青海省都兰南戈滩铜铁锡多金属矿成矿规律浅析

2014-12-14康清清沙亚洲

地下水 2014年4期

康清清，马晔，沙亚洲

(陕西省核工业地质局二二四大队，陕西西安 710024)

南戈滩铜铁锡多金属矿区位于柴达木盆地东南缘、东昆仑造山带北部。自上世纪70年代至今，区内及相近区域上相继发现了一系列与花岗岩浆侵入活动有关的矽卡岩型铜铁锡铅锌多金属矿，如卡尔却卡铜矿、小卧龙锡铁矿、白石崖铁多金属矿、托克妥铜多金属矿、赛钦铜钴矿、虎头崖铅锌矿(马慧英，2009;丰成有，2009;李东生，2011;马圣钞，2013)，其中小卧龙锡铁矿位于本次研究区内。以往学者对南戈滩地区铜铁锡矿成矿地质特征等方面开展了研究(薛培林，2006;李学虎，2009;马慧英，2009;张占玉，2011)，但是区内总体研究程度较低。本次在矿产勘查以及前人研究的基础上，通过归纳、类比、总结，以岩浆—热液成矿理论为基础探讨区内多金属成矿规律，以期指导矿床外围及深部的找矿工作。

1 研究区地质概况

研究区位于祁曼塔格北坡—夏日哈新元古代—早古生代岩浆弧带东段(见图1)，其近北侧以柴达木北缘断裂与赛什腾—锡铁山—哇洪山新元古代—早古生代缝合带毗邻。区内经历了元古宙结晶基底形成，古生代多旋回裂解～拼合复合造山，中生代大规模拉张裂陷活动，中—新生代陆陆碰撞、隆升，构成了复杂的地质环境[1]。

区内主要出露地层为寒武—奥陶系滩间山群(∈OT)，为一套遭受中—低级变质作用的浅海相碳酸盐岩及中—基性火山碎屑岩建造，岩性以石英片岩、钙质砂岩、硅化灰岩、矽卡岩为主夹少量变质石英砂岩、绢云千枚岩以及条带状大理岩等，其中矽卡岩、硅化灰岩及钙质砂岩为区内主要含矿岩性。地层总体倾向南东，倾角55°～75°不等。区内构造明显受区域大断裂和区域应力场的控制。断裂构造以一系列近雁列式展布的北东向张性断裂为主，其次为近东西向和北西向展布的次级断裂，其中北东向断裂构造为区内的主要控矿断裂。褶皱构造为发育于滩间山群地层中的褶皱轴呈北东向展布的倒转向斜构造，核部为滩间山群上亚群，其为区域褶皱系的一部分。区内岩浆活动主要为印支-燕山期中酸性岩浆侵入活动。分布于研究区西部的灰白-肉红色似斑状中细粒二长花岗岩(ηγ51d-2)、肉红色似斑状二长花岗岩(ηγ51d-3)岩基，黑云母(K-Ar法)同位素年龄值小于166 Ma[2]，为印支晚期到燕山早期中酸性岩浆活动产物。同时，区内发育中—细粒的花岗斑岩、二长花岗斑岩小岩株。花岗斑岩岩株多与区内构造线一致，呈北东向展布，与区内多金属成矿关系密切。

图1 大地构造位置图

2 铁、铜、锡矿化特征

研究区内的多金属矿化主要为磁铁矿化、铜矿化及锡矿化，为典型的矽卡岩型多金属矿床。目前已圈出铁矿体42个、铜矿体8个、锡矿体29个，多为隐伏矿体。矿体多呈北东向展布，产于滩间山群上亚群。矿体多受顺层滑脱断层的控制，与区内地层近平行产出。矿体呈似层状、透镜状，长度40～600 m，厚度1～23 m，多南东倾向，少数矿体呈北西向及近东西向展布[3]。研究区西部主要以锡钨矿为主，同时发育磁铁矿;中部以磁铁矿为主，兼有铜矿化;东部主要以铜矿化为主。多数矿体在倾向和走向上均表现出不均一性，为不连续的不同规模的透镜体断续分布。

矿石矿物组合复杂，金属矿物有磁铁矿、锡石、白钨矿、黄铜矿、赤铁矿、黄铁矿、辉铜矿、斑铜矿、闪锌矿、雌黄铁矿、毒砂、孔雀石、褐铁矿等，脉石矿物主要有石榴子石、透辉石、绿帘石、石英、符山石、黑云母、绿泥石、金红石等。主要围岩蚀变有矽卡岩化、黄铁矿化、雌黄铁矿、绿泥石化、碳酸盐化、硅化、透闪石化、透辉石化、阳起石化[3]。

1)铁矿体长60～340 m，厚度0.83～23 m，平均厚度1～23.21 m，倾向延伸80～240 m。矿体呈似层状，向下分支，倾向南东，倾角43°～56°，平行于围岩产出。矿体上下盘为钙质矽卡岩或矽卡岩化灰岩。矿体平均品位 ω(Fe)36.69%，ω(Cu)0.16%，ω(Sn)0.29%。部分矿体锡含量较高，局部有铜富集，矿石主要为磁铁矿、锡石磁铁矿。

2)铜矿体长40～190 m，厚度 1～3.32 m，倾向延伸 100～175 m。矿体呈似层状，可见分枝复合现象，倾向南东，倾角40°～62°，产状与围岩一致。矿体上下盘为硅化灰岩及钙质矽卡岩。矿体平均品位ω(Cu)1.22%，局部含高品位磁铁矿。矿石矿物主要为黄铜矿。

3)锡矿体长142～600 m，延伸 71～135 m，厚度 1.64～20 m。矿体平均品位 ω(Sn)0.255%，ω(Fe)23.23%，ω(W)0.16%。矿体主要以锡为主，伴生有磁铁矿和白钨矿(见图2)。

图2 南戈滩铁铜锡矿区地质图

3 铁、铜、锡成矿规律探讨

3.1 矿化与地层的专属联系

区内已发现的铁铜锡矿体赋矿围岩多为寒武—奥陶系滩间山群上亚群(∈OT2)的钙质矽卡岩、矽卡岩化灰岩及钙质砂岩等钙质岩性。岩性组合以不纯的碳酸岩盐与钙质砂岩、石英片岩等呈互层出现为特征;岩石不同程度具硅化，尤其以碳酸盐岩的硅化最明显。同时，矿体产出多伴有不同程度的矽卡岩化现象。其中磁铁矿体多产于典型的矽卡岩带内;铜矿体亦多产于矽卡岩带内，少数铜矿体局部地段虽不与矽卡岩带完全吻合，但近旁侧多可见矽卡岩化现象。钙质地层及矽卡岩化与铁铜锡多金属矿化具有密切的成矿专属联系，矽卡岩化钙质地层作为区内的重要找矿标志，在找矿过程中起到了较好的效果。

最为区内地层主体的碳酸岩盐地层具有化学性质活泼、易溶、较脆，特别是硅化后更容易破裂，渗透性增强、利于含矿溶液流通并被交代形成矽卡岩;而不纯碳酸盐岩和钙质砂岩、石英片岩等形成互层，因机械性质不同的岩石之间多受构造影响形成层间断裂破碎，有利于含矿热液的流通，同时化学成分的不同也利于交代作用的发生[4]。石英片岩化学性质较为稳定、渗透性较差，不利于成矿热液的交代，在一定意义上对气液运移、渗透、交代起到了屏蔽隔挡的作用。因此，形成区内矽卡岩及矿体呈层、似层状产出的特点(见图3)。

图3 南戈滩2号铜矿带0号勘探线剖面图

3.2 矿化与张性断裂构造的耦合

区内主要断裂构造的形成至少有两期。其中早期断裂为左行左阶的高角度走滑断层，主要形成了以张性为主的北东向断裂和以压性为主的近东西向断裂(F1、F2、F3、F5)，同时伴有少量北西向次级剪裂(F4)，为区内主要的控矿断裂，由于早期北东向张性断裂在区内呈近似等间距排列(F1、F2、F5)，也导致了多金属矿化的近似等间距排列;晚期主要为北西向、北西西向的平移断层，对区内矿体起到了错断、破坏的作用。目前区内已发现的铁铜锡矿体多与早期形成的北东向层间滑脱断裂构造相伴产出，少量与北西向张裂伴生，矿体基本赋存与构造带内以及旁侧，矿体产状与构造产状一致或相近。

如图4中，F2断裂为左行的高角度走滑断层，受区域应力的作用，其北盘向西滑动，南盘向东滑动。在断层产状变化部位形成层间滑脱性质的张性断裂，即北东向断裂;同时形成了部分的北西向张(剪)裂。这些北东向的张裂以及北西向剪裂为后期矿质的运移提供的良好的通道，尤其北东向的张裂形成的张性虚脱对热液充填交代成矿非常有利，产出了区内主要的锡钨矿体、部分铁矿体和铜矿体。

图4 铁铜锡矿体与F2断裂耦合关系平面图

3.3 矿化与岩浆热液活动的成生关系

矿区出露的规模较大的岩浆岩主要为印支期的似斑状二长花岗岩(ηγ51d-2、ηγ51d-3)，呈复式岩基产出与研究区西部，与区内滩间山群地层近于直交。研究区中部自岩体与滩间山群接触部位延断裂构造带近侧向北东方向发育矽卡岩带或普遍发育不同程度的矽卡岩化现象。

化学分析结果显示，区内矽卡岩型矿石中 Sn、W、Mo、Mg、Ag、S、Ti、Fe、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Co、V、Ba、Sr、B、Be、Y、Yb、Ga、Ge等金属元素，其中 Sn、Fe、Cu、Pb、Zn 等元素丰度值普遍较高[5]。与区内岩浆岩微量元素平均含量特征吻合度较高(见表1)。其中，印支期花岗岩Sn元素含量为花岗岩平均含量的5倍以上，与之对应区内也发育了较为普遍的锡矿化。

表1 南戈滩地区岩浆岩微量元素平均含量表

区内已发现的矿体近侧多发现有中酸性的花岗斑岩或二长花岗斑岩小岩株(脉)产出，总体来看有斑岩岩株的侵入的地段较其它地段矿化富集程度较高。中酸性小岩株的浅侵位、超浅侵位或喷发作用，为流体循环和运载成矿物质、能量构筑了“高速公路”[6](陈衍景，2012)，在区内成矿过程中起到的作用不可忽视。虽然目前尚缺少资料显示这些小岩株的成矿性，但是区内矿化与这些后期脉动侵入的小岩株的空间耦合关系显示了一定的“小岩体成矿”[7](汤中立，2011)可能性。

区内矽卡岩以及赋存于其中的多金属矿体与岩浆热液活动有着密切的成生联系。花岗岩浆的侵入以及后期的脉动式侵入等热液活动为区内的多金属成矿提供了丰富的矿质及热源，是区内矽卡岩化和多金属矿化的主导因素。

3.4 矿化蚀变的分带特征

区内多金属矿化在空间上具有明显的分带现象。矿床南西段主要发育锡钨矿化;向北东方向锡钨矿化渐弱主要以发育磁铁矿化为主，同时伴有铜矿化;矿床北东主要以发育铜矿化为主。形成了自南西向北东 Sn、W(Fe)→Fe(Sn、Cu)→Cu(Fe)→Cu的矿化分带特征。矿化蚀变的分带现象同时表现在从地表到深部元素富集特征的变化，其中矿床南西段地表矿化主要以锡矿化为主，向深部逐渐变为以钨矿化为主，越靠近岩体钨矿化有增强的趋势(见图5)。

这种明显的金属矿化分带特征的形成主要缘于成矿期含矿汽水热液的演化[8](张德全，1992)。岩浆演化后期，由于岩浆中心的“高压”环境，富含矿质的汽水热液通过断裂构造等薄弱地带，从中心(矿区南西深部)向外围(矿区北东部及浅部)运移。在气液的迁移过程中，温度、氧逸度、pH值、Eh值等地球化学障使多金属元素的迁移能力下降，含矿汽水热液与周围环境不断的发生能量和物质的交换，含矿汽水溶液的成分和自身的物化性质也不断的变化。早期含矿气液的前锋与围岩交代形成不同的矽卡岩和金属矿化，后续的流体再与之继续反映，又形成了不同的退化蚀变和金属矿化。金属矿物按照氧化物到硫化物的顺序依次析出沉淀成矿，早期主要析出以锡石(SnO2)、白钨矿(WO4)、磁铁矿(Fe3O4)为主的氧化物，后期主要析出以黄铜矿(CuFeS2)、黄铁矿(FeS2)为主的硫化物，金属元素也依据本身的地球化学习性分别沉淀于相应的地球化学场中，从而导致了从南西到北东的金属矿化分带现象(见图6)。

因此，矿床的北东部，地层与岩体接触带的远端具有较好的铜成矿前景;而矿床的西南部，地层与岩体接触带的近端具有较好的锡钨成矿前景;在垂向上矿床的深部锡钨的成矿前景亦可观。

区内成矿事实是由多期次成矿活动组成的。磁铁矿石镜下显微特征显示，方解石被后期的富含铁矿质的热液强烈交代，呈参差不齐、港湾状的交代蚕食结构。磁铁矿里有呈交代残留结构的方解石颗粒，呈残留结构的方解石内部还裹挟有岛状的磁铁矿颗粒(见图7左)。强烈的蚀变现象说明了成矿过程中含矿热液以及挥发分的多期、多次、多脉动式的穿插交代。镜下还可见交代作用形成的环带状结构以及呈反应边的辉石和闪石类矿物(见图7右)，不仅表明了交代蚀变过程在较长时间内的多期性，还指示了交代过程不仅与中酸性岩浆活动有关而且可能有部分中基性岩浆活动的成因。

图5 南戈滩地区多金属矿化分带模式图

图6 南戈滩地区多金属矿化分带特征示意图

3.5 成矿期次及成矿类型

图7 南戈滩地区磁铁矿石显微结构特征

同时，在同一成矿期成矿活动又经历了从早期的磁铁矿阶段到晚期的石英硫化物阶段的过程，同一成矿阶段内的不同金属矿物的成矿时间也存在先后顺序。磁铁矿阶段主要为磁铁矿、锡石、白钨矿等氧化物的形成阶段，区内矿石中可见锡石常嵌入到磁铁矿晶体中或着生在晶体边缘，表明二者形成于同一阶段，但锡石稍晚于磁铁矿;白钨矿常充填在辉石颗粒之间交代辉石及石榴子石，而又被磁铁矿分割和包含，说明白钨矿的生成晚于辉石而早于磁铁矿[5]。石英硫化物阶段主要形成黄铁矿、黄铜矿等硫化物，矿石多可见其呈脉状充填于磁铁矿中。

成矿的多其次也导致了区内即发育矽卡岩型的锡铁铜多金属矿化，亦发育石英脉型的锡、铜矿，局部地段可见石英脉型富锡铜矿体，并切穿矽卡岩产出。早期主要以矽卡岩型为主，晚期则以硫化物石英脉性为主。同时，研究区近北侧的发育的柴达木北缘岩石圈大断裂、印支期—燕山期浅成的中酸性岩和花岗斑岩等小岩株以及与岩浆热液活动关系密切的矽卡岩型矿床等因素是另一种与矽卡岩型矿床关系密切的成矿类型——斑岩型矿存在的有利条件[9]。与南戈滩地区成矿地质条件相似的东昆仑卡尔却卡铜多金属矿，近年来在矽卡岩型矿床深部发现较大规模的斑岩矿床，为南戈滩地区今后深部找矿拓宽了思路(见图8)。