青海省興?？h賽什塘銅礦床矽卡巖礦物學特征及地質意義

王　輝, 豐成友*, 李大新, 丁天柱, 王洪慶, 劉建楠, 周建厚

1)中國地質科學院礦產資源研究所, 北京 100037;　2)青海賽什塘銅業有限責任公司, 青海西寧 810003

青海省興海縣賽什塘銅礦床矽卡巖礦物學特征及地質意義

王輝1), 豐成友1)*, 李大新1), 丁天柱2), 王洪慶2), 劉建楠1), 周建厚1)

1)中國地質科學院礦產資源研究所, 北京 100037;2)青海賽什塘銅業有限責任公司, 青海西寧 810003

賽什塘銅礦位于東昆侖造山帶東端的鄂拉山地區, 是中國西部重要的矽卡巖型銅礦之一。矽卡巖形成于印支期石英閃長巖與中—下三疊統地層Tb21-2巖性段的接觸帶, 礦體主要呈似層狀、透鏡狀產于外接觸帶矽卡巖中。Tb21-2巖性段由中性火山巖、大理巖及變質粉砂巖構成, 其中變安山質凝灰巖及安山巖與銅礦化有著密切的空間關系。巖相學研究表明, 含銅矽卡巖的形成經歷了矽卡巖階段、退化蝕變階段、石英-硫化物階段及石英-碳酸鹽階段。矽卡巖階段形成石榴子石、輝石及硅灰石, 退化蝕變階段則形成綠簾石、角閃石及磁鐵礦, 石英-硫化物階段大量金屬硫化物發生沉淀。電子探針分析表明, 石榴子石與輝石礦物組分分別為Gro0.00～91.00And7.02～100.00(Pyr+Alm+Spe)0.00～4.27與Di12.80～98.08Hd2.41～79.80(Jo+Jd+Opx)0.00～13.47, 表明其屬于典型的鈣矽卡巖類。空間上, 靠近石英閃長巖與安山巖接觸帶處, 鈣鋁榴石和綠簾石更富集, 而向大理巖的一側以鈣鐵榴石為主, 并常見硅灰石及含Mn的鈣鐵輝石。礦物學特征及礦物成分的變化顯示: 從矽卡巖階段到石英-硫化物階段, 流體性質呈幕式的變化, 成礦流體至少經歷了2次氧化還原性質的轉變, 這種變化可能與成礦流體中大氣降水的不斷加入有關。賽什塘銅礦屬于矽卡巖型礦床, 以石英閃長巖為主的巖漿活動攜帶了大量的熱量及流體, 侵入到中—下三疊統地層中, 與圍巖地層發生物質交換的同時, 引起了大理巖、變質粉砂巖與中性火山巖之間的雙交代作用, 是導致矽卡巖和礦體形成的重要機制。

矽卡巖礦床; 礦物學; 成礦機制; 賽什塘銅礦; 鄂拉山; 青海

東昆侖構造巖漿巖帶是青藏高原東北部的一個典型的多旋回復合造山帶, 區內構造-巖漿活動頻繁, 成礦地質條件優越, 是中國三疊紀金屬礦產最重要的分布區之一(毛景文等, 2012; 豐成友等, 2012)。東昆侖多金屬成礦帶西起祁漫塔格向東延伸至鄂拉山一帶, 呈北西西向展布, 產出有賽什塘、銅峪溝、日龍溝、烏蘭烏珠爾、卡而卻卡、虎頭崖等多個大中型銅多金屬礦床, 是中國西部一條重要的多金屬成礦帶(豐成友等, 2004)。

賽什塘銅礦位于東昆侖構造巖漿巖帶東段的鄂拉山地區, 行政區隸屬于青海省海南藏族自治州興?？h。礦床自1955年發現以來, 開展了大量的找礦評價及科研工作, 銅資源儲量達中型規模。但隨著近年來采礦規模的不斷擴大, 礦山資源危機日益嚴重。賽什塘銅礦成礦地質條件十分復雜, 對礦床成因及成礦模式的認識存在較大的爭議, 20世紀70年代之前大多認為其屬于矽卡巖型(青海省第三地質隊, 1983), 80—90年代以“噴流沉積-改造型”(林德經, 1983; 李福東等, 1993; 宋治杰等, 1995)的觀點占主導地位, 近年來研究者又提出“熱水沉積+斑巖復合型”(李東生等, 2009)、“層控改造型、矽卡巖型和斑巖型三位一體”(朱谷昌等, 2010; 吳庭祥等, 2010)等觀點, 也有研究者對矽卡巖型的觀點進行了進一步的認識(辛天貴等, 2013)。礦區內侵入巖由同源演化的復式侵入體構成, 大致分為4個侵入階段, 產生多類中酸性侵入體, 其時代分布為205.7—248 Ma(邱風歧等, 1978; 秦杰, 2010; 劉建平等, 2012)。前人研究工作主要集中于礦床地質特征、礦床成因及成礦模式、成巖年代學等方面, 對礦區內廣泛出露的與成礦密切相關的矽卡巖研究則相對薄弱。

本文在詳細的野外地質工作和巖相學、礦相學研究的基礎上, 選擇矽卡巖礦物作為重點研究對象,對賽什塘銅礦矽卡巖礦物學特征進行了較系統的研究, 總結了成礦流體的演化, 并對礦床成因與成礦機制進行了初步探討, 以期為賽什塘銅礦的找礦勘查工作有所裨益。

東昆侖構造巖漿巖帶是中國大陸中央造山帶之秦祁昆褶皺系的一部分(殷鴻福等, 1998)。賽什塘銅礦位于東昆侖東段的鄂拉山地區的東南部, 東昆侖與西秦嶺的構造銜接轉換部位(圖1)。礦區出露中—下三疊統、古近紀—新近紀及第四系地層。中—下三疊統地層為一套變質沉積-火山巖巖石組合,分為3個巖性組。上巖組主要巖性為片巖; 中巖組包括三個巖性段, 上部為條帶狀大理巖、變凝灰巖, 中部為變凝灰巖、大理巖夾變質粉砂巖, 下部為變凝灰巖、變質粉砂巖; 下巖組巖性為變質粉砂巖、變凝灰巖夾大理巖透鏡體(圖1)。矽卡巖及礦體主要賦存于中巖組巖性段中。前人曾報道過在賽什塘銅礦區ZK2306鉆孔中發現了較厚的中酸性熔巖及火山碎屑巖(李東生等, 2009), 然而, 礦區內火山巖與銅礦化的關系卻沒有得到足夠的重視和研究。本次對賦礦層進行了詳細的研究, 發現其巖性主要為變安山質—英安質巖屑晶屑凝灰巖、大理巖夾變質粉砂巖, 及一定量互層產出的安山巖。靠近接觸帶的中性火山巖(變安山質凝灰巖及安山巖)中普遍發育矽卡巖化, 其與大理巖的層間接觸帶往往是礦體有利的賦存部位,與銅礦化關系密切。

賽什塘礦區內主體構造體系呈北西向(圖1),以褶皺構造為主, 其次為斷裂構造。雪青溝復式背斜位于礦區東側, 呈北西向延伸, 其西南翼次級的賽什塘背斜控制著礦區賦礦地層的展布。在褶皺形成過程中, 地層巖性的差異致使層間滑動及層間剝離構造十分發育, 為含礦熱液的流動及礦質沉淀提供了良好的空間。斷裂構造主要呈北西—北北西向、東西向, 規模較小。侵入巖主體出露于賽什塘背斜核部, 為同源巖漿演化形成的復式侵入體, 主體為石英閃長巖, 巖石具有細粒花崗結構, 局部過渡為似斑狀結構, 主要由斜長石(50％～55％)、鉀長石(5％～10％)、石英(15％～20％)、黑云母(10％～15％)及角閃石(5％～10％)組成, 副礦物為磷灰石、榍石、鋯石及磁鐵礦等。此外, 礦區內存在與石英閃長巖先后侵入的各類脈巖, 巖性包括閃長玢巖、石英閃長玢巖、斜長花崗斑巖、花崗斑巖及次流紋斑巖等, 構成中性→中酸性→酸性的演化系列(賴健清等, 2010)。石英閃長巖及脈巖的K-Ar、U-Pb、Rb-Sr年代學研究基本確定了成巖時代為晚三疊世, 為高鉀鈣堿性系列的I型花崗巖(邱風歧等, 1978; 劉建平等, 2012)。

圖1　賽什塘銅礦區地質略圖(據李領貴等, 2012修編)Fig. 1　Geological map of Saishitang copper deposit (modified after Li et al., 2012)

賽什塘礦區矽卡巖與礦體主要賦存于中—下三疊統Tb21-2巖性段中。該巖性段中性火山巖、大理巖及變質粉砂巖均有不同程度的矽卡巖化?？拷佑|帶石英閃長巖發生較強烈的綠泥石化和絹云母化,并可見細網脈狀的透輝石。剖面上(圖2), 從石英閃長巖向安山巖、大理巖一側, 可見綠泥石化安山巖→石榴子石輝石化安山巖→綠簾石石榴子石矽卡巖→輝石陽起石矽卡巖→輝石石榴子石矽卡巖→硅灰石石榴子石輝石矽卡巖→輝石化大理巖。

礦區目前共發現銅礦體116個, 鉛鋅礦體32個,硫礦體26個, 鐵礦體2個。礦體主要分布于賽什塘背斜西翼, 呈似層狀、透鏡狀、細脈狀產出, 礦體受地層層位控制, 但空間連續性較差, 個體多表現為不規則的囊狀(辛天貴等, 2013)。礦體總體走向北西, 傾向南西, 傾角20°～40°; 賽什塘背斜東翼礦體傾向北東, 傾角30°, 厚度一般為1～20 m, 最厚可達30 m, 銅品位一般為0.3％～2.7％。銅礦化多產于石榴子石矽卡巖中, 而鐵礦化與角閃石矽卡巖有關(圖2)。銅礦石類型主要為磁黃鐵礦-黃銅礦型與磁鐵礦-黃銅礦型。礦石以塊狀構造、浸染狀構造為主,少量為條帶狀構造。礦石礦物主要為黃銅礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦及磁鐵礦, 其次為閃鋅礦、方鉛礦、黝錫礦、毒砂及少量的斑銅礦、輝鉬礦、輝銅礦等。脈石礦物主要為各類矽卡巖礦物, 包括石榴子石、輝石、硅灰石、陽起石、綠簾石、綠泥石、絹云母、石英、方解石、石膏等。

賽什塘礦區各類矽卡巖礦物以及與其伴生的硫化物主要分布在外接觸帶矽卡巖中。從早到晚可劃分為4個演化階段, 矽卡巖階段主要形成石榴子石、輝石及硅灰石等無水硅酸鹽礦物; 退化蝕變階段產生綠簾石、角閃石(閃石類礦物)及大量的磁鐵礦, 交代早期形成的石榴子石、輝石; 石英-硫化物階段產生磁黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、斑銅礦、閃鋅礦、黝錫礦、方鉛礦、毒砂等硫化物及石英、綠泥石等, 是主要的礦化階段; 石英-碳酸鹽階段產生晚期石英-碳酸鹽脈及少量石膏, 伴生少量的硫化物, 各類矽卡巖礦物及硫化物生成順序見表1。

圖2　賽什塘銅礦床25線3250 m中段穿脈地質剖面圖Fig. 2　Geological section of exploratory line 25 in 3250 m level of Saishitang copper deposit

表1　賽什塘銅礦成礦階段及礦物生成順序Table 1　Metallogenic stages and mineral forming sequence of Saishitang copper deposit

1　矽卡巖礦物學

1.1分析方法

本次研究在對賽什塘礦區典型坑道及巖芯進行系統編錄和取樣的基礎上, 選擇代表性的巖礦石樣品磨制光薄片, 進行系統的鑒定, 挑選不同期次、種類和結構構造的矽卡巖礦物及硫化物進行電子探針分析, 進一步確定矽卡巖礦物的端元組分。分析測試工作在中國地質科學院礦產資源研究所進行, 所用儀器為JEOL-JXA8230型電子探針, 氧化物加速電壓為15 kV, 硫化物為20 kV, 束斑直徑為5 μm, 標樣采用天然礦物或國家標準合成金屬, 分析誤差小于0.01％。礦物陽離子數及端元組分使用CALCMIN軟件(Andreas, 2009)計算。

1.2矽卡巖礦物特征

石榴子石是賽什塘礦區最常見的矽卡巖礦物,主要分布于外帶, 多數呈暗紅色, 粗粒-中細粒, 半自形-自形結構。根據產狀及鏡下特征分為四類: I類石榴子石半自形-自形、中粗粒, 具有明顯的“核邊結構”, 可進一步分為兩種類型, 一類石榴子石核部成分均一, 邊部具有明顯的“振蕩環帶”, 石英與硫化物多沿著邊部環帶進行充填交代(圖3a),另一類石榴子石常被細粒輝石交代, 邊部具有弱非均質性、無明顯環帶(圖3b); II類石榴子石在各類矽卡巖及矽卡巖化的圍巖廣泛存在, 呈他形-半自形,中粗粒或呈集合體狀, 無明顯的分帶特征, 常被細粒硅灰石及輝石交代(圖3c); III類石榴子石為矽卡巖階段晚期呈脈狀的石榴子石(圖3d), 穿切早期形成的矽卡巖及圍巖地層。

代表性的石榴子石電子探針分析表明,賽什塘礦區石榴子石礦物組分為Gro0.00～91.00And7.02～100.00(Pyr+Alm+Spe)0.00～4.27, 屬于鈣鋁榴石-鈣鐵榴石系列, 鎂鋁榴石(Pyr)等其他端元組分均少于5％(圖4)。I類石榴子石核部到邊緣的成分變化較大, 第一類石榴子石核部成分為鈣鋁榴石, ω(Gro)為78.49％～86.47％, 而邊部轉變為鈣鐵榴石, ω(And)為76.88％～82.88％; 與此相反, 第二類石榴子石核部成分為鈣鐵榴石, ω(And)為83.91％～99.29％, 而邊部為鈣鋁榴石, ω(Gro)為82.02％～91％; II類石榴子石以鈣鋁榴石為主, 少部分為鈣鐵榴石, 但總體上成分變化較大, ω(Gro)為0％～86.46％, ω(And)為13.06％～100％。綠簾石石榴子石矽卡巖及矽卡巖化安山巖中石榴子石均為鈣鋁榴石, 代表了火山巖富Al的特點; III類晚期脈狀石榴子石屬鈣鋁榴石, ω(Gro)為81.02％～81.44％?？臻g上, 從侵入體向圍巖地層石榴子石的成分也有著明顯的變化, 靠近安山巖的位置以鈣鋁榴石為主, 而靠近大理巖的一側鈣鐵榴石逐漸增多。

圖3　賽什塘銅礦典型矽卡巖礦物顯微照片Fig. 3　Photomicrographs of typical skarn minerals from Saishitang copper deposita-“核邊結構”石榴子石, 核部為鈣鋁榴石, 邊部具有“振蕩環帶”屬鈣鐵榴石; b-“核邊結構”石榴子石, 核部為鈣鐵榴石, 邊部為鈣鋁榴石; c-鈣鋁榴石集合體被細粒硅灰石、鈣鐵輝石交代; d-脈狀鈣鋁榴石; e-“核邊結構”輝石, 核部為透輝石, 邊部為鈣鐵輝石; f-粗粒透輝石被晚期細粒鈣鐵輝石交代; g-粗粒硅灰石被鈣鐵輝石交代; h-綠簾石交代鈣鋁榴石; i-細鱗片狀陽起石交代鈣鐵輝石矽卡巖; Act-陽起石; And-鈣鐵榴石; Cal-方解石; Di-透輝石; Ep-綠簾石; Gro-鈣鋁榴石; Hd-鈣鐵輝石; Py-黃鐵礦; Qtz-石英; Sp-閃鋅礦; Wo-硅灰石a-Compositionally-zoned garnet consisting of grossularitic core and andraditic rim with “oscillation zonation”; b-Compositionally-zoned garnet with andraditic core and grossularitic rim; c-Grossular replaced by fine-grained wollastonite and hedenbergite; d-The vein of grossular; e-Compositionally-zoned pyroxene with diopsidic core and hedenbergitic rim; f-Coarse-grained diopside replaced by fine-grained hedenbergite; g-Coarse-grained wollastonite replaced by fine-grained hedenbergite; h-Grossular replaced by epidote; i-Hedenbergite skarn replaced by actinolite flakes; Act-actinolite; And-andradite; Cal-calcite; Di-diopside; Ep-Epidote; Gro-grossular; Hd-hedenbergite; Py-pyrite; Qtz-quartz; Sp-sphalerite; Wo-wollastonite

輝石在賽什塘礦區分布僅次于石榴子石, 呈淺綠色或灰黑色, 中粗粒-細粒結構。依據輝石產狀及鏡下特征, 至少可以識別出兩個世代。少部分輝石具有“核邊結構”(I類), 以中粗粒為主, 單偏光鏡下核部顏色為白色或黃白色, 邊部變為淡綠色(圖3e); 多數輝石不具有“核邊結構”(II類), 其中早期形成的輝石為中粗粒, 淡黃綠色, 干涉色為一級灰或一級黃, 晚期輝石一般呈半自形—自形粒狀或細粒集合體狀分布, 單偏光鏡下為無色, 干涉色可達二級藍綠或二級橙黃, 交代石榴子石、早期輝石及粗粒硅灰石等早期矽卡巖礦物(圖3f), 或在矽卡巖化的安山巖及變質粉砂巖中獨立出現; III類輝石呈細網脈狀產于蝕變石英閃長巖中。

圖4　賽什塘銅礦床石榴子石(a)、輝石(b)成分特征Fig. 4　Composition plots of garnets (a) and pyroxenes (b) from Saishitang copper depositAlm-鐵鋁榴石; Pyr-鎂鋁榴石; Spe-錳鋁榴石; Jo-錳鈣輝石; Jd-硬玉; Opx-斜方輝石; 其他礦物縮寫同圖3　Alm-almandine; Pyr-pyrope; Spe-spessartine; Jo-johannsenite; Jd-jadeite; Opx-orthopyroxene; other abbreviations as in Fig. 3

代表性的輝石電子探針分析表明,賽什塘礦區的輝石礦物組分為Di12.80～98.08Hd2.41～79.80(Jo+Jd+Opx)0.00～13.47, 屬于透輝石-鈣鐵輝石系列(圖4)。I類輝石核部成分為透輝石, ω(Di)為91.75％～98.08％, 向外過渡為鈣鐵輝石, ω(Hd)介于67.20％～67.97％; II類輝石中早期中粗粒的輝石成分以透輝石為主, 而普遍分布的細粒輝石多為鈣鐵輝石。矽卡巖化大理巖中輝石的MnO含量較高, ω(Jo)最高可達11.88％; 靠近接觸帶石英閃長巖中細網脈狀輝石(III類)為透輝石, ω(Di)為49.56％～82.17％。根據礦物結構特點和共生關系, 將輝石及與其共生的石榴子石演化關系歸納如下: 矽卡巖早期階段主要形成鈣鋁榴石, 中期階段產生鈣鋁榴石及透輝石組合, 晚期為鈣鋁榴石與鈣鐵輝石組合。

硅灰石是矽卡巖早階段的主要礦物, 代表了交代作用的前鋒, 主要見于靠近大理巖的矽卡巖中(CM25-10, CM25-11), 礦區內出露十分不均勻, 局部位置可見較純的硅灰石矽卡巖, 但寬度一般小于0.5 m。按照粒度可分為粗粒、細粒兩種類型, 見粗粒板狀硅灰石被鈣鐵輝石交代(圖3g)及細粒柱狀硅灰石交代石榴子石現象(圖3c)。

綠簾石是矽卡巖化火山巖中的常見蝕變產物,黃綠色—深綠色, 呈不規則的粒狀或集合體狀(圖3h), 多產于輝石石榴子石矽卡巖中, 呈細脈狀或粒狀交代鈣鋁榴石。其ω(SiO2)為37.09％～38.75％, ω(Al2O3)為24.38％～25.87％, 與典型的綠簾石成分相當。

角閃石(閃石類礦物)是賽什塘礦床退化蝕變階段的主要礦物, 分布較廣, 呈深綠—墨綠色, 形態為長柱狀、纖維狀或集合體狀, 交代石榴子石及輝石, 與磁鐵礦及硫化物常伴生(圖3i)。角閃石具有富鐵貧鎂的特點, ω(FeOT)為20.82％～34.88％, 屬于鈣角閃石類中的鐵角閃石和陽起石(圖5)。

圖5　賽什塘銅礦床角閃石分類(底圖據Leake et al., 1997)Fig. 5　Classification of amphiboles from Saishitang copper deposit (basemap after Leake et al., 1997)

2　討論

2.1矽卡巖類型及成礦流體演化

交代成因的矽卡巖按照礦物成分的不同可分為鈣質矽卡巖、鎂質矽卡巖、錳質矽卡巖以及堿質矽卡巖(Einaudi et al., 1982; 趙一鳴等, 1992, 2012)。賽什塘銅礦床矽卡巖礦物以石榴子石、輝石為主,其次為硅灰石、綠簾石、角閃石, 石榴子石屬于鈣鋁榴石-鈣鐵榴石系列, 輝石屬于透輝石-鈣鐵輝石系列, 表明矽卡巖屬于典型的鈣矽卡巖。

矽卡巖礦物的化學組成記錄了熱液流體演化的歷史, 石榴子石和輝石成分上的變化可以為成礦環境提供重要的信息, 如矽卡巖系統流體的循環與停滯的狀態、流體組成上的變化及氧化還原條件等(Crowe et al., 2001; Jamtveit, 1991; Clechenko et al., 2003)。賽什塘銅礦矽卡巖階段較早形成的石榴子石由核部向邊緣Al2O3與FeO含量變化較大, 核部為鈣鋁榴石, 且成分較均一, 表明其是在滲濾交代作用下緩慢結晶而形成的, 原巖礦物溶解對其成分影響較大; 晚期“振蕩環帶”成分為鈣鐵榴石, 指示了流體的快速流動狀態, 其生長過程中可能受到大氣降水流入的影響(Jamtveit et al., 1993, 1994)。

前人研究表明, 鈣鐵榴石和透輝石常形成于氧化環境, 而鈣鋁榴石和鈣鐵輝石則形成于還原環境(Kwak, 1994; 趙一鳴等, 1997; Misra, 2000)。氧化條件下形成的矽卡巖具有較高的Fe3+/Fe2+比值, 而還原條件下矽卡巖的Fe3+/Fe2+比值較低(Sato, 1980)。賽什塘銅礦矽卡巖階段早期主要為鈣鋁榴石, 中期產生鈣鋁榴石和透輝石組合, 晚期為鈣鋁榴石與鈣鐵輝石的組合, 反應了矽卡巖階段成礦流體經歷了還原到氧化, 再到還原的過程。隨著溫度的降低,從退化蝕變階段高氧化狀態的磁鐵礦和綠簾石的出現, 到石英-硫化物階段大量的硫化物的沉淀, 代表著成礦流體的氧化還原狀態再一次波動, 綠簾石和磁鐵礦(富Fe3+)一般形成于較氧化的環境中, 而大量的硫化物通常在富S2-的還原性環境中發生沉淀(Hezarkhami et al., 1999)。因此, 從矽卡巖階段到硫化物階段, 隨著溫度不斷降低及礦物的結晶, 流體性質呈幕式的變化, 成礦流體至少經歷了2次氧化還原性質的轉變, 這種變化可能與成礦流體中大氣降水的不斷加入有關。

2.2矽卡巖分帶及指示意義

矽卡巖分帶受形成深度、巖漿成分、巖漿流體出溶時間、巖漿及圍巖組成及氧化還原狀態等多種因素的控制, 一些礦床的矽卡巖可能無分帶, 或者多個分帶交錯共生(Chang et al., 2008)。賽什塘銅礦以外接觸帶矽卡巖為主, 由流體交代圍巖地層中的中性火山巖、大理巖及變質粉砂巖而形成, 在幾種巖性層的層間或裂隙處最為發育。圍巖成分上的復雜性導致矽卡巖的分帶性并不明顯, 但總體上從巖體、火山巖向大理巖一側, 石榴子石有從鈣鋁榴石向鈣鐵榴石轉變的趨勢, 中性火山巖中鈣鋁榴石、綠簾石含量高, 而硅灰石及含Mn的鈣鐵輝石僅見于大理巖一側。這種分帶特點與世界上典型的矽卡巖分帶模式一致(Meinert et al., 1992, 2005)。反應了流體由侵入體向圍巖運移過程中, 溫度逐漸降低,氧逸度逐漸升高的過程(Jamtveit et al., 1995)。

賽什塘銅礦石英-硫化物階段產生磁黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦, 黝錫礦、方鉛礦等硫化物組合, 硫化物S、Pb同位素研究證明了其與石英閃長巖的巖漿活動有關(李東生等, 2009)。石榴子石、透輝石及石英中流體包裹體的均一溫度、鹽度等與典型的矽卡巖型礦床成礦流體特征相似(何鵬等, 2013)。辛天貴等(2013)通過對含礦層形成的地質背景、礦體形態特征、礦體與巖體的關系等方面研究,否定了賽什塘銅礦噴流沉積成因的認識。上述證據充分表明賽什塘銅礦屬于矽卡巖型礦床。

2.3成礦機制

賽什塘礦區目前發現的銅礦體主要局限于中—下三疊統地層Tb21-2巖性段中, 礦體與變安山質凝灰巖或安山巖有著密切的空間關系。矽卡巖中石榴子石含量多于輝石, 且富Al的鈣鋁榴石的含量較高, 并含有一定量的綠簾石。由于Al在熱液流體中的溶解度較低, 因此多位于靠近侵入體一端(Tagirov et al., 2002), 鈣鋁榴石和綠簾石被認為是內帶矽卡巖的典型礦物(趙一鳴等, 2012)。然而, 賽什塘銅礦內帶矽卡巖不發育, 蝕變僅為細脈狀的透輝石化及綠泥石化、絹云母化, 暗示除石英閃長巖的影響外, 富Al的火山巖在矽卡巖的形成過程中也起了重要的作用。火山巖作為矽卡巖圍巖或圍巖中的夾層出現, 且偏中性或基性火山巖常與礦體有著密切的空間關系, 如距離賽什塘銅礦僅10 km的銅峪溝大型銅礦床(曾小華等, 2014)、東昆侖造山帶西部祁漫塔格地區的卡而卻卡銅礦床(李大新等, 2011)、虎頭崖銅多金屬礦床(豐成友等, 2011)、尕林格鐵礦床(于淼等, 2013)等矽卡巖型礦床均表現出類似的特點。

賽什塘背斜的形成使中—下三疊統地層的層間構造十分發育, 以石英閃長巖為主的印支晚期巖漿活動攜帶了大量的熱量及成礦流體, 侵入到中—下三疊統地層中, 流體在不同巖性層的層間及裂隙中流動, 與圍巖地層發生物質交換的同時, 引起大理巖、變質粉砂巖與中性火山巖之間的雙交代作用,大理巖與變質粉砂巖提供了矽卡巖形成所必需的Ca, 而中性火山巖提供了部分的成礦物質, 進而形成了大規模的矽卡巖與銅礦化。綜合分析賽什塘銅礦成礦地質條件, 本文認為圍巖地層中有利的巖性組合對礦體的形成有著重要的意義, 石英閃長巖外接觸帶的變安山質凝灰巖及安山巖可能會為賽什塘礦區及外圍的找礦工作提供新的線索和方向。

3　結論

1)賽什塘銅礦矽卡巖與礦體產于石英閃長巖與中—下三疊統地層巖性段的接觸帶中, 該巖性段由中性火山巖、大理巖及變質粉砂巖構成, 其中變安山質凝灰巖及安山巖與銅礦化有著密切的空間關系, 不同巖性層的層間位置是礦體的有利賦存部位。

2)賽什塘銅礦成礦階段包括矽卡巖階段、退化蝕變階段、石英-硫化物階段及石英-碳酸鹽階段。矽卡巖階段形成石榴子石、輝石及硅灰石, 退化蝕變階段則形成綠簾石、角閃石及磁鐵礦, 石英-硫化物階段大量金屬硫化物發生沉淀。石榴子石屬于鈣鋁榴石-鈣鐵榴石系列, 輝石屬于透輝石-鈣鐵輝石系列, 角閃石屬于鈣質角閃石類, 屬于典型的鈣矽卡巖。

3)石榴子石和輝石“核邊結構”發育, 從早至晚礦物組合為鈣鋁榴石→鈣鐵榴石+透輝石→鈣鋁榴石+鈣鐵輝石。從矽卡巖階段到硫化物階段, 流體性質呈幕式的變化, 成礦流體至少經歷了2次氧化還原性質的轉變, 這種變化可能與成礦流體中大氣降水的不斷加入有關。

4)賽什塘銅礦屬于矽卡巖型礦床。以石英閃長巖為主的印支晚期巖漿活動攜帶了大量的熱量及流體, 侵入到中—下三疊統地層中, 與圍巖地層發生物質交換的同時, 引起大理巖、變質粉砂巖與中性火山巖之間的雙交代作用, 大理巖和變質粉砂巖提供了矽卡巖形成所必需的Ca, 而中性火山巖提供了部分的成礦物質。

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Mineralogical Characteristics and Geological Significance of Skarn in the Saishitang Copper Deposit, Xinghai County, Qinghai Province

WANG Hui1), FENG Cheng-you1)*, LI Da-xin1), DING Tian-zhu2), WANG Hong-qing2), LIU Jian-nan1), ZHOU Jian-hou1)
1) Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037; 2) Qinghai Saishitang Copper Corporation Ltd., Xining, Qinghai 810003

The Saishitang copper deposit is an important skarn deposit located in the Southeast of Ngola Mountain Area, Eastern margin of East Kunlun orogenic belt. The skarn occurs along the contact between Indosinian quartz diorite and middle-lower Triassic Tb21-2lithologic section. The ore bodies which are stratoid or lenticular mainly occur in exoskarn. The Tb21-2lithologic section consists of intermediate volcanic rocks, marble and metamorphic siltstone. Cu mineralization is adjacent to the metamorphic andesitic tuff and andesite spatially. Petrography studies of Cu-bearing skarn show four stages of skarn formation and ore development, including skarn stage, retrograde alteration stage, quartz-sulfide stage and quartz-carbonate stage. Skarn stage consists of garnet, pyroxeneand wollastonite and retrograde alteration stage dominates by epidote, amphibole and magnetite. In quartz-sulfide stage a large amount of sulfides were precipitated. Electron microprobe analysis shows thatcomponents of garnet and pyroxene are Gro0.00～91.00And7.02～100.00(Pyr+Alm+Spe)0.00～4.27and Di12.80～91.75Hd2.41～79.80(Jo+Jd+Opx)0.00～13.47, respectively. The result indicates that the skarn in Saishitang deposit belongs to typical calcic skarn. High concentrations of grossular and epidote are found in skarns located closer to the contact between quartz diorite and andesite. Andradite is richer near the marble with wollastonite and Mn-bearing hedenbergite. Mineralogical characteristics and compositional variations suggest: from skarn stage to quartz-sulfide stage, the property of fluid changed episodically with two redox fluctuations at least, probably resulting from the influx of meteoric waters in ore-forming fluid. Saishitang copper deposit is a skarn deposit. The quartz diorite-dominated intrusions carrying plenty of heat and fluids intrude into middle-lower Triassic strata. The materials exchange between intrusions and wall rocks may be the mechanism of the development of skarn and ore bodies in Saishitang deposit, accompanying the bimetasomatism between marble and metamorphic siltstone and intermediate volcanic rocks.

skarn deposit; mineralogy; metallogenic mechanism; Saishitang copper deposit; Ngola Mountain; Qinghai Province

P618.41; P618.01

A

10.3975/cagsb.2015.03.06

本文由中國地質調查局地質調查項目(編號: 12120113093600)、中國地質調查局高層次地質人才培養計劃(編號: 201309)和青年地質英才計劃(編號: 201112)聯合資助。

2014-05-31; 改回日期: 2014-10-29。責任編輯: 張改俠。

王輝, 男, 1987年生。博士研究生。礦物學、巖石學、礦床學專業。Email: wang_hui2007@qq.com。

豐成友, 男, 1971年生。博士, 研究員, 博士生導師。主要從事礦床地質、地球化學研究。通訊地址: 100037, 北京市西城區百萬莊大街26號。E-mail: fengchy@cags.ac.cn。