADAD;;;ADA;;BBDB 采样深度. “G ;;G BA;;G BA b Mg － F3 － Fe2 图解 底图 a、 b 分别源自参 考文献［ 15］ 和［ 6］ Fig. 2 a Fe2 - Mg- AlⅥ Fe3 Ti classification of hydr- othermal biotite in Bangpu; b Mg- F3 - Fe2 diagram of hydrothermal biotite in Bangpu a， b is from Reference ［ 15］and［ 6］ ，respectively 0. 327， 平均值为 0. 269。可见两组黑云母的 Fe2 / Mg2 Fe2 值均比较均一， 说明邦铺热液黑云母 形成之后基本未遭受后期流体改造。 3． 1． 2邦铺热液黑云母与国内外典型矿床热液 黑云母成分对比 斑岩型矿床中黑云母的 Mg/Fe、 K/Na 值是判别 斑岩矿床成矿与否的重要指标， 前人总结与矿化有 关的黑云母的 Mg/Fe 值一般大于 0. 5， K/Na 值一般 在 10 以上 ［14 ］。邦铺热液黑云母相关组分具有较高 的 Mg/Fe、 K/Na 值 表 2 ， 指示出邦铺矿床具有良 好的成矿特性， 与地质事实一致。 对比伊朗 Dali 斑岩型 Cu － Mo － Au 矿床 ［1 ］ 、 伊 朗 Kahang 斑岩型 Cu － Mo 矿床 ［3 ］、 美国新墨西哥 Santa Rita 斑岩型 Cu 矿床 ［18 ］、 伊朗 Maher － Abad 斑 岩型 Cu － Au 矿床 ［19 ］和我国黑龙江多宝山斑岩型 Cu － Mo 矿床 ［14 ］、 西藏雄村斑岩型 Cu － Au 矿床［20 ］ 等国内外大型斑岩型矿床钾硅酸盐化蚀变带内热液 黑云母的化学组成 表 2 可以发现， 与斑岩型矿床 钾硅酸盐化蚀变有关的热液黑云母均具有较高的 Mg/Fe、 Al2O3/TiO2和 K/Na 值， 且云母类型主要为 Mg 质黑云母， 仅雄村有部分热液黑云母为金云母， 这可能与热液黑云母遭受了后期蚀变 ［20 ］有关。而 且不同矿化类型的斑岩型矿床， 其钾化蚀变带内的 热液黑云母的化学组分具有较大差异， 以 Cu － Au 和 Cu 矿化为主的热液黑云母的 K/Na 和 Mg/Fe 值 相对较高 K/Na 值高于 25， Mg/Fe 值高于 1. 9 ， 以 Cu － Mo 矿化为主的热液黑云母的 K/Na 值相对较 低 低于 20 ， 而邦铺作为以 Mo 矿化为主的斑岩型 矿床， 其热液黑云母的 Mg/Fe、 Al/Fe 和 Al2O3/TiO2 值介于 Cu － Au 矿化和 Cu － Mo 矿化的矿床之间， 但其 K/Na 值 82. 52 异常高。因此， 本文认为高 K/Na 值在一定程度上是斑岩型钼 铜 矿床的重要 判别指标。这一发现在一定程度上完善了斑岩型矿 床中热液黑云母的矿物标型特征。 3． 2热液黑云母形成的物理化学环境 作为斑岩型钼 铜 矿床中最重要的钾硅酸盐 化蚀变矿物之一， 热液蚀变成因黑云母常被用来指 示斑岩成矿系统中早期热液流体的物理化学性质及 环境变化 ［1， 3 －4， 21 ］。 黑云母的化学成分在一定程度上可以反映热液 系统氧逸度等物理化学环境 ［ 6， 22 ］。Wones 等［ 6 ］提出 黑云母的 Fe3 、 Fe2 、 Mg2 含量可以反映黑云母结晶 时的氧逸度。将邦铺热液黑云母相应化学组分投影 在 Fe3 －Fe2 －Mg2 图解上 图 2b ， 可以观察到矿 床中所有热液黑云母样品点均位于 NNO Ni － NiO 缓冲线与 HM Fe2O3－ Fe3O4 缓冲线之间， 且靠近 NNO Ni －NiO 缓冲线， 表明热液黑云母结晶时流体 的氧逸度较高。另外， 前人的研究成果表明， 黑云母 中六次配位 Al 离子的含量亦可指示其形成时的氧逸 度环境 ［ 23 ］， 低含量 小于 0. 245 的六次配位 Al 离子 AlⅥ 指示其形成时的环境具有较高的氧逸度 ［ 23 ］。 通过计算获得邦铺矿床钾硅酸盐化蚀变带热液黑云 母的 AlⅥ含量介于 0. 046 ～ 0. 192 之间， 明显低于 0. 245， 同样指示了邦铺钾硅酸盐化蚀变带过程中流 体具有较高的氧逸度。 344 第 4 期王勇， 等 西藏邦铺斑岩钼 铜 矿床钾硅酸盐化热液黑云母电子探针分析及早期成矿流体特征第 35 卷 ChaoXing 表 2国内外典型斑岩型矿床中热液黑云母成分对比 Table 2Typical hydrothermal biotite compositions in porphyry deposits at home and abroad 矿床名称矿床规模矿化类型含矿斑岩岩性云母类型 样品 数量 元素含量比值 Mg/FeAl/FeK/NaAl2O3/TiO2Si/Al 参考 文献 Dalli大型Cu － Mo － Au英安玢岩镁质黑云母62． 171．5619． 372．822．16［ 1］ Kahang大型Cu － Mo花岗闪长斑岩镁质黑云母182．21．4218． 852．925．01［ 3］ Santa Rita大型Cu黑云母花岗闪长斑岩镁质黑云母651． 931．3729． 674．562．34［ 18］ Maher － Abad大型Cu － Au花岗闪长岩镁质黑云母32． 491．6825．35．442．06［ 19］ 多宝山大型Cu － Mo花岗闪长岩镁质黑云母120． 520．7－7．52．08［ 14］ 雄村大型Cu － Au石英闪长玢岩镁质黑云母 － 金云母173． 862．6448． 1533．620．51［ 20］ 邦铺大型Mo Cu闪长玢岩镁质黑云母302． 131．3882． 5210．292．44本文 注 多宝山矿床相关数据引自文献［ 14］ ， 该文献中未给出 K/Na 值。 Beane［5 ］提出与钾长石、 磁铁矿共生的热液黑云 母可以作为斑岩型矿床中钾硅酸盐化带的地质温度 计。邦铺矿床钾硅酸盐化蚀变带内黑云母常与蚀变 钾长石和磁铁矿共生， 满足温度计算要求。根据热 液黑云母化学组分计算出的成矿流体温度为 309 ～ 533℃， 这一温度估算结果进一步说明了矿床钾硅酸 盐化蚀变过程中流体具有高温特征， 与邦铺钼 铜 矿床钾硅酸盐化蚀变带内石英 － 黑云母 － 黄铁矿 － 黄铜矿脉流体包裹体均一温度测试结果基本一致 320 ～550℃ ［12 ］。进一步研究发现， 计算得到的温 度亦可以分为两组 A 组、 B 组 A 组热液黑云母的 结晶温度为 309 ～ 423℃， 平均结晶温度为 366℃; B 组热液黑云母的结晶温度为 401 ～ 533℃， 平均结 晶温度为458℃ 图3 。其中， 结晶温度较低的A 组 样品均采自钻孔 ZK5205 的 230. 4 m 深处， 结晶温 度较 高 的 B 组 样 品 分 别 采 自 钻 孔 ZK5205 的 550. 7 m、 620 m 以及 ZK5203 的 550. 7 m、 620 m 深 处。两组热液黑云母的结晶温度均相对较高， 但是 结晶温度差值较大 92℃ ， 表明成矿流体在从钾硅 酸盐化蚀变中心往外运移过程中温度逐渐降低， 而 且成矿流体的温度降低会促进铜、 钼硫化物的析 出 ［24 －25 ］， 因此成矿流体温度降低的方向在一定程度 上指示了矿化的方向。 3． 3早期流体特征对成矿的指示 前人的研究表明， 高的氧逸度是斑岩型矿床形 成的关键因素之一 ［26 －27 ］。这是因为在高氧逸度的 情况下， 硫多以 SO2的形式溶解在硅酸盐熔体中， 岩 浆中没有过饱和硫的产生。所以在岩浆演化过程中 亲硫元素 Cu、 Mo 逐步富集于熔体相， 最终进入流 体相， 从而有利于矿床的形成 ［27 ］。邦铺钼 铜 矿床 钾硅酸盐化蚀变带内热液黑云母的相关化学成分图 解 图 2b 及结晶温度估算结果表明， 矿床早期成矿 图 3邦铺矿床钾化蚀变带内 A、 B 两组热液黑云母结晶 温度分布图 Fig． 3The crystallization temperature of the A and B group hydrothermal biotite in the Bangpu deposit’ s potassic alteration 流体具有高温、 高氧逸度特征， 这为成矿元素的运移 和萃取提供了必不可少的物理化学条件， 对成矿十 分有利。 4结论 电子探针分析结果表明， 邦铺钼铜矿床钾硅酸 盐化蚀变内的热液黑云母主要为镁质黑云母， Fe2 / Mg Fe2 值较均一， 在形成之后基本未受到后期 444 第 4 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2016 年 ChaoXing 流体的改造。主要元素含量表现出高钾低钠、 高镁 低铁的特征， 指示较好的矿化。通过对比国内外不 同矿化元素组合的著名斑岩型矿床热液黑云母化学 组分， 发现以钼矿化为主的斑岩型矿床钾硅酸盐化 蚀变带内的热液黑云母具有异常高的K/Na值， 从而 完善了斑岩型矿床中热液黑云母的矿物标型特征。 根据热液黑云母化学成分估算出矿床钾硅酸盐化蚀 变带内早期成矿流体的氧逸度较高， 温度为 309 ～ 533℃， 且深部流体的温度明显高于浅部， 此成果对 于进一步研究成矿流体的演化路径和成矿作用过程 提供了重要的线索。 5参考文献 ［ 1］Ayati F ，Yavuz F ，Noghreyan M ，et al ． Chemical Characteristics and Composition of Hydrothermal Biotite from the Dalli Porphyry Copper Prospect， Arak， Central Province of Iran［ J］ ． Mineralogy Petrology， 2008， 94 1 107 －122． ［ 2］Bath A B， Walshe J L， Cloutier J， et al． Biotite and Apatite as Tools for Tracking Pathways of Oxidized Fluids in the Archean EastRepulseGoldDeposit，Australia ［J］ ． Economic Geology， 2013， 108 4 667 －690． ［ 3］Afshooni S Z， Mirnejad H， Esmaeily D， et al． Mineral Chemistry ofHydrothermalBiotitefromtheKahang Porphyry Copper Deposit NE Isfahan ， Central Province of Iran［ J］ ． Ore Geology Reviews， 2013， 54 32 214 －232． ［4］Parsapoor A，Khalili M，Tepley F，et al． Mineral Chemistry and Isotopic Composition of Magmatic， Re- equilibrated and 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