李伍式铜锌矿床矿源层及变质改造成矿作用

田竟亚，杨昌银，杜亚军，曾祥贵，徐彬，欧波



李伍式铜锌矿床矿源层及变质改造成矿作用

田竟亚1，杨昌银1，杜亚军2，曾祥贵1，徐彬1，欧波1

（1．四川省地矿局四O四队，四川西昌，615000；2．四川西华大学，成都，610039）

李伍式铜锌矿是四川西部一个重要的含锌富铜矿床类型。位于九龙江浪穹隆状变质核杂岩中心地区，含矿地层为中元古界李伍岩群—火山沉积岩建造，形成于中晚元古代扬子陆台边缘裂离带一分支裂谷带内。变质改造成矿是伴随印支­—燕山期区域造山运动在穹隆成穹过程中李伍岩群经受挤压与伸展构造作用而变形变质，其中所含火山热液沉积的原始矿源层在变质改造作用下重新富集成矿，属海底火山热液­—变质改造型矿床。

铜锌矿；矿源层；变质改造；剪切滑脱；李伍；变质穹隆；裂谷带

李伍式铜锌矿是四川西部一个重要的含锌富铜矿床类型，目前已探明有中型矿床两处，小型矿床两处和具潜在远景的矿点多处，累计铜+锌资源储量已达八十万吨，有望达百万吨以上。

1 成矿地质背景

李伍铜锌矿床处于扬子陆块西缘与三江系所属巴颜喀拉地块（Ⅱ级）结合部，Ⅲ级构造属雅江残余盆地南部边缘隆起带的木里—锦屏山推覆断裂带前沿，该带有多个由构造剥离出的穹隆状变质杂岩呈串球状分布[2]（图1、图2），李伍铜锌矿床即产于江浪穹隆状变质（核）杂岩内。该穹隆是目前区内唯一已知的铜锌矿含矿变质杂岩，含矿地层­为中元古界李伍岩群火山沉积变质岩建造；石英岩—变粒岩—斜长角闪岩—二云石英（长石）片岩—二云片岩组合。

图1 木里-锦屏山弧形构造带穹窿状变质杂岩分布略图

（据《许志琴，侯立伟，王宗秀资料》[8]）

2 矿床地质概况

2.1 含矿地层及层位

含矿地层为中元古界李伍岩群[1]（Pt2l1），从下至上分为两岔河、李伍、二道棚、江浪四个岩段，总厚989~1 146m。含矿层位主要是李伍段和两岔河段。李伍段（Pt2l1-2）厚约933m，位于岩群中部，其中主要含矿部位累计厚约776m，产有李伍、黑牛硐、挖金沟、中咀铜锌矿床和十余处矿点、矿化点；两岔河段（Pt2l1-1）厚大于217m，位于岩群下部（底部未出露），目前仅见有上海底、笋叶林等多处矿点、矿化点。 李伍岩群两个含矿段，代表海底火山喷气热液活动两个旋回，早期（两岔河期）活动较弱，位于下部，含矿性相对较差。

2.2 矿体产出特征

矿体产出受层位和岩性控制，呈似层状、透镜状产于二云石英片岩与片状长石石英岩、二云片岩的过渡带，主要沿S3主片理层滑断层及剪切滑脱带分布，局部弯曲（S2）。李伍矿区的矿体一般长数十米至二、三百米（大者四、五百米），厚1~4m，大者7~15m，黑牛硐矿区矿体沿倾向长300~700m，大者＞900m，厚1~6m，大者＞8m。

2.3 矿体产状及空间分布

矿体产状基本与S3主片理一致，并呈平行斜列状。李伍矿区两个含矿带空间上由东向西逐渐靠近呈之字型展布，构成雁行式排列（图3），黑牛硐矿区主要含矿带内两个主要矿体，也呈平行排列式样，层间距仅40~60m。其它矿点的矿体空间产出也都呈平行排列式样，显示了矿体分布受变形构造和层滑断层控制的基本特征具有共性。

2.4 矿石特征[3-7]

1）自然类型[3]，以闪锌矿黄铜矿磁黄铁矿矿石为主，其次是闪锌矿磁黄铁矿黄铜矿、闪锌矿黄铜矿及黄铜矿磁黄铁矿闪锌矿和少量闪锌矿矿石等，它们在各矿区、矿点出现情况不尽相同，主要与矿石构造（类型）密切相关。

2）结构构造，以浸染状矿石为主，其次是致密块状、角砾状（团块）、网脉状、条带状和浸染条带状矿石等。它们在各矿区、矿点所占比例不同，与受变质改造的程度有关。矿石结构大同小异，主要是半自形—他形粒状结构、粒片状变晶结构、交代溶蚀结构、交代残余结构、碎裂—碎斑重结晶结构等。

3）矿物成分，主要金属矿物以磁黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿为主，其次有方铅矿、黄铁矿、钛铁矿、方黄铜矿及微量矿物自然铋、碲银矿、叶碲铋矿、铅铋矿、辉钼矿、麦基诺矿（Mackinawite）、黄锡矿、辉钴矿、毒砂、自然金等，总体上属于中高温成矿组合。

4）化学成分，主要为Cu和Zn，伴生Pb、Ag、Au、Se、Te、Bi、In、Cd、Tl等中高温成矿元素，它们与Cu都有程度不同的相关关系。Cu和Zn在各类型矿石中的含量差别很大，同一矿石类型中也如此，取决于主要含Cu、Zn矿物的多少和矿石自然类型。李伍矿区矿石平均含Cu2.5%、Zn0.75%，其中致密状和角砾团块状矿石含Cu、Zn普遍大于浸染状矿石；各矿区矿石Cu：Zn平均约1～8（少数10～16）属含锌富铜矿石。

3 矿源沉积（层）标志及成矿物质来源

3.1 矿源沉积层标志

1）含矿层位及特征，李伍、黑牛硐、挖金沟、中咀等铜锌矿床及周围矿点，均产于李伍岩群李伍段中上部密集的退色矿化蚀变带集中区内，表明含矿层内存在矿源（层）。矿化蚀变带以含少量（1%～3%）磁黄铁矿，局部含微量黄铜矿、闪锌矿和岩石颜色退变为特征。李伍段内分布最多，常成群密集分布，有多个矿化蚀变带密集分布区。规模较大，延伸较好的矿化蚀变带含矿性较好，含矿带和矿体只产于矿化蚀变带密集区内，其中矿体产出厚度仅占矿化蚀变带总厚度十分之一左右，占矿化总范围的很小部分。这与大多数热液交代型矿床的围岩蚀变范围较小，具交代蚀变的特征均明显不同。其退色蚀变，以岩石退色为特征，主要表现在岩内暗色矿物颜色变淡，黑云母色浅，折光率较低，Fe质被交代；绿泥石折光率较低，Fe质减少，Mg、Al相对增加；斜长石牌号降低（钠更石为主），石英被溶蚀等，并无明显交代蚀变现象，这应是原岩富含S、Fe成分，岩石易于退色之故。因此，推测矿化蚀变带是原岩沉积时诲底火山喷气热液活动引起。

2）存在原始矿源层[3-7]，含矿岩系为绿片岩—角闪岩相，属中压变质相系。从各类矿石的结构构造差异可判定受变质改造程度是不同，从而可窥见原始矿源层的存在。如大量单独产出的浸染状矿石与围岩呈渐变过渡，硫化物呈半自形粒状和拉长片晶状为主，沿岩层片理分布，硫化物对脉石矿物和各硫化矿物间彼此交代溶蚀微弱或无，矿物生成顺序不显著等方面可推定浸染状矿石是原始矿源层存在的直接证据（硫化物就地重结晶）。致密状、团块状矿石中硫化物对脉石矿物交代溶蚀强烈，但局部仍见有半自形粒状变晶结构的硫化矿物，也应是矿源层内原有的硫化物。此外，部分矿物变斑晶（长石、黑云母、石榴子石变斑晶等），含有星点状硫化矿物，也应是原始矿源层中的硫化物[6、7]。

3.2 成矿物质来源

1）成矿组合与火山岩型硫化物矿床相似，在致密状—团块状、稠浸状等铜锌富矿中集中富集，而稀疏浸染状矿石中，硫化矿物组合相对简单，初步认为并非岩浆热液交代形成。区内矿区不具备中高温岩浆热液交代成矿条件，如矿区距文家坪黑云母花岗岩大于8km；该花岗岩黑云母钾氩同位素年龄为118Ma、110Ma（桂林冶金地质研究所），而铜锌矿体成矿年龄，黑云母K-Ar年龄142.4Ma、石英包体Rb-Sr等时线年龄191.9±18Ma；李伍和黑牛硐矿区深达600m以上的钻孔内，未见围岩有同化混染蚀变现象等。因此推测是海底火山热液原生矿源体的成分。这可与国内外一些已知的火山岩型硫化物矿床对比[8-15]，也与现代大洋海底的热泉和喷气热液成分相近[16]。

2）硫化物硫同位素和微量元素特征显示成矿与海底火山活动有关，李伍矿区先后62件[6]、5件[1]硫化矿物同位素测定，δS34（‰）为+2­~+8.7，属重硫型。各硫化矿物测定值都很接近，且离散较小；矿石和围岩中硫化矿物的δS34（‰）基本一致，表明矿石中的硫和含矿母岩中的硫化物来源同源，与岩浆热液成矿不同。经对比研究，李伍矿床硫同位素（δS34‰）与国内外不少火山岩型硫化物矿床比较接近（图4），也具有海底火山活动沉积成矿的重要特征。李伍矿区3件黄铁矿测定[3]，含Co 0.003 7%~0.301%， Ni 0.000 8%~0.001%，Co/Ni 24~300，8件磁黄铁矿[1]测定含Co 0.007%~0.050%，Ni 0.000 3%~0.003%，Co/Ni为7~50。据王奎仁（1989）通过对我国65个点115件黄铁矿的分析研究[17]指出“与火山作用有关的黄铁矿Co/Ni比值在1.93~89.35之间；热液成因的黄铁矿Co/Ni比值一般为1~5，个别可以更高”。因此李伍矿床黄铁矿上述Co/Ni比值，符合与火山作用有关的特征。王奎仁还指出[17]：“同生沉积黄铁矿S/Se比值总是大于3×104；与火山作用有关黄铁矿的Se含量较多，S/Se比值一般小于1×104。”李伍铜锌矿床矿石的各种硫化矿物含Se均较高，并且达到综合利用要求。据34件磁黄铁矿分析[3]，Se平均为0.014%，S/Se比值为2.2~3.4×103；19件黄铜矿[3]Se为0.013 41%，S/Se比值为1.8~3.4×103。以上都说明李伍铜锌矿成矿物质来源与火山活动有关。

（1-6据R.O.Rye和H.Ohmoto，7-15据桂林冶金地质研究所，1979；16、18据张秋生；19-24据川地科研所1993）

1.陨石；2.基性岩；3.雨水和雪；4.Mt.Lyell；5.Kuroko；6.Cyprus；7.芦山大川；8.青川通木梁子；9.拉拉厂；10.上华严寺；11.银厂沟；12.西裘；13.大茅坪；14.罗河15.白银厂；16.红沟；17.李伍；18.红透山；19.日本黑矿；20.广元槽子沟；21.彭县白水河；22.加拿大诺兰达；23.白玉呷村

3）变基性（次）火山岩（1）和“变钠质火山岩”[3、18]与矿源沉积关系密切 ，李伍岩群含矿岩系内，夹有较多的顺层产出的斜长角闪岩和钾钠长石变粒岩（姚家栋统称“变钠质岩”）[18]，前者除部分为副变质岩外，其角闪岩、透闪阳起石岩、阳起石片岩、绿泥角闪岩均属变基性岩，一般厚1~10m，长数十米，它们多呈透镜状沿层产出，并具有程度不同的变形分异特征，因此它们属同沉积或准同时侵入的席状基性岩（脉）；姚家栋指出“变基性岩除与含矿建造空间关系密切外，一般含金属硫化物，个别本身就是矿体”[18]，表明它们与原始矿源沉积关系很密切。后者除部分为火山凝灰岩（与副变质斜长角闪岩互层产出者）外，其斜长变粒岩、黑云变粒岩呈小透镜状沿层产于含矿带内，它们与成矿关系也很密切（钠长石化）。因此，姚家栋指出“变钠质岩在靠近矿体部分较发育，且普遍含硫化物，有的本身就构成矿体”[18]。以上表明成矿物质来源与基性、钠质（次）火山活动（显示双峰式特征）有关。

4）含矿岩层轻稀土含量较高，符合裂谷构造扩张条件下的火山活动特征，1992~1994年成都理工大学汪云亮、南京大学（地球科学系）徐士进和我们分别对李伍矿区及外围的含矿岩层和矿化岩石作稀土分析，轻稀土总量（ΣREE），分别为105.83~292.33PPm，75.66~258.77PPm，表明轻稀土较为富集（矿化岩石轻稀土略有降低，可能与变质改造有关）。稀土分配型式均为轻稀土富集铕亏损型（图5），推测成矿物质可能来源于下地壳或局部熔融的亏损地幔分异物质，扬子陆台边缘裂谷带扩张构造环境造就了轻稀土和成矿组分聚集，因此认为李伍铜锌矿床成矿物质来源与中晚元古代扬子陆台边缘裂谷带海底基性、中碱性火山活动有关。

（据成都理工大学汪云亮（1992）、南京大学徐士进（1994）资料编绘）

3.3 电气石化—原岩富硼与海底火山喷气有关

含矿带内，电气石石英脉分布广泛[3]，硼的来源与含矿岩系内深色岩层中电气石炭质板岩有关，是原岩沉积环境富硼的原因，之所以富硼可能与海底火山活动喷气作用有关。1993年我们在李伍矿区（海底沟）见有电气石石英岩产出，并与电气石石英脉紧密相伴，它们是否是海底火山喷气热液直接形成的电英岩，有待研究。据电英岩和电气石的化学成分（图6、图7），它们与澳大利亚戈尔登戴克穹隆和主要矿山的电气石和含电气石铁建造中电气石成分相近[19]，后者被广泛认为属海底喷气岩。也与我国广西某喷气硫化矿床的电气石成份相当。均属黑色铁电气石（镁—铁系列）。

1、生物成因硅质岩；2、火山弧区硅质岩；3、与海底热卤水有段的热液沉积硅质岩；4、加拿大沙利文Pb-Zn矿区电英岩；5、桂北地区层状电英岩；6、李伍铜矿区电英岩

1、GD1；2、GD2；3、GD3；4、GD4；5、GD5；6、Good Shep-herd；7、Cosmopolican HowleyP；8、李伍

结论：以上各点充分说明含矿岩段内原始矿源（层）的存在，以及成矿物质来源与火山活动有关，海底火山矿化晕形成了退色蚀变等，具备海底火山热液活动成矿环境和成矿特征。

4 变质改造成矿作用

4.1 构造控矿作用

江浪铜锌矿田产于特定的穹隆状变质核杂岩内，表明穹隆构造控制着铜锌矿的分布与产出。

1）矿体呈似层状、透镜状沿含矿岩层变形面理S2及主期片理（S3）延伸产出，产状与S3片理一致局部弯曲（S2）。部分地段仍可见硫化物沿S2片理分布的现象，它们随S2片理的变形弯曲而弯曲[18]（图8）。

2）剪切滑脱带控制矿体的空间分布，各矿床、矿点的矿体均呈平行斜列式排列。李伍矿区上、下矿带由东向西靠近，是含矿岩系在区域构造作用下先形成掩卧褶皱式变形（S2），继而S3主期片理置换S2。由于原始矿源层内硫化物的生成热低[20]，更容易发展形成S3层滑断层和剪切滑脱系（S3+S4），活化的矿质即沿这些层滑断层扩散迁移—充填，重新就位形成新矿体的结果。故矿体在矿带呈平行斜列状产出，空间上呈雁行式排列。

3）矿石矿物重结晶成矿作用，主要指稀疏浸染状矿石的硫化矿物，由于呈它形—半自形粒状变晶—粒片变晶结构，无明显交代溶蚀结构或微弱，而与致密状团块状矿石交代溶蚀结构明显的特征完全不同。表明前者是硫化矿物重结晶成矿作用的结果。

4.3 变质热液交代成矿作用主要在三个方面

1）近矿围岩蚀变及钠交代作用[18]，黄铜矿化、黑云母化、硅化、电气石化、绿泥石化、碳酸盐化等与长石化范围总体一致，即多见于致密状团块状矿体与围岩接触带，并多分布于变钠质岩产出部位。

2）矿石矿物自交代成矿作用，主要硫化矿物之间见有相互交代溶蚀现象，既有黄铜矿、闪锌矿包裹溶蚀磁黄铁矿，也见有磁黄铁矿包裹溶蚀黄铜矿、闪锌矿的现象，应是活化的矿质变质热液自交代作用的结果，它反应了变质改造成矿作用的多期性。

3）固态变质交代产生新生矿物并形成固溶体结构，致密状矿石中见有方黄铜矿和铁闪锌矿分布于磁黄铁矿、黄铜矿粒间，同时见有黄铜矿、闪锌矿的固溶体分解结构、双晶结构、乳滴状结构、蠕虫状结构、骸晶结构等，它们是硫化矿物之间变质交代作用的产物，由于“硫化物的生成热远较氧化物和硅酸盐矿物小，故其变质效应最为剧烈”[20]，可能的变质交代形式是：

硫化物与硫化物的反应[20]，如：

黄铜矿（固态）+磁黄铁矿（固态）→方黄铜矿（固态）+黄铁矿

CuFeS（2-x）Fe（1-x）S     CuFe2S（3-x）FeS2

硫化物与氧化物反应[20]，如：

闪锌矿+磁铁矿（包裹体）→铁闪锌矿（固态）+钛铁矿（包裹体）

ZnS  Fe2+（Fe，Mg，Ti）2O4（Fe，Zn）S （Fe，Mg）TiO2

4.4 变质热液淬取成矿作用[23]

原始矿源层中硫化物在中高温变质水压条件下的淬取成矿作用，使活化矿质原地—半原地成矿，形成中浸—稠浸状、浸染条带状矿石；另一部分则沿构造弱化带（剪切滑脱带及层滑断层）迁移充填形成致密状角砾状矿石。从“矿体中心多为块状矿石，向两侧（特别是上部）变为条带状、浸染状矿石，表现了变质迁移富集的特点。”[6]李伍矿区35线岩石原生晕剖面，也充分地反映了Cu、Zn从矿体中部向上、下盘岩层扩散的特征[21]。

4.5 变质热液性质及成矿介质

据李伍矿区上矿带富矿体内的顺层不规则状含矿石英脉的石英包裹体成分测定结果[1]，它是含一定的CO2、CH4和Na+的弱碱性（pH=6.5~6.3）含矿热液，可以代表变质热液的介质成分，包裹体氢、氧同位素分别为δ18O‰12~14，δD为-88.10（1件），在δ18O~δD图解[20]（图9），上述成分点投在变生热液和岩浆热液水的外侧，表明此含矿热液中缺变生水，也无天水加入。推测是在深层构造环境下缺少外来水，原始矿源层矿质自身活化形成了变质热液。

Ⅰ-鸭镇变质块状硫化物矿床的变质岩；Ⅱ-钨镇变质块状硫化物矿床的矿体、蚀变带李伍铜锌矿含矿石英脉

4.6 成矿温度[1]

据6件石英包体测温结果[1]，含CO2三相气液包体均一温度是两个温度段:两相气液水的温度为150~230℃，含CO2三相气液水的温度为250~330℃，两个温度段基本不重叠，可能代表两个变质温度阶段或代表变质成矿的渐进过程。这与硫化矿物包裹体爆烈法测温结果（表1）的两个温度阶段大致可对应，说明变质改造成矿是中高温变质热液驱使。此外，根据闪锌矿（ZnS）中Fe/Cd、Ga/In地质温度计估算闪锌矿形成温度也属高温[6]。

表1 矿物中包裹体爆裂法测温结果

测试单位：地质矿产部宜昌地质矿产研究所（1994）

4.7 成矿时代

李伍矿区上述含矿石英脉石英包裹体Rb-Sr同位素年龄测定结果，Rb-Sr等时线年龄，t=191.9±18Ma（表2）。李伍矿区和挖金沟矿区矿体黑云母化的黑云母K-Ar同位素年龄测定，年龄分别为80.8Ma和142.4Ma（表3），前者可能与黑云母化退变有关。李伍矿区上矿带方铅矿U-Pb同位素年龄测定为184Ma[1]。表明变质改造成矿时代为142~191Ma，属印支末—燕山期。这个时期正值区域造山运动[2]形成木里—锦屏山推覆构造带及其伴随其中的变质杂岩成穹隆升时期，表明“李伍式”铜锌矿的变质改造成矿作用与江浪穹隆状变质杂岩的形成演化密切相关。

表2 石英铷锶等时线年龄测定结果表

测试单位：地质矿产部宜昌地质矿产研究所（1994）

表3 黑云母K—Ar同位素年龄测定结果表

测试单位：地质矿产部宜昌地质矿产研究所（1994）；分析者：王明升、孙玉兰、陈桂芳 1994.10.17

5 结论

“李伍式”铜锌矿，产于扬子陆台边缘裂离带一支中晚元古代裂谷带内，含矿地层李伍岩群—火山沉积岩建造中，由海底火山喷气热液沉积形成的原始矿源层，在印支—燕山期区域造山运动[2]驱动下，江浪穹隆状变质杂岩成穹并变形变质，原始矿源层发生变质改造成矿作用，矿质活化沿剪切滑脱带重新富集定位而成矿。因此“李伍式”铜锌矿属海底火山热液—变质改造型矿床。

其它穹隆状变质杂岩是否含矿、地层归属、原岩建造及其沉积大地构造环境是否相当，有待进一步研究，也是扩大区域找矿的重要课题，我们推测这些穹隆状变质杂岩是共同产于扬子陆台边缘裂谷带内李伍岩群含矿地层的分离体，可望成为李伍式铜锌矿潜在的找矿远景区（图10）。

李伍铜锌矿床与国内外不少火山岩型硫化矿床可以对比，即：都产于过渡地壳带—大陆边缘岛弧扩张带或裂谷盆地；都产于火山沉积建造中，铜锌型硫化矿床都与基性火山岩或铁镁质火山活动有关；成矿元素组合都以Cu、Zn、Pb为主，伴生Au、Ag等；矿物组合都以黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿为主；硫化物硫同位素和微量元素组成都与火山活动有关等等。李伍铜锌矿与我国白银厂、红透山、红沟等铜矿也可以对比。综合特征对比，与著名的别子型硫化矿床更为相似，因此李伍式铜锌矿床可以归属火山岩型铜矿范畴。

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Source Bed and Metamorphic Transformation Ore-formation for the Liwu Cu-Zn Deposit

TIAN Jing-ya1YANG Chang-yin1DU Ya-jun2ZENG Xiang-gui1XU Bin1OU Bo1

(1-No. 404 Geological Team, BGEEMRSP, Chengdu 615000; 2-School of Mathematical and Computers Science, Xihua University, Chengdu 610039)

The Liwu Zn-Cu deposit is an important deposit with in west Sichuan. The deposit occurs in the core of the Jianglang domal metamorphic complex, Jiulong, Sichuan and is confined to volcano-sedimentary formation as source bed of the Middle Proterozoic Liwu Group. The metamorphic transformation mineralization took place in Indo-Chinese epoch. The deposit is submarine volcanic hydrothermal-metamorphic transformation one.

volcano hydrothermal; dome; metamorphic transformation; shear slip; rift belt

P618.41、43

A

1006-0995（2015）01-0012-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.01.003

2013-09-22

田竟亚（1937-），男，湖南株州人，高级工程师，长期从事矿产地质勘查和区域矿产评价与预测