四川省九龍縣中咀銅礦礦化蝕變帶中的黑云母成分特征及地質意義

王昌南，唐高林，潘曉東

（四川里伍銅業股份有限公司，四川 甘孜 626200）

中咀銅礦位于四川省甘孜藏族自治州九龍縣境內，大地構造位置地處松潘–甘孜造山帶東南緣的江浪穹窿核部（圖1）。通過成都地質調查中心在2006-2017年開展的預查、普查、詳查和勘探工作，中咀銅礦累計查明銅金屬資源量已達中型規模（超過10萬噸）。由于中咀與江浪穹窿核部的其他銅礦床（例如里伍和黑牛洞）具有相似的地質特征和高的Cu品位，被統稱為里伍式富銅礦床[1，2]。然而，學者迄今對這些礦床的形成機制還存在較大分歧，代表性觀點包括火山–沉積改造成礦說[3]、中–高溫熱液交代成礦說[4，5]及變形–變質成礦說[6]。

野外地質調查與探礦工程表明，里伍式富銅礦床（勘查找礦工作中稱為里伍礦田，主要包括里伍銅礦、中咀銅礦、黑牛洞銅礦）的銅礦體均產于礦化蝕變帶之中，其成礦過程與黑云母蝕變密切相關[1，2]。根據前人的結果，按照成因類型可以把黑云母分為巖漿型和熱液型[7，8]，巖漿型形成于巖漿結晶過程，熱液型形成于熱液蝕變過程[1]，兩者具有明顯產狀差異[7，8]。黑云母作為中咀銅礦礦化蝕變帶巖石中的最主要的造巖礦物的一種，在形成時的深度、溫度、氧逸度和壓力等因素控制其礦物化學成分[8，9]。然而，當前研究普遍聚焦于巖漿黑云母對巖漿演化過程的反映，但對其他類型的黑云母（例如熱液新生黑云母和重結晶黑云母）關注較少[8]。因此，本文結合前人相關成果的基礎上，通過電子探針成分分析的方法分析中咀銅礦礦化蝕變帶巖石中的蝕變黑云母，探討其成因類型、形成時的地球物理、地球化學條件和在中咀銅礦勘查找礦工作中的地質意義。

1 區域地質

中咀銅礦位于江郎穹隆（里伍礦田）北西翼，大地構造背景屬巨大的倒三角形狀松潘–甘孜造山帶，該造山帶西側以金沙江縫合帶為界與青藏高原毗鄰，東緣以龍門山斷裂帶為界與揚子陸塊相連，北部以阿尼瑪卿–勉略縫合帶為界與華北克拉通相鄰（圖1a）[10]。該造山帶受控于印支期古特提斯造山作用[11]。

江浪穹窿由核部至翼部地層分別為：

（1）中元古代里伍巖群是一套中元古代的變質火山–沉積巖組合，巖性主要為石英巖、云母石英片巖夾少量變基性火山巖[6]，里伍礦田的銅礦體主要產出于里伍巖群。

（2）奧陶紀江浪巖組，巖性為含礫石英巖夾石英片巖、千枚巖[6]。

（3）志留紀甲壩巖組沿穹隆周緣呈環狀分布，為一套變硅質巖、碳質板巖夾變基性火山巖組合[6]。

（4）二疊紀烏拉溪組出露于穹隆外緣，與甲壩巖組呈滑脫斷層接觸，巖性為大理巖夾少量變基性火山巖和超基性巖[6]。

（5）三疊紀西康群與烏拉溪組為韌性剪切帶接觸，以復理石陸源碎屑巖夾碳酸鹽巖為主[6]。

部分學者認為江浪穹窿屬于變質核雜巖，包括前寒武紀堆垛層、古生代褶疊層和三疊紀西康群板巖帶，發育環狀拆離斷裂帶[6]。區域巖漿巖主要為燕山期花崗巖，穹窿北側出露文家坪花崗巖體（圖1b），鋯石206Pb/238U加權平均年齡為164.6Ma±0.9 Ma[12]，此外有少量中–新元古代、二疊紀基性火山巖[6]。

圖1 江浪穹窿大地構造位置及區域地質圖

2 礦床地質

里伍礦田中咀銅礦位于江浪穹窿北西翼（圖1b），出露地層為中元古代里伍巖群及少量第四系[13]。里伍巖群已發生強烈變形，巖石中順層掩臥褶皺和無根褶皺十分發育。順層剪切作用形成了規模不一的韌性剪切帶，是控制礦體產出的主要構造，大致沿S1片理順層剪切而成，厚數毫米至數十米[13]。這些韌性剪切帶和熱液蝕變帶的分布范圍一致，形成了與成礦關系密切的韌性剪切熱液蝕變帶（圖2），其厚度變化極大，蝕變類型主要包括黑云母化，其次為電氣石化、絹云母化、硅化、綠泥石化等[13]。

巖漿巖主要為呈（似）層狀夾于里伍巖群變碎屑巖中的變基性火山巖，地表部分延伸可達300 m。巖性包括黑云綠泥透閃巖和（斜長）角閃片巖等，普遍具柱粒狀變晶結構，塊狀、片狀構造，礦物成分以閃石類為主[1，2]。

主礦體Z1-1呈（似）層狀產于礦化蝕變帶之中（圖2），走向延伸超過3 km[13]。礦石礦物含量由高到低依次為磁黃鐵礦和黃銅礦、閃鋅礦、黃鐵礦、方鉛礦；脈石礦物以石英（最多）、黑（絹）云母和綠泥石為主，少量石榴石、電氣石、角閃石、長石等。礦石結構主要包括他形粒狀結構、片狀變晶結構和交代殘余結構等；礦石構造以致密塊狀和條帶–浸染狀構造為主，少量為網脈狀和團塊狀構造[13]。

圖2 中咀銅礦12勘探線剖面圖

3 樣品采集與測試

本次采集了中咀銅礦礦化帶中4件蝕變巖樣品，樣號編號分別為ZZY-12、ZZY-16、ZZY-18和ZZY-19（表1），探針片切制工作在河北省區域地質礦產調查研究所實驗室完成。鏡下觀察表明，中咀銅礦與成礦關系密切的黑云母多呈條帶狀沿片理分布，鏡下鑒定普遍為紅棕色，多數呈板片狀，具有一組極完全解理，未見絹云母化和綠泥石化（圖3），與江郎穹隆內里伍銅礦的黑云母特征及其相似[1]。

圖3 中咀銅礦礦化蝕變帶中的黑云母鏡下特征

黑云母電子探針分析由核工業北京地質研究院分析測試研究中心完成。檢測及計算結果見表1。

4 分析結果

中咀銅礦礦化蝕變帶中的黑云母化學成分非常均一，與里伍礦田里伍銅礦極其相似，主要由最高的SiO2（含量36.42%～34.60%，平均35.49%）、TiO2（含量1.89%～1.00%，平均1.35%）、Al2O3（含量20.72%～18.88%，平均19.95%）、FeO（含量21.78%～17.05%，平均19.34%）、MgO（含量10.97%～8.44%，平均9.66%）、K2O（含量9.43%～8.48%%，平均9.01%）組成，其中MnO、Na2O、CaO和Cr2O3含量均低于1%（表1）。

根據計算結果表明，中咀銅礦礦化蝕變帶中的蝕變黑云母 陽 離 子 以Si最 高（含 量5.45～5.25，平 均5.34）、Fe2+（含 量2.47～1.78，平均2.10）、Mg（含量2.44～1.93，平均2.17）、K（含量1.83～1.62，平均1.73）、AlIV（含量2.75～2.55，平均2.66）和AlVI（含量1.03-0.71，平均0.88）為主，其他元素Ti、Fe3+、Mn、Ca、Na等陽離子數均較少（表1）。通過哈克圖解顯示Mg-Fe2+、Mg-K陽離子數具有明顯的負相關關系（圖4），三者可能存在類質同象，與同為江浪穹窿內里伍銅礦黑云母特征極為相似[1]。

圖4 （a）Mg-Fe2+二元圖解；（b）Mg-K二元圖解

5 討論

5.1 后期地質作用的影響

中咀銅礦礦化蝕變帶巖石中的蝕變黑云母所含的Fe/(Fe+Mg)值變化幅度較小，介于0.59～0.48（表1），說明黑云母屬于原生黑云母[14]。本次獲得的CaO含量均低于0.02%（表1），具有貧Ca或者無Ca特征，巖漿期后熱液變質引起的綠泥石化和絹云母化蝕變對黑云母影響較小，當為原生成因[15]。另外，Fe3+-Fe2+-Mg分類圖解[16]同樣顯示本次研究的黑云母屬于原生成因（圖5）。上述結果表明，可以利用黑云母的化學成分來約束其成因類型、反演形成時的物理化學條件。

圖5 Fe3+-Fe2+-Mg分類圖解，底圖據文獻[16]

表1 中咀礦區黑云母電子探針分析結果

5.2 黑云母的成因類型

參考前人建立的分類方案[17，18]，中咀銅礦礦化蝕變帶中黑云母屬于鎂–鐵質黑云母（圖6a）或鎂–鐵葉云母（圖6b），礦物化學特征上富鎂和鐵。

圖6 （a）Mg-(Fe3++AlVI+Ti)-(Fe2++Mn)投圖，底圖據文獻[17]；（b）Fe/(Fe+Mg)-AlIV投圖，底圖據文獻[18]

黑云母按照成因通常分為熱液黑云母和巖漿黑云母，兩者在巖相學上具有明顯不同的產狀[8]。鏡下觀察結果顯示，中咀銅礦礦化蝕變帶中的黑云母與上述二者的特征均不完全吻合（圖3）。為此，筆者參考前人的三角分類圖（10TiO2-FeO*-MgO（FeO*=FeO+MnO））區分是否為巖漿型、重結晶型和熱液型[19]。通過數據投圖顯示，本次取樣分析的黑云母全部落入重結晶型的區域（圖7），證明中咀銅礦礦化蝕變帶中黑云母應該為重結晶型[19]。

圖7 10*TiO2-(FeO+MnO)-MgO分類圖解，底圖據文獻[19]

5.3 形成時的物理化學條件

已有研究表明，通過分析黑云母的化學成分能夠界定其形成時的地球物理和地球化學條件，中咀銅礦礦化蝕變帶巖石中的蝕變黑云母最可能形成的地球物理化學條件為重結晶作用所反映[20]。依據前人建立的黑云母的全鋁含量與其形成的壓力的聯系[22]，依據公式：P（kbar）=3.03×Al-6.53（±0.33），其中Al表示扣除22個氧原子計算出黑云母中的陽離子數。計算得出結晶壓力為4.68kbar～3.65 kbar，平均4.20 kbar（表1）。本次通過P=ρgH進行換算結晶深度，其中ρ= 2700 kg/m3，g= 9.8 m/s2，計算獲得結晶深度為17.69km～13.80 km，平均深度為15.86 km（表1）。通過對比分析，該深度與里伍巖群廣泛發育韌性剪切變形的地質事實[1，2，6]完全吻合。

根據Fe3+-Fe2+-Mg圖解，本次取樣樣品主要落在Ni-NiO緩沖線附近（圖8a），表明具有較低的氧逸度條件[9]。由于Ti元素含量對溫度十分敏感，依據前人利用Ti含量計算黑云母形成溫度的經驗公式：T={[ln(Ti)-a-c*(Mg/(Mg +Fe))3]/b}0.333，其中a=-2.359，b=4.6482×10-9，c=-1.7283[21]。得出中咀銅礦礦化蝕變帶中的黑云母的結晶溫度為589-399 ℃，平均505 °C（表1），表明其形成于中高溫環境。另外，根據Mg/(Mg+Fe)-Ti圖解顯示，黑云母落點均位于600～500 ℃范圍內（圖8b）[21]，與Ti元素計算結果一致，與江浪穹隆內里伍銅礦巖石中的黑云母形成溫度一致[1]。

5.4 地質意義

依據前人的研究成果，部分學者認為江浪穹窿存在一期與～164 Ma花崗質巖漿活動[12]相關的熱液礦化事件，并進一步提出里伍式富銅礦床屬于后生的熱液型礦床[5]。通過本次研究，中咀銅礦礦化蝕變帶巖石中的蝕變黑云母為原生鎂–鐵質黑云母（圖6），最有可能是原生黑云母遭受了重結晶改造所形成（圖7），與鄒文等對里伍銅礦礦化蝕變帶中的黑云母形成物理化學條件一致[1]。綜上所述，本文支持里伍式富銅礦床為變形–變質成礦[6]的觀點，認為江浪穹窿核部的銅礦化事件與成穹過程中的變形–變質作用密切相關。

圖8 （a）Fe3+-Fe2+-Mg圖解，底圖據文獻[9]；（b）Mg/(Mg+Fe)-Ti圖解，底圖據文獻[21]

6 結論

（1）中咀銅礦礦化蝕變帶中的黑云母為原生的鎂–鐵質黑云母或鎂–鐵葉云母，應當是原生黑云母經過重結晶改造形成。

（2）中咀銅礦礦化蝕變帶中的黑云母形成于較大的壓力與深度、中高溫、低氧逸度條件，與里伍巖群廣泛發育韌性剪切變形的地質事實完全吻合。

（3）江浪穹窿核部里伍式富銅礦床（里伍礦田）的銅礦化事件與成穹過程中的變形–變質作用密切相關。