西藏甲玛铜多金属矿夕卡岩特征及成因意义

2011-07-06姚晓峰畅哲生郑文宝应立娟邓世林唐晓倩

成都理工大学学报（自然科学版） 2011年6期

姚晓峰王友畅哲生郑文宝应立娟邓世林唐晓倩

（1.中国地质大学地球科学与资源学院，北京100083；2.成都理工大学地球科学学院，成都610059；3.中国黄金集团，北京100011；4.中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037）

甲玛铜多金属矿是冈底斯成矿带与喜马拉雅中新世构造－岩浆活动有关的铜、钼、铅、锌、金、银、钨、锡成矿亚系列中的重要矿床，近几年的勘查工作显示该矿床已达到超大型规模。夕卡岩主矿体赋存于受角岩－大理岩层间构造带所控制的夕卡岩内，矿体在形态、产状、规模等方面与传统意义上的夕卡岩矿床是有区别的。对该矿床成因一直存有争论，其中主要有2种认识，一种是认为矿床和海底喷流沉积作用有关［1－5］，另一种总体上认为矿床是和岩浆热液作用有关［6－10］。本文从夕卡岩基本特征入手，研究其岩石学、岩石化学、稀土元素和微量元素地球化学特征，初步探讨大规模夕卡岩连续分布的主要因素，在矿床成因上给予指示。

1 地质背景

甲玛铜多金属矿在区域上位于特提斯成矿域冈底斯－念青唐古拉板片中南部冈底斯火山岩浆弧带北部，区域上主要有驱龙、邦浦、拉抗俄、巴洛等矿床（图1）。该矿集区是冈底斯带重要的斑岩－夕卡岩铜多金属分布区［11］。

甲玛矿区出露的地层主要有林布宗组（K1l）、多底沟组（J3d）和第四系（Q）。林布宗组主要为板岩和角岩，作为夕卡岩矿体的顶板。多底沟组主要为大理岩，作为夕卡岩矿体的底板。第四系仅在牛马塘一带分布（图2）。矿区岩浆岩主要呈岩脉、岩株产出，岩石类型主要有花岗斑岩、黑云母二长花岗斑岩、花岗闪长斑岩、石英闪长玢岩、闪长玢岩、闪长岩、闪斜煌斑岩、角闪辉绿（玢）岩、石英辉长岩等［14］，其中花岗斑岩与夕卡岩的成因关系最为密切。

图1 西藏冈底斯成矿带东段大中型金属矿床分布图Fig.1 Distribution of the medium－large scale deposits in the eastern Gangdese metallogenic belt，Tibet

图2 甲玛铜多金属矿床地质图Fig.2 Geological map of the Jiama Cu polymetallic ore deposit

矿区主要的矿体类型为夕卡岩型矿体和角岩型矿体，根据不同的主元素组成特征，前者主要有铅锌矿体和铜钼矿体，后者主要为铜钼矿体。夕卡岩型主矿体受林布宗组角岩、板岩和多底沟组大理岩之间的层间构造带所控制（图3），夕卡岩、夕卡岩化角岩和夕卡岩化大理岩作为其赋矿围岩。角岩型主矿体主要呈厚大块状、直立筒状、不规则状于夕卡岩型矿体的顶板产出［9，15］，矿化强度和石英硫化物脉的发育程度密切相关。矿区夕卡岩型铜钼铅锌金银等金属资源量和角岩型铜钼金属资源量均达大型以上规模［9］。

2 夕卡岩特征

夕卡岩在平面上主要呈北西西－南东东走向（图2），倾向北东，沿走向延伸近4km，沿倾向延伸近3.2km，主要赋存于角岩、板岩和大理岩之间的岩性接触带内（图3）。矿区47－0－56线范围内夕卡岩形态较规则，主要呈层状、似层状连续产出，该范围为夕卡岩型主矿体区域。56线以东受滑覆体构造及其次级褶皱的影响，夕卡岩形态较为复杂，呈透镜状、似层状、脉状产出。该范围内矿体的连续性较差，规模也相对较小。

2.1 岩石学特征

矿区夕卡岩类型以石榴子石夕卡岩和硅灰石夕卡岩为主，其次可见少量透辉石夕卡岩和透闪石夕卡岩，钻孔内垂向上多有硅化角岩－夕卡岩化角岩－石榴子石夕卡岩－硅灰石夕卡岩－夕卡岩化大理岩－大理岩的分带特征，同时矿体类型、有用矿物组合及有用元素组合在垂向上也具有一定的分带性（图4）。

夕卡岩多呈棕褐色、红褐色、暗绿色、翠绿色和灰白色，细粒－中粒结构，以块状构造为主，其次可见条带状构造、斑杂状构造和晶簇状构造。矿物成分以石榴子石和硅灰石为主（图5），其次可见石英、方解石、绿泥石、绿帘石、透辉石、阳起石、透闪石、萤石和石膏等。

夕卡岩化角岩和夕卡岩化大理岩属于夕卡岩与其顶底板的过渡带，在角岩中主要以充填交代作用为主，由上至下可见夕卡岩矿物脉呈细脉状、脉状、大脉状产出，脉体的外侧可见夕卡岩矿物火苗状的交代现象，夕卡岩内可见交代残留的角岩呈角砾状产出（图5）。在大理岩中夕卡岩矿物的交代现象更加强烈和普遍，夕卡岩矿物主要呈团斑状、脉状分布于大理岩内（图5）。夕卡岩化由中心向顶底板两侧逐渐减弱，在不同的围岩内形成不同的矿物组合及组构特征，夕卡岩化角岩－夕卡岩－夕卡岩化大理岩为同一热液蚀变的连续的岩石组合。

2.2 岩石化学特征

图3 甲玛矿区夕卡岩型主矿体ZK1511－ZK011－ZK4006纵剖面图Fig.3 Geological longitudinal section through ZK1511－ZK011－ZK4006of the skarn ore body in the Jiama ore deposit

矿区夕卡岩中各组分的质量分数分别是：SiO2在31.78%～51.52%之间，CaO在29.04%～43.56%之间，TFe在1.56%～21.93%之间，MgO在0.06%～1.20%之间，MnO在0.33%～0.92%之间，K2O＋Na2O在0.01%～1.04%之间（表1）。根据赵一鸣等（1990）对夕卡岩类型的划分原则［16］，矿区夕卡岩中的Ca含量远远高于 Mg、Mn和K＋Na的含量，其成分类型为钙夕卡岩。

图4 矿区夕卡岩及其顶底板垂向分带示意图Fig.4 Schematic map of the vertical zoning from roof to floor in the Jiama ore deposit

众所周知，在夕卡岩形成的过程中最显著的物质交换是流体中的Si和大理岩中的Ca之间的交换。在矿区主要岩性的CaO－SiO2相关性图解中（图6），花岗岩类、夕卡岩和大理岩三者呈现明显的负相关特征，反映在夕卡岩化过程中花岗岩类和大理岩经历了Ca、Si的物质交换。林布宗组角岩、板岩与花岗岩类的主成分特征较为相近，因此，在夕卡岩形成过程中表现相对惰性，从而在夕卡岩化过程中作为热液屏蔽层而有利于流体沿层间构造带侧向运移并形成稳定的夕卡岩。由此可见，夕卡岩与花岗岩类和大理岩的成因关系密切，其顶板稳定的地球化学性质是形成连续夕卡岩型矿体的有利条件。

表1 甲玛矿区夕卡岩常量元素分析结果（w／%）Table 1 The analysis results of major elements of the ore－bearing skarn in the Jiama ore deposit

图5 甲玛矿区夕卡岩基本组构特征图Fig.5 The main petrofabric characteristics of skarn in the Jiama ore deposit

2.3 稀土元素地球化学特征

从稀土元素总量来看，石榴子石夕卡岩稀土元素的总质量分数在35.74×10－6～165.42×10－6之间，平均值为101.34×10－6；硅灰石夕卡岩稀土元素总质量分数在9.54×10－6～116.38×10－6之间，平均值为97.01×10－6（表2）：总体上硅灰石的稀土元素含量略低于石榴子石夕卡岩。从特征异常值来看，石榴子石夕卡岩和硅灰石夕卡岩的（wLa／wYb）N分别为6.11和5.14，w∑LREE／w∑HREE分别为5.87和6.15，δCe分别为0.60和0.70，δEu分别为0.83和0.71（表2）：夕卡岩具有弱Ce负异常、弱Eu负异常的轻稀土富集的稀土配分型式（图7）。

交代作用所形成岩石的REE组成是受原岩、流体成分及其物理化学环境所影响［17］。通过对比夕卡岩与其顶板、底板、花岗岩脉的稀土元素配

分曲线特征，石榴子石夕卡岩和硅灰石夕卡岩具有类似的稀土配分型式，由大理岩－硅灰石夕卡岩－石榴子石夕卡岩－角岩，稀土元素总量逐渐增加且轻、重稀土分馏程度逐渐增强。其可能有2个原因，一是靠近顶板一定范围内的石榴子石夕卡岩继承了角岩的稀土元素特征，二是夕卡岩顶板地球化学性质较为稳定，热液在靠近顶板的位置相对集中，从而引起了夕卡岩的稀土元素总量和轻稀土元素的相对富集。以上特征表明夕卡岩稀土元素特征总体上受大理岩和花岗岩类稀土元素组成的制约，并受到顶板的地球化学性质的影响。

表2 甲玛矿区夕卡岩稀土元素及微量元素丰度数据（wAu／10－9，其他元素w／10－6）Table 2 The analysis results of the rare－earth elements and trace elements in skarn from the Jiama ore deposit

图6 矿区岩石SiO2－CaO关系图解Fig.6 The SiO2－CaO correlativity of main rocks from Jiama

图7 甲玛矿区各岩性稀土元素丰度配分曲线图Fig.7 Chondrite－normalized REE patterns of the main rocks from Jiama

2.4 微量元素地球化学特征

矿区夕卡岩具有富集大离子亲石元素（Rb、K、U、Th）和亏损Ta、Nb和Ti等高场强元素特征（表2，图8），夕卡岩总体上分布于花岗岩类脉岩与大理岩微量元素分馏曲线之间，夕卡岩微量元素特征受大理岩和花岗岩类特征的影响。通过对比地壳克拉克值（泰勒，1964）［18］，夕卡岩具有富集亲铜元素（Cu、Au、Ag、Pb、Zn、As、Sb、Mo）和亏损亲铁元素（Co、Ni、V、Cr）的特征（表2）。

图8 甲玛矿区各岩性微量元素蛛网图Fig.8 Primary mantle－normalized trace elements patterns of the main rocks from Jiama

通过对比冈底斯东段同一矿集区驱龙铜矿岩体特征，甲玛矿区花岗岩类和驱龙成矿岩体同样具有富集大离子亲石元素和亏损高场强元素的特征，并一定程度上富集亲铜元素和亏损亲铁元素［20］。夕卡岩中大离子亲石元素的富集和高场强元素的亏损是冈底斯喜马拉雅晚期高原伸展地球动力学背景下［21］，具有岛弧岩浆作用印记的岩浆活动及演化［22］对不相容微量元素的约束，亲铜元素的富集和亲铁元素的亏损为该大地构造背景下高钾钙碱性系列－钙碱性系列花岗岩类的成矿专属性的表现。

3 讨论

甲玛铜多金属矿床的成因曾一直是争论的焦点，一些研究者曾提出海底热水喷流沉积型矿床的观点［1－5］，另外一些研究者认为是与岩浆热液作用有关的矿床［6－10］。本文基于近几年勘查工作近90km岩心钻探资料，发现夕卡岩化主要是沿角岩－大理岩层间构造带连续发育，由上至下构成夕卡岩化角岩－夕卡岩－夕卡岩化大理岩热液蚀变岩石组合，并具有后期热液交代作用所形成的岩石组构。通过与角岩、大理岩和花岗岩类岩石化学、稀土元素及微量元素地球化学特征对比，夕卡岩地球化学特征明显受大理岩、花岗岩类地球化学特征的制约和影响，指示夕卡岩与大理岩、花岗岩类成因关系密切。另外，近几年来一些研究者限定了成岩、成矿年龄，辉钼矿铼锇同位素等时线年龄主要分布于15.18～15.41Ma之间［7，8，10］，矿区象背山、独立峰、东风垭、塔龙尾4个主要岩体的锆石 U－Pb同位素平均年龄分布在14.81～16.27Ma［13］。年龄数据显示成矿是下白垩统林布宗组和上侏罗统多底沟组形成后发生的，且具有形成斑岩－夕卡岩型矿床的时代条件。以上证据不支持“海底喷流沉积成因”的观点。

随着印度－亚洲大陆的碰撞，至始新世末形成由北向南一系列的推覆－滑覆构造，在角岩、板岩和大理岩之间形成上陡下缓的层间扩容空间，矿区中心16线－40线之间花岗斑岩的侵入提供了成矿物质和成矿流体［9］，岩体与大理岩之间形成传统类型夕卡岩的同时，外围沿角岩－大理岩的岩性界面形成层状、似层状的远端夕卡岩，二者为同一热液系统的不同产出形式，大量岩浆热液的不断供应和角岩－大理岩之间的封闭性能好的构造容矿空间，是大规模夕卡岩连续分布的决定因素。

4 结论

甲玛铜多金属矿床夕卡岩沿走向延伸近4 km，沿倾向延伸近3.2km，主要呈层状、似层状展布于林布宗组角岩、板岩和多底沟组大理岩之间的层间构造带内，由上至下夕卡岩化角岩－夕卡岩－夕卡岩化大理岩构成连续的蚀变岩石组合，是夕卡岩型矿体的赋矿围岩。夕卡岩类型主要为钙夕卡岩，具有弱铈异常、弱铕负异常的轻稀土富集等特征，同时富集大离子亲石元素（Rb、K、U、Th），并亏损Ta、Nb和Ti等高场强元素。夕卡岩地球化学特征受大理岩、花岗岩类地球化学特征的制约和影响，指示夕卡岩与大理岩、花岗岩类在成因上关系密切。角岩作为热液屏蔽层是夕卡岩连续分布的有利条件，矿区推覆和滑覆构造作用所形成的角岩－大理岩层间扩容空间是夕卡岩铜多金属矿体大规模分布的关键因素。矿床是受该构造扩容岩性界面所控制的岩浆热液接触交代型矿床。

感谢西藏华泰龙矿业开发有限公司提供了大量的分析资料，并为作者的野外工作和室内工作提供了资助。感谢中国地质科学院矿产资源研究所唐菊兴研究员及成都理工大学钟康惠教授和汪雄武教授的指导，感谢项目组其他成员的支持与帮助！

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