西藏甲瑪銅多金屬礦床矽卡巖型主礦體地球化學特征及其成因

西藏甲瑪銅多金屬礦床矽卡巖型主礦體地球化學特征及其成因

1對成礦作用的啟示近年來，在西藏岡底斯成礦帶發(fā)現(xiàn)了斑巖和硅ka巖礦床。與傳統(tǒng)意義上的典型硅ka巖不同之處，硅ka巖主要受硅鋁巖和碳酸鹽巖的巖性界面控制。硅ka巖礦的篩分是平坦的、平坦的。礦區(qū)可以達到大型和大型礦床，如嘉瑪、雅貴拉、夢雅、拉屋等礦層，這為驗證具有傳統(tǒng)意義上硅ka巖和硅ka巖礦床的成因提供了新的解釋。關(guān)于巖性界面控礦特征已有研究者做出探索和總結(jié),除去成礦作用與界面空間關(guān)系密切外,界面中應(yīng)力條件、物理、化學條件變化或差異是主要的致礦因素;有研究者基于危機礦山深部找礦新成果進一步總結(jié)了不同成礦作用體系中的硅鈣界面控礦因素。本文以西藏甲瑪超大型礦床為例,通過巖心地質(zhì)編錄總結(jié)硅鈣界面矽卡巖的巖石及礦物的空間分布特征,基于矽卡巖及其頂?shù)装鍑鷰r地球化學特征進行元素遷移質(zhì)量平衡計算,還原在矽卡巖形成過程中的組分遷移情況;對靠近頂板、底板位置的典型矽卡巖礦物進行礦物化學研究,從微觀尺度為矽卡巖及礦體形成給出指示。文中進一步探討硅鈣界面控巖、控礦機制,討論了礦床硅鈣界面對矽卡巖成巖與多金屬成礦的影響因素,這對類似礦床的找礦預(yù)測工作具有重要指示意義。2成礦巖漿混合特征西藏甲瑪銅多金屬礦床位于岡底斯—念青唐古拉板片中南部岡底斯火山巖漿弧帶內(nèi),該礦床是岡底斯中段產(chǎn)出的超大型銅多金屬礦床之一。礦區(qū)出露地層主要為下白堊統(tǒng)林布宗組(K1l)砂板巖、角巖和上侏羅統(tǒng)多底溝組(J3d)灰?guī)r、大理巖,第四系僅在牛馬塘地區(qū)有少量出露(圖1)。礦區(qū)巖漿巖在地表主要呈脈巖產(chǎn)出,巖石類型包括花崗斑巖、二長花崗斑巖、花崗閃長斑巖、石英閃長玢巖、閃長玢巖、閃斜煌斑巖、角閃輝綠(玢)巖等,與成礦關(guān)系密切的為花崗斑巖,經(jīng)歷了一定程度的巖漿混合作用,其主要在0~40號勘探線之間深部產(chǎn)出。礦體類型主要有產(chǎn)于矽卡巖中的銅多金屬礦體、產(chǎn)于8~40線角巖中的銅(鉬、金銀)礦體和產(chǎn)于斑巖中的鉬(銅)礦體,三者為與同一斑巖成礦系統(tǒng)有關(guān)的不同礦體形式。矽卡巖型銅多金屬礦體主要賦存在砂板巖、角巖(頂板)與灰?guī)r、大理巖(底板)之間的層間構(gòu)造帶中,礦體與矽卡巖密切共生,礦體主要呈似層狀、層狀、透鏡狀產(chǎn)出(圖2),主要為浸染狀、塊狀和網(wǎng)脈狀構(gòu)造礦石,主要有用礦物為黃銅礦、斑銅礦、黝銅礦、輝鉬礦、輝銅礦、方鉛礦和閃鋅礦。角巖型礦體分布于靠近熱液中心的角巖中,主礦體主要呈厚大塊狀、直立筒狀、不規(guī)則狀于矽卡巖型礦體的頂板產(chǎn)出(圖2),主要為脈狀和網(wǎng)脈狀構(gòu)造礦石,主要有用礦物為黃銅礦、輝鉬礦。斑巖型礦體為最近勘查工作所發(fā)現(xiàn)的,在12~32線之間深部的花崗斑巖體內(nèi)近全巖發(fā)育,主要為脈狀和網(wǎng)脈狀構(gòu)造礦石,主要的有用礦物為輝鉬礦和黃銅礦。3帶特征的英速巖礦空間分布3.1卡巖-礦卡巖化大理巖矽卡巖總體上主要呈層狀、似層狀、厚大透鏡狀賦存于林布宗組角巖、板巖和多底溝組大理巖之間的層間構(gòu)造帶內(nèi),在走向和傾向上延長3~4km。矽卡巖礦物組成主要有石榴子石、硅灰石、透輝石、綠簾石、綠泥石等(圖3),該幾種礦物的空間分布特征在產(chǎn)狀較陡和相對平緩的矽卡巖礦體中具有不同表現(xiàn)樣式。緩礦體中矽卡巖由頂板至底板多具有矽卡巖化角巖-石榴子石矽卡巖-硅灰石矽卡巖-矽卡巖化大理巖的分帶特征,且在平面上遠離熱液中心方向可見矽卡巖整體厚度逐漸變小,硅灰石矽卡巖帶趨于尖滅(圖4-a);陡礦體中矽卡巖從上至下主要為矽卡巖化角巖和石榴子石矽卡巖,靠近底板零星發(fā)育硅灰石矽卡巖和矽卡巖化大理巖。矽卡巖化角巖中多以矽卡巖礦物脈充填形式發(fā)育,交代程度由弱至強表現(xiàn)出細脈狀、脈狀、角礫狀構(gòu)造,其交代界線較規(guī)則且交代范圍較窄,矽卡巖礦物粒度較細(圖3-a~c)。矽卡巖中早階段形成的石榴子石、硅灰石等礦物分帶被晚階段形成的綠泥石、綠簾石、石英和碳酸鹽等礦物在空間上無序交代和穿插。大理巖內(nèi)的矽卡巖化交代現(xiàn)象更加普遍和強烈,矽卡巖礦物多呈火苗狀、脈狀、浸染狀發(fā)育,矽卡巖礦物粒度也相對較大(圖3-d~g)。需要指出的是,靠近熱液中心局部位置由于受后期熱液多次疊加使緩礦體分帶更加復(fù)雜多樣。在垂向上發(fā)育多層石榴子石矽卡巖-硅灰石矽卡巖的分帶特征(圖4-a),同時可見早階段矽卡巖被晚階段矽卡巖脈體所穿插現(xiàn)象,主要有硅灰石+石英±硫化物脈體、石英+石榴子石±硅灰石±綠簾石±硫化物、硅灰石±石英脈和石英±硫化物脈體等形式(圖3-e~g);也可見早階段矽卡巖被引爆、膠結(jié)現(xiàn)象,膠結(jié)物為石英、綠泥石和硬石膏(圖3-h)。3.2熱液中金、銀、銅、鋅礦等礦物的空間分布規(guī)律矽卡巖礦體有用金屬礦物主要有黃銅礦、輝鉬礦、斑銅礦、黝銅礦、輝銅礦、方鉛礦、閃鋅礦,此外通過顯微觀察和掃描電鏡可見發(fā)育有自然金、自然銀、碲銀礦、銀金礦等礦物,存在有黃銅礦-斑銅礦、斑銅礦-黝銅礦、方鉛礦-閃鋅礦等共生礦物對,不同的金屬礦物在空間上具有一定分布規(guī)律。在平面上金、銀、鉛、鋅礦化主要在陡礦體及其與緩礦體的過渡位置相對發(fā)育;銅礦化在不同位置皆有不同程度發(fā)育,在靠近熱液中心位置豐度更高;鉬礦化主要在靠近熱液中心相對富集(圖4-b~g);由中心向外表現(xiàn)為輝鉬礦+黃銅礦±斑銅礦±黝銅礦→黃銅礦+斑銅礦±黝銅礦→黃銅礦+方鉛礦+閃鋅礦的分帶形式(圖4-b~f)。在熱液中心和外圍由上至下分別可見輝鉬礦+黃銅礦→黃銅礦+斑銅礦±黝銅礦和方鉛礦+閃鋅礦+黃銅礦→黃銅礦±方鉛礦±閃鋅礦的分帶形式(圖4-b~f),同時在靠近熱液中心局部位置早階段礦化分帶被稍晚的脈狀礦化所疊加,主要表現(xiàn)為含黃銅礦、斑銅礦和輝鉬礦石英脈的穿插,使礦體厚度變大、品位變富。4硅卡巖的地球化學特征4.1硅灰石與石英地層結(jié)構(gòu)選取了矽卡巖礦體中靠近頂板的石榴子石矽卡巖、靠近底板的硅灰石矽卡巖及其二者之間過渡的硅灰石石榴子石矽卡巖進行巖石地球化學特征對比研究。石榴子石矽卡巖呈黃綠色、翠綠色,中-粗粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,石榴子石含量在70%~85%,綠簾石含量在5%~10%,石英含量在5%~10%,透輝石含量2%~5%,綠泥石含量在2%~5%,方解石含量在2%~5%,硅灰石含量小于1%。硅灰石石榴子石矽卡巖呈淺綠色、灰白色,中-細粒結(jié)構(gòu),團斑狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造,石榴子石含量在30%~50%,硅灰石含量在25%~40%,綠簾石含量在3%~7%,石英含量在3%~7%,綠泥石含量在2%~5%,透輝石含量2%~5%,方解石含量在2%~5%。硅灰石矽卡巖呈白色、灰白色,針狀、放射狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,硅灰石含量在70%~90%,石英含量在5%~10%,方解石含量在2%~5%,石榴子石含量小于5%。石榴子石矽卡巖內(nèi)SiO2為35.07%~42.18%,Al2O3為5.77%~9.66%,(Fe2O3+FeO)為3.71%~10.82%,MgO為2.21%~10.98%,CaO為26.95%~29.61%,MnO為0.61%~0.78%,Na2O和K2O都較低;硅灰石石榴子石矽卡巖內(nèi)SiO2為42.93%~43.84%,Al2O3為2.90%~3.49%,(Fe2O3+FeO)為4.69%~6.15%,MgO為0.87%~1.82%,CaO為35.47%~37.64%,MnO為0.52%~0.58%,Na2O和K2O都較低;硅灰石矽卡巖內(nèi)SiO2為48.47%~48.68%,Al2O3為0.09%~0.16%,MgO為0.13%~0.22%,CaO為42.72%~45.09%,MnO為0.40%~0.69%,Fe2O3+FeO、Na2O和K2O都較低(表1)。從頂板至底板由石榴子石矽卡巖、硅灰石石榴子石矽卡巖至硅灰石矽卡巖表現(xiàn)出SiO2、CaO逐漸增加和Al2O3、Fe2O3+FeO逐漸減少的趨勢。矽卡巖的稀土元素和微量元素含量介于頂?shù)装逯g,并且具有與頂?shù)装孱愃频脑馗患吞潛p特征,總體具有輕稀土富集、弱銪負異常的稀土配分型式和富集Rb、Th、U、Pb元素和虧損Ba、Ta、Nb、Sr元素的微量元素特征;石榴子石矽卡巖和硅灰石矽卡巖對頂板和底板表現(xiàn)出明顯的繼承性,二者之間過渡的硅灰石石榴子石矽卡巖稀土和微量元素配分曲線介于其間(圖5)。4.2近緣巖石榴子石地球化學特征在鉆孔巖心中采取了靠近頂板和底板的矽卡巖,其中,靠近頂板的矽卡巖主要為石榴子石矽卡巖,石榴子石含量大于75%,硅灰石含量小于10%;靠近底板的矽卡巖主要為石榴子石硅灰石矽卡巖和硅灰石矽卡巖,石榴子石含量在5%~20%,硅灰石含量在70%~90%。分別對靠近頂板和底板的石榴子石、硅灰石礦物進行電子探針測試,測試工作在中國地質(zhì)大學(北京)科學研究院實驗中心EPMA實驗室完成,儀器型號為EPMA-1600,測試電壓為15kV,電流為10nA,束斑為1μm。在靠近角巖一側(cè)矽卡巖中石榴子石多呈不完整的晶形產(chǎn)出,多發(fā)育暗色的蝕變帶,其中可見熱液鈣長石發(fā)育(表2);靠近矽卡巖一側(cè)的石榴子石可見發(fā)育明顯的環(huán)帶特征(圖6)。石榴子石的SiO2含量在37.35%~40.22%,Al2O3含量在9.18%~19.88%,CaO含量在34.05%~36.57%,TFe含量在2.34%~17.26%,TiO2含量在0.31%~1.63%,石榴子石屬于鈣鋁-鈣鐵過渡系列,石榴子石由核部向外圍具有Al含量減少、Fe含量增加的規(guī)律(表2、圖7)?？拷敯宓墓杌沂腟iO2含量在49.33%~49.79%,CaO含量在48.22%~48.34%,TFe含量在0.17%~0.37%,MnO含量在0.6%~0.78%,其他成分含量較低(表2)?？拷装宕罄韼r的矽卡巖內(nèi)可見石榴子石呈獨立粒狀的形式產(chǎn)出,可見發(fā)育相對較完整的環(huán)帶(圖6)。石榴子石SiO2含量在33.19%~34.45%,Al2O3含量在0.06%~5.70%,CaO含量在33.06%~34.45%,TFe含量在22.7%~29.69%,其他成分含量較低,石榴子石屬于鈣鐵-鈣鋁榴石系列,相對于靠近頂板石榴子石具有鈣鐵榴石系列增加、鈣鋁榴石系列減少特征,由核部到外圍未見明顯的環(huán)帶成分演變特征(表2、圖7)?？拷罄韼r硅灰石的SiO2含量在49.40%~49.98%,CaO含量在49.26%~49.36%,TFe含量在0.07%~0.20%,MnO含量在0.07%~0.14%,其他成分含量較低(表2),與靠近頂板硅灰石無明顯差異。5討論5.1角巖與大理巖礦質(zhì)元素遷移特征在典型矽卡巖礦床中矽卡巖是巖漿及其期后熱液和大理巖、砂巖等圍巖之間的接觸交代所形成,與之不同的是,受硅鈣界面控制的遠端矽卡巖大部分遠離巖體發(fā)育,更多地為流體交代和改造圍巖的產(chǎn)物。為了探討甲瑪?shù)V床硅鈣界面矽卡巖形成過程,基于矽卡巖垂向分帶,簡化為角巖主要形成石榴子石矽卡巖和大理巖主要形成硅灰石矽卡巖的認識,進一步利用元素遷移質(zhì)量平衡計算方法對成巖過程組分遷移情況進行恢復(fù)。斑巖熱液作用過程中Ti、Al、稀土元素和高場強元素一般活動性較差,本次研究主要選取Ti、Al、Pr、Nd、Ga、Y、Zr、Nb,Hf、Ta等元素為備選惰性元素,進一步根據(jù)惰性元素協(xié)變關(guān)系優(yōu)選不活動元素和確定等濃度斜率。角巖形成石榴子石矽卡巖過程中Ti、Hf、Pr、Nd、Zr、Ga活動性差,通過原點的等濃度線的斜率(k)為0.6916;大理巖形成硅灰石矽卡巖中Ti、Hf、Zr、Pr、Al活動性差,其等濃度線的斜率(k)為0.4113(圖8);指示二者在形成矽卡巖后單位質(zhì)量增加明顯。同時,礦床中無礦角巖和無礦大理巖的小體重(密度)平均值分別為2.64g/cm3和2.61g/cm3,而矽卡巖的小體重(密度)為3.13g/cm3?,這也佐證了矽卡巖形成過程中單位質(zhì)量的明顯增加的認識,說明該過程中熱液成分帶入總量大于成分的帶出總量。在計算出k的基礎(chǔ)上,通過定量計算獲得了2個過程組分帶入帶出情況(表1,圖9)。角巖形成石榴子石矽卡巖過程中,大量的Ca和一定量的Mg、Fe遷入與流體中Mg2+、Ca2+、Fe2+離子進入角巖有關(guān),K的遷出主要與流體與角巖中鉀長石和黑云母發(fā)生離子置換將K+帶出有關(guān),Si、Al表現(xiàn)為遷出特征可能為流體成分的注入而導致其濃度稀釋不均勻所導致;稀土元素僅見Ce明顯的遷出特征,其余元素的遷移量在2×10-6以內(nèi);微量元素主要表現(xiàn)為Cu、Mo的遷入特征和Rb、Sr、Ba、Pb、Zn、As的遷出特征(表1,圖9)。大理巖形成硅灰石矽卡巖過程中,僅可見Si及其1/2比例的Ca遷入,形成以硅灰石為主的矽卡巖;稀土元素總體上以遷入為主,但是遷移量在4×10-6以內(nèi);微量元素主要表現(xiàn)為Pb、Zn、As、Sb、Cu的遷入特征和Sr、Ba的遷出特征(表1,圖9)。對于石榴子石矽卡巖和硅灰石矽卡巖的不等比例巖石系列,其空間上位于石榴子石矽卡巖和硅灰石矽卡巖的過渡位置,其原巖既可能為單一的大理巖,也可能是角巖、大理巖的雙原巖系統(tǒng),可視為不等比例的角巖和大理巖流體交代作用產(chǎn)物。5.2流體地球化學障甲瑪?shù)V床林布宗組板巖、角巖(頂板)和多底溝組灰?guī)r、大理巖(底板)構(gòu)成了硅鈣界面,頂板脆性強而底板韌性強有利于構(gòu)造活動過程中形成擴容空間,而頂板相對穩(wěn)定的化學性質(zhì)有利于流體沿界面間持續(xù)運移和發(fā)生水巖反應(yīng),這為流體運移、演化和水巖反應(yīng)提供良好的物理和化學條件。矽卡巖內(nèi)流體包裹體研究顯示流體經(jīng)歷了減壓沸騰和地下水混合過程,流體包裹體的減壓沸騰現(xiàn)象沿硅鈣界面內(nèi)矽卡巖普遍發(fā)育。減壓沸騰過程中SO2、CO2等氣體的逃逸使流體中的pH值升高,地下水的摻入使得流體的濃度、溫度降低和氧逸度、pH值升高,這些因素導致載礦絡(luò)合物解離和礦質(zhì)析出。此外,硅鈣界面內(nèi)水巖反應(yīng)過程中形成的流體地球化學障也是導致礦質(zhì)析出的重要因素。上已述及,矽卡巖中靠近頂板石榴子石以鈣鋁榴石、鈣鋁-鈣鐵榴石為主,靠近底板石榴子石具有鈣鐵系列增加、鈣鋁系列減少的特征。前人對鈣鋁-鈣鐵系列石榴子石形成的物理化學條件試驗成果表明,鈣鐵榴石一般形成于450~600℃、pH=4.0~11.0、氧化-弱氧化的環(huán)境中,鈣鋁榴石一般在550~700℃、中-酸性溶液、弱氧化-弱還原條件下晶出。這暗示高溫氣水熱液在林布宗組—多底溝組層間擴容空間運移和水巖反應(yīng)過程中,靠近頂板位置流體環(huán)境相對偏酸性和還原特征,靠近底板位置流體環(huán)境相對偏堿性和氧化特征。頂?shù)装逯g流體酸堿度和氧逸度差異構(gòu)成了地球化學障,同樣促使載礦絡(luò)合物解離而礦質(zhì)沉淀。流體沿硅鈣界面運移、演化和水巖反應(yīng)過程中,含銅、鉬、金、銀、鉛、鋅絡(luò)合物對流體環(huán)境減壓、降溫、pH值和氧逸度升高等變化的靈敏度不同是導致金屬礦物分帶的主要因素。流體環(huán)境從上到下氧逸度升高是造成矽卡巖礦體內(nèi)黃銅礦→黃銅礦+斑銅礦±黝銅礦分帶的重要因素,由中心至外圍輝鉬礦+黃銅礦±斑銅礦±黝銅礦→黃銅礦+斑銅礦±黝銅礦→黃銅礦+方鉛礦+閃鋅礦的分帶特征更多地與這些金屬礦物的形成溫度區(qū)間有關(guān)。5.3甲瑪?shù)V的構(gòu)造環(huán)境前人總結(jié)的不同組合的硅鈣界面中,物理、化學性質(zhì)差異導致的異相定位和形成地球化學障是界面控礦的重要因素,甲瑪?shù)V床硅鈣界面上下圍巖物理、化學條件差異對控巖控礦同樣具有明顯的影響。硅鋁質(zhì)巖石和鈣質(zhì)巖石是形成矽卡巖的物質(zhì)基礎(chǔ),二者不同的化學性質(zhì)導致其發(fā)生熱液交代作用分別形成了以石榴子石矽卡巖和以硅灰石矽卡巖為主的兩個端元產(chǎn)物,不同比例的原巖組合和多次熱液交代作用形成了介于兩個端元之間的過渡矽卡巖類型。同時,硅鋁質(zhì)巖石和鈣質(zhì)巖石不同的物理化學性質(zhì)導致了流體在二者之間運移、演化和水巖反應(yīng)過程中形成酸-堿、氧化-還原地球化學障,有利于礦質(zhì)沉淀和富集。此外,甲瑪?shù)V床構(gòu)造、巖漿活動對硅鈣面的疊加和改造也是影響成巖成礦重要因素。始新世末伴隨著區(qū)域上由北向南的推覆-滑覆構(gòu)造作用,甲瑪?shù)V區(qū)中林布宗組和多底溝組之間形成了上陡下緩的層間構(gòu)造帶。該層間構(gòu)造帶內(nèi)產(chǎn)狀較陡處的矽卡巖及礦體厚度較小,而平緩處矽卡巖和礦體厚度明顯增厚,在靠近巖體侵位中心的ZK024的矽卡巖礦體厚度可達400余米。該擴容空間的產(chǎn)狀和空間位置對熱液的涌入量和水巖反應(yīng)時間具有明顯的影響或制約,指示硅鈣界面復(fù)合其他張性構(gòu)造帶更加有利于礦質(zhì)大量積聚。受深部巖漿活動熱烘烤作用的影響,板巖發(fā)生角巖化使得礦物粒度變細,灰?guī)r發(fā)生大理巖化使得方解石發(fā)生重結(jié)晶而粒度變粗,由上至下形成了低孔