滇西芦子园远程矽卡岩Pb-Zn-Fe(Cu)多金属矿床流体包裹体初探及矿床成因探讨
  岩石学报  2018, Vol. 34 Issue (5): 1239-1257   PDF    
滇西芦子园远程矽卡岩Pb-Zn-Fe(Cu)多金属矿床流体包裹体初探及矿床成因探讨
邓明国1,2 , 陈伟1 , 王学武3 , 刘凤祥3 , 管申进1 , 卢映祥2 , 余海军2 , 赵发4     
1. 昆明理工大学国土资源工程学院, 昆明 650093;
2. 云南省地质调查局国土资源部三江成矿作用及资源勘查利用重点实验室, 昆明 650051;
3. 云南省核工业二〇九地质大队, 昆明 650032;
4. 云南永昌铅锌股份有限公司, 保山 678307
摘要:滇西镇康芦子园是"三江"成矿带保山地块内迄今发现的唯一超大型Pb-Zn-Fe(Cu)多金属矿床,是区内系列同类层控热液铅锌矿床的典型代表。矿体呈似层状、脉状及透镜状产于寒武系碳酸盐岩建造的矽卡岩和大理岩层间破碎带,矿石构造以条带状、浸染状和脉状-网脉状为主要特征;围岩蚀变复杂、分带明显,由下至上依次为石榴子石-透辉石-透闪石-阳起石化带→绿泥石-绿帘石-阳起石-蔷薇辉石化带→碳酸盐-大理岩化带。矿床成矿流体从早期到晚期经历了多个矿化阶段。本文选取了该矿床早矽卡岩阶段、晚矽卡岩阶段、石英硫化物阶段和石英碳酸盐阶段的多种脉石矿物及闪锌矿进行了系统的流体包裹体研究。结果显示,早矽卡岩阶段发育微溶CO2富液相和纯液相水溶液包裹体,并含大量K+、Na+、Ca2+、F-和Cl-和少量SO42-,气相成分主要为H2O、CO2及少量CH4和N2,包裹体均一温度为233.6~315.6℃,盐度为10.6%~17.6% NaCleqv;晚矽卡岩阶段发育含CO2和子矿物三相包裹体,均一温度214.9~388.0℃,盐度5.9%~16.4% NaCleqv;石英硫化物阶段发育含CO2的水溶液包裹体,气相成分为CH4、H2O和少量CO2,均一温度150.0~285.0℃,盐度为2.5%~13.8% NaCleqv;石英碳酸盐阶段为单一成分的水溶液包裹体,均一温度为105.0~187.5℃,盐度为0.5%~12.3% NaCleqv。结合H-O同位素研究表明,成矿流体最初来源于具中高温、中高盐度、高K、Na,富CO2、Cl、F等特征的深部岩浆热液,在石英硫化物阶段开始有大气降水混入,演化为中阶段中低温、低盐度、贫CO2的热液流体,至成矿晚阶段转化为以大气降水占主导。该矿床成矿环境的改变、流体混合以及流体的沸腾作用可能是导致成矿物质富集沉淀的重要机制。综合矿床地质特征、成矿流体包裹体和H-O同位素研究认为,该矿床为与陆陆碰撞造山和深部隐伏岩体有关的远程矽卡岩成矿系统。
关键词: 流体包裹体     成矿流体     H-O同位素     滇西芦子园     Pb-Zn-Fe(Cu)多金属矿床     远程矽卡岩     大陆碰撞    
Fluid inclusion and ore genesis of the Luziyuan distal skarn Pb-Zn-Fe (-Cu) poly-metallic deposit, West Yunnan, SW China.
DENG MingGuo1,2, CHEN Wei1, WNAG XueWu3, LIU FengXiang3, GUAN ShenJin1, LU YingXiang2, YU HaiJun2, ZHAO Fa4     
1. Faculty of Land Resource Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China;
2. MLR Key Laboratory of Sanjiang Metallogeny and Resources Exploration and Utilization, Yunnan Geological Survey, Kunming 650051, China;
3. Geological Team 209, Yunnan Nuclear Industry, Kunming 650032, China;
4. Yunnan Yongchang Pb-Zn Company Ltd., Baoshan 678307, China
Abstract: The Luziyuan Pb-Zn-Fe(-Cu) poly-metallic deposit in Zhenkang County, West Yunnan, is the only gigantic deposit recently discovered in the Baoshan block of "Sanjiang metallogenic belt", and has unique characteristics for correlating with other similar strata-bound hydrothermal Pb-Zn deposits of the block. Ore bodies in the Luziyuan deposit occurred as stratiform-like, veined and lenticular in the interlayer fracture zone of skarn and marble in the Late Cambrian carbonate formation. The ores are mainly characterized by banded, disseminated and veined-stockwork structures. The wallrocks are marked by intense hydrothermal alteration with a complexed and prominent zonation pattern in the sequence from bottom to top:garnet-diopside-tremolite-actinolite to chlorite-epidote-actinolite-rhodonite, and to carbonate-marbleization. The ore-forming fluids have undergone a significant evolution from early to late stages. The present paper concentrates on a systematic study of fluid inclusions involving various gangue minerals and sphalerite from the early and late skarn stages, quartz-sulfide mineral and quartz-carbonate stages. CO2-bearing liquid-rich fluid inclusions and liquid inclusions are common in the early skarn stage. These inclusions contain a large amount of K+, Na+, Ca2+, F-, Cl-, and a little SO42- in the liquid phase, and H2O-and CO2-dominant and a small amount of CH4 and N2 in the vapor phase. Their homogenization temperatures range from 233.6 to 315.6℃ and salinities from 10.6% to 17.6% NaCleqv. The late skarn stage is characterized by CO2-rich and NaCl-bearing fluid inclusions, with homogenization temperature ranging from 214.9 to 388.0℃ and salinity from 5.9% to 16.4% NaCleqv. The quartz-sulfide stage is dominated by CO2-bearing fluid inclusions, whose vapor phase mainly consists of H2O, CH4, and a small amount of CO2. The homogenization temperature ranges from 150.0 to 285.0℃ and salinity from 2.5% to 13.8% NaCleqv. In the quartz-carbonate stage the inclusion fluid with a single composition has homogenization temperatures of 105.0~187.5℃ and salinity of 0.5% to 12.3% NaCleqv. Fluid inclusion characteristics combined with the H-O isotope results suggest that the Luziyuan ore-forming fluid is sourced from deep magmatic hydrothermal solution with medium-high temperature and salinity, high K and Na contents, and rich in CO2, Cl, F in the early stage, but in the quartz-sulfide stage, is characterized by medium-low temperature, low salinity, and poor in CO2 due to being mixed with meteoric water that becomes dominant in the late stage. Therefore, the change in ore-forming environment, mixing of different fluids and possible fluid boiling may be the important mechanisms for precipitation and enrichment of metallic elements in the Luziyuan deposit. In the light of ore geology, fluid inclusions and H-O isotopes, we propose that the Luziyuan Pb-Zn-Fe (-Cu) poly-metallic deposit is a distal skarn type mineralization system which is related to the deep-hidden granite and the continental collision orogeny.
Key words: Fluid inclusion     Ore-forming fluid     H-O isotope     Luziyuan Pb-Zn-Fe (-Cu) poly-metallic deposit     West Yunnan     Distal skarn     Continental collision    

西南“三江”特提斯成矿域中南段的保山地块(图 1a, b)是我国重要的铁-铜-铅-锌-银-汞-锡-稀有金属矿集区(Hou et al., 2007)。区内铅锌矿产资源成矿潜力大,有北部核桃坪、金厂河与南部芦子园以及分布其间的西邑、东山、摆田、勐糯等多个赋存于碳酸盐岩中的大-中型铅锌(铁铜)多金属矿床(图 1b),是我国西南地区最重要的铅锌生产基地(陶琰等, 2010; Deng et al., 2014b; 邓明国等,2017)。其中,芦子园Zn-Pb-Fe(Cu)多金属矿床是近年来实施国家整装勘查找矿项目取得的重要成果,目前已圈定矿体近40个,已探明Pb+Zn金属量4.2Mt,Fe矿石量达300Mt(邓明国等, 2016),是本区勘查程度最高、以产出铅锌为主的唯一超大型Zn-Pb-Fe(Cu)多金属矿床,已成为研究区域热液锌铅矿床成矿规律的典型代表,因而倍受关注。前人对该矿床的成因相继提出了沉积-热液改造(邓必方, 1995; 董文伟和陈少玲, 2007; 杨小峰和罗刚, 2011)、热液充填-交代(李文昌和莫宣学, 2001; 夏庆霖等, 2005; 朱飞霖等, 2011)、热液矽卡岩型(杨玉龙等, 2012; 邓明国等, 2013, 2016, 2017)及多期叠加成矿(卢映祥, 2011)等认识,并初步认为矿区深部可能存在与该矿床有密切成因联系的隐伏花岗岩体,但迄今仍缺乏有效解释该矿床成矿机制的流体包裹体佐证资料。

① 卢映祥. 2011.保山-镇康陆块铅锌铜铁叠加成矿作用与区域找矿模型.见:新观点新学说学术沙龙文集55:板块汇聚、地幔柱对云南区域成矿作用的重大影响.昆明:中国科学技术协会学会学术部, 78-83

已有研究发现,大陆内部断裂岩浆带和陆内活化造山带是浆控热液矿床形成的有利环境(Chen et al., 2007; 陈衍景等, 2007; 陈衍景和李诺, 2009; Pirajno, 2009)。陆内活化造山带多缘于大陆板块边缘的地质作用,尤其是陆缘俯冲挤压或碰撞挤压的远距离效应,使大陆板块内部古老造山带再度活化造山,发生岩浆活动而形成浆控高温热液矿床,其初始成矿流体具有高盐度、富水、富CO2的特征(陈衍景和李诺, 2009)。由于滇西芦子园矿床位于印度-欧亚大陆碰撞结合带南东侧(莫宣学和潘桂棠, 2006; 李文昌等, 2010),矿床的形成明显受断裂控制,且与层控矿床的地质特征十分相似,加之矿区迄今尚未揭露到中酸性岩体,导致对该矿床成因争议的问题一直未得到有效解决。截至目前,有关该矿床流体包裹体物理化学特征的研究还未系统开展,制约了对成矿流体性质、来源及成矿过程的全面认识,影响了对矿床成矿流体演化和矿质富集规律的深入了解,其成矿流体是否与陆陆碰撞体制的浆控高温热液特征一致?至今仍缺乏系统的流体包裹体辅证资料,致使矿床成因无法准确厘定。有鉴于此,本文通过对芦子园矿床不同成矿阶段的多种脉石矿物及金属硫化物闪锌矿流体包裹体的详细研究,以期探讨该矿床成矿流体来源、演化及成矿过程,这对深入理解保山地块内众多同类热液铅锌矿床的成矿作用过程具有重要的科学意义。

1 区域地质背景

芦子园矿床所处的保山地块位于印度-欧亚板块主碰撞带南东侧,东临昌宁-孟连缝合带,西接高黎贡-潞西裂谷,北部尖灭于澜沧江断裂与怒江断裂之汇拢部位,整体呈北窄南宽楔形体嵌入临沧地块与腾冲微陆块之间(图 1b; 王义昭等, 2000; 陶琰等, 2010; Deng et al., 2014b)。该地块经历了特提斯形成演化、欧亚大陆与印度板块碰撞造山过程,造就了研究区复杂的地质构造和有利的铅锌成矿条件(李文昌等, 2010; Deng et al., 2014a; Wang et al., 2016)。

图 1 保山地块区域地质简图 (a)保山地块构造背景图(底图据Wang et al., 2014; Deng et al., 2014a, 2015; Deng and Wang, 2016);(b)保山地块主要构造、岩浆作用和主要矿床位置图(底图据董美玲等, 2013; 禹丽等, 2014; Li et al., 2015; Liao et al., 2015) Fig. 1 Regional geological sketch map of the Baoshan block (a) tectonic setting of the Baoshan block (after Wang et al., 2014; Deng et al., 2014a, 2015; Deng and Wang, 2016); (b) major tectonic, magmatism and major deposit locations of the Baoshan block (after Dong et al., 2013; Yu et al., 2014; Li et al., 2015; Liao et al., 2015)

区内地层具典型“二元”结构,基底主要为震旦纪-中寒武系公养河群,由轻微变质的次深-浅海相砂岩、泥页岩夹硅质岩及少量灰岩组成,局部夹火山岩(499Ma, U-Pb年龄, 杨学俊等, 2012);沉积盖层为一套浅海-潮坪环境的碳酸盐岩、砂页岩、碎屑岩及笔石岩建造,其中古生代的碳酸盐岩为本区热液铅锌矿床的主要含矿岩系(朱飞霖等, 2011; 李文昌等, 2010; 陶琰等, 2010)。区域内褶皱和断裂构造广泛发育,以SN向、NNE向及NE向的宽缓褶皱和断裂构造为主,复式背斜与深大断裂的交汇部位是该区系列同类大-中型热液铅锌矿床产出的重要位置(薛传东等, 2008; 黄华等, 2014a; 夏庆霖等, 2005; 陶琰等, 2010)。岩浆岩零星分布(图 1b),仅出露有印支期(253~241Ma)木厂碱性花岗岩(顾影渠等, 1988)、燕山期志本山(126.7±1.6Ma)、柯街(93±13Ma)(陶琰等, 2010)及高黎贡(126~118Ma)高钾过铝质花岗岩体(杨启军等, 2006)。燕山期中酸性岩体的形成被认为是同期陆陆碰撞造山事件所导致地壳增厚、伸展减压重熔的产物(朱飞霖等, 2011; 邓军等, 2014; Deng et al., 2014a; Wang et al., 2016),但区内至今未发现与已知矿床有直接成因联系的岩体,推测区内的核桃坪、金厂河、芦子园矿床成矿流体可能与保山地块内燕山期花岗岩浆活动有关(陶琰等, 2010; 杨玉龙等, 2012; Yang et al., 2013; 黄华等, 2014b; 邓明国等, 2016)。

2 矿床地质地质特征

芦子园矿区出露地层为寒武系保山组一段和沙河厂组二、三段,岩性主要为灰岩及薄-中厚层状大理岩夹钙质板岩,其中寒武系沙河厂组二、三段(∈3s2、∈3s3)为矿区主要的赋矿层位(图 2a-c)。该区断裂极为发育(图 2a, b),后期的NW向断裂组(F6、F7、F8、F9、F12和F13)切割早期的NE向(F1、F2、F3和F4)断裂组于芦子园次级背斜核部形成似“井”字型的格子状构造分布(图 2b)。矿区内岩浆岩不发育,偶见零星辉绿岩脉(锆石U-Pb年龄,362±1.5Ma,江小均,私人通讯)沿NE向断裂分布(图 2b),且无明显矿化特征。

图 2 芦子园Pb-Zn-Fe(-Cu)矿床地质简图(据邓明国等, 2016修改) (a)镇康地区矿产分布图;(b)芦子园矿床地质简图;(c) 31号勘探线剖面示意图.1-寒武系保山组一段;2-寒武系沙河厂组三段;3-寒武系沙河厂组二段;4-辉绿岩脉;5-Pb-Zn矿体;6-Fe矿体;7-Cu矿体;8-实测断层及编号;9-推测断层及编号;10-矽卡岩;11-蔷薇辉石 Fig. 2 Geological sketch map of the Luziyuan Pb-Zn-Fe(-Cu) deposit (modified after Deng and Wang, 2016) (a) distribution of mineral resources in the Zhenkang area; (b) geological sketch map of the Luziyuan deposit; (c) the section of No.31 prospecting line of the Luziyuan deposit. 1-Member 1, Cambrian Baoshan Formation; 2-Member 3, Cambrian Shahechang Formation; 3-Member 2, Cambrian Shahechang Formation; 4-diabase dyke; 5-Pb-Zn orebody; 6-Fe orebody; 7-Cu orebody; 8-measured fault and its number; 9-inferred fault and its number; 10-skarn; 11-rhodonite

该矿床矿体呈NE向就位于上寒武统沙河厂组二、三段的层间裂隙和断裂破碎带中,矿体与地层产状一致,赋矿围岩上部以大理岩为主,中下部逐渐过渡为矽卡岩(图 2c),矿体形态严格受断裂破碎带产状控制,呈似层状、脉状及透镜状产出。矿体规模受地层岩性和构造的双重控制,垂直和水平矿化分带明显(杨玉龙等, 2012; 曾磊, 2014; 王朋等, 2015; 邓明国等, 2016),由深至浅从矿体到围岩依次为矽卡岩型Fe-Cu矿化→矽卡岩-大理岩型Fe-Cu-Pb-Zn矿化→大理岩型Pb-Zn矿化组合分带特征,并在阳起石、蔷薇辉石矽卡岩化广泛发育地段形成高品位的铅锌工业矿体(邓明国等, 2013, 2016)。据矿体产出形态、规模及空间组合分布特征,可划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号铅锌矿带和Ⅴ号磁铁矿带(图 2b),其总体倾向285°~345°,倾角50°~70°。其中,主矿带(Ⅱ)矿体总长大于3000m,中上部以Zn-Pb矿化为主伴有Cu、Ag矿化,矿体平均厚7.11~11.74m,平均品位Zn 2.95%~3.14%、Pb 0.30%~0.55%,下部以Fe矿化(磁铁矿)为主伴有Cu矿化,矿体平均厚14.97~20.51m,单工程平均品位TFe 17.90%~29.49%(蒋成兴等, 2013)。

矿石矿物组合多样,中上部以闪锌矿为主,次为方铅矿、黄铜矿、黄铁矿,下部以磁铁矿为主,伴生少量黄铜矿和雌黄铁矿,浅表见褐铁矿、白铅矿、孔雀石等氧化矿。矿区中深部矽卡岩化强烈,以石榴子石、透辉石、透闪石、蔷薇辉石、阳起石、绿泥石和绿帘石等矽卡岩矿物组合为主,并发育大量石英、方解石和少量萤石。硫化矿石多为条带状、块状、浸染状、角砾状和脉状-网脉状构造等(图 3),随着矿化的不断增强,多演化为稠密浸染状、条带状抑或由两种及两种以上组合而成的复合构造型式,脉状构造往往以充填的形式形成于构造裂隙内,在断裂破碎带和层间破碎带多发育角砾状及块状构造,而氧化矿多为皮壳状、多孔状和土状构造。矿石结构以半自形-他形粒状结构、等粒结构、粒状变晶结构、交代溶蚀-残余结构、填隙结构、压碎结构和交代镶边结构为特征(图 4)。

图 3 芦子园矿床矿石矿物组合特征 (a)早矽卡岩阶段A类蔷薇辉石解理裂隙被方铅矿细脉充填;(b)早矽卡岩阶段B类蔷薇辉石被浸染状闪锌矿、方铅矿包裹;(c)晚矽卡岩阶段石英被闪锌矿、方铅矿包裹,其裂隙被后期方铅矿充填,呈块状构造;(d)晚矽卡岩阶段萤石和石英,被硫化物阶段方铅矿、闪锌矿沿裂隙充填和包裹;(e)硫化物阶段石英,黄铜矿呈脉状与石英共生,呈脉状构造;(f)硫化物阶段石英与金属硫化物紧密共生,黄铜矿呈浸染状产出构成浸染状构造;(g)硫化物阶段石英和方解石,早期阳起石化矽卡岩发育微弱闪锌矿化(浅黄色),被后期方解石、石英脉切穿,并见闪锌矿化;(h)石英碳酸盐阶段石英、方解石脉,切穿具微弱闪锌矿化的晚矽卡岩阶段矽卡岩;(i)碳酸盐阶段萤石、石英及方解石,发育典型后期晶洞构造 Fig. 3 Ore mineral assemblages and occurrences of the Luziyuan deposit (a) Type A rhodonite in early skarn stage, galena veinlets are filling cleavage and fracture; (b) Type B rhodonite in early skarn stage, symbiosis with sphalerite and galena; (c) quartz of late skarn stage, massive structure, and early quartz is surrounded by sphalerite and galena, galena veinlets are filling the fracture; (d) fluorite and quartz of late skarn stage, filled and wrapped along the fracture by galena and sphalerite in quartz-sulfide stage; (e) quartz of quartz-sulfide stage, vein structure, chalcopyrite veins and quartz intergrowth; (f) quartz and sulfide close symbiosis in quartz-sulfide stage, disseminated structure, chalcopyrite output with disseminated; (g) quartz and calcite of quartz-sulfide stage, weak zinc mineralization (pale yellow) in the early skarn stage, which was cut by the late calcite and quartz veins; (h) quartz and calcite veins in carbonate stage, and cut through the late skarn stage with weak zinc mineralization; (i) fluorite, quartz and calcite in carbonate stage with typical late geode

图 4 芦子园矿床矿石组构特征 (a)半自形-自形晶毒砂(白色)沿围岩裂隙呈浸染细脉状分布,浅黄色为黄铁矿,灰色为闪锌矿;(b)网脉状闪锌矿(红棕色)分布于石英裂隙中;(c)闪锌矿(灰色)及黄铜矿(黄色)呈细脉穿入蔷薇辉石裂隙;(d)方铅矿(白色)沿压碎黄铁矿(浅黄色)裂隙呈网脉状分布;(e)闪锌矿(灰色)沿黄铜矿(黄色)裂隙交代形成网脉状结构;(f)黄铁矿(浅黄色)被方铅矿(白色)、闪锌矿(灰色)、黄铜矿(黄色)交代呈筛孔-骸晶结构;(g)黄铁矿(浅黄色)、黄铜矿(黄色)分布于围岩裂隙交叉处形成压碎结构;(h)闪锌矿(灰色)、黄铜矿(黄色)、黄铁矿(浅黄色)、方铅矿(白色)呈他形粒状沿围岩裂隙呈网脉-浸染状分布,白铁矿(黄白色)呈板状聚片晶交代磁黄铁矿呈溶蚀-残余结构;(i)方铅矿(白色)、黄铜矿(黄色)和黄铁矿(浅黄色)充填于脉石矿物粒间构成填隙结构. Sp-闪锌矿;Gn-方铅矿;Py-黄铁矿;Ccp-黄铜矿;Mrc-白铁矿;Apy-毒砂;Rdn-蔷薇辉石;Qtz-石英;Cal-方解石 Fig. 4 Ore textures and structures of the Luziyuan Pb-Zn deposit (a) hypidiomorphic idiomorphic crystal structure, arsenopyrite (white) hypidiomorphic idiomorphic crystal with veinlet and disseminated along the cracks in gangue rock, pyrite (pale yellow), sphalerite (gray); (b) sphalerite (reddish brown) distribution in quartz to form network fracture; (c) sphalerite (grey) and chalcopyrite (yellow) veins were inserted into Rhodonite; (d) galena (white) along the crushed pyrite (yellow) fracture distributed with stockwork; (e) sphalerite (gray) along the chalcopyrite (yellow) cracks to form network structure; (f) pyrite (pale yellow) replaced by galena (white), sphalerite (grey) and chalcopyrite (yellow) to form the sieve-skeleton crystal structure; (g) crushed structure, pyrite (pale yellow) and chalcopyrite (yellow) distributed in the gangue rock; (h) sphalerite (grey), chalcopyrite (yellow), pyrite (pale yellow), galena (white) is xenomorphic granular along the fracture with vein and disseminated distribution, corrosion residual structure; (i) interstitial structure, galena (white), chalcopyrite (yellow) and pyrite (pale yellow) filling in gangue mineral grain. Note: Sp-sphalerite; Gn-galena; Py-pyrite; Ccp-copper; Mrc-marcasite; Apy-arsenopyrite; Rdn-rhodonite; Qtz-quartz; Cal-calcite

矿区围岩蚀变强烈,多类型叠加现象普遍,主要蚀变类型有矽卡岩化、硅化、大理岩化和方解石化。矽卡岩化是区内最重要的蚀变类型,且主要为蔷薇辉石、阳起石、绿泥石和绿帘石化矽卡岩。硅化在矿体及围岩中均较发育,可划分为早、中、晚3个阶段:晚矽卡岩阶段见少量石英呈团块状被闪锌矿、方铅矿包裹(图 3c, d);石英硫化物阶段的石英呈浸染状与闪锌矿、方铅矿和黄铜矿紧密共生(图 3e-g);石英碳酸盐阶段的石英与萤石、方解石共生,石英-方解石呈脉状产出(图 3h)。大理岩化主要发育于矽卡岩化与灰岩的接触部位,二者界线清晰,见脉状闪锌矿、方铅矿产于大理岩裂隙及层间破碎带内。方解石化可分为3个阶段:石英硫化物阶段的方解石和石英呈浸染状与金属硫化物紧密共生;石英碳酸盐阶段的方解石晶形良好,节理发育,主要呈脉状产出,局部切穿矽卡岩和矿体;以及后期发育的典型方解石晶洞、梳状构造(图 3i)。

根据芦子园矿床的矿石矿物共生组合特征及其穿插关系,该矿床流体成矿作用至少可划分为早矽卡岩阶段、晚矽卡岩阶段、石英硫化物阶段和石英碳酸盐阶段,依次为:

(1) 早矽卡岩阶段,此阶段矽卡岩主要由石榴子石、透辉石、蔷薇辉石等典型的无水硅酸盐矿物组成,尤以中部发育蔷薇辉石为特征,可划分为两种类型:A类蔷薇辉石,颜色鲜亮呈桃红色,晶面干净且结晶颗粒粗大,解理发育,被铅锌矿细脉充填(图 3a图 4c),继而被晚矽卡岩阶段阳起石包裹(图 3a);B类蔷薇辉石,色泽变浅、颗粒细小,见浸染状闪锌矿充填其间(图 3b)。石榴子石具自形-半自形等轴粒状变晶结构和压碎结构,被阳起石和绿泥石穿切交代。透辉石呈叶片状嵌于蔷薇辉石解理中,表明其形成晚于蔷薇辉石。

(2) 晚矽卡岩阶段,主要为绿帘石、绿泥石、阳起石和透闪石等含水硅酸盐矿物构成,以放射状和纤维状的阳起石、以及绿帘石和绿泥石为特征。此阶段的金属矿物磁铁矿主要呈条带状、浸染状和块状构造产于下部矽卡岩中,并形成厚大磁铁矿体。石英呈小团块状或粗颗粒产出,被石英硫化物阶段闪锌矿和方铅矿包裹,局部被铅锌矿细脉穿切(图 3c图 4b),表明该阶段石英形成早于金属硫化物。萤石主要为紫色,呈团块状、斑点状与早期石英共生(图 3d)。

(3) 石英硫化物阶段,为该矿床金属硫化物形成的主要阶段,大量金属硫化物如闪锌矿、方铅矿以及少量黄铁矿、黄铜矿在此阶段聚集沉淀。闪锌矿呈黑色-浅黄色,自形-半自形产出,结晶颗粒粗大(图 3c, d),充填于早矽卡岩阶段脉石矿物间(图 4b, c, h)。方铅矿为半自形-自形粒状,常沿矽卡岩矿物和早阶段硫化物裂隙充填交代形成交代溶蚀结构和筛孔-骸晶结构(图 4d-f, h),并与闪锌矿共生(图 3c, d图 4e, f),二者呈块状、浸染状及脉状(图 3c, e-g)聚集于矽卡岩和大理岩层间裂隙形成工业矿体,与其紧密共生的石英、方解石呈浸染状产出(图 3e, f)。

(4) 石英碳酸盐阶段,此阶段形成大量方解石、石英脉,伴随微弱星点状、稀疏浸染状闪锌矿化和黄铜矿化,局部切穿早期矽卡岩和矿体(图 3h),偶见后期方解石-萤石-石英晶洞、梳状构造(图 3i),显示成矿后期构造特征。

3 样品采集及分析方法

在野外详细观察的基础上,分别在芦子园矿区不同中段坑道采集各成矿阶段的矿石标本32件,测试样品包括成矿早期(矽卡岩阶段)的蔷薇辉石、萤石和石英(图 3a, c, d)、主成矿期(石英硫化物阶段)闪锌矿、石英和方解石(图 3e-g)和成矿后期(石英碳酸盐阶段)方解石、萤石和石英(图 3h, i),分别磨制包裹体片,开展金属矿物和脉石矿物原生流体包裹体岩相学、测温学与拉曼成分研究,以及对应阶段的石英H-O同位素分析测试。

流体包裹体显微测温分析在中国地质科学院矿产资源研究所完成,所用测试仪器为Linkam THMSG600型冷热台,测温范围-196~600℃,冷冻和均一温度精度分别为±0.2℃和±2℃。显微测温中的升温速率一般为0.5~10℃/min,在冰点和含CO2包裹体相变附近为0.2℃/min,均一温度附近控制在1℃/min。

群体包裹体成分检测在国土资源部中南矿产资源监督检测中心(武汉地质矿产所)完成,分析方法为热爆-超声波提取法。液相成分K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Li+和F-、Cl-、SO42-、Br-分别采用原子吸收光谱法(日立Z-2300)和离子色谱(DIONEX ICS-3000),仪器灵敏度为0.01mg/L;气相成分仪器为气相色谱仪(GC-2014C),灵敏度为0.01×10-6。单个包裹体的激光拉曼探针分析在中国地质科学院矿产资源研究所实验室进行。实验仪器为英国Renishaw System-2000显微共焦激光拉曼光谱仪,激光波长为514.53nm,功率20mW,激光束斑最小直径1μm,光谱分辨率1~2cm-1

H、O同位素分析在北京核工业地质研究院稳定同位素实验室完成。在双目镜下挑选纯度达99%以上不同阶段石英颗粒,O同位素组成用BrF5法,包裹体水的H同位素组成用Zn还原法(Coleman et al., 1982)获得,均使用MAT253质谱仪进行分析。以SMOW作为标准,记为δ18OV-SMOWδDV-SMOW,分析精度分别为±0.2‰和±1‰, 具体分析方法见Mao et al. (2008)

4 流体包裹体及H-O同位素特征 4.1 流体包裹体岩相学特征

芦子园矿床各阶段脉石矿物中广泛发育流体包裹体,类型多样。按其在常温(25℃)条件下的相态种类及均一方式可划分为6种类型(Roedder, 1984; 卢焕章, 2011):富气相包裹体(Ⅰ型)、富液相包裹体(Ⅱ型)、含子矿物三相包裹体(Ⅲ型)、含CO2三相包裹体(Ⅳ型)、纯气相包裹体(Ⅴ型)和纯液相包裹体(Ⅵ型)。各阶段各类型包裹体岩相学特征如下。

4.1.1 早矽卡岩阶段

以A类蔷薇辉石包裹体较发育为特征,主要见纯液相包裹体(Ⅵ型)和少量富液相包裹体(Ⅱ型)。纯液相包裹体(图 5a)约占60%,且多沿解理呈长管状、针状和不规则状成群定向分布,个体变化较大,直径约4~60μm;Ⅱ型包裹体呈长条形、椭圆形和不规则状小群分布,形态变化相对较小,大小约3~20μm,气液比约5%~20%。B类蔷薇辉石包裹体基本不发育或个体较小难以观测。

图 5 芦子园矿床不同阶段流体包裹体特征 (a)早矽卡岩阶段A类蔷薇辉石中Ⅱ型包裹体;(b)晚矽卡岩阶段石英中的Ⅳ型包裹体;(c)晚矽卡岩阶段萤石中Ⅱ型与Ⅲ型包裹体共存;(d)硫化物阶段石英中Ⅱ型包裹体与Ⅴ型包裹体共生;(e)硫化物阶段石英中Ⅱ型包裹体与Ⅵ型包裹体共生;(f)石英硫化物阶段红棕色闪锌矿中Ⅱ型包裹体;(g)石英硫化物阶段浅黄色闪锌矿中Ⅴ型包裹体;(h)碳酸盐阶段石英中Ⅱ型包裹体与Ⅵ型包裹体共生;(i)碳酸盐阶段Ⅱ型包裹体. V-气相;L-液相;S-子矿物 Fig. 5 Characteristics of fluid inclusions in different stages from the Luziyuan deposit (a) Type Ⅱ inclusions of the Type A rhodonite in early skarn stage; (b) Type Ⅳ inclusions of quartz in the late skarn stage; (c) the coexistence of Type Ⅱ and Ⅲ inclusions of fluorite in late skarn stage; (d) the coexistence of Type Ⅱ and Ⅴ inclusions of quartz in quartz-wulfide stage; (e) the coexistence of Type Ⅱ and Ⅵ inclusions of quartz in quartz-wulfide stage; (f) Type Ⅱ inclusions of red-brown sphalerite in quartz-sulfide stage; (g) Type Ⅴ inclusions of pale yellow sphalerite in quartz-sulfide stage; (h) the coexistence of Type Ⅱ and Ⅵ inclusions of quartz in carbonate stage; (i) Type Ⅱ inclusions of carbonate stage. V-vapor phase; L-liquid phase; S-daughter mineral
4.1.2 晚矽卡岩阶段

石英中包裹体最为发育,个体变化较大,形态类型多样。Ⅳ型包裹体多呈圆形、椭圆形、长条形和不规则状(图 5b),直径约6~60μm,气液比15%~40%,CO2体积比40%~90%;Ⅱ型包裹体呈不规则状、椭圆形与含CO2三相包裹体共生,大小6~40μm,气液比5%~40%;Ⅵ型包裹体多呈不规则状和长管状,大小为7~30μm,偶见纯CO2气体包裹体,呈褐黑色,大小约8μm。

萤石中偶见含子矿物三相包裹体(Ⅲ型),由气、液和固相三相组成,透明子矿物呈立方体或棱角略圆(图 5c),可能为NaCl和KCl晶体,呈长管状和不规则状随机分布,大小为2~25μm,气液比约20%;Ⅱ型包裹体较发育,多呈米粒状和不规则状成群随机分布,气液比为10%~30%。

4.1.3 石英硫化物阶段

该阶段石英中包裹体较发育,其大小和丰度远大于与其共生的方解石和金属矿物(闪锌矿)。石英中以Ⅱ型包裹体为主,呈椭圆形、长条形、菱形和不规则状成群随机分布,大小一般在5~18μm左右,少数达30μm,气液比约为15%~30%。偶见不规则、米粒状Ⅵ型包裹体零星分布,直径约5~16μm。方解石中Ⅱ型与Ⅵ型包裹体共存,前者主要为负晶形、不规则状、长管状和椭圆形成群分布,大小为6~15μm,气液比为10%~30%;后者为负晶形、不规则状,大小约5~20μm。闪锌矿按其颜色可分为两类:(1)红棕色闪锌矿,以Ⅱ型包裹体(图 5f)为主,呈椭圆形、长管状和不规则状杂乱分布,大小为4~30μm,少数达50μm,气液比为10%~30%,约占60%~80%;Ⅵ型包裹体呈不规则状、长条形,大小为4~12μm。偶见大小为4~23μm的Ⅴ型包裹体,呈圆形、椭圆形分布。(2)浅黄色闪锌矿,其形成略晚于深色闪锌矿,包裹体类型多样。Ⅴ型包裹体(图 5g),约占5%~10%,呈椭圆形和圆形,大小约为8~18μm;Ⅵ型包裹体呈长管状、不规则状和拉丝状分布,直径约为4~16μm,约占60%~80%;Ⅱ型包裹体多呈不规则状成群分布,大小一般为7~13μm,大者达23μm,气液比5%~15%,约占15%~30%。

4.1.4 石英碳酸盐阶段

该阶段石英、方解石和萤石中包裹体均较发育。其中石英中Ⅱ型包裹体相对发育,呈长管状、椭圆形及不规则状成群分布,一般为3~18μm,气液比5%~30%;Ⅵ型包裹体多呈拉丝状和不规则状(图 5h),可见“卡脖子”现象,大小为3~8μm,少数达15μm。方解石中发育Ⅱ型和Ⅵ型包裹体,前者形态多样,呈负晶形、不规则状、长管状和椭圆形成群分布(图 5i),但以负晶形为主,大小多为4~15μm,气液比8%~30%;后者呈长条形、不规则状沿节理裂隙和生长晶面发育,大小一般为5~20μm。Ⅱ型包裹体大小约为3~12μm,呈椭圆形和不规则状,气液比5%~10%;Ⅵ型包裹体丰度相对较大,约占60%~80%,直径约3~15μm。

上述岩相学分析表明,在芦子园矿床成矿流体演化过程中,Ⅱ型和Ⅵ型包裹体基本贯穿流体演化全过程,以Ⅱ型包裹体较发育为特征,随着成矿流体的不断演化,Ⅲ型和Ⅳ型包裹体逐渐消失,其岩相学特征也从多类型(Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型、Ⅵ型)向单一类型(Ⅱ型、Ⅵ型)以及气液比逐渐减小的演变过程。

4.2 包裹体显微热力学

本次共获得不同阶段包裹体的均一温度测试数据284个(表 1图 6)。所有包裹体均一至液相,各阶段显微热力学特征如下。

表 1 芦子园矿床流体包裹体的显微测温结果 Table 1 The microthermometric results of fluid inclusion from the Luziyuan deposit

图 6 不同阶段包裹体均一温度、盐度分布直方图 Fig. 6 Homogenization temperature and salinity histogram of fluid inclusion in different stages

早矽卡岩阶段蔷薇辉石Ⅱ型包裹体丰度及个体较小,仅获得7个有效数据,测得均一温度为233.6~388.0℃,冷冻-升温过程中,测得Ⅱ型包裹体冰点温度-7.1~-13.8℃,对应计算盐度为10.6%~17.6% NaCleqv。

晚矽卡岩阶段萤石中Ⅱ型包裹体均一温度为280~320℃,计算盐度为9.9%~10.5% NaCleqv,而含子矿物三相包裹体测温学参数未能获得。石英中Ⅱ型和与之共存的Ⅳ型包裹体均一温度相近而盐度差别较大,Ⅱ型包裹体均一温度为214.9~388.0℃,集中于280~320℃之间,计算盐度为5.9%~16.4% NaCleqv;Ⅳ型包裹体均一温度为298.8~341.0℃,据CO2笼合物熔化温度(7.7~8.9℃),计算盐度为2.0%~4.4% NaCleqv。

石英硫化物阶段的石英、方解石均一温度分别为151.0~285.0℃、150.0~235.0℃,对应计算盐度分别为4.2%~13.8% NaCleqv和2.5%~13.7% NaCleqv。红棕色闪锌矿包裹体均一温度为240~270℃,计算盐度6.9%~7.1% NaCleqv;浅黄色闪锌矿包裹体均一温度为186.0~210.0℃,对应盐度为5.4%~8.7% NaCleqv。

石英碳酸盐阶段萤石包裹体均一温度及盐度较晚矽卡岩阶段显著下降,均一温度为145.0~160.0℃,计算盐度为2.8%~3.4% NaCleqv;石英包裹体均一温度为105.0~187.5℃,计算盐度0.5%~12.3% NaCleqv;方解石中包裹体均一温度为115.0~122.0℃,计算盐度3.7%~3.9% NaCleqv。

以上显微测温和盐度计算结果显示,芦子园矿床成矿流体的均一温度及盐度分布范围较广,并有不同程度重叠,其均一温度和盐度峰值呈明显降低趋势。早期成矿流体均一温度和盐度峰值分别为240~340℃和8.0%~16.0% NaCleqv,主成矿期流体均一温度和盐度峰值分别为160~280℃和4.0%~10.0% NaCleqv,至成矿后期均一温度和盐度峰值演化为120~160℃和2.0%~8.0% NaCleqv(下文均一温度和盐度为峰值)。上述表明,成矿流体从早期的中高温、中高盐度到主成矿期的中低温、低盐度逐渐向后期可能有低温大气降水混合的演化过程(图 6)。

4.3 包裹体成分 4.3.1 包裹体群成分分析

本文选取了成矿早期和主成矿期有代表性的流体包裹体群进行了气液相成分分析(表 2)。分析结果显示,成矿早期流体中的阳离子主要有K+、Na+、Ca2+和Mg2+,含少量Li+;阴离子以F-、Cl-、SO42-为主,次为Br-;气相成分主要为H2O和CO2以及少量CH4,呈现H2O>CO2>CH4>CO和H2。早期流体K+和Na+含量及Na+/K+比值较高,到主成矿期明显减少。早期流体卤化物浓度较高,Cl-/SO42-比值高达256.86和391.17,主成矿期Cl-/SO42-比值显著减小至4.06,Cl-、F-卤离子浓度降低,而SO42-增多。由前述包裹体的岩相学观察显示,成矿早期流体中含子矿物包裹体,而子矿物是成矿流体具有复杂成分的重要证据,也表明成矿流体富含K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子和Cu、Fe等成矿元素以及CO2、Cl、F等矿化剂。因此,流体包裹体群成分分析结果和岩相学特征一致。

表 2 芦子园矿床流体包裹体群成分分析 Table 2 Chromatography data for the vapor and the liquid phase of fluid inclusion from the Luziyuan deposit
4.3.2 单个包裹体激光拉曼成分

激光拉曼显微探针分析显示,早阶段包裹体液相成分以H2O为主,溶有少量CO2、NH3和H2S,同时在蔷薇辉石包裹体中检测到SO42-特征峰,气相成分以较强CO2谱峰为特征,H2O和CH4次之,含少量N2。中阶段的液相成分以H2O为主,溶有微量CO2,气相成分主要为CH4和H2O,少量CO2和N2,CO2谱峰明显减弱,而CH4谱峰强于CO2特征峰(图 7b)。晚阶段石英及方解石包裹体成分单一,气相和液相成分均以H2O为主,而未发现其他挥发性气体。

图 7 芦子园矿床不同阶段包裹体激光拉曼光谱分析谱图 (a)早矽卡岩阶段液相成分;(b)硫化物阶段气相成分检测到CO2和CH4;(c)硫化物阶段液相成分;(d)硫化物阶段闪锌矿包裹体气相成分;(e、f)碳酸盐阶段液相成分 Fig. 7 Laser raman spectra of inclusion in different stages from the Luziyuan deposit (a) liquid composition in early skarn stage; (b) vapor composition contining CO2 and CH4 in quartz-sulfide stage; (c) liquid composition in quartz-sulfide stage; (d) fluid inclusion vapor composition of sphalerite in quartz-sulfide stage; (e, f) liquid composition in Carbonate stage

上述成分分析表明,芦子园矿床流体包裹体的液相成分均以H2O为主,但不同阶段包裹体液相和气相成分及含量有所差异(表 2图 7)。早期流体富含大量CO2、K+、Na+、F-和Cl-,以及少量CH4及N2,表明初始流体是一种高K、Na,富含CO2、N2、F等成分的深源流体(陈衍景等, 2007)。在流体运移演化和成矿过程中,K+、Na+、F-及CO2含量显著减少,CH4和SO42-逐渐增加,显示成矿流体从富集多组分K质岩浆热液向以H2O为主的单一流体演化,CO2、F-和Cl-浓度明显降低,而CH4和SO42-变化呈与之相反的趋势。上述特征显示,芦子园矿床成矿环境从氧化条件逐渐向还原环境的演化过程,这也与典型矽卡岩矿床成矿流体的演化特征一致(Chen et al., 2007; 卢焕章, 2011)。

4.4 H-O同位素

芦子园矿床不同阶段H、O同位素测试结果见表 3。早矽卡岩阶段蔷薇辉石中的δDV-SMOW为-81.7‰~-73.3‰,相应δ18OH2O为5.4‰~6.1‰(邓明国等, 2016);晚矽卡岩、石英硫化物和碳酸盐岩阶段石英中δDV-SMOW分别为-75.4‰、-72.5‰~-71.7‰和-71‰,计算的δ18OH2O为7.6‰、6.0‰~6.2‰和-1.9‰,从早到晚不同阶段石英中δ18OH2O值显著减小。将其投入δD-δ18OH2O同位素图解上(图 8),呈现芦子园矿床早期成矿流体主要落入原生岩浆水区域,随流体演化晚期逐渐向大气降水靠近。

表 3 芦子园矿床H-O同位素组成 Table 3 H-O isotopic compositions from the Luziyuan deposit

图 8 芦子园矿床不同阶段δD-δ18OH20图解(底图据Taylor, 1974) Fig. 8 δD vs. δ18OH20 diagram in different stages from the Luziyuan deposit (after Taylor, 1974)
5 讨论 5.1 成矿物理化学条件

流体包裹体作为热液矿床研究中一项必不可缺的重要内容(Wilkinson, 2001; 倪培等, 2005; 陈衍景等, 2007),从一定程度上能够良好再现古流体的物理化学条件。流体包裹体气液相成分测试结果显示(表 2),早矽卡岩阶段蔷薇辉石包裹体中气相成分除H2O外,富含CO2以及少量CH4;液相成分主要有K+、Na+、Ca2+、F-和Cl-,以及少量Li+和SO42-;K+、Na+、Ca+、Mg+的含量整体较高,显示早期流体具有较高盐度,与显微测温计算盐度(10.6%~17.6% NaCleqv)相一致;流体中有较为异常高的K和CO2,说明流体以富含K和CO2为特征,也与区内志本山、柯街(陶琰等, 2010)及高黎贡(杨启军等, 2006)等为高钾过铝质花岗岩体的特征一致,揭示了成矿流体与岩浆的内在联系;Ca+>Mg+,与赋矿地层主要为灰岩(CaCO3)而非白云岩(MgCO3)相吻合,表明围岩参与了流体的水/岩反应,成矿流体明显受到围岩的钙质混染。晚矽卡岩阶段的石英和萤石以富含CO2和少量子矿物三相包裹体为特征,包裹体组合类型多样,均一温度为214.9~388.0℃,盐度5.9%~16.4% NaCleqv,CO2含量明显增加(表 1),暗示成矿流体在此阶段更具氧化性,由于铁在热液中以氯化物配合物形式迁移,而不以硫化物形式迁移(Hemley et al., 1992),因而早期成矿流体中的Cl-、F-为铁所用,致使大量的磁铁矿沉淀,这也与该矿床深部产出厚大矽卡岩型磁铁矿体,以及晚阶段伴有萤石产出的地质事实相一致。上述表明,早期成矿流体是一种含一定成矿元素的中高温、较高盐度、高K质和富含CO2等氧化性的富H2O流体,显示具有深源岩浆热液的特征。

主成矿阶段的石英和闪锌矿发育富液相、纯液相和纯气相包裹体,不同类型包裹体共存,均一温度集中于150.0~285.0℃,闪锌矿均一温度(180.0~280.0℃)略低于与之共生的石英,但相差较小(约20~40℃),盐度介于2.5%~13.7% NaCleqv之间;液相成分以H2O为主,K+、Na+、Ca2+、F-和Cl-浓度显著降低,SO42-浓度显著增加;气相成分主要为水蒸气,CO2含量明显减弱,CH4强度相对较高。表明该阶段成矿流体总体呈中温、中低盐度、含CH4略高于CO2的还原环境,也更有利于Pb、Zn(Cu)等成矿元素的沉淀富集。这与芦子园矿床在此阶段形成多个铅锌矿体的客观地质事实和前人(邓明国等, 2016)研究认为该矿床硫化物形成于还原环境的认识相一致。

碳酸盐阶段以发育小气液比的富液相和纯液相包裹体为特征,均一温度105.0~187.5℃,盐度0.5%~12.3% NaCleqv,流体演化为中低温、低盐度、成分单一的水溶液体系。

综合上述分析表明,芦子园矿床从成矿早期到成矿晚期,成矿体系从中高温、中高盐度的氧化环境逐渐向中温、中低盐度的还原环境转变,显示流体包裹体所反映的成矿演化特征与矿石矿物共生组合的特征相一致。

5.2 成矿流体来源及演化

本次对矽卡岩阶段的包裹体测试分析表明,其包裹体类型多样,均一温度集中于220~340℃,盐度介于8.0%~16.0% NaCleqv之间,成分以K+、Na+、Ca2+、F-、Cl-和H2O、CO2为主,含少量CH4和SO42-,表明早期成矿流体氧逸度较高,具中高温、中高盐度、富含挥发组分岩浆热液特点(佘宏全等, 2006; 卢焕章, 2011),并具大陆碰撞体制下形成的高盐度、高氧化性、富CO2和富水的浆控高温热液特征(Chen et al., 2007, 2009),流体为富F的H2O-CO2-KCl-NaCl-CaCl2体系。

H-O同位素研究显示(表 3图 8),芦子园矿床不同阶段成矿流体成分不同,并呈现一定规律性演化。在图 8中,早矽卡岩阶段蔷薇辉石和晚矽卡岩阶段石英的H、O同位素投点相对集中,主要落入原生岩浆水区域。石英硫化物阶段石英相对早期的石英δDV-SMOW值变大,δ18OH2O变小,并呈现向大气降水靠近趋势。碳酸盐阶段石英H、O同位素投点明显远离原生岩浆水而向大气降水线漂移(图 8),表明芦子园矿床成矿流体由早期岩浆热液体系不断演化为以天水为主的混合流体。矿石S同位素组成介于岩浆硫和同期海水硫之间,暗示硫来源除与岩浆热液有关,还有很大部分地层海水硫的加入(夏庆霖等, 2005)。本次对主成矿阶段的流体包裹体研究显示,此阶段含CO2包裹体消失,成矿流体温度和盐度较早期显著降低,其均一温度及盐度峰值分别为160~260℃和4.0%~10.0% NaCleqv,流体中K+、Na+、Ca2+、F-、Cl-和CO2含量减少,CH4、SO42-和Mg2+浓度增加,表明随外部流体的加入使原始岩浆热液流体温度降低,盐度稀释,流体演化为H2O-CH4-NaCl-CaCl2-MgCl2体系。成矿晚阶段随大气降水的不断混入,所捕获流体均一温度和盐度低至120~160℃和2.0%~8.0% NaCleqv,成分单一,成矿系统可能属H2O-NaCl体系。

综合流体包裹体和同位素研究表明,矿床成矿初始流体主要来源于岩浆热液,后期有大气降水的加入。综上认为,流体演化从早阶段到晚阶段呈现规律性变化,包裹体类型从复杂到简单,气液比由大变小;均一温度及盐度分布范围较宽,虽有不同程度重叠,但总体呈现由高到低(图 6),分布相对集中的特点。上述流体包裹体的特征显示,芦子园矿床的形成是一个逐渐减压降温、盐度降低的过程,途中伴随大量CO2、CH4、N2等挥发组分逸出,成矿流体从中高温、较高盐度、多组分岩浆热液向低温、低盐度水溶液演化的特征。

5.3 成矿机制

矿床地质特征是厘定矿床类型和研究成因的重要基础和关键依据,而结合流体包裹体研究能够更加合理有效解释成矿机制及矿床成因(陈衍景等, 2007; Chen et al., 2017)。芦子园矿床产于镇康复背斜与南汀河断裂交汇处,矿区NE向导矿、控矿构造及次级断裂极为发育。流体包裹体和H-O同位素研究表明,早期成矿流体反映深源岩浆特征,其可能源于保山地块与腾冲地块碰撞造山由挤压转为伸展阶段,减压增温作用促使深部物质熔融形成大规模富K质岩浆流体(陈衍景等, 2003),同时蓄积足够能量驱使富含挥发组分高温、较高盐度岩浆热液沿造山过程形成的先压后张构造裂隙运移,途中和碳酸盐岩发生水/岩反应,不仅活化、萃取围岩中的Pb、Zn、Fe、Cu等成矿元素,同时交代碳酸盐岩并形成石榴子石、透辉石、蔷薇辉石等早矽卡岩阶段的硅酸盐矿物组合。至晚矽卡岩阶段,石英和萤石捕获含CO2和子矿物的包裹体,表明此时流体处于较高温和较高盐度的氧化环境。在此阶段,主要形成绿帘石、绿泥石和阳起石等链状含水硅酸盐矿物(Deer et al., 2013),铁离子很难进入硅酸盐格架,而硫则在氧化条件下尚未被还原成S2-,而呈少量SO42-和SO2形式存在,促使大量铁离子以卤化物的形式搬运,在深部以氧化物形式沉淀(Berman and Brown, 1985; 胡芳芳等, 2010),形成厚大块状、条带状矽卡岩型磁铁矿体。这与前人(邓明国等, 2016)对成矿早期蔷薇辉石微量稀土元素的研究结果及矽卡岩阶段矿石矿物共生组合特征相一致。随流体继续向上运移并与围岩发生水/岩反应,温度不断降低,流体中SiO2逐渐达到饱和,进而结晶沉淀出团块状或粗粒石英。该阶段发育捕获含石盐子晶和CO2三相包裹体,成矿流体富含Ca2+、F-、Cl-和CO2,也有利于F-与Ca2+结合形成早期萤石,暗示成矿金属离子很可能在高氧逸度、较高盐度条件与卤素离子形成络合物形式运移(Heinrich, 2005, 2007; 吴德新等, 2013)。

主成矿阶段,成矿流体随导矿构造及层间破碎带运移演化,成矿系统转入相对开放的对流体系,温度和压力快速下降,盐度降低,大量CO2逃逸浓度降低,而CH4还原气体增多,成矿流体pH值增大,使成矿热液体系演变为还原环境。该阶段闪锌矿包裹体群成分和激光拉曼检测到较强CH4特征峰和微弱CO2谱峰,佐证了挥发分的逃逸和成矿流体系统由氧化向还原条件转变的过程。此时物理化学条件的改变和中高温岩浆热液在热化学还原作用(TSR)下开始将SO42-和SO2形式的硫还原成S2-,来自岩浆热液和流体运移途中萃取的壳源Pb、Zn、Fe、Cu等成矿金属元素(夏庆霖等, 2005; 朱飞霖等, 2011),在温度和压力的快速释放下搬运能力减弱,逐渐浓缩饱和与S2-结合形成金属硫化物(Simmons and Christenson, 1994; Seward and Barnes, 1997; Wilkinson, 2001)。该阶段矿石的S-Pb同位素显示,芦子园矿床铅和硫的来源有地层贡献(夏庆霖等, 2005),与硫化物紧密共生的石英H-O同位素表明,此时成矿体系有天水的混入。这可能是由于矿质除深部岩浆热液来源、运移途中萃取外,矿区极其发育的构造及层间裂隙为大气降水运移提供良好通道,并在渗滤运移途中也活化、萃取部分地层有用组分,不但增强了流体规模和丰富成矿物质来源,使成矿金属离子浓度增大,同时导致体系温度下降速度加快、反应范围扩大。流体的混合进一步驱使了闪锌矿、方铅矿、黄铜矿等金属矿物在有利部位沉淀聚集(Chen, 1998; Stoffell et al., 2008; Chen et al., 2009; Wilkinson et al., 2009; 朱路艳等, 2016)形成似层状、脉状及透镜状矿体。

现有研究表明,流体的沸腾作用是引起成矿物质沉淀的重要机制之一(张德会, 1997; Cox et al., 2001; Hagemann et al., 2003; Phillips et al., 2004; 陈衍景等, 2007)。当流体处于高温压条件,尤其是临界-超临界状态时,Pb、Zn、Fe、Cu等金属离子主要呈稳定性较高络合物形式存在,伴随温度、压力的突然释放会引起流体发生沸腾(Ruano et al., 2002; Shu et al., 2013),打破络合物稳定性,更好与S2-结合促使金属元素沉淀富集(芮宗瑶和张洪涛, 1984)。芦子园矿床包裹体类型组合多样,矽卡岩阶段富液相与含子晶包裹体共存,含二氧化碳包裹体和周围富液相包裹体(图 5c)均一温度相近,盐度却相差较大;硫化物阶段闪锌矿中富液相与纯气体包裹体共存(图 5d, f),石英中富液相与纯液相包裹体共存(图 5e),表明成矿过程流体沸腾作用显著。而早期的沸腾可能是由于温压的快速释放所致,硫化物阶段还可能有冷热流体的混合因素。因此,该阶段成矿环境的改变、流体混合和沸腾协同作用可能是芦子园矿床形成的重要机制。

碳酸盐阶段,陆内碰撞造山作用进入晚期,深部温度降低难以再产生大规模熔融物质和流体,而天水成分不断增加并转为主导(Chen et al., 2007),中温低盐度成矿流体在更加开放成矿系统下温度、压力得以释放,少量CO2等挥发组分逸失,演化为晚阶段低温、低盐度单一组分水溶液,此时成矿离子消耗殆尽,流体盐度稀释(张静等, 2004; 左力艳等, 2007),进而形成大量晚阶段的低温石英、萤石和方解石脉,偶见微弱星点状矿化。

5.4 矿床成因

芦子园矿床地处“三江”成矿带中南部的保山地块,经历了特提斯形成演化、欧亚大陆与印度板块碰撞造山的演化过程(李文昌等, 2010; Deng et al., 2014a; Wang et al., 2016)。矿体产于该地块镇康复式背斜芦子园次级背斜核部NE向构造破碎带,赋矿围岩为矽卡岩及矽卡岩化大理岩,矿床蚀变分带明显(见前文)、金属矿物组合多样(磁铁矿、毒砂、雌黄铁、黄铜矿、黄铁矿、闪锌矿、方铅矿等)、热液脉石矿物发育(矽卡岩矿物为主以及大量石英、方解石和少量萤石)、结构构造复杂(典型热液活动半自形-他形粒状结构、交代残余结构,块状、浸染状、脉状-网脉状构造共存)及围岩蚀变强烈(矽卡岩化、硅化、方解石化、大理岩化)等特征与典型矽卡岩矿床地质特征一致(Yun and Einaudi, 1982; 赵一鸣等, 1986, 1997, 2002; Meinert, 1987; Logan, 2000),也与产于同一构造背景的核桃坪、金厂河远程矽卡岩矿床类似(薛传东等, 2008; 杨玉龙等, 2012; 黄华, 2014; 黄华等, 2014a, b; Deng et al., 2014a; Chen et al., 2017)。

H-O同位素与前人S、Pb、Sr同位素(夏庆霖等, 2005; 朱飞霖等, 2011; 徐荣, 2016)和微量稀土(邓明国等, 2013, 2016)研究表明,芦子园矿床成矿物质来源与深源岩浆活动密切相关,并与核桃坪矿床(薛传东等, 2008; 杨玉龙等, 2012; Yang et al., 2013; Chen et al., 2017)和金厂河矿床(黄华, 2014; 黄华等, 2014a, b)极为相似。成矿初始流体为中高温(220~388℃)、中高盐度(8.0%~16.0% NaCleqv)、富含Ca2+、F-、Cl-和CO2等挥发组分高氧逸度的K质流体,与典型岩浆热液组分一致(Wilkinson, 2001; Chen et al., 2017),为典型大陆内部浆控高温热液而异于岛弧背景下贫CO2、贫F的H2O-NaCl流体(陈衍景和李诺, 2009),经运移反应进入主成矿阶段,流体温度(160~260℃)、盐度(4.0%~10.0% NaCleqv)逐渐降低,大量CO2、CH4、N2等挥发组分逸出,演化为成矿末端的低温、低盐度(120~160℃,2.0%~8.0% NaCleqv)单一组分水溶液。

综上分析表明,芦子园矿床的地质、流体包裹体和H-O同位素特征与诸多矽卡岩型矿床的特征一致,也与保山地块的核桃坪、金厂河矿床的形成过程类似,且3个同类型矿床均产于同一成矿地质背景,成矿年龄分别为141.9±2.6Ma(朱飞霖等, 2011)、116.1±3.9Ma(陶琰等, 2010)、118Ma(黄华等, 2014b),与燕山期志本山(126.7±1.6Ma)、柯街(93±13Ma)(陶琰等, 2010)及高黎贡(126~118Ma)高钾过铝质花岗岩体(杨启军等, 2006)十分接近。三个矿床可能是在特提斯演化晚阶段,中特提斯洋于晚三叠世至早白垩世进入闭合,此时拉萨地块向北漂移导致腾冲地块和保山地块碰撞,在直接强烈碰撞部位形成高黎贡造山带(莫宣学和潘桂棠, 2006; Metcalfe, 2011; Deng et al., 2014b)。由于燕山期陆陆碰撞造山事件导致地壳增厚、伸展减压增温,使地壳物质熔融形成岩浆热液,继而沿造山过程中地块内部形成的薄弱构造带运移演化,在不同时空就位成矿,这些大-中型矿床的形成可能是上述同期陆陆碰撞造山事件远距离效应的产物。但芦子园矿区至今仍未发现与已知矿床有直接成因联系的岩浆岩体,而地球物理资料显示矿区深部存在隐伏中酸性岩体(Liang et al., 2015),隐伏岩体可能为矿区大规模矽卡岩化以及铅锌矿化提供流体、热源及成矿物质,从而形成芦子园超大型铅锌铁铜多金属矿床。基于上述,本文认为芦子园矿床可能是在陆陆碰撞体制下形成的与深源岩浆热液有关的远程矽卡岩型铅锌铁铜多金属矿床。

6 结论

(1) 芦子园矿区发育似层状、脉状及透镜状的层控矽卡岩型铅锌铜多金属矿床,流体成矿从早期到晚期经历了多个矿化阶段。矽卡岩阶段包裹体类型多样,发育含子晶和含CO2三相包裹体,均一温度233.6~388.0℃,盐度8.0%~16.0% NaCleqv;硫化物阶段以富液相和纯气体包裹体居多,均一温度160~280℃、盐度4.0%~10.0% NaCleqv,闪锌矿化温度主要为180~280℃;碳酸盐阶段富液相包裹体气液比显著减小,纯液体包裹体增多,均一温度120~160℃、盐度介于2.0%~8.0% NaCleqv之间。

(2) 流体包裹体和H-O同位素研究表明,早期成矿流体为中高温、较高盐度、多挥发组分富F的H2O-CO2-KCl-NaCl-CaCl2岩浆热液体系;主成矿阶段随外部流体的加入演变成中温、中低盐度混合流体,成矿系统演化为H2O-CH4-NaCl-CaCl2-MgCl2体系;成矿晚阶段以中低温、低盐度大气降水为主,属H2O-NaCl体系。

(3) 成矿系统由氧化向还原环境的改变、流体的混合和沸腾作用可能是导致如此超大规模有用组分富集沉淀的重要机制。综合地质、流体包裹体和H-O同位素特征研究认为,芦子园Pb-Zn-Fe(Cu)多金属矿床的形成可能是在陆-陆碰撞体制下与中高温浆控有关的远程矽卡岩型矿床。

致谢 本研究相关野外地质调查及样品采集工作得到了鸿俊公司的大力支持,尤其是云南省地质调查院驻镇康项目组沙建泽工程师等对本次野外工作的全程协助;在室内流体包裹体数据测试分析过程中,得到了仓福彬同学的热心帮助;匿名审稿人和本文编辑对论文的修改、完善提出了宝贵意见和建议。谨此致谢!
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