陆相砂岩型铜矿床矿物组合分带的l_省略_2相图_以云南大姚六苴铜矿床为例_张艳

　卷（

Ｖｏｌｕｍｅ）３３，期（Ｎｕｍｂｅｒ）２，总（Ｔｏｔａｌ）１３２矿物岩石　

　页（Ｐａｇｅｓ）３５－４２，２０１３，６，（Ｊｕｎ，２０１３）Ｊ　ＭＩＮＥＲＡＬ　

ＰＥＴＲＯＬ　收稿日期：２０１２－１２－１８；　改回日期：

２０１３－０３－１０基金项目：教育部博导基金（２０１１５３１４１１００１０）；国土资源部典型矿科学基地公益性项目；国家危机矿山专项（２００８９９４３）

；国家自然科学青年科学基金（４１１０２０４９）；中国科学院矿床地球化学国家重点实验室开放研究基金（２０１１０９）；云南省高校、昆明理工大学成矿动力学与隐伏矿预测创新团队项目（２０１０

）作者简介：张　艳，女，３２岁，博士生，矿产普查与勘探专业，研究方向：流体地球化学和地质热力学．Ｅ－ｍａｉｌ：７８５９８８７４＠ｑｑ

．ｃｏｍ．通讯作者：韩润生，男，４９岁，研究员（博士导师），研究方向：流体地球化学及隐伏矿预测．Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｒｓ６６１＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ

陆相砂岩型铜矿床矿物组合分带的

ｌｏｇｆｏ２－ｌｏｇ

ｆｓ２相图———以云南大姚六苴铜矿床为例

张　艳１，　韩润生１，　吴　鹏１，　魏平堂

２

１．昆明理工大学；有色金属矿产地质调查中心西南地质调查所，云南昆明　６５００９３；２．中国冶金地质总局昆明地质勘查院，云南昆明　烄烆烌烎

６５００２４【摘　要】　根据矿物生成吉布斯自由能ΔＧ在３７３Ｋ、４２３Ｋ、４７３Ｋ、５２３Ｋ温度下用Ｅｘｃｅｌ表格编写公式的方法计算了云南大姚六苴铜矿床中铁、铜单质及其氧硫化物等共２２种矿物及其矿物组合系统的氧硫逸度（ｌｏｇｆｏ２，ｌｏｇｆｓ２），以ｌｏｇｆｏ２－ｌｏｇｆｓ２和３７３Ｋ，４２３Ｋ，４７３Ｋ，５２３Ｋ为约束条件构建了上述矿物及矿物组合的系统平衡相图４幅。以４２３Ｋ相图为例，解析后得出２２种矿物及其组合稳定存在的ｌｏｇｆｏ２，ｌｏｇｆｓ２范围和该相图的氧化还原区块分布趋势。将相图氧化还原态势区块分布与六苴铜矿床中以氧化还原态势为基础的矿物组合与分带进行了对比分析，

结果表明矿物氧－硫逸度相图中矿物的排列组合和矿物组合本身反映的氧化还原态势一致，而且也和该矿床地质产状上的矿物共生组合及矿物分带相符合。据此判定氧－硫逸度对六苴铜矿床形成的氧化还原态势、主要金属矿物组合沉淀及矿物组合分带起控制作用。温度下降，矿物沉淀的ｌｏｇｆｏ２－ｌｏｇｆｓ２值随之减小，氧化还原作用趋弱，矿物稳定范围（相图中占据的区块）向Ｆｅ，Ｃｕ单质移动，但辉铜矿占据的氧化还原过渡区块的面积始终很大，表明辉铜矿沉淀的逸度范围很宽。

【关键词】　大姚铜矿床；砂岩铜矿；矿物组合；氧逸度；硫逸度；矿物ｌｏｇｆｏ２－ｌｏｇｆｓ２相图中图分类号：Ｐ５７ 文献标识码：Ａ文章编号：１００１－６８７２（２０１３）０２－００３５－０８

楚雄盆地砂岩型铜矿床分布于扬子地块西南

缘，集铜、多金属、煤、油气、盐为一体的中新生代陆

相红色盆地中［１］

。截至目前，盆地内已发现铜矿床

（点）２５７处，

是我国著名的砂岩型铜矿矿集区。其

中，大姚六苴铜矿床是其典型代表，其主要含铜地层为上白垩统马头山组六苴段（Ｋ２ｍｌ）。前人研究认为，金属矿物的分带现象受主成矿期氧化－还原条件的制约［２］。陈根文等［３］认为引起矿物分带的原因是由于具氧化性的含铜卤水和具还原性的含硫溶液相互反应，造成了不同矿物的先后沉淀，即氧化还原条件控制了矿物分带。韩润生等［４］认为来自基底的富铜流体沿同生断裂（隐伏断裂）上升将亲铜元素从深部带入煤层而被吸附，形成富铜的还原性流体，该流体上升与大气降水深循环淋滤膏盐层形成高盐度的氧化性流体在砂（页）岩相遇时发生水－岩相互作用，并封闭于高孔渗的砂（页）岩储层，在褶皱翼部或核部的中细粒砂岩和层间断裂带中形成层状、似层状矿体。高慧文（２０１０）［５］绘制的Ｋ＝３２３．８Ｋ时ｐＨ－Ｅｈ相图，认为在还原条件下（Ｅｈ＜０．３１４），矿物分带主要受ｐＨ值控制。

氧化还原是化学动力学（电子传递）的微观量度，逸度则是热力学宏观统计量度，氧硫逸度控制着氧化还原态势，因此研究逸度对氧化还原态势、主要金属矿物组合沉淀、矿物分带的控制作用将有助于解决砂岩型铜矿矿物组合分带的形成机理。

１　砂岩型铜矿床矿物组合特征

据陈根文［３］研究，楚雄盆地砂岩铜矿的矿物分带因成矿方式不同而有两种表现形式：（１）沿层分带：在岩层内，从紫色岩层向浅色岩层方向，矿物依次为赤铁矿→辉铜矿→斑铜矿→黄铜矿→黄铁矿。这种分带一般不穿层，或小角度切穿地层层位。含矿层多为背斜构造的一翼，地层倾角为２０°～３０°，多见于砂岩型矿床中。（２）沿垂直方向分带：一般是从下而上依次为赤铁矿→辉铜矿→斑铜矿→黄铜矿→黄铁矿。这种分带通常以较大角度穿过地层界面。含矿层通常为水平层，或倾斜较缓的地层，多形成于页岩型矿床中。

在大姚铜矿，通过野外详细的野外地质工作发现，由于构造改造作用较弱，其分带主要为水平分带即沿层分带，从紫色砂岩→浅色砂岩形成了赤铁矿＋自然铜（少量）→辉铜矿＋斑铜矿→斑铜矿＋黄铜矿→黄铜矿＋黄铁矿→黄铁矿的矿物组合分带（照片１，图１［６］）。原生矿石矿物组分简单，主要为辉铜矿，其次为斑铜矿、黄铜矿及黄铁矿，属于富铜贫硫型。

对该矿床矿石中金属矿物进行矿相学研究后发现：辉铜矿与斑铜矿、黄铜矿与斑铜矿、黄铁矿与黄

铜矿共生，并表现出交代结构（照片２），交代的顺序依次为：赤铁矿→辉铜矿→斑铜矿→黄铜矿→黄铁矿，前者交代后者。

２　相图的构建与绘制

目前，在地质学相图方面（尤其是热力学软件）的研究主要局限于氧化物，如ＴＨＥＲＭＯＣＡＬＣ软件（Ｐｏｗｅｌｌ　ａｎｄ　Ｈｏｌｌａｎｄ，１９８８）［７］和ＰＥＬＥ软件（Ｂｏｕｄｒｅａｕ，１９９９）［８］，而对于低压低温的硫化物体系尚无相应的热力学软件涉及。本文通过矿物共生组合建立化学反应方程式（表１），利用林传仙（１９８５）［９］著作中载有的热力学数据用Ｅｘｃｅｌ表格编写计算公式的方法来计算云南大姚六苴铜矿床中赤铁矿、辉铜矿、黑铜矿、斑铜矿、黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿、磁铁矿、铁、铜等共２３种矿物及其矿物组合系统的氧硫逸度（ｌｏｇｆｏ２／ｌｏｇｆｓ２）。

据冉崇英（１９９３）［１０］和吴海枝（２０１１）［１１］对楚雄盆地六苴、郝家河砂岩铜矿床的流体包裹体的测温结果表明，成矿温度在１００℃～２５０℃，以２００℃以下为主。所以选取Ｔ＝５２３Ｋ，４７３Ｋ，４２３Ｋ，３７３Ｋ４个温度截面来进行计算。由于林氏热力学数据手册中热力学数据以１００Ｋ为间隔，只能查到Ｔ＝３７３Ｋ和Ｔ＝５２３Ｋ下的相关数据，用拉格朗日插值法计算Ｔ＝４２３Ｋ和Ｔ＝５２３Ｋ下化合物的生成吉布斯自由能ΔＧ。然后计算表１中各反应的反应吉布斯自由能ΔＧ。

当不考虑压力对反应平衡的影响时，

ΔＧＲ０＝－ＲＴＩｎＫ（１）其中，Ｋ＝∏ｍ

ｉ＝１

ａｉｃｉ（２）表１中所建立的化学反应方程式是固相与气相参与的反应，溶液相的作用可忽略，假定固相是纯的固相，将（２）带入（１）并将自然对数换为常用对数后得

ΔＧＲ，Ｔ０＝－２．３０３ＲＴｌｏｇ∏

ｍ

ｉ＝１

ｆｉｃｉ（３）式中：ｆｉ．第ｉ种气体的逸度；ｃｉ．第ｉ种气体的反应计量系数，共有ｍ种气体。当只有一种气体时代入气体常数Ｒ＝８．３１５Ｊ／ｍｏｌ后得到

ΔＧＲ，Ｔ０＝－１９．１４４　４Ｔｌｏｇｆｉｃｉ（４）利用公式（４），代入温度和计算得到的反应吉布斯自由能即可计算出相应化学反应方程式的氧或硫的逸度。计算结果见表１。

对有氧和硫同时参与的反应，其平衡线必然会通过另两条平衡线的交点，可由吉布斯－杜哈姆方程

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３矿 物 岩 石２０１３