摘要
蒙育瓦铜矿是特提斯成矿域东段的重要斑岩型矿床，七星塘（Kyisintaung）矿区是蒙育瓦铜矿的四大矿区之一。为进一步研究蒙育瓦铜矿矿床成因，本文以七星塘（Kyisintaung）矿区为研究对象开展岩石地球化学特征研究。岩石化学分析结果显示，七星塘矿区含矿安山玢岩具高硅、高铝、富钾、高铁和低钠特征，样品强烈富集Pb、W、Sb，明显亏损Ti、Li，样品配分曲线呈右倾型，具弱Eu正异常。S、Pb同位素分析结果显示，七星塘矿区铜成矿作用与俯冲造山过程背景下的岩浆活动有关，矿化剂硫主要来自岩浆或火山作用，成矿物质主要来自地幔和上地壳物质的混合。本研究为深入认识蒙育瓦斑岩铜矿的成因提供了重要的地球化学依据。
Abstract
The Monywa copper mine is an important porphyry deposit at the eastern end of the Tethys Metallogenic Belt, and the Kyisintaung mine is one of the four major mining areas of the Monywa copper mine. In order to further study the genesis of the Monywa copper deposit, this study focuses on the rock geochemical characteristics of the Kyisintaung mining area. The results of petrochemical analysis showed that the ore-bearing andesite porphyry in Kyisintaung mining area had the characteristics of high silicon, high alumina, potassium rich, high iron and low sodium, and the samples were strongly enriched in Pb, W and Sb, and the Ti and Li were obviously deficient, and the sample composition curve was right-dipping, with weak Eu positive anomaly. The results of S and Pb isotope analysis showed that copper mineralization in Kyisintaung mining area was related to magmatic activity under the background of subduction orogeny, and the mineralizing agent sulfur mainly came from magma or volcanism, and the mineralization mainly came from the mixture of mantle and upper crustal materials. This study provides important geochemical evidence for a deeper understanding of the genesis of the Monywa porphyry copper deposit.
0 引言
斑岩型铜矿床作为铜最主要的产出矿床类型，具有埋藏浅、规模大、易于大规模开发等优点（文耀辉，2016），对斑岩型铜矿的研究一直都是铜矿床研究的热点（郑忠林等，2019；杜玉龙，2021；李斯等， 2023）。作为特提斯成矿域（张洪瑞等，2010）东段重要的斑岩型矿床之一的蒙育瓦铜矿床，其铜矿化与火山口周围的火山岩密切相关（侯增谦，2010；张洪瑞和侯增谦，2018；王智纲等，2021）。蒙育瓦铜矿除了有学者认为是斑岩型矿床外（赵艳林和和祥，2018），也有不少学者认为其具有浅成低温热液矿床的特征（Mitchel et al.，2010）。近年，随着矿床勘查和研究程度的深入，以及其具有明显的斑岩型矿床蚀变分带特征，致使更多学者（郭忠正等， 2020；范慧兵等，2021）倾向于斑岩型+后期淋滤富集型铜矿观点。通常不同成因类型矿石具有不同岩石地球化学和S、Pb同位素组成，其分析成果可有效约束矿床成矿物质来源和矿床成因。七星塘（Ky‐ isintaung）矿区是蒙育瓦铜矿的四大矿区之一，前人对该矿区与矿化有关的岩石地球化学研究较少，对其成矿物质来源及矿床成因研究相对不足。因此，本文以蒙育瓦铜矿床七星塘矿区为研究对象，在详细野外调查及室内研究基础上，对含矿安山玢岩、火山热液角砾岩及后期侵入的黑云角闪安山玢岩样品开展岩石化学、S、Pb 同位素特征分析，从而探讨该矿区的成矿物质来源及矿床成因。
1 地质概况
蒙育瓦铜矿位于缅甸中央构造带或中央盆地西缘，处在长逾460 km的望梭—帕拉（或缅西）岩浆弧的东侧（Mitchel et al.，2010；周喜林等，2017）（图1）。出露地层有古近系和新近系以及第四系冲积、洪积层，岩性以砂岩、泥岩、火山碎屑岩为主。含矿岩石主要为安山玢岩、火山热液角砾岩，其间有后期黑云角闪安山玢岩岩墙穿插，岩墙宽度十至数十厘米。底部为白垩系辉长岩、辉绿岩。矿床由沿北西走向分布的七星塘（Kyisintaung）、萨比塘（Sa‐ betaung）、南萨比塘（South Sabetaung）、莱比塘 （Latpataung）4 个铜矿区组成。七星塘和莱比塘上部均有淋滤帽覆盖，萨比塘和南萨比塘上部淋滤帽已被剥蚀。区内断裂主要为近南北向、近东西向、北北东向和北西向，控制着区内矿化安山玢岩陡倾斜矿体及火山热液角砾岩筒的产出。岩石裂隙发育，金属矿物主要沿裂隙呈网脉状分布，尤其以北北东向陡倾裂隙矿化最好。蚀变分带由外至内分别为：外围广泛分布的绿泥石化带，石英-白云母-黄铁矿化带或泥化带，石英-黄铁矿或石英-黄铁矿-明矾石化带，而各矿床均未揭露到钾化带，与矿化关系最为密切的蚀变类型为硅化、明矾石化。
七星塘矿体赋存于七星塘山体下部，东侧以 F1 断层为界，西侧尖灭至七星塘山脚。含矿岩石为蚀变的安山玢岩、火山热液角砾岩，后期黑云角闪安山玢岩呈岩脉、岩墙侵入于含矿安山玢岩内。矿体长轴方向 15°～20°，长约 1400 m，宽约 1000 m，分布标高为650～-10 m。矿体形态不规则，顶面相对平缓，呈毯状、舒缓波状，平均标高 565 m，底面分支，呈钟乳状，脉状、不规则状，部分底部脉状矿体钻探仍未揭穿。矿石结构主要为粒状结构、交代结构，构造以网脉状、细脉状为主，局部呈角砾状、团斑状、浸染状。主要铜矿物为辉铜矿，大多沿岩石裂隙呈网脉状发育。区内主要岩石特征为：
含矿安山玢岩：矿区的主要含矿岩石，具斑状结构，斑晶由≤5.0 mm×3.0 mm 的蚀变斜长石、石英 （20%～55%）组成。蚀变斜长石呈自形—半自形板柱状，普遍绢云母化，石英呈他形粒状，零星分布。基质由粒径＜0.2 mm的蚀变斜长石、石英组成。金属矿物为黄铁矿、辉铜矿和少量斑铜矿，呈脉状、浸染状产出。黄铁矿呈半自形—他形粒状，星散分布于岩石中或岩脉壁，辉铜矿不均匀填充于透辉石、黄铁矿粒间，常交代黄铁矿。
火山热液角砾岩：大部分成脉状、不规则筒状分布，岩石主要由 2～20 mm 的角砾、变余砂状碎屑及填隙物组成。变余角砾（55%～65%）呈棱角状— 次棱角状，杂乱分布，成分为含明矾石石英岩，部分边缘被明矾石或金属矿物交代呈锯齿状。变余砂状碎屑由石英组成，具不同程度的重结晶，呈棱角状—次棱角状，不均匀分布。金属矿物主要为黄铁矿，呈稀疏浸染状产出，多呈他形粒状，局部具碎裂现象，不均匀分布于变余角砾间。
黑云角闪安山玢岩：呈岩脉、岩墙侵入于含矿安山玢岩内，可见明显的长石、石英、角闪石、黑云母斑晶（35%～55%）。长石斑晶呈自形—半自形板柱状，粒径 1～10 mm；石英斑晶呈他形，粒径＜1 mm，角闪石斑晶呈短柱状，粒径 0.1～2 mm，黑云母斑晶呈六方片状，粒径 0.3～5 mm。基质具微晶质结构，由斜长石、石英、黑云母、角闪石组成，杂乱分布。
图1七星塘铜矿区地质简图
2 样品采集及分析方法
本文采集岩（矿）石化学全分析样品22件，其中安山玢岩 11 件，火山热液角砾岩 5 件，黑云角闪安山玢岩 1 件，火山碎屑岩 2 件，砂岩 3 件。采集微量元素和稀土元素样品 5件，其中含矿安山玢岩 2件，火山热液角砾岩 2件，黑云角闪安山玢岩 1件；同时对 2件安山玢岩和 1件火山热液角砾岩做了硫同位素和铅同位素分析。所有样品均采自钻孔岩心，采样孔深最浅17.16 m，最深629.33 m。样品涵盖了矿区的主要岩石种类并兼顾了不同区域和标高，采样位置分布如图2、图3所示，典型岩矿石照片见图4。
岩石化学全分析在云南省有色地质局测试中心进行分析，其中 Al2O3、MnO、CaO、MgO、Na2O、 K2O、TFe2O3、TiO2采用的分析设备为 ICP-OES（op‐ tima5300DV），P2O5采用的分析设备为 T6 新世纪紫外可见分光光度计，SiO2、FeO、Loss采用的分析设备为电子天平 E5、滴定管 50 ml，H2O+ 分析设备为电子天平AL104。微量元素和稀土元素的分析在云南省地质矿产开发局中心实验室（国土资源部昆明矿产资源监督检测中心）完成，其中 Hg、Se、As、Sb、Bi 采用原子荧光光谱法，分析仪器为原子荧光光度计 （XGY-1011A、AFS-8520），稀土分量采用等离子体质谱法，分析仪器为iCAP-RQ电感耦合等离子质谱仪，Pt 采用 iCAP-RQ 电感耦合等离子质谱仪分析， Sn采用发射光谱法，分析仪器为801w型1 m光栅摄谱仪，Zr 采用 X 衍射荧光光谱法，分析仪器为 ZSX Primus Ⅱ荧光光谱仪，其他微量元素采用电感耦合等离子体质谱法，分析仪器为iCAP-RQ电感耦合等离子质谱仪。硫同位素测定采用美国热电公司的 253plus、Flash EA 元素分析仪和 Conflo IV 多用途接口，采用 IAEA-S3、GBW04414 和 GBW04415 三种标准物质。Pb 同位素测定采用多接收器型电感耦合等离子体质谱仪，采用 205TI/203TI=2.3885 校正仪器质量分馏，采用 NIST SRM981Pb同位素国际标准物质。
图2七星塘铜矿区岩石地球化学采样位置平面示意图
图3七星塘铜矿区剖面及地球化学采样位置示意图
3 岩石地球化学特征
3.1 主量元素地球化学特征
主量元素分析结果如表1所示，安山玢岩 Al2O3 含量 3.43%～22.10%，平均 14.42%；SiO2 含量 33.94%～73.41%，平均 57.87%；TFe2O3含量 2.38%～25.36%，平均 9.25%；K2O 含量 0.72%～3.60%，平均 1.90%。火山热液角砾岩 Al2O3 含量 11.57%～17.39%，平均 14.50%；SiO2含量 25.58%～63.28%，平均48.99%；TFe2O3含量2.50%～33.61%，平均12.56%；K2O 含量 1.44%～3.26%，平均 2.50%。火山碎屑岩 Al2O3 平均 15.61%，SiO2 平均 57.82%，TFe2O3 平均 7.04%，K2O 平均 2.95%。研究区内岩石主要成分为 Al2O3、SiO2、TFe2O3，上述 3 种主要成分在安山玢岩、火山热液角砾岩、火山碎屑岩中的占比分别为 81.54%、76.05%、82.29%。安山玢岩 Al2O3、SiO2 和 K2O 含量极差大，且不同区域、标高 Al2O3、SiO2 和 K2O含量无明显规律，主量元素含量与分布位置、赋存深度无明显关联性。
图4七星塘铜矿区典型岩（矿）石手标本及镜下照片
a、d、g—含矿安山玢岩；b、e、h—火山热液角砾岩；c、f、i—黑云角闪安山玢岩；Py—黄铁矿；Cc—辉铜矿；Dg—蓝辉铜矿；Cv—铜蓝；Thr—黝铜矿
由于区内岩（矿）石蚀变强，样品烧失量（Loss） 偏大，本文将TFe2O3大于20%的2件样品剔除，其余 10件样品的主量元素含量作归一化处理，结果如表2所示，根据国际地科联火成岩分类方法绘制 TAS 图解，通过全碱和 SiO2的比值进行岩石类型的大致判断（图5）。从图5中可以看出，全部样品点均位于 Irvine 分界线下方，为亚碱性系列。所取 10 件样品基本都落于英安岩、安山岩区域，结合岩石手标本和显微镜观察，这些样品都具有安山玢岩的结构构造和矿物组成特点。根据岩石K2O-Na2O关系判断，区内安山玢岩呈现高钾低钠特征（图6），这与造山带岩浆岩的特征一致（李莎莎等，2019）。根据中基性火山岩成分的 ATK 图解（图7），区内安山玢岩类主元素特征与岛弧、造山带安山岩特征基本吻合。
Pc—苦橄玄武岩；B—玄武岩；O1—玄武安山岩；O2—安山岩；O3— 英安岩；R—流纹岩；S1—粗面玄武岩；S2—玄武质粗面安山岩；S3— 粗面安山岩；T—粗面岩、粗面英安岩；F—副长石岩；U1—碱玄岩、碧玄岩；U2—响岩质碱玄岩；U3—碱玄质响岩；Ph—响岩；Ir—Irvine 分界线，上方为碱性，下方为亚碱性
表1七星塘铜矿区岩（矿）石主量元素分析结果
表2七星塘铜矿区安山玢岩主量元素归一化处理结果
Ⅰ—大洋玄武岩；Ⅱ—大陆玄武岩、安山岩；Ⅲ—岛弧、造山带玄武岩、安山岩
3.2 微量元素地球化学特征
微量元素分析结果如表3所示，微量元素/原始地幔标准化蛛网图如图8所示。区内主要岩石种类微量元素含量普遍较高，与原始地幔相比较多数元素富集。分配曲线呈显著的锯齿状，反映微量元素分馏程度较高。Pb、W、Sb富集程度明显较高，Ti、Li 相对原始地幔亏损。
安山玢岩、黑云角闪安山玢岩Ni/Co比值0.81～1.87，不同岩性比值变化不明显。Rb/Sr比值 0.01～0.31，黑云角闪安山玢岩明显较高，为 0.31，其余样品均小于等于0.06（表4）。
表3七星塘铜矿区岩（矿）石微量元素分析结果（μg/g）
表4七星塘铜矿区岩（矿）石Ni/Co、Rb/Sr比值统计
3.3 稀土元素地球化学特征
样品ΣREE总量为6.23～154.18 μg/g，稀土分配曲线（图9）均位于安山岩（毛安琦等，2016）之下，稀土总量远低于安山岩平均含量。且不同种类岩石稀土元素总量差异较大，呈黑云角闪安山玢岩＞火山热液角砾岩＞安山玢岩的趋势（表5）。
黑云角闪安山玢岩 ΣREE=154.18 μg/g，稀土总量低，LREE=146.06 μg/g，HREE=8.12 μg/g，轻稀土总量远大于重稀土，分配曲线向右倾斜，轻稀土富集程度高于重稀土，属轻稀土相对富集型。LREE/ HREE=17.98，LaN/YbN=23.02，轻重稀土分异程度高， δEu=0.90，具弱铕负异常。
火山热液角砾岩 ΣREE=33.10、81.15 μg/g，稀土总量低，LREE=32.66、79.71 μg/g，HREE=0.44、2.14 μg/g，轻稀土总量远大于重稀土，分配曲线向右倾斜，轻稀土富集程度高于重稀土，属轻稀土相对富集型。 LREE/HREE=73.66、37.27，LaN/YbN=78.74、 52.07，轻重稀土分异程度高，δEu=1.18、0.90。
安山玢岩 ΣREE=7.83、6.23 μg/g，稀土总量在本文分析的 3 种岩石中最低，LREE=7.58、5.87 μg/g， HREE=0.26、0.36 μg/g，轻稀土总量远大于重稀土，分配曲线向右倾斜，轻稀土富集程度高于重稀土，属轻稀土相对富集型。LREE/HREE=29.49、16.13， LaN/YbN=30.63、15.07，轻重稀土分异程度高，δEu= 1.21、1.15，具弱铕正异常。
表5七星塘铜矿区岩（矿）石稀土元素分析结果（μg/g）
4 同位素特征
4.1 硫同位素特征
本文测定的硫同位素全岩样品的 δ34S 值为-0.65‰～4.03‰（表6），平均值 2.32‰，硫同位素变化范围不大。特征与国内斑岩型、火山作用成因的铜矿床的硫同位素值较为接近，而与沉积-改造型铜矿床的差异较大（斑岩型：δ34S=-1.7‰，孟祥金等， 2006；火山成因：δ34S=-1.9‰～4.3‰，李峰和庄凤良，2000；徐强，2011；沉积改造型 δ34S=-20.46‰～5.7‰，李峰等，2012a，2012b）。
表6七星塘铜矿区矿石硫同位素分析结果
4.2 铅同位素特征
本文测定的铅同位素206Pb/204Pb 值 18.4708～18.5752，极差 0.1044，207Pb/204Pb 值 15.6256～15.6758，极差 0.0502，208Pb/204Pb 值 38.7194～38.7750，极差 0.0556（表7）。矿区含矿岩石铅同位素组成变化范围小，揭示成矿物质来源是一致的 （伏雄，2013）。分别采用铅同位素207Pb/204Pb-206Pb/204Pb、208Pb/204Pb-206Pb/204Pb 图解判断区内成矿构造环境（图10、图11）。采用不同的铅同位素比值进行判定，本文分析的样品点基本都符合造山带的同位素特征，仅有207Pb/204Pb-206Pb/204Pb 图解中火山热液角砾岩落在造山带区域边缘的下地壳区域内。从铅同位素增长曲线图（图12）可以看出安山玢岩和火山热液角砾岩铅同位素增长曲线特征都位于造山带演化曲线与上地壳演化曲线之间。本文通过铅同位素Δγ-Δβ图解进行成因分类研究（图13），由图解可见铅来源为“上地壳与地幔混合的俯冲带铅”。
表7七星塘铜矿区矿石铅同位素分析结果
注：μ、ω、Th/U、Δα、Δβ、Δγ参数均通过GeoKit计算所得。
LC—下地壳；UC—上地壳；OIV—洋岛火山岩；OR—造山带
LC—下地壳；UC—上地壳；OIV—洋岛火山岩；OR—造山带
A—地幔；B—造山带；C—上地壳；D—下地壳
1—地幔源铅；2—上地壳铅；3—上地壳与地幔混合的俯冲带铅 （3a—岩浆作用；3b—沉积作用）；4—化学沉积型铅；5—海底热水作用铅；6—中深变质作用铅；7—深变质下地壳铅；8—造山带铅；9— 古老页岩上地壳铅；10—退变质铅
5 讨论
5.1 岩（矿）石成因
七星塘矿区岩石微量元素分配曲线特征一致性较强，微量元素分馏程度较高。ΣREE 远低于安山岩平均含量，且不同种类岩石稀土总量差异大，以含矿安山玢岩稀土总量最低。总体轻、重稀土分异程度高，属轻稀土相对富集型，含矿安山玢岩具弱铕正异常、黑云角闪安山玢岩具弱铕负异常，表明其来源于不同期次的岩浆活动（温礼琴等，2014； 李其在等，2023）。根据以往研究资料表明在岩浆分异过程中，Ni比 Co能更快的从岩浆中析出，进入固相，Co则相对富集于残余相中，因此，岩浆分异程度越高，Ni/Co 比值往往越低。Rb 主要在岩浆晚期阶段富集，而Sr恰恰相反，火成岩中Rb/Sr比值随岩浆分异程度的增加而增大（赵振华，1997；王梁和贾丽琼，2011）。黑云角闪安山玢岩于成矿后岩浆沿构造、裂隙侵入形成，表现为大多黑云角闪安山玢岩在安山玢岩内形成岩墙，岩石斑晶自形程度高，结晶颗粒大，Rb/Sr比值明显高于其他岩石种类。区内火山热液角砾岩呈筒状发育于安山玢岩内部，其角砾多呈棱角状，部分可拼接，胶结物多为岩粉，大多具较强的硅化蚀变，黄铁矿、辉铜矿等硫化物呈细脉、网脉分布，淋滤后疏松多孔。推测区内火山热液角砾岩与岩浆隐爆作用相关，形成于成矿过程中的喷气作用，气液活动携带大量 Cu2+ 离子在火山热液角砾岩筒的局部区域形成高品位铜矿石。
七星塘矿区含矿岩石 Al2O3、TFe2O3和 SiO2总量比较稳定，Al2O3、TFe2O3和 SiO2呈此消彼长的关系。推测是由于岩石蚀变过程中，围岩蚀变导致的 SiO2 等元素的带入、带出导致的。由于成矿期气液活动受原岩裂隙发育程度差异的影响，造成不同区域主要蚀变类型不同，蚀变程度也存在差异，这也是造成岩石高蚀变程度的原因。矿区外围安山岩Al2O3、 TFe2O3和 SiO2含量稳定、差值小与矿区内岩石主量元素特征形成鲜明对比。
5.2 成矿物质来源
硫是铜等亲硫元素沉淀形成硫化物矿床的主要矿化剂，金属硫化物的硫同位素组成可以为成矿物质来源、矿床成因提供重要证据。区内含矿岩石的硫同位素变化范围小，特征与国内斑岩型、火山作用成因的铜矿床的硫同位素值较为接近（斑岩型：δ34S=-1.7‰，孟祥金等，2006；火山成因：δ34S=-1.9‰～4.3‰，李峰和庄凤良，2000；徐强，2011；沉积改造型 δ34S=-20.46‰～5.7‰，李峰等，2012a，2012b），研究区硫的主要物质来源与岩浆/火山作用相关（王蝶等，2011）。铅同位素是一种有效的示踪剂，已被广泛应用于跟火山岩相关的矿床岩（矿）石成因、赋存环境、物质来源等方面的研究。由于铅的质量数大，不同的铅同位素之间的相对差较小，在地质作用过程中，铅同位素组成变化不明显，因此，成矿热液中的铅，基本可以反映其源区同位素的特征。区内含矿岩石铅同位素比值变化范围（极差）小，对成矿物质来源的判定指示性较好。采用铅同位素207Pb/204Pb-206Pb/204Pb、208Pb/204Pb-206Pb/204Pb 比值、增长曲线，Δγ-Δβ共4种图解方法对其物质来源进行分析，结果均表明区内成矿作用主要为俯冲造山过程中的岩浆活动，成矿物质主要来源于地幔和上地壳物质的混合（芮宗瑶等，1984；肖庆华等， 2009），符合造山带来源的岩浆具有幔源和壳源混合特征的一般认识。特提斯成矿域上斑岩型矿床多具有共（伴）生有益元素丰富的特点，而七星塘是单一的铜矿床。从本文七星塘矿区微量元素与原始地幔对比的情况来看，其元素分馏程度高，铅同位素指示成矿物质来源上地壳与地幔混合的俯冲带（吴静等，2011；赵晓勇等，2012）。从而推测蒙育瓦地区成矿原始岩浆为单一富铜岩浆，在其分异侵入的演化过程中，远离富含其他金属元素的老地块 （如缅北的文多地块等），老地块富含的其他金属元素混入程度低。
6 结论
（1）岩石化学分析结果显示，七星塘矿区含矿安山玢岩具高硅、高铝、富钾、高铁和低钠特征，在 TAS 分类图解中样品点主要分布在 IR 线以下安山岩－英安岩区域；样品强烈富集 Pb、W、Sb，明显亏损Ti、Li；样品配分曲线呈右倾型，具弱Eu正异常特征。区内主要岩石种类稀土总量低，不同类型岩石稀土总量差异大且都远低于安山岩平均含量，尤以含矿安山玢岩稀土总量最低。以上特征表明七星塘矿区含矿岩石属高钾、亚碱性安山玢岩类岩石，区内主要岩石种类是不同期次岩浆活动产物。
（2）S、Pb 同位素分析结果显示，七星塘矿区含矿岩石 S同位素值与斑岩型铜矿和火山成因铜矿 S 同位素值接近，而明显不同于沉积改造型铜矿 S 同位素值；样品 Pb 同位素组成变化范围不大，在判别图解上样品点位分别于造山带与上地壳区过渡区和岩浆作用区。以上特征表明，七星塘矿区铜成矿作用与俯冲造山过程背景下的岩浆活动有关，矿化剂硫主要来自岩浆或火山作用，成矿物质主要来自地幔和上地壳物质的混合。