斑巖銅礦成因及沉淀機(jī)制研究進(jìn)展

鄧江龍

（中南冶金地質(zhì)研究所，湖北宜昌443003）

斑巖銅礦成因及沉淀機(jī)制研究進(jìn)展

鄧江龍*

（中南冶金地質(zhì)研究所，湖北宜昌443003）

在時(shí)間上、空間上、成因上均與斑狀結(jié)構(gòu)的中酸性淺成或超淺成的小侵人體(花崗閃長(zhǎng)斑巖、石英二長(zhǎng)斑巖、石英斑巖)有關(guān)，并具有鉀、氫蝕變礦物暈和銅、鉬、銀、鉛、鋅、硫地球化學(xué)暈的巖漿期后中—高溫?zé)嵋盒纬傻募?xì)脈浸染型硫化物銅(鉬)礦床。蝕變分帶通常呈環(huán)帶狀繞含礦巖體分布，自內(nèi)而外，依次為鉀硅酸鹽化帶→石英—絹云母化帶→高級(jí)泥化帶。近年來(lái)關(guān)于其成因研究主要有巖漿熱液成因、洋殼重融成因和變質(zhì)巖漿成因等解釋。酸性巖漿中含鉀質(zhì)熔體的出熔反復(fù)循環(huán)繼而成礦時(shí)目前對(duì)于其沉淀機(jī)制的一致看法。最后提出了斑巖銅礦研究中地質(zhì)條件和過(guò)程，研究方法中存在的一些問(wèn)題。

斑巖銅礦；地質(zhì)特征；礦床成因；沉淀機(jī)制

1 概述

斑巖銅礦系統(tǒng)作為一種最重要的銅鉬和銅金礦床工業(yè)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(xué)上和經(jīng)濟(jì)上的重要性，幾十年來(lái)，人們一直對(duì)其傾注了巨大的熱情，并取得了很大的成績(jī)。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(dǎo)下的找礦實(shí)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(gè)階段：①20世紀(jì)70～80年代，注重于礦床特征、蝕變系統(tǒng)和礦床成因研究；②20世紀(jì)90年代，聚焦于成礦環(huán)境和構(gòu)造控制研究；③20世紀(jì)初，更加關(guān)注于成礦地球動(dòng)力學(xué)背景研究。最近十多年來(lái)，在斑巖型礦床的斑巖起源、熱液系統(tǒng)、成礦系統(tǒng)、構(gòu)造控制和動(dòng)力學(xué)背景等研究方面，均取得了很多的新認(rèn)識(shí)和新進(jìn)展，大大地拓展了人們對(duì)斑巖成礦系統(tǒng)的理解和認(rèn)知。

2 基本地質(zhì)特征

斑巖銅礦，最早是20世紀(jì)初，其原意是指產(chǎn)于強(qiáng)烈絹云母和石英化中酸性斑巖里的細(xì)脈浸染型銅礦。它是指在時(shí)間上、空間上、成因上均與斑狀結(jié)構(gòu)的中酸性淺成或超淺成的小侵人體(花崗閃長(zhǎng)斑巖、石英二長(zhǎng)斑巖、石英斑巖)有關(guān)，并具有鉀、氫蝕變礦物暈和銅、鉬、銀、鉛、鋅、硫地球化學(xué)暈的巖漿期后中—高溫?zé)嵋盒纬傻募?xì)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(guī)模大、埋藏淺、易開(kāi)采而成為最主要的銅礦床類型。斑巖巖體產(chǎn)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(jié)構(gòu)，常碎裂不完整；基質(zhì)為隱晶或細(xì)粒結(jié)構(gòu)。斑巖體常具被動(dòng)就位特點(diǎn)，有時(shí)為多次脈動(dòng)侵入的復(fù)式巖體(幕式)，與圍巖侵入接觸關(guān)系清楚，巖體最上部常為同時(shí)代的層狀安山巖和英安巖；就位深度一般為2～6km，有時(shí)更深[4-5]。

斑巖銅礦系統(tǒng)的分布主要受板塊構(gòu)造控制，主要產(chǎn)于大洋板片俯沖產(chǎn)生的島弧和陸緣弧環(huán)境。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，90%以上的斑巖銅礦集中分布在板塊構(gòu)造的斂合帶上，洋殼俯沖帶靠大陸板塊一側(cè)，在空間上、時(shí)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(guān)[6]。

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

不論產(chǎn)出于弧造山環(huán)境還是形成于碰撞造山環(huán)境，斑巖銅礦均發(fā)育類似的熱液蝕變系統(tǒng)和典型的蝕變分帶。蝕變系統(tǒng)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(jí)泥化，蝕變分帶通常呈環(huán)帶狀繞含礦巖體分布，自內(nèi)而外，依次為鉀硅酸鹽化帶→石英—絹云母化帶→高級(jí)泥化帶[3,7-8]。鉀硅酸鹽化通常發(fā)育于斑巖體內(nèi)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(huán)繞其分布，主體產(chǎn)出于斑巖體邊部。高級(jí)泥化蝕變也可能出現(xiàn)較早，但延續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)，發(fā)育部位較高，疊加于前2個(gè)蝕變帶之上，主要發(fā)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(biāo)志。參見(jiàn)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?qū)W說(shuō)

關(guān)于斑巖銅礦的成因，眾說(shuō)紛紜，還沒(méi)有一個(gè)定論，目前大致有以下幾種。

3.1 巖漿熱液說(shuō)(正巖漿模式)

巖漿熱液說(shuō)是目前國(guó)內(nèi)外多數(shù)學(xué)者所認(rèn)同的學(xué)說(shuō)。以C.M.伯納姆、R.L.尼爾森及J.D.勞維爾為代表,他們認(rèn)為斑巖銅礦的礦質(zhì)、成礦熱液及其相伴生的中酸性巖體都是來(lái)自上地幔(或下地殼)。礦質(zhì)和成礦熱液是由中酸性巖漿在上侵過(guò)程及侵位后的結(jié)晶過(guò)程中,由于溫度、壓力等物理化學(xué)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(zhì)事實(shí)(依據(jù))是∶①礦化體與中酸性(斑)巖體緊密共生,礦化呈細(xì)脈浸染狀產(chǎn)于巖體及其圍巖中,有的甚至整個(gè)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(chǎn)于深大斷裂附近,在空間上常呈帶狀分布,并與一定的構(gòu)造巖漿帶一致(古亞洲帶、古地中海帶及環(huán)太平洋帶);④礦化巖體的產(chǎn)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(gòu)造成礦模式(洋殼重熔成礦)

斑巖銅礦床的形成與板塊構(gòu)造、大地構(gòu)造單元以及深大斷裂存在密切關(guān)系,綜合其研究資料可以發(fā)現(xiàn)2個(gè)明顯特征;在時(shí)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(gòu)造的邊緣。這為分析斑巖銅礦床形成構(gòu)造背景提供了重要依據(jù)。

Sillitoe[11]首次采用斑巖銅礦床板塊成因模式來(lái)說(shuō)明板塊運(yùn)動(dòng)與斑巖銅礦床形成的關(guān)系。他認(rèn)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(jìn)入俯沖帶深部、并通過(guò)熔融作用進(jìn)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(shí)代上中、新生代和空間上板塊構(gòu)造邊緣的分布特征。Richards[12]提出了斑巖銅礦床的點(diǎn)熱源與板塊構(gòu)造成因模式。該觀點(diǎn)認(rèn)為地慢中異常高溫的熱點(diǎn)產(chǎn)生含礦斑巖巖漿，在巖漿形成與上侵過(guò)程中，板塊運(yùn)動(dòng)可以引起熱點(diǎn)與板塊相對(duì)位置發(fā)生變化,從而導(dǎo)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(shuō)的地質(zhì)事實(shí)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(huì)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(yuǎn)海頁(yè)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(yè)巖中含銅為323×10-6，含鉬為18×10-6，海底錳結(jié)核中含銅最高可達(dá)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(gòu)造對(duì)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(gòu)造單元及其火山—深成巖建造對(duì)斑巖銅礦床的成礦專屬性具有明顯的控制作用,而區(qū)域性的引張環(huán)境、深大斷裂和地下深部的熱點(diǎn)則直接制約著含礦斑巖巖漿的形成與侵位。

3.3 變質(zhì)巖漿成礦說(shuō)

斑巖銅礦也具層控的特點(diǎn)，它保留了原層狀銅礦的很多特征，如礦床在一定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)于一定時(shí)代地層一定的含Cu巖石建造中，礦體主要產(chǎn)于含Cu建造中2種巖相的過(guò)渡部位。礦床的產(chǎn)出還受巖相古地理（指含礦斑巖體賦存的最老圍巖時(shí)代的古地理）的控制，即礦床產(chǎn)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(diǎn)均產(chǎn)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(chǎn)出，產(chǎn)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(chǎn)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(jié)構(gòu);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(yè)巖層狀銅礦或含Cu砂頁(yè)巖，即斑巖銅礦是由砂頁(yè)巖層狀銅礦或含Cu的砂頁(yè)巖經(jīng)變巖漿作用而成。

陳文明[13]通過(guò)含礦斑巖體斑晶的流體包裹體及斑晶結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步研究得出的。他依據(jù)：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(qū)間主要為150℃～550℃結(jié)晶的溫度區(qū)間寬，明顯低于中酸性巖漿結(jié)晶的固相線；②巖體中的斑晶為具明顯熱液交代作用特點(diǎn)的変晶結(jié)構(gòu)。因此他認(rèn)為含礦斑巖體的形成不一定要經(jīng)過(guò)巖漿階段，含礦斑巖體也可以是熱液交代作用的產(chǎn)物，在他看來(lái)，熔融與熱液交代作用并非截然分開(kāi)，它是一種地質(zhì)熱事件的兩種表現(xiàn)，決定于熱事件的強(qiáng)度與規(guī)模（能量的大小），同時(shí)一個(gè)熱事件的不同階段可以有不同的表現(xiàn)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(jìn)入熱液交代作用階段。當(dāng)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(xiàn)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(jī)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(kāi)的。該過(guò)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(shí)還因H2O的大量加入，使得楔形地幔熔融產(chǎn)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(dǎo)致通常優(yōu)先向硫化物分配的Cu、Au等開(kāi)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(dǎo)致通常優(yōu)先向硫化物分配的Cu、Au等開(kāi)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(fā)礦床大規(guī)模蝕變與礦化的根源；成礦金屬與S均來(lái)自巖漿，與含礦斑巖可能具有相同的源區(qū)。

巖漿到熱液流體的轉(zhuǎn)換是能否形成大型斑巖銅礦的關(guān)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(jìn)入到成礦流體中，也不能形成具有經(jīng)濟(jì)意義的礦床。金屬元素如何進(jìn)人成礦流體中以及在巖漿—熱液轉(zhuǎn)換過(guò)程中，成礦元素在結(jié)晶相和流體相之間的分配問(wèn)題，都會(huì)制約金屬成礦作用的發(fā)生。通常認(rèn)為巖漿房的形成，是因?yàn)橥ㄟ^(guò)MASH過(guò)程產(chǎn)生的安山質(zhì)—英安質(zhì)巖漿的密度通常介于上地殼結(jié)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(guò)浮力作用繼續(xù)上侵，常堆積成池，形成巖漿房(Dilles，1987)。如深部巖漿供應(yīng)充足，則巖漿房會(huì)一直保持熔融，并不斷以巖株、巖枝形態(tài)向外擴(kuò)展。演化后期的富揮發(fā)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(zhǎng)英質(zhì)巖株或巖枝將會(huì)因上覆壓力減小而達(dá)到流體飽和；同時(shí)，深部的安山質(zhì)—英安質(zhì)巖漿房也會(huì)因?yàn)檫@些巖株或巖枝上侵加速冷凝結(jié)晶，兩者都會(huì)導(dǎo)致巖漿流體的出溶。流體開(kāi)始從巖漿中出溶時(shí)常以較小的氣泡形式出現(xiàn)，這些富流體的巖漿常對(duì)流上升至巖漿房或巖株頂部；因巖漿的上升，必然導(dǎo)致壓力的相應(yīng)降低，這些小的氣泡則不斷擴(kuò)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(huì)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(jìn)而向外殼繼續(xù)釋放新的流體和熱，如此循環(huán)，直至巖漿完全固結(jié)[9，14-15]。

圖2 斑巖銅礦成礦機(jī)制(修改自文獻(xiàn)[5，16])

5 存在的問(wèn)題

斑巖銅礦成因存在著許多問(wèn)題，一方面是由于有些地質(zhì)過(guò)程和地質(zhì)條件，如巖漿的起源問(wèn)題等，一時(shí)還難以提出確鑿的證據(jù)；另一方面是在研究方法上，在側(cè)重面上還存在一些有待改進(jìn)的地方。主要表現(xiàn)在：

（1）野外地質(zhì)觀察與室內(nèi)深入研究有脫節(jié)現(xiàn)象。掌握大量地質(zhì)素材的野外地質(zhì)人員不是限于理論水平低，就是限于綜合研究時(shí)間短促，無(wú)暇仔細(xì)探討遇到的地質(zhì)問(wèn)題，只好套用“流行性”的理論敷衍了事。為了套用“理論”有時(shí)不惜犧牲見(jiàn)到的可靠的地質(zhì)現(xiàn)象。不少人都是在用同樣的方式和方法作了大量重復(fù)工作量，而對(duì)在成礦遇到的關(guān)鍵問(wèn)題卻很少在野外找證據(jù)予以論證。

（2）未能采用構(gòu)造演化觀點(diǎn)貫穿全部成礦過(guò)程，而是對(duì)復(fù)雜的多期次的疊加改造人為地簡(jiǎn)化和歪曲。研究礦床如同研究區(qū)域地質(zhì)一樣，只有時(shí)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(chǔ)地質(zhì)研究上面，對(duì)于可能提供成礦主要信息的礦區(qū)地層、構(gòu)造、巖漿巖和近礦、遠(yuǎn)礦圍巖蝕變等，很少有人去進(jìn)一步揭示它們與成礦的具體聯(lián)系。礦床地質(zhì)工作本應(yīng)從礦體研究開(kāi)始經(jīng)過(guò)近礦圍巖向遠(yuǎn)礦圍巖、礦區(qū)和礦田逐步推開(kāi)，作一些較系統(tǒng)的工作，不宜舍近求遠(yuǎn)。而現(xiàn)在的研究工作幾乎是走了兩個(gè)極端，小可小到同位素、流體包裹體，大可大到太平洋板塊。結(jié)果，往往有些在礦區(qū)或礦田內(nèi)可望解決的問(wèn)題，如成巖成礦過(guò)程和物質(zhì)來(lái)源等，因?yàn)槿鄙傧到y(tǒng)研究資料，常常多年懸而未決或推到誰(shuí)也難以驗(yàn)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(xiàn)從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作。