斑巖銅礦成因及沉淀機制研究進展

鄧江龍

（中南冶金地質研究所，湖北宜昌443003）

斑巖銅礦成因及沉淀機制研究進展

鄧江龍*

（中南冶金地質研究所，湖北宜昌443003）

在時間上、空間上、成因上均與斑狀結構的中酸性淺成或超淺成的小侵人體(花崗閃長斑巖、石英二長斑巖、石英斑巖)有關，并具有鉀、氫蝕變礦物暈和銅、鉬、銀、鉛、鋅、硫地球化學暈的巖漿期后中—高溫熱液形成的細脈浸染型硫化物銅(鉬)礦床。蝕變分帶通常呈環帶狀繞含礦巖體分布，自內而外，依次為鉀硅酸鹽化帶→石英—絹云母化帶→高級泥化帶。近年來關于其成因研究主要有巖漿熱液成因、洋殼重融成因和變質巖漿成因等解釋。酸性巖漿中含鉀質熔體的出熔反復循環繼而成礦時目前對于其沉淀機制的一致看法。最后提出了斑巖銅礦研究中地質條件和過程，研究方法中存在的一些問題。

斑巖銅礦；地質特征；礦床成因；沉淀機制

1 概述

斑巖銅礦系統作為一種最重要的銅鉬和銅金礦床工業類型，目前提供了世界上約3/4的銅，1/2的鉬，1/5的金。鑒于斑巖型礦床在科學上和經濟上的重要性，幾十年來，人們一直對其傾注了巨大的熱情，并取得了很大的成績。以著名的島弧斑巖成礦模型為核心的成礦理論不斷完善，在其理論指導下的找礦實踐不斷取得重大突破。

斑巖型礦床的研究歷史可概略地分為3個階段：①20世紀70～80年代，注重于礦床特征、蝕變系統和礦床成因研究；②20世紀90年代，聚焦于成礦環境和構造控制研究；③20世紀初，更加關注于成礦地球動力學背景研究。最近十多年來，在斑巖型礦床的斑巖起源、熱液系統、成礦系統、構造控制和動力學背景等研究方面，均取得了很多的新認識和新進展，大大地拓展了人們對斑巖成礦系統的理解和認知。

2 基本地質特征

斑巖銅礦，最早是20世紀初，其原意是指產于強烈絹云母和石英化中酸性斑巖里的細脈浸染型銅礦。它是指在時間上、空間上、成因上均與斑狀結構的中酸性淺成或超淺成的小侵人體(花崗閃長斑巖、石英二長斑巖、石英斑巖)有關，并具有鉀、氫蝕變礦物暈和銅、鉬、銀、鉛、鋅、硫地球化學暈的巖漿期后中—高溫熱液形成的細脈浸染型硫化物銅(鉬)礦床[1-3]。斑巖銅礦盡管品位低，但礦化均勻，以其規模大、埋藏淺、易開采而成為最主要的銅礦床類型。斑巖巖體產狀多為巖株、巖鐘、巖枝和巖脈，地表出露面積多小1km2；具典型斑狀結構，常碎裂不完整；基質為隱晶或細粒結構。斑巖體常具被動就位特點，有時為多次脈動侵入的復式巖體(幕式)，與圍巖侵入接觸關系清楚，巖體最上部常為同時代的層狀安山巖和英安巖；就位深度一般為2～6km，有時更深[4-5]。

斑巖銅礦系統的分布主要受板塊構造控制，主要產于大洋板片俯沖產生的島弧和陸緣弧環境。據不完全統計，90%以上的斑巖銅礦集中分布在板塊構造的斂合帶上，洋殼俯沖帶靠大陸板塊一側，在空間上、時間上、成因上主要與鈣堿性系列淺成—超淺成相中—酸性斑狀侵入巖密切相關[6]。

斑巖銅礦系統具有明顯的分帶性和從聚性特征。斑巖銅礦系統在空間分布上表現出明顯的與造山帶平行的帶狀分布特征，同時，斑巖銅礦系統的各個組成部分常組成直徑約5～30km的礦集區或次級成礦帶，同樣，這些次級成礦帶常與巖漿活動或造山帶的展布特征一致。

不論產出于弧造山環境還是形成于碰撞造山環境，斑巖銅礦均發育類似的熱液蝕變系統和典型的蝕變分帶。蝕變系統一般包括早期的鉀硅酸鹽化，隨后的石英絹云母化和晚期的高級泥化，蝕變分帶通常呈環帶狀繞含礦巖體分布，自內而外，依次為鉀硅酸鹽化帶→石英—絹云母化帶→高級泥化帶[3,7-8]。鉀硅酸鹽化通常發育于斑巖體內部，呈面型分布。石英絹云母化通常疊加于鉀硅酸鹽化之上，并環繞其分布，主體產出于斑巖體邊部。高級泥化蝕變也可能出現較早，但延續時間很長，發育部位較高，疊加于前2個蝕變帶之上，主要發育在斑巖體頂部及其與圍巖接觸帶[9-10]。這種套合式的蝕變分帶為判斷斑巖體剝蝕程度和工程勘查提供了重要的指示性標志。參見圖1。

圖1 斑巖銅礦蝕變分帶模式（a）和斑巖型銅礦蝕變演化（b）[11]

3 不同的成因學說

關于斑巖銅礦的成因，眾說紛紜，還沒有一個定論，目前大致有以下幾種。

3.1 巖漿熱液說(正巖漿模式)

巖漿熱液說是目前國內外多數學者所認同的學說。以C.M.伯納姆、R.L.尼爾森及J.D.勞維爾為代表,他們認為斑巖銅礦的礦質、成礦熱液及其相伴生的中酸性巖體都是來自上地幔(或下地殼)。礦質和成礦熱液是由中酸性巖漿在上侵過程及侵位后的結晶過程中,由于溫度、壓力等物理化學條件的改變而析出,并在有利的部位富集成礦。提出該模式的主要地質事實(依據)是∶①礦化體與中酸性(斑)巖體緊密共生,礦化呈細脈浸染狀產于巖體及其圍巖中,有的甚至整個巖體礦化,且分布較均勻;②礦化體及周圍巖石具一定的熱液蝕變,并具有一定的分布;③礦床常產于深大斷裂附近,在空間上常呈帶狀分布,并與一定的構造巖漿帶一致(古亞洲帶、古地中海帶及環太平洋帶);④礦化巖體的產狀常與圍巖不一致;⑤同位素資料，如硫化物的34S值及容礦巖石的鍶同位素的初始比值(87Sr/86Sr),多接近于隕石與玄武巖。

3.2 板塊構造成礦模式(洋殼重熔成礦)

斑巖銅礦床的形成與板塊構造、大地構造單元以及深大斷裂存在密切關系,綜合其研究資料可以發現2個明顯特征;在時代上,斑巖銅礦床主要形成于中、新生代;在空間上,斑巖銅礦省常呈帶狀分布在褶皺帶或板塊構造的邊緣。這為分析斑巖銅礦床形成構造背景提供了重要依據。

Sillitoe[11]首次采用斑巖銅礦床板塊成因模式來說明板塊運動與斑巖銅礦床形成的關系。他認為洋殼俯沖使得富銅的洋殼和富含堿金屬的洋殼沉積物進入俯沖帶深部、并通過熔融作用進入斑巖巖漿而形成含礦斑巖巖漿。該模式可以解釋斑巖銅礦床在時代上中、新生代和空間上板塊構造邊緣的分布特征。Richards[12]提出了斑巖銅礦床的點熱源與板塊構造成因模式。該觀點認為地慢中異常高溫的熱點產生含礦斑巖巖漿，在巖漿形成與上侵過程中，板塊運動可以引起熱點與板塊相對位置發生變化,從而導致斑巖銅礦省呈帶狀分布。該模式較好地解釋了斑巖銅礦省呈帶狀分布特征以及較古老斑巖銅礦床的成因。提出該成礦假說的地質事實有∶①很多斑巖銅礦,特別是形成于中、新生代的斑巖銅礦主要分布在板塊的會聚邊界(俯沖消亡帶)上;②大洋殼中各層均富含金屬，如第一層(遠海頁巖)中的金屬含量一般都高于沉積巖中的金屬含量(在太平洋的某些頁巖中含銅為323×10-6，含鉬為18×10-6，海底錳結核中含銅最高可達2.5%);③斑巖銅礦常與鈣堿系列的火山巖伴生,而鈣堿系列火山巖被看作是幔源的。

板塊構造對全球斑巖銅礦床尤其是中、新生代斑巖銅礦床的形成具有重要影響,不同大地構造單元及其火山—深成巖建造對斑巖銅礦床的成礦專屬性具有明顯的控制作用,而區域性的引張環境、深大斷裂和地下深部的熱點則直接制約著含礦斑巖巖漿的形成與侵位。

3.3 變質巖漿成礦說

斑巖銅礦也具層控的特點，它保留了原層狀銅礦的很多特征，如礦床在一定區域內產于一定時代地層一定的含Cu巖石建造中，礦體主要產于含Cu建造中2種巖相的過渡部位。礦床的產出還受巖相古地理（指含礦斑巖體賦存的最老圍巖時代的古地理）的控制，即礦床產于含Cu古陸周圍沉積盆地的邊緣，如玉龍斑巖銅礦帶中的礦床、礦點均產于藏北滇西古陸東部昌都察隅古隆起與金沙江古隆起之間的昌都海灣西緣。很多斑巖銅礦中的含礦斑巖體及礦體均呈似層狀產出，產狀與圍巖一致，有的含礦斑巖體與圍巖斜交，但賦存其中的礦體及圍巖殘留體的產狀與圍巖一致(城門山、德興、八寶山、沙溪及封山洞等)。含礦斑巖體的各種斑晶具明顯的變晶結構;礦石中的成礦元素、微量元素與圍巖的一致性及某些礦床中的同位素、稀土元素組成均具殼源等特征，明確提出斑巖銅礦(至少一部分)的前身是外生砂頁巖層狀銅礦或含Cu砂頁巖，即斑巖銅礦是由砂頁巖層狀銅礦或含Cu的砂頁巖經變巖漿作用而成。

陳文明[13]通過含礦斑巖體斑晶的流體包裹體及斑晶結構的進一步研究得出的。他依據：①斑巖中得了流體包裹體具有沸騰特征，其均一溫度為150℃～550℃，證明斑巖體形成的溫度區間主要為150℃～550℃結晶的溫度區間寬，明顯低于中酸性巖漿結晶的固相線；②巖體中的斑晶為具明顯熱液交代作用特點的変晶結構。因此他認為含礦斑巖體的形成不一定要經過巖漿階段，含礦斑巖體也可以是熱液交代作用的產物，在他看來，熔融與熱液交代作用并非截然分開，它是一種地質熱事件的兩種表現，決定于熱事件的強度與規模（能量的大小），同時一個熱事件的不同階段可以有不同的表現形式，如深源熱流體的早期溫度較高（大于中酸性巖漿巖的固相線，可以使地殼巖石局部少量熔融，隨后（如與地殼中的水混合）溫度很快降至固相線以下而進入熱液交代作用階段。當然熱液流體也可以有多期性，因此交代和熔融在不同含礦巖體中存在不同的比例，且可能在以交代為主的某些斑巖體中出現少量的熔融包裹體。綜上所述，陳文明提出斑巖銅礦主要是由深源（地殼或下地殼）富堿（K、Ns）、硅的熱流體（或與地殼巖石中的裂隙水、地下水混合）交代或局部熔融上部地殼含Cu巖石而成。

4 斑巖銅礦金屬沉淀機制

研究表明鈣堿性巖漿通常具有很大的成礦潛力，這與大洋板片脫水是分不開的。該過程不僅把大量的水、硫、鹵素、金屬，以及親流體的大離子親石元素(LILE)輸送到地幔楔，同時還因H2O的大量加入，使得楔形地幔熔融產生的巖漿常具有較高的氧逸度[12]。高氧逸度條件下，S則主要以硫酸鹽的形式溶解于巖漿中(鹽度約1.5%)，從而導致通常優先向硫化物分配的Cu、Au等開始作為不相容元素向硅酸鹽熔漿中富集，這就是正常鈣堿性弧巖漿常含有較高的親銅元素(如cu、Au等)的原因。成礦金屬的深部富集是因巖漿高氧逸度所致，S以硫酸鹽溶解于巖漿中，從而導致通常優先向硫化物分配的Cu、Au等開始作為不相容元素向硅酸鹽熔漿富集。大型礦床，特別是超大型礦床下部通常存在巖漿房，巖漿房流體出溶是引發礦床大規模蝕變與礦化的根源；成礦金屬與S均來自巖漿，與含礦斑巖可能具有相同的源區。

巖漿到熱液流體的轉換是能否形成大型斑巖銅礦的關鍵，研究表明即使巖漿攜帶大量的金屬成礦元素，如果這些成礦元素不能進入到成礦流體中，也不能形成具有經濟意義的礦床。金屬元素如何進人成礦流體中以及在巖漿—熱液轉換過程中，成礦元素在結晶相和流體相之間的分配問題，都會制約金屬成礦作用的發生。通常認為巖漿房的形成，是因為通過MASH過程產生的安山質—英安質巖漿的密度通常介于上地殼結晶基底及其上蓋層巖石的密度之間，巖漿上升到此位置后很難再通過浮力作用繼續上侵，常堆積成池，形成巖漿房(Dilles，1987)。如深部巖漿供應充足，則巖漿房會一直保持熔融，并不斷以巖株、巖枝形態向外擴展。演化后期的富揮發分、低密度巖漿常淺成侵位，形成次火山巖(圖2)。流體出溶，淺成侵位的長英質巖株或巖枝將會因上覆壓力減小而達到流體飽和；同時，深部的安山質—英安質巖漿房也會因為這些巖株或巖枝上侵加速冷凝結晶，兩者都會導致巖漿流體的出溶。流體開始從巖漿中出溶時常以較小的氣泡形式出現，這些富流體的巖漿常對流上升至巖漿房或巖株頂部；因巖漿的上升，必然導致壓力的相應降低，這些小的氣泡則不斷擴大，并最終連在一起，形成流體的外殼。去氣后的高密度巖漿將會下沉，留下空間以便新鮮的、富流體的低密度巖漿再次注入，進而向外殼繼續釋放新的流體和熱，如此循環，直至巖漿完全固結[9，14-15]。

圖2 斑巖銅礦成礦機制(修改自文獻[5，16])

5 存在的問題

斑巖銅礦成因存在著許多問題，一方面是由于有些地質過程和地質條件，如巖漿的起源問題等，一時還難以提出確鑿的證據；另一方面是在研究方法上，在側重面上還存在一些有待改進的地方。主要表現在：

（1）野外地質觀察與室內深入研究有脫節現象。掌握大量地質素材的野外地質人員不是限于理論水平低，就是限于綜合研究時間短促，無暇仔細探討遇到的地質問題，只好套用“流行性”的理論敷衍了事。為了套用“理論”有時不惜犧牲見到的可靠的地質現象。不少人都是在用同樣的方式和方法作了大量重復工作量，而對在成礦遇到的關鍵問題卻很少在野外找證據予以論證。

（2）未能采用構造演化觀點貫穿全部成礦過程，而是對復雜的多期次的疊加改造人為地簡化和歪曲。研究礦床如同研究區域地質一樣，只有時間順序搞清后，才有可能探討控礦因素在成礦各階段中所起的具體作用。

（3）未能把成礦作用建筑在牢固的基礎地質研究上面，對于可能提供成礦主要信息的礦區地層、構造、巖漿巖和近礦、遠礦圍巖蝕變等，很少有人去進一步揭示它們與成礦的具體聯系。礦床地質工作本應從礦體研究開始經過近礦圍巖向遠礦圍巖、礦區和礦田逐步推開，作一些較系統的工作，不宜舍近求遠。而現在的研究工作幾乎是走了兩個極端，小可小到同位素、流體包裹體，大可大到太平洋板塊。結果，往往有些在礦區或礦田內可望解決的問題，如成巖成礦過程和物質來源等，因為缺少系統研究資料，常常多年懸而未決或推到誰也難以驗證的下地殼和上地幔。

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A

1004-5716(2015)11-0149-04

2014-11-08

鄧江龍（1988-），男（漢族），湖北宜昌人，助理工程師，現從事地質礦產勘查工作。