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伊朗浅成低温热液矿床时空分布规律与矿床类型*

2021-05-19郜周全

矿床地质 2021年2期
关键词:斑岩热液黄铁矿

萧 珂,孙 祥**,郜周全

(1 中国地质大学地球科学与资源学院,北京100083;2 云南省地质矿产勘查院,云南昆明650051)

浅成低温热液型矿床是指一类形成于相对较浅的 深度(<1.5 km)、低温(150~300°C)、低压(10~50 MPa)环境下的矿床(Lindgren, 1922;Hedenquist et al., 1995;2000;John et al., 2011)。该类矿床提供了全球8%的金、17%的银和一定数量的贱金属,是墨西哥、美国、加拿大、智利、秘鲁、巴布亚新几内亚和日本等国贵金属的最主要来源(Singer, 1995;Frimmel,2008)。

特提斯成矿域是全球3大成矿域(环太平洋成矿域、古亚洲成矿域、特提斯成矿域)之一,矿床资源丰富,广泛发育斑岩型铜矿和浅成低温热液贵金属和贱金属矿床(侯增谦等, 2012;2020;Sengor et al.,1979;Hedenquist et al., 1995;Stampfli, 2000;Sillitoe et al.,2003;Hou et al.,2015a;2015b;Richards,2015)。相比于受到广泛关注的斑岩型铜矿,浅成低温热液矿床的综合研究相对薄弱(张洪瑞等,2018;王瑞等,2019;Hou et al.,2015a;Wang et al.,2015;Yang et al.,2016;Sun et al.,2020)。已有的研究显示,中国青藏高原发育少量浅成低温热液矿床(杨超等,2014;黄瀚霄等,2018;Duan et al., 2016;Sun et al., 2017a;Song et al.,2018;Yang et al.,2019),而伊朗高原则广泛产出浅成低温热液矿床(Richards et al., 2006;Kouhestani et al., 2018;Rajabpour et al., 2018;Fazel et al.,2019)。为了更好的对比分析青藏高原浅成低温热液成矿作用,本文对伊朗高原浅成低温热液型矿床的时空分布规律以及成矿作用进行了综述。

1 伊朗地质概况

伊朗处于亚欧板块与阿拉伯板块的交界处,其地质单元从南往北依次可划分为马克(Makran)增生杂岩、扎格罗斯(Zagros)褶皱冲断带(ZFTB)、萨南达杰(Sanandaj)-锡尔詹(Sirjan)带(SSZ)、乌兹密尔(Urumieh)-杜克塔尔(Dokhtar)岩浆弧(UDMA)、鲁特(Lut)地块以及阿尔博兹(Alborz)岩浆弧(AMA)(图1;张洪瑞等,2015;Agard et al., 2005;2011)。Makran增生杂岩位于伊朗和巴基斯坦的交界处,是伊朗东南部一个巨大的增生楔,发育强烈的构造变形,在其北部发育有约115 Ma 的蛇绿岩(Yang et al., 2020)。ZFTB以扎格罗斯逆冲断层带为主断裂,发育一系列的NE-SW 向 褶 皱(Agard et al.,2005)。SSZ 位 于ZFTB 的东北部,大量发育中-新生代的钙碱性弧岩浆岩(Sengor,1990;Mohajjel et al.,2003;Agard et al.,2005)。该带变质作用以绿片岩相为主,次为角闪石相(Agard et al., 2005)。Lut 地块主要由前寒武纪的变质基底以及巨厚的沉积盖层组成(Ramezani et al.,2003;Saki,2010)。地块内发育4次岩浆活动(张洪瑞等,2015),其中,始新世岩浆活动分布范围最广,以高钾钙碱性系列的火山岩为主(Ramezani et al.,2003;Sadeghian et al., 2005;Bagheri et al., 2008)。UDMA 主要发育始新世岛弧型火山岩,次为渐新世—中新世侵入岩(Agard et al., 2011)。AMA 主要发育钙碱性的弧火山岩以及少量的侵入岩(Alavi,1996),其火山活动从晚白垩世开始,在始新世达到顶峰。

伊朗整体构造格局的形成与特提斯洋的演化密切相关。在奥陶纪古特提斯洋打开,此时,伊朗位于南部冈瓦纳大陆的北缘(Richards et al.,2006)。二叠纪古特提斯洋向北俯冲消减,同时,冈瓦纳大陆裂解出包括土耳其、伊朗、西藏在内的一系列的碎片,这些碎片组成了南部冈瓦纳大陆与北方劳亚大陆之间的基梅里大陆(Sengor, 1987;Metcalfe, 1996)。随着古特提斯洋向亚欧板块之下俯冲,在三叠纪基梅里大陆也拼合到北方的劳亚大陆之上(Hooper et al.,1994;Stampfli, 2000;Richards et al., 2006)。在古特提斯洋的俯冲作用以及基梅里大陆与亚欧大陆的碰撞作用之下,在伊朗Alborz 造山带的北部形成古特提斯洋缝合带(Alavi, 1996)。在该缝合带发育有大量古生代蛇绿岩(380~260 Ma)以及深海沉积物,并受到早侏罗世构造活动的影响而产生变形(Alavi,1979)。对于古特提斯洋的闭合目前没有确切的时间,但是根据217~200 Ma 碰撞后花岗岩的侵入接触关系,初步确定碰撞发生在220 Ma 之前(吴福元等,2020)。由于古特提斯洋向北俯冲以及南部冈瓦纳大陆的裂解,导致新特提斯洋在二叠纪时在南部打开(Sengor,1987;Metcalfe,1996),并且新特提斯洋在侏罗纪初期开始向亚欧大陆俯冲(Spakman , 1986;张洪瑞等,2015)。在始新世末期—渐新世(36~25 Ma),阿拉伯板块与亚欧板块发生碰撞,同时,也标志着新特提斯洋的闭合(Agard et al., 2005;2011)。新特提斯洋的俯冲作用在SSZ 中形成与俯冲相关的侵入岩(183~145 Ma;Hassanzadeh et al.,2016;Zhang et al.,2018;张洪瑞等,2018)以及高压-低温和高温-低压双变质岩带(110~90 Ma;Agard et al., 2009;Mousivand et al.,2011)。在俯冲的晚期阶段,UDMA 发育与俯冲有关的岩浆岩,年龄在50~35 Ma 之间(Takin et al., 1972;Cagatay et al., 1980;Dercourt et al.,1986)。阿拉伯板块与亚欧大陆发生碰撞,形成了规模宏大的缝合带,该缝合带从土耳其西部的塞浦路斯(Cyprus)、比特利斯(Bitlis)延伸到伊朗的扎格罗斯(Zagros) (Sengor, 1987;Sorkhabi et al., 2008)。据地球物理资料,在扎格罗斯造山带深部,阿拉伯板块地壳已经俯冲至欧亚大陆之下,甚至穿过SSZ 和UDMA 带,俯冲至中部伊朗地体之下(Paul et al.,2010;Motaghi et al.,2015)。

进入新生代之后,伊朗出现大规模的岩浆活动以及相关的成矿作用,主要集中在UDMA、AMA 以及伊朗中部(李锦平等,2008)。矿床类型包括铬铁矿、斑岩型铜矿、MVT 型铅锌矿以及浅成低温热液矿床等。铬铁矿床位于伊朗东南部基性-超基性的纯橄岩中,代表性矿床有Amir、Shahriar、Reza、Abdasht(Jannessary et al.,2012)。斑岩型铜矿主要分布在UDMA 中,代表性矿床如Sungun、Sar Cheshmeh等(Hezarkhani et al., 1998)。伊朗最大的MVT 型铅锌矿床Mehdi Abad 位于SSZ 中(Rajabi et al., 2013)。浅成低温热液矿床主要分布在UDMA 和AMA 中(Shamanian et al., 2004;Richards et al., 2006;Mehrabi et al.,2012;Fazel et al.,2019)。

图1 浅成低温热液矿床在东特提斯区域分布图(据Fazel et al.,2019修改)Fig.1 Regional distribution of epithermal deposits in East Tethys(modified after Fazel et al.,2019)

2 UDMA带浅成低温热液矿床

图2 伊朗浅成低温热液矿床分布图(据Richards et al.,2012;Chiu et al.,2013修改)Fig.2 Distribution of epithermal deposits in Iran(modified after Richards et al.,2012;Chiu et al.,2013)

UDMA 是位于伊朗西南部的1 条新生代岩浆弧,在一些文献中也被称为Sahand-Bazman 岩浆带(Hezarkhani et al.,2006)。该带从土耳其东部以NWSE 走向平行于Zagros 带延伸至伊朗与巴基斯坦的交界处(图2)。UDMA 的产生与新特提斯洋向北俯冲有关,主要经历了3 个演化阶段,包括早侏罗世新特提斯洋向伊朗中部地块俯冲(Verdel et al., 2011;Ayati et al.,2013)、始新世晚期阿拉伯板块与伊朗板块发生碰撞(Mazhari et al.,2009)、渐新世—中新世进入后碰撞阶段(Dargahi et al.,2010;Chiu et al.,2013)。尽管新特提斯洋的俯冲是从侏罗纪开始,但侏罗纪—白垩纪岩浆岩仅有零星露头(Chiu et al.,2013),而大规模的岩浆活动从始新世开始,主要由大面积出露的玄武安山岩以及少部分的侵入岩组成,它们具有富集大离子亲石元素、亏损高场强元素的弧岩浆特征(Verdel et al.,2011)。早渐新世—中新世形成大量与斑岩型铜矿化关系密切的埃达克岩(张洪瑞等,2018;Shahabpour et al., 1987)。上新世的岩浆岩主要出露于UDMA的西北部和东南部,包括钾质-超钾质岩石(Chiu et al.,2013)和碱性熔岩(Mirnejad et al.,2010)。UDMA 中的浅成低温热液矿床数量较少,分布较为稀疏,UDMA 中浅成低温热液矿床位于始新世和中新世(20~6)Ma 的火山岩中(Kouhestani et al.,2012;Sholeh et al.,2016)。其中,典型矿床包括Kuh-Pang 高硫型Cu-Au 矿床、Chah Zard 低-中硫型Au-Ag 矿床、Chahnaly 低硫型Au-Ag 矿床、Latala 中-高硫型Pb-Zn-Cu 矿床(Kouhestani et al., 2012;Sholeh et al., 2016;Rajabpour et al., 2017;Padyar et al.,2017)。

图3 Kuh-Pang矿床地质图(a)及剖面图(b)(据Rajabpour et al.,2017修改)Fig.3 Geological map(a)and section(b)of the Kuh-Pang deposit(modified after Rajabpour et al.,2017)

Kuh-Pang 高硫型Cu-Au 矿床位于UDMA 西北部,矿石储量2.80 Mt,Cu 品位为1.65%、Au 品位为0.52 g/t、Ag品位为34 g/t(Rajabpour et al.,2017)。矿体主要赋存于始新世—渐新世钙碱性-高钾钙碱性的安山岩以及流纹岩中(图3)。矿体长约100~450 m,宽5~20 m,主要受南北向和东西向2 组走滑断裂控制,矿体多数产在2 组断裂的交汇处(Rajabpour et al., 2017)。矿石矿物有黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、蓝辉铜矿、自然金、黄铁矿,脉石矿物主要有石英、方解石、绢云母、绿泥石。热液蚀变主要包括硅化、绢云母化、高级泥化(高岭石-叶腊石-迪开石组合)、泥化(高岭石-伊利石组合)、青磐岩化、碳酸盐化。蚀变从矿体向两侧可划分硅化带、(高级)泥化带、青磐岩化带,最晚期的碳酸盐蚀变通常叠加于上述蚀变带之上。此外,绢云母化蚀变在深部局部出现,通常呈石英-黄铁矿脉两侧较窄的蚀变晕产出。Hedenquist(2000)和Pudack(2009)通过研究发现,高硫化矿床底部发育的石英-黄铁矿脉以及绢云母蚀变可能是成矿流体从斑岩系统向浅成低温热液系统转换时产物。因此,Kuh-Pang 矿床的深部可能发育斑岩型矿化相关的热液流体作用(Rajabpour et al., 2017;Hedenquist et al.,2000)。但是现有的地质工作尚未在Kuh-Pang 矿床的深部发现斑岩矿床(Rajabpour et al., 2017)。Kuh-Pang 矿床不同成矿阶段的硫化物具有不同的硫同位素组成,成矿早阶段δ34S 值为-2.4‰~0.7‰,主 成矿阶段δ34S 值为-8.3‰~-4.3‰,成矿晚阶段具有最低的硫同位素的值,如辉铜矿δ34S 可达-8.6‰~-5.0‰(Rajabpour et al., 2017)。流体包裹体研究表明,成矿早阶段的温度和盐度w(NaCleq)分别为205~372℃和3%~11%,主成矿阶段的温度和盐度w(NaCleq)分别为175~310℃和2%~13%,成矿晚阶段的温度和盐度w(Na-Cleq) 为 141~235℃和 1%~10%(Rajabpour et al.,2018)。

Chah Zard 低-中硫型Au-Ag 矿床位于UDMA 中部,矿石储量为2.50 Mt,Au 品位为1.70 g/t、Ag 品位为12.70 g/t(Kouhestani et al.,2015)。赋矿围岩为晚中新世的杂岩体,该杂岩体主要由一套钙碱性至高钾钙碱性火山角砾岩、安山岩、流纹岩组成。前人对矿区角砾岩进行锆石U-Pb测年,得到的年龄为(6.2±0.2)Ma(Kouhestani et al.,2012)。矿化主要发生在热液角砾岩中,矿石以角砾状、浸染状、脉状出现。主要的矿石矿物有黄铁矿、黄铜矿、贱金属硫化物(方铅矿、闪锌矿)、银金矿、金,矿石矿物多以浸染状、脉状的形式产出,主要的脉石矿物有石英、冰长石、绿泥石、绿帘石、绢云母、方解石。Chah Zard 矿床中主要有石英-冰长石蚀变、绢云母化、碳酸盐化、青磐岩化和高级泥化(以铁的氧化物-高岭石-明矾石-石膏为主)5 种蚀变类型,其中,石英-冰长石蚀变出现在矿脉周边,与矿化密切相关;绢云母蚀变带与石英-冰长石蚀变关系密切;碳酸盐化与青磐岩化代表了热液系统的边界。Chah Zard矿床的矿化可以分为5个阶段,第1 阶段出现黄铁矿-石英-伊利石-黄铜矿脉体;第2 阶段出现石英-冰长石-贱金属硫化物(闪锌矿、方铅矿和黄铜矿)-黄铁矿(含金)-银金矿,是贵金属矿化的主要阶段;第3 阶段发育浅灰色粒状至梳状石英、壳状矿脉、胶状黄铁矿、白铁矿和砷黄铁矿;第4 阶段出现石英-黄铁矿-贱金属硫化物(闪锌矿、方铅矿、黄铜矿)矿脉;第5 阶段特征为外围的青磐岩化蚀变带中出现含银的石英-闪锌矿-方铅矿-黄铁矿脉。矿区围岩中黄铁矿和石英脉中硫化物的δ34SCDT值分别为0.8‰和-2.9‰~0.4‰,角砾岩矿化带中硫化物的δ34S 值为-2.7‰~1.8‰,表明成矿物质来自岩浆。角砾岩胶结物中石英的δ18O 值为9.8‰~19.5‰,晚阶段硫化物-石英脉体中石英的δ18O 值为16‰,以及沸腾组合的流体包裹体、冰长石和叶片状方解石的存在,表明该矿床金属沉淀与流体沸腾以及岩浆流体与大气降水混合关系密切(Kouhestani et al.,2012;2015)。

Chahnaly 低硫型Au-Ag 矿床位于UDMA 东南部,矿石储量为3.60 Mt,Au 品位为1.04 g/t,Ag 品位为8 g/t (Sholeh et al., 2016)。矿区赋矿围岩为早中新世的流纹岩、英安岩、安山岩以及火山碎屑岩,其中,安山岩锆石U-Pb 年龄为(20.32±0.4)Ma(Sholeh et al., 2016)。矿体与一系列NE 走向受构造控制的热液角砾岩关系密切,这些角砾岩切割安山岩和火山碎屑岩。主要矿石矿物有金、银金矿、黄铁矿(含金),还有少量的闪锌矿、方铅矿、黄铜矿以及极少量的辉钼矿;主要脉石矿物为石英、玉髓、冰长石、伊利石、绿泥石。原生矿石中,自然金和银金矿主要与黄铁矿伴生;氧化矿石中则与氧化铁和氢氧化铁共生。银金矿通常出现在石英和闪锌矿中,在石英中以10 µm 的微细粒形式存在。自然金通常存在于海绵状黄铁矿、热液角砾岩的硅质基质中,或者作为包裹体存在于铁的氧化物以及氢氧化物中。该地区的蚀变类型主要包括硅化、泥化、青磐岩化。含矿的热液角砾岩由石英、玉髓、冰长石、伊利石和黄铁矿组成,石英主要表现为胶状、皮壳状、梳状,冰长石与石英共生。从空间范围来看,硅化代表的是主要的热液活动,与矿化相关程度最高。流体包裹体得到的均一温度为240~300℃,盐度w(NaCleq)为0.3%~1.8%。热液角砾岩的黄铁矿δ34S 值为-0.1‰~4.2‰,表明了硫来源于岩浆。矿区玉髓脉中冰长石的40Ar/39Ar 坪年龄为(19.83±0.1)Ma(Sholeh et al., 2016),表明成矿作用发生在中新世。Chahnaly 矿床是在伊朗Kerman 斑岩成矿带和巴基斯坦Chagai斑岩成矿带之间发现的第一个浅成低温热液矿床,该矿床成矿年龄与Reko Diq 斑岩型矿床的年龄相近,证实了伊朗部分马克增生楔北部的早中新世岩浆的成矿潜力(Sholeh et al.,2016)。

Latala 中-高硫型Pb-Zn-Cu 矿床位于UDMA 东南部,位于Meiduk 矿床北部约8 km 处,矿石储量为2.67 Mt,Pb 品位为6.77%、Zn 品位为10.05%、Cu 品位为7.52%(Padyar et al.,2017)。矿区赋矿围岩为始新世玄武岩、玄武安山岩、火山碎屑岩,在矿区还出露少量的泥灰岩,以及中新世的石英闪长岩、石英二长岩以及花岗闪长岩的侵入体。在Latala 矿床中发育环状断裂,环状断裂控制了Latala 矿床的矿化和热液蚀变带,矿体主要以脉状、网脉状的形式出现。主要的矿石矿物有黄铁矿、黄铜矿、硫砷铜矿、斑铜矿、闪锌矿、方铅矿,脉石矿物主要为石英。Latala矿床中,蚀变主要包括近端的硅化以及远端的泥化和高级泥化。Latala 矿床矿化阶段主要分为3 个阶段,第1 阶段为石英-硫化物脉,主要的矿物组合为石英-黄铁矿-黄铜矿-硫砷铜矿,表现为高硫化的浅成低温热液环境;第2 阶段以石英-黄铁矿-黄铜矿脉为主,局部存在闪锌矿和赤铁矿;第3 阶段为石英-方铅矿-闪锌矿(贫铁)-黄铜矿-银。其中,第3 阶段的矿化显示出中硫化的浅成低温热液环境,出现在Latala 矿床的外围。Latala 矿床流体包裹体的研究表明,在石英中富气相包裹体均一温度为235~335℃,盐度w(NaCleq)为1.1%~1.5%,富液相包裹体均一温度为135~325℃,盐度w(NaCleq)为0.2%~10.6%。Latala矿床中矿石矿物δ34S 的值为-10‰~-1.0‰,第一阶段石英-硫化物脉和晚期贱金属矿化阶段的δ34S 与Meiduk 斑岩型矿床δ34S 的值(2.5‰~-0.9‰)具有相似性(Padyar et al.,2017)。

3 AMA带浅成低温热液矿床

Alborz 造山带主要由挤压变形形成的逆冲断层构成,并且在Alborz 山脉的北侧其逆冲方向指向北方,在山脉南侧指向南方(Alavi,1996)。Alborz 造山带从老到新可分为7个构造地层单元,依次为:①前寒武纪—奥陶纪陆源台地沉积;②奥陶纪—泥盆纪岩浆岩;③泥盆纪—中三叠统大陆架沉积序列;④上三叠统—下侏罗统前陆沉积;⑤上三叠统—下侏罗统前陆沉积;⑥中侏罗世—白垩纪浅海沉积;⑦第四纪沉积物(Alavi,1996)。AMA 火山活动频繁,集中在东部和西部,以钙碱性火山岩为主,从晚白垩世开始活动,在始新世达到顶峰。位于西北部始新世Karaj组岩性主要是安山岩和火山碎屑岩,时 代 为(49.3±2.9)Ma~(41.1±1.6)Ma(Verdel et al.,2011;Zamanian et al., 2019)。除了大规模的始新世岩浆作用,在AMA西北部还存在中新世的侵入岩以及火山岩,如Alam Kuh 花岗岩体年龄在7 Ma(Axen et al., 2001)、Khankandi 侵入体的平均年龄测定为28.9 Ma(Chiu et al.,2013)。AMA 带发育的浅成低温热液矿床大多数都位于始新世的火山岩中。

AMA 中浅成低温热液矿床分布广泛,主要位于西部的Tarom-Hashtjin 成矿带(THMB)以及东部的Torud-Chah Shirin 成矿带(TCS)中(Mehrabi et al.,2016)。THMB 中的浅成低温热液矿床均产于始新世的火山岩中,Lubin Zardeh 低硫型Cu-Au 矿床、Glojeh 中-高硫Cu-Pb-Zn 矿床、Chodarchay 高硫型Cu-Au矿床(Richards et al.,2006;Mehrabi et al.,2016;Yasami et al., 2017)。TCS 成矿带内的浅成低温热液矿床产于早-中始新世(55~37 Ma)火山岩中,代表 性 矿 床 有Gandy 中 硫 型Pb-Zn 矿 床、Pousideh 高硫型Cu-Au 矿床(Shamanian et al., 2004;Fazel et al.,2019)。

Lubin Zardeh 低硫型Cu-Au 矿床位于AMA 西部,该矿床的储量为0.5 Mt,其中,Cu 的品位为1.3%、Au 品位为0.52 g/t、Pb 品位为0.7%、Zn 品位为0.4%(Zamanian et al.,2019)。矿区主要出露Karaj 组始新世火山碎屑岩及火山凝灰岩,后者的锆石U-Pb年 龄 为(49.3±2.9)Ma~(41.1±1.6)Ma(Verdel et al.,2011)。矿区附近存在石英-二长花岗岩及石英-二长闪长岩侵入体。矿区主要发育近SN 向和NW 向的断裂,矿脉主要受SN 向的断裂控制,近南北向延伸,长度可达1000 m,平均宽度为1.5 m(最宽处3 m)。矿石矿物主要有黄铜矿、斑铜矿、砷黝铜矿、金、方铅矿、闪锌矿、黄铁矿,脉石矿物主要有石英、玉髓、冰长石、伊利石、蒙脱石、方解石、绿泥石。热液蚀变主要有硅化(石英、玉髓)、泥化(伊利石、蒙脱石)、绢云母化、青磐岩化(绿帘石、绿泥石),蚀变呈现明显的同心分带的模式,中心为硅化和绢云母化,硅化和铜、金矿化最为密切,再外围为受断裂控制的较窄的泥化蚀变,青磐岩化发生在矿区的最外围,蚀变范围最广。Lubin Zardeh 矿床主要有2 个矿化阶段,第1 阶段为硅化蚀变带中出现浸染状矿化及石英-贱金属硫化物脉,主要矿物组合为石英-黄铜矿-方铅矿-闪锌矿,还存在少量的斑铜矿及砷黝铜矿,脉体呈条带状、梳状结构;第2阶段为微晶石英-金-硫化物脉,主要矿物组合为石英-玉髓-黄铜矿-金,脉体中可见金的颗粒以包裹体的形式存在于石英之中(Zamanian et al., 2019)。微晶石英-金-硫化物脉中的石英中流体包裹体均一温度为94~205℃,盐度w(NaCleq)为0.17%~7.11%;石英-贱金属硫化物脉中石英的流体包裹体的均一温度为126.5~327℃,盐度w(NaCleq)为4.07%~13.97%。这2 种脉体中石英的δ18O 值分别为9.56‰~12.77‰和7.23‰~9.24‰,硫化物的δ34S 的值分布为-0.9‰~6.2‰以及-1.9‰~6.6‰(Zamanian et al.,2019)。

图4 Glojeh矿床地质图(据Mehrabi et al.,2016修改)Fig.4 Geological map of the Glojeh deposit(modified after Mehrabi et al.,2016)

Glojeh 中-高硫Cu-Pb-Zn 矿床位于伊朗西北部的THMB 之中,矿石储量为2.3 Mt,其中,Cu 的品位为1.5%,Pb 品位为3%,Zn 品位为2.2%,Ag 品位为350 g/t,Au 品位为2.9 g/t(图4)(Mehrabi et al.,2016)。矿区出露Karaj 组凝灰岩、玄武安山岩、流纹岩以及石英二长花岗岩和花岗闪长岩。主要矿石矿物为黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、黝铜矿、闪锌矿、方铅矿、赤铁矿(含金);脉石矿物主要有石英、绢云母、高岭石、明矾石、绿泥石。蚀变包括硅化、黄铁绢英岩化、泥化、青磐岩化。在南、北矿区显示不同的蚀变和矿化特征,南矿区主要富含金,青磐岩化较为发育;而在北矿区富含银,硅化较为发育。Gemmell(2006)认为,在镁铁质岩石为主体的浅成低温热液系统中,远侧青磐岩蚀变比长英质岩石为主体的系统更为发育。Glojeh 矿床主要可以分为3 个成矿阶段(Mehrabi et al., 2016),第1 阶段的特征为早期的黄铁矿和磁铁矿被后期的铜硫化物和闪锌矿、方铅矿交代,该阶段后期有铜硫化物(黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、黝铜矿、铜蓝)的出现,金以小颗粒的形式出现在赤铁矿中;第2 阶段的特征是在皮壳状、条带状的石英脉中有粗粒的闪锌矿、方铅矿的沉淀,银以包裹体的形式在方铅矿中出现;第3 阶段出现贵金属矿化,金、银主要以包裹体的形式存在于赤铁矿中。赤铁矿为热液期的产物,在后期表生蚀变过程中变为针铁矿及其他铁的氧化物。北矿区流体包裹体均一温度为170~340℃,盐度w(NaCleq)为0.5%~11%;南矿区流体包裹体均一温度为150~320℃,盐度w(NaCleq)为0.1%~10.1%,显示与北矿区相似的特征。石英的O 同位素研究表明,从早阶段到晚阶段大气降水逐渐加入到岩浆水中。北矿区和南矿区第1、2 成矿阶段具有不同的δ34S 值,分别为-7.3‰~1.3‰和-0.3‰~8.4‰。矿脉中绢云母的Ar-Ar坪年龄((42.20±0.34)Ma)以及矿区附近花岗闪长岩中黑云母Ar-Ar 坪年龄((41.87±1.58)Ma)表明成矿可能发生在42 Ma左右(Mehrabi et al.,2016)。

Gandy中硫型Pb-Zn矿床位于AMA 东部的TCS成矿带中,赋矿围岩为火山碎屑岩、火山凝灰岩、流纹岩及少量火山角砾岩(Shamanian et al.,2004)。矿区发育一系列NE 走向的走滑断层和EW 走向的逆冲断层。矿化主要以矿脉以及角砾岩矿化的形式出现,在矿脉中的矿物组合为石英-重晶石-硫化物。角砾岩带走向为NE,倾向SW,沿走向延伸约20~100 m,宽度1 m 左右,角砾岩中出现少量贵金属矿化(Shamanian et al.,2004)。该矿床主要的矿石矿物有黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿,脉石矿物主要有石英、高岭石、蒙脱石、伊利石、方解石、绿泥石。矿区主要发育硅化、泥化、青磐岩化。硅化主要发生在矿化的中心区域,蚀变晕的宽度<2 m,在凝灰岩中最为发育。泥化在角砾岩带较为发育,主要矿物组合为高岭石-蒙脱石-伊利石。青磐岩化主要在远离成矿区的断裂和节理中呈斑块状分布。矿区主要存在3 个矿化阶段,第1 阶段为角砾岩矿化,角砾岩通常由原岩碎块和方解石、微晶石英胶结物以及硫化物脉组成,主要的矿物组合为石英-方解石-黄铁矿-方铅矿-闪锌矿-黄铜矿,还存在一些次生矿物,如针铁矿、孔雀石等;第2 阶段是主要的矿化阶段,发育大量的金属硫化物脉,主要以方铅矿、闪锌矿为主,还有黄铁矿、黄铜矿以及少量的砷黝铜矿;第3阶段矿化程度低,主要以石英-方解石-硫化物脉为主,发育少量的贱金属矿化。Gandy 矿床闪锌矿中流体包裹体均一温度为234~285℃,盐度w(NaCleq)为4.2%~5.4%(Shamanian et al., 2004)。在Gandy 矿床还存在少量的金矿化,金主要以微细粒的形式产于闪锌矿和方铅矿之中,在针铁矿和其他铁氧化物中也有金产出,但是关于金在原生还是次生阶段的富集、金矿化的矿物共生组合及与铅锌矿化的共生关系并不清楚。

4 讨 论

4.1 成矿时代

伊朗浅成低温热液矿床主要分布在UDMA 和AMA 中。UDMA 带内已发现的浅成低温热液型矿床较少,其赋矿围岩主要为始新世和中新世火山岩(表1)。矿床赋矿火山岩锆石U-Pb以及冰长石Ar-Ar年代学数据表明UDMA 浅成低温热液矿床形成时代可能主要为中新世(如Chahnaly、Chah Zard;Sholeh et al.,2016;Kouhestani et al.,2012)。AMA 带内浅成低温热液矿床较多,主要赋存于始新世火山岩中,已有的赋矿火山岩锆石U-Pb 和绢云母Ar-Ar年龄表明AMA 浅成低温热液矿床形成时代可能主要为始新世(如Glojeh、Lubin Zardeh;Mehrabi et al.,2016;Zamanian et al.,2019)。

已有的年代学数据也显示UDMA 相比AMA 来说,中新世岩浆活动明显强烈(Chiu et al.,2013;Haghighi et al., 2018)。2 条带成岩成矿时代的差异可能与大地构造位置以及印度大陆俯冲过程的差异有关。UDMA 靠近新特提斯洋缝合带,中新世受印度大陆俯冲作用产生岩浆及与之相关的热液成矿作用;而AMA 远离新特提斯洋缝合带,中新世岩浆作用及热液成矿减弱。这一分布规律与中国西藏冈底斯斑岩铜矿带分布类似,那里的中新世斑岩铜矿及相关中新世高Sr/Y 岩浆岩位于南部拉萨地体(靠近新特提斯洋缝合带),这一时期的岩浆与成矿作用与新生代印度大陆的俯冲作用相关(Hou et al., 2015b;Yang et al.,2016;Sun et al.,2017b;2021)。

4.2 矿床类型

浅成低温热液矿床通常可划分为高硫型(Highsulfidation)、中 硫 型(Intermediata-sulfidation)和 低硫型(Low-sulfidation)(Hedenquist et al.,1994;2000;Einaudi et al.,2003;White et al.,2005),3 类矿床在伊朗高原均有产出。

高硫型矿床分布并不广泛,成矿元素组合以Cu-Au±Ag为主,主要分布在UDMA 和AMA 带中,代表性矿床包括Kuh-Pang、Chodarchay、Darestan、Pousideh 等(Rajabpour et al., 2017;Yasami et al., 2017;Fazel et al.,2019)。这些矿床显示高硫型矿床的典型特征,如矿石矿物中含有硫砷铜矿、铜蓝和蓝辉铜矿,发育明矾石、迪开石、叶腊石等显示酸性流体特征的蚀变矿物组合,部分矿床发育多孔状石英构造,流体包裹体以及硫同位素显示成矿流体和硫主要来自岩浆热液(Yasami et al., 2017;Rajabpour et al.,2017)。

源来料2019 2017 2019 2019 2019 2016 2017资Shamanian et al.,2004 et al.,2018 Fazel et al.,Mehrabi et al.,2012 Kouhestani Yasami et al.,Fazel et al.,Shamanian et al.,2004 Fazel et al.,Mehrabi et al.,2016 Esmaeli et al.,2015 Zamanian et al.,2019 Fazel et al.,Shahbazi et al.,2019 Sholeh et al.,Kouhestani et al.,2015 Rajabpour et al.,2017 Alipour-Asll et al., 2019型型型型型型型类型型型?型型硫型型型型型硫型型硫硫床硫硫硫硫硫硫硫硫硫硫硫硫硫硫中矿中中中高中高中-高中低高中低-中高低-高中世代世U-Pb)中世石世世世世世砾新新U-Pb),锆新新新(42.20±0.34)Ma世新Ar-Ar)新新低世时世石世(49.3±2.9)Ma~世始始新始始始始Ar-Ar)岩,始/矿始(49.3±2.9)Ma~(41.1±1.6)新新新-晚-中岩-晚-中-中-中始母,锆石(41.1±1.6)Ma始-晚始石始始早早中成灰岩中U-Pb)早早岩-晚中长灰早晚(绢中锆(19.83±0.10)Ma(冰(6.2±0.2)Ma(角晚晚早云Ma(凝(凝、金、斑、、、斑、铜、、辉、、、矿矿金矿铁金金矿、闪矿铜矿矿矿矿矿蓝铜然然铜铜、黄、银铜矿铜铁黝锌、黝铜砷铜铜、自、斑盐矿蓝、自辉铅砷、黄、闪、铜、斑、黝矿银、黝矿矿、铜矿矿、辉银铁、蓝、方、硫物矿矿铜矿矿铜金矿、富铜矿铜矿、硫黄矿矿矿矿矿铜铜铅辉蓝蓝铜铜铜黝、斑矿铜、银、黄英、银铜铜铜矿、黄铁物石、铜金、蓝、黄、黄石、铜、方、黄矿、黄、金矿矿、辉、砷、辉化、金、辉锌、斑、斑矿矿矿矿铜矿铜矿矿矿矿铜铅矿矿、闪矿碲矿银、含矿金矿金矿锌蓝铜铜砷锌黝锌砷铜铜矿铜铜矿、含英铜然铁然铅、闪、铜、闪、黄、硫、辉铜、斑矿、闪、辉、砷、金锌、闪、硫、方、金锌、斑、斑铅、黄矿、闪铜矿石、斑、自、黄、自、方矿矿矿矿矿矿矿矿矿矿矿锌矿矿、方矿铜矿、黝金金金矿矿矿蓝矿矿矿铜表铅铜蓝铁铜铅铜铜铜银铅矿铜铅铜闪铜铜银铜斑铅矿、银矿、含矿铜铜铜黄计方黄黄黄方黄黄黄方黄黝方方金金黄黄闪云帘泥母、伊利石、高岭石、绿泥石、方解石解石、重晶石、绿泥石、绿帘石、黄铁矿铁岭统泥、方、绿、高、绿、绢钾长石、黑云母、石英、黄铁矿、绢云、方锌锌、绿帘石泥岭脱床、绿、黄脱、高、绿石石石矿利矿母石石、蒙石英、方、蒙石石石石液岭铁泥泥泥铁云利石帘石、伊石泥解矾、石热、绿、黄母、绿、绿物、黄、绢、伊、高利、绿石脱利、绿、伊、方、明温矿母矿石石石石云石石石母、伊石腊、蒙石、伊岩母石石低变铁云脱泥脱泥、绢脱解矾云石解石、叶帘髓酸云帘脱蚀、蒙成、黄、绿、蒙、绢、绿矿石、方、明矿、蒙、绢长、方石利、冰、玉、碳、绢石英、玉髓、黄铁矿、高岭石、蒙脱石、、蒙石石石绿泥石、绿帘石、绢云母、方解石解石石帘铁石石母石石石母矿矾、伊石石矿石石石英、叶腊石、高岭石、迪开石、绢云解利母、黄铁矿、方解石、绿泥石利浅帘利、绿云解朗利岭解石石泥髓云帘铁髓泥长铁长泥利帘、伊、方、方、绿、伊、绿Table 1 Statistical table of epithermal deposits in Iran、伊、黄利、绿、明石、伊、绢伊、高、方、绿石、玉、绢、黄石、玉、绿、冰、黄石、冰、伊、绿解英英石英泥石英石母、绿英英石英石石英石开矿英石英石英石英石石石石石石石石英、绢云母、迪开石、叶腊石、方解石绿迪石、绿石1石石、表、、、、岩岩岩岩面面岩、砂岩、石岩角岩纹纹岩岩岩、流屑面武山屑山、粗屑武山安、流砾山、粗岩、粗岩碎岩、玄、安安碎岩碎山岩玄岩、火、英岩角安火岩岩安山武武山岩山山灰砾面岩砾岩液岩面岩性、火屑安山英、玄、玄山、火岩、火、角、粗灰屑、角、热山、粗围碎质质岩安岩灰岩、安岩、凝岩岩、中岩凝碎岩岩岩山岩山武安武山、安岩面、凝安山岩山面山山岩纹、玄山、玄岩安、粗、火岩安、英山山屑、流岩灰、安、英岩、安安、英、火、火岩、粗、安岩屑、安岩山安岩岩岩岩武岩碎、凝岩山岩岩武岩武岩岩岩岩纹岩岩灰碎岩灰山面山面玄安山山岩安安灰岩山玄面玄山山砾山流山岩纹凝山武泥安玄安粗安火粗英凝安粗安安安安流火玄Ag 属Cu 金要Pb、Zn Pb、Zn、Cu、Cu、Au Cu、Au Au Pb、Zn、Cu、Zn Cu、Pb、Zn Pb、Zn、Cu Au Cu、Pb、Zn、主Ag、Au Cu、Au、Ag Cu、Au、Pb、武Cu、Au Pb、Zn、Cu、Au、Ag Au、Ag Cu、Au、Ag Cu、Au Pb、Zn、Cu Cu Pb Cu源资量0.5 Mt 0.9%Cu 2.3 Mt 1.5%Cu Pb 2.2%Zn 0.2 Mt 1.3%Cu 2 g/t Au 0.4%350 g/t Ag 2.9 g/t Au 0.06 Mt 8%Cu 6 g/t Au 7 g/t Ag 0.5 Mt 1.3%Cu 0.52 g/t Au 0.7%Pb Zn 8 g/t Ag 3.6 Mt 1.04 g/t Au 2.5 Mt 1.7 g/t Au Zn 7.52%12.7 g/t Ag 2.8 Mt 1.65%0.52 g/t Au 34 g/t Ag 3%2.67 Mt 6.77%10.05%矿位置床AMA AMA AMA AMA AMA AMA AMA AMA AMA AMA AMA AMA AMA UDMA UDMA UDMA UDMA UDMA名床称Abolhassani Aliabad-Khanchy Chahmessi Cheshmeh-Hafez Chodarchay Darestan Gandy Ghole-Kaf-Glojeh taran Khalyfehlou新Lubin Zardeh Pousideh矿Zehabad Chahnaly Chah Zard Kuh-Pang Govin Padyar et al.,Latala

中硫型矿床分布较广,成矿元素组合以Pb-Zn±Cu±Au±Ag 为主,主要分布在AMA 带。代表性矿床有Abolhassani、Cheshmeh-Hafez、Gandy、Ghole-Kaftaran、Khalyfehlou、Zehabad 等 矿 床(Mehrabi et al.,2012;Shamanian et al., 2004;Esmaeli et al., 2015;Kouhestani et al., 2018;Fazel et al., 2019;Shahbazi et al.,2019)。这些中硫型矿床的矿石矿物主要为贱金属硫化物(如方铅矿、闪锌矿、黄铜矿),脉石矿物主要有石英、绢云母、伊利石、蒙脱石、方解石,石英呈现梳状、皮壳状构造出现(Shamanian et al.,2004)。

低硫型矿床发育相对较少,成矿元素组合以Au±Ag±Cu 为主,代表性矿床为Chahnaly(Sholeh et al., 2016)。这些矿床显示低硫型矿床的典型特征,如脉石矿物中含有冰长石-碳酸盐-石英-玉髓等矿物,发育胶状、皮壳状结构,流体包裹体以及同位素特征显示成矿流体以大气降水为主,岩浆水有少量参与(Sholeh et al.,2016)。

值得注意的是,在某些地区同时发育多种类型的浅成低温热液矿床,如Latala 矿床发育高硫型铜金矿脉和中硫型铅锌银矿脉(Padyar et al.,2017)。

4.3 金属沉淀机制

浅成低温热液矿床一般位于高温热液系统的浅部,这种热液系统通常与钙碱性至碱性岩浆作用有关,主要发育在汇聚板块边缘的火山弧(弧内、弧后)和碰撞后裂谷环境中(Hedenquist et al., 1995;2000;White et al., 2005)。浅成低温热液矿床中金属沉淀的主要机制包括成矿流体降温、混合、沸腾以及水岩反应(Giggenbach et al.,1982;Heald et al.,1987;Hayba, 1997;Hedenquist et al., 2000;Federico et al.,2002;White et al., 2005)。大量研究表明,伊朗浅成低温热液型矿床金属沉淀与降温、沸腾和流体混合等密切相关(Mehrabi et al., 2016;Shamanian et al.,2004;Rajabpour et al.,2017;Kouhestani et al.,2018)。降温通常会导致Au、Cu、Pb、Zn 的等金属在流体中的溶解度降低;流体沸腾引起的相分离会使大量的H2、CO2、H2S 的损失,造成流体pH 值和氧化态的升高和有关金属溶解度的降低;岩浆流体与大气降水的混合同样可以促使流体温度和盐度的降低(White et al.,2005)。这些过程均有利于相关成矿金属的沉淀。下面通过伊朗3 类代表性浅成低温热液型矿床为例,介绍金属沉淀的主要机制及相关证据。

Kuh-Pang 高硫型铜成矿作用主要与流体沸腾和混合有关(Rajabpour et al., 2018)。主要证据包括:①石英包裹体中同时发育富气和富液的包裹体;②成矿早阶段石英中流体包裹体的均一温度为205~372℃、盐度w(NaCleq)为3%~11%,主成矿阶段的石英流体包裹体均一温度为175~310℃、盐度w(NaCleq)为2%~13%,晚阶段方解石中流体包裹体均一温度为141~235℃,盐度w(NaCleq)为1%~10%;③石英δ18O 值从早阶段12.7‰ 降至主阶段的12.3‰,对应的δ18OH2O的值分别为5.8‰和3.5‰。

Lubin-Zardeh 低硫型铜金矿床金属沉淀主要与流体沸腾和岩浆热液与大气降水混合有关(Zamanian et al., 2019)。主要证据包括:①发育板状、叶片状方解石;②石英中发育富气和富液且具有沸腾组合特征的包裹体;③早期石英脉中包裹体均一温度为265~339℃、盐度w(NaCleq)为13%~17%,主成矿期石英-硫化物脉中包裹体均一温度为94~205℃、盐度w(NaCleq)为0~7%;④石英δ18O 值从成矿早阶段的9.6‰~12.8‰降为7.2‰~9.24‰,对应的δ18OH2O值分别为2.5‰~6.9‰至-0.3‰~2.4‰;⑤硫化物的δ34S 值从成矿早阶段的-0.9‰~6.2‰变为-6.6‰~-1.9‰。

Zehabad 中硫型铅锌多金属矿床石英脉中发育镜铁矿和叶片状方解石,硫化物S 同位素变化特征也被认为与流体沸腾有关(Shahbazi et al.,2019)。

4.4 浅成低温热液型与斑岩型矿床的时空与成因联系

虽然UDMA 中发育一些浅成低温热液型矿床,但该带最主要的成矿作用是中新世斑岩型铜矿化,形成了如Sungun、Meiduk、Sar Cheshmeh 等大型-超大型矿床(表2)。这些浅成低温热液矿床与斑岩型矿床空间上相隔较远,存在少数的斑岩型铜矿的外围发育浅成低温热液型矿床。

在Meiduk 斑 岩 铜 矿(500 Mt,0.8%Cu, 0.007%Mo;Aghazadeh et al., 2015)北部约8 km 的Latala 发育高硫型铜金矿脉和中硫型铅锌银矿脉,其中,铜金矿脉更靠近斑岩铜矿体。Padyar等(2017)认为,Meiduk 和Latala 矿床构成了1 个斑岩型铜-高硫型铜金-中硫型铅锌银成矿系统,成矿流体的温度和盐度具有从斑岩铜矿到铅锌银矿降低的趋势。值得注意的是,Meiduk斑岩铜-钼矿化发育在中新世石英闪长斑岩和始新世安山质火山碎屑岩中,辉钼矿Re-Os 年龄(12.23±0.07)Ma 和斑岩的锆石U-Pb 年龄(12.50±0.10)Ma 表现成矿作用发生在约12.2 Ma(Taghipour et al., 2008;Aghazadeh et al., 2015)。而Latala 矿床赋矿围岩为始新世火山岩,该火山岩被中新世浅成侵入岩侵入,该矿床成矿作用是否与中新世岩浆热液活动相关尚无相关的年龄数据支撑。因此,Latala矿床与Meiduk 斑岩铜矿是否属于同一个成矿系统以及Latala 矿床深部是否存在隐伏的斑岩型铜矿还需要进一步研究。

表2 伊朗UDMA斑岩型矿床成岩/成矿年龄统计表Table 2 Statistical table of diagenesis/metallogenic age of UDMA porphyry deposit in Iran

5 结 论

(1)伊朗浅成低温热液矿床大多数产在汇聚板块边缘的UDMA 和AMA 带中。UDMA 中的矿床分布较为分散,主要形成于始新世和中新世;而AMA中的矿床主要聚集在东部的TCS 和西部的THMB成矿带中,成矿时代主要为始新世。这种成矿时代的差异可能与大地构造位置以及与印度大陆俯冲诱发的中新世岩浆作用波及范围等的差异相关。

(2)伊朗浅成低温热液矿床可分为高硫型Cu-Au±Ag 矿床、中硫型Pb-Zn 矿床以及低硫型Au-Ag矿床。部分高硫型矿化可能与临近的斑岩型铜矿化构成同一套斑岩铜成矿系统。

(3)伊朗浅成低温热液型矿床金属沉淀的机制主要为降温、沸腾和岩浆流体与大气降水的混合。

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