江西德兴铜矿田成矿热液演化过程及其对铼差异性富集的制约.pdf
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1、un.2 0 2 32023年6 月质地ACTALOGICA SINICA报学Vol.97 No.6第6 期第9 7 卷江西德兴铜矿田成矿热液演化过程及其对差异性富集的制约陈涛亮1.2),任志1,2),冷成彪彭*1.2),王安东1.2)1)东华理工大学核资源与环境国家重点实验室,江西南昌,330 0 13;2)东华理工大学地球科学学院,江西南昌,330 0 13内容提要:铜厂和富家坞矿床是德兴矿田中两个典型的斑岩铜矿床,二者成矿时代、成矿背景和致矿斑岩均较一致,但前者中辉钼矿的Re含量明显高于后者。为探究成矿流体演化过程对辉钼矿中Re含量差异的影响,本文对铜厂和富家坞不同成矿阶段的石英开展LA
2、-ICP-MS微区原位分析以及流体包裹体测温研究。结果显示,二者流体均具有由高温向低温,中低盐度高盐度共存向低盐度演化的趋势,且温度下降、流体沸腾以及pH值的变化可能是导致Cu、M o 沉淀的主要原因;但就同一成矿阶段而言,铜厂比富家坞成矿温度更低,并且在主成矿阶段,铜厂具有更高的流体盐度;因此,推测温度和盐度可能是导致二者中辉钼矿Re含量差异的主导因素。关键词:德兴铜矿田;成矿流体演化;辉钼矿;江西德兴铜矿田是中国东部最大的斑岩型铜矿产地,其矿产资源储量巨大,Cu、M o 储量分别达超大型、大型。同时还伴生有Au、A g、Re 和Co等有益组分(朱训等,198 3;周清,2 0 11;文鹏,
3、2 0 15),其中Re储量可达10 0 0 t,占全球储量的10%(龚益彬,2008)。该矿床自发现以来,前人在地质特征(朱训等,198 3)、成岩成矿时代(GuoShuoetal.,2 0 12;Zhou Qing et al.,2 0 12;Li Xi a o f e n g e t a l.,2013)、构造背景(Wang Qiang et al.,2 0 0 6;W a n gGuoguang et al.,2015;Li Li et al.,2017;ZhangChanchan etal.,2 0 17)、成矿物质来源(梁祥济,1995;钱鹏等,2 0 0 6)、伴生元素分布状态(
4、王传亮等,2014;夏瑜等,2 0 17;高知睿等,2 0 18)等方面做了大量研究并取得了众多成果。前人通过辉钼矿Re-Os定年以及微量元素方面的研究,发现德兴铜矿田铜厂和富家坞两个矿床的辉钼矿Re含量存在显著差异,铜厂辉钼矿平均Re含量可达12 6 8 X10-,而富家坞矿床平均Re含量为2 44X10-(朱训等,1983;Guo Shuoetal.,2 0 12),但对于差异的原因却少有研究。二者在地质背景、成矿时代、成矿岩体等方面均较一致,这意味着铜厂和富家坞辉钼矿Re含量的差异可能与成矿流体性质及演化过程有关。基于此,本文采用流体包裹体测温以及石英LA-ICP-MS微量元素分析等手段
5、,重点对比铜厂和富家坞矿床的流体性质及演化过程,并在此基础上探讨两个矿床辉钼矿Re含量差异的原因,深化对Re成矿理论的认识1区域地质特征德兴斑岩型铜矿田地处扬子板块东南缘的江南台隆上,江南造山带的东部,江绍断裂带的西侧(金章东等,2 0 0 2;周清,2 0 11;李利等,2 0 18;WangGuoguang etal.,2 0 2 0)。区内出露地层岩性相对简单,全区面积7 0%的地层为新元古界双桥山群浅变质岩(毛景文等,2 0 10)。北东向的赣东北深大断裂、乐安江深大断裂和泗州庙复式向斜组成了区内注:本文为国家自然科学基金项目(编号42 0 2 2 0 2 1,42 10 2 0 97
6、)、江西省双千计划 项目(编号DHSQT22021006)、江西省自然科学基金项目(编号2 0 2 0 BAB203017)、核资源与环境国家重点实验室项目(编号2 0 2 0 Z02,2 0 2 0 Z15)和东华理工大学研究生创新专项资金项目(校级项目)(编号DHYC-202129)联合资助的成果。收稿日期:2 0 2 2-0 3-2 9;改回日期:2 0 2 2-0 5-18;网络发表日期:2 0 2 3-0 5-30;责任编委:范宏瑞;责任编辑:袁璐璐。作者简介:陈涛亮,男,1998 年生。硕士生,矿床学专业。E-mail:c t l 6 8 10 932 0 16 3.c o m。*
7、通讯作者:冷成彪,男,198 2 年生。教授,主要从事矿床学方面的研究和教学工作。E-mail:。引用本文:陈涛亮,任志,冷成彪,王安东2 0 2 3.江西德兴铜矿田成矿热液演化过程及其对差异性富集的制约地质学报,97(6):19001916,doi:10.19762/ki.dizhixuebao.2023351.Chen Taoliang,Ren Zhi,Leng Chengbiao,Wang Andong.2023.The evolution of metallogenic hydrothermal fluid and itseffect on the heterogeneous enri
8、chment of rhenium in the Dexing copper ore field.Jiangxi Province.Acta Geologica Sinica,97(6):19 0 0 19 16.陈涛亮等:江西德兴铜矿田成矿热液演化过程及其对差异性富集的制约1901第6 期主要构造框架(图1)。该区域从晋宁期到喜马拉雅期,共经历了七次较大的构造-岩浆活动,其中以晋宁期及燕山期的岩浆活动最为强烈,前者主要形成火山碎屑岩、角斑岩、玄武岩等,后者以酸性喷出岩及侵入岩为主,岩性主要为火山碎屑岩、花岗斑岩、石英斑岩、花岗闪长斑岩等(朱训等,19 8 3)。矿田资源储量巨大,铜储量超9
9、万t,金138 t(朱训等,1983)。2矿床地质特征德兴矿田由铜厂、富家坞、朱砂红三个大型斑岩铜矿床组成,三者呈北西向展布(图2)。在矿田范围内,仅出露新元古界双桥山群的浅变质千枚岩,这一地层也是矿田的赋矿围岩。矿田内的泗州庙复式向斜及次级褶皱西源岭背斜、官帽山向斜为主要的褶皱构造。矿田主要发育东西向、北东向、北北东向的三组压扭性断裂,同时还存在与之相配套的三组张性断裂组合(朱训等,19 8 3)。三个矿床的成矿与矿田内的NW向展布的三个小型花岗闪长斑岩体关系密切,斑岩体呈北西向倾伏,三个斑岩体石U-Pb年龄集中在17 2 17 0 Ma(王强等,2 0 0 4;LiuXuan et al.
10、,2 0 12;Zh o u Q in g e t a l.,2 0 12;LiXiaofengetal.,2 0 13)。矿体主要赋存于斑岩体浅部的内外接触带,空间分布集中,形态完整,规模巨大,呈现上铜下钼的特征(朱训等,19 8 3)。从朱砂红矿床到富家坞矿床,矿石铜钼品位逐渐增加,矿床剥泗州庙乐安江深大断裂朱砂红K图2富家坞蛤蟆石金矿铜厂金山银山多金属矿床花桥八十源02km2A5681011121314151617图1江西德兴铜矿田区域地质图(据王翠云等,2 0 12 修)Fig.1Regional geological map of the Dexing copper ore fiel
11、d,Jiangxi Province,South China(modified after Wang Cuiyun et al.,2012)1一白垩系石溪组;2 一侏罗系鹅湖岭组;3一侏罗系林山组;4一寒武系河塘组;5一震旦系志堂组;6 一新元古界登山群;7 一新元古界双桥山群;8一中侏罗世花岗岩;9 一中侏罗世花岗闪长斑岩;10 早侏罗世潜火山岩;11一古元古代辉石角闪岩;12 一新元古代细碧角斑岩;13一剪切带;14一断裂;15一复式向斜;16 一金矿脉;17 一矿床1Cretaceous Shixi Group;2Jurassic Ehuling Group;3Jurassic Lins
12、han Group;4Cambrian Hetang Group;5Sinian System ZhitangGroup;6Neoproterozoic Dengshan Group;7-Neoproterzoic Shuangqiaoshan Group;8Middle Jurassic granite;9-Middle Jurassicgranodiorite porphyry;10Early Jurassic subvolcanic rock;11-Paleoproterozoic pyroxenite diorite;12-Neoproterozoic metaspilitekerat
13、ophyre;13shear zone;14fault;15synclinorium;16gold ore bodies;17ore depositshttp:/urnalscn/dzxb/ch/index.aspx190220233年质地报学中元古界双桥山群变质千枚岩Pt,SHMesoproterozoic ShuangqiaoshanGroupphyllite中侏罗世花岗闪长斑岩MiddleJurassicgranodioriteporphyry背斜AnticlineSh向斜000%Syncline断层Fault朱砂红钾化蚀变Potassicalteration黄铁绢英岩化蚀变Quartz
14、-sericite-pyritealteration0001Pt,Sh青磐岩化蚀变Propyliticalalteration8铜厂富家坞0000Pt,Sh0000001km680007000072000974000图2德兴铜矿田构造分布及蚀变分带简图(据朱训等,19 8 3修改)Fig.2Simplified structures and alteration zoning map of the Dexing copper ore field(modified after Zhu Xun et al.,1983)蚀深度逐渐增大(王国光等,2 0 19)。金属矿物有黄铜矿、辉钼矿、黄铁矿、磁铁
15、矿及赤铁矿,还有少量或微量的方铅矿、磁黄铁矿等。脉石矿物包括钾长石、石英、斜长石、绿泥石、绿帘石和方解石,少量黑云母、白云母、石膏、硬石膏、金红石,以及微量的萤石等。矿石的常见构造主要有块状构造、浸染状构造、脉状构造等。三个矿床围岩蚀变种类、蚀变分带特征也极为相似,主要发育有钾长石化、绢云母化、绿泥石化、白云石化、青磐岩化等蚀变,同时自接触带向外呈现典型的斑岩矿床蚀变分带特征(即,钾化一黄铁绢英岩化一青磐岩化)(图3;HeWenwu etal.,1999;Wang Qiang et al.,2006;Sillitoe,2010;王翠云等,2 0 12;王国光等,2 0 19)。根据蚀变矿物相互
16、交代以及脉体之间的穿插关系可划分三个蚀变矿化阶段:早期钾长石化阶段、中期的石英-绢云母-绿泥石化阶段以及晚期的碳酸盐-硫酸盐化阶段(朱训等,19 8 3;周清,2 0 13)。(1)早期钾长石化阶段:该阶段蚀变产物主要为钾长石、石英、黑云母等,偶见电气石、磷灰石,蚀变范围主要集中在岩体内部。此阶段矿化相对微弱,主要为稀疏浸染状产出的磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿及少量的辉钼矿。(2)中期石英-绢云母-绿泥石化阶段:这一阶段主要形成石英、绢云母、绿泥石、伊利石等蚀变矿物,蚀变范围宽广,发育在岩体内外接触带。矿化强烈,主要为黄铜矿、黄铁矿、辉钼矿等矿物,是Cu、M o矿化的主要阶段。(3)晚期碳酸盐-硫酸
17、盐化阶段:由于晚期大气降水开始占据主导地位,流体氧逸度上升,温度大幅下降,形成的蚀变矿物主要为方解石、白云石、硬石膏,蚀变范围最广。这一阶段矿化微弱,主要为少量的黄铜矿、黄铁矿,偶见辉钼矿产出。3样品及实验方法3.1样品采集及特征描述由于朱砂红矿区尚未开采,难以获得实验所需样品,本次测试样品采自富家坞和铜厂矿区的露天采场,对应标高分别为133.14m、2 0 4.2 9 m 以及-47.20m、一7 2.50 m。用于实验的样品主要为弱蚀变花岗闪长斑岩的石英斑晶及含矿石英脉。花岗闪长斑岩表面呈现青灰色,具有斑状结构,块状构造。斑晶总含量约为30%6 0%,成分主要为斜长石(15%35%)、钾长
18、石(5%15%)、黑云母(5%)及少量石英(30-:1线(.01x)d1:80-6020-40102000050100150200250300350050100150200250300350051015A1(10)Al(10)A1*(10)10000901000铜厂(g)(h)(i)80Tongchang70100060-100(.0 1)IV9.01x)!T(.01)!750-4010030-1020-1010002040608010012002040608010012010100100010000Ti(106)Ti(10)A1(10)1000501000(k)9.01x)*$+*9?+*+
19、*N+*!145-40-10035-1:1线100(.01)(.0 1)d30251020101510500.110100100010000101001000100000.1101001000Al(10)A1(10)A1*(106)图8 行德兴铜矿田富家坞及铜厂矿床石英微量元素图解Fig.8 Diagrams of trace elements in quartz from Fujiawu and Tongchang deposits in the Dexing copper ore field(a)(f)一富家坞;(g)(1)一铜厂;其中*为元素的摩尔含量(a)(f)一Fujiawu;(g)
20、(l)一Tongchang;represents molecularweighthttp:/WWW/ch/index.aspx19102023年地质报学Li、B、Na、M g、A l、P、Cl、K、Ca、T i、M n、R b、Cs 等元素在LA-ICP-MS时间分辨率剖面图中均呈现较为平缓的直线(图9 a),表明这些元素主要以类质同象的形式赋存在石英晶格中。尽管我们在测试过程中已尽可能避开流体包裹体,但部分样品中Na、Ca、A1、K 等元素时间-分辨信号图呈现为波动起伏的不规则曲线,表明仍然存在含Na、Ca、A l、K 的包裹体赋存在石英颗粒内(图9 bd)。A l 作为石英中含量最高的微量
21、元素,其进人石英晶格主要有两种形式:离子团替换:与P5+结合替代Si4+,形成A IPO 4;电价补偿替换:与碱金属等一价阳离子进行电荷补偿替换石英中的Si4+(G o t z e e t a l.,2004;Ja c a mo n a n d La r s e n,2 0 0 9;陈剑锋和张辉,2011)。铜厂和富家坞矿床的绝大多数石英中的P含量低于检出限,且P与Al之间的相关性微弱(图8e、i),表明在铜厂和富家坞矿床中,AIPO4不是Al在石英中的主要存在形式,而两个矿床石英中Al含量与碱金属含量之间均具有良好的相关性(图8f、1),表明A1主要以与碱金属电荷补偿的形式进入石英晶格当中。
22、假设Al全部以与一价阳离子配位的形式赋存,碱金属与Al的含量比应该为1:1,而图8 f中,富家坞斑晶中二者比值大于1,表明测试结果可能受到了斑晶中上述含碱金属的流体包裹体影响。这可能也是富家坞与铜厂矿床斑晶至V1脉中Ti含量未呈现一致变化趋势的原因。5.2流体特征及演化过程5.2.1流体性质(1)压力:两个矿床V1脉中LVH相包裹体全部以石盐子晶的消失达到均一,表明V1脉形成于较高的压力条件(潘小菲等,2 0 0 9)。假设所测定V1脉中的LVH相包裹体均为高压环境下石英捕获石盐的不饱和溶液,依据ClineandBodnar(1994)给出的压力估算图(图10),可以得出富家坞V1脉的压力介于
23、1152 0 0 MPa之间,铜厂V,脉的介于10 010000001000000(a)(b)NaLi100000100000BNaMgMAI10000-10000MWPCIK10001000-CaTiMnGe100100RbCs1010-020406080100020406080100时间(s)时间(s)10000001000000(c)(d)Al+K+Na100000100000Ca1000010000卡M10001000100-100-10-10-020406080100020406080100时间(s)时间(s)图9德兴铜矿田富家坞及铜厂矿床石英LA-ICP-MS时间分辨率剖面图Fig
24、.9Representative single-spot LA-ICP-MS spectra for selected elements in quartz fromFujiawu and Tongchang deposits in the Dexing copper ore field陈涛亮等:江西德兴铜矿田成矿热液演化过程及其对差异性富集的制约1911第6 期300300富家坞液线铜厂液相线等容线等容线FujiawuTongchangL+HLL+H2502501200200(edW)d(edW)d150150111LVL100/100/57.3%NaCleq156.7%NaCleq5016
25、8.8%NaCleqL+V5067.1%NaCleqL+V1V+HL-V-HV+HL-V-H0200300400 5006007000200300400500600700T()T()图10德兴铜矿田富家坞、铜厂矿床早期V,脉中LVH相包裹体的均一温度-形成压力相图(含阴影区域为德兴铜厂斑岩矿床V,脉石英中LVH相包裹体的最小P-T区域)(据ClineandBodnar,19 9 4)Fig.1o Diagrams for pressure with temperature(the shadow district represents the smallestrange of P-T condi
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