趙 涵,肖淵甫,胡 濤,郗秋勇,周麗芹,程超杰,孫建東
(1.成都理工大學(xué),四川成都610059;2.西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局,西藏拉薩851400)
西藏驅(qū)龍斑巖型銅礦床成礦模式研究
趙 涵1,肖淵甫1,胡 濤2,郗秋勇2,周麗芹1,程超杰1,孫建東1
(1.成都理工大學(xué),四川成都610059;2.西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局,西藏拉薩851400)
岡底斯成礦帶上的驅(qū)龍斑巖型銅礦床是中國目前探明的資源量最大的斑巖型銅礦床.通過研究礦床的成礦背景、礦床特征了解了礦床的基本特點(diǎn)和礦床形成的基礎(chǔ);通過研究礦床圍巖蝕變及其與礦化的關(guān)系認(rèn)識(shí)了礦床成礦特點(diǎn);通過對(duì)成礦流體、穩(wěn)定同位素等的研究厘清了礦床成礦物質(zhì)來源、成巖巖漿來源.綜合以上研究建立了礦床的成礦過程和成礦模式.
成礦模式;成礦過程;成礦地質(zhì)條件;岡底斯成礦帶;驅(qū)龍銅礦床;西藏
岡底斯帶是我國著名的成礦帶,特別是斑巖型銅礦床在岡底斯成礦帶的成礦潛力巨大,成礦帶內(nèi)已有驅(qū)龍、甲馬、仁達(dá)、廳宮、朱諾等中—大型銅礦床相繼被發(fā)現(xiàn).位于墨竹工卡縣西南約20km處的驅(qū)龍銅礦床是具有代表性的典型礦床.目前驅(qū)龍斑巖型銅鉬礦床資源量超過藏東玉龍銅礦和江西銅廠銅礦,位居全國首位,達(dá)到世界級(jí)規(guī)模[1].作為岡底斯成礦帶上最璀璨的明珠,眾多學(xué)者和研究單位對(duì)其進(jìn)行了地質(zhì)特征、地球化學(xué)、成礦時(shí)代、成礦作用、流體包裹體、礦床成因等多方面的研究工作,取得了重要的成果,并積累了大量資料[2-10].由于驅(qū)龍斑巖銅礦形成時(shí)代、成礦地質(zhì)條件具有典型代表意義,而在岡底斯成礦帶類似條件的斑巖銅礦中僅有驅(qū)龍銅礦床達(dá)到世界級(jí)規(guī)模,所以對(duì)驅(qū)龍礦床的研究具有一定的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義.本文在厘定驅(qū)龍銅礦床成礦要素的基礎(chǔ)上,通過對(duì)成礦地質(zhì)背景、礦床特征、成礦期次、圍巖蝕變的研究,討論礦床的成礦過程,建立礦床的成礦模式,其成果對(duì)同類型礦床成礦過程、成礦模式的厘定有一定意義,可指導(dǎo)岡底斯成礦帶區(qū)域成礦潛力的評(píng)價(jià)與研究.
礦區(qū)地處西藏-三江造山系拉達(dá)克-岡底斯弧盆系,拉達(dá)克-南岡底斯-下察隅巖漿?。▓D1).該構(gòu)造帶自65 Ma以來與印度-亞洲大陸碰撞,先后經(jīng)歷了主碰撞造山成礦作用、晚碰撞轉(zhuǎn)換成礦作用、直至25 Ma以來的后碰撞伸展成礦作用[11-13],在其內(nèi)部形成了一系列E-W向展布的逆沖斷裂,通過地殼的增厚與拆沉作用,形成了極利于斑巖型銅礦形成的成礦帶.
區(qū)域上發(fā)育巨大花崗巖基,并廣泛出露中、新生代火山巖.侵入巖與火山活動(dòng)關(guān)系密切,在空間上侵入巖與火山巖伴生,時(shí)間上侵入巖稍晚于火山巖,二者巖石成分特征十分相似,構(gòu)成同源異相的二元結(jié)構(gòu).區(qū)域上含礦斑巖為一套高鉀鈣堿性-堿性系列侵入體,巖性主要為二長(zhǎng)花崗斑巖、石英二長(zhǎng)斑巖,少數(shù)為花崗閃長(zhǎng)斑巖、花崗斑巖[13].
礦區(qū)構(gòu)造主線呈E-W向展布,出露地層為中侏羅統(tǒng)葉巴組火山沉積巖,其產(chǎn)狀近E-W,出露面積可達(dá)礦區(qū)面積的50%(圖2).此外礦區(qū)中部還出露侏羅紀(jì)中期的英安流紋巖.葉巴組和英安流紋巖構(gòu)成了驅(qū)龍礦床含礦巖體的直接圍巖.另外,在礦區(qū)南部出露灰?guī)r殘留頂蓋,形成夕卡巖型銅礦體.礦區(qū)僅發(fā)育2條斷層,但發(fā)育片理化帶,構(gòu)成中侏羅統(tǒng)葉巴組各段之間界線.
含礦巖體侵位于中侏羅統(tǒng)火山巖中,呈復(fù)式巖株?duì)町a(chǎn)出,巖體具有全巖礦化的特點(diǎn)[14].鋯石U-Pb諧和年齡 17.0±0.2 Ma,鋯石 SHRIMP年齡 17.58±0.74 Ma[15-16],K-Ar同位素表面年齡 15.77±0.45 Ma[17].此外,研究表明,含礦巖體高K2O和SiO2,富堿,低CaO、TiO2和MgO;強(qiáng)烈LREE與HREE分異,具有高(La/Yb)N值;微量元素富集高場(chǎng)強(qiáng)元素 U、Hf,大離子親石元素 Rb、K、Sr,而虧損 Ba、Y、Ta、Ti、Ce、Th等,具有較高的 Sr/Y 值[18].
斑巖型銅礦體是驅(qū)龍礦床的主要礦體,其為隱伏-半隱伏礦體.主要控礦構(gòu)造是以陡傾角產(chǎn)出于斑巖體頂部的裂隙以及以較緩傾角產(chǎn)于斑巖體外接觸帶的裂隙.礦化主要分布于斑巖體內(nèi)及其接觸帶附近,與礦化有關(guān)的(斑)巖體巖性為花崗閃長(zhǎng)巖、黑云母二長(zhǎng)花崗巖、黑云母花崗斑巖等.礦體由上述小斑巖或小巖株構(gòu)成,它們?cè)谏畈窟B接在一起的,深部形態(tài)為一不規(guī)則柱狀體?西藏巨龍銅業(yè)有限公司.西藏自治區(qū)墨竹工卡縣驅(qū)龍礦區(qū)銅多金屬礦勘探報(bào)告.2007..
依據(jù)勘探成果(圖2),目前已知的地表礦化主要發(fā)育于黑云母二長(zhǎng)花崗巖和黑云母花崗斑巖內(nèi).
礦石結(jié)構(gòu)主要有自形—半自形粒狀、他形粒狀、交代溶蝕、交代殘余等結(jié)構(gòu).構(gòu)造主要為浸染狀、細(xì)脈浸染狀、網(wǎng)脈狀等構(gòu)造,次為角礫狀、膠狀、土狀構(gòu)造.礦石礦物組合為黃銅礦、輝鉬礦、輝銅礦、黝銅礦、斑銅礦及自然銅、黃鐵礦、白鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、孔雀石、藍(lán)銅礦、銅藍(lán)等;脈石礦物主要為石英、長(zhǎng)石、石膏、黑云母、絹云母、綠泥石、綠簾石、方解石、硬石膏、高嶺石.其中膠狀、土狀礦石發(fā)育于氧化帶中,而浸染狀、網(wǎng)脈狀、角礫狀礦石均發(fā)育于原生帶中.
礦區(qū)主要表現(xiàn)出典型的斑巖型銅礦圍巖蝕變特征.其以含礦斑巖體為中心,具有環(huán)狀對(duì)稱分帶特征.蝕變分帶特征與國內(nèi)外常見的斑巖型礦床基本相似.在地表,由于各斑巖體的蝕變帶相互交織和疊加而顯得復(fù)雜,根據(jù)蝕變類型組合特征大致可分為內(nèi)帶、中帶和外帶.由巖體中心向外的蝕變分帶為:鉀化帶→石英-絹云母化帶→青磐巖化帶[19].
鉀化帶:僅出現(xiàn)在巖體深部,蝕變較弱,由巖漿晚期自身分異產(chǎn)生的流體與巖石作用而形成.
石英-絹云母化帶:主要表現(xiàn)為黃鐵礦化、硅化、絹云母化(白云母化)密切共生的一套蝕變共生組合.
青磐巖化帶:出現(xiàn)于黑云母花崗斑巖和黑云母二長(zhǎng)花崗巖與葉巴組凝灰?guī)r的外接觸帶中,為中低溫?zé)嵋何g變產(chǎn)物.
圍巖蝕變是斑巖型礦床的典型特征,而礦化類型也隨圍巖蝕變的不同具有一定差異.
黃銅礦:主要分布于石英-絹云母化帶中.強(qiáng)石英-絹云母化部位黃銅礦化最強(qiáng),往外黃銅礦的含量逐漸降低.
輝鉬礦:其分布與含量變化大致與黃銅礦相似,略往銅礦化外側(cè)和巖體深部偏移.
斑銅礦:僅出現(xiàn)在黑云母二長(zhǎng)花崗巖中的硅化蝕變帶內(nèi),量非常少,主要由交代黃銅礦而形成.
由上述可知,黃銅礦主要在含礦巖體內(nèi)接觸帶和含礦巖體內(nèi)部富集.輝鉬礦主要在含礦巖體外接觸帶和含礦巖體深部富集,含礦巖體深部可能會(huì)出現(xiàn)獨(dú)立的細(xì)脈浸染狀鉬礦體.斑銅礦分布非常局限,主要出現(xiàn)在含礦巖體外接觸帶中.
根據(jù)脈體的相互穿插關(guān)系、礦物組合特征和礦物生成順序,可以將本礦床成礦期次劃分為3期4階段.
巖漿期:斑巖體在大量硅酸鹽礦物結(jié)晶的晚期,形成鉀長(zhǎng)石-黑云母-黃鐵礦-磁鐵礦的礦物組合,構(gòu)成浸染狀礦化體,一般品位較低.
熱液期:可進(jìn)一步分為多金屬硫化物階段和石英-硫化物階段.多金屬硫化物階段,形成于巖漿期之后,此時(shí)巖體已經(jīng)全部結(jié)晶.石英-硫化物階段,大量形成石英和銅、鉬、鐵、鉛、鋅的硫化物,其中輝鉬礦晶形大多較完整,呈針狀、彎曲片狀沿構(gòu)造裂隙充填,構(gòu)成脈狀、網(wǎng)狀輝鉬礦石的主體.
表生期:原生礦石在表生條件下,由風(fēng)化、淋濾及次生富集形成氧化礦石的階段.其中銅以硫酸銅溶液的形式與碳酸鹽溶液反應(yīng),形成穩(wěn)定的孔雀石、藍(lán)銅礦等礦物.而在水和氧的長(zhǎng)期作用下,輝鉬礦分解,并與鈣、鐵、鉛等離子發(fā)生反應(yīng),生成難溶的鉬酸鹽沉淀.最終形成的礦物組合為孔雀石-藍(lán)銅礦-輝銅礦-褐鐵礦-銅藍(lán)、鉬華等.雖然表生作用在驅(qū)龍礦床發(fā)育并不強(qiáng)烈,但是其形成的礦物組合對(duì)找礦工作具有重要的指導(dǎo)意義.
流體包裹體的研究表明,驅(qū)龍礦床主成礦期溫度為318℃,鹽度為14.4%(NaCl).根據(jù)鹽度和溫度估算,其最小成礦壓力為10 MPa,深度大于350m.高鹽度多相流體包裹體中子礦物以NaCl為主,氣液相成分以H2O為主,表明流體以高鹽度、富Si、富K、Na為特征[20].
根據(jù)前人對(duì)驅(qū)龍礦區(qū)的含礦巖體和黃銅礦、硬石膏礦物分別進(jìn)行的硫同位素研究表明,驅(qū)龍礦床含礦斑巖樣品硫同位素組成比較一致,主要來自上地幔或下地殼的深源巖漿,基本沒有受到陸殼沉積物源硫的混染;已有的含礦斑巖的巖石化學(xué)數(shù)據(jù)與Sr、Nd、Pb同位素資料表明,岡底斯含礦斑巖起源于青藏高原加厚的下地殼部分熔融,同時(shí)有部分地幔物質(zhì)的交代[21].
氫氧同位素研究表明,礦石中石英δD為-75.6‰~ -56.9‰,δ18OH2O為-11.60‰ ~ -9.42‰,位于大氣降水線附近;礦石中絹云母 δD為-99‰ ~-78‰,δ18OH2O為2.4‰~5.1‰,落在靠近巖漿水的天然熱水附近,可見都處于巖漿水、大氣降水與天然熱鹵水的混合區(qū)域[22-23],表明驅(qū)龍成礦流體隨著成礦過程的深入逐漸由巖漿水為主過渡到巖漿水、大氣降水、天然熱鹵水的混合流體為主.
綜上所述,驅(qū)龍礦床成礦熱液主要來源于地殼深部或上地幔,特別是造山帶加厚后的下地殼重熔.成礦流體隨著成礦過程的進(jìn)行,從單一的巖漿熱液過渡到多種熱液混合.
驅(qū)龍礦床所處的岡底斯成礦帶不但發(fā)育碰撞期后斑巖銅礦床和夕卡巖型多金屬礦床,亦發(fā)育與新特提斯洋殼俯沖-碰撞構(gòu)造巖漿事件有關(guān)的鐵-銅-鉛-鋅-金-銀多金屬礦床,形成了十分完整的與洋殼俯沖-陸陸碰撞及碰撞期后構(gòu)造巖漿作用有關(guān)的成礦譜系[24].
在岡底斯成礦帶上,多期次的巖漿活動(dòng)帶來了豐富的成礦物質(zhì),為礦床的形成提供物質(zhì)基礎(chǔ),并且深部巨大巖體很可能成為巖漿房,為淺成的小斑巖體提供成礦熱液.NE向逆沖斷裂發(fā)育,在巖漿活動(dòng)期間,其作為巖漿運(yùn)移的通道形成大量與斷裂平行產(chǎn)出的巖體.此外,NE向發(fā)育的斷裂多將岡底斯成礦帶切割為數(shù)個(gè)大小不等的區(qū)塊,成為區(qū)塊內(nèi)主構(gòu)造方向的控制因素.在其內(nèi)部又發(fā)育S-N向的斷裂構(gòu)造,斷裂的交叉點(diǎn),成為巖漿侵位時(shí)運(yùn)移、成巖乃至后期熱液作用成礦的有利部位.
驅(qū)龍礦床主要含礦巖體為同源分異的產(chǎn)物,花崗閃長(zhǎng)巖先侵入就位,決定其來源的根部很可能是巖漿房熱液供給的通道,附近往往易形成含礦斑巖體[19].礦區(qū)E-W向的斷裂及片理化帶控制了含礦斑巖體侵入的北界,中侏羅統(tǒng)火山巖作為圍巖控制了巖體侵位的范圍.含礦斑巖體頂部裂隙發(fā)育,這些裂隙構(gòu)造和巖體與圍巖接觸帶控制了礦化的發(fā)育部位.礦區(qū)出露的葉巴組火山巖構(gòu)成了多個(gè)火山噴發(fā)-沉積韻律旋回.該套火山巖具有活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境下形成的鈣堿性系列火山巖組合特點(diǎn)[25],為礦體的形成提供了必要的圍巖條件.
驅(qū)龍礦床含礦巖石樣品中輝鉬礦Re-Os等時(shí)線法得到樣品平均年齡,即礦床成礦年齡為16.41±0.48 Ma[26].表征最近一次鉀化蝕變年齡的 K-Ar表面年齡為 15.77±0.45 Ma[17].與驅(qū)龍礦床成巖時(shí)代(17 Ma)比較,驅(qū)龍礦床成礦與成巖近于同時(shí),成巖與成礦有約1 Ma的時(shí)間差,最近一次鉀化蝕變與成礦之見也有約1 Ma的時(shí)間差,這一系列年齡恰與岡底斯成礦帶形成時(shí)間相仿(18~13 Ma).而這一時(shí)間岡底斯成礦作用與喜馬拉雅造山運(yùn)動(dòng)的后碰撞伸展作用有密切的關(guān)系[27].
驅(qū)龍銅礦床的成巖過程是一個(gè)深部巖漿向地殼淺部上升分異、冷凝成巖的過程.中新生代岡底斯陸殼已充分加厚[28],俯沖的印度大陸板片斷離引起的軟流圈物質(zhì)上涌為下地殼熔融提供了熱源機(jī)制[29],而成礦帶內(nèi)與成礦相關(guān)的高鉀鈣堿性—堿性巖漿的起源或因地幔巖石圈的對(duì)流減薄[30]或因俯沖板片的斷離[31].無論何種起因,其起源都可歸納為深部巖石圈深部熔融,后經(jīng)上升分異形成高鉀鈣堿性—堿性巖漿.由于岡底斯帶逆沖斷裂的發(fā)育,成為巖漿上升侵位的通道,并使巖漿在有利部位冷凝成巖.
成礦熱流體在巖漿冷凝后期析出,富集了大量成礦物質(zhì),在溫度300~500℃,壓力約10 MPa時(shí)開始緩慢的沉淀礦物,這是有用礦物的主要來源.另一方面天水及地下水在巖漿熱力的烘烤下升溫,活化圍巖中的金屬元素,將其帶入成礦有利部位,這是有用礦物的次要來源.隨后,內(nèi)、外部流體混合,形成混合成礦流體,金屬礦物開始大量沉淀,而此時(shí)的成礦體系已由封閉體系轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放體系.經(jīng)填充與交代作用,有用礦物不斷富集,最后在巖體裂隙、巖體與圍巖接觸帶的控制作用下,富集成礦(圖3).
驅(qū)龍斑巖型銅礦由許多小巖株在淺-深部連接在一起,最終構(gòu)成一個(gè)大礦床.故對(duì)成礦模式的討論以其中一個(gè)巖株為基礎(chǔ)進(jìn)行,由點(diǎn)到面,以局部窺見整體(圖 4).
主成礦巖體是巖性為黑云母花崗斑巖的巖株,其與底部黑云母二長(zhǎng)花崗巖為同源演化的產(chǎn)物.從礦床地質(zhì)特征上,可看出部分礦體也發(fā)育于底部的黑云母二長(zhǎng)花崗巖,所以黑云母二長(zhǎng)花崗巖雖然在該礦床的深部,但也具有成礦條件,是區(qū)內(nèi)找礦的一個(gè)方向.
中侏羅統(tǒng)葉巴組和同時(shí)期的英安流紋巖,是礦床成礦物質(zhì)的重要來源之一,而葉巴組地層還在成礦過程中扮演了頂蓋的角色,其上部的碳酸鹽巖又為夕卡巖型礦化的發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ),在溫壓條件允許的情況下完全可以形成夕卡巖型的礦體,同時(shí)礦區(qū)南部礦段的夕卡巖型礦化也表明驅(qū)龍礦床是以斑巖型礦化為主的斑巖-夕卡巖復(fù)合型礦床.
礦床蝕變面積大,具有以成礦巖體為中心的環(huán)帶式分帶特征,由內(nèi)到外依次為鉀化帶、石英-絹云母化帶、青磐巖化帶.蝕變的分帶特征明顯地控制了礦化類型和礦石組構(gòu)特征:由斑巖體內(nèi)部到圍巖,依次出現(xiàn)輝鉬礦化-黃銅礦化-黃鐵礦化-方鉛礦化;銅礦石構(gòu)造從礦化斑巖體深部到淺部,由浸染狀逐漸過渡為細(xì)脈浸染狀.
(1)驅(qū)龍銅礦床產(chǎn)出的巖漿巖為中新世花崗閃長(zhǎng)巖、黑云母二長(zhǎng)花崗巖、黑云花崗斑巖,具有同源巖漿演化特點(diǎn).在淺部為獨(dú)立的小巖株,在深部連為一體.巖漿巖的形成與喜馬拉雅造山運(yùn)動(dòng),特別是25 Ma以來后碰撞伸展成礦作用關(guān)系密切,從巖石化學(xué)特征來看,其具埃達(dá)克質(zhì)巖體的特征.含礦巖漿巖破碎、裂隙發(fā)育、蝕變面積宏大,具有以各巖株為中心對(duì)稱分帶特征,從內(nèi)到外依次為鉀化帶、石英-絹云母化帶、青磐巖化帶.而在各巖株之間蝕變現(xiàn)象互相交織疊加,礦化較均勻,表明攜帶礦質(zhì)的熔漿在深部經(jīng)過多次分異作用后侵入.
(2)礦床的形成經(jīng)過3期4階段,分別為巖漿期、熱液期和表生期,其中熱液期又可以分為多金屬硫化物階段和石英硫化物階段.有用礦物的形成多在熱液期,表生期形成的礦物組合雖然不是礦床主要的產(chǎn)物,但是其在地表的大面積分布是找礦的重要標(biāo)志.
(3)驅(qū)龍含礦巖體具有全巖礦化的特點(diǎn),發(fā)育以黃銅礦、輝鉬礦為主的典型細(xì)脈浸染狀礦化,礦化最強(qiáng)烈的部位多在巖體中部及斑巖體與圍巖的接觸帶.
(4)岡底斯成礦帶上NW向逆沖斷裂是區(qū)域上巖漿流體上升的通道,同時(shí)控制了礦區(qū)主構(gòu)造方向.巖體頂部多組原生裂隙與構(gòu)造裂隙交叉發(fā)育的裂隙密集帶及斑巖接觸帶內(nèi)、外兩側(cè),控制了礦化富集帶的空間展布.而圍巖蝕變分布控制了礦化類型在空間位置上的變化.
(5)驅(qū)龍礦床是以斑巖為主的斑巖-夕卡巖型礦床,其成礦流體主要來源于巖石圈深部熔離,同時(shí)又以混合天水、地下水等流體為特征,成礦體系伴隨流體的混合從封閉體系轉(zhuǎn)變?yōu)殚_放體系.成礦物質(zhì)同樣主要來源于巖石圈深部,并混合隨地下水流體活化遷移而來的圍巖中的物質(zhì).
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RESEARCH ON THE METALLOGENIC MODEL FOR THE QULONG PORPHYRY COPPER DEPOSIT IN TIBET
ZHAO Han1,XIAO Yuan-fu1,HU Tao2,XI Qiu-yong2,ZHOU Li-qin1,CHENG Chao-jie1,SUN Jian-dong1
(1.Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China;2.Tibet Bureau of Geology and Mineral resources Exploration,Lasa 851400,China)
The Qulong porphyry copper deposit,tectonically situated in the Gandise metallogenic belt,has the largest amount of resources of its type in China.The characteristics and forming of the deposit are studied on the basis of the metallogenic setting.The metallogenesis is analyzed through the wallrock alteration and its relation to mineralization.The sources of ore-forming materials and diagenetic magma are clarified with study on the metallogenic fluid and stable isotopes.Based on the research,the ore-forming processes and metallogenic model is established.
metallogenic model;ore-forming process;ore-forming geologic condition;Gandise metallogenic belt;Qulong copper deposit;Tibet
1671-1947(2011)03-0210-07
P618.41
A
2011-02-17;
2011-03-21.編輯:李蘭英.
西藏礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)項(xiàng)目(1212010881631)資助.
趙涵(1986—)男,在讀碩士,主修礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué),通信地址四川省成都市成華區(qū)二仙橋東三路1號(hào)成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院406室,E-mail//wl.k@163.com
肖淵甫,男,教授,E-mail//xyf@cdut.edu.cn