云南蘭坪盆地西緣脈狀銅礦床富CO2流體來(lái)源的He和Ar同位素證據(jù)

張錦讓, 溫漢捷, 鄒志超, 杜勝江

(1. 成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所 資源評(píng)價(jià)與礦床研究室, 四川 成都 610081; 2. 中國(guó)科學(xué)院 地球化學(xué)研究所 礦床地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 貴州 貴陽(yáng) 550002; 3. 成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 四川 成都 610059)

0 引 言

“三江”中段蘭坪盆地是一個(gè)典型的中新生代陸內(nèi)盆地, 在大地構(gòu)造上屬于環(huán)特提斯構(gòu)造域, 是我國(guó)著名三江構(gòu)造-成礦帶中的一個(gè)重要組成部分。蘭坪盆地是著名的賤金屬成礦區(qū), 其中, 最為重要的是產(chǎn)出于盆地中北部的一系列喜馬拉雅期沉積巖容礦Pb-Zn和Cu-Ag等多金屬礦床[1–7], 主要包括中國(guó)最大的Pb-Zn礦床(金頂, Pb + Zn ＞ 1000萬(wàn)噸)、河西-三山Pb-Zn-Ag-Cu多金屬礦化區(qū)以及盆地西緣的一系列脈狀 Cu多金屬礦床。這些礦床均產(chǎn)于碰撞造山帶(新生代印度–亞洲大陸碰撞)環(huán)境, 主體賦存于盆地內(nèi)部中新生代沉積地層中, 受逆沖推覆構(gòu)造系統(tǒng)控制, 顯著區(qū)別于世界已知的各類(lèi)沉積巖容礦賤金屬礦床, 即噴流-沉積(Sedex) Pb-Zn、密西西比河谷(MVT)型 Pb-Zn、砂巖(SST)型 Pb-Zn和砂巖(SSC)型 Cu 礦床[3–4,7–10]。此外, 世界上沉積巖容礦賤金屬脈狀礦床中, 多為Pb-Zn-Ag礦脈, 獨(dú)立的Cu礦脈比較少見(jiàn), 蘭坪盆地西緣則存在大量獨(dú)立的銅礦體, 受控于西部逆推覆構(gòu)造及其次級(jí)構(gòu)造, 主要包括金滿 Cu-Ag礦床、連城 Cu-Mo礦床及一系列(30余個(gè))脈狀Cu礦床(點(diǎn)) (恩棋、科登澗、小格拉等), 部分礦床含少量Ag, 顯示獨(dú)特的成礦特點(diǎn)。

近年來(lái)的研究表明, 蘭坪盆地西緣脈狀Cu礦床和盆地內(nèi)普遍存在的Pb-Zn礦床在礦體產(chǎn)出形態(tài)、流體包裹體特征、同位素特征及成礦時(shí)代上都存在較大的差異[7,11–17]。

對(duì)蘭坪盆地西緣脈狀銅礦床成礦流體性質(zhì)的認(rèn)識(shí)出現(xiàn)頗多分歧, 爭(zhēng)論主要集中在盆地流體[5,18–20]和與深部作用(隱伏巖漿活動(dòng)、深部變質(zhì)作用、甚至幔源流體活動(dòng))有關(guān)的流體上[15,21,22]。成礦流體性質(zhì)認(rèn)識(shí)的具大分歧, 也導(dǎo)致礦床成因亦存在很大爭(zhēng)議, 如“改造成因礦床”[19,23]、“噴流(熱水)沉積礦床”[18,24]和“造山型銅礦床”[4]等。

總結(jié)前人研究成果, 筆者發(fā)現(xiàn)爭(zhēng)議的焦點(diǎn)主要集中在成礦流體來(lái)源的問(wèn)題上。筆者通過(guò)系統(tǒng)的流體包裹體研究表明, 金滿Cu-Ag和連城Cu-Mo礦床成礦流體整體上是一種中高溫、中低鹽度、極富CO2的流體(CO2-H2O包裹體均一溫度集中在260～340 ℃, 鹽度集中在 1%～4% NaCl)[17]。雖然僅從流體成分還不能確定本區(qū)富CO2流體的來(lái)源[25–26],但至少可以確定不應(yīng)是大氣降水主導(dǎo)的盆地流體,不屬于典型的盆地流體系統(tǒng), 這在整個(gè)蘭坪盆地是十分特殊的[9,26–31]。探討這種富含 CO2流體的來(lái)源對(duì)研究整個(gè)盆地西緣脈狀銅礦床成礦流體特征及其礦床成因都具有非常重要的意義。前人對(duì)研究區(qū)脈狀銅礦床(金滿、連城等)成礦流體來(lái)源和演化的研究, 主要側(cè)重于 C、H、O、S等穩(wěn)定同位素地球化學(xué)方面[6,14,18,19,24], 然而, 由于水巖作用和同位素交換反應(yīng)等因素的影響, 使得 C、H、O、S等穩(wěn)定同位素組成示蹤流體來(lái)源常具有多解性。

稀有氣體具有化學(xué)惰性, 在地質(zhì)作用過(guò)程中一般不參與化學(xué)反應(yīng); 并且在不同來(lái)源的流體中具有極不相同的同位素組成, 特別是地殼氦(3He/4He =0.01～0.05 R/Ra; Ra代表大氣氦的3He/4He比值, 為1.4×10–6)和地幔氦(3He/4He = 6～9 R/Ra)的3He/4He比值存在高達(dá)近1000倍的差異[32–34], 從而使得成礦流體的3He/4He比值可靈敏地記錄幔源氦的加入。另外, 成礦流體中40Ar/36Ar比值如果大于大氣中40Ar/36Ar的特征值(295.5), 就說(shuō)明是有部分地殼或者地幔組分的加入[35–36]。因此, 稀有氣體, 尤其是He和Ar同位素已經(jīng)成為成礦流體來(lái)源的有效示蹤劑,尤其在識(shí)別地幔流體參與成礦, 揭示礦床成因和全面理解成礦動(dòng)力學(xué)背景方面被廣泛應(yīng)用[11,32,37–40]。

本文首次報(bào)道盆地西緣2個(gè)代表性脈狀銅礦床主成礦階段黃銅礦、黃鐵礦He和Ar同位素組成的研究結(jié)果, 并結(jié)合前人研究成果, 進(jìn)一步探討成礦流體的來(lái)源、礦床成因及其對(duì)區(qū)域成礦作用的指示意義。

1 成礦地質(zhì)背景和礦床地質(zhì)

西南“三江”位于特提斯與環(huán)太平洋兩大巨型構(gòu)造域的結(jié)合部位, 受到印度板塊和歐亞板塊相互作用的影響, 經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化過(guò)程, 主要經(jīng)歷了特提斯(古特提斯階段、中特提斯階段)、印-亞碰撞兩大構(gòu)造演化事件, 形成特提斯、碰撞造山兩大成礦系統(tǒng)[3–6,41]。

“三江”中段蘭坪盆地是一個(gè)典型的中新生代陸內(nèi)盆地, 是我國(guó)著名三江構(gòu)造-成礦帶中的一個(gè)重要組成部分, 位于阿爾卑斯-喜馬拉雅巨型構(gòu)造帶東段弧形轉(zhuǎn)彎處(亦即青藏高原東緣)[3,21,41]。以盆地東西邊緣金沙江-哀牢山斷裂和瀾滄江斷裂及盤(pán)地中軸斷裂為主的盆地?cái)嗔严到y(tǒng)控制了盆地的構(gòu)造演化。在古特提斯基礎(chǔ)上盆地內(nèi)先后沉積了海相、陸相碳酸鹽巖、火山巖和碎屑巖建造。蘭坪盆地的新生代巖漿巖多出露于盆地的邊緣, 分布受瀾滄江和金沙江-哀牢山等斷裂控制[21,42]。盆地內(nèi)部只在南部永平、巍山一帶出露有水云巖體、卓潘巖體、蓮花山等堿性巖體, 這些巖體的成巖年齡在68～23 Ma之間[41,43,44]。盆地中北部(研究區(qū))至今沒(méi)有新生代巖漿活動(dòng)的報(bào)道, 雖然張成江等[44]根據(jù)航磁資料、重力測(cè)量及遙感資料分析, 曾推測(cè)蘭坪盆地中北部,沿蘭坪-思茅斷裂有一巨大的隱伏巖漿系統(tǒng)。

盆地內(nèi)礦產(chǎn)十分豐富, 主要有Pb、Zn、Cu、Ag、Hg、As、Sb和Au以及石膏、石鹽等礦產(chǎn), 構(gòu)成我國(guó)西部一個(gè)重要的鉛鋅銅多金屬大型成礦集區(qū)。其中, 最為重要的是廣泛分布于盆地中北部喜馬拉雅期沉積巖容礦Pb-Zn-Ag-Cu多金屬礦床(圖1), 主要包括: 金頂Pb-Zn礦床(Pb + Zn ＞ 1000萬(wàn)噸)、河西-三山Pb-Zn-Ag-Cu多金屬成礦帶、白秧坪Ag-Cu-Pb-Zn多金屬礦床及盆地西緣一系列脈狀銅礦床[1,3–6,45,46]。

圖1 蘭坪盆地中北部地質(zhì)簡(jiǎn)圖及主要礦床分布圖(據(jù)侯增謙等[4])Fig.1 Distribution map of main deposits in northern Lanping basin in Yunnan (modified from Hou et al.[4])F1–怒江斷裂帶; F2–瀾滄江斷裂帶; F3–金沙江-哀牢山斷裂帶; F4–中甸-劍川斷裂帶; ①–匡力底斷裂; ②–四十里箐斷裂; ③–富隆廠斷裂; ④–華昌山斷裂; ⑤–水磨房斷裂; ⑥–營(yíng)盤(pán)斷裂(?); ⑦–大山箐斷裂。

盆地西緣廣泛發(fā)育的脈狀銅礦床主要包括: 金滿Cu-Ag、連城Cu-Mo礦床及一系列(30余個(gè))脈狀Cu礦床(點(diǎn)) (科登澗、小格拉、恩棋等), 這些礦床主要賦存于侏羅系花開(kāi)佐組的雜色碎屑巖中, 礦體受近南北向(逆沖)斷裂控制[1,4–6]。下面對(duì)2個(gè)代表性脈狀銅礦床(金滿和連城)的礦床地質(zhì)特征進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

1.1 金滿銅金屬礦床地質(zhì)特征

礦床緊靠瀾滄江深大斷裂分布, 是區(qū)內(nèi)規(guī)模最大、品位最高的銅礦床, 擁有大于20萬(wàn)噸的銅, 平均品位為2.6%[5,19]。礦區(qū)內(nèi)斷裂和褶皺非常發(fā)育, 主要構(gòu)造為金滿-連城復(fù)式倒轉(zhuǎn)背斜, 背斜軸向?yàn)镹NE向, 并伴有一系列近南北向、傾向西的逆斷層[4,6]。礦區(qū)廣泛出露有中侏羅統(tǒng)花開(kāi)佐組(J2h)和上侏羅統(tǒng)壩注路組(J3b)地層(圖2a和2b)。花開(kāi)佐組地層為淺綠灰色、灰白色長(zhǎng)石石英砂巖夾絹云母板巖、鈣質(zhì)板巖,局部夾白云巖, 為礦區(qū)主要賦礦層位; 上侏羅統(tǒng)壩注路組主要為紫紅色絹云母板巖夾數(shù)層薄至中厚層砂巖。礦體主要產(chǎn)出在中侏羅統(tǒng)花開(kāi)佐組地層中,特別是花開(kāi)佐組上段(J2h2)雜色石英砂巖夾鈣質(zhì)板巖。礦區(qū)范圍內(nèi)無(wú)巖漿巖出露。

礦體主要分布在次級(jí)背斜的層間破碎帶和軸部附近的張裂隙中[4,6,19]。礦體主要產(chǎn)狀為似層狀、脈狀或透鏡狀等, 整體產(chǎn)狀大致與層間破碎帶一致,普遍受到了后期變形作用的疊加, 在構(gòu)造變形較強(qiáng)的地段銅礦體被改造成透鏡狀。礦床圍巖蝕變以中低溫蝕變?yōu)橹? 主要有硅化、方解石化、重晶石化和菱鐵礦化等。礦石礦物主要以黝銅礦、砷黝銅礦、黃銅礦、斑銅礦、輝銻礦等銅和銻硫化物為主; 脈石礦物有重晶石、石英、方解石和鐵白云石等。礦石構(gòu)造多為浸染狀、塊狀、角礫狀、脈狀和網(wǎng)脈狀等。結(jié)構(gòu)以充填、交代及半自形粒狀結(jié)構(gòu)為主, 有的礦石中還出現(xiàn)生物結(jié)構(gòu), 如黃鐵礦的草莓結(jié)構(gòu)和黃銅礦、斑銅礦木質(zhì)結(jié)構(gòu)(黃銅礦或斑銅礦交代木質(zhì)細(xì)胞后, 仍基本保持了木質(zhì)細(xì)胞規(guī)則有序的細(xì)胞排列形態(tài))[19,47]。根據(jù)礦床礦化形式、礦物共生組合和礦脈穿插關(guān)系, 金滿銅礦床熱液期成礦作用可分為成礦早期、主成礦期和成礦晚期3個(gè)階段[14,19], 3個(gè)階段的礦物組合分別是; (1) 石英 + 鐵白云石 + 少量黃銅礦 + 黝銅礦 + 少量黃鐵礦; (2) 石英 + 方解石 + 大量黃銅礦、斑銅礦、黝銅礦 + 少量砷黃鐵礦; (3) 方解石 + 少量石英 + 少量黃銅礦、斑銅礦、銅藍(lán)及黃鐵礦。

圖2 金滿-連城礦床地質(zhì)簡(jiǎn)圖(a)和金滿礦區(qū)15線勘探剖面圖(b) (據(jù)李峰等[19])Fig.2 Geologic map of the Jinman-Liancheng deposits (a) and the line 15 cross-section for exploration of the Jinman deposit (b) (modified from Li et al.[19])

1.2 連城Cu-Mo礦床地質(zhì)特征

礦床位于金滿礦床NE向3 km左右, 在構(gòu)造位置上與金滿礦床同處于西部逆沖推覆構(gòu)造帶根部位置, 兩者可能為同一個(gè)礦床的不同礦段[4,6]。區(qū)內(nèi)出露的地層與金滿礦區(qū)基本相同, 主要賦礦巖層為中侏羅統(tǒng)花開(kāi)佐組上段紫紅色厚層狀砂巖。區(qū)內(nèi)斷裂、褶皺、裂隙和劈理非常發(fā)育, 主要控礦構(gòu)造為金滿-連城復(fù)式倒轉(zhuǎn)背斜, 背斜軸向?yàn)镹NE向。礦區(qū)范圍內(nèi)亦無(wú)巖漿巖出露。連城Cu-Mo多金屬礦床由8個(gè)大小不等的脈狀、透鏡狀礦體組成, 礦體主要分布在次級(jí)背斜的層間破碎帶和軸部附近的張裂隙中。礦區(qū)內(nèi)礦石中的礦物組成比較簡(jiǎn)單, 礦石礦物主要有黃銅礦、輝鉬礦、黝銅礦、斑銅礦和輝銅礦及少量氧化礦; 脈石礦物主要是石英和碳酸鹽礦物組合,含少量絹云母。礦石結(jié)構(gòu)為半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)、溶蝕結(jié)構(gòu)和交代結(jié)構(gòu)等, 礦石構(gòu)造以脈狀為主, 次為塊狀和浸染狀, 局部發(fā)育有少量紋層狀黃銅礦、斑銅礦。礦區(qū)最常見(jiàn)的圍巖蝕變類(lèi)型為硅化和碳酸鹽化, 其次為重晶石化、絹云母化、菱鐵礦化和黃鐵礦化等。根據(jù)礦床礦化形式、礦物共生組合和礦脈穿插關(guān)系, 連城Cu–Mo多金屬礦床成礦作用可大致分為3個(gè)階段; 早階段主要發(fā)育含輝鉬礦±黃鐵礦石英脈, 其中輝鉬礦多呈片狀、纖維狀產(chǎn)在石英脈的表面, 石英脈中常發(fā)育有少量黃鐵礦、黃銅礦; 中階段主要發(fā)育含銅硫化物石英脈±方解石/菱鐵礦,其中含銅硫化物以黃銅礦、黝銅礦、斑銅礦為主, 多呈脈狀、點(diǎn)狀產(chǎn)出; 晚階段則主要發(fā)育石英-方解石礦或菱鐵礦細(xì)脈, 偶含黃鐵礦, 伴隨礦化較弱, 交切早、中階段礦脈。成礦后的表生氧化作用形成了褐鐵礦、銅藍(lán)等次生礦物。

2 樣品及分析測(cè)試方法

對(duì)6件黃銅礦和1件黃鐵礦樣品流體包裹體的He和 Ar同位素進(jìn)行了測(cè)定, 用于研究的樣品采自金滿礦床地下采場(chǎng)1230～1300 m中段Ⅰ號(hào)礦體和連城礦床2號(hào)礦洞主成礦階段硫化物石英脈。

在系統(tǒng)的礦物巖相學(xué)、流體包裹體巖相學(xué)觀察的基礎(chǔ)上, 選擇2個(gè)礦床主成礦階段含銅硫化物-石英脈中合適的硫化物樣品。測(cè)試用的黃銅礦和黃鐵礦樣品具有完好晶形、后期改造的痕跡不明顯的特點(diǎn), 同時(shí)與這些硫化物密切共生石英中流體包裹體主要為原生流體包裹體(以富 CO2包裹體為主), 從而保證硫化物中流體包裹體的He、Ar同位素組成能夠在最大程度上代表成礦流體的原始信息(圖3和表1)。整體上, 共生脈石礦物中流體裹體以CO2-H2O包裹體(包括富 CO2包裹體)為主, 含一定量的 H2O-NaCl包裹體, CO2-H2O包裹體均一溫度多集中在 260～340 ℃之間, 鹽度集中在 1%～4% NaCl之間, 這部分工作另文詳述[17]。分析所需硫化物樣品均采用人工分選方法, 在雙目顯微鏡下反復(fù)挑選, 礦物純度達(dá)到99%以上。

惰性氣體同位素分析在中國(guó)科學(xué)院蘭州地質(zhì)研究所氣體地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成, 測(cè)試儀器為英國(guó)MM5400型氣體質(zhì)譜儀, 實(shí)驗(yàn)條件: 發(fā)射電流I(t4) =800 μA,I(t40) = 200 μA, 高壓為 9.000 kV。實(shí)驗(yàn)大致流程: 將樣品稱(chēng)重后用鋁箔包好置于樣品臺(tái)中, 然后密封抽真空, 當(dāng)壓力達(dá)1×10–5Pa時(shí), 加熱樣品到130 ℃左右并烘烤10 h以上, 以除去樣品表面吸附和次生包裹體中的氣體, 后用電阻爐加熱熔樣坩鍋中樣品至 1600 ℃, 釋放出的氣體被吸入超真空氣體凈化系統(tǒng), 用活性碳阱將惰性氣體分離出, 然后送進(jìn)氣體質(zhì)譜儀測(cè)定其同位素組成。使用的標(biāo)準(zhǔn)樣是蘭州市皋蘭山頂?shù)目諝?AIRLZ2003), 詳細(xì)的測(cè)試過(guò)程參見(jiàn)葉先仁等[48]。

3 結(jié)果和討論

3.1 流體包裹體中He-Ar同位素特征

所選黃鐵礦樣品是連城礦段成礦早階段與輝鉬礦伴生礦物(圖 3b-1), 黃銅礦為金滿礦段和連城礦段主成礦階段最主要的硫化物。研究表明, 硫化物的封閉性較好, 可以較好地保存He[40–50]。其中以黃鐵礦封閉程度最高, 其他硫化物中流體包裹體中的He在流體包裹體被圈閉后會(huì)可能會(huì)發(fā)生一定的丟失, 但因其丟失所產(chǎn)生的同位素分餾效應(yīng)極小, 對(duì)3He/4He比值的影響甚微而可忽略不計(jì)[38]。因此,在以3He/4He比值(而不是基于He的豐度)討論問(wèn)題時(shí), 一般可以不考慮擴(kuò)散丟失的影響, 而大多數(shù)礦物中流體包裹體對(duì) Ar都有很好的保存能力[38,49]。由于熱液流體包裹體內(nèi)U、Th和Pb等親石元素含量極低(Th在熱液中幾乎不溶), 而黃銅礦和黃鐵礦為非含鉀礦物, 因此, 由Th和K放射性形成的He和 Ar可以忽略不計(jì)。He在大氣中的含量極低, 不足以對(duì)地殼流體中 He的豐度和同位素組成產(chǎn)生明顯影響, 同時(shí)本次研究用的樣品均采自地下坑道,且暴露時(shí)間很短, 這些樣品中流體包裹體內(nèi)存在宇宙成因3He的可能性可以排除。另外, 研究表明, Li衰變可產(chǎn)生3He, 可能會(huì)導(dǎo)致流體包裹體3He/4He比值升高, 影響He的初始同位素比值[51–52]。金滿、連城礦床蝕變圍巖和礦物流體包裹體中Li元素含量較低[14], Li衰變產(chǎn)生的3He可忽略不計(jì)。本研究測(cè)試用的黃銅礦和黃鐵礦均具完好晶形, 未見(jiàn)后期改造的痕跡, 其中的流體包裹體當(dāng)以原生包裹體為主,這與前述共生礦物石英中的流體包裹體基本上均為原生包裹體的事實(shí)相一致。由于He在大氣中的含量極低, 接近0, 不足以對(duì)地殼流體中He的豐度和同位素組成產(chǎn)生明顯影響, 可忽略不計(jì)[53]。且流體中大氣He的貢獻(xiàn)可以根據(jù)參數(shù)F4He值(定義為樣品中4He/36Ar相對(duì)于大氣中4He/36Ar = 0.1655的比值)來(lái)判斷, 假如樣品中含有大氣He, 則F4He = 1[34,40]。經(jīng)計(jì)算, 金滿和連城礦床硫化物樣品的F4He值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于l, 為663～12924(表2), 可以排除大氣對(duì)流體包裹體中He的混染作用。因此, 金滿、連城礦床黃銅礦和黃鐵礦中流體包裹體的He-Ar同位素測(cè)定值基本代表原生流體包裹體或成礦流體的的He和Ar同位素組成初始值。流體包裹體中 He、Ar同位素組成分析結(jié)果見(jiàn)表2和圖4。

圖3 蘭坪盆地西緣脈狀銅礦床He、Ar研究樣品特征及流體包裹體特點(diǎn)Fig.3 Samples for He and Ar isotopic analysis and their fluid inclusions from vein-type Cu deposits in western Lanping basin(a-1) 主成礦期石英-黃銅礦網(wǎng)脈; (a-2) 黃銅礦周邊石英中富CO2包裹體(JMD-5, 金滿銅礦床); (b-1) 早階段黃銅礦、黃鐵礦石英脈呈網(wǎng)脈狀充填在早階段輝鉬礦中; (b-2) 石英中富CO2包裹體(LC02-1, 連城礦床); (c-1) 主成礦期石英/白云石-黃銅礦大脈; (c-2) 主成礦期石英/白云石-黃銅礦大脈、黃銅礦周邊石英中富CO2包裹體(JMC-17, 金滿銅礦床)。

表1 蘭坪盆地西緣脈狀銅礦床He、Ar研究樣品特征及流體包裹體特點(diǎn)Table 1 Samples for He and Ar isotopic analysis and their fluid inclusions from vein-type Cu deposits in western Lanping basin

由表 2測(cè)定結(jié)果可見(jiàn), 金滿銅礦床中黃銅礦的流體包裹體3He/4He比值為0.01～0.06 Ra,40Ar/36Ar比值為305～1142(平均669), 略高于大氣中40Ar/36Ar比值; 連城銅(鉬)礦床中黃銅礦和黃鐵礦的流體包裹體3He/4He比值為0.01～0.07 Ra,40Ar/36Ar比值為322–852(平均486), 略高于大氣中40Ar/36Ar比值。

在3He/4He-40Ar/36Ar圖解(圖 4)上, He和 Ar同位素組成具有一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系, 所有點(diǎn)集中在地殼流體和飽和大氣水之間, 而與地幔流體相距較遠(yuǎn),顯示成礦流體可能是地殼流體和飽和大氣水的混合物, 沒(méi)有明顯的地幔流體成分混入。另外, 2個(gè)礦床均含有一定量的過(guò)剩40Ar, 樣品中40Ar/36Ar比值偏高是由放射成因40Ar值偏高引起的。這些現(xiàn)象說(shuō)明,成礦流體的溫度較高(高于一般含鉀礦物的 Ar封閉溫度 200 ℃)[55]。因此, 在成礦流體與流經(jīng)的巖石相互作用中, 捕獲了部分放射成因的40Ar。這與這2個(gè)礦床成礦溫度為 170～340 ℃[17], 且大多高于200 ℃的事實(shí)較為一致。

圖4 金滿-連城銅多金屬礦床3He/4He-40Ar/36Ar圖解(據(jù)Mamyrin et al.[54]修改)Fig.4 3He/4He-40Ar/36Ar diagram for the Jinman and Liancheng polymetallic deposits in western Lanping basin (modified from Mamyrin et al.[54])

表2 蘭坪盆地西緣脈狀銅礦床He、Ar同位素組成Table 2 He and Ar isotope data for vein-type Cu deposits in western Lanping basin

3.2 成礦流體來(lái)源、演化和礦床的成因機(jī)制探討

對(duì)金滿和連城銅多金屬礦床含礦石英脈中流體包裹體的系統(tǒng)研究表明, 成礦流體整體上顯示出中高溫、中低鹽度、極富 CO2的特征, CO2-H2O包裹體均一溫度集中在 260～340 ℃之間, 鹽度集中在1%～4% NaCl之間[6,15,17], 這在整個(gè)蘭坪盆地是十分罕見(jiàn)的[26,28–31,56]。盡管單從流體成分還不能具體確定本區(qū)富 CO2流體的來(lái)源[25–26], 但至少可以確定不大可能是大氣降水主導(dǎo)的盆地流體, 不屬于典型的盆地流體系統(tǒng)[12,15,26,27]。

關(guān)于這種富 CO2流體, 一般認(rèn)為有以下幾種可能的來(lái)源: 幔源流體、下地殼中高級(jí)變質(zhì)流體、巖漿熱液、碳酸鹽地層的分解[26,28–31,56–57]。首先, 蘭坪盆地西緣脈狀銅礦床礦區(qū)附近, 特別是賦礦圍巖無(wú)大規(guī)模的碳酸鹽地層, 因此 CO2來(lái)源于碳酸鹽地層的可能性很小。金滿和連城銅多金屬礦床成礦流體的氫氧同位素組成研究顯示, 主成礦階段含礦石英脈中石英的δ18OH2O值為–14.8‰～ –9.8‰, 其氧同位素組成具有變質(zhì)水/巖漿水的特征, 對(duì)應(yīng)的δD值跨度較大(–110‰～ –51‰)。在δD-δ18O 關(guān)系圖上,金滿和連城銅多金屬礦床的數(shù)據(jù)點(diǎn)幾乎都位于巖漿水/變質(zhì)水下方區(qū)域, 部分偏向大氣降水線[6,14,18,19,22,58], 指示成礦熱液可能主要來(lái)源于巖漿水或變質(zhì)水, 有部分大氣降水的參與。筆者及前人研究表明, 蘭坪盆地西緣脈狀銅礦床含礦石英中流體包裹體的碳同位素組成變化較小(δ13C 為–6.0‰～–3.2‰), 顯示出地幔源/巖漿碳的特點(diǎn)[6,17–19,58]。整體上講, 蘭坪盆地西緣脈狀銅礦床成礦流體C、H和O等穩(wěn)定同位素特征顯示出深源流體的特征, 但不能有效的區(qū)分這種深源流體是來(lái)幔源流體或者巖漿流體/變質(zhì)流體。前文對(duì)蘭坪盆地西緣脈狀銅礦床主成礦期硫化物的 He、Ar同位素組成的研究, 則表明成礦流體主要為地殼流體, 沒(méi)有明顯的地幔流體成分混入,從而有效地排除了地幔流體作為這種富CO2流體主要來(lái)源的可能。

蘭坪盆地邊緣及盆地南部永平、巍山一帶發(fā)育有大量喜馬拉雅期堿性巖體, 形成時(shí)代介于68～23 Ma之間(長(zhǎng)石、云母、鋯石和全巖的K-Ar、Rb-Sr、U-Pb年齡)[41,43,44], 這與蘭坪盆地西緣脈狀銅礦床成礦時(shí)代(56～48 Ma)十分的一致, 顯示出一定內(nèi)在聯(lián)系[4,6,14,17]。雖然, 盆地中北部至今尚無(wú)巖漿活動(dòng)的報(bào)道, 但張成江等[44]及薛春紀(jì)等[41]都曾推測(cè)盆地中北部應(yīng)該存在一個(gè)巨大的隱伏巖漿系統(tǒng)。另外, 蘭坪盆地西緣脈狀銅礦床礦區(qū)內(nèi)均未發(fā)生強(qiáng)烈的變質(zhì)作用, 事實(shí)上整個(gè)蘭坪盆地自其形成以來(lái), 都沒(méi)發(fā)生過(guò)強(qiáng)烈的變質(zhì)作用, 盆地內(nèi)亦沒(méi)有變質(zhì)巖的出露, 因此區(qū)內(nèi)這種富含CO2的成礦流體是變質(zhì)成因的可能性較小。據(jù)此筆者推斷, 區(qū)內(nèi)中高溫、中低鹽度、富CO2的流體可能與盆地隱伏殼源巖漿活動(dòng)有關(guān), 但目前仍缺乏直接證據(jù)。同時(shí), 也不能排除富 CO2流體是來(lái)源于盆地基底變質(zhì)巖系局部發(fā)生動(dòng)力變質(zhì)作用而形成的變質(zhì)流體的可能性[4,6]。

基于以上討論, 筆者認(rèn)為蘭坪盆地西緣脈狀銅礦床成礦流體主要為地殼流體, 混入有少量飽和大氣水,沒(méi)有明顯的地幔流體成分混入。至于這種地殼流體的具體來(lái)源, 筆者認(rèn)為還需要進(jìn)一步的探討, 但它應(yīng)該可以作為在蘭坪盆地內(nèi)尋找脈狀銅礦床的標(biāo)志之一。

4 結(jié) 論

蘭坪盆地西緣脈狀銅礦床的成礦流體以普遍存在大量富 CO2流體包裹體為特征, 這在整個(gè)蘭坪盆地是十分罕見(jiàn)的, 顯著區(qū)別于盆地流體成礦系統(tǒng)主導(dǎo)成礦的Pb-Zn礦床。盆地西緣2個(gè)代表性脈狀銅礦床(連城和金滿)主成礦階段形成的黃銅礦、黃鐵礦的流體包裹體中3He/4He比值變化較小, 介于0.01–0.07 Ra之間, 明顯區(qū)別于幔源氦的3He/4He特征值(6～9 Ra), 而與殼源氦的3He/4He特征值(0.01～0.05 Ra)極其一致; 成礦流體的40Ar/36Ar比值變化較大, 介于 305～1142之間, 明顯高于大氣中的40Ar/36Ar值(295.5), 其原因可能是, 成礦流體與流經(jīng)巖石的相互作用過(guò)程中, 捕獲了部分放射成因的40Ar所致。結(jié)合蘭坪盆地西緣脈狀銅礦床的地質(zhì)特征、流體包裹體及C、H、O同位素地球化學(xué)等特征, 認(rèn)為這些脈狀銅礦床中富CO2的成礦流體主要為地殼流體, 混入有少量飽和大氣水, 沒(méi)有明顯的地幔流體成分混入。這種地殼流體的具體來(lái)源, 尚需要進(jìn)一步的探討。

野外工作得到云南省蘭坪縣三江銅業(yè)有限責(zé)任公司領(lǐng)導(dǎo)及生產(chǎn)部地質(zhì)人員的熱情幫助, 在此表示衷心的感謝！在本文修改過(guò)程中得到了兩位審稿老師的悉心指導(dǎo), 謹(jǐn)表謝忱！

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