
中硫型淺成低溫?zé)嵋旱V床(簡(jiǎn)稱(chēng)中硫型礦床,intermediate-sulfidation epithermal deposits)與高硫型和低硫型淺成低溫?zé)嵋旱V床共同組成了淺成低溫?zé)嵋旱V床大家族。該家族貢獻(xiàn)了全球17%的Ag、13%的Au以及相當(dāng)規(guī)模的賤金屬。這三類(lèi)礦床以發(fā)育代表不同硫化狀態(tài)的原生硫化物組合相區(qū)別,其中中硫型礦床以發(fā)育貧鐵閃鋅礦、方鉛礦、黝銅礦-砷黝銅礦、黃銅礦(富Au系列)及輝銀礦或螺狀硫銀礦(富Ag系列)為特征。中硫型礦床可獨(dú)立產(chǎn)出,也可與斑巖Cu±Au±Mo或斑巖Mo或斑巖Sn礦共生。中硫型礦床中的大多數(shù)金屬和硫都是巖漿成因,盡管在后期可能有不同比例大氣降水的加入。世界上最大的銀礦床——玻利維亞的Cerro Rico de Potosi(Ag: 165,600 t, Sn: 2.9 Mt)以及亞洲最大的銀礦——內(nèi)蒙古雙尖子山(Ag: 21,665 t),以及多個(gè)位于墨西哥的世界級(jí)銀礦床均屬中硫型礦床。此外,中硫型礦床的Au儲(chǔ)量也可高達(dá)500 t。與高硫型和低硫型礦床相比,中硫型礦床的勘探潛力被嚴(yán)重低估。近年來(lái),由于中硫型礦床本身具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值且可作為深部潛在斑巖礦床的找礦標(biāo)志,因此礦床學(xué)家和礦業(yè)公司對(duì)該類(lèi)礦床的興趣與日俱增。
王樂(lè)、秦克章等(Wang et al., 2019,OGR)基于大地構(gòu)造背景和相關(guān)應(yīng)力狀態(tài)將中硫型礦床劃分為兩類(lèi)(相關(guān)報(bào)道見(jiàn)《中硫型淺成低溫?zé)嵋旱V床評(píng)述與新的分類(lèi)方案》),即 NC 型(形成于中性-擠壓應(yīng)力下的火山?。┖虴型(形成于伸展的弧內(nèi)、碰撞后造山帶和弧后等環(huán)境)。NC型中硫型礦床通常富Au(Ag/Au <60),有時(shí)與斑巖Cu礦床共生,而E型礦床通常富Ag(Ag/Au >60),可與斑巖Mo礦床或低硫型礦床共生。前人統(tǒng)計(jì)分析表明富Au淺成低溫礦床的流體鹽度比富Ag或富賤金屬淺成低溫礦床更低。另有學(xué)者對(duì)世界級(jí)Fresnillo中硫型Ag-Pb-Zn礦床(墨西哥)的流體包裹體原位成分分析以及地球化學(xué)模擬研究進(jìn)一步支持高鹽度流體與富Ag-Pb-Zn和高Ag/Au比值的淺成低溫礦床有關(guān)。然而,對(duì)于控制中硫型礦床Ag/Au比值(富Au或富Ag)的巖漿因素并不清楚。
基于上述問(wèn)題,中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化與環(huán)境演變重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室礦產(chǎn)資源學(xué)科中心王樂(lè)副研究員、秦克章研究員、回凱旋博士后、曹明堅(jiān)研究員、單鵬飛博士生、李光明副研究員與日內(nèi)瓦大學(xué)Massimo Chiaradia高級(jí)講師、防災(zāi)科技學(xué)院李真真副教授、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)宋國(guó)學(xué)副教授、中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所龐緒勇助理研究員合作,選擇位于我國(guó)東北的兩類(lèi)四個(gè)典型的中硫型礦床(2個(gè)富Ag的E型:①白音查干Sn-Ag-Zn-Pb礦床,Ag/Au = ~966和②雙尖子山Ag-Pb-Zn ± Sn礦床,Ag/Au = ~1285;2個(gè)富Au的NC型:③鬧枝Au礦床,Ag/Au = 5.3,和④爭(zhēng)光Au-Zn礦床,Ag/Au = 2.9;圖1)開(kāi)展對(duì)比研究。選擇這四個(gè)礦床的原因是它們的研究程度相對(duì)較高,且顯示出與斑巖體或斑巖巖脈緊密的時(shí)空和成因聯(lián)系。研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了全巖Fe2+/Fe3+分析、鋯石U-Pb測(cè)年、鋯石原位微量元素和Lu-Hf 同位素分析、以及磷灰石原位主微量及 Sr-Nd同位素分析,并與已發(fā)表的相關(guān)礦床的放射性測(cè)年和全巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)相結(jié)合,從巖漿分異程度(定量指標(biāo):巖體SiO2含量、Mg#、Rb/Sr)、氧逸度(定量指標(biāo):全巖Fe2O3/FeO和鋯石Ti-Ce-U氧逸度計(jì))、揮發(fā)分含量(定量指標(biāo):磷灰石-熔體F-Cl-S含量)和巖漿來(lái)源(定量指標(biāo):磷灰石Sr-Nd鋯石Hf 同位素組成)來(lái)評(píng)估這幾個(gè)巖漿參數(shù)如何控制兩種中硫型礦床的形成,并嘗試揭示影響中硫型礦床富Au和富Ag最主要的巖漿因素。

圖1 四個(gè)中硫型礦床所處的大地構(gòu)造位置和平面地質(zhì)圖。A.中亞造山帶構(gòu)造地質(zhì)簡(jiǎn)圖。B.中國(guó)東北地質(zhì)圖,標(biāo)出了四個(gè)礦床的位置。C.白音查干,D.雙尖子山,E.鬧枝和F.爭(zhēng)光平面地質(zhì)圖。C-F顯示了斑巖的大致采樣位置(黃色圓圈,藍(lán)色樣品編號(hào),均為投影到地表)
他們得出的主要認(rèn)識(shí)和結(jié)論包括:
(1)四個(gè)中硫型礦床的成礦斑巖均屬于鈣堿性或高鉀鈣堿性花崗巖類(lèi)。
(2)富Au的中硫型礦床(鬧枝和爭(zhēng)光)的成礦巖漿具有中度分異(全巖SiO2(干)= ~60–70 wt.%)、氧化(ΔFMQ =0.5-1.5;圖2)、富Cl(巖漿Cl > ~700 ppm;圖3)、富水(全巖V/Sc >9)且具有高壓分異信號(hào)(磷灰石和鋯石Eu/Eu*>0.2;圖4)、以新生虧損巖漿為主(地幔組分>75%),屬于I型磁鐵礦系列花崗巖類(lèi)。

圖2 四個(gè)中硫型礦床的成礦巖漿氧逸度對(duì)比。A圖頂部數(shù)值和圖中“×”代表各礦床均值。BYCG=白音查干,SJZS=雙尖子山,NZ=鬧枝,ZG=爭(zhēng)光。鬧枝缺失Fe2O3/FeO數(shù)據(jù)

圖3 磷灰石 F-Cl-SO3含量和計(jì)算的平衡熔體的 F-Cl-S 含量的直方圖。虛線和數(shù)字代表三個(gè)礦床磷灰石和熔體中揮發(fā)分的中值。SJZS=雙尖子山,NZ=鬧枝,ZG=爭(zhēng)光。白音查干不發(fā)育磷灰石

圖4 文中四個(gè)中硫型礦床的全巖、磷灰石和鋯石的微量元素地球化學(xué)特征。BYCG=白音查干,SJZS=雙尖子山,NZ=鬧枝,ZG=爭(zhēng)光
(3)相比之下, 富Ag中硫型礦床(白音查干和雙尖子山)的成礦巖漿分異程度較高(全巖SiO2(干)>70 wt.%), 低氧逸度(ΔFMQ <~0.5;圖2),富F(巖漿F > ~1,250 ppm,高F含量可以降低固相線并將結(jié)晶分異延伸到更低的溫度, 導(dǎo)致殘余熔體中銀顯著富集;圖3),貧水(全巖V/Sc <9), 顯示低壓分異特征(磷灰石和鋯石Eu/Eu* < 0.2;圖4), 新生巖漿略少(地幔組分 = ~65%-95%),屬于A型鈦鐵礦系列花崗巖類(lèi)。
(4)富Au中硫型礦床的成礦巖漿起源于俯沖交代地幔楔的部分熔融,形成于中性-擠壓的火山弧中。有時(shí)在同一礦區(qū)除了發(fā)育富Au的NC型中硫型礦床外,還可以形成斑巖Cu ± Au和高硫型Au礦床(圖5A、圖5B)。而富Ag中硫型礦床的成礦巖漿可能來(lái)自軟流圈地幔上涌引發(fā)新生地殼部分熔融并經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間結(jié)晶分異,在巖漿上升過(guò)程中伴有不同程度的陸殼混染,對(duì)應(yīng)于早期弧增生地體(古亞洲洋構(gòu)造體制)上疊加新一期的俯沖弧后伸展作用(古太平洋構(gòu)造體制)。該類(lèi)A型花崗巖除可形成富Ag的E型中硫型礦床外,深部還可能發(fā)育斑巖Sn ± Mo礦化(圖5A、圖5C)。
(5)總體來(lái)看,中性擠壓的厚巖漿弧中具有中等分異程度、高Cl-H2O和略高氧逸度的巖漿有利于形成富Au的NC型中硫型礦床,而增生造山帶減薄、伸展的弧后環(huán)境中具有高分異程度、低氧逸度、貧水和富F的巖漿有利于形成富Ag的E型中硫型礦床。該研究為在古老增生造山帶疊加后期弧后伸展構(gòu)造環(huán)境中尋找富Ag中硫型礦床和斑巖Sn±Mo礦床提供了方向,同時(shí)為已知淺部中硫型礦床類(lèi)型,在深部尋找特定斑巖礦化(體)提供了理論框架。

圖5 中國(guó)東北富金、富銀中硫型礦床構(gòu)造巖漿成礦理論模型
值得注意的是,由于該研究的礦床數(shù)量較少,且礦床分布僅限于中國(guó),未來(lái)還需對(duì)其他地區(qū)具有不同Ag/Au比值的中硫型礦床進(jìn)行類(lèi)似的成礦巖漿屬性研究,從而進(jìn)一步驗(yàn)證或完善該文提出的模型。
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