西藏波龙铜矿区成矿流体来源示踪

周 玉，多 吉，温春齐，费光春，何阳阳

(1.成都理工大学地球科学学院， 四川 成都 610059；2.中国地质科学院矿产综合利用研究所， 四川 成都 610041；3.西藏自治区地质矿产勘查开发局， 西藏 拉萨 850000)

地质找矿

西藏波龙铜矿区成矿流体来源示踪

周 玉1,2，多 吉1,3，温春齐1，费光春1，何阳阳1

(1.成都理工大学地球科学学院， 四川 成都 610059；2.中国地质科学院矿产综合利用研究所， 四川 成都 610041；3.西藏自治区地质矿产勘查开发局， 西藏 拉萨 850000)

波龙铜矿床是西藏地质五队近年来在青藏高原中部发现的最大的斑岩型矿床。为了查明波龙铜矿区成矿流体来源，对采自矿区的黄铁矿及石英流体包裹体样品进行了He、Ar同位素与气相成分测试。测试结果显示黄铁矿流体包裹体3He/4He分别为3.03和8.51，40Ar/36Ar为214.94和284.23，表明成矿流体可能来源于壳幔混源；石英包裹体气相成分以H2O为主，次为CO2，还有少量的N2、CH4、C2H6、H2S及Ar气体，部分样品中还含有O2成分，表明成矿流体中混有高氧逸度组分；结合矿区石英包裹体H-O同位素显示成矿流体以岩浆源为主、并混有大气成分分析，波龙铜矿区成矿流体应属壳幔混源，早期成矿流体以深源为主，晚期随着流体的演化有部分大气降水的加入。具高氧逸度特征的怒江洋壳俯冲板片携带大量成矿物质俯冲进入羌塘-三江复合板片南缘深部，熔融交代上覆地幔楔，发生壳幔混合，形成初始岩浆，在上升过程中混染下地壳物质，并受到深循环大气降水的影响最终侵位到上部地壳形成波龙铜矿床。

稀有气体同位素；流体包裹体气相成分；波龙铜矿区

西藏波龙铜床是产于班公湖-怒江西段斑岩铜矿带的大型斑岩型铜矿床，也是近几年在青藏高原中部发现的最大的斑岩型铜矿床，矿区位于西藏阿里地区改则县北西约80km处。自2005年波龙矿床被确立为独立的斑岩型铜矿床后备受研究者关注[1-14]。目前波龙铜矿床控制的铜资源量超过200万t，伴生金约100t，铜平均品位约0.5%[1]。现有研究认为矿区含矿花岗闪长斑岩具弧花岗岩类与大陆碰撞花岗岩类的特点[2]，斑岩体形成于中生代早白垩世早期[3-4]，元素地球化学特征表明其形成于大陆边缘岛弧或大陆弧环境[2,5]，岩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同位素的特点，应为壳幔混源的产物[6]。矿区出露地层曲色组变质砂岩中发育可能形成于地层形成时的镁电气石[7]，而成分分析表明曲色组变质砂岩形成于岛弧构造环境[8]。含矿脉石英中辉钼矿Re-Os同位素研究显示矿床形成年龄为119.4±1.3Ma(MSWD=0.63，n=4)[1]。石英流体包裹体发育含石盐和硫化物子矿物的气、液、固三种类型包裹体，成矿流体为高盐度、中-高等密度，矿床可能形成于高温、低压环境[9]。矿区黄铁矿成因比较复杂，但主要以热液成因为主[10]，黄铁矿S同位素以富重硫同位素为特点，主要来源于深源岩浆[7,11-12]。

随着近年来实验技术水平的提高及研究的深入，稀有气体同位素应用范围已从示踪大洋岩石圈地幔演化、陨石成因等传统领域扩展到示踪大陆岩石圈地幔的形成与演化、造山过程和成矿古流体的形成与演化等新领域[13-15]。由于黄铁矿良好的封闭性已成为研究古流体稀有气体同位素组成的最佳寄主矿物[16]。当前稀有气体同位素应用于矿床研究还处于初始阶段，且班公湖-怒江地区稀有气体同位素数据报道极少，故本文选择对波龙铜矿区矿物包裹体稀有气体同位素进行研究，结合矿区石英包裹体气相成分数据以及前人发表石英包裹体氢氧同位素数据探讨波龙矿区成矿流体的来源，提高矿床的研究程度，为矿床的后期勘查开发提供理论支持。

1 地质背景

波龙铜矿区位于羌塘-三江复合板片南缘、斑公湖-怒江成矿带西段多龙矿集区内，矿区发育地层有中侏罗统曲色组第一岩性段(J2q1)(灰色中-薄层状含绢云母石英粉砂岩夹深灰色泥岩互层)、下白垩统美日切错组(K1m)(安山岩、玄武质安山岩等)以及第四系(Q4)(残、坡积物)。矿区内地层呈单斜构造，未见断裂构造发育。矿区岩浆岩主要为花岗闪长斑岩，为波龙矿床成矿母岩。

波龙铜矿床矿体呈隐伏-半隐伏状产出，含矿花岗闪长斑岩体离地表约85m，矿体深部由于钻孔深度不够未能控制，岩体与围岩曲色组第一岩性段(J1q1)石英粉砂岩、深灰色泥岩侵入接触。含矿斑岩体呈岩枝状产出，为东西走向的扁椭圆状体。岩体东西长900m，南北宽600m[17]。

波龙矿床矿石构造主要为细脉-浸染状、浸染状，亦发育团块状及块状等构造。矿石主要为交代结构、结晶粒状结构，还可见包含结构以及共边结构等。矿石矿物以黄铁矿、黄铜矿为主，其次还可见少量磁黄铁矿、斑铜矿、辉锑矿、辉钼矿、磁铁矿等矿物；脉石矿物主要为石英、长石、绢云母、硬石膏，还可见绿泥石、方解石、绿帘石等矿物。矿石主要伴生有用组分为Au和Ag[11]。

矿区围岩蚀变主要为钾长石化、硅化、黑云母化、绢云母化、粘土化、硬石膏化、碳酸盐化、绿帘石化和绿泥石化等[11]，与典型的斑岩成矿系统一致。

矿床形成过程可以分为3个矿化期：岩浆晚期、热液成矿期和表生期，其中最重要的为热液成矿期，可以进一步将其划分为磁铁矿-辉钼矿阶段、黄铜矿-黄铁矿阶段以及黄铁矿-硬石膏阶段3个成矿阶段[11]。

2 取样及样品分析

本次选择2件黄铁矿样品测试其流体包裹体He和Ar同位素组成，选择6件石英样品测试其包裹体气相成分，所选样品均取自矿区岩芯，详细取样位置见表1、表2。样品经破碎、筛选后，在双目镜下挑选20～60目新鲜黄铁矿、石英颗粒，纯度达99%以上。

稀有气体同位素测试工作在核工业北京地质研究院分析测试研究中心使用美国Thermo Fisher公司生产Helix SFT型惰性气体同位素质谱仪完成。样品测试过程见张佳等[18]文献，质谱仪测试精度及灵敏度见李军杰等[19]文献。黄铁矿包裹体稀有气体同位素组成测试结果见表1。

石英流体包裹体气相成分样品在中国科学院地质与地球物理研究所流体包裹体实验室采用RG202和瑞士安维公司生产的Prisma TM QMS200型四级质谱仪完成测试。该质谱仪为封闭式电子轰击型离子源，配有法拉第杯和二次电子倍增器接受系统；数据处理采用Quadstar TM 422分析软件。石英包裹体气相成分测试结果见表2。

表1 波龙铜矿区黄铁矿稀有气体同位素测试结果及其参数

注： R/Ra=(3He/4He)样品/(3He/4He)大气； F4He=(4He/36Ar)样品/(4He/36Ar)大气，大气的4He/36Ar=0.1655，若样品中含有大气氦，则F4He =1[20]；空气中Ra值采用国际公认值：Ra =3He/4He = 1.400×10-6。

表2 波龙铜矿区石英包裹体气相成分测试结果/mol%

3 氦氩同位素

由表1数据可知，波龙铜矿区黄铁矿中稀有气体同位素组成及比值变化不大，4He同位素变化范围为4.28×10-8～5.04×10-8，平均值为4.66×10-8；40Ar同位素组成变化范围为3.58×10-9～1.01×10-8，平均值为6.79×10-9；3He/4He比值变化范围为3.03×10-7～8.51×10-7，平均值为5.77×10-7；40Ar/36Ar比值变化范围为214.94～284.23，平均值为249.59，38Ar/36Ar比值变化范围为0.13～0.18，平均值为0.155。

由于良好的封闭性黄铁矿流体包裹体中的He在包裹体被圈闭后不可能有明显的丢失[18]，因此可以认为样品He和Ar同位素组成的测定值可以代表黄铁矿形成时成矿流体的初始同位素组成。热液流体中稀有气体主要有4种来源[21]：①大气饱和水(包括大气降水和海水)，He和Ar同位素组成为：3He/4He=1Ra，40Ar/36Ar=295.5；②地幔流体，具有高3He的特征，3He/4He值为6～9Ra，40Ar/36Ar变化范围较大，一般大于40000；③地壳放射成因，3He/4He值为0.01～0.05Ra，且40Ar/36Ar亦很高；④大气He和Ar。由于大气中稀有气体含量极低，不足以对地壳流体中He的同位素组成产生明显改变，且波龙黄铁矿流体包裹体的F4He值(表1)远远大于1，分别为8651和15542，因而可以排除样品流体包裹体中的大气He成分[22]；一般宇宙射线成因的3He只产生在地表1.5m以内的范围内，本次测试样品采自400m以下岩芯样品，因而可排除宇宙射线成因的He；矿物或岩石形成后其He同位素组成的变化主要取决于Li及Th，U的含量[20]，但由于黄铁矿为不含Li的矿物，且波龙岩体为相对较新的喜山期产物[3,4]，因此样品中由核反应形成的3He可以忽略不计。由以上分析表明波龙铜矿区成矿流体中的He两个可能的主要来源为地壳和地幔。

从波龙铜矿区黄铁矿稀有气体同位素测试结果及其计算参数表(表1)中可以看出波龙铜矿区的成矿流体3He/4He值为0.216～0.608Ra，明显高于地壳放射成因的3He/4He比值，且明显低于地幔流体He同位素组成，这说明成矿流体来源为壳幔混源。并且计算的黄铁矿流体中的幔源核约占3.03%～9.07%，表明波龙矿床成矿流体中的幔源成分相对较少。

在波龙铜矿区He同位素组成与演化图解(图1)与40Ar/36Ar-R/Ra图解(图2)中，样品He同位素数据点位于地壳与地幔组成的过渡带，显示波龙铜矿区样品的He同位素同样具有壳幔混合的特征。

图1 波龙矿区He同位素组成(底图据文献[22])

图2 波龙矿区40Ar/36Ar-R/Ra图解(底图据文献[23])

4 石英包裹体气相成分

由表2中6件石英包裹体气相成分测试结果分析可知，波龙铜矿区石英流体包裹体气相成分以H2O为主，次为CO2，还有少量的N2、CH4、C2H6、H2S及Ar气体，He低于检测线，个别样品含有O2。

石英包裹体中H2O含量变化范围为91.88mol%～97.30 mol%，平均值为94.46 mol%±2.29mol%；CO2含量为2.472 mol%～7.541 mol%，平均值为4.046 mol%±2.079mol%；CH4含量变化范围为0.06 mol%～0.18 mol%，平均值为0.121 mol%±0.049mol%；C2H6含量变化范围为0.021 mol%～0.094 mol%，平均值为0.055 mol%±0.029mol%；N2含量变化范围为0.005 mol%～0.217mol%，平均值为0.133 mol%±0.073mol%；Ar含量为0.014 mol%～0.079mol%，平均值为0.047 mol%±0.030mol%。

值得关注的是其中4件流体包裹体样品气体组分中，不同程度的含有一定量地O2，其中BL034样品更达到1.884mol%，显示成矿流体具有很高的氧逸度。中酸性岩浆形成斑岩铜矿通常与高氧逸度有关，而高氧逸度的来源通常与洋壳俯冲有关，暗示波龙铜矿区的成矿流体的形成与班公湖-怒江洋壳向北侧的羌塘盆地俯冲具有密切的关系。

在Norman等[24]的Ar-He-N2图解(图3)中，因显示He含量未检出，即测试值低于检测线(<0.001)，故投点可视为位于Ar-N2线上，即大气降水与岩浆水的混合，以大气降水为主。

图3 波龙铜矿区石英包裹体气相成分Ar-He-N2图解(底图据文献[24])

波龙铜矿区黄铁矿流体包裹体He、Ar同位素组成特征显示成矿流体为壳幔混源，石英包裹体气相成分暗示成矿流体的形成与班公湖-怒江洋壳向北侧的羌塘盆地俯冲有关，而流体包裹体H-O同位素结果显示成矿流体具岩浆水及大气降水成分[9]。具高氧逸度特征的班公湖-怒江洋壳俯冲板片携带大量成矿物质俯冲进入羌塘-三江复合板片南缘深部，熔融交代上覆地幔楔，发生壳幔混合，形成初始岩浆，这种具有高氧逸度遗迹的岩浆在上升过程中混染了大量的下地壳物质，受到深循环大气降水的混染最终上升到上地壳形成岩浆房并侵位到上部地壳从而形成了波龙铜矿床。

5 结论

1)通过对波龙铜矿区黄铁矿稀有气体同位素测试表明，样品稀有气体同位素组成较均一，4He为4.28×10-8～5.04×10-8，40Ar为3.58×10-9～1.01×10-8，3He/4He比值为3.03×10-7～8.51×10-7，40Ar/36Ar为214.94～284.23，38Ar/36Ar为0.13～0.18。

2)石英包裹体气相成分测试结果显示气相成分以H2O为主，次为CO2，还发育少量的N2、CH4、C2H6、H2S及Ar气体，个别样品含有O2。

3)综合黄铁矿流体包裹体稀有气体同位素及石英包裹体气相成分及H-O同位素分析认为波龙铜矿区成矿流体应属壳幔混源，早期成矿流体以深源为主，晚期随着流体的演化有部分大气降水的加入。

致谢：调查研究过程中得到西藏地质矿产勘查开发局第五地质大队同事的支持和帮助，在此深表谢意！

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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

国土资源部公益性行业科研专项资助(编号：201011013)；矿物学岩石学矿床学国家重点(培育)学科建设项目资助(编号：SZD0407)

周玉(1984-)，男，甘肃榆中人，博士研究生，研究方向为矿床学与矿床地球化学。

P597+.1；P61

A

1004-4051(2015)03-0076-05