李建旭,鄭厚義,高海鷗

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京100083;2.Sinotex Mineral Exploration Chile Limitada,智利 圣地亞哥;3.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心,北京 100012)

0 引言

智利銅礦資源十分豐富,銅礦產(chǎn)品年產(chǎn)量約占世界的37%[1],礦床類型主要為斑巖型銅礦。但是,在智利中部(21°—34°S)的海岸山帶中部還有一種獨(dú)特的銅礦床類型廣泛分布,如 El Soldado(埃爾索爾達(dá)多)銅礦、Punta del Cobre銅礦、Mantos Blancos銅礦等。銅礦賦存于侏羅系-下白堊統(tǒng)海相-陸相火山巖中,銅礦化多產(chǎn)于熔巖和火山角礫巖中,少量賦存于灰?guī)r、頁(yè)巖與火山巖互層的層位中,局部受斷層控制,這種礦床屬于層控銅硫化物礦床,被稱為曼陀(Manto)型銅礦。

關(guān)于曼陀(Manto)型銅礦床成因的認(rèn)識(shí)有多種模式:火山成因模式認(rèn)為流體直接從深成的花崗巖中分離[2];變質(zhì)成因模式[3-4]認(rèn)為流體產(chǎn)生于火山巖層的低級(jí)變質(zhì)作用;混合成因模式[5]認(rèn)為流體是巖漿與火山巖的混合機(jī)制;另外還有噴流沉積成因[6]。有些學(xué)者視其為鐵氧化物銅金型(IOCG)礦床[7-8],或是 IOCG礦床的地表淺部類型[9]。Sillitoe認(rèn)為曼陀型礦床與IOCG礦床有相似的成礦環(huán)境及礦床特征,其關(guān)系目前還不明確[10]。國(guó)內(nèi)學(xué)者(毛景文[11]、方維萱[12-13]、李澤琴[14]等)對(duì)此類礦床也進(jìn)行過(guò)研究。

勞斯奎洛斯(Los Quilos)銅礦位于 El Soldado(埃爾索爾達(dá)多)銅礦NE方向的曼陀(Manto)型礦床集中區(qū),位于圣地亞哥北西方向250 km處。本文重點(diǎn)闡述勞斯奎洛斯(Los Quilos)銅礦的控礦巖性、控礦構(gòu)造、礦化蝕變等地質(zhì)特征,并對(duì)成礦規(guī)律及找礦標(biāo)志進(jìn)行探討。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

中生代以來(lái)不斷西移的南美板塊與向東俯沖的 大洋板塊(菲尼克斯-納茲卡)相互作用,形成了智利安第斯活動(dòng)大陸邊緣的巖漿弧及弧后盆地[15]。勞斯奎洛斯(Los Quilos)銅礦即賦存于該體系下的下白堊統(tǒng)上段Las Chilcas單元(圖1)。Las Chilcas單元為一套海相-陸相過(guò)渡環(huán)境的火山-沉積序列[16],巖性有安山巖、安山質(zhì)熔結(jié)火山角礫巖和集塊巖、凝灰?guī)r、及薄層砂巖,與下伏Veta Negra單元整合接觸。Veta Negra單元為淺海-大陸沉積,巖性為斑狀安山巖、熔巖夾火山碎屑巖。Veta Negra單元的下部為海相沉積的Lo Prado單元,它是智利中部最大的曼陀(Manto)型銅礦——El Soldado銅礦(礦石量＞200 Mt,平均品位為1.35%[17])的賦礦層位。

主要構(gòu)造為SN-NNW向左行走滑斷層和重新活化的正斷層;正斷層傾向 W,傾角60°。地層呈單斜狀構(gòu)造,傾向 E,傾角約30°,向東傾角逐漸增大。

深成LLLAPEL巖體侵入到白堊系所有單元中 ,主體呈 330°～340°方向延伸 ,巖性為閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、英云閃長(zhǎng)巖,少量二長(zhǎng)巖和石英閃長(zhǎng)巖。巖體的侵入引起區(qū)域性的熱液蝕變。巖體的侵入時(shí)代為94～123 Ma[16]。

2 成礦控制因素

2.1 控礦巖性

勞斯奎洛斯(Los Quilos)銅礦區(qū)內(nèi)出露的地層為下白堊統(tǒng)Las Chilcas安山巖、安山質(zhì)熔結(jié)角礫巖、凝灰?guī)r及薄層砂巖;中酸性侵入體沿礦化中心呈小巖株產(chǎn)出,主要巖性為閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖和石英閃長(zhǎng)巖(圖2)。

安山巖具斑狀結(jié)構(gòu)、氣孔和杏仁狀構(gòu)造;斑晶為斜長(zhǎng)石、角閃石,細(xì)粒-中粗粒,常見(jiàn)聚斑及雙晶;巖石中還可見(jiàn)細(xì)粒磁鐵礦;杏仁體及長(zhǎng)石斑晶常蝕變充填綠簾石、綠泥石和方解石。基質(zhì)主要為長(zhǎng)石、暗色礦物、玻璃質(zhì)及次生礦物。熔結(jié)火山角礫巖分布面積廣泛,角礫大小不一,次圓狀-次棱角狀,成分復(fù)雜。普遍發(fā)生赤鐵礦化、青磐巖化,蝕變形成的綠簾石呈長(zhǎng)石假象。

銅礦化體均產(chǎn)于安山巖及安山質(zhì)熔結(jié)角礫巖、凝灰?guī)r中。礦化帶巖石破碎,礦化體沿?cái)嗔殉Ｑ由熘翈r體邊緣。斷裂和裂隙附近常具較強(qiáng)的硅化、碳酸鹽化,說(shuō)明有較強(qiáng)的熱液活動(dòng)。

2.2 控礦構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)發(fā)育3組斷裂構(gòu)造(圖2),由NNW向、NE向、SN向斷裂構(gòu)成了區(qū)內(nèi)的構(gòu)造系統(tǒng)。NNW向斷裂走向 320°～340°,左行走滑 ,傾角 30°～50°。NE向斷裂走向30°,近直立,右行滑動(dòng)。SN向斷裂為張性斷裂 ,走向 350°～10°,傾角 60°～80°。礦區(qū)構(gòu)造活動(dòng)與早白堊世區(qū)域阿塔卡瑪(Atacama)斷裂左側(cè)走滑機(jī)制相符[17]。

礦區(qū)的3組斷裂均為含礦構(gòu)造。斷裂沿巖性接觸帶發(fā)育,或切錯(cuò)地層;遇脆性巖性巖石特別破碎,節(jié)理及微裂隙發(fā)育。斷層、微裂隙、劈理與安山巖及安山質(zhì)熔結(jié)角礫巖的氣孔構(gòu)造一起構(gòu)成了強(qiáng)滲透系統(tǒng),成為熱液流體的通道,并為成礦提供了空間。在礦區(qū)南部和東部的構(gòu)造密集處形成了“礦化中心”(圖 2)。

圖2 智利Los Quilos銅礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2 Geological sketch of Los Quilas Cu deposit

礦體走向與斷裂一致,呈不連續(xù)的似脈狀、透鏡狀,中間為貧礦化帶相連,斷裂兩側(cè)的礦化較弱,w(Cu)<0.1%。單脈最長(zhǎng)2 000 m;在斷裂交匯部位礦體寬可達(dá)30 m左右,w(Cu)=1%～2%,傾向延伸大于300 m。礦石礦物主要為輝銅礦、斑銅礦、黃銅礦、黃鐵礦、赤鐵礦或磁鐵礦,在淺部以孔雀石、藍(lán)銅礦、硅孔雀石、氯銅礦為主,少量斑銅礦、輝銅礦、黃銅礦等;在深部以輝銅礦、斑銅礦為主,呈脈狀及細(xì)脈狀產(chǎn)出。脈石礦物有綠泥石、綠簾石、石英、方解石,少量鈉長(zhǎng)石、絹云母。淺部受風(fēng)化淋濾作用,礦石的銅品位有所降低而不是富集[18],這一點(diǎn)有別于斑巖銅礦;深部銅品位從礦體中心(輝銅礦-斑銅礦)向外、向下(黃銅礦-黃鐵礦)降低。

2.3 控礦巖體

礦區(qū)內(nèi)SN向串珠狀出露有多個(gè)小巖株,巖體均距“礦化中心”約1 000～2 000 m。巖體中心為閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖,巖體邊緣的石英增多。巖體普遍發(fā)生鈉質(zhì)蝕變,鈉化、綠泥石化、綠簾石化呈脈狀或沿裂隙分布;同時(shí)還有赤鐵礦化,表現(xiàn)為浸染狀、脈狀赤鐵礦交代暗色礦物。

3 礦化蝕變特征與找礦標(biāo)志

3.1 礦化蝕變類型及分帶

3.1.1 蝕變類型

礦區(qū)蝕變主要有青磐巖化、硅化、鐵錳碳酸鹽化、泥化、重晶石化、鉀化和鈉化。其中硅化、碳酸鹽化或鐵綠泥石化與成礦有關(guān)。

硅化主要分布在斷裂中,地表形成了明顯的(含銅)硅化角礫。

鐵錳碳酸鹽化在礦化帶末端及外側(cè)呈脈狀,主要為鐵白云石、鐵綠泥石或粗晶方解石,標(biāo)志晚期的熱液活動(dòng)。

青磐巖化(綠泥石、綠簾石、方解石)主要以脈狀產(chǎn)于構(gòu)造帶裂隙中,或交代巖塊、長(zhǎng)石斑晶,呈團(tuán)塊狀。強(qiáng)烈的青磐巖化常伴有弱銅礦化,但規(guī)模一般很小。

泥化通常被限定在構(gòu)造帶中。

重晶石化分布在NE向構(gòu)造帶中,呈菊花狀或板狀集合體,反映了酸性氧化的環(huán)境。

3.1.2 蝕變期次

早期為硅化和高嶺土化。在硅化角礫中含少量硫化物,黃銅礦呈浸染狀分布,并伴有高嶺石化(泥化)。

中期為鐵碳酸鹽化。鐵碳酸鹽呈懸浮式膠結(jié)火山巖及硅化角礫,推測(cè)其間有熱水爆炸發(fā)生,并快速冷凝結(jié)晶,角礫沒(méi)有經(jīng)過(guò)運(yùn)移,并經(jīng)歷了熱液溶蝕作用。

晚期為重晶石化。形成于高硫化、高氧化狀態(tài)的開放空間。

表生期為褐鐵礦化。表生環(huán)境下氧化形成。

3.1.3 蝕變水平分帶

在礦區(qū)以礦體為中心形成明顯的水平蝕變分帶(圖3):①內(nèi)帶為角礫狀鐵碳酸鹽硅化蝕變帶,含較多黃銅礦,鐵白云石呈細(xì)脈狀、網(wǎng)脈狀、渾圓狀圍繞硅化角礫產(chǎn)出;②中帶為網(wǎng)脈狀鐵碳酸鹽硅化蝕變帶或鐵綠泥石化蝕變帶,硫化物含量減少(圍繞硅化角礫產(chǎn)出);③外帶為鐵碳酸鹽蝕變帶,晚期細(xì)脈狀及網(wǎng)脈狀鐵白云石脈穿插在早期的鐵碳酸鹽化蝕變帶中。

3.1.4 礦化垂向分帶

圖3 礦化蝕變及礦物分帶示意圖Fig.3 Sketch showing mineralization-alteration and mineral zonation

①上部為風(fēng)化形成的含銅褐鐵礦化帶,以氧化礦物為主,有少量黃銅礦;②中部為孔雀石氧化帶,主要為孔雀石、藍(lán)銅礦,少量斑銅礦、輝銅礦、黃銅礦;③下部為輝銅礦-斑銅礦富礦帶;④底部為浸染狀、脈狀黃銅礦-黃鐵礦帶(圖3)。

由于巖體(火山機(jī)構(gòu))作用形成斷裂系統(tǒng),早期的壓剪性斷裂為成礦熱液活動(dòng)提供了通道,在脆性的安山巖中形成了裂隙或劈理。角礫巖形成并發(fā)生硅化,網(wǎng)脈狀鐵碳酸鹽膠結(jié)火山巖及硅化角礫,同時(shí)部分金屬硫化物發(fā)生沉淀,浸染狀分布在硅化角礫中,形成了早期含金屬硫化物的角礫硅化蝕變。中期隨熱液活動(dòng)的加強(qiáng),壓力增加,發(fā)生熱液爆炸作用,并快速冷凝結(jié)晶,形成了鐵碳酸鹽在角礫巖空隙間的懸浮式膠結(jié)及網(wǎng)脈狀與硅化互層產(chǎn)出現(xiàn)象,伴有大量金屬硫化物的沉淀,為主要成礦階段。晚期由于溫度的降低,氧化環(huán)境更為明顯,形成重晶石和鐵碳酸鹽細(xì)脈-網(wǎng)脈,并伴有少量硫化物生成。

3.2 成礦作用及找礦標(biāo)志

3.2.1 成礦作用

安山巖及熔結(jié)角礫巖可能為成礦提供了物質(zhì)來(lái)源。研究表明,安山巖中銅的含量極不均勻,在環(huán)太平洋帶中,智利火山巖的銅背景值高,可能與變質(zhì)或蝕變有關(guān)[3];強(qiáng)烈的堿鈣性蝕變使銅鐵等物質(zhì)遷出[13],進(jìn)入到熱液循環(huán)系統(tǒng)中。

密集的微裂隙系統(tǒng)可使熱液進(jìn)入到最有利的空間沉積成礦。

中酸性巖漿巖侵入到安山巖及熔結(jié)角礫巖中,引起斷裂的重新活動(dòng),使脆性巖石產(chǎn)生微裂隙,多次構(gòu)造活動(dòng)使巖石破碎,成為含礦熱液流動(dòng)循環(huán)的良好通道和金屬沉淀的有利空間。

含礦熱液在巖漿活動(dòng)提供的能量或地?zé)崽荻闰?qū)動(dòng)下,在高滲透性的系統(tǒng)中循環(huán),多次的構(gòu)造活動(dòng)為成礦元素的沉淀提供了足夠的空間,形成了礦區(qū)南部及東部的礦化集中區(qū)。

3.2.2 找礦標(biāo)志

(1)侏羅系-下白堊統(tǒng)火山-沉積巖,構(gòu)造薄弱地段(如不整合面、巖性接觸面、斷裂)。

(2)早白堊世中酸性侵入巖體外圍1～2 km范圍,巖體及其圍巖普遍的赤鐵礦化及鈉化地段。

(3)強(qiáng)硅化蝕變是熱液活動(dòng)的直接結(jié)果,銅的礦化則更加強(qiáng)了礦化的指示作用。

(4)孔雀石是礦化活動(dòng)在地表的直接標(biāo)志,輝銅礦的出現(xiàn)則指示深部的富礦地段。

(5)強(qiáng)烈明亮色調(diào)的赤鐵礦化及蝕變暈圈是近礦圍巖蝕變。

(6)鐵錳碳酸鹽化常出現(xiàn)在礦化體外側(cè)及末端,代表熱液較晚的活動(dòng)階段。

(7)重晶石化反映了強(qiáng)酸性氧化環(huán)境,常出現(xiàn)在淺表,是隱伏礦床的重要標(biāo)志。

4 結(jié)論

智利勞斯奎洛斯(Los Quilos)銅礦床賦存于下白堊統(tǒng)安山巖及安山質(zhì)熔結(jié)角礫巖中,礦體受斷層控制。礦物組成主要為斑銅礦、輝銅礦、黃銅礦,以礦體為中心,內(nèi)帶為斑銅礦-輝銅礦-赤鐵礦,外側(cè)及向深部為黃銅礦-黃鐵礦帶。蝕變水平分帶的內(nèi)帶為含銅硅化角礫巖化帶,中帶為網(wǎng)脈狀鐵碳酸鹽硅化蝕變帶或鐵綠泥石化蝕變帶,外帶為鐵碳酸鹽蝕變帶。找礦標(biāo)志主要有中生代火山-沉積建造、高滲透性裂隙系統(tǒng)、深成侵入巖體、蝕變礦物等。

致謝:本文基于有色地質(zhì)調(diào)查中心中色地科礦產(chǎn)勘查股份有限公司的海外風(fēng)險(xiǎn)勘查中央財(cái)政專項(xiàng)基金項(xiàng)目成果寫成,并得到該公司的大力協(xié)助,感謝所有工作人員的支持,特別感謝方維萱(教授)研究員的指導(dǎo)。

[1] Camus F,Dilles J H.A special issue devoted to porphyry copper deposits of northern Chile[J].Econnomic Geology,2001,96:233-237.

[2] Klohn E,Holmgren C,Ruge H.El Soldado,a Stratabound copper deposit associated with alkaline volcanism in the central Chilean coastal range[M]∥Fonbote L,Amstutz G C,Cardozo M,et al.Stratabound ore deposits in the Andes,1990:435-448.

[3] Sato T.Manto type copper deposits in Chile——a review[J].Bulletin of the Geological Survey of Japan,1984,35(11):565-582.

[4] Westra G.La importancia del metamorfismo de carga en la formación de yacimientos de cobre de tipo manto:preprint,Keynote Address[M].V Cong.Geol.Chileno,Santiago,1988:18.

[5] FontbotéL.Stratabound ore deposits in the Andes:A review and a classification according to their geotectonic setting[M]∥Fonbote L,Amstutz G C,Cardozo M,et al.Stratabound ore deposits in the Andes,1990:79-110.

[6] Espinoza S.Volcanismo y metalogénesis,una introduccion al tema[M]∥Actasde ler.coloquio sobreVacanismo y Metalogénesis Dep.Geociencias Univ.del Norte.,1981,16-27.

[7] Williams P J.Fe-oxide-Cu-Au deposits of the Olympic Dam/Ernest Henry-type[M]∥New developments in the understanding of some major ore types and environments,with implications for exploration.In:Proc Prospectors and Developers Association of Canada Short Course,Toronto,1999:2-43.

[8] Pollard P J.Evidence of a magmatic fluid and metal source for Fe-oxide-Cu-Au mineralization[M]∥Porter T M.Hydrothermal iron oxide copper-gold and related deposits:A global perspective.Australian Mineral Foundation,Adelaide,2000:27-41.

[9] Orrego M,Robles W,Sanhueza A,et al.Mantos Blancos y Mantoverde:depósitos del tipo Fe-Cu-Au Una comparación con implicancias en la exploración[J].Actas 9th Congr.Geol.Chileno,2000(2):145-149.

[10] Richard H.Sillitoe Iron oxide-copper-gold deposits:an Andean view[J].Mineralium Deposita,2003,38:787-812.

[11] 毛景文,余金杰,袁順達(dá),等.鐵氧化物-銅-金(IOCG)型礦床:基本特征、研究現(xiàn)狀與找礦勘查[J].礦床地質(zhì),2008,27(3):267-278.

[12] 方維萱.云南東川濫泥坪鐵氧化物銅金型(IOCG)礦床發(fā)現(xiàn)與找礦方向[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào),2009,28(增刊):199.

[13] 方維萱,柳玉龍,張守林,等.全球鐵氧化物銅金型(IOCG)礦床的3類大陸動(dòng)力學(xué)背景與成礦模式[J].西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,39(3):404-413.

[14] 李澤琴,王獎(jiǎng)?wù)?劉家軍,等.拉拉鐵氧化物-銅-金-鉬-稀土礦床Re-Os同位素年齡及其地質(zhì)意義[J].地質(zhì)找礦論叢,2003,18(1):39-42.

[15] Grocott J,Taylor G K.Magmatic arc fault systems,deformation partitioning and emplacement of granitic complexes in the Coastal Cordillera,northern Chilean Andes(25°30′S to 27°00′S)[J].J Geol Soc Lond,2002,159:425-442.

[16] Rivano G.Geologia de las hojas quillota Y portillo,servicioo,nacional de geologia Y mineria[M].Subdireccion nacional de geologia,1996.

[17] Contador N,Glavic M.Sublevel open stoping at El Soldado mine:A geomechanic challenge.Underground mining methods,engineering fundamentals and international case studies[M].Society for Mining,Metallurgy,and Exploration,Inc.(SME),2001:263-269.

[18] Boric R,Holmgren C,Wilson N S F,et al.The geology of the El Soldado Manto type Cu(Ag)deposit,central Chile[M]∥Porter T M.Hydrothermal Iron Oxide Copper-Gold&Related Deposits:A Global Perspective,Volume 2,PGC Publishing,Adelaide,2002:163-184.

[19] Sillitoe R H.Gold and copper metallogeny of the central Andes-past,present,and future exploration objectives[J].Econ.Geol.,1992,87:2205-2216.

[20] Kirkham R V.Volcanic redbed copper.In:Eckstrand O R,Sinclair W D,Thorpe R I.Geology of Canadian mineral deposit types[J].Geol Surv Can Geol Can,1996,8:241-252.

[21] Mpodozis C,Ramos V.The Andes of Chile and Argentina[M]∥Ericksen G E,Ca?as Pinochet M T,Reinemund J A.Geology of the Andes and its relation to hydrocarbon and mineral resources.Circum-Pacific Council Energy Min Resour Earth Sci Ser,1990,11:59-90.