滇西維西縣銅廠箐銅礦床C-O-H同位素特征及其成因探討

沙建澤，王 濤，徐 榮，鄧明國，孫 濤，燕利軍

(1.云南省地質(zhì)調(diào)查院，云南昆明 650216；2.自然資源部三江成礦作用及資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南昆明 650051；3.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院，云南昆明 650093；4.云南大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，云南昆明 650500)

0 引言

蘭坪中-新生代盆地為滇西重要的多金屬成礦區(qū)，夾持于瀾滄江斷裂與金沙江-哀牢山斷裂帶之間(圖1a)，是三江成礦帶的重要組成部分(何龍清等，2004；Deng et al.，2014，2017)。盆地內(nèi)礦床星羅棋布(圖1b)，已成為世界級巨型礦集區(qū)，且礦化分帶明顯：沿盆地中軸線主要發(fā)育鉛鋅礦化，以白秧坪、金頂、菜子地、白洋廠等鉛鋅礦床為代表(薛春紀(jì)等，2002；張乾等，2002；張錦讓等，2015；Deng et al.，2017)；盆地西緣則發(fā)育銅礦化，以科登澗、連城、金滿、水泄等銅礦床為代表(何明勤等，1998；李峰等，2000；劉家軍等，2000；吳南平等，2003；張錦讓等，2015)。巨量金屬的集中富集和頗具特色的礦化分帶吸引了大批學(xué)者的關(guān)注和研究，并取得了豐碩的研究成果(薛春紀(jì)等，2002；Deng et al.，2017；Wang et al.，2018)。其中鉛鋅礦化研究程度較高，普遍認(rèn)為礦床類型為MVT型，具有儲量大、品位高等特征；而銅礦化主要呈似層狀、脈狀產(chǎn)出，雖然品位高，但由于探明規(guī)模小，相關(guān)研究則較為薄弱，對其成礦流體來源尚存分歧，主要有兩種觀點(diǎn)：(1)淺部盆地流體(李峰和甫為民，2000；劉家軍等，2000；吳南平等，2003)；(2)與深部作用(隱伏巖漿活動、深部變質(zhì)作用、甚至幔源流體活動)有關(guān)的流體(Ji and Li，1998；闕梅英等，1998；Chi and Xue，2011)，進(jìn)而導(dǎo)致對礦床成因的認(rèn)識亦存在爭議，如“改造成因礦床”(何明勤等，1998；李峰和甫為民，2000)、“噴流(熱水)沉積礦床”(劉家軍等，2000)和“造山型銅礦床”(侯增謙等，2008)等。本文通過對蘭坪盆地西緣具代表性的銅廠箐銅礦床開展C-O-H同位素研究，示蹤成礦流體的來源，探討礦床成因類型，為蘭坪盆地進(jìn)一步找礦勘查工作提供基礎(chǔ)資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

蘭坪盆地是一個典型的中-新生代陸內(nèi)盆地，在大地構(gòu)造上屬東特提斯構(gòu)造域，是我國著名三江構(gòu)造-成礦帶中的一個重要組成部分(張錦讓等，2015)(圖1a)。盆地呈南北向展布，盆地內(nèi)依次出露二疊系上統(tǒng)碎屑巖夾中基性火山巖、三疊系中酸性-中基性火山巖夾(火山)碎屑巖、侏羅系-白堊系紅色陸源碎屑巖夾碳酸鹽巖等中、新生界沉積巖和火山巖。巖漿活動主要發(fā)育在盆地邊緣及周邊地區(qū)，盆地中心維西-蘭坪一帶為多金屬礦床集中分布區(qū)，很少出露巖漿巖(張乾等，2002)。新生代受印度-歐亞大陸碰撞影響，盆地內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈擠壓變形和走滑剪切(Zhang et al.，2010)；同時，受瀾滄江深大斷裂及雪龍山斷裂長期活動、巖漿活動及熱變質(zhì)作用等影響，盆地內(nèi)發(fā)育多類型成礦作用(Hou et al.，2009)，如金滿、科登澗、山加等鹵水熱液型脈狀銅礦床(表1)、金頂后生熱液-層控超大型鉛鋅礦床、水泄沉積-改造型銅(鈷)礦床、茅草坪變質(zhì)熱液脈狀銅礦床等(圖1b)。礦床形成時代集中于兩個高峰期：～56 Ma(如金滿、白秧坪)和～30 Ma(如金頂)。兩個成礦峰期分別對應(yīng)印度板塊和歐亞板塊主碰撞階段和后碰撞擠壓褶皺階段，表明蘭坪盆地內(nèi)多金屬礦床的形成可能與印度-歐亞板塊碰撞有關(guān)(李志明，2003；Deng et al.，2017)。

圖1 蘭坪盆地大地構(gòu)造位置圖(a,據(jù)李文昌等，2010)及礦床分布圖(b，據(jù)張乾等，2002)Fig.1 Map showing tectonic setting(a，after Li et al.,2010)of the Lanping Basin and the distribution of deposits(b，Zhang et al.，2002)I-揚(yáng)子陸塊；VI-維西-綠春復(fù)合弧；VII-蘭坪-思茅盆地；VIII-瀾滄江結(jié)合帶；IX-臨滄-景洪復(fù)合弧；X-昌寧-孟連結(jié)合帶；XI-寶山地塊；XII-騰沖弧；1-第四系；2-新生界；3-中生界；4-三疊紀(jì)流紋巖；5-三疊紀(jì)玄武安山巖；6-富堿花崗巖；7-剪切變形的中生代花崗巖；8-新生代花崗巖；9-糜棱巖化千枚巖；10-糜棱巖化花崗巖與片麻巖互層；11-片麻巖；12-斷層；13-城鎮(zhèn)；14-河流；15-脈狀銅礦 體；16-沉積巖容礦層狀銅礦；17-鉛鋅礦床；18-鉛鋅(銅銀)礦床；19-銅鈷(鉛鋅)礦床I-Yangtze Block；VI-Weixi-Lvchun composite arc；VII-Lanping-Simao Basin；VIII-Lancang River junction zone；IX-Lincang-Jinghong composite arc；X-Changning-Menglian junction zone；XI-Baoshan Block；XII-Tengchong arc;1-Quaternary；2-Cenozoic；3-Mesozoic；4-Triassic rhyolite；5-Triassic basaltic andesite；6-alkali-rich granite；7-Mesozoic granite with shear deformation；8-Cenozoic granite；9-mylonitized phyllite；10-mylonitized granite and gneiss interbed；11-gneiss；12-fault；13-town；14-river；15-vein copper orebody；16-layered copper deposit hosted by sedimentary rock；17-lead-zinc deposit；18-lead-zinc (copper-silver) deposit；19-copper-cobalt (lead-zinc) deposit

表1 蘭坪地區(qū)主要礦床特征表

2 礦床地質(zhì)特征

銅廠箐銅礦床位于蘭坪盆地北端。區(qū)內(nèi)分布有三疊系中酸性-中基性火山巖夾(火山)碎屑巖和侏羅系紅色陸源碎屑巖夾碳酸鹽巖。出露地層(圖2)主要有二疊系下統(tǒng)吉東龍組(P1j)，巖性為灰?guī)r；沙木組一段(P1sm1)，巖性為砂巖、板巖；三疊系上統(tǒng)小定西組二段(T3xd2)，巖性為安山質(zhì)(沉)火山角礫巖、安山巖、玄武安山巖、凝灰?guī)r、熔結(jié)凝灰?guī)r夾沉凝灰?guī)r、含凝灰質(zhì)絹云板巖；侏羅系中統(tǒng)花開佐組一段(J2h1)，巖性為巖屑石英砂巖、薄層狀泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖和粉砂質(zhì)頁巖，底部為塊狀復(fù)成份礫巖，與下伏小定西組二段(T3xd2)呈不整合接觸；花開佐組二段(J2h2)，巖性為雜色粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖夾泥灰?guī)r，介殼灰?guī)r，局部地段夾砂巖，是主要賦礦層位；侏羅系上統(tǒng)壩注路組(J3b)，巖性為薄層泥質(zhì)鈣質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、中厚層狀巖屑石英砂巖。區(qū)內(nèi)發(fā)育近南北向的加禾斷裂和咪哩斷裂，均被后期近東西向的菖蒲塘斷裂和存仁場斷裂錯斷。加禾斷裂派生的次級斷裂是本區(qū)的主要控礦構(gòu)造。西側(cè)有小定西組火山巖、火山碎屑巖分布。礦區(qū)西側(cè)分布有基性火山巖，與銅礦體在平面上有一定的距離，目前調(diào)查尚未發(fā)現(xiàn)與礦化存在相互關(guān)系。

圖2 銅廠箐銅礦床地質(zhì)簡圖①Fig.2 Geologic map of the Tongchangqing Cu deposit①1-壩注路組；2-花開佐組二段；3-花開佐組一段；4-小定西組二段；5-沙木組一段；6-吉東龍組；7-實(shí)測斷層；8-推斷斷層；9-地層界 線；10-角度不整合界線；11-產(chǎn)狀；12-礦體1-Bazhulu Formation；2-second member of Huakaizuo Formation；3-first member of Huakaizuo Formation；4-second member of Xiaodingxi Formation；5-first member of Shamu Formation；6-Jidonglong Formation；7-measured fault；8-inferred fault；9-stratigraphic boundary；10-angular unconformity；11-occurrence；12-orebody

該礦床已探明礦體3條(KT1、KT2、KT3)，礦體均賦存于中侏羅統(tǒng)花開佐組二段的北北西向次級構(gòu)造裂隙中，呈脈狀、似層狀產(chǎn)出，3條礦體呈北北西向近平行產(chǎn)出，傾向南西，傾角60°～70°。其中KT1礦體受斷層控制明顯，含礦巖性為角礫巖、石英砂巖，礦體產(chǎn)狀為253°∠65°。礦體長度大于290 m，厚度1.72～4.07 m，單工程銅品位4.21%～5.29%；KT2礦體產(chǎn)于斷層破碎帶中，受斷層控制明顯，呈脈狀、似層狀產(chǎn)出，含礦巖性為碎裂石英砂巖，礦體產(chǎn)狀為248°∠60°，礦體長度大于200 m，厚度1.43～2.22 m，單工程銅品位1.91%～2.01%；KT3礦體產(chǎn)于斷層破碎帶中，礦體受斷層控制明顯，地表主要為褐鐵礦化，局部可見經(jīng)氧化淋濾殘留的輝銅礦，礦體產(chǎn)狀為256°∠70°，長度大于200 m，厚度為0.80～1.92 m，單工程銅品位0.53%～2.82%。礦石礦物主要為輝銅礦、斑銅礦，少量黝銅礦、黃銅礦、黃鐵礦、孔雀石、褐鐵礦，脈石礦物主要為石英、方解石、綠泥石等。礦石結(jié)構(gòu)較簡單，輝銅礦、斑銅礦呈自形-半自形沿構(gòu)造裂隙充填呈稠密浸染狀、網(wǎng)脈狀(圖3a、c)，見有石英與方解石呈團(tuán)塊分布，呈半自形-它形沿裂隙充填呈細(xì)脈狀(圖3d)，見有斑銅礦主要以它形-半自形粒狀或呈集合體交代輝銅礦，形成網(wǎng)脈狀結(jié)構(gòu)(圖3e)，或呈塊狀和浸染狀沿破碎帶包裹充填(圖3f)，同時見有后期石英脈的穿插現(xiàn)象。礦石構(gòu)造以浸染狀、網(wǎng)脈狀(圖3a、c)構(gòu)造為主，斑雜狀、角礫狀(圖3b)、假角礫狀構(gòu)造次之，少量不規(guī)則細(xì)脈狀、條紋(層紋)狀和塊狀構(gòu)造。

圖3 銅廠箐礦床礦石標(biāo)本及鏡下照片F(xiàn)ig.3 Photographs and micrographs of ore samples from the Tongchangqing deposita-浸染(塊)狀銅礦石；b-角礫狀銅礦石；c-浸染狀、網(wǎng)脈狀銅礦石；d-輝銅礦、斑銅礦沿裂隙充填呈脈狀構(gòu)造；e-斑銅礦被輝銅礦穿插交代，形成殘余、次文象及網(wǎng)狀等交代結(jié)構(gòu)；f-輝銅礦、斑銅礦沿圍巖的孔隙、細(xì)微裂隙充填交代呈星點(diǎn)狀分布，構(gòu)成浸染狀構(gòu)造；見輝銅礦交 代斑銅礦跡象；Cc-輝銅礦；Bn-斑銅礦a-disseminated (massive) Cu ore；b-brecciated Cu ore；c-disseminated /stockwork Cu ore；d-veined chalcocite and bornite filling along fissure；e-bornite intruded and replaced by chalcocite；f-scattered chalcocite and bornite filling along fissure of wall rock，bornite replaced by chalcocite; Cc-chalcocite;Bn-bornite

3 樣品采集與測試

本次在銅廠箐銅礦床PD6中系統(tǒng)采集了不同礦體、不同位置主成礦階段的代表性樣品，選取的5件方解石樣品和7件石英樣品均與金屬硫化物具有密切的共生關(guān)系。首先利用瑪瑙研缽和杵將巖(礦)石破碎至40～60目，清洗、烘干后在雙目鏡下挑選方解石和石英，其純度達(dá)到99%以上。將挑選出來的方解石和石英樣品(每件樣品數(shù)量不少于1g)，以備C-H-O同位素測定。

C-O同位素測試在昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院完成，分析方法采用傳統(tǒng)100%磷酸法，在25℃時，方解石樣品與磷酸發(fā)生反應(yīng)，用冷凍法分離生成的H2O，將反應(yīng)釋放出來的CO2帶入質(zhì)譜儀進(jìn)行C-O同位素組成測試。測量結(jié)果以PDB為標(biāo)準(zhǔn)，記為δ13CV-PDB和δ18OV-PDB，分析精度為±0.2‰。

H-O同位素測試在北京科薈測試技術(shù)有限公司采用氣體同位素質(zhì)譜儀MAT 253plus進(jìn)行H-O同位素定量測試。其中，H來自石英中流體包裹體封存的揮發(fā)分流體，O是石英本身氧。由于流體與石英本身的O存在同位素交換，因此需要將所測得石英的O同位素值基于流體溫度進(jìn)行換算。包裹體水的H同位素組成用Zn還原法，O同位素組成用 BrF5法(Coleman et al.，1982)獲得，具體分析步驟見(Mao et al.，2008)。測量結(jié)果以SMOW作為標(biāo)準(zhǔn)，記為δ18OV-SMOW及δDV-SMOW，分析精度分別為±0.2‰和±1‰。

4 測試結(jié)果

4.1 方解石C-O同位素組成

銅廠箐銅礦床主成礦階段方解石的C-O同位素組成結(jié)果見表2。5件方解石的δ13CV-PDB值變化較小，介于-6.93‰～-6.16‰，平均為-6.69‰，與金滿銅多金屬礦床方解石的δ13CV-PDB值(-7.4‰～-4.8‰；李志明等，2004)接近，δ18OV-PDB值介于-19.38‰～-17.26‰，平均值為-18.32‰；若采用公式δ18OV-SMOW= 1.03086 ×δ18OV-PDB+ 30.86(Friedman and O’Neil，1997)計(jì)算，δ18OV-SMOW值介于10.88‰～13.07‰之間，平均值為11.98‰，δ18OV-SMOW值呈線性分布，低于金滿銅多金屬礦床方解石的δ18OV-SMOW值(14.2‰～15.9‰；李志明等，2004)。

表2 銅廠箐銅礦床中方解石C-O同位素組成

4.2 石英H-O同位素組成

銅廠箐銅礦床主成礦階段石英中包裹體的H-O同位素組成見表3。7件石英的δ18OV-SMOW值集中在14.22‰～16.88‰，顯示主成礦階段成礦流體的H-O同位素組成相對穩(wěn)定。利用石英-水之間的氧同位素平衡分餾方程103lnα石英-水=δ18O石英-δ18OH2O= 4.48×106/T2-4.77×103/T+1.71 (0～1200℃，Zheng，1991)，計(jì)算時采用離礦區(qū)較近的科登澗銅礦床早成礦階段流體包裹體均一溫度的平均值(徐曉春等，2005)。計(jì)算得到與石英達(dá)到分餾平衡的流體δ18OH2O值介于4.88‰～7.88‰范圍，均值為6.59‰。

表3 銅廠箐銅礦床成礦流體的H-O同位素組成

5 討論

5.1 成礦流體來源

銅廠箐銅礦床成礦流體的H-O同位素組成相對穩(wěn)定。主成礦階段石英的δ18OV-SMOW值集中在14.22‰～16.88‰，明顯高于金滿銅多金屬礦床主成礦流體的δ18OV-SMOW值(-10.3‰～9.8‰；李志明等，2004)；δ18OH2O值介于5.25‰～7.91‰，均值為6.96‰，在巖漿水范圍內(nèi)(5.5‰～9.5‰；Sheppard，1986)；δDV-SMOW值介于-87.0‰～-61.7‰，均值為-75.99‰，較金滿銅多金屬礦床主成礦流體的δDV-SMOW值(-107.0‰～-30.3‰；李志明等，2004)分布范圍窄，落于巖漿水范圍(-80.0‰～-40.0‰；Sheppard，1986)。在δD-δ18OH2O圖解中(圖4)，礦床主成礦階段石英樣品的投點(diǎn)落在原生巖漿水區(qū)及其附近，表明巖漿水是初始成礦流體，可能后期有大氣降水的混入。

圖4 銅廠箐銅礦床石英δD-δ18OH2O圖解(底圖據(jù) Taylor，1986)Fig.4 δD-δ18OH2O diagram of quartz from the Tongchang- qing deposit (base diagram from Taylor，1986)

礦床方解石的δ13CV-PDB值介于-6.93‰～-6.16‰，明顯高于有機(jī)成因碳(平均-27‰；Schidlowski，1998)、淡水中的碳(-9‰～-20‰；Hoefs，1997)和大氣碳(-11‰～-7‰；Hoefs，1997)，低于海相碳酸鹽(-3‰～2‰；Hoefs，1997)，與巖漿成因碳的同位素值(-9‰～-3‰；Toylor，1986)較接近。這表明礦床中成礦流體的碳主要來源于巖漿水，可能后期有大氣降水的混入。地殼流體中的CO2主要有3個來源，即有機(jī)物質(zhì)、海相碳酸鹽巖、巖漿-地幔(劉建明等，1997)。銅廠箐銅礦床主成礦階段方解石在δ18OV-SMOW-δ13CV-PDB圖解中投點(diǎn)主要落在花崗巖源區(qū)附近，指示成礦流體中的碳主要來源于中酸性巖漿流體。同時，方解石的δ13C值基本穩(wěn)定，而δ18O值呈線性沿低溫蝕變方向分布(圖5)。前人研究表明造成這種趨勢的原因有兩種：一為流體的沸騰作用，即由于H2O的蒸發(fā)導(dǎo)致氧同位素發(fā)生分餾，二為流體的混合作用(Richardson et al.，1988；Zheng，1991；Scheele and Hoefs，1992；黃華，2014；Chen et al.，2017，2018)。因此，造成C-O同位素的這種變化趨勢是受流體混合作用的影響。綜上所述，銅廠箐銅礦床成礦流體起源于巖漿水，后期演化過程中有少量大氣水混入。

圖5 銅廠箐銅礦床中方解石的δ18OV-SMOW-δ13CV-PDB圖解(底圖據(jù)劉建明等，1997；劉家軍等，2004；Chen et al.，2018；陳 偉，2019)Fig.5 δ18OV-SMOW-δ13CV-PDB diagram of calcite from the Tongchangqing deposit (base diagram after Liu et al.,1997; Liu et al.,2004；Chen et al.，2018；Chen，2019)

5.2 礦床成因

銅廠箐銅礦床的C-O-H同位素組成表明，成礦流體中的CO2主要源自巖漿水，巖漿水在上升運(yùn)移過程中可能有大氣水的混入。主成礦階段含礦石英脈中石英的δ18OH2O值為5.25‰～7.91‰，其氧同位素組成具有原生巖漿水的特征，對應(yīng)的δD值跨度較小(-87.0‰～-61.7‰)。在δD-δ18OH2O關(guān)系圖上，礦床的數(shù)據(jù)點(diǎn)都位于原生巖漿水區(qū)域及其附近，指示成礦熱液主要來源于巖漿水，可能有部分大氣降水的參與。巖漿活動在喜馬拉雅期主要限于盆地邊緣及周邊地區(qū)(張乾等，2002)，表明成礦作用與隱伏巖漿活動有關(guān)。張錦讓等(2015)對蘭坪盆地西緣脈狀銅礦床金滿、連城的流體來源進(jìn)行了研究，2個礦床不同樣品流體包裹體中3He/4He比值與殼源氦的3He/4He特征值極其一致；這進(jìn)一步表明盆地西緣脈狀銅礦床的成礦流體來源于殼源巖漿流體。雖然銅廠箐礦區(qū)未見新生代巖漿巖出露，但區(qū)域航磁、重力和遙感資料顯示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)(張成江等，2000)。綜合分析銅廠箐銅礦床成礦構(gòu)造背景、礦床地質(zhì)特征和C-H-O同位素組成，認(rèn)為該礦床為一個明顯受斷裂構(gòu)造控制，與隱伏巖體有關(guān)的巖漿熱液型脈狀銅礦床。

6 結(jié)論

(1)銅廠箐銅礦床呈脈狀產(chǎn)于中侏羅統(tǒng)花開佐組二段粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖夾泥灰?guī)r斷裂構(gòu)造中，主成礦階段方解石樣品的δ13CV-PDB值變化于-6.93‰～-6.16‰，δ18OV-SMOW值變化于10.88‰～13.07‰；石英樣品的δ18OV-SMOW值變化于14.22‰～16.88‰，δDV-SMOW值介于-87.0‰～-61.7‰，表明銅廠箐礦床成礦流體主要來源于巖漿水，后期演化過程中有少量大氣水混入。

(2)綜合研究認(rèn)為，銅廠箐銅礦的形成可能是喜馬拉雅期在印度-歐亞大陸碰撞背景下，受斷裂構(gòu)造控制明顯，與隱伏巖體有關(guān)的巖漿熱液型脈狀銅礦床。

致謝：野外采樣及室內(nèi)分析均得到滇西應(yīng)用大學(xué)陳偉的幫助，論文撰寫得到中國地質(zhì)大學(xué)陳福川博士的指導(dǎo)，在此表示衷心的感謝！

[注 釋]

①云南省地質(zhì)調(diào)查院．2010．云南省維登幅(G47E006013)礦產(chǎn)遠(yuǎn)景調(diào)查說明書[R]．