0 引言
楚雄中——新生代盆地是我国西南地区重要的红层盆地,是集煤、有色金属、盐等重要矿产为一体的矿集区,是扬子地台西南缘受到印度板块与欧亚板块碰撞及后期的构造活动影响所形成的汇聚型后陆盆地[1]。大姚六苴铜矿床为该区最大的砂岩型铜矿床,位于盆地东侧的牟定斜坡中,该斜坡由北到南依次集中了团山、大村、凹地苴、六苴、铜厂箐、郝家河、格依乍、老青山等砂岩型铜矿床,形成了著名的滇中红盆砂岩铜矿带。这一铜矿带位于铜背景值较高的康滇古陆边缘,并且含铜建造下部三叠系多出现含煤层,而上部古近系则为含膏盐建造。对于此铜矿带成因模式,前人曾提出以下4种初步认识:1)古风化壳蚀变叠生成矿[2];2)成岩分异成矿、后期热液叠加[3];3)三类建造、断褶掺合、渗滤对流[4];4)沉积成岩-改造成矿模式[5, 6, 7, 8]。目前学界普遍接受的是最后一种,认为砂岩地层演化至成岩晚期,沉积有机质发生热解,干酪根热解及硫酸盐热化学还原产生大量的H2S,与盆地卤水携带的铜质结合,在砂岩孔隙中形成浸染或层纹状矿石,即层状矿体;其后,构造运动使得矿区深断裂再次活动,形成改造热液,溶滤层状矿体及矿源层的矿质,向有利的构造岩相空间运移并析出金属矿物,形成脉状矿石与矿体。该模式的进一步发展有:侧重成岩期成矿的“聚流成矿”模式[9];侧重改造期成矿的“构造-流体耦合成矿”模型[10]。
不管是何种观点或模式,矿床在形成过程中,矿质的加载、迁移、卸载及最终成矿都离不开流体的参与。但是,从流体包裹体角度研究砂岩型铜矿床的成矿流体性质和演化较为薄弱。因此,本文拟通过成岩期砂岩铜矿石中自生石英和改造期石英-方解石脉中包裹体的分类研究,结合岩相学、世代、均一温度、盐度及成分等特征,探讨成矿流体形成、演化并最终沉淀、形成矿床的演化过程。
1 矿床地质特征六苴铜矿床位于盆地北部NNW向大雪山背斜的缓倾斜SW翼,出露地层为:上侏罗统妥甸组(J3t);下白垩统高峰寺组(K1g)和普昌河组(K1p),上白垩统马头山组(K2m)和江底河组(K2j),总体为一套由多个砾-砂-泥岩沉积旋回组成的紫红色碎屑岩建造,主要含矿层位有下白垩统高峰寺组凹地苴段(K1gw)、上白垩统马头山组六苴段(K2ml)、上白垩统马头山组大村段(K2md),均为紫色建造中浅灰灰黑色的粉-细砂岩夹层。赋矿层属成熟期河流亚相,特别是边滩、决口扇等微相[11]。
主矿体在大雪山背斜缓倾斜的SW翼呈带状展布,走向NW向、近SN向,并在背斜倾末端向另一翼延伸且尖灭于陡倾斜的NE翼(图 1),岩性为浅紫过渡带靠近紫色砂岩的浅色一侧;在剖面上,矿体厚1~36 m,呈层状、似层状、透镜状的矿体赋存于上白垩统马头山组六苴下亚段(K2ml1)的浅灰色中细粒长石石英砂岩中(图 2),其产状与含矿地层一致,倾角15°~30°。辉铜矿、斑铜矿、黄铜矿等铜矿物呈他形浸染状、纹层状、条带状、结核状等分布于砂岩的碎屑颗粒间隙中(图 3A、B、C)。同时,主矿体又具有明显的水平及垂向金属矿物分带,即存在由紫色砂岩到浅色砂岩或由下至上的分带:赤铁矿→辉铜矿→斑铜矿、辉铜矿→黄铜矿、斑铜矿→黄铁矿。矿床除顺岩层产出的矿体外,局部还发育沿断裂、裂隙分布的高品位矿体,矿石具大脉状、团斑状、角砾状构造(图 3D、E、F)。此外,断裂构造旁侧还产出一类细脉、网脉状的石英-方解石脉型矿化,自形半自形的结晶粒状的铜矿物分布于脉内或与围岩接触面上,并与脉石矿物共生(图 3G、H、I)。
矿床的形成经历了沉积-成岩成矿期和改造成矿期。两期成矿作用相应形成了两大类矿体及矿石:1)成岩期,矿化基本顺特定的岩性(相)层产出,矿体产状与岩层一致,上下盘严格受马头山组六苴下亚段或中亚段砂岩层控制;铜矿石结构、构造与砂岩围岩一致,品位较低(稳定在1.5%以下)。2)改造期成矿为构造活动活化并萃取围岩和矿源层甚至成岩期矿体中成矿物质,并在有利构造部位重新定位的产物[5, 10],因此改造期矿体与矿石的分布受该期控矿褶皱、断裂及节理控制。前人曾对六苴铜矿床构造期次与成矿关系进行了厘定[12],认为早期近东西挤压、晚期转为北东南西向挤压的构造活动为矿区主要经历的与改造成矿期有关的构造事件,所形成的近南北向压性断裂、北西向压扭性断裂、北东向张扭性断裂及其配套的层间断裂或节理为改造期控矿改造。这些断裂或节理尽管规模不大(宽1~10 cm),断距较小(5~50 cm),但成群成组出现,常切穿岩层;铜矿化发生于断裂带内及旁侧,辉铜矿常呈脉状和稠密散点产出,矿化富集明显,铜品位高达10%左右,远离断裂矿化渐弱(图 3D、E)。改造期构造活动形成的矿化常叠加于成岩期层状矿体之上,使之进一步富集,未发现与岩浆活动有关的叠加成矿信息。改造期矿化分早晚两阶段:即较早的断裂内大脉状、团斑状、角砾状的粗晶斑铜矿-黄铜矿-辉铜矿-石英阶段;较晚的网脉状、细脉状细晶辉铜矿-黄铜矿-斑铜矿-石英-方解石阶段。
2 样品采集及测试在以上成矿期次与成矿阶段划分的基础上,采集相应矿体中的矿石标本作为研究对象。本次研究样品共21件(采样位置见图 1、2,样品照片见图 3):采于层状矿体中的成岩期样品共8件(浸染状、层纹状、条带状的砂岩矿石);采于坑道或地表压扭性断裂构造带的改造期早阶段样品共5件(大脉状、角砾状、团斑状的斑铜矿-黄铜矿-辉铜矿石英脉或团块);采于构造裂隙中的改造期晚阶段样品3件(辉铜矿化的含石英方解石细脉),并包括2件紫色砂岩样品和3件浅色砂岩样品(属成岩期围岩参考样品),样品类型齐全,具有较好的代表性。
笔者在中国地质大学(北京)流体包裹体实验室进行流体包裹体的显微测温,仪器型号为Linkam THMSG600型冷热台,温控范围-196~600 ℃,冰点温度误差小于0.2 ℃,均一温度误差小于2 ℃。冰点附近升温速率为0.1~0.5 ℃/min,均一点附近升温速率采用1~5 ℃/min,基本保证了相转变温度数据的准确性。单个包裹体激光拉曼分析与群体包裹体气、液相成分测试均在中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室完成。激光拉曼分析仪器为Renishaw RM-2000,使用Ar+激光器,波长514.5 nm,计数时间为10 s,每1 cm-1(波数)计数1次,100~4 000 cm-1全波段1次取峰,激光束斑大小约为1 μm,光谱分辨率2 cm-1。液相成分分析采用日本岛津公司生产的Shimadzu HICSP Super离子色谱仪,阳离子最低检出限为10-6,阴离子最低检出限为10-9。进样前包裹体在550 ℃温度下爆裂,持续10 min,然后用Millipure的纯水在超声波振荡下淋洗,直至淋洗液电导率前后无变化,收集淋洗液定容,再送入离子色谱仪进行分析。气相成分测试仪器为Prisma TM QMS200型四极质谱仪,具体参数和流程详见文献[13]。
3 流体包裹体 3.1 不同期次包裹体特征岩相学观察发现,所测包裹体类型以纯液相型、富液型盐水溶液包裹体占大多数,偶见含CO2的三相包裹体及烃类包裹体,未发现含子矿物包裹体。两期3个阶段的流体包裹体特征(表 1)如下:
流体 世代 | 寄主岩石 | 测试矿物 | 大小/ μm | 气液比/ % | 均一温度/℃ | 盐度(w(NaCl))/% | 测点数 | 样品号 | ||
范围 | 峰值 | 范围 | 峰值 | |||||||
成岩期 | 浸染、纹层、条带状矿化的砂岩型矿石 | 石英次生加大边 | 1~6 | 5~20 | 112~164 | 137 | 2.7~12.3 | 8.9 | 16 | DB-01,DB-02,DB-04,DB-05,DB-07,DB-08,DB-11,DB-12 |
浸染、纹层、条带状矿化的砂岩型矿石 | 胶结物状石英、方解石 | 2~8 | 3~20 | 96~150 | 121 | 3.1~16.7 | 10.2 | 37 | ||
改造期 早阶段 | 大脉、团斑、角砾状富矿石 | 石英 | 3~10 | 5~30 | 143~227 | 162 | 7.9~13.8 | 8.7 | 58 | DB-13,DB-14, DCG-1,XSr-517, |
大脉、团斑、角砾状富矿石 | 方解石 | 3~15 | 5~25 | 108~216 | 154 | 2.1~12.9 | 8.1 | 6 | XSr-510-11 | |
改造期 晚阶段 | 细脉、网脉状弱铜矿化石英-方解石脉 | 石英、方解石 | 3~12 | 3~20 | 94~159 | 133 | 1.2~13.5 | 6.9 | 39 | DBQ-5,DCG-2,XSr-33-9 |
1)成岩期:该期成矿的矿石矿物主要呈胶结物状充填于砂岩的碎屑间隙中,继承砂岩原始组构而呈浸染状或纹层状分布,因此这些金属硫化物、砂岩胶结物和石英次生加大部分才是成岩成矿作用的产物。现遵循自生矿物序次是确定砂岩包裹体期次的依据[14],结合包裹体微观产状,剔除碎屑石英部分的继承包裹体,选取可靠的石英次生加大边或胶结状石英、方解石、白云石等透明矿物中的包裹体进行观测,作为成岩期流体包裹体研究对象。
该期包裹体主要为富液型及纯液相型的盐水溶液包裹体,二者分别占40%、60%,均以圆形、椭圆形为主。胶结物石英中的包裹体为孤立随机分布,次生加大石英中的包裹体则呈环带状分布于石英颗粒外围(图 4A、B)。此外,在条带状、稠密浸染状砂岩矿石中,还可见一类特殊包裹体,呈黑褐色、棕黄色、黄绿色等[15],但多见长条形、圆形。该类包裹体较小,为1~6 μm,其中偶见相态分离,推测为不同成熟度的不混溶油气包裹体(图 4C)。
2)改造期:分为早、晚两个阶段统计。早阶段包裹体分布于改造期大脉状、团斑状、角砾状构造的富矿石的石英内,原生包裹体呈孤立状、成群状随机分布于石英中(图 4D);偶见串珠状假次生包裹体(图 4E),多为圆形、椭圆形、条形或负晶形[16]。该阶段的矿化石英脉中偶见含CO2的三相包裹体(图 4F),呈孤立状产出,大小约10 μm,推测与构造带来的深部基底的流体有关。晚阶段包裹体存在于细脉状、网斑状弱铜矿化的石英-方解石脉中。该脉体偶见切穿浸染状或层纹状矿石,且在紫色砂岩中亦较常见,从地质上判断属于改造期晚阶段。其原生或假次生包裹体代表了该阶段的流体,形态及组合类似早阶段(图 4D、E),在此不再赘述。
与成岩期相比,改造期流体包裹体具有类型复杂、数量增多、个体变大、气液比增高的特点。3.2 包裹体均一温度、盐度特征在不同期次包裹体岩相学观察的基础上,分别用均一法、冷冻法测出其均一温度、冰点温度。因方解石解理发育,考虑到冷冻时冰晶体积膨胀可能带来的包裹体体积变化,实验中先升温测均一温度,再降温测冰点温度[16]。盐度的换算利用低盐度NaCl-H2O体系的盐度-冰点关系表进行[17]。
从表 1及图 5可以看出,发育于石英次生加大边及胶结物中的成岩期包裹体均一温度较低,其范围分别为112~164 ℃、96~150 ℃,与碎屑岩中成岩阶段埋藏温度相当;由于从两种寄主矿物获得的温度范围差别不大,因此本文将其合并作为成岩期流体均一温度,即96~164 ℃。盐度(w(NaCl))范围较宽,总体为2.7%~16.7%,属于中低盐度流体。此外,采于过渡带矿石两侧的紫色、浅色砂岩围岩的样品中,石英次生加大边及胶结物内包裹体的均一温度、盐度与矿化带内的均一温度、盐度较为接近,反映矿化带与围岩流体具有相似的温度、盐度条件,表明二者并非导致成岩期成矿物质在过渡带沉淀的决定性条件,而应为氧化还原与酸碱度条件的差异[18]。
对改造期早阶段发育大脉状、团斑状、角砾状富矿石中的石英和方解石两种脉石矿物分别进行包裹体测试,获得均一温度范围分别为143~227 ℃、108~216 ℃,因此改造期早阶段成矿流体温度总体介于108~227 ℃,峰值温度远高于成岩期温度,可能与该期强烈的构造活动所产生的热量有关[10]。在构造挤压应力作用下,砂岩层变形超过极限发生破碎时,储存的应变能便通过热能的形式释放,即所谓的断层碾压、摩擦生热能,使断层中的构造流体升温,形成能量梯度差。处于非平衡态的构造热液向低能量带的断层上方运移时,发生热扩散和溶质扩散的双扩散对流运动[19]。温度更高的改造期构造热液将以更高的效率从围岩地层中活化金属成矿物质,并以络合物形式搬运至有利构造部位沉淀、富集成矿[5]。随着构造活动演化至晚阶段,改造期晚阶段流体温度逐渐降低(94~159 ℃),残余成矿物质与硅质、钙质一起形成石英-方解石脉型铜矿化。至于盐度,改造期早、晚两阶段的盐度(w(NaCl))均较成岩期略低,分别为2.1%~13.8%、1.2%~13.5%;可见,由成岩期到改造期早、晚两个阶段,盐度具有逐渐降低的趋势。
改造期所形成的早、晚两阶段矿石类型与砂岩不同环境下断裂作用组合是对应的:在固结成岩阶段后形成的构造岩为断层角砾岩,此时环境温度远超过90 ℃,石英发生强烈的压溶作用,断裂形成压溶胶结型碎裂带,断裂空间具有较强的封闭能力[20],有利于成矿物质的富集,因而形成大脉状、角砾状富矿石。而砂岩在抬升过程形成的断裂,变形机制为破裂作用[20],残余构造热液充填于裂隙中形成细脉状贫矿石。
总的来说,该矿床的成矿流体属于中低温-中低盐度盆地流体。
3.3 激光拉曼成分特征选择两期代表性的、较大的包裹体进行气相成分的激光拉曼探针分析,结果表明两期包裹体的主要气相成分均以H2O为主(图 6A),成岩期部分包裹体检测出CH4(图 6B),而改造期则偶见CO2谱峰(图 6C)。烃类包裹体出现于成岩期中,与成岩作用砂岩层封存的有机质热解形成的烃类气体有关[21]。改造期除出现CO2谱峰外,还见到一例含N2包裹体(图 6D);该期出现CO2、N2等多种微量气体,可能受构造活动沟通深部及浅表地层带来丰富物质,并处于相对开放的氧化环境有关[5]。成岩期CH4和改造期的CO2、N2谱峰值均较小,除因包裹体较小而影响检测限,还可能由于这些组分含量较低,需与群体包裹体成分结合验证。
3.4 包裹体群体气、液相成分特征成岩期、改造期包裹体除绝大部分为H2O外(均>96%),还含有CO2、CH4、C2H6、H2、CO、N2等多种微量气相组分(表 2)。为反映流体的氧化还原性强弱,引入还原参数R,即包裹体气体成分中还原性气体摩尔量总和与二氧化碳气体摩尔量的比值,R值越高,流体还原性越强[22]。结果表明,成岩期2个样品R值分别为0.60、1.12,而改造期12个样品则为0.07~0.62,可见成岩期流体还原程度明显高于改造期。而且,N2-CH4-CO2三角图解(图 7A)同样显示两期流体具有从还原性富有机质的CH4端元向相对氧化的CO2端元演化的特点。
期次 | 序号 | 样号 | 摩尔百分比/mol% | R | 数据 来源 | ||||||||
H2O | N2 | CO2 | CH4 | C2H6 | H2 | CO | H2S | Ar | |||||
成岩期 | 1 | 429 | 99.79 | 0.019 | 0.091 | 0.071 | - | 0.016 | 0.015 | 1.12 | ① | ||
2 | R-46 | 96.03 | 0.230 | 2.097 | 1.027 | 0.230 | 0.004 | 0.364 | 0.60 | ② | |||
改造期 | 3 | 306 | 99.57 | 0.044 | 0.274 | 0.015 | 0.003 | 0.006 | 0.088 | 0.41 | ① | ||
4 | 311 | 99.76 | 0.018 | 0.165 | 0.015 | - | 0.014 | 0.026 | 0.33 | ① | |||
5 | 615 | 99.70 | 0.031 | 0.212 | 0.010 | 0.006 | 0.011 | 0.034 | 0.28 | ① | |||
6 | FN2 | 99.74 | 0.024 | 0.185 | 0.008 | 0.003 | 0.011 | 0.033 | 0.29 | ① | |||
7 | FN3 | 99.47 | 0.045 | 0.297 | 0.033 | 0.006 | 0.031 | 0.115 | 0.62 | ① | |||
8 | DK-2 | 99.03 | 0.039 | 0.864 | 0.031 | 0.027 | 0.002 | 0.008 | 0.07 | ② | |||
9 | DK-3 | 99.29 | 0.049 | 0.587 | 0.039 | 0.019 | 0.001 | 0.015 | 0.10 | ② | |||
10 | DK-4 | 99.35 | 0.038 | 0.534 | 0.028 | 0.034 | - | 0.013 | 0.11 | ② | |||
11 | DK-5 | 99.12 | 0.074 | 0.688 | 0.041 | 0.039 | 0.001 | 0.036 | 0.12 | ② | |||
12 | DK-6 | 98.58 | 0.072 | 1.223 | 0.062 | 0.039 | 0.001 | 0.018 | 0.08 | ② | |||
13 | DK-7 | 99.01 | 0.032 | 0.891 | 0.031 | 0.026 | 0.005 | 0.007 | 0.07 | ② | |||
14 | DK-8 | 99.14 | 0.037 | 0.727 | 0.053 | 0.028 | 0.007 | 0.012 | 0.12 | ② | |||
注:成岩期测试矿物为胶结物石英,改造期测试矿物为脉状石英。表中摩尔百分比据原始数据各组分含量换算所得。标“-”为痕量,空白处为未测试该项。数据来源:①据文献 [6],②本文。 |
N2为大气最主要组分,其与稀有气体Ar的摩尔量之比值对大气水参与有一定指示意义。在已测出的数据中,成岩期样品R-46的n(N2)/n(Ar)值为0.63,改造期的7个样品则为2.06~4.88,均值3.54,远高于成岩期。虽与大气成因的n(N2)/n(Ar)值(38~84)还有较大差距[23],仍反映改造期流体有一定含量大气水的加入。
两期成矿流体的阴离子总体属于Cl--SO2-4-(F-)型,阳离子属于Na+-K+-Ca2+-(Mg2+)型(表 3与图 7B)。成岩期2个样品的(F-+Cl-)/SO2-4分别为1.09、1.33,而改造期的值域范围为1.96~55.70,表明成岩期阴离子含浓度较高的SO2-4,含量几乎与卤族元素离子相当;而改造期SO2-4大为减少,以Cl-为主,并含少量F-。至于阳离子,成岩期2个样品的(Na++K+)/(Ca2++ Mg2+)为1.27、2.31,而改造期则为3.40~34.60,显示阳离子总体具有Ca2++ Mg2+型向Na++K+型演化的特点。且具有成岩期相对富K+、改造期相对富Na+、两期均贫Mg2+的特点。总的来说,从成岩期到改造期,成矿流体液相成分由富SO2-4(-Cl-)-Ca2+-K+型向富Cl--Na+型转变,即成岩期流体中溶解物以硫酸盐为主,含部分氯化物,改造期则以氯化物为主要溶解物,不同类型的盐类在该矿床两期成矿中活化、迁移并沉淀金属物质将起决定性作用[24]。
期次 | 序号 | 样号 | wB/10-6 | 特征参数比值 | 数据 来源 | ||||||||
F- | Cl- | SO2-4 | Na+ | K+ | Ca2+ | Mg2+ | a | b | c | ||||
成岩期 | 1 | 429 | 0.00 | 18.65 | 46.87 | 0.58 | 2.31 | 2.24 | 0.25 | 1.09 | 0.43 | 1.27 | ① |
2 | R-46 | - | 1.16 | 2.40 | 1.18 | 2.19 | 1.86 | - | 1.33 | 0.91 | 2.31 | ② | |
改造期 | 3 | 306 | 1.62 | 18.65 | 8.84 | 15.08 | 4.85 | 8.34 | 0.50 | 6.71 | 5.27 | 3.40 | ① |
4 | 311 | 4.67 | 13.98 | 25.26 | 13.25 | 9.63 | 7.24 | 0.89 | 2.45 | 2.33 | 3.77 | ① | |
5 | 615 | 2.05 | 15.17 | 7.24 | 12.43 | 5.45 | 2.38 | 0.30 | 7.18 | 3.87 | 9.45 | ① | |
6 | FN2 | 1.61 | 17.65 | 18.43 | 11.82 | 11.10 | 2.14 | 0.28 | 3.07 | 1.81 | 12.30 | ① | |
7 | FN3 | 0.24 | 7.03 | 10.45 | 9.41 | 16.11 | 6.76 | 1.01 | 1.96 | 0.99 | 3.90 | ① | |
8 | DK-2 | - | 30.30 | 3.00 | 18.70 | 0.69 | 1.66 | - | 27.70 | 45.80 | 20.00 | ② | |
9 | DK-3 | - | 30.80 | 6.00 | 20.20 | 1.01 | 1.57 | - | 14.10 | 33.90 | 23.00 | ② | |
10 | DK-4 | - | 23.50 | 6.30 | 15.40 | 0.91 | 0.92 | - | 10.20 | 28.80 | 30.00 | ② | |
11 | DK-5 | - | 15.10 | 1.35 | 8.94 | 0.43 | 0.46 | - | 30.70 | 35.60 | 34.60 | ② | |
12 | DK-6 | - | 16.20 | 0.90 | 9.420 | 0.23 | 1.20 | - | 49.40 | 59.80 | 13.90 | ② | |
13 | DK-7 | - | 54.80 | 2.70 | 40.50 | 0.96 | 3.06 | - | 55.70 | 71.50 | 23.30 | ② | |
14 | DK-8 | - | 22.40 | 3.69 | 14.80 | 1.31 | 0.79 | - | 16.70 | 19.20 | 34.50 | ② | |
注:成岩期测试矿物为胶结物石英,改造期测试矿物为脉状石英。表中标“-”处为痕量,低于检测限。特征参数摩尔比:a=(F-+Cl-)/SO2-4;b=Na+/K+;c=(Na++K+)/(Ca2++Mg2+)。数据来源:①据文献[6],②本文。 |
砂岩型铜矿床是含铜的氧化性流体运移时与还原性流体前沿相遇而引起铜的硫化物沉淀析出的过程中形成的[17]。六苴铜矿床的形成及演化主要经历沉积-成岩成矿作用、改造成矿作用。结合矿化类型与包裹体组合特征,对应将成矿流体活动分为两期,改造期则进一步分为早、晚两个阶段。
1)成岩成矿期:我国南方侏罗纪白垩纪时期为干旱炎热的气候,楚雄盆地沉积形成巨厚的氧化-碱性红层建造及膏盐层[28]。随着含矿层K2m埋藏到一定深度,封存在紫色砂岩层中的富腐殖质层位升温至一定程度,有机质裂解形成CH4、C2H6等烃类气体,并被地层建造水淋滤、富集起来,沿透水层减压空间运移。烃类物质可以在细菌及其他有机酸参与下将围岩中的SO2-4还原成HS-或S2-,同时将Fe3+还原成Fe2+,二者协同进行,共同促进CO2形成[29],均可以生成HCO-3,使得流体pH值降低,围岩发生碳酸化作用[30]。溶解在碱性围岩中的硅质成分在这一酸性流体作用下发生沉淀析出,并在流体迁移通道附近发生染色剂(Fe3+)还原作用,即亚铁离子与还原硫结合形成FeS2,形成全浅色硅化、黄铁矿化砂岩带。酸化的流体前锋使长石、赤铁矿、碳酸盐及部分黏土胶结物溶解,增大孔隙度,为其后矿质沉淀提供空间[31]。同时,另一侧紫色砂岩中含膏盐氧化性流体的SO2-4、Cl-等阴离子络合Cu2+、Fe3+,向浅色砂岩相对运移,在氧化还原界面上,络合物分解释放的Cu2+、Fe3+与HS-或S2-反应,形成Cu、Fe的硫化物,并在氧化还原电位控制下,形成成岩期层状矿体的典型金属矿物分带。浅紫过渡带同时也是酸碱界面,溶解在碱性溶液中的硅质沉淀形成重结晶或次生加大石英,溶解态的Ca2+也与HCO-3结合形成碳酸盐胶结物。因此,金属硫化物的沉淀是伴随着石英、碳酸盐矿物的沉淀并胶结碎屑颗粒的过程中发生的,即成岩作用[32, 33];金属硫化物也呈胶结状分布,形成浸染状、纹层状矿石,并在自生石英、方解石中保存成岩期包裹体,具有富CH4、SO2-4、Ca2+的特点。
2)改造成矿期:经过成岩期成矿后,喜马拉雅期楚雄盆地发生了强烈的构造运动,在矿区形成一系列褶皱、穹窿与隐伏深断裂,NWSN向压扭性断裂为矿区主要成矿断裂[12];隐伏断裂向上可能导通到近地表(有大气水加入),向下可延深至三叠系含煤建造,甚至基底[6]。构造热液(>200 ℃,高于成岩期)从深部带来煤层分解形成的烃类有机质及含部分CO2、还原硫,形成还原-酸性流体,向上运移过程中发生类似成岩期的还原硫酸盐、褪色、硅化、黄铁矿化作用,形成沿断裂分布的构造热液蚀变体。而从近地表渗滤下来的富Cl-、Na+的氧化-碱性流体,则萃取紫色围岩及层状矿(化)体中的Cu2+、Fe3+形成络合物向下迁移。两种流体在构造有利部位(由透水层K2ml及褶皱核部、缓倾斜翼虚脱空间组成)混合与循环,形成了受褶皱圈闭的构造成矿流体[10]。同样发生氧化还原-酸碱中和反应,导致碳酸盐和石英沉淀、氯络合物分解、铜硫化物析出等一系列反应,形成沿构造分布的石英-方解石脉型铜矿化,并封存温度较高、盐度中等的富CO2、Cl-、Na+的改造期包裹体。盆地演化至地层折返抬升或构造活动性质转变后,下渗流体与上升流体性质或成分发生改变,残余构造热液不再发生矿化,温度降低并析出改造期晚阶段的无矿化石英方解石脉。
5 结论1)该矿床存在成岩期、改造期成矿流体。成岩期主要发育纯液相型、富液型的盐水溶液包裹体及少量烃类包裹体;改造期则以富液型盐水溶液包裹体为特征,早阶段发育含CO2三相包裹体。
2)从成岩期到改造期两个阶段,均一温度有明显的先升高再降低趋势,温度范围分别为96~164 ℃、108~227 ℃、94~159 ℃。盐度总体差别不大,分别为2.7%~16.7%、2.1%~13.8%、1.2%~13.5% ,改造期较成岩期略低。成矿流体属中低温(≤227 ℃)、中低盐度(≤16.7%),具有典型的盆地热卤水特点。
3)两期流体均以H2O为主,其余气相成分中,成岩期以CH4等有机还原气体为主,改造期则出现更丰富的CO2。液相离子中,成岩期以SO2-4、Ca2+、K+为主,并含少量Cl-;改造期则以Cl-、Na+为主。两期流体成分上差异较大。
4)该矿床经历了两期成矿作用,即成岩期的预富集作用和构造期的改造富集作用。前者为富有机质还原-酸性含硫流体与氧化-碱性的携带金属络合物流体在砂岩层相遇并发生氧化还原-酸碱反应而形成于浅紫过渡带的层状矿体;后者则是还原的、上升的构造热液与氧化的、下渗的含铜流体在有利构造空间混合与循环中形成的条带状、脉状富矿体。
本文的包裹体显微测温、激光拉曼测试、群体成分分析工作分别得到中国地质大学(北京)地学院诸慧燕老师、中国科学院地质与地球物理所姜晓辉博士、朱和平研究员的热情帮助和指导,云南铜业集团矿产资源部邹海俊高工在前期参与岩相、测温部分工作,在此表示诚挚的谢意!
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