羅　凡，薛春紀，趙曉波，黃勇森，王雄飛，代志杰，吳正壽，唐　健

(1.地質過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室，中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京　100083；2.青海省地質調查院，青海 西寧　810012)

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青海銅峪溝銅礦區(qū)含黃銅礦硅質巖及其地質找礦意義

羅凡1，薛春紀1，趙曉波1，黃勇森1，王雄飛1，代志杰1，吳正壽2，唐健2

(1.地質過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室，中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京100083；2.青海省地質調查院，青海 西寧810012)

位于東昆侖與西秦嶺銜接轉換部位的青海銅峪溝是鄂拉山成礦帶上一處重要的大型銅礦床，礦山增儲和外圍找礦問題突出，硅質巖可能是重要找礦標志之一。銅峪溝銅礦區(qū)硅質巖呈層狀、似層狀及條帶狀整合產(chǎn)于中—下三疊統(tǒng)中，由微晶-細晶石英組成，含少量絹云母、黃銅礦及磁黃鐵礦等。硅質巖主微量元素特征，如Al2O3-TiO2圖解、Fe-Mn-(Cu+Ni+Co)×10三角圖解和P2O5-Y圖解，以及硅氧同位素特征等方面顯示出典型熱水沉積地球化學特征；同時巖石Si/Al比值、U/Th比值及稀土元素特征等表明熱水沉積體系遭受了少量陸源物質的影響。此外，硅質巖Al2O3/(Al2O3+Fe2O3) -Fe2O3/TiO2圖解、Ti/V-V/Y圖解、(La/Ce)N-Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)圖解及稀土元素特征等均顯示其形成于大陸邊緣環(huán)境。區(qū)域上，隨著阿尼瑪卿洋由南向北俯沖，早—中三疊世銅峪溝一帶屬弧后盆地環(huán)境，盆地內發(fā)生噴流沉積作用使大量成礦物質預富集形成礦胚層，此為重要成礦期，而硅質巖作為該過程的重要地質記錄，同時指示區(qū)域上錯扎瑪和塔東等地有較好的找礦前景。

硅質巖；熱水沉積；銅峪溝銅礦床；早—中三疊世；鄂拉山成礦帶；青海

0　引　言

硅質巖在現(xiàn)代大洋洋底、大陸邊緣和VMS、Sedex等多金屬礦床中多有出現(xiàn)，較好地記錄了相關成礦地質環(huán)境和地質過程[1-5]。青海銅峪溝及其所在區(qū)域內的錯扎瑪、雅日、安果、塞宗寺及塔東等多處觀察到硅質巖，它們具有何種地質找礦意義？

青海銅峪溝銅礦床是銅金屬儲量超過50萬噸的大型銅礦床[6]。前人對該銅礦床的地質特征、礦物學特征、成礦物質及成礦流體來源等開展了較好的研究[6-14]，對于礦床成因存在陸源裂陷盆地熱液噴流沉積并遭后期變質改造[6]、介于Sedex型礦床與別子型礦床之間的礦床類型[10-11]、與中—晚三疊世巖漿活動有關的矽卡巖型礦床[14]等不同認識。但礦區(qū)含黃銅礦硅質巖的成因、與銅成礦關系以及地質找礦意義尚不清楚。

本文在區(qū)域野外地質調查基礎上，重點以銅峪溝銅礦區(qū)含黃銅礦硅質巖為研究對象，開展地質剖面實測、巖石學、巖相學及巖石地球化學研究，試圖揭示含黃銅礦硅質巖的成因及其與銅成礦的關系，探索地質找礦意義，服務區(qū)域銅礦找礦勘查。

1　區(qū)域地質背景

鄂拉山銅多金屬成礦帶產(chǎn)于秦-祁-昆造山系，夾持于東昆侖弧盆系和西秦嶺弧盆系之間，空間上呈北西—南東向展布。目前在該成礦帶上已經(jīng)勘查發(fā)現(xiàn)了賽什塘、銅峪溝、日龍溝和索拉溝等銅多金屬礦床(圖1)。銅峪溝銅礦床位于該帶的東南部，東西兩側分別為鄂拉山陸緣弧帶和興海—澤庫弧后前陸盆地，南北兩側分別被布爾汗布達結合帶和宗務隆山裂谷盆地所限(圖1)[15]。

圖1　中央造山帶構造略圖(a)、昆秦結合部區(qū)域構造略圖(b)和鄂拉山地區(qū)區(qū)域地質圖(c)(a.底圖據(jù)孫延貴[18]，2004修編；b.底圖據(jù)潘桂棠等[15]，2013修編；c.底圖據(jù)李東生等[20]，2009修編)　Fig.1　Structure outline of the Central Orogenic Belt(a，modified after Sun[18]，2004)，schematic tectonic map of the juncture between Qinling and Kunlun(b，modified after Pan et al.[15]，2013)and regional geological map of Ela mountain(c，modified after Li et al.[20]，2009)圖a：陰影部位為中央造山帶；圖b：1.陸塊/地塊；2.對接帶/結合帶/蛇綠混雜帶；3.巖漿??；4.新生代盆地；5.弧后/弧前/前陸盆地；6.陸緣/弧間裂谷盆地；7.秦-祁-昆造山系；8.羌塘-三江造山系；圖c：1.第四系中上更新統(tǒng)；2.新近系貴德群紅色砂礫巖、泥巖；3.上三疊統(tǒng)鄂拉山組陸相火山巖；4.下—中三疊統(tǒng)千枚巖、灰?guī)r夾火山巖；5.下—中三疊統(tǒng)隆務河群；6.石炭系—中二疊統(tǒng)甘家組；7.古元古界金水口巖群；8.晚三疊世花崗閃長巖；9.晚三疊世英云閃長巖；10.晚三疊世石英閃長巖；11.早泥盆世花崗閃長巖；12.中酸性脈巖類：γπ.花崗斑巖，γδ.花崗閃長巖，δο.石英閃長巖，δ.閃長巖；13.基性脈巖類：ν.輝長巖脈；14.斷裂；15.礦床；16.巖層產(chǎn)狀

區(qū)域內出露地層包括古元古界、下二疊統(tǒng)及中—下三疊統(tǒng)等(圖1)。古元古界由片巖、片麻巖、混合巖等組成；下二疊統(tǒng)巖性是一套碎屑巖、泥巖夾碳酸鹽巖組合；中—下三疊統(tǒng)為一套碎屑巖-碳酸鹽巖組合，局部夾中基性火山巖及硅質巖，而硅質巖在銅峪溝、錯扎瑪、雅日、安果、塞宗寺、賽什塘及塔東等地均有產(chǎn)出。鄂拉山地區(qū)巖漿活動發(fā)育，與成礦有關的巖漿巖主要是印支中晚期的鈣堿性-高鉀鈣堿性系列巖漿巖，碰撞造山作用后期形成[15-17]。巖性為石英閃長巖、閃長玢巖、石英閃長玢巖、花崗斑巖及石英斑巖等中酸性侵入巖，其中石英閃長巖體規(guī)模較大，為賽什塘復式巖體的主體(圖1)。巖體年齡值基本均落入231～195 Ma區(qū)間內[18]，主要分布于察汗烏蘇河斷裂與哇洪山—溫泉斷裂之間區(qū)域。伴隨著印支期阿尼瑪卿山及鄂拉山造山作用，區(qū)域內構造發(fā)育。斷裂構造可分為北西向、東西向及少量北東向、近南北向4組斷裂(圖1)，近東西向與北西向斷裂與區(qū)內斑巖-矽卡巖型礦床形成關系密切。區(qū)域內北西向哇洪山—溫泉斷裂，分布在銅峪溝礦區(qū)以西，為盆地裂陷時期形成的同生斷裂，對區(qū)內熱水沉積成礦具有重要的控制作用[19]。

2　礦區(qū)含黃銅礦硅質巖地質產(chǎn)狀

圖2　銅峪溝銅礦床地質圖(據(jù)曾小華等[13]，2014修改)Fig.2　Geological map of the Tongyugou copper deposit(modified after Zeng et al.[13]，2014)1. 中—下三疊統(tǒng)c巖組第一亞組第二巖性段凝灰質變砂巖、絹云綠泥石英片巖或千枚巖夾變基性玄武巖；2.中—下三疊統(tǒng)c巖組第一亞組第一巖性段條紋條帶狀黑云母變砂巖和黑云母石英片巖，中下部夾有含磁黃鐵礦、黃銅礦硅質巖層，為M6礦帶賦礦層位；3～5.中—下三疊統(tǒng)b巖組第四亞組第三巖性段(1～3巖性層)黑云母千枚巖、條紋條帶狀粉砂巖夾條紋(帶)狀硅質巖及條帶狀大理巖，為M2、M4、M5礦帶賦礦層位；6～7. 中—下三疊統(tǒng)b巖組第四亞組第二巖性段(1～2巖性層)條紋條帶狀變質砂巖、千枚巖、粉砂巖、條帶狀大理巖灰?guī)r，組成銅峪溝短軸背斜的核部，為M1礦帶賦礦層位；8.矽卡巖；9.閃長玢巖脈；10.礦體；11.硅質巖產(chǎn)出層位；12.逆斷層；13.正斷層；14.平推斷層；15.斷層角礫巖；16.褶皺軸

銅峪溝銅礦區(qū)出露地層為中—下三疊統(tǒng)(T1-2)的b巖組第四亞組(T1-2b4)和c巖組第一亞組(T1-2c1)，二者整合產(chǎn)出(圖2，圖3)。礦區(qū)內b巖組第四亞組可見第一巖性段(T1-2b4-1)、第二巖性段(T1-2b4-2)和第三巖性段(T1-2b4-3)。T1-2b4-1地表未出露，僅見0線附近的鉆孔內，由白色大理巖、條帶狀大理巖夾鈣質千枚巖、粉砂巖組成，為M3礦帶賦礦層位(圖3)；T1-2b4-2巖性為條紋條帶狀變質砂巖、千枚巖、粉砂巖、條帶狀大理巖灰?guī)r，組成銅峪溝短軸背斜的核部，為M1礦帶賦礦層位(圖2，圖3)；T1-2b4-3巖性為黑云母千枚巖、條紋條帶狀粉砂巖夾條帶狀硅質巖及條帶狀大理巖，為M2、M4、M5礦帶賦礦層位(圖2，圖3)。c巖組第一亞組(T1-2c1)是礦區(qū)僅見的火山沉積巖系，可分為上下兩部分：下部(T1-2c1-1)巖性為條紋條帶狀黑云母變砂巖和黑云母石英片巖，含黃銅礦硅質巖呈層狀、條帶(紋)狀整合產(chǎn)于其中，為M6礦帶賦礦層位；上部(T1-2c1-2)為片理化凝灰質砂巖夾蝕變凝灰?guī)r和變基性玄武巖(圖2，圖3)。

圖3　銅峪溝銅礦床0號勘探線剖面圖(據(jù)李福東等[6]，1993修改)Fig.3　The No.0 prospecting line profile of the Tongyugou copper deposit(modified after Li et al.[6]，1993)1.礦體；2.矽卡巖；3.碳酸鹽巖；4.條帶狀千枚巖、粉砂巖；5.長石石英砂巖；6.黑云母千枚巖；7.絹云綠泥石石英片巖；8.硅質巖

賽日科龍洼復式背斜分布于銅峪溝礦區(qū)北東部，銅峪溝背斜與森琴—銅峪溝向斜是產(chǎn)于其南西側的次級褶皺(圖2)。礦區(qū)主體構造銅峪溝背斜呈短軸狀，軸向南北，兩翼新地層(T1-2b4-3、T1-2c1-1)呈層圈狀包圍于核部老地層周圍(T1-2b4-1、T1-2b4-2)，同時整合產(chǎn)于T1-2b4-3、T1-2c1-1巖層中的含黃銅礦硅質巖在褶皺形成過程中與地層發(fā)生同步變形(圖2，圖3)。礦區(qū)斷裂構造發(fā)育，分為北西—南東向、北東—南西向、近南北向及近東西向4組斷裂，使T1-2b4-3、T1-2c1-1巖層中的含黃銅礦硅質巖發(fā)生錯斷、移位(圖2)。銅礦體產(chǎn)狀與地層大致相同，主要呈層狀、似層狀及透鏡狀產(chǎn)于與含黃銅礦硅質巖互層的變質粉砂巖、碳酸鹽巖及相鄰界面中(圖3)。

3　硅質巖巖石學

研究區(qū)內硅質巖呈灰白色，層(紋)狀、條帶狀構造，條帶或層(紋)寬0.2～5 cm，巖石堅硬且脆，具貝殼狀斷口，抗風化能力強，拋光后呈光亮滑膩的“鏡面”，常與灰黑色的變質粉砂巖(寬0.3～1.5 cm)互層，界線平直且截然(圖4a，c)，與地層發(fā)生同步變形，具明顯的同生沉積特征。

硅質巖主要組成礦物是微晶-隱晶石英，平均含量約70%，其次為少量絹云母、黏土礦物、黃銅礦和磁黃鐵礦等，未見任何生物結構(圖4a-d)。巖石中石英顆粒呈半自形結構，粒度0.01～0.2 mm；絹云母呈星點狀或纖維狀產(chǎn)于石英間隙中(圖4b，d)；黃銅礦與磁黃鐵礦僅產(chǎn)于硅質條帶中，變質粉砂巖中未見(圖4e)，呈自形—半自形晶結構，界線平直，無交代現(xiàn)象(圖4f)。硅質巖后期受到了輕微的改造，偶見巖石內部的微裂隙被含礦或不含礦的石英脈所充填。

圖4　銅峪溝銅礦床硅質巖手標本及鏡下照片F(xiàn)ig.4　Specimen and micro-photos of silicalite in the Tongyugou copper deposita.含黃銅礦硅質巖，呈灰色、灰白色，層狀構造，其中淺色層是硅質巖，寬0.2～1 cm，深色層為變質粉砂巖，寬度0.2～3 cm；b.含黃銅礦硅質巖主要由微晶石英顆粒組成(85%)，含少量黃銅礦(3%)、磁黃鐵礦(6%)、絹云母(6%)，石英呈均粒結構，粒徑0.08～0.12 mm(薄片、正交偏光)；c.含黃銅礦硅質巖，呈灰色、灰白色，層狀構造，其中淺色層是硅質巖，寬0.5～1.5 cm，深色層為變質粉砂巖，寬0.3～1.5 cm；d.硅質巖主要由雛晶石英組成(75%)，含少量黃銅礦(5%)、磁黃鐵礦(9%)、絹云母(11%)，均粒結構，石英粒徑0.02～0.04 mm(薄片、正交偏光)；e.含黃銅礦硅質巖，層狀構造，淺色層為含黃銅礦硅質巖，石英呈微晶-雛晶結構，粒徑0.02～0.04 mm，黃銅礦等硫化物礦物呈浸染狀分布在硅質巖內，深色層為變質粉砂巖條帶，其中不含硫化物(光片、單偏光)；f.硅質巖中浸染狀黃銅礦(5%)，呈自形結構，粒度0.02～0.08 mm，磁黃鐵礦(9%)，呈自形結構，粒度0.07～0.1 mm，二者共生，無交代現(xiàn)象(光片、單偏光)；Qtz.石英；Ser.絹云母；Cpy.黃銅礦；Pyr.磁黃鐵礦

4　樣品與測試

本次研究主要對銅峪溝礦區(qū)9件硅質巖樣品進行了主微量元素分析，7件進行了硅、氧同位素組成分析。所有分析樣品均采自采礦口處，野外采樣時注意避開后期熱液疊加、風化及氧化嚴重的樣品，少量細脈后期也進行了切除，保證了所有樣品為新鮮巖石樣品。

全巖粉末樣品處理工作在河北廊坊市地科勘探技術服務有限公司進行。首先選取新鮮的硅質巖樣品，在磨制好0.3 mm厚的探針片后，剩余巖石樣品經(jīng)蒸餾水洗凈，自然干燥后粉碎至200目，以備元素和同位素組成分析。

元素和同位素組成分析均在核工業(yè)北京地質研究院分析測試研究中心完成。主量元素分析采用熔融法制樣，飛利浦PW2404型X射線熒光光譜儀檢測。微量元素分析用溶液法制樣，ELEMENTXR 等離子體質譜分析儀分析。硅同位素分析用SiF4法制樣，氧同位素分析用BrF5法制樣，用MAT253型質譜儀分析同位素組成。

5　分析結果

銅峪溝硅質巖主量元素測試結果列于表1中，硅質巖的SiO2含量為56.4%～76.12%，平均值為68.53%，TiO2含量為8.41%～16.85%，平均為12.18%，F(xiàn)e2O3含量為0.01%～0.13%，平均為0.07%，F(xiàn)eO含量為1.00%～3.77%，平均2.47%，MnO含量為0.01%～0.13%，平均為0.07%。根據(jù) Fe2O3=1.111 4×FeO將FeO，全部轉化為Fe2O3，并對數(shù)據(jù)進行了處理及計算Fe2O3T含量，MnO/TiO2=0.01～0.25，F(xiàn)e2O3T/TiO2=1.65～7.84，Al2O3/(Al2O3+Fe2O3T)=0.74～0.93，Al2O3/(Al2O3+Fe2O3T+MnO)=0.73～0.93。

表1　銅峪溝銅礦區(qū)硅質巖主量元素組成(wB/%)

表2　銅峪溝銅礦區(qū)硅質巖微量元素組成(wB/10-6)

注：分析單位為核工業(yè)北京地質研究院分析測試研究中心，分析儀器為飛利浦PW2404型X射線熒光光譜儀。

硅質巖的微量元素組成見表2。硅質巖Cu含量為10.5×10-6～497×10-6，平均136.4×10-6，V含量為35.80×10-6～110.00×10-6，Y含量為22.20×10-6～40.00×10-6，Ni含量為9.68×10-6～27.00×10-6，Co含量為2.42×10-6～12.60×10-6，Ba含量為167×10-6～751×10-6，Sr含量為152×10-6～328×10-6。Ti/V=31.43～122.54，V/Y=0.9～3.66，V/(V+Ni)=0.74～1，Ni/Co=0.94～4.00，平均值為2.88，Ba/Sr=0.82～4.66，平均值為2.2。

硅質巖的稀土元素組成見表2。硅質巖ΣREE值為66.51×10-6～246.42×10-6，平均158.95×10-6，北美頁巖標準化的稀土配分模式表現(xiàn)出水平或向左傾斜(圖5)。ΣREE值、(La/Ce)N值列入表2中，δCe、δEu、 (La/Yb)N等值列入表5中。

圖5　硅質巖稀土元素配分模式Fig.5　REE distribution pattern of silicalite

銅峪溝硅質巖的硅、氧同位素組成分析結果見表3。δ30Si為-1‰～0.8‰之間，平均值0‰；δ18O為11.8‰～15.5‰，平均值12.7‰。

6　討　論

6.1硅質巖成因

硅質巖成因研究中，直接的巖石學和巖相學證據(jù)(如成分鑒定、野外產(chǎn)狀及組構特征)對于解決硅質巖成因問題往往能夠起到?jīng)Q定性作用。已有資料顯示，自然界中的硅質巖主要有生物或生物化學沉積成因、化學沉積成因和交代成因3大類[21-22]。銅峪溝礦區(qū)內的硅質巖以條帶狀硅質巖為主，野外觀察具有典型的沉積特征，表現(xiàn)為有明顯韻律層理及層狀、條帶狀構造，并且與變質粉砂巖呈整合接觸關系，二者界線截然，這顯示了在沉積時水動力條件相對較弱且穩(wěn)定，為熱水同生沉積成巖作用提供了水文條件[23]，判斷其為沉積成因，而非交代蝕變成因的硅質巖。通過鏡下觀察，在硅質巖中并未發(fā)現(xiàn)硅藻等生物結構，可以排除生物成因的可能。原始硅質沉積體系發(fā)育的一段時間內需要快速沉積大量SiO2，才能形成高濃度、高純度的SiO2堆積體，陸源風化產(chǎn)物不可能在短時間內提供如此多的SiO2，只有熱水成因的SiO2才能滿足，并且陸源SiO2因為其溶解度較低[24-25]，在遷移過程中很難發(fā)生沉淀，即使發(fā)生沉淀，也會因為其SiO2濃度低而不能形成高濃度、大規(guī)模的SiO2堆積體系[26]。本區(qū)硅質巖具有緊密堆積、結晶程度較低的特征，應是快速沉積而成，與正常海水中沉積速度低、結晶較好有區(qū)別。此外，硅質巖主要以多層硅質條帶為主，可能是熱液發(fā)生了脈動性噴流形成。故本區(qū)硅質巖應該是由熱水來源SiO2經(jīng)化學沉積作用形成。

表3銅峪溝銅礦區(qū)硅質巖的硅、氧同位素組成

Table 3Si- and O-isotopic compositions of silicalite in the Tongyugou copper ore district

樣品編號巖性描述δ30SiV-NBS-28/‰δ18OV-SMOW/‰成巖溫度/℃T19硅質巖-0.111.8180T21硅質巖0.311.8180T39硅質巖0.311.9178T58硅質巖-1.015.5133T59硅質巖0.812.7167T60硅質巖0.112.4171T61硅質巖-0.212.7167

注：分析單位為核工業(yè)北京地質研究院分析測試研究中心；分析儀器為MAT253型質譜儀；成巖溫度據(jù)1 000 lnα(燧石-H2O)=3.09×106/T2-3.29公式計算。

將本區(qū)硅質巖與不同成因類型硅質巖比較(表4)，其明顯不同于生物成因的硅質巖以SiO2為主要組成、其他成分含量低的特征，而與火山有關的塊狀硫化物礦床中的硅質巖以及銀洞子似碧玉巖具有相似特征[1]，顯現(xiàn)出與熱水沉積硅質巖類似的元素組成。硅質巖的SiO2含量(56.4%～76.12%，平均值為68.53%)，與鳳太礦田硅質巖SiO2含量(73.29%～74.51%)相近[23]，Si/Al比值2.95～7.66，平均5.41，并遠低于純硅質巖的Si/Al比值(80～1 400)[27]，表明可能有較高陸源物質混入。高含量的Fe2O3、MnO常與大洋中脊處富含金屬質的熱源相關，兩者共生，從洋中脊到大陸邊緣顯示出逐漸降低的趨勢；相反，正常的水成沉積物中，兩者是分離的，而Al、Ti屬于穩(wěn)定元素，它們的富集則與陸源物質的介入有關[28-30]，韓發(fā)、哈欽森[31]曾在統(tǒng)計學基礎上給出了Al2O3-TiO2坐標系統(tǒng)劃分不同成因硅質巖區(qū)(圖6)。銅峪溝銅礦床硅質巖Fe、Mn具有很高的正相關性，相關系數(shù)為0.92，反映硅質巖不具水成沉積性質而表現(xiàn)出熱水沉積的特點；而Al、Ti含量較高指示硅質巖中有較多陸源物質介入，本區(qū)樣品在Al2O3-TiO2圖解中均投點于火山或海底熱水成因硅質巖區(qū)，遠離生物成因硅質巖區(qū)。而Fe2O3/FeO比值0.001 9～0.057 4，平均0.035，均小于1，與熱水沉積硅質巖一致，與正常生物化學成因硅質巖(Fe2O3/FeO>1)相反[32]，并且在本區(qū)硅質巖的SiO2/(K2O+Na2O)-MnO/TiO2與Fe2O3/FeO-SiO2/Al2O3雙變量圖解中[28]，所有點均落在熱水沉積區(qū)(圖7，圖8)。

表4　不同成因類型硅質巖的化學成分對比(wB/%)(據(jù)薛春紀[1]，1991)

圖6　硅質巖Al2O3-TiO2判別圖解(底圖據(jù)韓發(fā)等[31]，1989)Fig.6　Al2O3-TiO2 diagram of silicalite(after Han et al. [31]，1989)

圖7　SiO2/(K2O+Na2O)-MnO/TiO2圖解(底圖據(jù)Murray[28]，1994)　Fig.7　SiO2/(K2O+Na2O)-MnO/TiO2 diagram(after Murray[28]，1994)

圖8　Fe2O3/FeO-SiO2/Al2O3圖解(底圖據(jù)Murray[28]，1994)Fig.8　Fe2O3/FeO-SiO2/Al2O3 diagram(after Murray[28]，1994)

P.A.Rona[33]對世界上17個地區(qū)的21個熱水沉積數(shù)據(jù)點利用Fe-Mn-(Cu+Ni+Co)×10三角圖解進行分析，這些點均落入Fe、Mn底線附近。熱水沉積物的另一重要地球化學特征是富Fe、Mn，貧Cu、Co、Ni，這主要是熱水沉積物堆積速率高，沒有充分與海水相互作用而富集Cu、Co、Ni等元素造成的，在Fe-Mn-(Cu+Ni+Co)×10三角圖解中，熱水沉積物與水成沉積物有各自的集中區(qū)，熱水沉積物主要分布于Fe-Mn底線附近。銅峪溝銅礦區(qū)硅質巖在Fe-Mn-(Cu+Co+Ni)×10圖解中均落于熱水沉積物Fe、Mn底線附近富Fe端元，而遠離水成沉積(圖9)。

圖9　Fe-Mn-(Cu+Ni+Co)×10 圖解(底圖據(jù)Bostr?m[35]，1983)Fig.9　Fe-Mn-(Cu+Ni+Co)×10 diagram(after Bostr?m[35]，1983)HN.水成沉積物；ED.東太平洋含金屬熱水沉積物；HD.熱水沉積物；RH.紅海熱水沉積物

現(xiàn)代深海水成沉積物中P大都以生物成因的骨骸殘余物存在，并伴有Y和REE的富集[34]。又因為P在堿性溶液中的溶解度極低，故在沉積成巖過程中也會得到富集(圖10，趨勢線a)。相反，在熱水溶液中，P因熱水活動易被活化轉移出來而得到富集，但Y的含量并不隨P的富集而升高(圖10，趨勢線b)。銅峪溝銅礦區(qū)硅質巖投點均落于現(xiàn)代熱水沉積物的趨勢線左下側附近，而遠離現(xiàn)代水成沉積物趨勢線和集中區(qū)。Y含量并不隨P含量的增高而升高，指示硅質巖是海底熱水沉積形成。

圖10　P2O5與Y關系圖解(底圖據(jù)Marchig[34]，1982)Fig.10　P2O5-Y diagram in different sediments(after Marchig[34]，1982)DS.深海水成沉積物；WR.含金屬成巖沉積物；HD.含金屬熱液沉積物

前人研究表明[36]熱水沉積物中富U而貧Th，是熱水沉積物因沉淀堆積過快而不能充分的攝取海水中的Th造成的。本次研究中硅質巖的U/Th比值0.163～0.257，平均為0.2，顯示出非熱水沉積特征，可能是因為其沉積環(huán)境位于大陸邊緣受陸源物質影響。通常Ba/Sr比值的變化不但可用于判別海相和陸相沉積物，而且可作為衡量海底熱水流體作用的尺度，正常海相沉積巖中Ba/Sr比值基本小于1，而海底熱水沉積物中Ba/Sr比值大于1，海相沉積物中Ba/Sr比值愈大，愈能反映海底熱水流體作用的影響程度[37-38]，銅峪溝硅質巖中Ba/Sr比值平均為2.2，且9件樣品中8件都大于1，說明其沉積時海底熱水流體活動較強烈。現(xiàn)代熱水沉積物相對富含Cu、Ni，而貧Co，且Ni/Co比值小于3.6，水成沉積物的則相反。礦區(qū)硅質巖Cu含量是地殼豐度的5.6倍，樣品相對富Ni貧Co，Ni/Co=2.88<3.6，反映熱水沉積特征。此外，巖石V/(V+Ni)平均值為0.823，主要對應了與深部熱水活動相吻合的還原性沉積環(huán)境(V/(V+Ni)>0.46)[39]。

稀土總量低、Ce負異常及北美頁巖標準化模式水平或向左傾斜是許多熱水沉積硅質巖的共性，而正常海水碎屑沉積物的稀土總量高，Ce可見正異常，北美頁巖標準化曲線明顯右傾[40-42]。但是，劉家軍等[43]指出當熱水沉積硅巖中有少量的含稀土總量高的水成沉積物混合時，將會導致熱水沉積硅巖的稀土總量提高。銅峪溝礦區(qū)硅質巖ΣREE平均值為158.95×10-6，稀土總含量特征總體與熱水沉積硅質巖(ΣREE <200×10-6)[44]相吻合，而本區(qū)硅質巖稀土總含量偏高，可能是陸源物質混入造成。稀土元素經(jīng)北美頁巖標準化后，稀土配分模式表現(xiàn)出水平或向左傾斜，與典型的熱水沉積硅質巖基本類似(圖5)。但是礦區(qū)硅質巖的稀土配分模式中缺乏典型的熱水沉積硅質巖所具有的負Ce異常(δCe=0.96)，這可能與銅峪溝硅質巖形成于大陸邊緣環(huán)境有關。已有研究表明，形成于擴張洋中脊附近及大洋盆地環(huán)境中燧石的δCe平均值分別為0.29和0.55，而大陸邊緣環(huán)境的Ce負異常不明顯(δCe為0.90～1.30)[44-45]。硅質巖輕、重稀土的相對富集程度可以用(La/Yb)N比值來表示。Murray et al[44]研究認為，正常海水生物沉積硅質巖無重稀土富集，(La/Yb)N約為1，而熱水沉積巖的重稀土有富集趨勢，(La/Yb)N<1[44,46-47]。從表5可以看出，研究區(qū)9個樣品(La/Yb)N值為0.50～1.14，其平均值為0.92<1，重稀土相對富集，指示其為熱水沉積成因。所有樣品中T59號樣品相對較純(SiO2= 74.34%)，陸源混入物較少，具有低的ΣREE值66.51×10-6，(La/Yb)N=0.50<1，重稀土相對富集程度更高，銪弱正異常，δEu=1.08，熱水沉積特征相對明顯(圖5)。

表5銅峪溝銅礦區(qū)硅質巖與典型硅質巖稀土元素特征對比

Table 5Comparison of geochemical parameters of rare earth elements between silicalites from Tongyugou and other typical silicalite

類型/樣品號沉積環(huán)境/樣品名稱 ΣREE/10-6北美頁巖標準化δCeδEu(La/Yb)NT16銅峪溝硅質巖 168.950.960.930.96T19銅峪溝硅質巖 175.420.970.800.96T21銅峪溝硅質巖 233.250.960.941.02T36銅峪溝硅質巖 246.420.970.931.10T39銅峪溝硅質巖 156.700.950.930.89T58銅峪溝硅質巖 131.560.950.961.14T59銅峪溝硅質巖 66.510.981.080.50T60銅峪溝硅質巖 132.950.950.920.89T61銅峪溝硅質巖 118.770.971.020.84現(xiàn)代大洋硅質巖*太平洋洋盆 5～1320.19～0.610.67～1.630.48～10.97大西洋洋盆 9～1890.47～1.120.91～1.180.76～1.86南極周緣洋盆 35～1600.98～1.170.78～0.881.27～1.56古海洋沉積硅質巖* 近洋脊盆地 7.21～21.850.31～0.440.37～1.470.63～1.81大洋盆地 15.89～90.520.49～0.800.48～0.860.52～2.27大陸邊緣盆地 8.46～63.320.72～0.980.57～0.840.59～2.27大陸邊緣盆地 -0.95～1.781.05～1.650.7～1.41大陸邊緣裂谷盆地2.10～196.030.81～1.510.81～1.47-臺盆相斷陷盆地 4.8～30.20.92～2.70.2～0.80.19～0.38

注：帶*數(shù)據(jù)引自戢興忠等[61]，2014。

據(jù)Clayton等[48]、Douthitt[49]、丁悌平等[50]的研究，不同成因石英的δ30Si有不同的δ30Si值。熱水來源石英的δ30Si值范圍是-1.5‰ ～ 0.8‰；生物沉積成因硅質巖δ30Si范圍為-1.1‰～1.7‰；從低溫地下水中自生沉淀的石英δ30Si為1.1‰～1.4‰；成巖過程中次生加大邊石英的δ30Si在-0.2‰～0.3‰之間變化；火山噴發(fā)-化學沉積硅質巖的δ30Si為-0.5‰～0.4‰之間；熱液交代成因硅化巖的δ30Si在2.4‰～3.4‰的狹窄范圍。銅峪溝銅礦區(qū)硅質巖的δ30Si為-1‰～0.8‰之間，變化范圍較大，平均0‰(表3，圖11)，可見本區(qū)硅質巖的δ30Si范圍與熱液來源和生物成因硅質巖石英的δ30Si范圍相重疊，而與其他類型石英范圍差別較大。但是，通過硅質巖鏡下觀察并未見到任何硅藻等生物結構，可以排除生物成因硅質巖的可能，而其應該是熱水沉積成因硅質巖。

圖11　自然界不同成因石英的硅同位素組成(底圖據(jù)文獻[48-50])Fig.11　Si-isotopic compositions of quartz of various origins in natureA.銅峪溝銅礦區(qū)硅質巖；B.熱水來源石英；C.生物沉積成因硅質巖；D.從低溫地下水中自生沉淀的石英；E.沉積成巖次生加大邊石英；F.火山噴發(fā)-化學沉積硅質巖；G.交代成因硅化巖

圖12　自然界不同成因石英氧同位素組成(底圖據(jù)文獻[48,51])Fig.12　O-isotopic compositions of quartz of various origins in natureA.銅峪溝銅礦區(qū)硅質巖；B.巖漿晶出石英；C.區(qū)域變質成因石英；D.熱泉成因泉華石英；E.沉積成巖石英；F.現(xiàn)代海灘石英砂；G.沉積成巖環(huán)境中重結晶石英

同樣，Clayton等[48]和Savin等[51]研究認為不同類型石英的δ18O值不同，火成石英δ18O為8.3‰～11.2‰，平均9‰；變質石英δ18O變化范圍是11.2‰～16.4‰，平均13‰～14‰；熱泉華石英δ18O值為12.2‰～23.6‰，沉積成巖成因石英δ18O值為13‰～36‰，平均22‰；現(xiàn)代海灘石英的δ18O值為10.3‰～12.5‰，平均12%；成巖過程中，由于石英的重結晶作用變成嵌晶狀石英，δ18O值為19.3‰～21.8‰，平均為20.45‰。研究區(qū)硅質巖δ18O值為11.8‰～15.5‰，平均12.7‰(表3，圖12)，介于變質石英與熱水泉華石英之間，而與其他類型石英差別較大。

硅質巖致密堅硬，抗交換能力強，自巖石形成后同位素變化不大，故可以用其氧同位素組成來測定成巖溫度。據(jù)硅質巖與沉淀介質中海水氧同位素分餾與地質溫度的關系1000 lnα(燧石-H2O)=(3.09×106/T2)-3.29[52]，假定海水δ18O值為0‰，計算出銅峪溝銅礦區(qū)硅質巖的形成溫度為133～180 ℃(表3)，平均168 ℃遠高于正常海水溫度，而多數(shù)熱泉礦床的成礦溫度范圍為100～200 ℃[53]，有的甚至高達360 ℃[54]，本區(qū)硅質巖與之吻合。

此外，張復新[55]提出與巖漿作用相關硅質巖的SiO2/Al2O3<13.7，SiO2/MgO<69.5，而本區(qū)硅質巖的SiO2/Al2O3值為3.34～8.69，平均值6.13<13.7，SiO2/MgO值為17.64～127.09，平均值38.6<69.5，均與其吻合。上述兩種指標值也與阿爾泰礦區(qū)等火山-沉積盆地熱水沉積硅質巖相近，而與正常的生物化學沉積成因硅質巖相去甚遠[56]。銅峪溝硅質巖的Al2O3/TiO2值20.29～26.31，平均值22.44，與偏中性巖漿巖相關的硅質巖特征(Al2O3/TiO2=17～50)[36]吻合；而(Fe+Mn)/Ti比值為1.95～9.45，平均值為6.58，該值與Hein等[57]所論述的火山沉積硅質巖比值相近。并且與上述分析相對應的是礦區(qū)內的部分硅質巖與基性玄武巖產(chǎn)于同一層位T2c巖組，張漢文[11]研究認為這套基性火山巖組合是板內拉張裂陷環(huán)境導致基性火山噴發(fā)形成的拉斑玄武系列，這些基性巖組合普遍發(fā)育銅礦化，為礦床形成提供了成礦物質。因此，銅峪溝礦區(qū)噴流沉積過程應與火山活動存在聯(lián)系，即火山噴發(fā)過程中有少量火山物質混入熱水沉積體系。

通過以上對硅質巖巖相學、元素及同位素組成分析，并與典型硅質巖進行對比，可知沉積體系中主要由熱水體系、陸源物質共同控制沉積過程，而熱水沉積物構成沉積建造的主體并得到硅質巖熱水沉積特征的支持，另有極少量火山物質混入其中。

6.2硅質巖形成環(huán)境

硅質巖的物質來源、物理化學條件、沉積速率及相應的成礦作用均受其沉積環(huán)境控制，而所有這些信息均保留在硅質巖的化學成分及組構上，因此硅質巖的地球化學特征能很好地反映硅質巖形成時的沉積環(huán)境[28]。

Baltuck[58]提出硅質巖的Al/(Al+ Fe+ Mn)值從大陸邊緣(0.619)經(jīng)大洋盆地及洋島(0.319)到大洋中脊(0.008 19)逐漸降低，反映了受熱水影響的程度逐漸遞增的特點，礦區(qū)硅質巖的Al/(Al+ Fe+Mn)值0.66～0.87，平均0.73，并與大陸邊緣環(huán)境相近。MnO/TiO2比值被用來作為判別硅質巖沉積環(huán)境受到陸源物質影響程度的有效指標[29,59]，故也可作為判斷硅質沉積物離大洋盆地遠近的標志。本研究中MnO/TiO2值為0.013～0.245之間，與大陸邊緣硅質巖(MnO/TiO2<0.5)[29]吻合。Murray[28]認為硅質巖大陸邊緣Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)介于0.5～0.9之間，大洋盆地的該比值為0.4～0.7，而洋中脊則<0.4，本區(qū)硅質巖的該比值為0.74～0.93，平均0.81，并且其在Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)-Fe2O3/TiO2圖解中投點大部分落入大陸邊緣區(qū)(圖13)。

圖13　Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)-Fe2O3/TiO2圖解(底圖據(jù)Murray[28]，1994)Fig.13　Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)-Fe2O3/TiO2 diagram(after Murray[28]，1994)

已有研究資料表明[28,60]，洋中脊和大洋盆地的V含量明顯高于大陸邊緣硅質巖，而Y含量則相反。所以洋中脊和大洋盆地硅質巖的V/Y值明顯高于大陸邊緣硅質巖，而Ti/V值低于大陸邊緣。由本區(qū)硅質巖的V/Y和Ti/V值可知，V/Y平均值是2.14，Ti/V平均值是54.88，二者組成良好的負相關關系，而大洋盆地的V/Y≈5.8，Ti/V≈25，洋中脊的V/Y≈4.3，Ti/V≈7，大陸邊緣的V/Y≈1.34，Ti/V≈40，在圖解Ti/V-V/Y中，本區(qū)硅質巖投點主要位于大陸邊緣與洋中脊之間，具有大陸邊緣與洋中脊的雙重特征(圖14)。這主要是因為銅峪溝硅質巖中V含量普遍比洋中脊還高，由此也反映出這些硅質巖形成時熱液活動強烈。

圖14　Ti/V-V/Y圖解(底圖據(jù)Murray et al.[44]，1991)Fig.14　Ti/V-V/Y diagram(after Murray et al.[44]，1991)

將銅峪溝礦床硅質巖與世界典型硅質巖的稀土元素特征[61]進行對比分析(表5)，發(fā)現(xiàn)其特征與大陸邊緣(裂谷)盆地硅質巖特征相近。Murray[28]研究認為，(La/Ce)N值越高，說明受陸源影響越小，大陸邊緣硅質巖的(La/Ce)N值在1左右，大洋盆地硅質巖的(La/Ce)N值為2～3，洋中脊則大于3.5，并且有強烈的Ce虧損。將本區(qū)硅質巖稀土元素經(jīng)北美頁巖標準化后，(La/Ce)N值變化范圍為1.08～1.15，平均值為1.11，顯示出了大陸邊緣硅質巖的特征(圖15)。

圖15　(La/ Ce)N-Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)圖解(底圖據(jù)Murray[28]，1994)Fig.15　(La/ Ce)N-Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)diagram(after Murray[28]，1994)

許志琴等[62]指出東昆侖地體與巴顏喀拉—松甘地體之間存在阿尼瑪卿洋盆，可能是古特提斯洋北部的分支洋盆，洋盆的規(guī)模應該很大[63]。阿尼瑪卿洋經(jīng)過洋盆打開、洋殼俯沖消減以及碰撞造山作用整個演化過程后，區(qū)域上由南西向北東依次形成阿尼瑪卿蛇綠巖帶、島弧火山巖(260 Ma)、弧后盆地玄武巖(早—中三疊世)及后碰撞火山巖(晚三疊世)[64]。李東生等[20]、楊經(jīng)綏等[64]研究認為隨著阿尼瑪卿洋向北俯沖，瑪沁島弧以北銅峪溝一帶屬于弧后盆地環(huán)境，弧后盆地玄武巖為弧后板內裂開形成[11]。而銅峪溝含黃銅礦硅質巖主微量元素的地球化學指標均指示其形成于大陸邊緣環(huán)境(弧后盆地、邊緣海、陸表海和開放陸架均歸屬大陸邊緣環(huán)境)，即容易受到大陸地殼物質輸入影響的環(huán)境，這與李東生和楊經(jīng)綏的認識相同。同時，研究者們發(fā)現(xiàn)海底噴流熱水沉積成礦作用通常形成于大陸邊緣或坳拉槽裂谷中，與洋底裂谷和陸內裂谷相比，邊緣裂谷由于熱歷史和熱狀態(tài)不同更有利于噴流沉積成礦[65-66]。因此，銅峪溝礦區(qū)早—中三疊世所處的弧后盆地或大陸邊緣裂谷環(huán)境為十分有利的成礦部位。

6.3地質找礦意義

前文對含黃銅礦硅質巖的巖石學及地球化學特征分析，證實了研究區(qū)硅質巖為熱水沉積作用形成并與火山活動相關，同時指示其形成于大陸邊緣或弧后盆地沉積環(huán)境。因此，早—中三疊世，隨著阿尼瑪卿洋由南向北俯沖，銅峪溝弧后盆地拉張、板塊裂開[10-11]，引發(fā)火山噴發(fā)活動并形成了噴流沉積巖系和弧后盆地玄武巖，為銅峪溝銅礦床帶來了大量成礦物質并形成了具有浸染狀、條紋狀等構造特征的含銅等成礦元素的初始礦源層，此為銅峪溝大型銅礦床的重要成礦期。區(qū)域野外地質調查工作中，除銅峪溝、賽什塘外，在錯扎瑪、雅日、安果、塞宗寺及塔東等地也發(fā)現(xiàn)有硅質巖產(chǎn)出，并且錯扎瑪和塔東兩地硅質巖的地質及地球化學特征(未刊數(shù)據(jù))與本礦區(qū)硅質巖均較為相似，指示以上兩處硅質巖可能也是熱水沉積成因。早—中三疊世，區(qū)域內本身所處的地熱場環(huán)境[67]及拉張弧后盆地是有利的熱水沉積環(huán)境。同時，錯扎瑪和塔東兩地顯示出較好的物化探異常。綜合分析認為錯扎瑪和塔東兩地有較好的找礦前景，有望取得尋找熱水沉積型礦床的突破。

7　結　論

通過對銅峪溝銅礦區(qū)硅質巖的研究，主要得出如下結論：

(1)銅峪溝銅礦區(qū)硅質巖呈層狀、似層狀及條帶狀整合產(chǎn)于中—下三疊統(tǒng)含礦地層中，主體由微晶-隱晶(0.01～0.1 mm)石英顆粒(質量分數(shù)56.12%～76.4%)組成，未見任何生物結構，指示本區(qū)硅質巖由熱水沉積作用形成。Fe與Mn正相關、Al2O3-TiO2圖解、Fe2O3/FeO-SiO2/Al2O3與SiO2/(K2O+Na2O)-MnO/TiO2雙變量圖解、Fe-Mn-(Cu + Co+Ni)×10三角圖解、P2O5-Y圖解、Ba/Sr比值、Co/Ni比值、ΣREE、(La/Yb)N等主微量元素地球化學數(shù)據(jù)及Si-O同位素均指示本區(qū)硅質巖是屬于熱水成因。同時，部分地球化學指標顯示可能有少量陸源物質和火山物質混入熱水沉積體系。

(2)伴隨著阿尼瑪卿洋由南西向北東俯沖作用，瑪沁以北銅峪溝地區(qū)在早—中三疊世期間處于弧后盆地環(huán)境，這也得到了硅質巖常量、微量及稀土元素特征的一致支持。

(3)瑪沁以北弧后盆地拉張，引發(fā)火山噴發(fā)并形成了噴流沉積巖系和含銅等成礦元素初始礦源層。硅質巖作為該過程的重要地質記錄，指示了區(qū)域上錯扎瑪和塔東兩地有較好的找礦前景。

致謝：青海賽什塘銅業(yè)有限責任公司丁天柱總工程師在野外工作中給予了大力支持和幫助，論文寫作過程中得到了趙云、韓日、王春輝等的幫助，在此一并表示感謝!

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Genesis of the Chalcopyrite-bearing Silicalite in the Tongyugou Copper Ore District, Qinghai Province and Its Geological Prospecting Significance

LUO Fan1，XUE Chunji1，ZHAO Xiaobo1，HUANG Yongsen1，WANG Xiongfei1，DAI Zhijie1，WU Zhengshou2，TANG Jian2

(1.State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources, School of Earth Sciences and Resources, China UniversityofGeosciences,Beijing100083,China;2.QinghaiInstituteofGeologicalSurvey,Xining,Qinghai810012,China)

The Tongyugou area, located in the conjunction between the East Kunlun and West Qinlin orogenic belts, is one of the most important copper deposits in the Ela mountain metallogenic belt. Further resource prospecting at the area faces great challenges, and the silicalite might be one of the clues. The silicalite in the Tongyugou copper ore district occurs as bedding and banded structure, and is mainly hosted in conformity within Lower-Middle Triassic rocks. It is mainly made up of micro-fine crystalline quartz grain with less sericite, chalcopyrite and pyrrhotine, however, no biological related texture has been observed. The Al2O3-TiO2and Fe-Mn-(Cu+Ni+Co)×10, P2O5-Y diagrams and Si-O isotope signature suggests that the silicalite was formed by hydrothermal sedimentary processes. Its Si/Al and U/Th values and rare earth element geochemical characteristics also imply that the hydrothermal sedimentary system has been affected by some terrigenous material. Based on the examination in Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)-Fe2O3/TiO2, Ti/V-V/Y and (La/Ce)N-Al2O3/(Al2O3+Fe2O3) discrimination diagrams, the silicalite is proved to be formed at continental margin setting. Accompanying with the northward subduction of the Anyemaqen ocean in the Early-Middle Triassic, the Tongyugou area appears to be a back-arc basin. In the basin, exhalative sedimentation occurred and also resulted in a lot of ore-forming minerals to form protore beds. The silicalite is an important recorder to preserve the information of the mineralization event. Also, this study suggests that the Cuozama and Tadong may be important targets for the exploration of VMS type deposits.

silicalite;hydrothermal sedimentation; Tongyugou copper deposit; Early-Middle Triassic; Ela-shan metallogenic belt; Qinghai

2015-12-03；改回日期：2016-04-28；責任編輯：樓亞兒。

中國地質調查局項目“青海賽什塘—苦海地區(qū)噴流沉積型銅多金屬礦找礦潛力調查”(12120113028200)。

羅凡，男，碩士研究生，1991年出生，礦物學、巖石學、礦床學專業(yè)，主要從事礦床學與礦床地球化學研究。Email：luofan9168@163.com。

薛春紀，男，教授，博士生導師，1962年出生，礦床學、礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，主要從事礦床學、礦產(chǎn)普查與勘探的教學和研究。Email：chunji.xue@cugb.edu.cn

P588.2；P618.41

A

1000-8527(2016)04-0723-16