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        云南東川銅礦成礦特征與找礦方向

        2021-09-16 09:13:30張雄祝新友姜華呂曉強王云鳳劉文劍田犁平曾瑞垠肖劍
        礦產(chǎn)勘查 2021年4期
        關(guān)鍵詞:東川落雪黑山

        張雄,祝新友,姜華 ,呂曉強,王云鳳,劉文劍,田犁平,曾瑞垠,肖劍

        (1.中色紫金地質(zhì)勘查(北京)有限責(zé)任公司,北京 100012;2.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院,昆明 650093;3.云南銅業(yè)股份有限公司,昆明 650000;4.云南金沙礦業(yè)股份有限公司,昆明 654100;5.云南銅業(yè)礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)有限公司,昆明 650041;6.云南省有色地質(zhì)局三〇六隊,昆明 650217;7.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京 100083)

        0 引言

        云南東川銅礦是我國最重要的銅礦田之一,自1952年正規(guī)勘查以來已有近70年的開發(fā)歷史。東川銅礦以其獨特的成礦地質(zhì)條件及礦床特征區(qū)別于其他類型銅礦,是我國少有的沉積巖容礦的層狀超大型銅礦床之一,銅儲量390萬t,占全國該類礦床銅總儲量的約46%(Leach and Song,2019)。以往關(guān)于東川銅礦的礦床成因類型,主要有海相噴流沉積(Sedex)型、“沉積-改造”型以及后生熱液交代成因(華仁民,1993;龔琳等,1996;邱華寧等,2002;Han et al.,2007;冉崇英和吳鵬,2014)。目前,多數(shù)學(xué)者認為東川層控銅礦與中非銅礦具有高度相似性,為SSC(Sediment-hosted Stratiform Copper Deposit)礦床(Zhao et al.,2010,2012,2013;高輝等,2012;Huang et al.,2013;劉玄等,2015;祝新友等,2017;Leach and Song,2019;Hayes et al.,2015①)。部分學(xué)者研究認為區(qū)內(nèi)鐵銅礦床與康滇構(gòu)造帶內(nèi)發(fā)育的基性巖關(guān)系密切,將其歸屬為鐵氧化物銅金(IOCG)礦床(Zhao,2010;Zhao and Zhou,2011;Zhao et al.,2013,2017,2019;Zhu and Sun,2013;方維萱等,2013;Zhou et al.,2014;Su et al.,2016)。大量的成礦流體研究顯示,東川銅礦具有中低溫、中高鹽度特征(均一溫度109~290℃,鹽度10%~35.99%)(龔琳等,1996;葉霖,2004)。初始成礦流體為Na-Ca-C1型及硫酸鹽型熱鹵水,富含有機質(zhì)(阮惠礎(chǔ)等,1988;龔琳等,1996;葉霖,2004)。海相硫酸鹽的細菌還原作用、重硫同位素與熱化學(xué)還原反應(yīng)為主要硫源(龔琳等,1996;葉霖,2004;Zhao et al.,2012;Huang et al.,2013)。

        東川銅礦礦床成因認識的爭議,加之目前勘查開發(fā)的局限性、礦權(quán)分割嚴(yán)重以及一些歷史問題等因素,一定程度上制約了對東川銅礦的宏觀認識,進而影響勘查開發(fā)工作。本文以前人研究成果為基礎(chǔ),結(jié)合近幾年對東川銅礦成礦規(guī)律與找礦預(yù)測研究的工作成果,重點闡述東川銅礦成礦特征,探討其成因機制及下一步找礦方向,以期對東川銅礦找礦勘查工作起到借鑒作用。

        1 成礦地質(zhì)背景

        東川銅礦礦集區(qū)位于云南昆明市北160 km處,交通便利,礦山建設(shè)相對完善。大地構(gòu)造位于揚子板塊西南緣的康滇構(gòu)造帶內(nèi)(圖1a),礦集區(qū)東西分別由小江斷裂和茂爐斷裂所挾持,南以寶九斷裂為界,北以金沙江為界,構(gòu)成東川斷陷盆地(圖1b)。該區(qū)出露地層主要為元古代地層和少量震旦紀(jì)陡山沱組地層,賦礦圍巖以中元古代東川群為代表(圖2),少量礦體發(fā)育于陡山沱組中。東川群包括因民組、落雪組、黑山組、青龍山組地層,主要為一套碎屑巖-泥質(zhì)巖-碳酸鹽巖組合的沉積建造,均含銅礦化,在新元古代受到綠片巖相低級變質(zhì)作用(Zhao et al.,2010)。區(qū)內(nèi)已探明的銅礦床主要有四棵樹、一棵樹、因民、落雪、石將軍、白錫臘、濫泥坪、湯丹等(圖1b),礦床受中元古代地層控制,呈“Z”字型展布。此外輝長輝綠巖較為發(fā)育,其中因民、濫泥坪、石將軍等礦床中輝綠巖脈內(nèi)見脈狀“小而富”礦體。

        圖1 云南東川銅礦大地構(gòu)造位置圖(a),區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)圖(b)(修改自曾瑞垠等,2020)

        2 礦床特征

        礦體主要賦存在中元古代東川群內(nèi),東川群由老到新包括因民組、落雪組、黑山組和青龍山組。礦體圍巖以落雪組白云巖為主,次為因民組鐵質(zhì)砂板巖、黑山組底部炭質(zhì)板巖和震旦系陡山沱組底部砂質(zhì)白云巖。賦存在不同巖性段的礦體分別被命名為不同的礦化樣式(圖2),前人將其歸納為“四樓一梯”模式(龔琳等,1996),即賦存在因民組紫紅色砂巖中的“稀礦山式”礦體、賦存在落雪組白云巖中的“東川式”礦體、賦存在黑山組碳質(zhì)板巖底部的“桃園式”礦體、賦存在震旦系陡山沱組白云巖底部的“濫泥坪式”礦體作為“四層樓”,以及賦存在刺穿體角礫巖中的銅(鐵)礦體作為“一梯”,刺穿體角礫巖往往從因民組底部刺穿至上部層位(圖2)。

        礦體常呈層狀、似層狀展布,礦石呈脈狀、細脈狀、浸染狀構(gòu)造(圖3)。礦石礦物有黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦、磁鐵礦、鏡鐵礦和赤鐵礦及少量黃鐵礦,在地層垂向上(自下而上)具有輝銅礦-斑銅礦-黃銅礦的礦物分帶,局部含少量黃鐵礦。礦化組合以銅為主,含鈷、銀,不同于VMS或Sedex型礦床,很多礦床或礦石中幾乎不含鉛鋅。脈石礦物主要為白云石、少量方解石及石英,礦體和礦石中常含有一定量的富鈉礦物,部分礦床普遍發(fā)育鈉長石化。此外在紫紅色砂巖和白云巖接觸帶,或青灰色白云巖與灰白色白云巖接觸部位,褪色化普遍發(fā)育,是氧化還原反應(yīng)的直觀表現(xiàn),并與礦化緊密相關(guān)。普遍發(fā)育的蝕變還有白云石化、鈉長石化,偶見硅化、綠泥石化等。礦體傾角較陡,總體在55°~75°之間,局部傾向反轉(zhuǎn)。

        圖3 東川銅礦礦石、礦物特征

        3 成礦特征

        東川銅礦成礦總體表現(xiàn)為以因民組細碎屑巖及不整合面以下湯丹群為基底,以落雪組白云巖及其與碎屑巖接觸部位為主要含礦層,以黑山組還原性炭質(zhì)板巖為蓋層,組成東川銅礦含礦建造系統(tǒng)。落雪組砂質(zhì)白云巖具有良好的滲透性,是礦物沉淀最有利的層位,黑山組炭質(zhì)板巖具有一定的還原性,同樣可以導(dǎo)致硫化物沉淀。由于“濫泥坪式”礦體與下伏東川群內(nèi)礦體呈不整合接觸關(guān)系,因此推測其為另外一期成礦事件,其成礦機制可能與東川群內(nèi)礦床相似,但由于成礦時間跨度大,本文不作討論。東川群與湯丹群為不整合接觸關(guān)系,而不整合面是導(dǎo)礦、儲礦的良好場所,很多礦床存在于不整合面或不整合面附近(李朝陽等,2004)。

        礦區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育,主要表現(xiàn)為橫向斜交地層小規(guī)模斷層,也發(fā)育較大規(guī)模多產(chǎn)狀斷層,大多為破礦斷層,也不乏成礦期容礦斷層。在坑道地質(zhì)填圖工作中發(fā)現(xiàn),礦化強度較強的部位,往往發(fā)育高角度斜交地層、受斷層控制的含礦熱液脈(圖4),本文將此類橫向脈體系列稱之為成礦供給系統(tǒng)。脈體兩側(cè)低角度斜交層理或平行于層理的側(cè)向脈體稱為沉淀系統(tǒng)。需要指出的是兩個系統(tǒng)并非切穿關(guān)系,而是相互貫通關(guān)系。

        供給系統(tǒng)的主要特征為與地層高角度斜交,兩側(cè)利于成礦的巖性中往往具有脈狀、浸染狀銅礦化(圖5b,c),脈體常發(fā)育原生銅硫化物,脈石礦物從因民組底部的鈉長石+白云石脈轉(zhuǎn)為落雪組的石英+白云石±鈉長石脈,礦石礦物從底部黃鐵礦+黃銅礦變?yōu)辄S銅礦+斑銅礦±輝銅礦。宏觀上供給系統(tǒng)可以貫通有利成礦層位,如落雪組和黑山組底部,因此東川銅礦顯示出明顯的多層位成礦特征(圖4)。沉淀系統(tǒng)主要為具有良好滲透性的砂質(zhì)層或硅鈣面,如“東川式”礦體中典型的馬尾絲構(gòu)造(圖5a),其主要特征為含礦脈體與主脈供給系統(tǒng)貫通,并與主脈呈一定角度斜交,主脈與側(cè)向脈中礦物有過渡特征,并且側(cè)向脈體中銅硫化物逐漸尖滅(圖5a)。

        圖4 湯丹銅礦1770中段2#~ 4#繞道供給系統(tǒng)示意圖(曾瑞垠等,2020)

        圖5 “東川式”礦體馬尾絲構(gòu)造礦石形態(tài)及礦物分布圖

        4 討論

        4.1 礦床成因機制

        東川銅礦礦石構(gòu)造主要呈脈狀、細脈狀、浸染狀,成礦元素主要為Cu、Fe和少量Co,伴生有Ag和極少量Au,而Pb、Zn含量幾乎近于或低于克拉克值,圍巖蝕變中普遍發(fā)育的褪色化與銅礦化正相關(guān),表明Cu礦化與熱液蝕變直接相關(guān),由此可以看出東川銅礦典型的成礦特征并非同生成礦機制可以解釋,相反,不論從礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物組合、成礦元素以及多層位成礦特征來看,東川銅礦更多的顯示出后生成因特征。尤其以赤鐵礦-輝銅礦-斑銅礦-黃銅礦這樣的礦物組合為特征,東川銅礦類似于典型的砂巖型銅礦成礦機制,只是其賦礦圍巖多為濱海相紫色碎屑巖和碳酸鹽巖,可以歸納為海相砂巖型銅礦。事實上,中非銅礦帶、阿富汗安納克銅礦與東川銅礦具有高度可比性,前人也對此進行了報道,指出東川銅礦與贊比亞穆富里拉銅礦床、阿富汗安納克銅礦床成礦地質(zhì)特征相似,成因類型相同,不同之處僅在于前者屬于中元古代淺水碳酸鹽湖坪沉積相沉積環(huán)境,后兩者為新元古代陸內(nèi)裂谷成礦,屬瀉湖-三角洲沉積相沉積環(huán)境(高輝等,2012)。此外,東川銅礦和中非銅礦帶、阿富汗銅礦帶與超級古大陸事件在時間上有很好的耦合性,元古宙—古生代出現(xiàn)的缺氧事件導(dǎo)致的巨量金屬堆積對海相砂巖型銅礦床起到了重要的控制作用(高輝等,2012)。

        東川銅礦的成礦機制與盆地鹵水活動緊密相關(guān),諸多證據(jù)如硬石膏假晶(龔琳等,1996)、電氣石硼同位素數(shù)據(jù)(蘇治坤和趙新福,2015;Su et al.,2016)等均顯示因民組存在較厚的膏巖層,膏鹽層的溶解導(dǎo)致流體系統(tǒng)鹽度增高,更利于金屬離子的遷移,同時因民銅礦發(fā)現(xiàn)的刺穿體角礫巖與膏鹽層的溶解底辟作用直接相關(guān),角礫巖壓實作用之前的高孔隙度同樣是很好的容礦空間,這也是在因民銅礦床和石將軍銅礦床發(fā)育角礫巖型礦體的原因之一。高角度斷層供給系統(tǒng)為流體提供了良好的運移通道,高滲透率砂質(zhì)白云巖及砂巖是硫化物良好的沉淀空間,黑山組炭質(zhì)板巖既作為良好的封閉層,也能起到還原作用。

        4.2 找礦勘查建議

        以碎屑沉積巖和不整合面構(gòu)成的基底、高滲透率砂質(zhì)白云巖為主的賦礦圍巖、相對還原性的碳質(zhì)板巖為封閉蓋層構(gòu)成了該區(qū)最基本的成礦地質(zhì)條件,供給系統(tǒng)貫穿含礦建造,是重要的導(dǎo)礦、容礦構(gòu)造,以此為基礎(chǔ),加之褪色化、白云石化和鈉長石化等明顯的蝕變,是該類型銅礦重要的找礦標(biāo)志。

        結(jié)合東川銅礦多數(shù)礦床現(xiàn)有生產(chǎn)勘查實際情況,應(yīng)當(dāng)注重新層位找礦潛力,如因民銅礦落雪組二段及黑山組底部、濫泥坪銅礦落雪組二段及因民組二段,這些層位均未有足夠的工程控制。事實上,區(qū)域內(nèi)如緊鄰因民銅礦的落雪銅礦、一棵樹、四棵樹銅礦均已在上述層位實現(xiàn)找礦突破(楊金福等,2017)。此外,輝綠巖在該區(qū)域成礦潛力具有局限性,不建議投入過多工作量。當(dāng)然,落雪組一段深部仍未控邊,依然是就礦找礦的重點方向。

        5 結(jié)論

        (1)東川銅礦含礦建造以下伏不整合面為基底,以炭質(zhì)板巖為蓋層,以砂質(zhì)白云巖和碎屑巖為容礦圍巖為整個系統(tǒng),高角度斷層為供給系統(tǒng),盆地鹵水活動為成礦流體主要驅(qū)動、遷移機制。

        (2)東川銅礦為后生成因礦床,其成礦機制與盆地鹵水活動緊密相關(guān),為海相砂巖型銅礦或沉積巖容礦的層狀銅礦(SSC)。

        (3)東川銅礦仍具有較大找礦潛力,應(yīng)對新層位找礦予以重視,特別是對落雪組二段和黑山組底部的找礦勘查工作。

        注 釋

        ①Hayes TS,Cox DP,Piatak NM,Seal A.2015.Sediment-hosted stratabound copper deposit model[R].U.S.Geological Survey Scientific Investigations Report,1-147.

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