東昆侖東段哈日扎南區銀多金屬礦帶成礦流體特征及成礦物質來源

劉相釗,薛超平,張冕

(青海省有色第三地質勘查院,西寧 810012)

0 引言

銀的富集礦化有其獨特的地質演化歷史以及更為苛刻的成礦條件。當前對銀礦床成因的許多基本問題,諸如成礦物質來源、成礦過程及成礦物化條件等一直存在著不同的認識[1]。東昆侖造山帶東段2個大型銀礦—那更銀礦和哈日扎銅銀多金屬礦床的發現,為解決上述問題提供了新機遇。

哈日扎銅銀多金屬礦床分為北礦帶(銅礦帶)和南礦帶(銀多金屬礦帶),本文著重對南礦帶—即銀多金屬礦帶進行研究。目前為止,對哈日扎銀多金屬礦床的研究除了礦床地質特征[2]、成巖年齡[3]和礦床成因[4]的研究外,尚未開展系統的成礦流體的研究,成礦流體大規模聚集機制亟待查明,制約了該區同類礦床資源潛力的正確評價。為此,本文對哈日扎銀多金屬礦帶中的含礦石英進行了流體包裹體溫壓、成分測試(4件含礦石英樣品)、以及H-O同位素分析(6件含礦石英樣品),并對其中的黃銅礦硫化物進行了S同位素研究(5件黃銅礦樣品),力圖系統地探討該礦床成礦流體的性質及成礦物質的可能來源。

1 成礦區地質概述

哈日扎銅銀多金屬礦區位于東昆侖東段都蘭縣熱水鄉察汗烏蘇河上游,其大地構造位置屬于東昆中巖漿弧帶(圖1a),位于昆中斷裂帶北側,與那更銀礦區在同一條北西向斷裂帶上(圖1b)。礦區出露的地層主要為古元古代金水口巖群、上三疊統鄂拉山組和第四系;礦區內北西向和北東向斷裂發育,是區內的主要導巖(礦)構造,并具儲礦構造特征。

圖1 東昆侖哈日扎—那更地區地質簡圖(據文獻[5], 修改)Fig.1 Geological sketch of Hariza-Nagen area of East Kunlun region a.構造位置圖;b.哈日扎-那更地區區域地質略圖

哈日扎銅銀多金屬礦區分為北礦帶和南礦帶兩部分(圖1b),北礦帶為斑巖型銅礦[3],南礦帶為熱液脈型銀多金屬礦[6]。北礦帶出露的中三疊世花崗閃長斑巖是整個礦區內最為重要的含礦地質體,已經獲得了多組年齡數據,其中田承盛等[7]獲得北礦帶內與成礦密切相關的花崗閃長斑巖形成年齡為204 Ma—181 Ma;宋忠寶等[3]獲得該花崗閃長斑巖年齡為234.5 Ma±4.8 Ma;筆者也獲得該花崗閃長斑巖年齡為236.58 Ma±0.77 Ma[5]。由于該花崗閃長斑巖與斑巖型銅多金屬成礦具有密切聯系,因此限定了北區斑巖型銅多金屬礦成礦時間為中三疊世。

南礦帶為本次研究工作區,其與北部的斑巖型銅礦的蝕變類型及分帶特征不同。該區為銀多金屬礦(化)體受構造破碎帶控制,主要礦化帶為Ⅴ、Ⅵ礦帶(圖2),圍巖蝕變與礦體產狀均嚴格受斷層控制[5];銀礦化帶內圍巖蝕變以絹英巖化、硅化、高嶺土化、綠泥石化、綠簾石化為主;礦化以不規則細網脈狀礦化為主(圖3a-b),銀礦物主要有輝銀礦、碲銀礦和自然銀,主要分布于黃鐵礦和毒砂中(圖3c-d)。該區銀礦化成礦期次可劃分為熱液成礦早期、熱液成礦晚期、表生氧化期[9]。其中,熱液成礦早期主要為銀多金屬礦化階段(黃銅礦-黃鐵礦-閃鋅礦-方鉛礦)和碳酸鹽化階段;熱液成礦晚期主要為獨立銀礦化階段(黃鐵礦-毒砂-輝銀礦-自然銀)。

圖2 哈日扎銀多金屬礦帶地質簡圖(據張斌等[8])Fig.2 Geological sketch of Harizha Ag polymetallic ore belt

圖3 哈日扎銀多金屬礦帶礦石手標本和顯微照片Fig.3 Hand specimen and micrograph of ore in Harizha Ag polymetallic belt a、b.鄂拉山組凝灰熔巖里的含銀多金屬礦脈礦石手標本和顯微照片;c.脈狀礦化中的黃鐵礦、毒砂、閃鋅礦和方鉛礦顯微照片;d.脈狀礦化中的含銀毒砂顯微照片(所用顯微鏡為德國徠卡偏光顯微鏡, 型號DM4P)Cp.黃銅礦;Py.黃鐵礦;Sph.閃鋅礦;Gn.方鉛礦;Ars.毒砂

綜合哈日扎銅銀多金屬礦區控礦因素、礦體產出特征及礦化蝕變特征,初步認為哈日扎銅銀多金屬礦具有多成因的特點,可分為斑巖型(銅礦)[3]和淺成低溫熱液(銀鉛鋅礦)[9];斑巖型銅礦形成于中三疊世,中低溫熱液脈型銀鉛鋅成礦為晚三疊世[9]。

2 樣品采集及測試方法

本次測試用樣品均采自于Ⅴ礦化帶內,采樣位置見圖2中所示。其中,流體包裹體顯微測溫和激光拉曼探針分析樣品(HRZ-1—HZR-4)以及H-O同位素分析樣品(HRZ-1—HZR-6)為含礦石英;樣品HRZ-2、HZR-3、HZR-5、HZR-6采自銀多金屬礦化階段,樣品HRZ-1、HRZ-4采自熱液成礦晚期的獨立銀礦化階段;需要說明的是獨立銀礦階段是疊加在銀多金屬礦化階段之上的,因此這些樣品測溫應顯示兩階段溫度。硫同位素測試的5件黃銅礦樣品均來自早期銀多金屬礦化階段。

流體包裹體的顯微測溫和激光拉曼的實驗分析以及H、O、S同位素分析測試均在核工業北京地質研究院分析測試研究中心完成。首先,將上述樣品磨制并加工處理成包體片后進行鏡下流體包裹體特征的觀察,然后再選擇典型的流體包裹體進行顯微測溫分析和激光拉曼探針測試。流體包裹體顯微測溫使用儀器為Linkam THMSG 600型冷熱臺,其工作溫度上下限分別為+600℃和-196℃,分析精度低于0℃時為±0.1℃,高于200℃時為±2℃。流體包裹體成分分析使用儀器為Lab Ram HR激光共焦顯微拉曼光譜儀,激光波長為532 nm,光譜分辨率精度小于0.65 cm-1,空間分辨率精度優于2 μm,光譜范圍為100～4200 cm-1。

石英H-O同位素分析所用儀器為MAT253質譜儀。O同位素組成分析用BrF5法,H同位素組成分析用Zn還原法[10]獲得;兩者均以SMOW作為分析標準,分析精度分別設定為±0. 2×10-3和±1×10-3[11]。

硫化物黃銅礦S同位素測試使用儀器為MAT-251型質譜儀,相對檢測的標準值為V-CDT,δ34S測定值的精度可顯著優于0.1×10-3。

3 測試結果

3.1 流體包裹體測溫結果

通過對4件石英包體片的顯微觀察可發現,石英中含有較為豐富完整的、與成礦作用密切相關的各種原生流體包裹體,其類型主要為氣液兩相包裹體(富液相包裹體),氣液比為10%～30%。包裹體長軸長一般為4～20 μm,多數長在5～10 μm之間。

富液相包裹體完全均一溫度為156～325℃,總體集中于兩個區間:160～200℃、220～320℃(圖4a)。這里利用Hall等[12]的鹽度計算公式(S=exp[ln(A+B)/3]-exp[ln(A-B)/3];式中,S為鹽度,Ti為冰點溫度,A=(7.4×105×Ti2+4.15×107)1/2,B=860.2×Ti)得到富液相包裹體鹽度為w(NaCl, eqv)=1.06%～9.47%(表1),集中于6%～8%和9%～10%兩個區間(圖4b),平均為6.98%。根據流體密度計算公式[13](ρ=A+BTh+CTh2;式中,ρ為流體密度,Th為均一溫度,A、B、C為無量綱參數)得到流體密度為0.68～0.95 g/cm3,集中于0.80～0.88 g/cm3和0.92～0.98 g/cm3兩個區間內(圖4c),平均0.86 g/cm3。對于氣液兩相包裹體,流體的壓力可用邵潔連[14]經驗公式P=P0Th/T0、P0=219+2620S、T0=374+920S來估算(式中,Th為流體包裹體均一溫度,S為流體包裹體鹽度),計算得到富液相包裹體形成的壓力為15.9 MPa—29.1 MPa。

表1 哈日扎銀多金屬礦帶石英中流體包裹體顯微測溫Table 1 Microthermometric data of fluid inclusion in quartz from Harizha silver polymetallic belt

圖4 哈日扎銀多金屬礦帶成礦流體均一溫度(a)、鹽度(b)、密度(c)、深度(d)直方圖Fig.4 Histogram of homogenization temperature (a), salinity (b), density (c) and depth (d) of ore-forming fluid in Harizha silver polymetallic belt

孫豐月等[15]分析表明,當流體壓力小于40 MPa時,成礦深度可用壓力除以靜水壓力梯度(10 MPa/km)來計算。本文依此計算出該礦化帶成礦深度有兩個區間:1.6～2.4 km以及2.6～3.0 km(圖4d),與成礦溫度兩個區間160～200℃和220～320℃相對應。

3.2 流體包裹體激光拉曼分析結果

為確定單個包裹體的物質組成,對其進行了包裹體的激光拉曼光譜分析。結果顯示,包裹體氣相成分中含少量CO2(1286 cm-1、1388 cm-1)(圖5a—b, 圖5d)以及CH4等微量氣體成分(圖5a—d),表明成礦流體中有機質的存在,同時說明成礦流體形成時處于一個較還原的環境。

圖5 哈日扎銀多金屬礦帶含礦石英中流體包裹體激光拉曼圖譜Fig.5 The LRM spectra of fluid inclusions in quartz from Harizha Ag polymetallic belt

3.3 H-O同位素測試結果

本次所測6件石英樣品的δDV-SMOW=-78.5×10-3～-105.0×10-3,平均值為-90.2×10-3;石英樣品的δ18OV-SMOW=11.7×10-3～13.4×10-3,平均值為12.7×10-3(表2)。

表2 哈日扎銀多金屬礦帶含礦石英H-O同位素組成Table 2 H-O isotopic composition of ore-bearing quartz in Harizha Ag polymetallic belt

根據對應樣品的包裹體測溫結果,采用石英-水氧同位素分餾方程[16],得到銀多金屬礦化階段成礦流體的δ18OH2O=2.8×10-3～5.5×10-3;將樣品投入δDV-SMOW—δ18OH2O, V-SMOW同位素圖解上(圖6),其落點總體靠近巖漿去氣流體附近。其中,銀多金屬礦化階段樣品(HRZ-2、HZR-3、HZR-5、HZR-6)更靠近巖漿水去氣流體區域,而獨立銀礦化階段樣品(HRZ-1和HRZ-4)則更遠離巖漿去氣流體區域,說明成礦晚期有更多的大氣降水的加入。

圖6 哈日扎銀多金屬礦帶成礦流體δDV-SMOW—δ18OH2O, V-SMOW同位素圖解(底圖據文獻[17])Fig.6 δDV-SMOW—δ18OH2O, V-SMOW diagram of ore fluid inclusion from he Harizha silver polymetallic belt

3.4 S同位素結果

哈日扎銀多金屬礦帶硫同位素分析結果如表3所述。

表3 哈日扎銀多金屬礦帶硫化物硫同位素組成Table 3 Sulfur isotopic composition of sulfides from Harizha silver polymetallic belt

本次測試5件黃銅礦樣品δ34S=-7.2×10-3～-4.5×10-3,平均-5.8×10-3;張斌等[6]在Ⅴ礦帶和Ⅵ礦帶內獲得的3件毒砂、2件黃銅礦、5件閃鋅礦、3件方鉛礦和3件黃鐵礦的硫同位素測試結果表明,礦區內硫化物總體δ34S=-7.2×10-3～-0.5×10-3。研究區的硫化物硫同位素特征表明,硫化物δ34S值與深源巖漿硫相近(圖7)。由此推斷哈日扎銀多金屬礦帶的還原硫具有巖漿來源的特征。

圖7 哈日扎銀多金屬礦帶硫化物硫同位素組成(圖中粉紅色線段為本次測試及張斌等[6]數據,底圖據文獻[18])Fig.7 Sulfur isotope composition of sulfide in Harizha silver polymetallic belt

4 討論

4.1 成礦流體物理化學特征

流體包裹體測溫結果顯示:哈日扎銀多金屬成礦帶流體成礦溫度集中在160～200℃和220～320℃兩個區間,鹽度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;成礦深度集中在1.6～2.4 km和2.6～3.0 km,與成礦溫度以及鹽度相對應。

根據鄰區那更獨立銀礦的成礦溫度為180～220℃[4],可以判斷本區獨立銀礦流體包裹體測溫所得的160～200℃為晚期獨立銀礦化階段溫度,對應的鹽度w(NaCl, eqv)=6%～8%,流體密度為0.80～0.88 g/cm3,成礦深度為1.6～2.4 km。由于所采樣品大部分為銀多金屬礦化階段的含礦石英脈,因此可以判斷較高的溫度區間220～320℃為銀多金屬礦化形成溫度,對應鹽度w(NaCl, eqv)=9%～10%,密度為0.92～0.98 g/cm3,成礦深度為2.6～3.0 km。因此,本區成礦流體在成礦初期為中低溫、低鹽度、中淺成特征,隨著成礦物質不斷沉淀,成礦系統逐步降溫,銀在低溫階段、淺成部位大量沉淀[19]。

本區流體包裹體類型主要為H2O-NaCl2的氣液兩相包裹體,氣相成分中含少量CO2和CH4等微量還原型氣體成分(圖5a-d),說明成礦流體形成時處于一個較為還原的環境。

4.2 成礦流體及成礦物質來源

熱液脈型銀礦床多呈筒狀、脈狀或者席狀圍繞斑巖型和/或矽卡巖型礦床的外圍發育[20]。流體包裹體、穩定同位素資料和地質年代學數據表明,該類銀多金屬礦床一般是巖漿-熱液成礦系統的遠端成礦作用產物,礦床成因上雖然可能被認為是與深部鈣堿性巖漿活動有關,但其實很多情況下該類礦床的形成與周邊巖體的地質空間關系卻并不密切[21]。哈日扎南礦區Ⅴ礦帶礦體賦存于早二疊世二長花崗巖中,可以判斷Ⅴ礦帶早二疊世二長花崗巖是賦礦圍巖,并非成礦巖體;Ⅵ礦帶礦體圍巖為上三疊統鄂拉山組,可以判斷銀多金屬成礦時代應晚于晚三疊世或與其形成年齡近似。

哈日扎南礦區H、O同位素的研究結果顯示,Ⅴ礦帶銀多金屬礦體內含礦石英的H、O同位素投點相對集中,總體表現為靠近巖漿去氣水附近區域。同時,Ⅴ、Ⅵ礦帶硫化物S同位素研究也表明成礦流體中的還原硫主要來自巖漿作用,顯示巖漿作用參與成礦。張斌等[6]對哈日扎南礦區銀多金屬礦帶中礦石Pb同位素研究表明,礦石Pb同位素組成較集中,206Pb/204Pb、207Pb/204Pb及208Pb/204Pb值變化范圍分別為18.254～18.504、15.614～15.800和38.429～39.028,認為成礦物質主要來源于下地殼的部分熔融與深部巖漿的混合。

馬忠元等[22]對北部銅礦帶地表及深部斑巖體中蝕變的詳細觀察,認為該區斑巖成礦特征明顯,其蝕變分帶清晰,從北部的無蝕變的原巖(具少量金屬硫化物、褐鐵礦染)向南逐漸顯現鉀化帶(疊加弱青磐巖化和弱硅化)、強絹英巖化-強硅化帶和弱青磐巖化帶;南礦區的蝕變以絹英巖化、硅化、高嶺土化、綠泥石化、綠簾石化為主,其與北礦區應屬于同一成礦系統[4]。

綜上,南礦區的銀多金屬成礦物質來源為深部巖漿源,該成礦流體在運移過程中有大氣降水的加入以及萃取地殼物質而形成復合熱液成礦,推斷南礦區可能是北礦區斑巖型多金屬成礦系統的外圍產物。

5 結語

(1)哈日扎礦床南礦區(Ⅴ、Ⅵ礦帶)是銀多金屬成礦的主要區域,其成礦主要集中在2個階段:早期銀多金屬成礦階段,成礦溫度為220～320℃,成礦深度集中在2.6～3.0 km;晚期獨立銀礦化階段,成礦溫度為160～200℃,成礦深度集中在1.6～2.4 km。成礦流體包裹體類型為H2O-NaCl2型氣液兩相包裹體,氣相成分中含少量CO2和CH4等微量還原型氣體成分,表明成礦流體形成于較還原的環境。

(2)哈日扎礦床南礦區成礦流體的H-O同位素組成δDV-SMOW=-78.5×10-3～-105.0×10-3、δ18OH2O=2.8×10-3～5.5×10-3,總體上位于靠近巖漿去氣流體附近。

(3)礦區硫化物硫同位素總體δ34S=-7.2×10-3～-0.5×10-3,具有巖漿來源的特征,并結合北帶和南帶礦床地質特征考慮,可推斷哈日扎南礦區的銀多金屬成礦有可能是北礦帶斑巖型多金屬成礦系統的外圍產物。