云南東川觀音山銅礦成礦模式及找礦方向

楊金富 莫向云 李 星 張榮偉

（云南省有色地質局地質勘查院，云南昆明650216）

觀音山銅礦位于滇中東川礦區落音礦帶，是近年來發現的沉積—變質—改造型銅礦床，將東川礦區原有的“四層樓”銅礦組合刷新為“五層樓”銅礦組合，“觀音山式”銅礦即為第四層成礦階段的產物［1-2］。礦區以落音背斜為界可分為東、西兩部分，東部盆地發育多個因民火山角礫巖為主的峰叢臺地，使得盆地內可接納沉積的范圍縮小，加之后期地殼長期抬升和近SN向斷裂的切割，東部地層普遍發生倒轉，使得大營盤組地層多被剝蝕；西部沉積盆地較為完整，故而含礦層位保存完整，是“觀音山式”銅礦的主要富集部位。東川礦田具有悠久的開采和研究歷史，前人分別從成礦地質背景、礦床成因、控礦因素等多方面展開了深入研究，成果多集中于濫泥坪、落雪、因民等發現較早的礦床［3-9］，針對觀音山銅礦的礦床成礦規律、礦床成因機制等方面仍缺乏系統認知。本研究以觀音山銅礦礦床地球化學特征、流體包裹體研究成果為基礎，對礦床成礦物質來源、成礦流體來源以及成礦構造背景進行探討，厘定成礦機理，并提出找礦方向，為礦區后續找礦勘查工作提供有益參考。

1 區域成礦地質背景

東川礦區位于昆陽裂谷系會理—東川坳拉槽東段，受控于寶臺廠—九龍斷裂、普渡河斷裂、小江斷裂及麻塘斷裂4條主干斷裂，與四棵樹—落雪—因民—九龍弧形構造帶共同控制著區內地層、構造及礦產的分布。區內以中元古界昆陽群出露最為廣泛，包含因民組、青龍山組、黑山組及青龍山組，共同組成裂谷盆地環境的沉積地層組，即“昆陽裂陷槽”［10-11］，局部地段出露震旦系地層。特殊的地質背景及構造環境，為成礦提供了有利條件，礦田經過40多年的地質勘查研究工作，目前已查明銅礦床（點）148個，不同的賦礦層位產出了不同成礦階段、不同成因的礦床（表1）。

2 礦床地質特征

觀音山銅礦嚴格受地層、巖性控制，礦化主要呈層狀、似層狀及透鏡狀產出，礦產產狀與地層產狀基本一致，主要賦存于大營盤組二段灰白色鈣泥質絹云板巖與黑色碳硅質板巖互層，夾多個薄層晶屑凝灰巖、凝灰質粉砂巖，在碳硅質、凝灰質板巖中，巖層發育大量細脈狀、星點狀黃鐵礦，局部見有黃銅礦、含銅黃鐵礦呈團斑狀分布，是“觀音山式”銅礦的主要賦存部位（圖1）。礦區銅礦化層自上而下可劃分為上、中、下3段，分別發育淺紅色鐵質板巖蓋層、赤鐵礦層及含錳褐鐵礦層。礦石中主要的金屬礦物為黃鐵礦、黃銅礦、赤鐵礦以及閃鋅礦，多見黃銅礦、黃鐵礦與石英共生，礦石組構多見微粒—集合體結構，拉長散點狀、細脈狀、浸染狀、條紋狀等構造，圍巖蝕變以硅化、碳酸鹽化為主。

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3 礦床地球化學特征

3.1 巖石地球特征

大營盤組不同層位及巖性的巖石化學成分分析結果見表 2［12-14］。分析表 2 可知：①Pt2d2中的 SiO2、Al2O3含量明顯高于Pt2d1，反映陸源淺水向深水的沉積環境變化過程；②據吳懋德等［12］對因民組角礫巖、因民組火山熔巖的分析成果并結合本研究測試數據，投影得到w（K2O）/w（K2O+Na2O）、w（Al2O3+SiO2）/w（CaO+MgO）坐標圖，可知大營盤組地層的巖性樣品中除碳硅質板巖外，其余均處于火山熔巖區與因民組粒序層區之間，可明顯劃出大營盤組板巖區；③碳硅質板巖中w（FeO）＞w（Fe2O3），與大多數巖漿巖成分特征并不一致，表現出非正常沉積巖類的巖石地球化學特征，主要是受巖層中火山物質的加入或受區域變質作用、火山作用影響所致；堿金屬中w（K2O）＜w（Na2O），與一般沉積巖特征并不吻合，表明沉積物中含鉀物質偏少，鈉質隨著大營盤組早期地殼快速沉降進入巖石，表現出“低鉀高鈉”的特征；④根據沉積巖中MgO含量的親海性及Al2O3含量的親陸性，可構建鎂鋁含量比值m（100×w（MgO）/w（Al2O3）），主要用于反映沉積環境中水體的鹽度特征，m值隨水體鹽度的增大而增大；⑤大營盤組地層總體屬于以海相沉積為特征的沉積產物，海水呈現淺→深→淺的交替變化過程，反映出了礦區地殼在大營盤時期內的升降活動軌跡。

3.2 硫同位素分析

觀音山銅礦產于黑色碎屑沉積建造中，銅礦體賦存于大營盤組二段黑色碳硅質板巖中，與地層產狀一致，在地殼快速沉降的過程中，早期含銅巖系（落雪組、因民組等）由于風化剝蝕，銅質被帶入沉積盆地沉積形成了礦床的初始礦源層。通常情況下，源自不同地質儲庫的硫同位素組成差別較大：隕石δ34S值集中于0附近變化；火山噴發攜帶的H2S或SO2的δ34S值為±10‰；前寒武紀海水硫酸鹽的δ34S值則多集中于16‰～18‰。本研究在鉆孔揭露的銅礦體中優選了5件樣品，并進行了硫同位素測試分析，結果見表3。分析表3可知：觀音山銅礦δ34S值為4.1‰～17.1‰，大部分樣品的δ34S值小于10‰，極差達13.0‰，均值為8.04‰，表明礦石中的硫為多源的，主要表現為巖漿硫的特征，個別黃鐵礦樣品的δ34S值明顯偏高（16‰～18‰），暗示其硫源混入了海水硫，與圖2所得結果吻合。

3.3 流體包裹體分析

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選用大營盤組碳硅質板巖中的石英為研究對象，精選出4件代表樣品，在詳細分析礦石樣品賦存部位及產出特征的基礎上，選取合適部位進行切片，厚度均控制在0.3～0.5 μm，以滿足顯微巖石學觀察及測溫要求。觀音山銅礦礦物流體包裹體特征分析（表4）表明：礦石中的石英流體包裹體形態相對簡單，常呈圓形、橢圓形產出，局部地段硫化物附近重結晶石英中包裹體形態清晰；包裹體體積細小，直徑多集中于2～10 μm，類型單一，多為氣液相包裹體，少數包裹體中可測得CO2。采用均一法測溫獲得的“觀音山式”銅礦的成礦溫度主要集中于182～238℃和 242～392 ℃，相應的成礦溶液鹽度 w（NaCl）為5.7%～13.2%和18.2%～25.4%，表明成礦流體主要來源為海水，其次為CO2、N2和NH4。綜上分析可知，觀音山銅礦的成礦階段可劃分為中—低溫中等鹽度的沉積成礦階段和后期中—高溫低—高鹽度的變質—改造—富集成礦階段，與鉆孔揭露的礦體礦石組構特征吻合。

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4 成礦要素及成礦模式

4.1 成礦要素

關于“觀音山式”銅礦成礦時代的探討，前人進行了大量研究，早在20世紀80年代，吳根耀等［15］對東川三風口下伏大營盤組硅質巖進行了Rb-Sr測年，得出的時限年齡為（966±28）Ma；邱華寧等［16］對大營盤組5件板巖樣品進行了Pb-Pb測年，得出的時限年齡為（1 258±70）Ma；晏建國等［2］通過40A～39Ar測年，得出含礦層大營盤組的同位素年齡為1 263～1 333 Ma，與前述研究成果吻合度較高。據此，可推測“觀音山式”銅礦的成礦時代總體屬中元古代晚期，與淌塘銅礦的形成時代十分接近。

觀音山銅礦及其臨近的淌塘銅礦的成礦地質背景均隸屬于康滇基底斷陷帶落雪基底隆起會理—東川拗拉槽，兩者在構造背景、含礦地層、巖性等成礦要素方面具有較好的對比性（表5）［17-19］。由表5可知：①兩者含礦巖系均為地殼快速沉降的還原環境中沉積的黑色沉積巖系；②礦體的產出形態及礦石礦物組分相似度較高，礦石結構均以變晶結構為主，礦石構造主要為浸染狀、團塊狀，圍巖蝕變多發育黃鐵礦化、硅化及碳酸鹽化；③“淌塘式”銅礦上覆于“滿銀溝式”鐵礦的含鐵凝灰千枚巖中，與“觀音山式”銅礦“上銅下鐵”的礦化組合特征完全一致，在東川—會理成礦域上具有廣大的區域性特征［20-21］。總體上，礦床經歷了沉積成礦與后期構造2個地質演化過程：早期沉積形成的初始含礦層在大營盤時期受地殼抬升而成為陸地，經風化剝蝕搬運后，成礦物質在大營盤組沉積盆地的地殼快速震蕩式升降運動環境下，銅質得以聚合富集為初始“觀音山式”銅礦；在成礦后期，在地殼變動及區域變質作用的影響下，先期沉積的巖層被撕裂而形成裂紋、裂隙，銅質在構造及變質熱液的驅動下進一步遷移、富集，形成了現今的層狀及脈狀銅礦（化）體。

綜上所述，觀音山銅礦與淌塘銅礦同屬于中元古晚期（大營盤/淌塘中期）同一沉降盆地（老油房溝—基多向斜）不同部位的沉積—變質—改造型銅礦床。

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4.2 成礦模式

前人對于觀音山銅礦的成礦模式重點探討了圍巖蝕變分帶等問題，認為該礦床具有與世界上絕大多數火山成因的塊狀硫化物礦床極為相似的結構模型［23］。礦床中發育的網脈狀含銅方解石脈及部分角礫狀銅礦石反映出礦床在成礦后期受構造及區域變質作用的影響較大，致使早期形成的沉積銅礦層局部破裂形成一系列裂隙，在變質熱液或構造熱液的驅動下，礦化進一步富化為沿裂隙或層面充填形成的脈狀銅礦（圖3）。觀音山銅礦的成礦模式可概括為：①“觀音山式”銅礦床賦存于黑色與灰色互層的黑色巖系中，含礦地層平行層理發育，反映礦床處于地殼快速震蕩式沉降的淺海—半深海還原環境，形成半封閉的滯流海灣，銅質隨著風化剝蝕、構造活動等因素進入海水中，沉積環境由氧化向還原轉化，將沉積層位有機質中的SO42-轉化為S2-，銅質被海水中的碳泥質吸附并進一步聚合沉積，構成礦床內的初始散點狀、條紋—條帶狀礦體；②鉆孔揭露的觀音山礦床圍巖中w（Cu）為0.06%～0.15%，與淌塘銅礦圍巖中的Cu含量相近，為地殼元素豐度值（0.006 3%）的9.5～23.8倍，反映沉積原（母）巖中富含銅質成分，而在區內鈣泥質及鐵質沉積層位中未見礦化，表明地層中富含有機質的層位為Cu的沉淀、富集提供還原劑，大營盤組中、下段作為有利的固定還原層，控制著礦體的形成及產出；③礦床中發育的網狀含銅方解石脈及部分角礫狀銅礦石反映出礦床受后期改造作用明顯，銅礦化帶多局限于硅化帶內，且與硅化和黃鐵礦化關系密切，其在水平方向呈現出黃鐵礦化帶→黃鐵礦、黃銅礦混合礦化帶→赤鐵礦化帶的礦化分帶現象；④受后期地殼運動和區域變質作用的影響，巖層內層間裂隙/裂紋、滑動微變形帶等次生穿層裂隙發育，為后期構造熱液及變質熱液的運移及富集提供了有利通道及賦存空間，控制著脈狀礦體的產出。

5 找礦預測

5.1 成礦預測證據

（1）礦床嚴格受地層控制的成礦機制反映了“觀音山式”銅礦的形成不僅取決于巖相古地理環境，也與下伏銅礦床的規模及富集程度密切相關，觀音山銅礦床即上覆于“東川式”落因大型銅礦床背斜西翼。因此，“東川式”銅礦體外圍的大營盤組地層分布帶為尋找“觀音山式”銅礦床的最佳部位。

（2）東川地區大營盤組中的銅礦化總體可劃分為4個片區，銅礦化點/床主要分布于西部的帽殼山—觀音山—鍋底蕩及東部的老屋基—江西村—丫口村月一帶，以帽殼山—觀音山—鍋底蕩銅礦化帶規模最大、連續性最佳。此外，區內大營盤組西部沉積盆地向北延入四川后，于淌塘一帶發育中型銅礦床，反映大營盤組二段沿走向上的連續性，具有極好的找礦前景。

（3）Cu等量線沿大營盤期沉積盆地東緣呈帶狀高背景區分布，反映沉積盆地東緣Cu具有局部富集的態勢。

5.2 找礦靶區

根據區內大營盤期的特殊地層沉積環境，分別將大營盤期西部沉積盆地及東部沉積盆地劃分為I、II類成礦遠景區，根據成礦條件及地質控制程度，進一步將找礦靶區劃分為A、B、C 3個級別，進而優選出首/次選勘查區。其中：①首選勘查區為菜園子—觀音山銅礦找礦靶區（A1區），該區位于大營盤西部沉積盆地東緣，呈NW向寬緩帶狀展布，南北延伸6.5 km，東西寬1.5～2.4 km，探明面積為13.04 km2，“觀音山式”銅礦的含礦層位（大營盤組二段）礦化連續性好，找礦標志明顯，預測銅礦資源量達24萬t，找礦潛力良好，為礦床外圍及深部的首選找礦靶區；②次選勘查區為小營盤—鍋底蕩找礦靶區（B1）及茂麓—帽殼山找礦靶區（B2），分別位于大營盤期西部沉積盆地東南緣及北東緣，均出露大營盤組板巖及下伏青龍山組白云巖，其中B2靶區面積較大（9.13 km2），B1區面積相對較小（3.25 km2），兩者均具備“觀音山式”銅礦的基本找礦標志，預測銅資源量分別達到19.40萬t和6.68萬t。

6 結語

詳細分析了觀音山銅礦礦床地質特征及地球化學特征，并對成礦模式進行了討論，將成礦階段劃分為中—低溫中鹽度的沉積成礦階段以及中—高溫低—高鹽度的變質—改造—富集成礦階段。在上述分析的基礎上，通過進行成礦預測，圈定了菜園子—觀音山（首選勘查區）、茂麓—帽殼山及小營盤—鍋底蕩（次選勘查區）等找礦靶區，各區找礦潛力良好，值得進一步開展工作。