內蒙古扎蘭屯地區銅山組變質作用與成礦分析

馬雁飛，班宜紅

（河南省地質礦產勘查開發局第二地質勘查院，河南 鄭州 451464）

0 引言

古生界奧陶系中—下統銅山組，黑龍江省地質礦產局陳德森1981年創建于黑龍江省多寶山銅礦，地層區劃按《內蒙古自治區巖石地層》（1997）劃分，本區屬興安地層區、東烏珠穆沁旗-呼瑪地層分區。銅山組以海相沉積-火山地層為主，巖石普遍遭受淺變質作用，是內蒙古古生界具有代表性的地層系統。研究區銅山組位于扎蘭屯市西北，該區不僅是東烏珠穆沁旗-多寶山銅多金屬成礦帶的重要組成部分，而且也是研究古亞洲構造域早期構造演化的重要窗口，銅山組變質作用從華力西中期至燕山晚期，歷經區域變質、動力變質、接觸變質和氣-液變質，是區內形成銅、銀、鉛鋅、金、鉬等豐富的金屬礦產的關鍵因素之一（班宜紅等，2018①）。

研究區地理坐標為122°05′47″E～122°15′47″E和48°03′12″N～48°17′41″N，位于扎蘭屯西北約50 km阿木牛林場至巴林銅礦一帶。大地構造位置位于天山-興蒙造山系，大興安嶺弧盆系，南與錫林浩特巖漿弧接壤，東臨松遼斷陷盆地（楊巍然和楊森楠，1991），屬于扎蘭屯-多寶山島弧構造帶。扎蘭屯地區銅山組是扎蘭屯-多寶山島弧構造帶重要的組成部分，為擠壓-伸展型弧后殘余盆地中濱淺海相沉積-火山噴發活動的產物（尹國良等，2018），構造對區域變質作用起到了決定性作用，為成礦十分有利條件（李仰春等，2013）。

盡管學者對于銅山組研究成果較多，但對其變質作用的研究較少（李孝文等，2017）。本文作者在2014—2017年《內蒙古自治區呼倫貝爾市沃力嘎溝等四幅1∶5萬區域礦產地質調查》項目實施過程中，新發現的多處銅、銀、鉛鋅等多金屬礦點均產出在銅山組內，作者對扎蘭屯地區銅山組變質巖變質作用進行了詳細調查研究，試圖分析銅山組變質作用及成礦方面的意義，以期對東烏珠穆沁旗-多寶山銅多金屬成礦帶找礦突破提供基礎地質研究成果。

1 銅山組地質特征

扎蘭屯地區的銅山組主要分布于銅礦溝、二站溝、阿木牛林場、轉心湖一帶，呈孤島狀，為大小不等的捕虜體、殘留體，在平面上呈斷續的北東-南西向弧形展布，被后期巖體穿切、火山巖覆蓋或被構造改造，形態多呈不規則。露頭上可見塑性流變小褶皺、板理、片理、條帶狀構造等，其原始層理，接觸關系等多為后期構造、變質變形作用所改造和破壞。受熱液作用影響與巖體接觸帶外側發育明顯的角巖化、矽卡巖化，形成具工業價值的銅、鉛鋅礦床（圖1）。

圖1 研究區地質礦產略圖（據李仰春等，2013修改）

總體上銅山組巖性可分為三個巖性段：下部為（變）砂巖類和（變）泥質粉砂巖類互層產出；中部以板巖為主，夾（變）砂巖和（變）火山巖類，偶夾大理巖；上部為（變）火山巖和（變）砂巖類互層產出。銅山組典型地質剖面顯示地層變質變形較弱，其巖石類型以變泥質粉砂巖為主，中間夾有變中酸性熔巖石和透輝石等為主，板理及片理較發育。地層呈單斜產出，總體產狀以NWW或NW向傾，傾角40°～75°，局部又遭受了接觸-熱液變質作用的改造，矽卡巖化和角巖化作用明顯。變質礦物以絹云母、綠簾石、陽起石為主。銅山組頂底均與中侏羅世和晚石炭世二長花崗巖呈斷層接觸，未見頂底，控制厚度大于454.04 m。在該套巖石中見有同斜緊閉褶皺和塑性流變小褶皺，反映早期變形的特點（劉成龍等，2020）。此外在該套地層中多發育硅化、綠簾石化、碳酸鹽化、褐鐵礦化、黃鐵礦化、孔雀石化、粘土化和方鉛礦化蝕變等，尤其銅礦溝和木頭垛溝一帶，蝕變礦化極強烈，主要表現為硅化、褐鐵礦化和黃鐵礦化，局部地段見方鉛礦化和孔雀石等，硅化、孔雀石化、黃鐵礦化是本區銅多金屬礦的主要蝕變礦化類型。礦調工作中在銅山組新發現的木頭垛銅礦、阿木牛鉛鋅礦和多處金、銀礦點。銅山組中Au、Cu、Pb、Zn、Ag、W、Mo等呈富集分布，且表現出了極強分異性，說明該層位在成礦作用過程中為成礦提供了主要物質來源，主要成礦元素和指示元素得到了有效富集，為該區銅、鉛鋅、銀等多金屬礦賦礦主要層位之一。

2 銅山組變質巖原巖恢復

2.1 變砂質泥巖（板巖）類

變砂質泥巖（板巖）類主要包括粉砂質泥質板巖、硅質板巖、泥質板巖、粘土板巖、粉砂質板巖等。板巖顏色多呈灰黑色、灰色、灰白色、黃褐色等，顯微鱗片變晶結構，板狀構造。原巖為粉砂質泥巖、硅質泥巖、泥巖、粉砂巖等，巖石粒度多小于0.004 mm，分選一般至中等，砂屑呈次棱角狀—次圓狀，成分以長石為主，含少量石英，粘土礦物及鱗片狀變質礦物一起雜亂充填在砂屑、粉砂屑顆粒之間；泥質（小于0.004 mm）占55%，粉砂質（0.06～0.004 mm）占30%，中細砂（0.5～0.06 mm）占15%。板巖有少量重結晶，沿板劈理有少量新生的石英及綠泥石，新生綠泥石占10%～15%。新生變質礦物為石英、綠泥石、透輝石、絹云母等。巖石化學特征顯示其形成于淺海向河湖過渡的沉積環境，總體以海相沉積特征為主，位于島弧與活動大陸邊緣之間（崔革，1983）。

2.2 大理巖類

大理巖類主要包括塊狀大理巖和條帶狀透輝石大理巖，灰色或灰白色，粒狀變晶結構，塊狀（條帶狀）構造。塊狀大理巖主要由方解石組成，粒度不均勻，方解石占98%，有少量石英及綠簾石；條帶狀透輝石大理巖由透輝石（10%）、碳酸鹽類礦物（90%）組成。透輝石細粒狀、柱狀，突起較高，具輝石式解理，二軸正晶，斜消光，粒徑0.2 mm，散布在碳酸鹽集合體中，碳酸鹽呈自形-半自形晶，粒徑0.5 mm，滑動雙晶發育，干涉色高，互相鑲嵌緊密（韓旭等，2018）。大理巖類則落入含鐵石英巖區海相沉積環境，沉積環境應為淺海-濱岸相碳酸鹽沉積建造，原巖為石灰巖，位于島弧與活動大陸邊緣之間（尹冰川和冉清昌，1997）。

2.3 變火山巖類

變火山巖類主要包括變流紋巖、變角礫巖屑凝灰巖、變流紋質熔結凝灰巖、變粗安巖、變中酸性熔巖。巖石呈灰色、灰白色、灰綠色等，變余斑狀結構，基質顯微鱗片粒狀變晶結構，塊狀構造。變流紋質熔結凝灰巖巖石成分為角礫占2%，巖屑占5%，晶屑占1%，漿屑占40%，玻屑占3%，火山灰占49%。角礫成分為板巖，棱角狀，3 mm；巖屑成分同角礫，棱角狀、次棱角狀，小于2 mm；晶屑主要為石英，次棱角狀、棱角狀，小于1 mm；漿屑為塑性流動狀、撕裂狀，脫玻部分被粘土礦物交代，1～5 mm；玻屑為塑性玻屑，凹面棱角狀、餅狀少，脫玻，小于2 mm；火山灰為細小的火山灰塵，脫玻，部分被粘土礦物蝕變。新生變質礦物有絹云母、綠泥石、綠簾石、透輝石（杜曉慧等，2012）等。變火山巖類化學特征顯示銅山組火山巖為大洋板塊與大陸板塊碰撞后形成的島弧火山巖建造，為一套經過區域變質作用改造的淺海相火山巖。

3 銅山組變質作用

根據變質作用類型銅山組可劃分為區域變質巖、接觸變質巖和氣-液變質巖。區域變質巖根據所處大地構造位置及變質變形特征，變質時期厘定為華力西中期晚石炭世。接觸變質巖主要以熱接觸變質作用為主，分布于侵入體與周圍地層的接觸帶上以及侵入巖體周圍，根據接觸事件發生的時間，將其劃分為燕山晚期接觸變質，變質作用時期為早白堊世。氣-液變質巖，主要是指熱的氣體及溶液（氣水-熱液）作用于已形成的巖石，使其發生礦物成分、化學成分及結構構造的變化，所形成新的巖石。據相關侵入體時代，劃歸為燕山晚期，變質作用時期為早白堊世。

3.1 區域變質作用

3.1.1 變質相劃分及溫壓條件推測

區內區域變質巖出現的變質礦物共生組合類型主要有以下幾類：（a）絹云母+綠泥石+綠簾石，（b）黑云母+綠泥石+綠簾石+絹云母，（c）陽起石+透輝石±綠簾石。變質礦物相當于低綠片巖相，尤其陽起石+綠簾石組合，是典型的低綠片巖相開始的標志性礦物組合（李仰春等，2013）。李仰春等（2013）研究認為，綠片巖相的溫壓范圍大致是溫度為400～500 ℃，壓力為0.3～0.8 GPa，屬于中低溫低壓型變質環境。

3.1.2 變質作用和變質時期

銅山組變質巖原巖主體為一套粉砂質泥巖-碳酸鹽類的沉積巖系，屬于砂泥質巖復理石建造或火山復理石建造，代表淺海相或向淺海相沉積過渡的類型。原巖在地殼較深處熱流作用下，形成了低綠片巖相的變質巖石，不均勻的熱流使巖石具明顯的分帶特征，出現絹云母-綠簾石-綠泥石帶、黑云母-絹云母-綠泥石-綠簾石帶、陽起石-透輝石帶（綠簾石帶）三個主要變質帶。因此，華力西中期變質作用類型為低壓區域動力熱流變質作用。

地質調查剖面上，均見銅山組與晚石炭世花崗巖呈斷層接觸，該期構造事件使得晚石炭世花崗巖遭受了韌性剪切變質變形作用的改造，同時銅山組巖石發生了區域變質作用（李述國等，2019）。結合區域構造資料，本區在晚石炭世末期發生過一次較大規模的構造運動，結束了本區加里東期冒地槽的沉積，并使其褶皺回返，區域熱流值升高，使巖石發生低綠片巖相的變質作用，因此將其變質時期劃為華力西中期。

3.1.3 變質巖變形構造特征

銅山組變質巖系遭受了綠片巖相的變質作用改造，發生了不同程度的變質變形，但原巖組構大多保留，只是又遭受后期動力等變質作用改造，局部變形較強（王靜雅等，2016）。構造形跡多數在露頭尺度上可以觀察，區域上的分析研究主要依據這些觀察和分析。

板理、片理多是變質作用保留下的構造形跡，區內變質巖系所見板理、片理與原始層理產狀基本一致，多表現為一種單斜構造。總體傾向NW或SE，傾角30°～50°。有些角巖、矽卡巖等發生片理化，與變形作用有關。受后期韌性剪切變質作用影響，形成構造透鏡體或石香腸構造等線理構造（圖2a,b）。區內變質巖系所見褶皺多表現為露頭尺度上的一些層間小褶皺，如在銅礦PM013上發育的層間塑性流變的“N”型褶皺等（圖2c,d）。

圖2 銅山組變質巖變形構造特征

綠片巖相變形帶多表現為斜長石被絹云母交代、黑云母被綠泥石交代等，反映出變形作用對變質反應的發生及發展具有控制作用。另外，綠片巖相變形條件下，巖石中礦物粒度普遍較小，形成類似糜棱巖基質，局部所見殘斑多表現為脆性變形，反映變質作用影響巖石的變形行為（韓旭等，2018）。

綜上，反映出變質礦物的形成與相應的變形作用有著密切的關系，同時，區域變質和動力變質、接觸變質存在相互疊加現象。

3.2 接觸變質作用

區內接觸變質作用以熱接觸變質作用為主，熱接觸變質巖主要出露在下奧陶統銅山組和中侏羅世二長花崗巖和早白堊世二長花崗、早白堊世花崗斑巖巖體接觸部位，經熱接觸變質作用形成斑點板巖、角巖化巖石或角巖，主要見于銅礦溝、分界嶺和轉向湖一帶。

3.2.1 接觸變質巖巖石及礦物學特征

接觸變質巖板巖類主要為斑點板巖，深綠黑色，斑點狀結構，板狀構造。巖石原巖為含粉砂質泥巖，多為隱晶質粘土礦物，少為長英質粉砂，巖石中有少量重結晶，新生的絹云母集合體呈斑點狀分布。新生變質礦物為絹云母。

接觸變質巖角巖類巖石主要為綠簾石化透輝斜長角巖、黑云長英角巖、長英角巖、角巖以及角巖化的細中粒似斑狀二長花崗巖、花崗斑巖等。黑云長英角巖呈灰色，鱗片粒狀變晶結構，片理化構造，巖石成分為長英質集合體及黑云母小片，其中長英質集合體呈多邊形他形緊密鑲嵌，黑云母小片雜亂分布其中；長英質集合體占75%，黑云母呈棕褐色片狀占25%，新生變質礦物為黑云母。角巖呈淺灰綠色，粒狀變晶結構，條帶狀構造，礦物大部分重結晶，由長石石英微粒集合體、綠簾石及少量陽起石組成；綠簾石微粒集合雜亂分布，整體呈條帶狀，分布于長石石英微粒集合體間，微粒0.01～0.8 mm，粒度稍大的長石石英長軸定向明顯，多0.06 mm以下，新生變質礦物陽起石。

3.2.2 變質相及變質時期

角巖中礦物組合為Q+Pl+Bit±Ep±Ser±Act±Di；板巖中礦物組合為Q+Pl+Ser，出現絹云母斑點。普通角閃石角巖相與鈉長綠簾角巖相的區別就是無鈉長石而出現An（鈣長石）＞20的斜長石，因此，據此礦物共生組合，該期熱接觸變質作用相當于普通角閃石角巖相變質作用的產物。

由于區域上中侏羅世二長花崗巖受早白堊世二長花崗巖侵入和早白堊世花崗斑巖受晚期安山巖等巖脈侵入，在接觸帶附近，晚期侵入巖散發大量的熱量和揮發份，產生吸熱反應，發生變質重結晶，形成新的礦物組合和組構（王東升等，2019），因此，將此期熱接觸變質作用劃為燕山晚期，相當于早白堊世晚期。

3.3 氣-液變質作用

下奧陶統銅山組不同程度地遭受了氣水-熱液作用的改造，從而形成矽卡巖及黃鐵礦化、褐鐵礦化、硅化、綠簾石化等蝕變巖石。

3.3.1 蝕變帶和蝕變類型劃分

銅山組內根據新生礦物組合、原巖類型及變質作用，劃分出矽卡巖化帶、硅化-黃鐵礦化帶、粘土礦化帶和碳酸鹽化帶四個蝕變帶。

矽卡巖化帶位于測區東北銅礦一帶，其范圍在填圖單元中為銅山組、中侏羅世二長花崗巖和早白堊世潛火山巖脈等。該帶蝕變類型較多，常見褐鐵礦化、黃鐵礦化、硅化、綠簾石化、綠泥石化、絹云母化、絹英巖化和陽起石化，少見碳酸鹽化和磁鐵礦化，該帶以出現絹英巖化、陽起石化和透輝石為典型特征。

硅化-黃鐵礦化帶分布較廣，在二站溝上游、小嶺子溝東山、沃力嘎溝上游、大也氣溝上游、阿木牛林場南西、十二公里東等地均有出露。該帶蝕變類型較單一，普遍見硅化和黃鐵礦化，少見絹云母化。

粘土巖化帶，蝕變類型較單一，以強粘土化礦化蝕變為特征，少見絹云母化。

碳酸鹽化帶，轉向湖和三七林場南一帶少量出露，蝕變類型單一，僅見碳酸鹽化。

3.3.2 變質作用及變質時期

巴林銅礦—木頭垛一帶巖石蝕變類型較多，以絹英巖化和陽起石蝕變為典型特征。滕浪等（2019）認為，淺成的富含揮發份的酸性巖漿體，由于速冷，析出的揮發份呈孔隙溶液狀態賦存于粒度細的巖體中，這時，若在內外接觸帶中富含孔隙溶液和地下水，它們在巖體余熱的影響下而活化，加上巖體下部析出的揮發份的向上運移，使內、外接觸帶的流體發生對流循環，因此導致內、外接觸帶的巖石發生透輝石化、陽起石化、孔雀石化、石榴石化、綠簾石化和硅化等蝕變。所以說該蝕變帶屬矽卡巖化作用的產物。

濟沁河東岸僅見粘土化，為粘土巖化蝕變作用產物；轉向湖等地的碳酸鹽化，應屬矽卡巖化作用的產物；其它地區常見的硅化和黃鐵礦化蝕變，應為含礦熱液在遷移過程中與圍巖發生了廣泛的流體-巖石反應而引起熱液蝕變作用（高宏星等，2018）。

由于此期變質作用與早白堊世侵入巖或潛火山巖脈侵入體有關，故此期變質時期劃為燕山晚期，時代相當于早白堊世。

4 銅山組變質作用與成礦的關系

4.1 氣-液變質作用與成礦的關系

區內多金屬、貴金屬礦（床）化點多與燕山晚期氣-液變質作用有關，如巴林銅鉛鋅礦床、木頭垛銅礦、阿木牛鉛鋅礦點等皆為銅山組變質巖石與中侏羅世花崗巖體侵入接觸交代的產物，在接觸交代作用過程中，由侵入體所分異出來富含銅鉛鋅元素等溶液擴散，與碳酸鈣巖石反應而形成鈣銅鉛鋅硅酸鹽和氧化物的集合體（張坤等，2020），在這種礦床形成過程中，往往同時形成矽卡巖，并分布于礦床周圍。銀、金、鉬、鐵礦化等與氣水-熱液作用有關，主要表現為熱水溶液以物理化學作用方式，沿著其運動通道及運動地段所引起巖石的蝕變作用、交代作用以及礦物在空隙中的沉淀作用（王俊鶴等，2019），例如，絹云母化作用、硅化作用及硫化物礦化作用等（劉艷榮等，2019）。熱水溶液，特別是重鹵水，在其中可溶解濃度很高的金屬（高鵬鑫等，2017），這種溶液通過斷裂構造向上運移過程中，可沉積銀、金、鉬、鐵及其他礦物（宋宗維等，2017）。

4.2 銅山組礦源層和礦化圍巖特征

下奧陶系銅山組（O1t）為一套淺海-濱海相火山復理石建造，1∶5萬土壤地球化學測量顯示銅山組地層中Cu、Pb、Zn、W、Au、As、Sb強烈富集且呈極強的分異性，具備良好的成礦地球化學條件，是區內Cu、Pb、Zn礦產形成的主要物質來源，燕山期大規模的巖漿侵入活動為礦質的析出、運移提供了能量支持（李興等，2016）。銅山組地層在銅礦溝一帶呈北東向帶狀出露，并被中侏羅世二長花崗巖侵入，前人在此已發現Cu、Pb、Zn礦體數條，在礦體及礦化體內部發育有較強的角巖化、矽卡巖化及硅化、黃鐵礦化蝕變，其成因類型主要為與巖體有關的熱液-矽卡巖型，與多寶山銅礦床成因類型相似（張福祥等，2020）。本次工作在木頭垛溝口一帶新發現金、銀、銅、鉛鋅礦體、礦化體多條，均產于銅山組內部破碎帶，可見銅山組地層是區內重要的礦源層及礦化圍巖，是尋找矽卡巖型、熱液型銅、鉛鋅礦多金屬礦的有利部位。

4.3 典型礦床和礦床礦化點銅山組成礦特征

巴林銅礦實為銅鉛鋅銀多金屬礦，礦床出露的地層為下—中奧陶統銅山組（O1-2t）之變泥質粉砂巖、大理巖、變質流紋巖等，巖層呈北東向展布。侵入巖有中侏羅世的二長花崗巖（ηγJ2）及正長花崗巖（ξγJ2）分布于銅山組周圍；早白堊世石英二長斑巖（ηοπK1）巖株狀侵入中侏羅世花崗巖。位于二站溝以北部銅山組（稱為北山）長2.7 km，寬0.4～0.8 km；二站溝以南銅山組（稱南山）長2 km，寬0.3～1 km。二者呈北東向分布，延續長達5 km。地層普遍矽卡巖化、角巖化、硅化、綠簾石化等。據北山ZK6鉆孔資料，中細粒似斑狀二長花崗巖的隱伏巖體與黑云母石英角巖接觸處產生內矽卡巖帶，固為本礦床之成礦母巖。

木頭垛銅礦點分布在奧陶系下統銅山組（O1t）地層和花崗閃長巖的接觸帶附近，區內發育的一組北東向壓扭性斷裂，控制著礦化體的分布。奧陶系下統銅山組（O1t）地層，巖性主要由灰黑色砂質板巖、變凝灰巖、白云母石英角巖、灰白色大理巖等組成。銅礦化體整體呈灰綠色，碎裂結構，塊狀構造。巖石裂隙發育，局部充填石英細脈，銅藍呈浸染狀或者細脈狀沿裂隙分布。圍巖蝕變有褐鐵礦化、藍銅礦化、綠簾石化、綠泥石化、孔雀石化。礦體出露寬約0.7 m，長大于200 m，礦體刻槽樣化學分析結果Cu為5.46%。圍巖中Cu最高1.06%。根據物化探異常和槽探工程揭露，礦體呈北北東向斷續出露約2000 m，工程見礦最大厚度6.14 m，單樣最高品位Cu為5.46%，Zn為0.31%，Ag為16.30×10-6，Cu平均品位1.12%。

5 結論

（1）銅山組變質巖巖石類型主要為變砂質泥巖（板巖）類、大理巖類、變火山巖類，原巖主體為砂泥質巖復理石建造或火山復理石建造，以泥質沉積巖為主，在同沉積過程中伴有微弱的火山噴發。

（2）銅山組變質作用類型可劃分為區域變質巖、接觸變質巖和氣-液變質巖。主期變質作用為華力西中期低綠片巖相變質作用，后期為燕山期普通角閃石角巖相變質作用的產物，遭受接觸-熱液變質作用的改造，矽卡巖化和角巖化作用明顯疊加。

（3）作為扎蘭屯-多寶山島弧重要組成部分的銅山組在晚石炭世微板塊拼貼擠壓造山作用影響下，巖石普遍遭受低綠片巖相區域低溫熱動力變質作用改造，構造形跡以褶皺、片理為主，受中侏羅世花崗巖侵位影響，巖石發育有碳酸鹽化、褐鐵礦化、黃鐵礦化、硅化、綠簾石化、孔雀石化、方鉛礦化和閃鋅礦化等蝕變。受后期斷裂構造破壞，形成多個斷塊，并發生位移，使褶皺、片理的產狀和形態各異，但受動力變質作用較弱。

（4）銅山組內富含Cu、Pb、Zn等成礦物質，是區域上成礦的重要礦源層和礦化圍巖，典型礦床和礦點地質特征顯示銅山組變質巖石與后期中酸性侵入體接觸所產生的交代作用往往大約同時形成與巖體有關的熱液-矽卡巖型礦床，成礦前景較好。

注 釋

①班宜紅,劉朝陽,李繼超,王令全,丁鐵林,賀曉天,安金亮,沈衛立,靳擁護,黃芮,李福斌,劉志磊,趙亞楠,王江偉,張明云,王衛東,劉國棟,張浩,郜鵬飛,蘆郅超,楊鑫,江建軍,賈燕.2018.內蒙古自治區呼倫貝爾市沃力嘎溝等四幅1∶5萬區域礦產地質調查報告[R].河南省地質礦產勘查開發局第二地質勘查院,1-214.