岩浆-热液型铅锌矿床多期流体脉冲与成矿取得新认识

以矽卡岩型铅锌矿床为主的岩浆-热液型Pb-Zn矿床是世界上重要的铅锌矿床类型，提供了全球约11%的铅锌资源量。这类矿床的成岩成矿过程在时间上具有特征的多期多阶段性。然而，对于这一成矿过程各阶段流体是由单一岩浆流体独立演化而成，还是岩浆房在不同演化阶段出溶的多期次流体脉冲各自演化的结果，目前还存在较大的争议。

纳如松多矿床位于冈底斯北缘多金属成矿带中段，是带内矿化类型最丰富、勘探开采程度最高的大型岩浆-热液型铅锌矿床。目前在该矿床内已识别出隐爆角砾岩型、矽卡岩型、矿层型和脉型四种矿化型式，控制铅锌资源量超160万吨（平均品位：Pb 5.32%、Zn 3.84%）。矿床内不同类型矿化均发育多个成矿阶段和不同的矿物组合，使之成为研究上述科学问题的理想对象。基于此，中国地质科学院地质研究所刘英超研究团队对纳如松多铅锌矿床进行了系统的野外调查和详细的岩相学观察，并结合原生流体包裹体显微测温和LA-ICP-MS原位成分分析、HCh热力学模拟计算等方法，取得了以下重要认识：

一是纳如松多最具规模的矽卡岩型矿化和隐爆角砾岩型矿化是同期热液流体产物，二者的成矿流体均为岩浆热液来源。流体包裹体显微测温和原位成分分析表明，矽卡岩型矿化成矿前流体具有高温高盐度特征，富含较高的Na、K、Pb、Zn元素；矽卡岩型矿化和隐爆角砾岩型矿化成矿期流体性质相似，均具有中高温低盐度特征，且富含相似的Na、K、Pb、Zn元素（图1）。此外，两种矿化形式的成矿流体具有较高的Zn/Na、K/Na和Mg/Na比值以及较低的Ca/K比值，具有和岩浆流体一致的Cl/Br比值，表明纳如松多矿床的成矿流体来源于岩浆热液。矽卡岩型矿化和隐爆角砾岩型矿化发育在同一成矿系统内。

图1 纳如松多铅锌矿床不同矿化阶段流体包裹体成分的箱式图解

二是纳如松多铅锌矿床各阶段成矿流体是由岩浆房在不同演化阶段出溶的多期次流体脉冲各自演化的结果。与成矿前流体相比，成矿阶段和成矿后阶段流体中的Cs/(Na+K+Mn+Fe)和Rb/Sr比值要高1~2个数量级，而流体中的Sr/(Na+K+Mn+Fe)比值存在相反的演化趋势（图2）。进一步通过HCh模拟计算的矿物组合和金属络合物相态发现，随着水岩反应的进行，成矿前热液流体中铅、锌金属络合物在所有温压条件下仍旧存在过饱和状态，无法以硫化物的形式沉淀；成矿期热液流体中的铅、锌络合物呈持续降低的趋势，并伴随有金属硫化物沉淀（图3）。表明成矿前和成矿期的热液流体并非是单一的岩浆流体独立演化形成，而是由岩浆房不同演化阶段出溶的多期次流体脉冲各自演化的结果，且成矿期的热液是经历了更加强烈的结晶分异作用的岩浆房出溶的流体所形成。

图2 纳如松多铅锌矿床矽卡岩型矿化流体包裹体元素比值与均一温度关系图解

三是重建了纳如松多铅锌矿床成矿流体演化及金属迁移沉淀过程。岩浆房早期出溶的超临界流体上升过程中始终保持高温状态，当运移到近地表1 km深处穿过气-液相线时，流体发生相分离形成高盐度的液相（42 wt % NaCl equiv）和低盐度、低密度的气相。随后这种高盐度流体运移到碳酸盐岩地层，并发生水岩反应形成进化矽卡岩阶段的石榴子石、辉石等矿物。这种由气相组成的小密度气流柱聚集在岩浆顶部，在上升过程中随着压力的骤降，在典中组火山岩地层中发生隐爆作用形成角砾岩筒。随着下伏岩浆房持续冷却和不断地分离结晶，晚期出溶的热液流体沿着不同的冷却路径上升。流体发生急剧的降温降压，当冷却到400℃时，浅地表岩石由塑性转变为脆性，外界条件由静岩压力变为静水压力，此时的流体穿过气-液相饱和曲线，热液流体发生沸腾作用，分离成大约4.5 wt % NaCl equiv的液相和低盐度的气相。此后，富含金属物质和硫的成矿流体向外围地层迁移，在岩浆顶部的隐爆角砾岩筒内胶结火山岩角砾，形成隐爆角砾岩型铅锌矿化；在远端碳酸盐岩地层中发生接触交代作用形成矽卡岩型矿化。

图3 HCh热力学模拟矽卡岩不同阶段pH、Eh值、矿物组合及金属络合物图解

该研究通过对冈底斯北缘多金属成矿带内纳如松多铅锌矿床开展原生流体包裹体显微测温和原位成分分析、热力学模拟计算等工作，揭示了岩浆-热液型铅锌矿床各阶段成矿流体是由岩浆房在不同演化阶段出溶的多期次流体脉冲各自演化的结果，研究结果对岩浆-热液型铅锌矿床的流体演化过程提出了新认识，对该类矿床的找矿勘查提供了新依据。