吳燕飛, 李澤琴, 黃從俊(.成都理工大學 地球科學學院, 四川 成都 60059; .中國科學院 地球化學研究所, 貴州 貴陽 55008)

揚子地塊西南緣拉拉IOCG礦床礦化蝕變元素地球化學研究

吳燕飛1,2, 李澤琴1*, 黃從俊1
(1.成都理工大學 地球科學學院, 四川 成都 610059; 2.中國科學院 地球化學研究所, 貴州 貴陽 550081)

拉拉IOCG礦床是我國西南地區(qū)著名的大型鐵銅礦床, 礦床中與銅(鉬)礦化密切相關(guān)的鈉長石化、碳酸鹽化、鉀長石化、黑云母化、螢石化等蝕變作用廣泛發(fā)育。本文在對該礦床中黑云母片巖系列和鈉長石變粒巖系列大量賦礦巖石樣品進行巖相學研究的基礎上, 選取典型蝕變與礦化樣品進行主、微量元素分析測試, 通過質(zhì)量比簇判別法和等濃度公式元素定量遷移計算研究礦床中蝕變元素特征及其與礦化的關(guān)系。質(zhì)量比簇判別法和等濃度圖解法確定了兩個系列巖石共有的主量元素不活動組分為SiO2, 微量元素不活動組分為Yb。主量元素定量遷移計算表明黑云母片巖系列銅礦化與鈉長石化和碳酸鹽化成正相關(guān)關(guān)系, 鈉長石變粒巖系列銅礦化與鉀長石化和碳酸鹽化成正相關(guān)關(guān)系, 且變粒巖系列碳酸鹽化程度較片巖系列更強。稀土元素和金屬元素定量遷移計算發(fā)現(xiàn)拉拉IOCG礦床中U、Co、Mo、Ni等成礦金屬元素在蝕變過程中隨Cu礦化大量帶入, 說明熱液蝕變是拉拉Fe-Cu-Au-U-Mo-REE多金屬礦床形成的主要原因。蝕變與礦化關(guān)系分析表明二者基本是同步發(fā)生, 蝕變的過程也是礦化的過程, 即蝕變的標志也是找礦的標志。拉拉 IOCG礦床中蝕變元素地球化學特征及其與礦化關(guān)系的研究, 對于礦床成礦理論的豐富及礦區(qū)進一步找礦勘探工作都具有重要意義。

拉拉IOCG礦床; 圍巖蝕變; 不活動組分; 質(zhì)量遷移計算

自 Grant (2005)提出了元素遷移定量計算的公式后, 眾多學者對計算方程進行了進一步的演化并對研究對象進行了拓展, 現(xiàn)此方法已廣泛應用于熱液蝕變和成礦、混合巖化、區(qū)域變質(zhì)作用、地表風化、矽卡巖化、沉積過程、巖石變形、火山噴氣、礦物后成合晶形成、反應環(huán)帶形成等諸多方面。在國內(nèi), 一些學者(李雙保, 1993, 1994; 解慶林等, 1997; Guo et al., 2009; 胡媛等, 2013; 郭順等, 2013)也相繼采用此法研究元素的定量遷移情況, 并取得了較好的成果。

通過元素質(zhì)量平衡遷移計算不僅可以定量獲得地質(zhì)體系在發(fā)生交代蝕變過程中任意組分遷入遷出的真實情況, 還能對該過程中樣品整體質(zhì)量和體積的變化有一個全面的了解(Gresens, 1967; Grant, 1986; Guo et al., 2009)。所以, 元素質(zhì)量平衡遷移計算能夠為深入研究各種地質(zhì)體系開放過程提供重要的背景信息和關(guān)鍵性的制約(Grant, 1986, 2005; 鄧海琳等, 1999; Ague, 2003), 這對探討成礦物質(zhì)來源, 歸納蝕變與礦化的關(guān)系, 以及礦區(qū)的延伸找礦和相似性找礦有重要意義。

揚子地塊西南緣康滇地區(qū)被認為是我國典型的鐵氧化物-銅-金(IOCG)礦床成礦省(Zhao and Zhou, 2011), 產(chǎn)出眾多IOCG礦床, 而拉拉 Fe-Cu礦床是其中規(guī)模最大、最典型的IOCG礦床(李澤琴等, 2002; Chen and Zhou, 2012; Zhu and Sun, 2013 )。礦床蝕變發(fā)育且類型多樣, 并與銅(鉬)礦化關(guān)系十分密切(朱志敏等, 2009; Chen et al., 2014b)。盡管前人在拉拉IOCG礦床的成因機制(孫燕和李承德, 1990; 陳根文和夏斌, 2001; 周家云等, 2009)、變質(zhì)巖原巖恢復(肖淵甫和孫燕, 1992; 何德峰等, 2008, 2010)、成礦期次劃分(Wang et al., 2003)、成礦流體特征(孫燕等, 2006; Chen and Zhou, 2012)、成礦年齡(陳好壽和冉崇英, 1992; 李澤琴等, 2003; 周家云等, 2009; 黃從俊等, 2012; Chen and Zhou, 2012; Zhu and Sun, 2013)及成礦物質(zhì)來源(陳好壽和冉崇英, 1992; 申屠保涌, 1998, 2000; 孫燕等, 2006; Chen and Zhou, 2012; Chen et al., 2014b)等方面做了大量的研究探討工作, 但迄今為止, 關(guān)于該礦床中蝕變礦化巖石的元素地球化學特征、蝕變與礦化之間的關(guān)系研究卻少有涉及, 僅停留在光薄片顯微觀察層面。為此, 本文以拉拉IOCG礦床中礦化蝕變巖石為研究對象, 通過元素地球化學特征和元素質(zhì)量平衡遷移計算來探討蝕變與礦化關(guān)系, 以期對該礦床的后續(xù)研究及礦區(qū)外圍的找礦工作給出一定指導。

1　區(qū)域地質(zhì)背景

揚子地塊位于華夏地塊西北側(cè)、中印地塊東北緣, 西以青藏高原為界, 東以秦嶺–大別造山帶為界。元古宙火山–沉積地層在揚子地塊西南緣廣泛分布, 包括古元古界晚期的河口群、大紅山群及東川群(Greentree and Li, 2008; Zhao, 2010; Chen et al, 2013), 中–新元古界會理群、昆陽群及苴林群(陳智梁和陳世瑜, 1987; Greentree et al., 2006; 耿元生等, 2007; Chen et al., 2014a)。古元古界發(fā)生高綠片巖–低角閃巖相變質(zhì)作用(李復漢等, 1988), 而中–新元古界則只發(fā)生了低綠片巖相變質(zhì)作用(陳智梁和陳世瑜, 1987; 李復漢等, 1988)。1.05～1.1 Ga的輝長巖及花崗巖深成巖體侵入到元古宙地層中, 這些巖體出露雖少, 但卻在整個揚子地塊均有分布; 這些中元古代的深成巖體與其準同生的昆陽群和苴林群鎂鐵質(zhì)–長英質(zhì)火山巖表現(xiàn)出板內(nèi)巖漿作用的相關(guān)地球化學特征(Greentree et al., 2006; 耿元生等, 2007),并被認為是形成于大陸裂谷環(huán)境的雙峰式火山巖(王獎臻等, 2012; Chen et al., 2014a)。新元古代巖漿作用包括 740～860 Ma的與島弧或地幔柱作用相關(guān)的花崗巖、閃長巖及輝長巖侵入作用(Zhou et al, 2002, 2006; Li et al., 2003)。

2　礦床地質(zhì)

2.1礦床地質(zhì)特征

拉拉IOCG礦床位于四川省會理縣黎溪區(qū)境內(nèi),構(gòu)造上位于揚子地塊西緣川滇被動大陸邊緣裂谷系中段, 處于揚子地塊西緣川滇南北向鐵銅多金屬成礦帶中(劉肇昌等, 1996)。礦床賦存于古元古界河口群落凼組, 落凼組是一套變質(zhì)海相火山–沉積巖, 主要分為黑云母片巖系列和鈉長石變粒巖系列兩類巖石。黑云母片巖系列包括石榴黑云片巖、(磁鐵礦)黑云片巖; 鈉長石變粒巖系列包括鈉長變粒巖、磁鐵石英鈉長變粒巖。黑云母片巖類礦化明顯較鈉長石變粒巖類好。

圖1　拉拉礦區(qū)構(gòu)造綱要圖(據(jù)陳好壽和冉崇英, 1992)Fig.1　Structure outline map of the Lala IOCG deposit

礦床自西向東分為落凼、落東和石龍三個礦區(qū)(圖1)。其中落凼礦區(qū)規(guī)模最大, 主礦體東西長1960 m,南北寬900 m, 厚12.27～26.47 m(張文寬等, 2009)。礦體主要位于輝綠-輝長巖體的兩側(cè), 沿 F1斷裂分布,在平面上呈不規(guī)則的橢圓形, 剖面上呈多層產(chǎn)出。礦體一般呈似層狀、透鏡狀, 以重疊?疊瓦式形態(tài)產(chǎn)出, 膨縮、分支復合、尖滅再現(xiàn)等現(xiàn)象明顯。主要金屬礦物為黃銅礦、輝鉬礦、輝鈷礦、磁鐵礦、自然金、自然銀、氟炭鈰礦、磷釔礦等; 主要脈石礦物為鈉長石、石英、黑云母、方解石等。目前已探明礦床中銅礦石儲量在120萬噸以上, 且 Au、U、Mo、Co、REE等也大量富集(朱志敏等, 2009)。

2.2蝕變類型及特征

拉拉IOCG礦床礦石構(gòu)造類型主要為條帶狀(條紋狀)(圖2a, b)、浸染狀(圖2c)、塊狀(圖2d)、網(wǎng)狀(圖2e)及脈狀(圖 2f)。條帶狀礦石產(chǎn)于(石榴石)黑云母片巖、條帶狀鈉長巖、磁鐵石英鈉長巖中, 黃銅礦等金屬礦物以單體或粒狀集合體形式沿巖石片理定向拉長分布(圖 2a, b); 網(wǎng)狀礦石由金屬礦物和脈石礦物方解石、石英、黑云母、螢石等沿巖石裂隙充填、交代而成(圖2e); 脈狀礦石中, 黃銅礦和輝鉬礦等金屬礦物在碳酸鹽脈、螢石脈和方解石脈中呈浸染狀分布, 脈體穿插早期片理化條帶狀礦石, 脈中礦化不均, 局部極強, 其余部位則礦化弱或無礦化(圖2f)。

圖2　拉拉IOCG礦床典型礦石照片F(xiàn)ig.2　Representative photos of ores in the Lala IOCG deposit

鏡下顯微觀察分析發(fā)現(xiàn)拉拉 IOCG礦床圍巖蝕變發(fā)育且種類較多, 蝕變類型主要有黑云母化、鈉長石化、碳酸巖化、鉀長石化、綠泥石化、絹云母化、白云母化、磷灰石化、陽起石化以及螢石化(圖 3)。據(jù)鏡下礦物組合和接觸關(guān)系分析, 鈉長石化、碳酸鹽化、黑云母化、鉀長石化與銅礦化關(guān)系密切, 螢石化與輝鉬礦化關(guān)系密切, 而磷灰石化、綠泥石化、陽起石化、白云母化、絹云母化和硅化與銅(鉬)礦化關(guān)系不大或無關(guān)。各蝕變類型鏡下具體特征描述如下:

鈉長石化(圖3a): 半自形?它形淺灰色不等粒鈉長石變晶呈粒狀集合體沿巖石片理、礦物間裂隙分布, 并向兩側(cè)擴展交代; 交代不徹底的巖石中還有黑云母的殘留體。

黑云母化(圖 3b): 在礦床中廣泛發(fā)育, 黑云母常呈它形-自形集合體分布于長石、石英裂隙中。蝕變形成的黑云母常呈棕褐色、青灰色, 周圍常伴有大量的黃鐵礦和黃銅礦等金屬礦物。

白云母化(圖 3c): 大多數(shù)早期形成的定向分布的黑云母在晚期熱液作用下邊緣和內(nèi)部被蝕變?yōu)榘自颇? 蝕變過程中黑云母中的Fe和K被帶出。鏡下可見黑云母殘片和交代假象, 蝕變帶出的鐵質(zhì)在云母附近形成局部富集的串珠狀定向分布的磁鐵礦。

碳酸鹽化(圖 3d): 礦床中碳酸鹽化十分發(fā)育,包括方解石化、鐵白云石化、菱鐵礦化, 以方解石化為主。礦床中可見兩種不同產(chǎn)狀的方解石, 一種方解石晶體細小, 產(chǎn)于礦物粒間和巖石裂隙, 多以集合體形式存在, 并見有黃銅礦等金屬礦物嵌布其中; 另一種方解石晶體粗大, 晶形完整, 解理發(fā)育,常呈脈狀或團塊狀分布。鐵白云石主要呈粒狀或粒狀集合體充填于鈉長石、石英顆粒間, 或呈不規(guī)則細粒脈體充填于碎裂的鈉長巖裂隙中。被蝕變礦物有角閃石、黑云母、白云母、長石等, 常形成交代假象。

圖3　拉拉IOCG礦床圍巖蝕變顯微照片F(xiàn)ig.3　Microphotographs of wall-rock alteration in Lala IOCG deposit

螢石化: 礦床中主要有三個不同世代的螢石產(chǎn)出。第一世代為孤立狀的螢石顆粒, 產(chǎn)出于條帶狀礦石中, 粒徑1～8 mm, 與黃銅礦共生(圖2b); 第二世代螢石呈脈狀或浸染狀產(chǎn)出, 與輝鉬礦和黃銅礦共生, 脈體穿插第一世代螢石所在條帶狀礦石(圖2f); 第三世代螢石也呈脈狀產(chǎn)出, 穿插第二世代螢石所在礦石, 有富集脈和貧化脈之分, 富集脈中黃銅礦富集程度高, 螢石與黃銅礦、方解石等共生, 但脈體規(guī)模不大, 貧化脈則弱礦化或無礦化(黃從俊等, 2015)。

鉀長石化(圖 3e): 蝕變形成的鉀長石晶形較好,晶粒中等, 粒間有碳酸鹽和黃銅礦分布。

綠泥石化(圖3f): 形成最晚, 由黑云母、石榴石等鐵鎂質(zhì)礦物中Fe和Na被熱液帶出蝕變而成。

總之, 黑云母片巖系列蝕變的礦物主要為黑云母、斜長石、石英等, 主要發(fā)生鈉長石化、碳酸鹽化; 鈉長石變粒巖系列蝕變的礦物主要為鈉長石,主要發(fā)生鉀長石化、碳酸鹽化。此外, 通過顯微觀察研究發(fā)現(xiàn)礦床中黃銅礦主要是熱液成因, 其形成與鈉長石化、鉀長石化和碳酸鹽化交代蝕變作用密切相關(guān)。其中, 黑云母片巖系列銅礦化多與鈉長石化和碳酸鹽化相關(guān), 鈉長石變粒巖系列銅礦化多與鉀長石化和碳酸鹽化相關(guān)。

3　樣品及分析方法

樣品采自四川會理拉拉落凼、石龍、落東等礦區(qū)典型露頭處的新鮮干凈賦礦巖石。在成都理工大學巖礦實驗室采用OLYMPUS-BX51偏光顯微鏡進行光薄片觀察, 用Image Pro Plus成像系統(tǒng)進行典型光薄片的鏡下顯微照相。按礦化從弱到強選取黑云母系列賦礦巖石樣品 14件和鈉長石變粒巖系列樣品 9件進行主、微量元素分析測試工作。主量元素分析在澳實礦物分析檢測(廣州)有限公司采用ME-XRF26和ME-XRF15bg法測定, 相對偏差<10%,誤差<10%; 微量元素分析在成都理工大學地學核技術(shù)四川省重點實驗室采用 ICP-MS方法測定, 分析數(shù)據(jù)相對誤差小于10%, 絕大多數(shù)優(yōu)于5%。分析結(jié)果見表1。

4　元素遷移計算方法與結(jié)果

國內(nèi)有關(guān)礦床和巖石、礦物的研究工作, 在熱液交代蝕變巖石的元素遷移定量計算方面涉及較少。大都只描述了蝕變類型、蝕變分帶和蝕變交代礦物組合, 或者只是大致對比蝕變巖與原巖的化學全分析數(shù)據(jù), 定性描述元素的遷入遷出情況。少有的一些定量研究, 也是在假設巖石蝕變前后體積不變的情況下, 采用巴爾特的標準晶胞法、魯?shù)履峥频臉藴蕩缀误w積法或 Pblbervast的等量硅氧四面體法等方法計算的, 但巖石蝕變前后體積一般是會發(fā)生變化的, 故這樣計算出來的結(jié)果多數(shù)不準確。在國外礦床圍巖熱液交代蝕變研究上, 大都不用上述方法, 而是采用 Gresens (1967)提出的成分?體積關(guān)系法和Grant (1986, 2005)的等濃度法, 通過元素遷移定量計算對蝕變巖的物理化學、地球化學、成礦流體的物理化學環(huán)境等進行研究。本文擬采用Grant (2005)的等濃度法定量計算兩系列與銅礦化密切相關(guān)的巖石樣品在蝕變礦化過程中元素的遷移情況,并總結(jié)蝕變和礦化的量比關(guān)系。

4.1不活動組分確定

質(zhì)量平衡計算方法較多, 但不管何種方法, 在整個元素遷移計算過程中最關(guān)鍵最重要的步驟都是不活動組分的選取和確定。這是因為在整個質(zhì)量平衡遷移計算過程中, 除不活動組分需獨立判斷外,其余所有計算步驟都是由質(zhì)量平衡計算公式經(jīng)過嚴格的數(shù)學推導而成(郭順等, 2013)。所以不活動組分確定的合理與否直接影響到計算結(jié)果的可信程度。本文結(jié)合拉拉 IOCG礦床實際地質(zhì)特征, 分別選取兩個系列未蝕變(弱蝕變)巖石作為標準樣品, 參照質(zhì)量比簇判別法(Grant, 2005)和等濃度圖解法(Edfelt et al., 2005)確定不活動組分。

4.1.1質(zhì)量比簇判別法

從常見不活動組分(Al、Zr、Si、Y、Yb和Nb)質(zhì)量比簇判別圖(圖 4)可知, 黑云母片巖系列的SiO2(圖4c)、Yb(圖4d～f)和TiO2(圖4a～d)在巖礦石樣品中集群較好, 表明大多數(shù)保存在系統(tǒng)中的這些組分穩(wěn)定性較好, 在成礦過程中很少或沒有受到外部物源或雜質(zhì)的影響。Kessel et al. (2005)在對俯沖帶微量元素特征進行分析時也選取了 Yb作為不活動組分, 說明Yb元素在地質(zhì)活動中很穩(wěn)定、不易遷移。圖解中, 標準樣品的 TiO2、Zr和Al2O3的含量值極高, Y值較低, 而蝕變樣品和礦化樣品中對應的這些組分含量遠低于標準樣品, 說明這些組分含量在熱液活動過程中發(fā)生了顯著改變, 為活動組分。因此, TiO2雖然集群較好, 但仍是活動組分。從圖4e-h可以看出, Zr、Y和Nb組分投點分散, 與標準樣品含量差別較大, 說明這些組分的含量在蝕變和礦化過程中發(fā)生了明顯改變, 亦為活動組分。SiO2在鈉長石化和碳酸鹽化中投點聚群, 在礦化中略有波動, 但均值與標準樣品變化不大, 總體上基本保持穩(wěn)定, 可作為不活動組分，這也與Edfelt et al.(2005)的分析結(jié)果一致。因此, 通過對黑云母片巖系列常見不活動組分散點圖分析(圖4a～h), 選取了SiO2作為主量元素不活動組分; Yb作為微量元素不活動組分。

同理, 通過對鈉長石變粒巖系列常見不活動組分散點圖分析(圖 5a～h), 根據(jù)各組分投點分布情況,亦選取了SiO2作為其主量元素的不活動組分, Yb作為微量元素的不活動組分。

4.1.2等濃度圖解法

對各類蝕變樣品和礦化樣品的主量和微量元素按組分類別求均值后分別與標準樣品相應組分元素值作對數(shù)等濃度圖, 結(jié)果見圖6和圖7。圖中的斜線為等濃度線, 位于等濃度線之上的元素為帶入組分(元素), 元素遷移計算結(jié)果為正值, 表示元素的遷入; 位于斜線下方者, 計算結(jié)果為負值, 為遷出組分(元素); 在斜線上或附近的為質(zhì)量分數(shù)不變組分(元素), 即不活動組分。遷入遷出的程度可以根據(jù)所投元素點偏離等濃度線的幅度判斷。

在等濃度圖(圖6)中, 黑云母片巖系列三組樣品(鈉長石化、碳酸鹽化和礦化)的SiO2、Y和Yb在等濃度線上或者與理想等濃度線很接近, 表明他們在所有系統(tǒng)中相對不活動, 是相對不活動組分。其中Y在常見不活動組分散點圖(圖 4)中又被確定為活動組分, 與此處結(jié)論相反, 其原因可能是不活動組分散點圖中投點為個值, 而等濃度圖中投點為各蝕變和礦化樣品的均值, 均值將個值的變化差異均一化,從而使得兩種圖解判斷出現(xiàn)差異。考慮到個體樣品Y含量變化的較大差異, 因此將Y作為活動組分處理。最終黑云母片巖系列確定的不活動組分為SiO2和Yb。

圖4　黑云母片巖系列常見不活動組分散點圖Fig.4　Diagram of immobile elements for Biotite-schist series

圖5　鈉長石變粒巖系列常見不活動組分散點圖Fig.5　Diagram of immobile elements for Albite-granulite series

圖6　黑云母片巖系列主量元素(a)和微量元素(b)等濃度分布圖Fig.6　Isocon diagrams for Biotite-schist series samples

圖7　鈉長石變粒巖系列主量元素(a)和微量元素(b)等濃度分布圖Fig.7　Isocon diagrams for Albite-granulite series samples

根據(jù)主量和微量元素在等濃度分布圖中與等濃度線的位置關(guān)系(圖7), 進一步確定了鈉長石變粒巖系列的不活動組分為SiO2和Yb。

4.2元素定量遷移計算結(jié)果

根據(jù)上述確定的不活動組分, 利用公式 (1)(郭順等, 2013)分別計算兩系列巖石中主量元素、稀土元素和金屬元素組分的質(zhì)量帶入帶出情況。計算結(jié)果見表2和表3, 表中數(shù)值為蝕變樣品相對于標準樣品的質(zhì)量遷移率。

結(jié)合表2和圖6a可知, 黑云母片巖系列主量元素帶入組分有MnO、MgO、CaO和Na2O, 帶出組分有K2O、P2O5、Al2O3和TiO2; 從表2和圖7a可知, 鈉長石變粒巖系列主量元素帶入組分有Fe2O3、MnO、MgO、CaO和K2O, 帶出組分有TiO2、Al2O3和Na2O。Na2O與K2O在兩系列巖石中帶入帶出情況呈相反關(guān)系, 即若Na2O在某系列巖石中帶入, 那么其K2O基本都是帶出。

表2　定量計算的黑云母片巖系列和鈉長石變粒巖系列主量元素遷移結(jié)果Table 2　Quantitative mass-balance calculation results of the major element of the Biotite-schist series and Albite granulitite series samples

表3　定量計算兩系列巖石部分稀土元素及金屬元素遷移結(jié)果Table 3　Quantitative mass-balance calculation results of the REE and metal elements of the two series samples

從黑云母片巖系列和鈉長石變粒巖系列的稀土元素遷移變化量(表3)可以看出, 兩個系列巖石樣品的輕稀土元素La、Ce、Pr基本上全為大于100%的正值, 表示大量帶入, 使得輕稀土富集; 重稀土元素Tm有少量帶入, 質(zhì)量遷移率大都小于 10%。Lu基本上表現(xiàn)為帶出, 帶出量主要在?10%～ ?20%之間,總體變化率不大。

通過表3金屬元素遷移量還發(fā)現(xiàn)U、Co、Mo、Ni這些金屬組分基本全為正值, 大多數(shù)帶入量數(shù)值遠大于 1, 表示蝕變和礦化樣品相對于標準樣品大量帶入, 其中Mo帶入量最大可達43655%, 平均值為8326%, 遠高于其他金屬元素, 這也與Mo是拉拉礦床中主要金屬成礦物質(zhì)之一的地質(zhì)事實吻合。此外, 黑云母片巖系列金屬組分帶入量遠高于鈉長石變粒巖系列, 這也與黑云母片巖系列蝕變物質(zhì)為富金屬礦物相吻合。從鏡下蝕變殘留和區(qū)域物質(zhì)來源分析可以看出, 黑云母片巖系列蝕變物質(zhì)多為黑云母等富金屬離子礦物, 而鈉長石變粒巖系列蝕變物質(zhì)多為鈉長石等貧金屬離子礦物。金屬元素在蝕變過程中的定量遷移計算表明熱液蝕變尤其是與黑云母片巖系列相關(guān)的蝕變是造成拉拉 IOCG礦床 Fe-Cu-Au-U-Mo-Co-REE多金屬礦化形成的主要原因。

5　元素遷移分析

5.1黑云母片巖系列元素遷移分析

三組樣品(鈉長石化樣品、碳酸鹽化樣品和礦化樣品)中主量元素帶入組分完全相同, 均為 Na2O、CaO、MgO和MnO, 只是帶入含量大小不同。具體變化情況為: 在鈉長石化為主時, 鈉質(zhì)、鈣質(zhì)組分帶入多, 鎂質(zhì)組分保持不變, 鐵質(zhì)和鉀質(zhì)組分減少;在以碳酸鹽化為主時, 鈉質(zhì)組分帶入保持不變, 而鈣質(zhì)、鎂質(zhì)、錳質(zhì)組分急劇增加; 礦化時, 鈉質(zhì)、鈣質(zhì)、鎂質(zhì)組分含量均大量帶入, 變化較大, 遠高于鈉長石化時帶入量(圖6a和表2)。K2O、Al2O3和TiO2三者從鈉長石化、碳酸鹽化到礦化, 帶出量逐漸增大, 在礦化時達到最大值, 這與鉀長石、黑云母等鋁硅酸鹽礦物的蝕變相關(guān), 蝕變越強, 它們的帶出量就越大, 銅礦化強度也越強, 說明蝕變與礦化關(guān)系密切, 這也從元素遷移的角度印證了鏡下研究結(jié)果。此外, 礦化時Na2O和MgO組分的帶入量更是達到最大值, 遠高于其他蝕變時的帶入量, 說明銅礦化與鈉長石化和碳酸鹽化關(guān)系十分密切, 且銅礦化強弱與它們帶入的含量成正相關(guān)關(guān)系。至于微量在LO-91到LO-25之間的幾個樣品上, 說明黑云母片巖系列鈉長石化與銅礦化正相關(guān)。鈉長石變粒巖系列中, Na2O全部帶出, 曲線波動平緩, 與CuO無明顯相關(guān)關(guān)系; K2O基本全部帶入, 變化趨勢與CuO基本一致, 表現(xiàn)為鉀長石化越強銅礦化也越強, 說明變粒巖系列銅礦化與鉀長石化正相關(guān)。通過圖 8b可知, 兩系列巖石樣品中MnO、MgO和CaO組分帶入帶出曲線與CuO含量變化曲線波動一致, 具有明顯正相關(guān)關(guān)系, 說明碳酸鹽化在兩系列巖石中均與銅礦化關(guān)系密切。此外, 黑云母片巖系列碳酸鹽化與銅礦化相關(guān)性較變粒巖系列弱, 即變粒巖系列中銅礦化與碳酸鹽化相關(guān)性更強。從圖8c可以看出, TiO2和 Al2O3在兩系列巖石中均是帶出, 二者波動一致, 帶出量均小于 100%, 變化不大, 與銅礦化無直接相關(guān)關(guān)系。

圖8　主量元素與CuO帶入帶出關(guān)系圖Fig.8　The correlation diagram between the main migration components and CuO

對比兩系列巖石樣品的整體情況我們可以看出:本區(qū)圍巖的蝕變過程幾乎與成礦作用過程是同步進行的, 即蝕變的過程也是礦化的過程, 因而蝕變的強弱直接關(guān)系到礦化的強弱。手標本中, 礦化強的巖石樣品, 銅礦化多呈條帶狀、浸染狀、脈狀分布(圖2), 品位高, 礦物蝕變完全, 只見少量交代殘留和交代假象結(jié)構(gòu); 礦化弱的樣品中黃銅礦分布不均, 常呈粒狀或星點狀少量分布, 蝕變礦物較少且多且蝕變不徹底, 常見退化邊、交代殘留和交代溶蝕結(jié)構(gòu)。因而, 蝕變的標志也是找礦的標志。

孫燕和李承德(1990)對方解石中流體包裹體成分進行了測定(表 4), 測得包裹體液相陽離子以 Ca2+, Na+為主, 并含一定數(shù)量的K+, Mg2+。隨著成礦過程的進行, 從礦化早期階段到主要成礦階段, 方解石中的熱液包裹體液相成分發(fā)生了明顯改變, 溶液中K+, Na+, Ca2+, HCO3?等主要離子的濃度明顯降低,說明熱液中這些組分在礦化作用過程中發(fā)生了活化遷移, 與成礦有關(guān)。F/Cl比值增高(0.058～0.35), 反映在成礦主階段會出現(xiàn)大量的含氟礦物。這些情況與礦石中發(fā)生的大量的蝕變, 如鈉長石化、鉀長石化、碳酸鹽化、螢石化等熱液活動明顯一致, 這就從包裹體數(shù)據(jù)方面給分析結(jié)果做了有利支撐。

表4　方解石中的流體包裹體成分數(shù)據(jù)(μg/g)(引自孫燕和李承德, 1990)Table 4　The data of fluid inclusions compositions in calcite (μg/g)

6　結(jié)　論

(1) 拉拉IOCG礦床中與銅(鉬)礦化密切相關(guān)的蝕變類型主要有: 鈉長石化、鉀長石化、碳酸鹽化、螢石化, 且蝕變與礦化基本是同步發(fā)生, 蝕變的過程也是礦化的過程, 即蝕變的標志也是找礦的標志。

(2) 礦化蝕變過程中, 黑云母片巖系列和鈉長石變粒巖系列的不活動組分為SiO2和Yb。兩系列巖石中Na2O與K2O含量呈此消彼長關(guān)系, 即若Na2O在巖石中帶入, 那么在對應系列中K2O基本都是帶出。

(3) 主量元素定量遷移計算表明, 黑云母片巖系列銅礦化與鈉長石化和碳酸鹽化成正相關(guān)關(guān)系, 鈉長石變粒巖系列與鉀長石化和碳酸鹽化成正相關(guān)關(guān)系。

(4) 微量元素及金屬元素遷移計算分析發(fā)現(xiàn),拉拉IOCG礦床中兩系列巖石U、Mo、Co、Ni、LREE等金屬元素在蝕變礦化過程中隨 Cu礦化大量帶入,帶入量大都遠大于 1, 且黑云母片巖系列帶入量遠高于鈉長石變粒巖系列, 說明熱液蝕變尤其是與黑云母片巖系列相關(guān)的蝕變是造成礦床中 Fe-Cu-Au-U-Mo-REE多金屬形成的主要原因。

致謝: 本文在野外工作期間得到了涼山礦業(yè)陳良工程師的大力幫助, 中國科學院廣州地球化學研究所陳華勇研究員和另外一位匿名審稿專家對本文提出了建設性的修改意見和建議, 筆者在此表示衷心的感謝！

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Geochemistry of Mineralization and Alteration Elements in the Lala IOCG Deposit, Southwest Margin of Yangtze Block

WU Yanfei1,2, LI Zeqin1*and HUANG Congjun1
(1. College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, Sichuan, China; 2. Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guiyang 550081, Guizhou, China)

The Lala Iron-Oxide-Copper-Gold (IOCG) deposit is the largest copper deposit in southwest margin of Yangtze Block. Alteration is well developed in this deposit, which has a close relationship with the mineralization of chalcopyrite and molybdenite. The wall-rock alterations are mainly including albitization, carbonatization, K-feldspar alteration, biotitization and fluoritization, etc. 23 typical host rock samples were picked out to disscuss their alteration elements geochemistry, and relationship between alteration and mineralization based on the petrography and elements analysis. These samples are all come from biotite schist series and albite granulite series. The major elements analysis by means of ME-XRF26 and ME-XRF15bg, and the trace elements analysis by using the method of ICP-MS. The study of cluster discriminant method of mass ratio suggests that the most inactive major element component of the two series rocks is SiO2. Besides, the most inactive trace element component of biotite-schist series and the albite-granulite series is Yb. On the other hand, quantitative elements migration was calculated by using the concentration formula according to the principle of mass conservation. Major elements quantitative migration calcuation suggests that the copper mineralization of biotite-schist series has a positive relationship with albitization and carbonatization, while albite-granulite series have a positive relationship with the K-feldspar alteration and carbonatization. Carbonatization is much stronger in biotite-schist series than that in the albite-granulite series. Na2O and K2O have an opposite relationship in two series of rocks, for example, K2O is usually brought out while Na2O is brought in. Quantitative calculation of the REE and metal elements migration suggests that a mass of REE, U, Cr, W, Co, Mo, Ni are brought in accompany with the alteration and copper mineralization of the rocks. The migration content of these elements are usually far more than 1, the maximum migration content of Mo is up to 43655.4%, which suggests that the hydrothermal alteration is the main reason for the Cu-Au-U-Mo-REE polymetallic mineralization. Alteration and mineralization are generally synchronous in this deposit, that is to say the process of alteration is also the process of mineralization, and alteration is one of the indicators for this deposit. Understanding the geochemistry of alteration elements and its relationship with mineralization in the Lala IOCG deposit have important significances in both enriching metallogenic theory and directing exploration.

Lala IOCG deposit; wall rock alteration; immobile components; mass transfer calculation

P611

A

1001-1552(2016)05-0960-015

10.16539/j.ddgzyckx.2016.05.006

2014-12-04; 改回日期: 2015-03-19

項目資助: 國家自然科學基金項目(41072065)、教育部博士點基金(20105122110001)、西南地區(qū)主要成礦帶銅鐵金多金屬找礦模型與勘查方法技術(shù)研究(12120113095500)、礦床地球化學國家重點實驗室(200808)和四川省教育廳重點項目(07ZA005)聯(lián)合資助。

吳燕飛(1990–), 男, 碩士研究生, 從事環(huán)境地球化學研究。Email: YanFeiWu1990@163.com

李澤琴(1957–), 女, 教授, 從事礦床學研究。Email: lzq@cdut.edu.cn