斑岩-浅成低温热液成矿系统基本特征与研究进展

郭晓宇

（成都理工大学地球科学学院，四川 成都 610059）

作为铜、金、钼等金属的重要来源，斑岩型矿床为世界工业提供了约四分之三的铜资源，一半以上的钼资源以及五分之一以上的金资源和几乎全部的钼（Sillitoe，2010），一直是矿床学界重要的勘查目标和研究热点。浅成低温热液型矿化叠置于斑岩型矿化之上，与斑岩型矿化在空间上相伴产出的矿床实例在世界范围内广泛存在，构成一个完整的斑岩成矿系统，并在相关矿床的勘查中得到了广泛地应用（Halley et al.，2015；Hedenquist and Lowenstern，1994 ；Hedenquist et al.，1998）。

斑岩成矿系统指受控于同一构造-岩浆-热力学体系，围绕多期侵入的中-酸性岩体发育的，在时空上相依，成因上与浅成、超浅成侵入作用和陆相火山-次火山作用有关的一系列共生矿床组合（芮宗瑶等，1984；Sillitoe，2010）。上世纪90年代，Hedenquist and Lowenstern（1994）通过西南太平洋地区斑岩型铜金矿和浅成低温热液型金银矿的研究，提出斑岩铜矿床-浅成低温热液型金矿床模型，即在斑岩铜金矿的上部发育高硫化型浅成低温热液型金矿，在外围靠近地表区域发育低硫型浅成低温热液型金银矿，并将这几种矿床类型统一于同一岩浆-热液系统，为在世界范围内开展铜金矿找矿勘查起到了重要的指导作用。

目前，对斑岩成矿系统的研究在岩石地球化学特征、蚀变-矿化特征、成矿物质来源、成矿流体演化等方面取得了一系列重要研究成果。为此，本文在系统总结前人研究成果基础上，试图总结斑岩-浅成低温热液成矿系统的基本特征，并简要介绍近年来世界范围内取得的一些研究进展。

1 基本特征

1.1 时空分布特征

与斑岩相关的成矿系统形成时代不均一，广泛分布于显生宙，以中、新生代为主，其次是古生代，仅少量矿床形成于前寒武纪（毛景文等， 2014；侯增谦， 2004；邹国富等，2011），整体具随时代由老到新，矿床数目增多、矿化强度增大的特征。显生宙斑岩成矿系统在空间上分布也明显不均，主要分布于一些以压性岩浆弧相关的汇聚板块边界上（Sillitoe， 2018），主要产出于环太平洋成矿域、古亚洲成矿域和特提斯成矿域内。

近年来，一些中生代和古生代矿床陆续被发现，如美国阿拉斯加地区佩珀（Pebble）矿床（～90 Ma，Lang et al.，2013），中国福建上杭地区紫金山矿集区（～100Ma，张德全等， 2003）、西藏阿里地区多龙矿集区（～120 Ma，唐菊兴等， 2014， 2016）；蒙古国南部欧玉陶勒盖（Oyu Tolgoi）矿集区（370 Ma，杨波等， 2017）及中国新疆北部土屋-延东矿集区（330 Ma，王福同等， 2001）等，除新生代大规模的斑岩成矿作用外，在古陆边缘岩浆弧地区寻找未被剥蚀的隐伏斑岩系统相关矿床得到越来越多的关注和重视。

1.2 大地构造背景

有研究表明，目前世界上约97%的大型-超大型斑岩铜-金-钼矿床产于汇聚板块边缘（Wilkinson， 2013）。因此，火山-岩浆弧是斑岩成矿系统最重要的构造单元之一。根据其有无弧后盆地，分为岛弧和陆缘弧。岛弧环境主要分布于太平洋西岸，如印度尼西亚和菲律宾岛弧，主要产出斑岩型铜和铜—金矿床，典型矿床有Grasberg，Far South East等矿床；而陆缘弧环境的经典成矿省则主要分布于太平洋东岸，如美国西南部的亚利桑那成矿省、墨西哥北部成矿省、智利北部成矿省和智利中部成矿省等，主要产出斑岩型铜—钼矿床，典型矿床有Bingham，El Teniente等矿床（熊欣等， 2014 ；Cooke，2005）。

近年来研究发现，大陆碰撞造山带也是产出斑岩型矿床的重要环境。与火山岩浆弧相比，在大陆碰撞带，晚碰撞构造转换环境中发育斑岩Cu、Cu-Mo和Cu-Au矿床（侯增谦等， 2009；侯增谦，2010），其典型代表有中国冈底斯斑岩铜矿带和玉龙铜矿带（曲晓明等， 2001），显示出产出斑岩型矿床的巨大潜力。

此外，斑岩矿床也可以产于与陆内环境，与陆内裂谷作用引发的构造-岩浆活动关系密切（陈衍景， 2013）。斑岩成矿系统主要产出大地构造背景示意图见图1。

图1 斑岩成矿系统主要产出大地构造背景示意图（据Groves et al.， 1998 ；陈衍景， 2013 修改）

1.3 结构特征

一个理想的完整斑岩成矿系统包括围绕成矿斑岩体产出的斑岩型Cu±Au±Mo矿床，外围的矽卡岩型Cu-Au矿床、交代碳酸盐岩型Pb-Zn-Ag多金属矿床、微细浸染型（卡林型）Au矿床及覆于顶部的高（中）硫化浅成低温热液型Au±Cu矿床，侧边部产出的低硫化浅成低温热液型Pb-Zn-Ag-Au矿 床 等（Sillitoe， 2010， 2012；Lang，2000，图2）。由于这几种矿化类型在野外即可观察到，其不同矿化类型之间的空间位置关系为斑岩成矿系统的勘查提供了重要的勘查标准。

西南太平洋地区巴布亚新几内亚东北部近年来发现的Waf-Golpu矿床就是这一成矿模式的典型代表之一（Rinne et al.， 2018）。该矿床由深部斑岩型矿化、浅部高硫化型浅成低温热液型矿化以及侧部中硫化型浅成低温热液型矿化组成。我国紫金山矿田在探明了紫金山高硫化型浅成低温热液型铜金矿床后，在其外围发现悦洋（碧田）低硫型浅成低温热液型银金矿床和罗卜岭斑岩铜钼矿，构成紫金山地区斑岩-浅成低温热液成矿系统（张德全等， 2003）。西藏阿里地区的班公湖-怒江成矿带西段近年来发现的铁格隆南超大型斑岩-高硫化型浅成低温热液型铜金矿床也由深部的斑岩矿化和浅部的浅成低温热液矿化组成（唐菊兴等， 2014， 2016）。这些斑岩-浅成低温热液成矿系统的发现，都是围绕斑岩体，在一种矿化类型取得突破后，发现了新的矿化类型，是同一成矿系统下不同部位的产物。

图2 理想的斑岩铜矿成矿系统模型（据Sillitoe， 2010 ；Lang， 2000修改）

1.4 蚀变分带与矿化

热液蚀变是斑岩铜矿最重要的特征之一，斑岩铜矿矿体周围通常发育强烈的原生蚀变分带，如经典的石英二长岩模式（Lowell et al.， 1970）中，其热液蚀变通常含有一个钾质蚀变核心，往外依次为石英绢云母化、泥化和青磐岩化蚀变，呈同心圆状围绕着钾质蚀变核心（图2）。另外一个重要的成矿模式是闪长岩模式（Holister， 1978），其蚀变分带通常也含有一个钾质蚀变核心，但其周围直接出现青磐岩化。

相较于经典斑岩铜矿成矿模式，斑岩-浅成低温热液成矿系统的蚀变分带与矿化更为复杂。热液蚀变是一个长期的过程，由不同期热液蚀变作用互相套合和叠加而导致蚀变-矿化系统复杂化。从深部斑岩型矿体到浅部的浅成低温热液型矿体，是同源含矿岩浆在统一的岩浆-热液体系内在不同演化阶段所形成的，含矿岩浆的氧逸度、流体性质和围岩性质等，可以导致成矿系统发育一系列逐渐过渡的蚀变带，如绢云母化、泥化蚀变在与碱性侵入体有关的斑岩系统中少有发育，但在与钙碱性侵入体有关的斑岩系统中则比较发育，暗示围岩及岩浆化学组成中K+/H+比值对蚀变作用的控制。此外，硫逸度、氧逸度、pH值等也都是控制蚀变类型的重要因素。

不同蚀变带对应不同的蚀变矿物组合，并在剖面上构成连续的过渡带。斑岩成矿系统的矿化大多具有多期次叠加的特征，经历了较长时间的演化。成矿流体除了岩浆直接分异出的流体外，还有在岩浆作用过程中，通过热作用从围岩中分异出的水及天水的加入。早期的矿化主要分布于钾硅化带中，后期矿化可在其它蚀变带中产出。斑岩型矿床中的脉体系统不仅记录了热液流体演化的各个不同阶段，还对热液蚀变作用的特点及其与金属硫化物沉淀的关系具有指示意义。

一个完整的斑岩-浅成低温热液成矿系统蚀变分带在空间上从下向上依次为：Ca-Na硅酸盐化带→钾硅酸盐化带→青磐岩化带→绿泥石-绢云母化带→绢英岩化带→高级泥化带（Hedenquist et al.， 1998，图3）。整体来看，这些蚀变带之间既有相互叠加的特征，又有蚀变类型由下往上不断向高级的、后期的蚀变类型过渡的特征，表现为浅部蚀变-矿化常叠加于深部的蚀变-矿化系统之上。

图3 斑岩-浅成低温热液成矿系统蚀变分带模式图（据Sillitoe， 2010修改）

Ca-Na硅酸盐化带：在斑岩铜矿系统中非常普遍的蚀变类型，在围岩和斑岩体中部较常见，其存在标定了含矿岩株的位置。钠质-钙质蚀变带一般贫硫和金属元素（除以磁铁矿形式存在的Fe元素）（Sillitoe， 2010）。

钾硅酸盐化带：该蚀变带主要存在于斑岩铜矿系统的最中央和最深部位置，只有遭到深度剥蚀的矿床才可能出露此蚀变带。该蚀变带规模变化较大，以发育交代和细网脉状充填的黑云母为特征，主要的矿物组合为黄铜矿±斑铜矿。

青磐岩化带：由次生钾长石化消耗了K、Al，Ca、Na、Cl等元素向上迁移形成。蚀变温度在300～400℃之间，pH为4～5。蚀变矿物主要有绿帘石、碳酸盐岩、石英、绿泥石、绢云母，金属矿物有黄铁矿、磁铁矿、少量闪锌矿或黄铜矿。原生的镁铁质矿物部分或完全蚀变为绿泥石和碳酸盐矿物。该带主要发育于围岩中，一般向围岩过渡数百米后即消失。

绿泥石-绢云母化带：该蚀变带常叠加在早期的钾硅酸盐化蚀变带之上，广泛发育并形成独特的灰白、绿色岩石，主要由岩石中较基性矿物蚀变为绿泥石、绢云母等所致。

绢英岩化蚀变带：该蚀变带常整体或部分叠加在钾硅酸盐化带和绿泥石-绢云母化带之上（图3），以白色到灰色的石英-绢云母-黄铁矿发育为特征。早期绢云母化导致岩石矿物由绿向灰绿色转变，一般不常见。晚期绢云母化导致岩石矿物由灰绿色向灰白色转变，普遍可见。其中硫化物以黄铁矿为主，以细脉状或是浸染状分布。该带也可产出富铜黄铁矿，或者是黄铜矿或其他硫化物矿物组合（一般是黄铁矿-斑铜矿、黄铁矿-辉铜矿、黄铁矿-铜蓝、黄铁矿-砷黝铜矿、黄铁矿-硫砷铜矿等）。

高级泥化带：该蚀变带是浅成低温热液矿床的典型产物，标志着斑岩成矿系统浅部的浅成热液型矿床的出现。高级泥化蚀变带，绢英岩化蚀变矿物向上常转化为石英-叶腊石矿物组合，该矿物组合在深部分布广泛，是许多高级泥化蚀变带的较高温矿物组合部分。斑岩铜矿床中蚀变矿化带的垂向分布主要受蚀变叠加程度的影响。

总体来看，斑岩-浅成低温热液成矿系统的矿化大多集中在钾化带与青磐岩化带、钾化带与绢英岩化带接触部位，矿化分带为贫黄铁矿、富Cu-Au内核→富Mo带→黄铁矿晕。原生成矿作用矿石矿物包括黄铜矿、斑铜矿、金、辉钼矿，但一般会形成原生矿床的次生富集带（如斑岩铜矿上的富黄铁矿含Ag-Au浅成热液矿床），这个次生富集带可以存在于任何一个蚀变带中，待其被剥蚀后，又会形成新的次生富集带（如黄钾铁钒淋滤层）。

成矿系统浅部则发育岩帽，以石英-明矾石或石英-地开石±高岭石组合为特征，通常其顶部由于强酸性流体淋滤而形成多孔状残余石英，是重要的找矿标志之一。岩帽主要由岩石经一定交代作用所成，控制了斑岩-浅成低温热液成矿系统中大部分如Au、Ag等贵金属元素的产出（江思宏等， 2004）。

2 研究进展

斑岩-浅成低温热液成矿系统一直是国际矿床学研究的热点和前沿，特别是斑岩铜矿与浅成低温热液铜金矿床之间的时空演化和成因联系的研究，其对于矿床成因研究和深部找矿勘探都具有重要的理论和实际勘查意义。

前人的研究在斑岩-浅成低温热液成矿系统的构造背景与成矿环境、含矿斑岩岩石地球化学特征、热液系统与蚀变作用、成矿作用机制与矿化特征、控矿因素与成矿动力学机制等方面已取得较完善的认识。最新的研究进展主要体现在以下几方面：①斑岩型矿化与浅成低温热液矿化之间的关系研究；②研究方法和技术手段的更新，为成矿系统研究提供了更精确的研究数据；③基于成矿系统中蚀变分带和特征蚀变矿物组合特征，开展指示矿物研究，以寻找潜在斑岩矿床。

刘文元（2015）以紫金山矿集区为例，开展了斑岩成矿系统的精细矿物学研究，揭示了该成矿系统的矿物演化特征和热液成矿条件，并为深部斑岩找矿勘探提供了依据。

有学者通过应用各种研究手段来建立斑岩型与浅成热液型矿床之间的联系。Large et al. （2018）研究了西南太平洋Ok Tedi斑岩-矽卡岩Cu-Au矿床的侵入岩、微量元素地球化学和锆石年代学特征，认为与矿化作用有关的侵入岩是通过封闭系统分级结晶和逐渐冷却而形成的。同时利用同位素稀释-热电离质谱（ID-TIMS）获得的同位素测年结果，为确定岩浆演化、斑岩侵位和斑岩Au-Cu矿化的时间提供了准确度更高的数据。Cao et al. （2018）研究了菲律宾Northern Luzon地区的Black Mountain斑岩型Cu-Au矿床侵入岩中原生角闪石和斜长石阶段的矿物化学特征，揭示了岩浆房的演化过程，限制了岩浆的物理化学特征范围，有助于阐明Black Mountain矿床的成矿金属元素来源。

澳大利亚塔斯马尼亚大学David Cooke教授领导的科研团队利用常见的蚀变矿物，如绿泥石、绿帘石、明矾石和粘土矿物等进行成分和形成物理化学条件的测定，探讨这些与成矿有关矿物的特征及其空间分布规律，提出进一步找矿的标志，即找矿印痕研究（毛景文等， 2014）。

3 结论

斑岩-浅成低温热液成矿系统中各种矿床类型之间存在着密切的时间、空间及成因联系，在时空上具有连续演化的特征，是同源含矿岩浆在同一成矿背景之下于不同演化阶段形成的产物，含矿热液的物化性质及时空迁移规律决定了它们在不同地质部位产出不同类型的矿床。

成矿系统的蚀变分带与矿化复杂，往往形成不同期热液蚀变作用互相套合现象。早期矿化产于钾化带中，后期的矿化分布在其他蚀变带中。

作为国际矿床学研究的热点和前沿，斑岩矿床与浅成低温热液矿床之间的时空演化和成因联系的研究有着重要的理论和现实意义。斑岩-浅成低温热液成矿系统研究的观点和方法，成矿系统概念模型的建立，有助于将矿床地质研究工作建立在较为完整的科学理论基础之上，对于找矿勘查具有更重要的指导意义。同时，在勘查实际中获得的大量信息和经验可以修改、补充、完善原有的成矿系统理论框架和概念模型，从而更好地指导矿产勘查。