斑巖-淺成低溫熱液成礦系統(tǒng)基本特征與研究進展

郭曉宇

（成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059）

作為銅、金、鉬等金屬的重要來源，斑巖型礦床為世界工業(yè)提供了約四分之三的銅資源，一半以上的鉬資源以及五分之一以上的金資源和幾乎全部的鉬（Sillitoe，2010），一直是礦床學(xué)界重要的勘查目標和研究熱點。淺成低溫熱液型礦化疊置于斑巖型礦化之上，與斑巖型礦化在空間上相伴產(chǎn)出的礦床實例在世界范圍內(nèi)廣泛存在，構(gòu)成一個完整的斑巖成礦系統(tǒng)，并在相關(guān)礦床的勘查中得到了廣泛地應(yīng)用（Halley et al.，2015；Hedenquist and Lowenstern，1994 ；Hedenquist et al.，1998）。

斑巖成礦系統(tǒng)指受控于同一構(gòu)造-巖漿-熱力學(xué)體系，圍繞多期侵入的中-酸性巖體發(fā)育的，在時空上相依，成因上與淺成、超淺成侵入作用和陸相火山-次火山作用有關(guān)的一系列共生礦床組合（芮宗瑤等，1984；Sillitoe，2010）。上世紀90年代，Hedenquist and Lowenstern（1994）通過西南太平洋地區(qū)斑巖型銅金礦和淺成低溫熱液型金銀礦的研究，提出斑巖銅礦床-淺成低溫熱液型金礦床模型，即在斑巖銅金礦的上部發(fā)育高硫化型淺成低溫熱液型金礦，在外圍靠近地表區(qū)域發(fā)育低硫型淺成低溫熱液型金銀礦，并將這幾種礦床類型統(tǒng)一于同一巖漿-熱液系統(tǒng)，為在世界范圍內(nèi)開展銅金礦找礦勘查起到了重要的指導(dǎo)作用。

目前，對斑巖成礦系統(tǒng)的研究在巖石地球化學(xué)特征、蝕變-礦化特征、成礦物質(zhì)來源、成礦流體演化等方面取得了一系列重要研究成果。為此，本文在系統(tǒng)總結(jié)前人研究成果基礎(chǔ)上，試圖總結(jié)斑巖-淺成低溫熱液成礦系統(tǒng)的基本特征，并簡要介紹近年來世界范圍內(nèi)取得的一些研究進展。

1 基本特征

1.1 時空分布特征

與斑巖相關(guān)的成礦系統(tǒng)形成時代不均一，廣泛分布于顯生宙，以中、新生代為主，其次是古生代，僅少量礦床形成于前寒武紀（毛景文等， 2014；侯增謙， 2004；鄒國富等，2011），整體具隨時代由老到新，礦床數(shù)目增多、礦化強度增大的特征。顯生宙斑巖成礦系統(tǒng)在空間上分布也明顯不均，主要分布于一些以壓性巖漿弧相關(guān)的匯聚板塊邊界上（Sillitoe， 2018），主要產(chǎn)出于環(huán)太平洋成礦域、古亞洲成礦域和特提斯成礦域內(nèi)。

近年來，一些中生代和古生代礦床陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，如美國阿拉斯加地區(qū)佩珀（Pebble）礦床（～90 Ma，Lang et al.，2013），中國福建上杭地區(qū)紫金山礦集區(qū)（～100Ma，張德全等， 2003）、西藏阿里地區(qū)多龍礦集區(qū)（～120 Ma，唐菊興等， 2014， 2016）；蒙古國南部歐玉陶勒蓋（Oyu Tolgoi）礦集區(qū)（370 Ma，楊波等， 2017）及中國新疆北部土屋-延?xùn)|礦集區(qū)（330 Ma，王福同等， 2001）等，除新生代大規(guī)模的斑巖成礦作用外，在古陸邊緣巖漿弧地區(qū)尋找未被剝蝕的隱伏斑巖系統(tǒng)相關(guān)礦床得到越來越多的關(guān)注和重視。

1.2 大地構(gòu)造背景

有研究表明，目前世界上約97%的大型-超大型斑巖銅-金-鉬礦床產(chǎn)于匯聚板塊邊緣（Wilkinson， 2013）。因此，火山-巖漿弧是斑巖成礦系統(tǒng)最重要的構(gòu)造單元之一。根據(jù)其有無弧后盆地，分為島弧和陸緣弧。島弧環(huán)境主要分布于太平洋西岸，如印度尼西亞和菲律賓島弧，主要產(chǎn)出斑巖型銅和銅—金礦床，典型礦床有Grasberg，F(xiàn)ar South East等礦床；而陸緣弧環(huán)境的經(jīng)典成礦省則主要分布于太平洋東岸，如美國西南部的亞利桑那成礦省、墨西哥北部成礦省、智利北部成礦省和智利中部成礦省等，主要產(chǎn)出斑巖型銅—鉬礦床，典型礦床有Bingham，El Teniente等礦床（熊欣等， 2014 ；Cooke，2005）。

近年來研究發(fā)現(xiàn)，大陸碰撞造山帶也是產(chǎn)出斑巖型礦床的重要環(huán)境。與火山巖漿弧相比，在大陸碰撞帶，晚碰撞構(gòu)造轉(zhuǎn)換環(huán)境中發(fā)育斑巖Cu、Cu-Mo和Cu-Au礦床（侯增謙等， 2009；侯增謙，2010），其典型代表有中國岡底斯斑巖銅礦帶和玉龍銅礦帶（曲曉明等， 2001），顯示出產(chǎn)出斑巖型礦床的巨大潛力。

此外，斑巖礦床也可以產(chǎn)于與陸內(nèi)環(huán)境，與陸內(nèi)裂谷作用引發(fā)的構(gòu)造-巖漿活動關(guān)系密切（陳衍景， 2013）。斑巖成礦系統(tǒng)主要產(chǎn)出大地構(gòu)造背景示意圖見圖1。

圖1 斑巖成礦系統(tǒng)主要產(chǎn)出大地構(gòu)造背景示意圖（據(jù)Groves et al.， 1998 ；陳衍景， 2013 修改）

1.3 結(jié)構(gòu)特征

一個理想的完整斑巖成礦系統(tǒng)包括圍繞成礦斑巖體產(chǎn)出的斑巖型Cu±Au±Mo礦床，外圍的矽卡巖型Cu-Au礦床、交代碳酸鹽巖型Pb-Zn-Ag多金屬礦床、微細浸染型（卡林型）Au礦床及覆于頂部的高（中）硫化淺成低溫熱液型Au±Cu礦床，側(cè)邊部產(chǎn)出的低硫化淺成低溫熱液型Pb-Zn-Ag-Au礦 床 等（Sillitoe， 2010， 2012；Lang，2000，圖2）。由于這幾種礦化類型在野外即可觀察到，其不同礦化類型之間的空間位置關(guān)系為斑巖成礦系統(tǒng)的勘查提供了重要的勘查標準。

西南太平洋地區(qū)巴布亞新幾內(nèi)亞東北部近年來發(fā)現(xiàn)的Waf-Golpu礦床就是這一成礦模式的典型代表之一（Rinne et al.， 2018）。該礦床由深部斑巖型礦化、淺部高硫化型淺成低溫熱液型礦化以及側(cè)部中硫化型淺成低溫熱液型礦化組成。我國紫金山礦田在探明了紫金山高硫化型淺成低溫熱液型銅金礦床后，在其外圍發(fā)現(xiàn)悅洋（碧田）低硫型淺成低溫熱液型銀金礦床和羅卜嶺斑巖銅鉬礦，構(gòu)成紫金山地區(qū)斑巖-淺成低溫熱液成礦系統(tǒng)（張德全等， 2003）。西藏阿里地區(qū)的班公湖-怒江成礦帶西段近年來發(fā)現(xiàn)的鐵格隆南超大型斑巖-高硫化型淺成低溫熱液型銅金礦床也由深部的斑巖礦化和淺部的淺成低溫熱液礦化組成（唐菊興等， 2014， 2016）。這些斑巖-淺成低溫熱液成礦系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)，都是圍繞斑巖體，在一種礦化類型取得突破后，發(fā)現(xiàn)了新的礦化類型，是同一成礦系統(tǒng)下不同部位的產(chǎn)物。

圖2 理想的斑巖銅礦成礦系統(tǒng)模型（據(jù)Sillitoe， 2010 ；Lang， 2000修改）

1.4 蝕變分帶與礦化

熱液蝕變是斑巖銅礦最重要的特征之一，斑巖銅礦礦體周圍通常發(fā)育強烈的原生蝕變分帶，如經(jīng)典的石英二長巖模式（Lowell et al.， 1970）中，其熱液蝕變通常含有一個鉀質(zhì)蝕變核心，往外依次為石英絹云母化、泥化和青磐巖化蝕變，呈同心圓狀圍繞著鉀質(zhì)蝕變核心（圖2）。另外一個重要的成礦模式是閃長巖模式（Holister， 1978），其蝕變分帶通常也含有一個鉀質(zhì)蝕變核心，但其周圍直接出現(xiàn)青磐巖化。

相較于經(jīng)典斑巖銅礦成礦模式，斑巖-淺成低溫熱液成礦系統(tǒng)的蝕變分帶與礦化更為復(fù)雜。熱液蝕變是一個長期的過程，由不同期熱液蝕變作用互相套合和疊加而導(dǎo)致蝕變-礦化系統(tǒng)復(fù)雜化。從深部斑巖型礦體到淺部的淺成低溫熱液型礦體，是同源含礦巖漿在統(tǒng)一的巖漿-熱液體系內(nèi)在不同演化階段所形成的，含礦巖漿的氧逸度、流體性質(zhì)和圍巖性質(zhì)等，可以導(dǎo)致成礦系統(tǒng)發(fā)育一系列逐漸過渡的蝕變帶，如絹云母化、泥化蝕變在與堿性侵入體有關(guān)的斑巖系統(tǒng)中少有發(fā)育，但在與鈣堿性侵入體有關(guān)的斑巖系統(tǒng)中則比較發(fā)育，暗示圍巖及巖漿化學(xué)組成中K+/H+比值對蝕變作用的控制。此外，硫逸度、氧逸度、pH值等也都是控制蝕變類型的重要因素。

不同蝕變帶對應(yīng)不同的蝕變礦物組合，并在剖面上構(gòu)成連續(xù)的過渡帶。斑巖成礦系統(tǒng)的礦化大多具有多期次疊加的特征，經(jīng)歷了較長時間的演化。成礦流體除了巖漿直接分異出的流體外，還有在巖漿作用過程中，通過熱作用從圍巖中分異出的水及天水的加入。早期的礦化主要分布于鉀硅化帶中，后期礦化可在其它蝕變帶中產(chǎn)出。斑巖型礦床中的脈體系統(tǒng)不僅記錄了熱液流體演化的各個不同階段，還對熱液蝕變作用的特點及其與金屬硫化物沉淀的關(guān)系具有指示意義。

一個完整的斑巖-淺成低溫熱液成礦系統(tǒng)蝕變分帶在空間上從下向上依次為：Ca-Na硅酸鹽化帶→鉀硅酸鹽化帶→青磐巖化帶→綠泥石-絹云母化帶→絹英巖化帶→高級泥化帶（Hedenquist et al.， 1998，圖3）。整體來看，這些蝕變帶之間既有相互疊加的特征，又有蝕變類型由下往上不斷向高級的、后期的蝕變類型過渡的特征，表現(xiàn)為淺部蝕變-礦化常疊加于深部的蝕變-礦化系統(tǒng)之上。

圖3 斑巖-淺成低溫熱液成礦系統(tǒng)蝕變分帶模式圖（據(jù)Sillitoe， 2010修改）

Ca-Na硅酸鹽化帶：在斑巖銅礦系統(tǒng)中非常普遍的蝕變類型，在圍巖和斑巖體中部較常見，其存在標定了含礦巖株的位置。鈉質(zhì)-鈣質(zhì)蝕變帶一般貧硫和金屬元素（除以磁鐵礦形式存在的Fe元素）（Sillitoe， 2010）。

鉀硅酸鹽化帶：該蝕變帶主要存在于斑巖銅礦系統(tǒng)的最中央和最深部位置，只有遭到深度剝蝕的礦床才可能出露此蝕變帶。該蝕變帶規(guī)模變化較大，以發(fā)育交代和細網(wǎng)脈狀充填的黑云母為特征，主要的礦物組合為黃銅礦±斑銅礦。

青磐巖化帶：由次生鉀長石化消耗了K、Al，Ca、Na、Cl等元素向上遷移形成。蝕變溫度在300～400℃之間，pH為4～5。蝕變礦物主要有綠簾石、碳酸鹽巖、石英、綠泥石、絹云母，金屬礦物有黃鐵礦、磁鐵礦、少量閃鋅礦或黃銅礦。原生的鎂鐵質(zhì)礦物部分或完全蝕變?yōu)榫G泥石和碳酸鹽礦物。該帶主要發(fā)育于圍巖中，一般向圍巖過渡數(shù)百米后即消失。

綠泥石-絹云母化帶：該蝕變帶常疊加在早期的鉀硅酸鹽化蝕變帶之上，廣泛發(fā)育并形成獨特的灰白、綠色巖石，主要由巖石中較基性礦物蝕變?yōu)榫G泥石、絹云母等所致。

絹英巖化蝕變帶：該蝕變帶常整體或部分疊加在鉀硅酸鹽化帶和綠泥石-絹云母化帶之上（圖3），以白色到灰色的石英-絹云母-黃鐵礦發(fā)育為特征。早期絹云母化導(dǎo)致巖石礦物由綠向灰綠色轉(zhuǎn)變，一般不常見。晚期絹云母化導(dǎo)致巖石礦物由灰綠色向灰白色轉(zhuǎn)變，普遍可見。其中硫化物以黃鐵礦為主，以細脈狀或是浸染狀分布。該帶也可產(chǎn)出富銅黃鐵礦，或者是黃銅礦或其他硫化物礦物組合（一般是黃鐵礦-斑銅礦、黃鐵礦-輝銅礦、黃鐵礦-銅藍、黃鐵礦-砷黝銅礦、黃鐵礦-硫砷銅礦等）。

高級泥化帶：該蝕變帶是淺成低溫熱液礦床的典型產(chǎn)物，標志著斑巖成礦系統(tǒng)淺部的淺成熱液型礦床的出現(xiàn)。高級泥化蝕變帶，絹英巖化蝕變礦物向上常轉(zhuǎn)化為石英-葉臘石礦物組合，該礦物組合在深部分布廣泛，是許多高級泥化蝕變帶的較高溫礦物組合部分。斑巖銅礦床中蝕變礦化帶的垂向分布主要受蝕變疊加程度的影響。

總體來看，斑巖-淺成低溫熱液成礦系統(tǒng)的礦化大多集中在鉀化帶與青磐巖化帶、鉀化帶與絹英巖化帶接觸部位，礦化分帶為貧黃鐵礦、富Cu-Au內(nèi)核→富Mo帶→黃鐵礦暈。原生成礦作用礦石礦物包括黃銅礦、斑銅礦、金、輝鉬礦，但一般會形成原生礦床的次生富集帶（如斑巖銅礦上的富黃鐵礦含Ag-Au淺成熱液礦床），這個次生富集帶可以存在于任何一個蝕變帶中，待其被剝蝕后，又會形成新的次生富集帶（如黃鉀鐵釩淋濾層）。

成礦系統(tǒng)淺部則發(fā)育巖帽，以石英-明礬石或石英-地開石±高嶺石組合為特征，通常其頂部由于強酸性流體淋濾而形成多孔狀殘余石英，是重要的找礦標志之一。巖帽主要由巖石經(jīng)一定交代作用所成，控制了斑巖-淺成低溫熱液成礦系統(tǒng)中大部分如Au、Ag等貴金屬元素的產(chǎn)出（江思宏等， 2004）。

2 研究進展

斑巖-淺成低溫熱液成礦系統(tǒng)一直是國際礦床學(xué)研究的熱點和前沿，特別是斑巖銅礦與淺成低溫熱液銅金礦床之間的時空演化和成因聯(lián)系的研究，其對于礦床成因研究和深部找礦勘探都具有重要的理論和實際勘查意義。

前人的研究在斑巖-淺成低溫熱液成礦系統(tǒng)的構(gòu)造背景與成礦環(huán)境、含礦斑巖巖石地球化學(xué)特征、熱液系統(tǒng)與蝕變作用、成礦作用機制與礦化特征、控礦因素與成礦動力學(xué)機制等方面已取得較完善的認識。最新的研究進展主要體現(xiàn)在以下幾方面：①斑巖型礦化與淺成低溫熱液礦化之間的關(guān)系研究；②研究方法和技術(shù)手段的更新，為成礦系統(tǒng)研究提供了更精確的研究數(shù)據(jù)；③基于成礦系統(tǒng)中蝕變分帶和特征蝕變礦物組合特征，開展指示礦物研究，以尋找潛在斑巖礦床。

劉文元（2015）以紫金山礦集區(qū)為例，開展了斑巖成礦系統(tǒng)的精細礦物學(xué)研究，揭示了該成礦系統(tǒng)的礦物演化特征和熱液成礦條件，并為深部斑巖找礦勘探提供了依據(jù)。

有學(xué)者通過應(yīng)用各種研究手段來建立斑巖型與淺成熱液型礦床之間的聯(lián)系。Large et al. （2018）研究了西南太平洋Ok Tedi斑巖-矽卡巖Cu-Au礦床的侵入巖、微量元素地球化學(xué)和鋯石年代學(xué)特征，認為與礦化作用有關(guān)的侵入巖是通過封閉系統(tǒng)分級結(jié)晶和逐漸冷卻而形成的。同時利用同位素稀釋-熱電離質(zhì)譜（ID-TIMS）獲得的同位素測年結(jié)果，為確定巖漿演化、斑巖侵位和斑巖Au-Cu礦化的時間提供了準確度更高的數(shù)據(jù)。Cao et al. （2018）研究了菲律賓Northern Luzon地區(qū)的Black Mountain斑巖型Cu-Au礦床侵入巖中原生角閃石和斜長石階段的礦物化學(xué)特征，揭示了巖漿房的演化過程，限制了巖漿的物理化學(xué)特征范圍，有助于闡明Black Mountain礦床的成礦金屬元素來源。

澳大利亞塔斯馬尼亞大學(xué)David Cooke教授領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊利用常見的蝕變礦物，如綠泥石、綠簾石、明礬石和粘土礦物等進行成分和形成物理化學(xué)條件的測定，探討這些與成礦有關(guān)礦物的特征及其空間分布規(guī)律，提出進一步找礦的標志，即找礦印痕研究（毛景文等， 2014）。

3 結(jié)論

斑巖-淺成低溫熱液成礦系統(tǒng)中各種礦床類型之間存在著密切的時間、空間及成因聯(lián)系，在時空上具有連續(xù)演化的特征，是同源含礦巖漿在同一成礦背景之下于不同演化階段形成的產(chǎn)物，含礦熱液的物化性質(zhì)及時空遷移規(guī)律決定了它們在不同地質(zhì)部位產(chǎn)出不同類型的礦床。

成礦系統(tǒng)的蝕變分帶與礦化復(fù)雜，往往形成不同期熱液蝕變作用互相套合現(xiàn)象。早期礦化產(chǎn)于鉀化帶中，后期的礦化分布在其他蝕變帶中。

作為國際礦床學(xué)研究的熱點和前沿，斑巖礦床與淺成低溫熱液礦床之間的時空演化和成因聯(lián)系的研究有著重要的理論和現(xiàn)實意義。斑巖-淺成低溫熱液成礦系統(tǒng)研究的觀點和方法，成礦系統(tǒng)概念模型的建立，有助于將礦床地質(zhì)研究工作建立在較為完整的科學(xué)理論基礎(chǔ)之上，對于找礦勘查具有更重要的指導(dǎo)意義。同時，在勘查實際中獲得的大量信息和經(jīng)驗可以修改、補充、完善原有的成礦系統(tǒng)理論框架和概念模型，從而更好地指導(dǎo)礦產(chǎn)勘查。