西藏波龍銅礦區成礦流體來源示蹤

周 玉，多 吉，溫春齊，費光春，何陽陽

(1.成都理工大學地球科學學院， 四川 成都 610059；2.中國地質科學院礦產綜合利用研究所， 四川 成都 610041；3.西藏自治區地質礦產勘查開發局， 西藏 拉薩 850000)

地質找礦

西藏波龍銅礦區成礦流體來源示蹤

周 玉1,2，多 吉1,3，溫春齊1，費光春1，何陽陽1

(1.成都理工大學地球科學學院， 四川 成都 610059；2.中國地質科學院礦產綜合利用研究所， 四川 成都 610041；3.西藏自治區地質礦產勘查開發局， 西藏 拉薩 850000)

波龍銅礦床是西藏地質五隊近年來在青藏高原中部發現的最大的斑巖型礦床。為了查明波龍銅礦區成礦流體來源，對采自礦區的黃鐵礦及石英流體包裹體樣品進行了He、Ar同位素與氣相成分測試。測試結果顯示黃鐵礦流體包裹體3He/4He分別為3.03和8.51，40Ar/36Ar為214.94和284.23，表明成礦流體可能來源于殼?；煸?；石英包裹體氣相成分以H2O為主，次為CO2，還有少量的N2、CH4、C2H6、H2S及Ar氣體，部分樣品中還含有O2成分，表明成礦流體中混有高氧逸度組分；結合礦區石英包裹體H-O同位素顯示成礦流體以巖漿源為主、并混有大氣成分分析，波龍銅礦區成礦流體應屬殼?；煸?，早期成礦流體以深源為主，晚期隨著流體的演化有部分大氣降水的加入。具高氧逸度特征的怒江洋殼俯沖板片攜帶大量成礦物質俯沖進入羌塘-三江復合板片南緣深部，熔融交代上覆地幔楔，發生殼?；旌?，形成初始巖漿，在上升過程中混染下地殼物質，并受到深循環大氣降水的影響最終侵位到上部地殼形成波龍銅礦床。

稀有氣體同位素；流體包裹體氣相成分；波龍銅礦區

西藏波龍銅床是產于班公湖-怒江西段斑巖銅礦帶的大型斑巖型銅礦床，也是近幾年在青藏高原中部發現的最大的斑巖型銅礦床，礦區位于西藏阿里地區改則縣北西約80km處。自2005年波龍礦床被確立為獨立的斑巖型銅礦床后備受研究者關注[1-14]。目前波龍銅礦床控制的銅資源量超過200萬t，伴生金約100t，銅平均品位約0.5%[1]。現有研究認為礦區含礦花崗閃長斑巖具弧花崗巖類與大陸碰撞花崗巖類的特點[2]，斑巖體形成于中生代早白堊世早期[3-4]，元素地球化學特征表明其形成于大陸邊緣島弧或大陸弧環境[2,5]，巖石放射性同位素研究表明其具有高Sr低Nd特征，且具有正常Pb同位素的特點，應為殼?；煸吹漠a物[6]。礦區出露地層曲色組變質砂巖中發育可能形成于地層形成時的鎂電氣石[7]，而成分分析表明曲色組變質砂巖形成于島弧構造環境[8]。含礦脈石英中輝鉬礦Re-Os同位素研究顯示礦床形成年齡為119.4±1.3Ma(MSWD=0.63，n=4)[1]。石英流體包裹體發育含石鹽和硫化物子礦物的氣、液、固三種類型包裹體，成礦流體為高鹽度、中-高等密度，礦床可能形成于高溫、低壓環境[9]。礦區黃鐵礦成因比較復雜，但主要以熱液成因為主[10]，黃鐵礦S同位素以富重硫同位素為特點，主要來源于深源巖漿[7,11-12]。

隨著近年來實驗技術水平的提高及研究的深入，稀有氣體同位素應用范圍已從示蹤大洋巖石圈地幔演化、隕石成因等傳統領域擴展到示蹤大陸巖石圈地幔的形成與演化、造山過程和成礦古流體的形成與演化等新領域[13-15]。由于黃鐵礦良好的封閉性已成為研究古流體稀有氣體同位素組成的最佳寄主礦物[16]。當前稀有氣體同位素應用于礦床研究還處于初始階段，且班公湖-怒江地區稀有氣體同位素數據報道極少，故本文選擇對波龍銅礦區礦物包裹體稀有氣體同位素進行研究，結合礦區石英包裹體氣相成分數據以及前人發表石英包裹體氫氧同位素數據探討波龍礦區成礦流體的來源，提高礦床的研究程度，為礦床的后期勘查開發提供理論支持。

1 地質背景

波龍銅礦區位于羌塘-三江復合板片南緣、斑公湖-怒江成礦帶西段多龍礦集區內，礦區發育地層有中侏羅統曲色組第一巖性段(J2q1)(灰色中-薄層狀含絹云母石英粉砂巖夾深灰色泥巖互層)、下白堊統美日切錯組(K1m)(安山巖、玄武質安山巖等)以及第四系(Q4)(殘、坡積物)。礦區內地層呈單斜構造，未見斷裂構造發育。礦區巖漿巖主要為花崗閃長斑巖，為波龍礦床成礦母巖。

波龍銅礦床礦體呈隱伏-半隱伏狀產出，含礦花崗閃長斑巖體離地表約85m，礦體深部由于鉆孔深度不夠未能控制，巖體與圍巖曲色組第一巖性段(J1q1)石英粉砂巖、深灰色泥巖侵入接觸。含礦斑巖體呈巖枝狀產出，為東西走向的扁橢圓狀體。巖體東西長900m，南北寬600m[17]。

波龍礦床礦石構造主要為細脈-浸染狀、浸染狀，亦發育團塊狀及塊狀等構造。礦石主要為交代結構、結晶粒狀結構，還可見包含結構以及共邊結構等。礦石礦物以黃鐵礦、黃銅礦為主，其次還可見少量磁黃鐵礦、斑銅礦、輝銻礦、輝鉬礦、磁鐵礦等礦物；脈石礦物主要為石英、長石、絹云母、硬石膏，還可見綠泥石、方解石、綠簾石等礦物。礦石主要伴生有用組分為Au和Ag[11]。

礦區圍巖蝕變主要為鉀長石化、硅化、黑云母化、絹云母化、粘土化、硬石膏化、碳酸鹽化、綠簾石化和綠泥石化等[11]，與典型的斑巖成礦系統一致。

礦床形成過程可以分為3個礦化期：巖漿晚期、熱液成礦期和表生期，其中最重要的為熱液成礦期，可以進一步將其劃分為磁鐵礦-輝鉬礦階段、黃銅礦-黃鐵礦階段以及黃鐵礦-硬石膏階段3個成礦階段[11]。

2 取樣及樣品分析

本次選擇2件黃鐵礦樣品測試其流體包裹體He和Ar同位素組成，選擇6件石英樣品測試其包裹體氣相成分，所選樣品均取自礦區巖芯，詳細取樣位置見表1、表2。樣品經破碎、篩選后，在雙目鏡下挑選20～60目新鮮黃鐵礦、石英顆粒，純度達99%以上。

稀有氣體同位素測試工作在核工業北京地質研究院分析測試研究中心使用美國Thermo Fisher公司生產Helix SFT型惰性氣體同位素質譜儀完成。樣品測試過程見張佳等[18]文獻，質譜儀測試精度及靈敏度見李軍杰等[19]文獻。黃鐵礦包裹體稀有氣體同位素組成測試結果見表1。

石英流體包裹體氣相成分樣品在中國科學院地質與地球物理研究所流體包裹體實驗室采用RG202和瑞士安維公司生產的Prisma TM QMS200型四級質譜儀完成測試。該質譜儀為封閉式電子轟擊型離子源，配有法拉第杯和二次電子倍增器接受系統；數據處理采用Quadstar TM 422分析軟件。石英包裹體氣相成分測試結果見表2。

表1 波龍銅礦區黃鐵礦稀有氣體同位素測試結果及其參數

注： R/Ra=(3He/4He)樣品/(3He/4He)大氣； F4He=(4He/36Ar)樣品/(4He/36Ar)大氣，大氣的4He/36Ar=0.1655，若樣品中含有大氣氦，則F4He =1[20]；空氣中Ra值采用國際公認值：Ra =3He/4He = 1.400×10-6。

表2 波龍銅礦區石英包裹體氣相成分測試結果/mol%

3 氦氬同位素

由表1數據可知，波龍銅礦區黃鐵礦中稀有氣體同位素組成及比值變化不大，4He同位素變化范圍為4.28×10-8～5.04×10-8，平均值為4.66×10-8；40Ar同位素組成變化范圍為3.58×10-9～1.01×10-8，平均值為6.79×10-9；3He/4He比值變化范圍為3.03×10-7～8.51×10-7，平均值為5.77×10-7；40Ar/36Ar比值變化范圍為214.94～284.23，平均值為249.59，38Ar/36Ar比值變化范圍為0.13～0.18，平均值為0.155。

由于良好的封閉性黃鐵礦流體包裹體中的He在包裹體被圈閉后不可能有明顯的丟失[18]，因此可以認為樣品He和Ar同位素組成的測定值可以代表黃鐵礦形成時成礦流體的初始同位素組成。熱液流體中稀有氣體主要有4種來源[21]：①大氣飽和水(包括大氣降水和海水)，He和Ar同位素組成為：3He/4He=1Ra，40Ar/36Ar=295.5；②地幔流體，具有高3He的特征，3He/4He值為6～9Ra，40Ar/36Ar變化范圍較大，一般大于40000；③地殼放射成因，3He/4He值為0.01～0.05Ra，且40Ar/36Ar亦很高；④大氣He和Ar。由于大氣中稀有氣體含量極低，不足以對地殼流體中He的同位素組成產生明顯改變，且波龍黃鐵礦流體包裹體的F4He值(表1)遠遠大于1，分別為8651和15542，因而可以排除樣品流體包裹體中的大氣He成分[22]；一般宇宙射線成因的3He只產生在地表1.5m以內的范圍內，本次測試樣品采自400m以下巖芯樣品，因而可排除宇宙射線成因的He；礦物或巖石形成后其He同位素組成的變化主要取決于Li及Th，U的含量[20]，但由于黃鐵礦為不含Li的礦物，且波龍巖體為相對較新的喜山期產物[3,4]，因此樣品中由核反應形成的3He可以忽略不計。由以上分析表明波龍銅礦區成礦流體中的He兩個可能的主要來源為地殼和地幔。

從波龍銅礦區黃鐵礦稀有氣體同位素測試結果及其計算參數表(表1)中可以看出波龍銅礦區的成礦流體3He/4He值為0.216～0.608Ra，明顯高于地殼放射成因的3He/4He比值，且明顯低于地幔流體He同位素組成，這說明成礦流體來源為殼?；煸?。并且計算的黃鐵礦流體中的幔源核約占3.03%～9.07%，表明波龍礦床成礦流體中的幔源成分相對較少。

在波龍銅礦區He同位素組成與演化圖解(圖1)與40Ar/36Ar-R/Ra圖解(圖2)中，樣品He同位素數據點位于地殼與地幔組成的過渡帶，顯示波龍銅礦區樣品的He同位素同樣具有殼幔混合的特征。

圖1 波龍礦區He同位素組成(底圖據文獻[22])

圖2 波龍礦區40Ar/36Ar-R/Ra圖解(底圖據文獻[23])

4 石英包裹體氣相成分

由表2中6件石英包裹體氣相成分測試結果分析可知，波龍銅礦區石英流體包裹體氣相成分以H2O為主，次為CO2，還有少量的N2、CH4、C2H6、H2S及Ar氣體，He低于檢測線，個別樣品含有O2。

石英包裹體中H2O含量變化范圍為91.88mol%～97.30 mol%，平均值為94.46 mol%±2.29mol%；CO2含量為2.472 mol%～7.541 mol%，平均值為4.046 mol%±2.079mol%；CH4含量變化范圍為0.06 mol%～0.18 mol%，平均值為0.121 mol%±0.049mol%；C2H6含量變化范圍為0.021 mol%～0.094 mol%，平均值為0.055 mol%±0.029mol%；N2含量變化范圍為0.005 mol%～0.217mol%，平均值為0.133 mol%±0.073mol%；Ar含量為0.014 mol%～0.079mol%，平均值為0.047 mol%±0.030mol%。

值得關注的是其中4件流體包裹體樣品氣體組分中，不同程度的含有一定量地O2，其中BL034樣品更達到1.884mol%，顯示成礦流體具有很高的氧逸度。中酸性巖漿形成斑巖銅礦通常與高氧逸度有關，而高氧逸度的來源通常與洋殼俯沖有關，暗示波龍銅礦區的成礦流體的形成與班公湖-怒江洋殼向北側的羌塘盆地俯沖具有密切的關系。

在Norman等[24]的Ar-He-N2圖解(圖3)中，因顯示He含量未檢出，即測試值低于檢測線(<0.001)，故投點可視為位于Ar-N2線上，即大氣降水與巖漿水的混合，以大氣降水為主。

圖3 波龍銅礦區石英包裹體氣相成分Ar-He-N2圖解(底圖據文獻[24])

波龍銅礦區黃鐵礦流體包裹體He、Ar同位素組成特征顯示成礦流體為殼?；煸?，石英包裹體氣相成分暗示成礦流體的形成與班公湖-怒江洋殼向北側的羌塘盆地俯沖有關，而流體包裹體H-O同位素結果顯示成礦流體具巖漿水及大氣降水成分[9]。具高氧逸度特征的班公湖-怒江洋殼俯沖板片攜帶大量成礦物質俯沖進入羌塘-三江復合板片南緣深部，熔融交代上覆地幔楔，發生殼幔混合，形成初始巖漿，這種具有高氧逸度遺跡的巖漿在上升過程中混染了大量的下地殼物質，受到深循環大氣降水的混染最終上升到上地殼形成巖漿房并侵位到上部地殼從而形成了波龍銅礦床。

5 結論

1)通過對波龍銅礦區黃鐵礦稀有氣體同位素測試表明，樣品稀有氣體同位素組成較均一，4He為4.28×10-8～5.04×10-8，40Ar為3.58×10-9～1.01×10-8，3He/4He比值為3.03×10-7～8.51×10-7，40Ar/36Ar為214.94～284.23，38Ar/36Ar為0.13～0.18。

2)石英包裹體氣相成分測試結果顯示氣相成分以H2O為主，次為CO2，還發育少量的N2、CH4、C2H6、H2S及Ar氣體，個別樣品含有O2。

3)綜合黃鐵礦流體包裹體稀有氣體同位素及石英包裹體氣相成分及H-O同位素分析認為波龍銅礦區成礦流體應屬殼幔混源，早期成礦流體以深源為主，晚期隨著流體的演化有部分大氣降水的加入。

致謝：調查研究過程中得到西藏地質礦產勘查開發局第五地質大隊同事的支持和幫助，在此深表謝意！

[1] 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意義[J].巖石學報，2011，27(7):2159-2164.

[2] 周玉.波龍銅礦區含礦斑巖元素地球化學特征[D].成都:成都理工大學，2012.

[3] Li J X，Qin K Z，Li G M，et al.Magmatic-hydrothermal evolution of the Cretaceous Duolong gold-rich porphyry copper deposit in the Bangongco metallogenic belt,Tibet:Evidence from U-Pb and40Ar/39Ar geochronology[J].Journal of Asian Earth Sciences，2011,41(6):525-536.

[4] 呂立娜.西藏班公湖-怒江成礦帶西段富鐵與銅(金)礦床模型[D].北京:中國地質大學(北京)，2012.

[5] 李玉彬,鐘婉婷,張天平,等.西藏改則縣波龍斑巖型銅金礦床地球化學特征及成因淺析[J].地球學報，2012，33(4):579-587.[6] 周玉,多吉,溫春齊,等.西藏波龍銅礦區花崗閃長斑巖Sr-Nd-Pb同位素地球化學[J].地質學報，2013,87(ZK): 23-24.

[7] 郭碩.西藏改則縣多龍礦集區礦床模型與應用[D].北京:中國地質大學(北京)，2013.

[8] 李丹.溫春齊,費光春,等.西藏波龍銅礦床的砂巖成分與構造環境探討[J].礦物學報，2011,29(S1):358-359.

[9] 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.

[10] 周玉,多吉,溫春齊,等.西藏波龍銅礦床黃鐵礦微量元素地球化學特征[J].高校地質學報，2013,19(S1): 369-370.

[11] 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(2):43-49.

[12] 呂立娜,趙元藝,宋亮,等.西藏班公湖-怒江成礦帶西段富鐵礦與銅(金)礦C、Si、O、S和Pb同位素特征及地質意義[J].地質學報，2011,85(8):1291-1304.

[13] Porcelli D，Ballentine C J,Wieler R.An Overview of Noble Gas Geochemistry and Cosmochemistry[J].Reviews in Mineralogy and Geochemistry，2002,47:1-18.

[14] GAUTHERON C，CARTIGNY P，MOREIRA M，etal.Evidence for a mantle component shown by rare gases，C and N isotopes in polycrystalline diamonds from Orapa (Botswana)[J].Earth and Planetary Science Letter，2005,240(3-4):559-572.

[15] 孫景貴,趙俊康,陳軍強,等.延邊小西南岔富金銅礦床的成礦機理研究—礦物流體包裹體的稀有氣體同位素地球化學證據[J].中國科學D輯，2007,37(12):1588-1598.

[16] Hu R Z，Burnard P G，Bi X W，etal.Helium and argon isotope geochemistry of alkaline intrusion -associated gold and copper deposits along the Red River-Jinshajiang fault belt，SW China [J].Chemical Geology，2004,203(3-4):305-317.

[17] 陳紅旗,張天平,李玉昌.西藏班公湖-怒江成礦帶西段銅多金屬資源調查報告[R].拉薩:西藏自治區地質調查院，2011.

[18] 張佳,劉漢彬,李軍杰,等.惰性氣體質譜儀分析礦物包裹體He和Ar同位素組成[C].中國礦物巖石地球化學學會第14屆學術年會，2013.

[19] 李軍杰,劉漢彬,金貴善,等.惰性氣體同位素示蹤應用概述—兼述Helix SFT惰性氣體質譜儀[C].中國礦物巖石地球化學學會第13屆學術年會，2011.

[20] Mamyrin B A，Tolstikhin I N.Helium isotopes in nature[M].Amsterdam: Amsterdam Press,1984.

[21] Burnard P G，Hu R，Turner G，etal.Mantle,crustal and atmospheric noble gases in Ailaoshan Gold deposits，Yunnan Province，China[J].Geochimica et Cosmochimica Acta，1999,63(10): 1595-1604.

[22] Stuart F M，Turner G，Duckworth R C，etal.Helium isotopes as tracers of trapped hydrothermal fluids in ocean floor sulfides [J].Geology，1994,22(9):823-826.

[23] 趙葵東,蔣少涌,肖紅權,等.大廠錫-多金屬礦床成礦流體來源的He同位素證據[J].科學通報，2002,47(8):632-635.

[24] Norman D I，Musgrave J A.N2-Ar-He compositions in fluid inclusions:indicators of fluid source[J].Geochimica et Cosmochimica Acta，1994,58(3):1119-1131.

The source of ore-forming fluids in the Bolong copper mine area，Tibet

ZHOU Yu1,2,DUO Ji1，3,WEN Chun-qi1,FEI Guang-chun11,HE Yang-yang1

(1.College of Earth Sciences,Chengdu University of Technology，Chengdu 610059,China；2.Institute of MultipurposeUtilization of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Chengdu 610041,China；3.Tibet Development Bureau of Mineral Resource Exploration，Lhasa 850000,China)

The Bolong porphyry copper deposit was founded the largest copper deposits in central Tibet Plateau in recent years by No.5 Geological Party，Tibet Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development.In order to identify Source of Ore-Forming Fluids in the Bolong copper mine and samples of fluid inclusions in pyrite and quartz form Copper Mine Area were Sampled to test their noble gas isotope or gas composition.Testing has shown that3He/4He were 3.03 and 8.51，and40Ar/36Ar were 214.94 and 284.23,it showed that ore-forming fluid may be come from the crust-mantle mixed source.Gaseous composition of fluid inclusion mainly composed of H2O，followed by CO2，in addition to a small amount of N2，CH4，C2H6，H2S and Ar，Portion of the sample composition also contains O2,it showed that ore-forming fluids mixed with high oxygen fugacity component.Combined with H-O isotopes of quartz inclusions that source was based with magma source and mixed with atmospheric composition，thus we considered that ore-forming fluids of the Bolong copper mine should be mixed with source of mantle and Crustal，Early mineralization dominated deep source fluid，and it mixed some atmospheric precipitation with the evolution of the fluid advanced.With high oxygen fugacity characteristics Nujiang oceanic crust subducted slab carried large amounts minerals melted and explained the overlying mantle wedge，and occured crust-mantle mixed，formed the initial of magma，Contaminated lower crust component during ascending，and affected by deep-cycle precipitation and emplaced into the upper crust to form the Bolong copper deposit finally.

noble gas isotope；gaseous composition of fluid in clusion；Bolong copper ore area

2014-05-21

國土資源部公益性行業科研專項資助(編號：201011013)；礦物學巖石學礦床學國家重點(培育)學科建設項目資助(編號：SZD0407)

周玉(1984-)，男，甘肅榆中人，博士研究生，研究方向為礦床學與礦床地球化學。

P597+.1；P61

A

1004-4051(2015)03-0076-05