西藏波龍斑巖銅金礦床成礦流體物理化學條件

霍艷，李丹

(1.都理工大學地球科學學院，成都 610059; 2.河南省巖石礦物測試中心，鄭州 450012)

西藏波龍斑巖銅金礦床成礦流體物理化學條件

霍艷1，李丹2

(1.都理工大學地球科學學院，成都 610059; 2.河南省巖石礦物測試中心，鄭州 450012)

應(yīng)用英國Linkam THNSG600型冷熱臺測試和前人的經(jīng)驗公式，對西藏波龍斑巖銅金礦床在巖漿晚期、磁鐵礦-輝鉬礦階段、黃銅礦-黃鐵礦階段和硬石膏-黃鐵礦階段等4個成礦階段利于主成礦元素Cu遷移的流體包裹體的一般特征及物理化學條件進行研究。研究結(jié)果表明，該礦床流體包裹體類型以含石鹽和硫化物子礦物的三相包裹體為主，為高溫(232～549℃)、低壓(1.40×105～234.41×105Pa)、高鹽度(NaCl質(zhì)量分數(shù)28.65%～52.16%)、中—高密度(1.0683～1.1598 g/cm3)的流體;隨著成礦進程的發(fā)展，各階段流體逸度和活度均逐漸降低，pH值和Eh值逐漸升高，銅主要以Cu(H2S)(HS)2-形式存在，說明Cu在高溫酸性流體中易成礦。

流體包裹體;物理化學條件;斑巖銅金礦床;波龍

0 引言

波龍斑巖銅金礦床位于西藏自治區(qū)改則縣北西約100 km，班公湖—怒江成礦帶西段。班公湖—怒江縫合帶呈狹長帶狀近東西向展布，東西延伸超過2000 km，是一條橫貫青藏高原中部的重要縫合帶［1～3］。自2002年以來，西藏地質(zhì)五隊在發(fā)現(xiàn)地表具有相似的褐鐵礦化的基礎(chǔ)上，通過持續(xù)的地質(zhì)工程施工控制，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了多不雜和波龍斑巖銅金礦床［4］，而波龍礦床已成為青藏高原中部發(fā)現(xiàn)的最大的斑巖銅礦床。

自被確定為獨立的斑巖銅礦以來，波龍礦床備受關(guān)注，目前開展了波龍礦床的成礦、成巖年齡［4～6］、礦床同位素地球化學［7～9］、礦床巖石學特征［10～11］、成礦構(gòu)造環(huán)境［12］及成礦作用［13～14］等方面的研究。討論波龍礦床流體方面的文獻僅有2篇［15～16］，其中李丹［15］雖然已對其進行了研究，但樣品數(shù)量和統(tǒng)計數(shù)據(jù)有限，僅僅探討了流體包裹體的基本特征和溫度、鹽度、密度、壓力等條件;周玉［16］進行了稀有氣體同位素研究，結(jié)合包裹體氣相成分及H-O同位素分析，認為成礦流體屬殼?；煸?。本文從流體包裹體的氣液相成分入手，結(jié)合前人的研究成果，進一步分析波龍礦床成礦流體的物理化學條件。

1 礦床地質(zhì)概況

波龍斑巖銅金礦床緊鄰多不雜礦床，與拿若礦床(點)等組成了班公湖—怒江成礦帶西段的多龍礦集區(qū)(見圖1)。

圖1 多龍礦集區(qū)構(gòu)造背景簡圖(a)、地質(zhì)簡圖(b)和波龍礦床地質(zhì)簡圖(c)［4］Fig.1 Tectonic and geologicalmaps of Duolongmetallogenic district and geologicalmap of Bolong porphyry Cu-Au deposit

礦區(qū)出露的地層主要有下侏羅統(tǒng)曲色組第一巖性段(J1q1)、下白堊統(tǒng)美日切錯組第一巖性段(K1m1)和第四系(Q)。區(qū)內(nèi)地層呈單斜構(gòu)造，未見褶皺和斷裂。礦區(qū)巖漿巖以中酸性的花崗閃長斑巖為主，其次為脈巖，少量火山巖。礦區(qū)變質(zhì)作用不發(fā)育，變質(zhì)程度較淺，以區(qū)域變質(zhì)作用為主，可見少量變石英砂巖和粉砂質(zhì)板巖。

波龍斑巖銅礦床礦體以隱伏—半隱伏狀產(chǎn)出，平面上呈似橢圓形狀，地表未見露頭。礦石構(gòu)造以細脈—浸染狀及浸染狀構(gòu)造為主，具結(jié)晶結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)和固溶體分離結(jié)構(gòu)。礦石礦物主要為黃鐵礦、黃銅礦，其次為磁黃鐵礦、斑銅礦、輝銻礦、輝鉬礦、磁鐵礦等;脈石礦物以石英、長石、絹云母、硬石膏為主。礦區(qū)圍巖與礦化蝕變發(fā)育，蝕變類型主要為硅化、黑云母化、絹云母化、黏土化等，其次為硬石膏化、碳酸鹽化、綠簾石化和綠泥石化等［7，12］。

根據(jù)本礦區(qū)野外觀察、采樣和室內(nèi)磨片、鏡下鑒定等研究，可將波龍銅礦床的形成過程劃分為3個成礦期次:巖漿晚期、熱液成礦期和表生期，其中熱液成礦期又分為磁鐵礦-輝鉬礦階段、黃銅礦-黃鐵礦階段和硬石膏-黃鐵礦階段。

2 包裹體一般特征

波龍斑巖銅金礦床的流體包裹體分布主要呈成群、成帶或星散狀。形態(tài)多樣，多為負晶形、橢圓形和不規(guī)則形，大小多在5～20μm之間，最大可達70μm。流體包裹體類型較復雜，主要為含石鹽和硫化物子晶的氣-液-固三相(L+V+H)包裹體，其次為氣-液兩相(L +V)包裹體，還有少量的純氣相(V)和純液相(L)包裹體，其中氣液比多在10%～50%之間［15］。

3 包裹體溫度、鹽度、密度與壓力特征

包裹體均一溫度和冰點溫度的測試在成都理工大學資源勘查工程系包裹體實驗室進行，所用儀器為英國Linkam THNSG600型冷熱臺和吉林渾江市光學儀器廠TRL-02型熱臺。共測試了10件樣品96個流體包裹體的均一溫度。成礦深度和壓力依據(jù)邵潔漣［17］提出的經(jīng)驗公式計算。依據(jù)測得的冰點溫度，采用Hall等［18］的H2O-NaCl體系公式計算了鹽度，根據(jù)劉斌［19］的密度計算公式得出了密度。測試及計算結(jié)果見表1。

表1 波龍銅金礦床流體包裹體均一溫度、鹽度、密度及壓力測定結(jié)果Table 1 Homogenization temperature，salinity，density and pressure of fluid inclusions in Bolong Cu-Au deposit

由表1可以看出，包裹體均一溫度在232～549℃之間變化。隨著成礦過程從巖漿晚期→磁鐵礦-輝鉬礦階段→黃銅礦-黃鐵礦階段→硬石膏-黃鐵礦階段發(fā)展，均一溫度逐漸降低(467→429→388→332℃)，包裹體鹽度(NaCl的質(zhì)量分數(shù)，下同)也逐漸降低(41.86%→42.34%→35.01%→32.48%)。根據(jù)波龍礦區(qū)包裹體均一溫度、鹽度計算出的流體密度逐漸增高(1.0761→1.0771→1.0930→1.1153 g/cm3)。該礦床各成礦階段的成礦壓力都不高，平均值在17.68×105～109.59×105Pa之間，基本呈逐漸降低的特點。礦床主要成礦于地下0.01～0.78 km深度，因此屬淺成礦床。

包裹體測試數(shù)據(jù)顯示，從巖漿晚期→磁鐵礦-輝鉬礦階段→黃銅礦-黃鐵礦階段→硬石膏-黃鐵礦階段，波龍銅金礦床是在高溫、低壓、淺成—超淺成環(huán)境下形成的，成礦流體屬于高鹽度、中—高密度流體。

4 逸度

根據(jù)波龍斑巖型銅金礦床脈石礦物石英中包裹體的氣相成分與均一溫度測試結(jié)果，按照有關(guān)熱力學逸度計算公式［20］，計算了不同階段樣品的氧逸度(lg fO2)、二氧化碳逸度(lg fCO2)和硫逸度(lg fS2)(見表2)。由表2可得，lg fO2均值的變化為－27.280→－29.631;lg fCO2均值的變化為1.851→1.242;lg fS2均值的變化為－3.284→－4.138，表明從磁鐵礦-輝鉬礦階段→黃銅礦-黃鐵礦階段，流體逸度總體呈下降趨勢。

表2 波龍銅金礦床流體逸度Table 2 Fugacity of fluid inclusion in Bolong Cu-Au deposit，Tibet

5 pH值和Eh值

根據(jù)包裹體氣液相成分測試及均一溫度，運用Crerar［21］和李葆華等［22］的公式，計算出波龍礦區(qū)成礦流體的酸堿度(pH)和氧化還原電位(Eh)，結(jié)果見表3。

表3 波龍銅金礦床流體pH和Eh值Table 3 The values of pH and Eh of the fluid inclusions in Bolong Cu-Au deposit，Tibet

表3顯示，磁鐵礦-輝鉬礦階段pH值為5.149，Eh值為0.009;黃銅礦-黃鐵礦階段pH平均值為5.454，Eh平均值為0.016，表明從磁鐵礦-輝鉬礦階段到黃銅礦-黃鐵礦階段，流體pH和Eh值均具有增高的趨勢。

6 總硫活度和總碳活度

根據(jù)Helgeson［23］、Crerar［24］和Haymob的lg K值(某些氣體元素和鹽類平衡常數(shù)，轉(zhuǎn)引自李葆華等［22］)及已算出的pH、fO2、fS2和fCO2，得到硫和碳的各溶解類型的活度及總硫活度和總碳活度(見表4)。由表4可以看出，本礦床成礦流體中總硫活度a!S為0.536～14.067 mol/L，總碳活度a!C為0.660～3.121 mol/L。成礦溶液中硫的溶解類型以HSO4－和H2S形式為主，碳的溶解類型以H2CO3和CO2形式為主。從磁鐵礦-輝鉬礦階段→黃銅礦-黃鐵礦階段，總硫活度和總碳活度依次降低，說明隨著成礦過程的進行，硫化物和碳酸鹽礦物的含量依次增加。

7 Cu的遷移、沉淀機制分析

熱液在流經(jīng)含礦巖系時活化并萃取了大量銅和其他成礦物質(zhì)，隨后演化成含礦熱液。

銅在熱液中的遷移形式主要是氯的絡(luò)合物和硫氫絡(luò)合物等，如Cu(HS)3－、CuS(HS)、等［25～26］。根據(jù)公式計算得到各種銅絡(luò)合物離子活度和銅的總?cè)芙舛?見表5)。

表4 波龍銅金礦床總硫、總碳活度計算結(jié)果Table 4 Activity of total sulphur and total carbon in Bolong Cu-Au deposit，Tibet mol/L

表5 銅絡(luò)離子活度及銅的總?cè)芙舛萒able 5 Activity of Cu complex ion and total solubility

由表5可知:從磁鐵礦-輝鉬礦階段到黃銅礦-黃鐵礦階段，成礦流體中的總銅活度變化為10－6.183～10－4.268mol/L，顯示出由低到高的變化規(guī)律。

根據(jù)計算出的Cu絡(luò)離子活度值，可知Cu在熱液中主要以Cu(HS)2－、Cu(H2S)(HS)2－、Cu+形式存在。隨著流體pH值增大，溫度降低，主要成礦元素開始以硫化物的形式沉淀下來。

8 結(jié)論

波龍斑巖銅金礦床流體包裹體類型以含石鹽和硫化物子礦物的氣-液-固三相包裹體為主，其次為氣-液兩相包裹體，還有少量的純氣相及純液相包裹體。

從流體測試分析數(shù)據(jù)可判斷出，波龍斑巖銅金礦床形成于高溫(232～549℃)、低壓(1.40×105～234.41×105Pa)和淺成—超淺成(0.01～0.78 km)環(huán)境;成礦流體表現(xiàn)出高鹽度(28.65%～52.16%)和中—高密度(1.0683～1.1598 g/cm3)特征。從巖漿晚期→磁鐵礦-輝鉬礦階段→黃銅礦-黃鐵礦階段→硬石膏-黃鐵礦階段，成礦流體的均一溫度、成礦壓力和鹽度逐漸降低，而成礦流體密度逐漸升高。

隨著成礦階段的發(fā)展，各階段流體氧逸度lg fO2均值(－26.714→－29.118)、二氧化碳逸度lg fCO2均值(1.851→1.242)和硫逸度lg fS2均值(－3.284→－4.138)逐步降低，pH值(5.149→5.454)和Eh值(0.009→0.016)逐步升高;總硫活度a!S(101.148→100.019)和總碳活度a!C(100.494→10－0.115)逐漸降低，與礦化具有一致性，說明硫化物和碳酸鹽礦物的含量在逐步增加。

在成礦熱液中，銅的絡(luò)離子化合物主要以Cu(H2S)形式存在，其次是Cu，少量為和的形式存在，其余活度很低。

［1］曹圣華，羅小川，唐峰林，等．班公湖—怒江結(jié)合帶南側(cè)弧-盆系時空結(jié)構(gòu)與演化特征［J］．中國地質(zhì)，2004，31(1):51～56.

CAO Sheng-hua，LUO Xiao-chuan，TANG Feng-lin，et al．Time-space structure and evolution of the arc-basin system on the southern side of the Bangong Co-Nujiang junction zone［J］．Geology in China，2004，31(1):51～56.

［2］曲曉明，辛洪波．藏西班公湖斑巖銅礦帶的形成時代與成礦構(gòu)造環(huán)境［J］．地質(zhì)通報，2006，25(7):792～799.

Qu Xiao-ming，XIN Hong-bo．Ages and tectonic environment of the Bangong Co porphyry copper belt in western Tibet，China［J］．Geological Bulletin of China，2006，25(7):792～799.

［3］李光明，李金祥，秦克章，等．西藏班公湖帶多不雜超大型富金斑巖銅礦的高溫高鹽高氧化成礦流體:流體包裹體證據(jù)［J］．巖石學報，2007，23(5):935～952.

LIGuang-ming，LIJin-xiang，QIN Ke-zhang，et al．High temperature，salinity and strong oxidation ore-forming fluid at Duobuza gold-rich porphyry copper deposit in the Bangonghu tectonic belt，Tibet:Evidence from fluid inclusions［J］．Acta Petrologica Sinica，2007，23(5):935～952.

［4］祝向平，陳華安，馬東方，等．西藏波龍斑巖銅金礦床的Re-Os同位素年齡及其地質(zhì)意義［J］．巖石學報，2011，27(7):2159～2164.

ZHU Xiang-ping，CHEN Hua-an，MA Dong-fang，et al．Re-Os dating for the molybdenite from porphyry copper-gold deposit in Tibet，China and its geological significance［J］．Acta Petrologica Sinica，2011，27(7):2159～2164.

［5］祝向平，陳華安，馬東方，等．西藏波龍斑巖銅金礦床鉀長石和絹云母40Ar/39Ar年齡及其地質(zhì)意義［J］．礦床地質(zhì)，2013，32(5):954～962.

ZHU Xiang-ping，CHEN Hua-an，MA Dong-fang，et al．40Ar/39Ar dating of hydrothermal K-feldspar and hydrothermal sericite from Bolong porphyry Cu-Au deposit in Tibet［J］．Mineral Deposits，2013，32(5):954～962.

［6］陳華安，祝向平，馬東方，等．西藏波龍斑巖銅金礦床成礦斑巖年代學、巖石化學特征及其成礦意義［J］．地質(zhì)學報，2013，87(10):1593～1611.

CHEN Hua-an，ZHU Xiang-ping，MA Dong-fang，et al．Geochronology and geochemistry of the Bolong porphyry Cu-Au deposit，Tibet and tismineralizing significance［J］．Acta Geologica Sinica，2013，87(10):1593～1611.

［7］周玉，溫春齊，周雄，等．西藏波龍銅礦區(qū)含礦斑巖主量元素特征及地質(zhì)意義［J］．礦物學報，2011，31 (S1):444.

ZHOU Yu，WEN Chun-qi，ZHOU Xiong，et al．The main elements characteristics and geological significance of orebearing porphyry in Bolong coppermining area，Tibet［J］．Acta Mineralogica Sinica，2011，31(S1):444.

［8］周玉．西藏波龍銅礦區(qū)含礦斑巖元素地球化學研究［D］．成都:成都理工大學，2012.

ZHOU Yu．Elements Geochemistry of Ore-bearing Porphyry in the Bolong Copper Mine District，Tibet［D］．Chengdu: Chengdu University Technology，2012.

［9］周玉，多吉，溫春齊，等．西藏波龍銅礦床S-Pb同位素地球化學特征［J］．礦物巖石，2013，33(23):43～49.

ZHOU Yu，DUO Ji，WEN Chun-qi，etal．Geochemical characteristicsof Sulfur and Lead isotopes from the Bolong copperdeposit，Tibet［J］．Journal of Mineralogy and Petrology，2013，33(23):43～49.

［10］周玉，多吉，溫春齊，等．西藏波龍銅礦區(qū)變質(zhì)巖特征及地質(zhì)意義［J］．礦物學報，2013(S1):378～379.

ZHOU Yu，DUO Ji，WEN Chun-qi，et al．The metamorphic rocks’characteristics and geological significance of Bolong coppermining area，Tibet［J］．Acta Mineralogica Sinica，2013(S1):378～379.

［11］倪曦，劉志鵬，楊蜜蜜．西藏波龍礦區(qū)含礦巖體地質(zhì)特征［J］．四川有色金屬，2016，1:30～32.

NIXi，LIU Zhi-peng，YANGMi-mi．Geological characteristics ofore-bearing rockmass in Bolongmining area，Tibet［J］．Sichuan Nonferrous Metals，2016，1:30～32.

［12］李丹，溫春齊，費光春，等．西藏波龍銅礦床的砂巖成分與構(gòu)造環(huán)境探討［J］．礦物學報，2011，31(S1):311～312.

LIDan，WEN Chun-qi，F(xiàn)EIGuang-chun，et al．The discussion of sandstone composition and tectonic environment in Bolong copper deposit，Tibet［J］．Acta Mineralogica Sinica，2011，31(S1):311～312.

［13］周玉．西藏波龍銅礦床成礦作用研究［D］．成都:成都理工大學，2015.

ZHOU Yu．Research on metallization of the Bolong copper deposit in Tibet，China［D］．Chengdu:Chengdu University of Technology，2015.

［14］李海賓．西藏波龍銅(金)礦礦體地質(zhì)要素特征研究［D］．成都:成都理工大學，2015.

LIHai Bin．Study on the Characteristics of Geological Factors of Cooper and Gold Ore Deposit in Bolong，Tibet［D］．Chengdu:Chengdu University of Technology，2015.

［15］李丹．西藏波龍銅礦床流體包裹體研究［D］．成都:成都理工大學，2012.

LIDan．Study on the Fluid Inclusions of the Bolong Copper Deposit，Tibet［D］．Chengdu:Chengdu University of Technology，2012.

［16］周玉，多吉，溫春齊，等．西藏波龍銅礦區(qū)成礦流體來源示蹤［J］．中國礦業(yè)，2015，24(3):76～80.

ZHOU Yu，DUO Ji，WEN Chun-qi，et al．The source of ore-forming fluids in the Bolong coppermine area，Tibet［J］．China Mining Magazine，2015，24(3):76～80.

［17］邵潔漣．金礦找礦礦物學［M］．北京:中國地質(zhì)大學出版社．1988.

SHAO Jie-lian．Prospectingmineralogy of gold ore［M］．Beijing:China University of Geosciences Press．1988.

［18］Hall D L，Sterner SM，Bodnar R J．Freezing point depression of NaCl-KCl-H2O solutions［J］．Economic Geology，1988，83(1):197～202.

［19］劉斌，沈昆．流體包裹體熱力學［M］．北京:地質(zhì)出版社，1999.

LIU Bin，SHEN Kun．Thermodynamics of fluid inclusions［M］．Beijing:Geological Publishing House，1999.

［20］徐文炘，陳民揚，喻鐵階，等．礦物包裹體成分數(shù)據(jù)的熱力學計算方法及應(yīng)用［J］．礦產(chǎn)與地質(zhì)，1985，1:35～50.

XUWen-xi，CHEN Ming-yang，YU Tie-jie，etal．Thermodynamic calculationmethods and applications ofmineral inclusion composition data［J］．Mineral Resources and Geology，1985，1:35～50.

［21］Crerar D A，Susak N J，Borcsik M，et al．Solubility of the buffer assemblage pyrite+pyrrhotite+magnetite in NaCl solutions from 200 to 350 degrees C［J］．Geochimica et Cosmochimica Acta，1978，42(9):1427～1438.

［22］李葆華，蔡建明，劉若蘭．礦物包裹體學(下冊)［M］．成都:成都地質(zhì)學院礦床教研室(內(nèi)部教材)，1991.

LIBao-hua，CAIJian-ming，LIU Ruo-lan．Mineral inclusion study(PartⅡ)［M］．Chengdu:Chengdu Institute of Geology and Mineral Deposits(internal teachingmaterials)，1991.

［23］Helgeson H C．Thermodynamics of hydrothermal systems at elevated temperatures and pressures［J］．American Journal of Science，1969，267(7):729～804.

［24］Crerar D A，Barnes H L．Ore solution chemistry，V，Solubilitiesof chalcopyrite and chalcocite assemblages in hydrothermal solution at200 degrees to 350 degrees C［J］．Economic Geology，1976.71(4):772～794.

［25］金章東，李福春．斑巖型銅礦床成礦過程中銅的遷移與沉淀機制研究新進展［J］．礦產(chǎn)與地質(zhì)，1998，12(2): 73～78.

JIN Zhang-dong，LIFu-chun．New progress of copper mingation and precipitation mechanism during porphyry ore-forming process［J］．Mineral Resources and Geology，1998，12(2):73～78.

［26］李福春，劉源，金章東，等．流體在金屬成礦過程中的作用［J］．礦產(chǎn)與地質(zhì)，1999，13(3):129～134.

LIFu-chun，LIU Yuan，JIN Zhang-dong，et al．Role of fluid in the metal forming process of ore deposit［J］．Mineral Resources and Geology，1999，13(3):129～134．

STUDY ON THE FLUID INCLUSION PHYSICOCHEM ICAL CONDITIONSOF BOLONG PORPHYRY COPPER-GOLD DEPOSIT IN TIBET

HUO Yan1，LIDan2

(1.College of earth sciences，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，Sichuan; 2.Rock and Mineral Testing Center of Henan Province，Zhengzhou 450012，Henan)

Using Linkam THNSG600 dating and calculating by experience formulas，this paper discusses the fluid inclusion characteristics of Bolong porthyry copper-gold deposit in Tibet，which is beneficial to the migration of the main ore-forming element Cu，and the metallogenic process includes four periods:magma-advanced stage，magnetite-molybdenite period，chalcopyrite-pyrite period and anhydrite-pyrite period．It shows that the type of fluid inclusion is mainly the threephases inclusion including NaCl and metal sulfide daughterminerals．The ore-forming fluid forms in high temperature(232～549℃)and low pressure(1.40×105～234.41×105Pa)，with high salinity(28.65～52.16wt%NaCl)and middle-high density(1.0683～1.1598 g/cm3)．Along with themetallogenic process，the fluid fugacity and activity gradually reduce in each stages，while the values of pH and Eh increase．The element Cumainly exits in the form of Cu(H2S)(HS)－2，which shows that Cu is easier tomineralization in high tempreture and acidic fluids．

fluid inclusion;physicochemistry conditions;porphyry copper-gold deposit;Bolong

P618.41

A

1006-6616(2016)02-0338-08

2015-09-30

四川省教育廳項目(13ZB0066);成都理工大學中青年骨干教師培養(yǎng)計劃資助項目(JXGG201501);成都理工大學“礦物學、巖石學、礦床學”國家重點(培育)學科建設(shè)項目(SZD0407)

霍艷(1978-)，女，講師，理學博士，主要從事礦床地球化學及區(qū)域地質(zhì)調(diào)查等研究工作。E-mail: huoyan@cdut.cn