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陆相火山作用与斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统若干问题讨论
宋扬，唐菊兴，王楠，孙豪，李发桥，闫徐坤
深地探测与矿产勘查全国重点实验室，中国地质科学院矿产资源研究所
第一作者：宋扬，博士，研究员，主要从事青藏高原铜金锑成矿作用与勘查评价研究。
通讯作者：唐菊兴，博士，研究员，中国工程院院士，主要从事矿产勘查和综合研究。
导读：
斑岩型铜金矿是世界上最重要的一种矿床类型，提供了全球大约75%以上的Cu、50%以上的Mo和20%以上的Au。斑岩型铜矿和浅成低温热液型金矿均主要产于汇聚板块边缘的岩浆弧环境，与中酸性钙碱性或高钾钙碱性火山-次火山岩-浅成侵入体等密切相关，二者共同构成斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统。斑岩-浅成低温热液型铜金矿床与陆相火山岩关系密切，其成矿理论研究和勘查评价一直是矿床学和勘查学的前沿与焦点。
本文对陆相火山作用/火山岩的概念进行了总结和梳理，厘清了与成矿过程有关的陆相火山作用，总结了斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统的分布规律、矿体空间关系及矿化蚀变结构等特征，并重点讨论了陆相火山作用对斑岩-高硫化浅成低温热液型铜金成矿系统的成矿过程、保存条件和空间分布的控制作用。
研究提出了新认识，陆相火山作用包括火山喷出、浅成侵入和隐爆角砾化作用；多旋回陆相火山作用对斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统的形成与保存具有重要的控制作用；热液蚀变的火山岩、斑岩和隐爆角砾岩是寻找斑岩-浅成低温热液型铜金矿床的重要岩石标志；斑岩-浅成低温热液成矿系统浅部的浅成低温热液型矿床易被剥蚀，而陆相火山岩覆盖是其重要的保存机制；此外，区域构造快速隆升、火山机构崩塌和多期次岩浆-热液活动是引发斑岩型铜矿化蚀变与浅成低温热液型金矿化蚀变垂向套合叠加成矿的重要控制因素。
研究成果为斑岩成矿系统研究提供了新视角，为科学研判陆相火山岩区铜金找矿方向提供了理论依据，对指导找矿勘查具有积极意义。
基金项目：本文由新一轮找矿突破战略行动项目(DD20230054)和国家自然科学基金项目(42172100)联合资助.
说明：参考文献以原文为准，本推文未作详细标注。
------内容提纲------
0 引言
1 陆相火山作用
1.1 陆相火山作用的特征
1.2 与成矿作用有关的陆相火山作用范畴
2 斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统
2.1 矿床分布规律
2.2 矿体空间关系
2.3 矿化蚀变结构
3 讨论
3.1 陆相火山喷出作用对成矿的控制
3.2 岩浆热液隐爆作用对成矿的影响
3.3 陆相火山岩区斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统的保存
3.4 陆相火山岩区斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统的套叠
4 结论
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0 引言
斑岩型铜矿和浅成低温热液型金矿均主要产于汇聚板块边缘岩浆弧环境，与中酸性钙碱性或高钾钙碱性火山-次火山岩-浅成侵入体等密切相关(Singer et al.，2005；Sillitoe，2010；Dilles and John，2021)，二者共同构成斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统。“斑岩型铜矿”最初称之为“细脉浸染型铜矿床”，以大吨位和低品位为特征，为全球提供近70%的铜金属资源(Emmons，1918；Lowell and Guilbert，1970；Sillitoe，2010)。“浅成低温热液型金矿”最早出现在Lindgren 1928年编著的《Mineral Deposits》一书，由于其埋藏浅、品位富、伴生有用组分多、易采选等特征，成为最具经济价值的金属矿床类型之一。长期以来，在陆相火山岩区发现斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统，或通过二者空间关联寻找缺失的斑岩型铜矿或浅成低温热液型金矿，是诸多矿业公司孜孜以求的找矿目标。陆相火山岩区斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统的形成机制研究，如热量来源、流体来源、成矿物质来源等方面也一直是矿床学领域的前沿热点。
新一轮找矿突破行动以来，国内斑岩型铜矿系统找矿取得一批重要进展。在西藏甲玛、多龙、朱诺以及大兴安岭多宝山等超大型斑岩铜矿的深边部或外围取得了找矿新突破，并且在藏西北革吉、当惹雍错等找矿新区也取得重要找矿发现。上述地区的铜金矿床空间上与陆相火山岩紧密相关，尤其是藏西北新发现的芒拉高硫化浅成低温热液型铜金银矿(王楠等，2024；宋扬等，2025)和鑫龙高硫化浅成低温热液型铜金矿(陈伟等，2022)，矿体直接产于陆相火山岩中，并且深部具有寻找斑岩型铜矿的重要潜力。
上述找矿成果说明国内陆相火山岩找矿空白区仍具有发现大型铜金矿床的可能，但目前对陆相火山岩区斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统的理论认识还不够全面，基础概念存在易于混淆的问题；并且对于火山喷出和内部隐爆作用对成矿的影响，矿床保存机制和子/亚成矿系统的空间关系等问题论述较少，一定程度上制约了陆相火山岩区斑岩铜金成矿系统的勘查与评价工作。
本文对上述关键问题进行了系统梳理，旨在进一步明确陆相火山作用和陆相火山岩的含义，总结斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统分布规律、矿体空间关系、矿化蚀变结构等特征，重点讨论陆相火山作用对斑岩-高硫化浅成低温热液型铜金成矿系统的成矿过程、保存条件和空间分布等控制作用，以期为斑岩成矿系统研究提供新视角，为科学研判陆相火山岩区铜金找矿方向提供理论依据。
1 陆相火山作用
火山作用是指岩浆经通道运移至近地表或喷出地表的地质作用，既包括火山的喷发作用，又包括与火山喷发有联系的浅成-超浅成侵入作用。根据喷发环境，可分为海底喷发和陆相喷发，海底喷发通常与海相沉积物呈整合接触关系，陆相喷发通常与下伏的岩层呈不整合接触关系。目前，陆相火山作用尚无明确定义，仅在开展地质调查或矿床研究时才强调陆相或海相环境。
1.1 陆相火山作用的特征
陆相火山岩是高温、淬火、低压、脱气、氧化等条件下的产物(邱家骧，1985)，无论是沿走向还是沿倾向，其岩石成分、类型、岩层厚度等存在明显的变化，通常具有如下特征(薛怀民，2020)：
陆相火山岩的形成过程具有多样性、快速性和间歇性等特点。其火山作用方式包括爆发、爆溢、喷溢(或称溢流)、侵出和侵入等多种，产物包括喷出地表形成的各类喷出岩(即狭义的火山岩)，充填到火山通道内、侵位到火山根部及火山周边浅表裂隙中的次火山岩(潜火山岩)，和侵出地表形成的各类岩穹等。火山喷发物及堆积物的冷却速度普遍较快，单个火山活动旋回从岩浆房演化的内火山活动起，经高峰到最后完全消亡，一般仅持续约3～5Myr，持续时间超过10Myr的情况较少见。此外，火山活动总是间歇性进行，常断续长达数百万年，在此期间可经历活跃与休眠的交替过程，火山作用产物的堆积与剥蚀相伴存在。火山物质的搬运、堆积方式复杂多样，包括熔岩流、火山碎屑流、空气和水流等多种搬运方式。
陆相火山岩具有不同的划分标准：如根据产出的岩石特点，可分为熔岩、火山碎屑岩和次火山岩三类；根据形成条件和产出方式，其岩相可划分为爆溢相、爆发相、火山口-火山颈相、次火山岩相(潜火山岩相)、侵出相、隐爆角砾岩相、火山喷发沉积相等(薛怀民，2020)(图1)。其中，爆发相和火山口-火山颈相以火山碎屑岩为主，以发育集块岩和火山角砾岩为特征；次火山相由在时间和空间上与火山岩有一定联系的近地表到浅成的侵入岩组成，次火山活动贯穿于火山活动的全过程，闪长玢岩、花岗闪长斑岩、花岗斑岩、安山玢岩、英安斑岩、流纹斑岩、霏细斑岩等均在此相类中；侵出相是指黏度较大的岩浆从相对较狭窄的管道或裂隙中挤出地表，形成丘状、锥状、钟状、蘑菇状等外形较规则的地质体，由流纹质-英安质、粗面质火山岩组成，在结构上介于熔岩与次火山岩之间，深部可能有岩浆通道。隐爆角砾岩相强调火山岩区由角砾岩构成的非层状地质体，形成过程一般包括气爆、浆爆以及热液注入等几个阶段，既可在火山机构及邻区单独出现，也可与次火山岩体伴生形成。隐爆角砾岩形成的深度一般在0.5～3km之间，在剥蚀深度不大的情况下，其顶部常保留有围岩的残留顶盖。
图1 陆相火山作用示意图(据薛怀民，2020修改)
1.2 与成矿作用有关的陆相火山作用范畴
前人自20世纪70年代便已认识到陆相火山与成矿作用之间存在重要关联。浅成低温金矿、平伏层状铜矿床和火山成因磷灰石-磁铁矿等三种类型矿床与陆相火山作用有关(Gass，1976)。我国诸多矿产与陆相火山作用关系密切，如部分学者提出的陆相火山-斑岩型矿床(Subaerial volcano-porphyry hydrothermal deposits，即VPH)(秦克章，1998)。此外，板块构造旋回过程中，与成矿相关的海相火山作用和陆相火山作用被认为是连续演化的，如Mitchell and Bell(1973)提出火山作用与成矿作用可贯穿于洋盆的演化过程，认为初始洋岛火山形成之后发生海相和陆相火山作用，衰退的火山作用及其下部的岩浆侵入作用伴随汞、铜和金等矿化，弧地壳增厚伴随锡-钨-钼矿化，随后的碰撞过程导致大量硫化物、金、锡和与蛇绿岩相关的矿石被保存下来。其中在洋盆闭合和板块碰撞过程中，火山活动从海相转换为海陆交互相至陆相环境，陆相火山活动引发的挥发组分逃逸不利于成矿，而斑岩铜矿正是陆相火山与深成侵入建造中的超浅成-浅成侵入作用的过渡环节产物(芮宗瑶等，2003)。
陆相火山作用表现为岩浆物质的喷出、与火山活动有关的次火山作用和超浅成侵入岩的形成(邱家骧，1985；刘家远，2001)。火山作用对岩浆热液矿床的形成和规模起到了重要的控制作用，如岩体形貌、侵位深度、构造通道和围岩属性等。空间上，浅部地表堆积的层状熔岩和火山碎屑岩往往围绕火山中心分布(图2d)，可作为赋矿围岩和成矿后盖层保护矿床避免剥蚀(图2e)。蚀变岩帽是火山活动作用在斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统浅部的重要标志，由一系列高级泥化和泥化蚀变的矿物组合组成，核部的多孔状石英(Vuggy/Residual quartz)或块状石英(Massive quartz)集合体构成硅帽(图2a，b)，指示了强酸性的流体环境。近年藏西北地区高硫化浅成低温热液型铜金矿床的发现都首先得益于岩帽的厘定(刘治博等，2023)。此外，陆相火山作用下相对高pH值和中低温(<300℃)环境可形成中-低硫化型成矿系统，以冰长石-绢云母±方解石等蚀变矿物组合为典型特征，并发育有条带状、胶状石英以及含金-金属硫化物的暗色石英等(图2c)，我国西藏林子宗群火山岩中发现的斯弄多银多金属即为该类型矿床(唐菊兴等，2017)。
图2 陆相火山岩区斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统的特征照片
(a)国外斑岩-高硫化浅成低温热液型铜金矿中典型的多孔状硅帽(含金)，自印度尼西亚Tujuh Bukit；(b)我国西藏革吉珠勒-芒拉陆相火山岩区高硫化浅成低温热液成矿系统中发育的多孔状硅帽；(c)低硫化浅成低温热液成矿系统中发育的典型条带状、胶状结构，自新西兰Golden Cross 矿床；(d)我国西藏当若雍错西陆相火山区白垩系则弄群层状陆相火山碎屑岩；(e)安山岩盖层，自西藏多龙铁格隆南矿床；(f)国外典型的隐爆角砾岩构造特征，自智利Los Bronces-Río Blanco矿床(引自Hedenquist and Arribas，2017)；(g)我国西藏多龙矿集区拿若铜金矿隐爆角砾岩
火山通道内各类岩穹、岩钟、岩脉、岩墙，和火山根部的次火山岩/浅成侵入岩，往往是斑岩型、浅成低温热液型等岩浆热液型矿床成矿前元素富集的重要载体。此外，在岩浆超浅成侵位过程中，扩容减压作用导致挥发分在侵入体顶部不断聚集，当流体压力超过上覆静岩压力和岩石抗张强度之和时骤然释放，造成围岩或早期结晶侵入体发生隐蔽爆破而形成隐爆角砾岩，其中心往往是成矿最佳位置并常发生金富集(Bryner，1961；刘家远，1982；章增凤，1991；唐菊兴，1995)。隐爆角砾岩属陆相火山岩范畴，为在岩浆活动末期、富挥发分阶段形成的非层状陆相火山岩，发育于近地表0.5～3km范围内，直径多在几百米到几千米之间，平面上为圆、椭圆形、长条形，剖面上呈陡倾斜的筒状、斗状、蘑菇状，向深处逐渐尖灭(邱家骧，1985；薛怀民，2020)。隐爆角砾岩中心部位破碎强烈，角砾碎屑分布杂乱、大小不一，呈中小、边大，上小、下大的特征。
经初步统计，世界上90%以上的大型-特大型斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统受到隐爆作用影响，以智利Los Bronces-Río Blanco为典型代表，超过25Mt铜赋存在热液角砾岩中(图2f)。近年来，我国藏西北地区多个重要的斑岩成矿系统中均发现隐爆角砾岩，如拿若斑岩-隐爆角砾岩型矿床和芒拉高硫化浅成低温热液型矿床(图2b，g)。
此外，我国东部多个中生代陆相含油气断陷盆地或凹陷在湖盆汇水阶段伴随了强烈的火山喷发作用，水下火山沉积建造是这些盆地充填序列的重要组成。而部分陆相盆地中火山与成矿作用密切相关，如松辽陆相盆地于早白垩世发生火山活动水下爆发和沉积(单玄龙等，2023)，外围同期陆相火山岩中赋存着大量铜、钼、金、银、铅锌、锡等矿床(贾大成等，2001；武广等，2014)。长江中下游一带的早白垩世陆相火山岩盆地同样赋存了巨量铁铜金属物质，以产出著名的“玢岩铁矿”矿床组合为其重要特征(周涛发等，2011；毛景文等，2012；张雪辉等，2012)。
综上，矿床学研究和矿产勘查中，陆相火山作用强调火山喷出地表和与之相关的地下浅成侵入。地面以上火山喷发喷溢、地面以下浅成侵入和断陷湖盆内的火山活动均属陆相火山作用范畴，火山熔岩、火山碎屑岩、斑岩和隐爆角砾岩均是陆相火山岩区重要的赋矿围岩。
2 斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统
作为陆相火山岩地区重要的铜金来源，斑岩铜矿和浅成热液金矿同属岩浆热液成因，后者被认为是前者在浅部的表现，一般赋存于火山熔岩-碎屑岩中，二者常共同构成斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统(Sillitoe，1973，2010；Hedenquist and Lowenstern，1994)。隐爆角砾岩在斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统中常见，在深部的斑岩体系中受超静岩水力压裂作用形成，在浅成低温热液系统中则由自封闭和流体沸腾作用产生(Dilles and John，2021)。本文对该系统中矿床分布规律、矿体空间关系和矿化蚀变结构等方面重点进行了总结。
2.1 矿床分布规律
斑岩型铜矿与高硫化浅成低温热液型金矿在空间上相伴产出的现象，在二十世纪七、八十年代就受到了部分学者的重点关注(Sillitoe，1973，1983，1989)。随后，Hedenquist and Lowenstern (1994)通过对西南太平洋岛弧带中陆相火山岩区斑岩铜矿与浅成低温热液金矿的细致研究，提出了斑岩-浅成低温热液型矿床综合成矿模型，包括下部的斑岩型铜矿，上部的高硫化浅成低温热液型金矿以及外围的低硫化浅成低温热液型金银铅锌多金属矿床。其中最典型的实例为西南太平洋岛弧带菲律宾吕宋岛Mankayan矿集区，在面积不到25km2的新生代陆相火山岩区内，集中产出了多个斑岩型铜金矿床和中、高硫化浅成低温热液型金矿床。这些矿床集中在2～3Myr形成，深部为Far Southeast、Guinaoang斑岩型Cu-Au矿床，中深部为Victoria、Teresa中硫化浅成低温热液型Au-Ag矿床，浅部则发育Lepanto高硫化浅成低温热液型Cu-Au矿床，共同构成一个统一的斑岩-浅成低温热液成矿系统(Hedenquist et al.，1998；Chang et al.，2011)。
类似成矿系统还发育在环太平洋成矿带智利、秘鲁、阿根廷、我国东北及福建，特提斯成矿带的希腊、保加利亚、伊朗、土耳其和我国西藏，以及中亚成矿带我国新疆北、我国东北等古-中-新陆相火山岩区，可见全球绝大多数斑岩-浅成低温热液型铜金成矿与陆相火山作用有关(图3)。
图3 全球主要斑岩-浅成低温热液型铜金矿床/矿集区(底图据Sillitoe，2010；Hartmann and Moosdorf，2012；Richards，2013)
2.2 矿体空间关系
在斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统中，以高硫化浅成低温热液金矿与斑岩铜矿床的时空联系最为紧密。其中高级泥化蚀变通常位于与斑岩铜矿化有关的钾硅酸盐化带或绢云母-绿泥石化带上方数百至数千米的部位(Tosdal and Dilles，2020)。如菲律宾Lepanto-Far Southeast矿床，受制于不整合面的几何形状和岩性单元渗透性差异(Chang et al.，2011)，Lepanto高硫化浅成低温热液铜金矿化发育于浅部高级泥化蚀变带，而深部斑岩铜矿化则与斑岩蚀变体系有关，两个矿化端在垂向上相距近百米(图4，Hedenquist et al.，1998)。类似矿床实例还包括秘鲁北部的Yanacocha-kupfertal (Harvey et al.，1999)、伊朗西北部的Masjed Daghi (Imamalipour and Mousavi，2018；Ebrahimi et al.，2021)、美国亚利桑那州的Red Mountain (Lecumberri-Sanchez et al.，2013)以及我国福建紫金山及其东南方向深部的隐伏斑岩矿床(Pan et al.，2018)等。
图4 菲律宾吕宋岛Lepanto-Far Southeast斑岩-高硫化浅成低温热液型铜金矿床剖面图(据Hedenquist et al.，1998)
然而，斑岩型铜矿化与浅成低温热液型金矿化之间通常界线不明显，在一些矿区两种矿化系统在空间上彼此套合叠加，共同构成斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统(Sillitoe，2000)。如阿根廷-智利交界处的Filo del Sol矿床，高级泥化蚀变直接叠加于钾硅酸盐化蚀变之上(图5)，后者被前者强烈改造，大量的黄铜矿-黄铁矿等矿物被高硫态的铜硫化物-铜砷硫盐矿物所交代，深部斑岩铜矿化和浅部高硫化浅成低温热液铜金矿化在空间上套叠(Perelló et al.，2023)。类似叠加现象在巴布亚新几内亚Wafi-Golpu (Rinne et al.，2018)、阿根廷Agua Rica(Landtwing et al.，2002)和Alter (Maydagán et al.，2015)、智利的Chuquicamata (Ossandón et al.，2001)和中国西藏铁格隆南(Yang et al.，2020)等矿床中也有报道。相比之下，中-低硫化成矿作用与斑岩矿化之间发生套合叠加的矿床实例则较少见。
图5 阿根廷-智利交界处File de Sol斑岩-高硫化浅成低温热液型铜金矿床平面图和剖面图(据Perelló et al.，2023)
初步的统计结果表明，全球重要的斑岩、浅成热液型矿床中与隐爆角砾岩有关的矿床数量大于95%，或多或少发育隐爆角砾岩，部分矿床甚至以隐爆角砾岩型矿体为主，如Los Bronces-Río Blanco矿床(图6)，该矿床发育富电气石、富黑云母等多种岩浆-热液角砾岩。但也有部分矿床矿化与热液角砾岩无关，如Chuquicamata矿床(Ossandón et al.，2001)。
图6 智利Rio Blanco-Los Bronces斑岩铜矿床剖面图(据Irarrazaval et al.，2010)
2.3 矿化蚀变结构
斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统中斑岩铜矿一般形成于地下1～5km，高硫化浅成低温热液金矿形成于近地表0～2km(Hedenquist et al.，1998；Sillitoe，2010)，属同一岩浆-热液成矿系统的不同端元，分别代表了不同压力-温度-pH条件下的矿化蚀变体系(Sillitoe and Hedenquist，2005；马芳和蒋少涌，2005；祁进平等，2005；Dilles and John，2021)，最直接的证据来自金属硫化态和金属矿物组合特征随温度的变化过程(图7)(杨志明和侯增谦，2009；Wang et al.，2019；王瑞等，2021)。
图7 铁格隆南斑岩-高硫化浅成低温热液铜金成矿系统硫化态和相关元素演化相图(据Yang et al.，2022)
A→B→C：斑岩型矿化(A)到高硫化浅成低温热液型矿化(B)，再到中硫化型和低硫化型金属矿化(C)的演化路径. Cv-铜蓝；Dg-蓝辉铜矿；Py-黄铁矿；En-硫砷铜矿；Bn-斑铜矿；Fm-脆硫提锑铜矿；Hm-赤铁矿；Cp-黄铜矿；Stb-辉锑矿；Tt-黝铜矿；Tn-砷黝铜矿；Asp-毒砂；Po-磁黄铁矿；Lo-斜方砷铁矿
早期斑岩铜矿化以黄铜矿-斑铜矿-黄铁矿组合为特征，是斑岩成矿体系中典型的相对高温矿物组合(Proffett，2009；Sun et al.，2021；毛景文等，2014)。随着温度降低，金属矿物的硫化态逐渐升高(梁华英等，2018)，当岩浆体系达到一定深度(通常对应围压约100～300MPa，相当于10～15km深度)时，岩石力学行为从韧性流动转变为脆性破裂主导，流体所处的环境由静岩压力向静水压力转换，钾硅酸盐化蚀变及相关的铜金成矿作用随即发生(Sillitoe，2010；Richards and Mumin，2013；Li et al.，2018)。在早期斑岩铜金矿化阶段，常发育含子晶富液相包裹体和富气相包裹体共生的沸腾包裹体组合(卢焕章等，2004；谢玉玲等，2005；倪培等，2020)，这一时期发生的斑岩矿化中多见A、B型脉，少见EB型脉和M型脉体类型(杨志明和侯增谦，2009；冷成彪等，2020)。
随着温度压力条件继续降低，特别是浅部大气水的加入，成矿流体降温速率加快，由高温、高盐度流体向中低温、低盐度转化(倪培等，2020)，矿物的硫化态快速由高降低，依次形成铜蓝(极高硫化态)→蓝辉铜矿-斑铜矿-硫砷铜矿-黄铁矿组合(高硫化态)→赤铁矿+黄铁矿-黄铜矿-黝铜矿-砷黝铜矿(中硫化态)矿物组合。而向上运移过程中形成的强酸流体是形成明矾石和多孔状石英的重要原因，并为稍晚浅成低温热液金(铜)矿化提供容矿空间(Sillitoe，2000；Li et al.，2023)。
斑岩成矿过程中岩体内部常因流体聚集而发生隐爆，形成体积不大、但高度矿化的隐爆角砾岩型矿体(申萍等，2009)。因此，隐爆角砾岩矿化通常作为斑岩侵入体顶部的矿化类型，形成的矿物组合既可以见早期斑岩阶段的黄铜矿-斑铜矿组合，也可以见到后期高硫化的硫砷铜矿-砷黝铜矿组合，是斑岩环境向高硫化浅成低温热液环境转化的过渡类型。
3 讨论
3.1 陆相火山喷出作用对成矿的控制
板块俯冲或碰撞造山过程有关的斑岩-浅成低温热液成矿系统，常伴有大规模的火山喷发活动(刘嘉麒和郭正府，1998；周涛发等，2011)。大规模火山活动常需要较高的熔体通量和拉张应力主导的动力机制(Chiaradia and Caricchi，2022；Richards，2022)。然而，一般认为，岩浆挥发分的浓集是斑岩-浅成低温热液型铜金成矿的重要控制因素(Wilkinson，2013；Richards et al.，2018)，而火山喷发作用不利于挥发分的聚集 (Sillitoe，2010)，因此，多数学者认为强烈的火山喷发活动对斑岩-浅成低温热液型铜金矿床的形成具有抑制作用(图8a)(Pasteris，1996；Williams-Jones and Heinrich，2005；Sillitoe，2018；Richards et al.，2022)。这也是为什么绝大多数铜金成矿作用一般在大规模火山喷发活动之后的短暂静息期内发生(图8b)(Sillitoe，2010；周涛发等，2017)，如美国Bingham(Waite et al.，1997)和Yerington(Dilles and Wright，1988；Dilles and Gans，1995)、阿根廷Farallón Negro(Halter et al.，2004)、菲律宾Tampakan(Rohrlach et al.，2003)以及智利Yanacocha(Longo，2005)等。
图8 火山喷发对斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统的控制模式(据Romero et al.，2018；Chiaradia and Caricchi，2022修改)
不可否认的是，斑岩-浅成低温热液成矿系统往往与多旋回的火山活动紧密关联。如秘鲁北部Yanacocha铜金矿集区在～11Myr的岩浆期内，存在至少7个火山旋回，火山喷发活动贯穿整个成矿作用(Longo et al.，2010)；菲律宾Mankayan铜金矿集区至少存在4期火山活动(Chang et al.，2011)；印度尼西亚的Tombulilato铜金矿集区发育3期火山作用(Perelló，1994)；我国西藏多龙铜金矿集区也至少发育同成矿和成矿后明显两期火山岩(Li et al.，2016)。这暗示着火山喷发作用与斑岩-浅成低温热液成矿系统的关系并不能用单向或者说单一的演化模式来解释。
最近研究表明，受基性岩浆注入或构造体制转变等因素的影响(Richards，2003)，斑岩-浅成低温热液铜金成矿与火山喷发活动可能在极短的周期内发生快速转换(Nadeau et al.，2016；Buret et al.，2017)。岩浆-热液系统顶部斑岩成矿系统的先存结构在多旋回的火山喷发活动中将不可避免的被改变或破坏(图8c)(Sillitoe and Bonham，1984)。例如，Minami et al.(2016)在日本Ontake火山喷发物中发现了大量铜金矿化蚀变岩石碎屑，暗示深部铜金矿体被后期的火山喷发事件破坏。此外，随着深部动力学机制的转变(如板片持续俯冲、俯冲板片后撤)，火山活动的中心位置将随之发生前进或者后退。此时，相对成矿中心后置或前置的火山喷发事件可能并不会破坏先存热液系统，反而可能将先前形成的成矿系统掩埋，避免遭受进一步的剥蚀(图8d)，例如我国西藏铁格隆南铜金矿床(Song et al.，2018)。此外，在构造挤压等因素的影响下，即使较高的熔体输送速率也不会导致大规模的火山喷发，这种失败的火山喷发事件将诱导巨量的岩浆在下地壳岩浆房内演化，从而可能形成超大型斑岩成矿系统(Chiaradia and Caricchi，2022)(图8e)。
3.2 岩浆热液隐爆作用对成矿的影响
Sillitoe(2010)将斑岩-浅成低温热液成矿系统中发育的角砾岩分为三类，即岩浆热液型(I)、火山蒸汽喷发型(II)和蒸汽喷发岩浆型(III)。李真真等(2014)识别出岔路口钼-铅锌矿床中发育岩浆角砾岩和热液角砾岩，并根据其角砾类型、基质、胶结物和结构差异，将热液角砾岩分为4个亚相。整体来讲，I型岩浆热液型主要发育于斑岩系统深部或者边缘，大部分与矿化有关；II型火山蒸汽喷发型发育于斑岩系统深部、边缘以及浅成低温系统的岩帽或者地表，前者多形成于成矿后，后者多形成于成矿期；III型蒸汽喷发岩浆型多发育在跨越斑岩和浅成低温系统的火山喷发通道以及地表的低平小火山口，多形成于成矿前或者成矿后。以上形成的角砾均与火山活动有关，造成围岩破碎和混合，改变围岩结构和成分，为成矿提供了赋矿空间和运矿通道或成为破矿构造，本文将其统称为火山作用角砾岩。
国内学者对斑岩成矿系统中角砾岩的研究更多集中于隐爆角砾岩(Bryner，1961；刘家远，1982；章增凤，1991；唐菊兴，1995；李生元和马小兵，1999)。隐爆角砾岩的出现反映了斑岩系统成矿过程中强烈的水岩反应和气液活动，与Sillitoe(2010)在斑岩成矿系统中I类岩浆热液型和III类蒸气喷发岩浆型角砾岩更为相似。作为火山作用角砾岩的重要部分，隐爆角砾岩因其多阶段、多旋回等重要特点显著区别于其他角砾岩，本文将主要对其进行总结和描述。
隐爆作用的多阶段性不仅导致隐爆角砾岩系统由下到上逐渐推进而增大规模，形成角砾岩筒，此外早期形成的斑岩-浅成低温热液矿化体局部可能在多期次的隐爆过程中被破坏改造(图9a，Sillitoe and Bonham，1984；Sillitoe，2010；Davies et al.，2008)，如智利EI Tenient斑岩型铜矿床早期强烈蚀变的岩石在后期Braden隐爆事件几乎被完全破坏，部分早期斑岩铜矿化体也支解在岩石碎片中(Howell and Molloy，1960)。我国西藏多龙矿集区的拿若斑岩-隐爆角砾岩型铜矿床(图9b、c)，由于强烈的隆升剥蚀作用，仅保留了隐爆角砾岩筒根部的结构，现存结构中第二次隐爆作用是主要的成矿阶段，早期隐爆作用的成矿物质可能被推至远端而被剥蚀(李发桥，2022)。然而，这种破坏作用是相对的，如果早期破坏的成矿物质之后经历再活化过程，可能在隐爆作用的远端区进一步富集，从而形成更高品位的矿体(Sillitoe，2010)；或由于早期大规模角砾岩的形成，为后期强烈的成矿作用提供了足够的流体通道和赋矿空间，如Los Bronces-Río Blanco矿床(Irarrazaval et al.，2010)。
图9 传统岩浆热液角砾结构及典型矿床角砾岩特征
(a)为传统岩浆-热液角砾岩筒(据Sillitoe，2010)；(b)为西藏拿若斑岩铜金矿隐爆角砾岩型矿化体模式图(据李发桥，2022修改)；(c)为拿若矿床典型隐爆角砾岩样品，具可拼接性、角砾支撑，角砾成分主要为花岗闪长斑岩和砂岩，胶结物主要为岩粉、岩屑等；(d、e)为芒拉高硫化浅成低温热液铜金银矿隐爆角砾岩成矿模式图，角砾成分为凝灰岩，胶结物成分主要为岩屑，发育强烈的硅化，岩屑主要为凝灰岩，两者均发育强烈的硅化蚀变和铜金矿化
对金矿而言，几乎所有隐爆角砾岩矿石均具有快速沉淀特征，经历多次隐爆过程，反复隐爆叠加的部位是构成富矿体的最佳部位。如阿希金矿有四次隐爆角砾岩化，与成矿有关的主要为第一、二次，特别是在第二次角砾岩化过程中，快速堆积了大量烟灰色石英和黄铁矿胶结物，角砾状矿石金品位最高(唐菊兴，1995)。又如西藏珠勒-芒拉地区新发现的高硫化型浅成低温热液型铜金成矿系统，顶部地表发育褐铁矿化的隐爆角砾岩，发育了铜金等矿化特征(图9d，e)。综上，陆相火山岩区热液隐爆角砾岩是寻找斑岩成矿系统重要的找矿标志。
3.3 陆相火山岩区斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统的保存
汇聚板块边缘具有典型的挤压型环境，与地壳相对运动和地壳增厚有关(陈衍景等，2008)。随着区域隆升幅度的增加，其剥蚀作用越强，剥蚀量越大(刘文浩等，2012；刘学龙等，2015；Li et al.，2023)。因此，斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统，尤其是上部的高硫化浅成低温热液金矿体极易被剥蚀，难以保存。
尽管在经典的斑岩成矿系统模式中，火山活动在岩浆-热液成矿中的作用仍不十分清楚(Richards，2003)，但越来越多的矿床实例表明，火山喷发形成的大面积火山岩覆盖可能是部分斑岩-浅成低温热液成矿系统得以保存至今的重要条件之一。如美国亚利桑那州集中产出的12个晚白垩世-古新世(75～55Ma)斑岩型铜矿床，其保存与古近纪晚期-新近纪早期(35～15Ma)的火山-沉积序列的埋藏作用有关。此外，该地区中侏罗世(～170Ma) Bisbee斑岩型铜矿床成矿后又先后被白垩纪Glance砾岩层和古近纪晚期火山岩层所覆盖(Livingston et al.，1968)。阿根廷Josemaría斑岩型Cu-Au矿床形成于中安第斯山脉中新世快速隆升时期(25～24.5Ma)，成矿后陆源碎屑沉积物和火山岩层的快速覆盖(～22Ma)有效增强了矿床在剧烈隆升过程中的抗侵蚀能力(Sillitoe et al.，2019)。蒙古国的Oyu Tolgoi斑岩型Cu-Au矿床形成于晚古生代(～372Ma)，成矿后不久即被剥露至地表，然而，英安岩层(～370Ma)的快速埋藏作用阻止了矿床在随后漫长的地史时期中被剥蚀殆尽(Wainwright et al.，2017)。在隆升强烈的青藏高原，我国西藏多龙斑岩-浅成低温热液型铜金矿集区内的浅成低温热液型铜金矿化体可能已被大量剥蚀，但在火山岩覆盖地区仍保存有浅成低温热液矿化的证据(图10)。类似矿床实例还包括菲律宾的Boyongan 和Bayugo (Braxton et al.，2009，2012)，美国的Resolution (Cooke et al.，2020)等。
图10 西藏多龙矿集区斑岩-浅成低温热液型铜金成矿作用示意图
尽管斑岩-浅成低温热液型铜金矿床在地史中大部分时期均有产出，但主要形成于新生代，主要原因在于斑岩-浅成低温热液成矿系统形成深度较浅，易被剥蚀(Kesler and Wilkinson，2009；John et al.，2010，2018)。国外智利、印度尼西亚以及伊朗地区包括Batu Hijau、El Teniente等超大型斑岩铜矿床的热演化历史，及国内包古图、普朗、玉龙、驱龙、朱诺、多不杂、德兴等超大型斑岩铜矿的隆升剥蚀历史研究(Li et al.，2014；Zhao et al.，2016；Leng et al.，2018；Sun et al.，2021；李光明等，2012；刘学龙等，2015)给出一种假设，即：大多数斑岩铜矿上部的浅成低温热液型矿体和/或火山岩已经被剥蚀殆尽。当然也存在斑岩铜矿因较浅的岩浆侵位深度未发育配套的浅部成矿系统的情况(倪培等，2020)。
3.4 陆相火山岩区斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统的套叠
斑岩成矿系统中不同矿化和蚀变常在空间上发生套合叠加(Telescoping)现象(Sillitoe，1994，1999，2010)。在矿床学研究中“Telescoping”常用于形容早期深部斑岩型矿化与晚期浅部浅成低温矿化的并置(juxtaposing)或叠加(overprinting)的成矿过程。早期研究认为，斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统的套合叠加作用，可能受控于古地表地热梯度的剧烈变化(Graton，1933)，随着研究的深入，区域构造快速隆升、火山机构崩塌以及岩浆-热液活动持续的时限等，均可能导致这一现象(Sillitoe，1994，2010；Yang and Cooke，2019；Tosdal and Dilles，2020)。
已有研究表明，区域构造快速隆升条件下，其剥蚀速率将明显增加，伴随古地下水位的逐渐下降，浅成低温热液矿化环境逐渐向深部斑岩型矿化流体环境靠近，最终导致套合叠加成矿(Sillitoe，1994)。例如，中安第斯成矿带晚渐新世-早中新世经历了强烈的隆升，在此期间，阿根廷Josemaría斑岩铜矿床隆升剥蚀速率达到～0.5km/Myr，导致高级泥化、绢英岩化、钾硅酸岩化三者依次套合叠加(Sillitoe et al.，2019)。Josemaría北东约20km的Filo del Sol矿床，同成矿时期隆升更加强烈，剥蚀速率达到1.0km/Myr，使深部钾硅酸盐化直接被高级泥化蚀变强烈改造(Perelló et al.，2023)。我国西藏冈底斯斑岩铜成矿带，成矿期间的隆升速率最高可大于2km/Myr(Copeland et al.，1987；Zhao et al.，2016；Yang and Cooke，2019)，导致该成矿带内许多斑岩矿床出现晚期绢云岩化蚀变叠加改造早期的钾化蚀变特征(孙祥等，2012)。此外，晚期造山过程与成矿事件可叠加在早期成矿事件之上，致使形成叠加成矿系统(郑有业等，2021)。相反，位于智利El Indio成矿带Pascua-Lama矿床，在矿床形成期间，区域构造体制由挤压转换为走滑(Giambiagi et al.，2017)，致使构造隆升速率明显减缓，矿床的套叠程度相应较小(Perelló et al.，2023)。
与区域构造隆升不同，火山机构坍塌可以瞬间破坏岩浆-热液系统顶部的大部分物质(Sillitoe，1994)，导致流体压力迅速降低并产生大规模的水力破裂和角砾岩化(Moyle et al.，1990)，渗透率的提高使得大气循环水大量进入深部斑岩型矿化环境，岩浆-热液流体逐渐被稀释，最终导致高温特征的斑岩型矿化转变为浅成低温热液型矿化(Sillitoe，1994)。例如，巴布亚新几内亚Ladolam矿床是一个典型的斑岩-低硫化浅成低温热液套合型铜金矿床(Carman，1994)，层状火山机构崩塌期间的快速减压导致海水大量渗入，高温岩浆流体随之向低温流体端元转化，导致早期代表斑岩矿化被晚期低硫化端元蚀变穿插套叠(Müller et al.，2002)。
岩浆-热液活动持续时间对斑岩-浅成低温热液矿床最终的几何形态和矿体蚀变矿化结构同样具有重要控制作用(Tosdal and Dilles，2020)。多期次岩浆-热液活动更有利于造成套合叠加，这可能与在漫长的岩浆-热液活动中，同成矿期的区域构造隆升、火山机构坍塌发生的概率更大有关(Landtwing et al.，2002)。此外，上升气液流体受到低渗透性岩石阻挡，可能也是套合型矿床形成的原因之一(Zhang et al.，2020；Perelló et al.，2023)。例如，印度尼西亚Onto矿床，整个矿体被不透水的安山岩覆盖，阻止了成矿气液的进一步上升，形成了高度套叠的矿体(Burrows et al.，2020)。
我国西藏铁格隆南矿床晚期高级泥化蚀变叠加改造早期的钾硅化、绢英岩化和青磐岩化蚀变(图11)，是一个典型的斑岩-高硫化浅成低温热液叠加型铜金矿床(李光明等，2015；林彬等，2018)。目前对该矿床中斑岩体系和浅成低温热液体系的叠加机制仍有不同解释，如Zhang et al.(2020)认为向上运移的气相流体在经过收缩和冷凝后形成酸性流体，该流体通过斑岩体系中的裂隙或脉系向下淋滤从而导致两个端元矿化的叠加。然而，Yang et al.(2020)对铁格隆南矿床蚀变矿化年龄的精细分析发现，斑岩体系与浅成低温热液体系在蚀变矿化时间上存在明显的间断(～3Myr)，这似乎很难用上述单一流体演化的模式来解释。宋扬等(2019)基于地球物理数据在铁格隆南矿区识别出多条逆冲推覆断层，鉴于断层年龄尚未厘定，该断层系统对矿化蚀变叠加过程是否产生了影响目前尚不清楚。
图11 我国西藏铁格隆南矿床高硫化浅成低温热液叠加斑岩成矿的蚀变与矿化特征(据林彬，2018)
Ccp-黄铜矿；Py-黄铁矿；Bn-斑铜矿；Mol-辉钼矿；Cv-铜蓝；Eng-硫砷铜矿；Dig-蓝铜矿；Ten-砷黝铜矿；Lim-褐铁矿
可见，斑岩型铜矿化蚀变和高硫化浅成低温热液型金矿化蚀变套合叠加成矿时有发生。虽然区域构造快速隆升、火山机构崩塌以及多期的岩浆-热液活动等因素均可触发矿床的套合叠加成矿，但其主导作用尚不清楚，斑岩-浅成低温热液型铜金套合叠加成矿的过程机制仍有待进一步查明。此外，斑岩铜矿床与浅成低温金矿床在同一矿田上共生的实例较少，往往在大区域上可共生产出，其原因值得深入分析。
4 结论
(1)陆相火山作用是火山喷出、浅成侵入和隐爆角砾作用的统称。在矿床学领域，地面以上火山喷发喷溢、地面以下浅成侵入作用范围和断陷湖盆内的火山活动均属陆相火山作用范畴。
(2)多旋回陆相火山活动中不同层位火山作用对大多数斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统具有重要的控制作用。陆相火山岩区中热液蚀变火山岩、斑岩和隐爆角砾岩是寻找该系统的重要岩石标志。
(3)斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统上部的高硫化浅成低温热液型金矿体易被剥蚀，陆相火山岩的覆盖是铜金矿床得以保存至今的重要条件之一。
(4)区域构造快速隆升、火山机构崩塌和多期次的岩浆-热液活动是引发斑岩型铜矿化蚀变和高硫化浅成低温热液型金矿化蚀变垂向套合叠加的重要控制因素。
以上对当前陆相火山岩区斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统的相关概念进行了总结，对成矿系统进行了梳理，探讨了几方面问题。受限于知识背景，未对陆相火山作用成因、深部岩浆过程、动力学背景和不同硫化态浅成低温热液成矿过程、作用机制等内容进行讨论。根据以上论述，陆相火山岩区斑岩-浅成低温热液型矿床的研究工作需要进一步加强。
致谢 新一轮找矿突破行动实施以来，央地企协调联动，产学研紧密结合，陆相火山岩区取得一批重要找矿发现为本文观点的形成提供了重要支撑。感谢紫金矿业集团、中铜矿产资源有限公司、中铜西藏有限公司、中国黄金西藏华泰龙矿业开发有限公司、西藏盛源矿业集团有限公司等矿业企业长期支持研究团队在陆相火山岩区开展铜金找矿研究工作。感谢南京大学倪培教授、中国科学院地质与地球物理研究所秦克章研究员、中国地质科学院矿产资源研究所林彬研究员的审稿把关。感谢《岩石学报》编辑部的辛苦付出和大力支持。