铁氧化物铜—金矿床简介

李洋　李强

摘要：赋铁氧化物的铜-金矿床大多数分布于早一中古生代岩石中，含有一套伸展构造背景下形成的低Ti、富Fe岩石，矿体受铁氧化物控制，铁氧化物可以是磁铁矿也可以是赤铁矿。矿床受构造控制，通常含有一定量的角砾岩。成矿主岩可以是变质沉积岩，也可以是变质火成岩。矿石具有高铁低硫的特点，铁氧化物普遍发育。矿化区多发育有区域性的富Na、Ca和Cl矿物组合的钠质一钙质蚀变。成矿流体特征中一高温、宽泛的盐度范围、含C02、具氧化性质。成矿流体来源主要有与岩浆作用有关的、与非岩浆作用有关的和混合热液，成矿物质来源分别为与成矿关系密切的围岩，火成岩和沉积岩。

一、矿床类型简介

Hitzman等提出了铁氧化物Cu-U-Au-REE矿床这个概念，将澳大利亚的Olympic Dam、加拿大的Wernecke山和Great Bear矿区、瑞典的Kiruna铁矿、美国Missouri东南铁矿区和我国白云鄂博矿床归为这一类型。此类矿床大多数分布于早一中元古代（1.1～1.8 Ga）岩石中，含有一套伸展构造背景下形成的低Ti、富Fe岩石，矿体受铁氧化物控制，铁氧化物可以是磁铁矿或者赤铁矿，CO3、Ba、P、F矿物通常发育普遍并且多数情况下矿床中都富集这些矿物。此类型矿床受构造控制、通常含有一定量的角砾岩，区域上没有广泛发育的石英脉或硅化作用翻，除此之外，还有一些区域上广泛的蚀变特征。

铁氧化物铜-金矿床（IOCG）近年来才被认知，在国外已经成为一种重要的铜-金矿床勘探类型。在过去的十多年中，已有多个该类型铜-金矿床被发现或已投入生产，如澳大利亚的Ernest Henry矿、Cloncurry地区的一些铜-金矿床、智利的Candelaria矿、巴西的Igarape Bahia矿床等。在铜和金资源上，前寒武纪占IOCG矿床中的主要部分。该类矿床具有与斑岩Cu-Au矿体系相似的矿石资源和Cu、Au品位。一些国外铁氧化物Cu-Au矿床的简要特征如下。

本文主要对一些国外铁氧化物Cu-Au矿床的地质特征和研究现状作一个简要介绍，增进我们对该类矿床的总体特征、产出的构造背景、形成年龄、与侵入岩的时空关系、与区域性钠（-钙）质蚀变和钾质蚀变的关系、构造和主岩对矿化的控制作用、可能的流体和金属来源、该类矿化与其他类型矿化（特别是斑岩型Cu-Au矿化）的异同点等的了解，加深对其认识。

1.成矿构造背景

铁氧化物铜-金矿床产出于中元古代、晚元古代晚期和太古代的克拉通内或大陆边缘环境中（12个大于100吨资源量的IOCG矿床处于克拉通内构造环境，在距太古代或晚元古代克拉通边缘或其他岩石圈边界100Km范围之内），在许多情况下与伸展构造有显著的空间和时间联系。它们的形成深度不同，可以从中深地壳环境变化到浅部地壳的环境（澳大利亚Olympic Dam）。大部分矿区沿主要的构造带分布，其中许多矿床呈带状平行区域或局部构造走向。成矿主岩可以是变质火成岩，也可以是变质沉积岩；多数矿床分布于非造山型硅质-中性火成岩中。但是，许多矿化作用与矿化时期构造相伴生的岩浆活动联系并不紧密。

2.基本成矿地质特征及地质因素对矿化的控制作用

（1）成矿主岩

矿床一般形成于一套变质岩中，成矿主岩可以是变质沉积岩、也可以是变质火山岩。澳大利亚Eloise矿床成矿主岩主要由受不同蚀变作用的变质长石石英砂岩、黑云母石英片岩和斜长角闪岩组成。由其中斜长角闪岩中普通角闪石+中性长石±石英矿物组合和变质沉积岩中石英+黑云母+十字石+红柱石±石榴石矿物组合，变质温度达到500℃～600℃、压力小于3.5Kbar。巴西北部Amazonian克拉通东南部的Igarape Bahia矿床赋存于太古代镁铁质变质火山岩、变质火山碎屑岩和变质沉积岩中，其中还有条带状铁矿床和热液角砾岩，Cu-Au矿体在镁铁质变质火山岩和变质火山碎屑岩（变质沉积岩）之间的角砾岩中发育最好。通过矿化年龄和围岩形成年龄的对比，认为同沉积的火山作用和Cu-Au矿化作用过程具有成因联系。

（2）构造对成矿的控制作用

矿床受构造控制明显，并且通常含有大量与矿化相关的角砾岩。蚀变和矿化的分布范围及其形态学特征表明，它们在很大程度上受透人性裂隙、剪切带和侵入体接触带，或者透人性层理面（如结晶程度差的凝灰岩）等构造因素控制”。澳大利亚Olympic Dan Cu-Au矿床赋存于构造一热液角砾岩集合体（被中元古代花岗岩所包围）中，角砾岩集合体中角砾的类型有富赤铁矿角砾、花岗岩角砾和石英一赤铁矿角砾。具棱角状（或大小混杂）、蠕虫状、和趾状形态岩屑的存在表明，脆性断裂和围岩交代在成矿中都具有重要作用。

在地壳不同深度层次上，构造对矿化控制的形式也有差异。在地壳深层次，岩浆一流体系统没有足够的机械能量使围岩破裂，因此IOCG矿床形成于各种与断层有关的构造空间中，在这些空间中，岩浆流体可以与其他形式的流体混合形成矿床；在地壳浅层次，和斑岩型Cu-Au矿床中形成热液侵入角砾岩和硫化物脉系统一样，IOCG矿床形成角砾和断裂控制的矿化类型。

（3）矿石特点及矿化与围岩蚀变特征

矿石通常具有高铁低硫的特点，铁氧化物（磁铁矿和/或赤铁矿）在矿石中很普遍。除Cu、Au外矿床中常（但非一定）富集有Co、Mo、u、REE、Ba、F。澳大利亚Eloise矿床处于一条至少2km长的矿化带上的局部地段，在中部主矿体矿石中含有丰富的磁黄铁矿、黄铜矿以及少量的磁铁矿和黄铁矿；在南部矿体矿石中主要含磁铁矿、黄铁矿；在北部矿体矿石中主要硫化物为磁黄铁矿，没有磁铁矿出现。Mark等对澳大利亚Cloncurry地区金属活动能力、铁氧化物和硫化物的相对形成时间和Cu/Au比率之间进行研究后，认为铁氧化物和Cu-Au矿化之间具有广泛的联系。根据铁氧化物的含量、铁氧化物与Cu-Au矿化的形成时间关系以及Cu-Au矿化的形成环境，可以将它们分为四类：（1）贫磁铁矿和（或）赤铁矿矿石；（2）铁氧化物中的Cu-Au矿化，其中与黄铁矿和赤铁矿有关的相对富Au的矿化叠加于富磁铁矿的矿化岩石中；（3）铁氧化物Cu-Au矿化，其中铁氧化物和Cu-Au矿化是同成因沉积的；（4）贫铁氧化物矿石的Cu-Au矿化，其中相对富Cu的矿化与磁黄铁矿和少量磁铁矿有关，并且赋存于相对还原性的岩石中，比如含碳质的变质沉积岩石。

铁氧化物Cu-Au矿化区多发育有区域性的富Na、Ca和Cl矿物组合的钠质-钙质蚀变，这些蚀变矿物包括钠长石、阳起石、单斜辉石、方柱石、磷灰石、榍石、绿帘石、绿泥石、磁铁矿、赤铁矿和硫化物等。这种区域性钠（-钙）质蚀变作用可在几十米至几百平方公里的范围内强烈发育并与大量不同类型的脆性和韧性构造有关，有时可有多期蚀变叠加。实验表明，与两种碱性长石处于平衡状态的含CO2流体中Na/（Na+K）比率明显比纯粹的含Cl流体（高盐度流体）要高，这种流体可以引起围岩早期的钠长石化作用，这与已经观察到的深层次的IOCG矿床完全一致；受碱性长石缓冲的含Cl流体中Na/（Na+K）含量的升高所引起的温度降低，可以引起晚期的钾长石化，这两种流体的性质使得IOCG矿床的这种蚀变形式成为可能。

澳大利亚南部Gawler克拉通东部Olympic Dam地区工业价值不高的Cu-Au矿床中存在两种矿物蚀变组合，磁铁矿-钙硅酸盐-碱质长石±Fe-Cu硫化物组合和赤铁矿-绢云母-绿泥石-碳酸盐±Fe-Cu硫化物±u和稀土矿物组合。对其中的Au含量分析表明，含磁铁矿组合中没有明显的Cu-Au矿化显示，含赤铁矿组合与Cu-Au矿化关系密切，并且后期的赤铁矿在蚀变过程中交代早期磁铁矿，形成Cu-Au矿体。

二、铁氧化物铜-金矿床其他特征

铁氧化物铜-金矿床的研究还处于早期阶段，它的成因模式相对较新，还没有形成一致的观点，目前的争论焦点是热液流体的来源和流体中的不同组分的来源问题网。总体来说，IOCG矿床成矿流体特征为中-高温、宽泛的盐度范围（盐度可在10%以下，也可高达60%）、含CO2、具氧化性质。目前的研究认为流体来源具有多样性，主要有岩浆作用来源和非岩浆作用来源，以及混合来源；对于不同来源流体（或者是混合流体），流体性质都有较大差别。Barton等认为相对高温的矿化作用和蚀变矿物中相对高K/Na、Si/Fe含量比值，可以作为岩浆流体来源特征；而富氧、贫硫矿化、低Si/Fe含量比值、大量碱性蚀变矿物并且钠质矿物种类通常多于钾质矿物种类等主要特征反映了非岩浆卤水参与成矿作用。Mark等认为，在热液体系中，相比于冷却、稀释、与围岩反应造成pH改变等方式，流体混合是大量矿质沉淀更加有效的方式，并且只需伴随少量的流体一围岩反应。

（1）与岩浆作用有关流体特征

Perring等认为Lightning Creek Cu-Au矿床中层状复合体（sill complex）中不同的球粒结构是短暂的流体作用结果。这种岩浆流体主要含H2O、CO2和Cl，并且经过相态分离形成富C02的气相和高盐度（相当于33-55wt%NaCl）的卤水。这种高盐度的卤水富集Fe（～10wt%，PIXE分析结果）和Cu（～1wt%，PIXE分析结果），另外还富集Na、K和Ca。流体在层状（sills）岩石中引起Ca-Fe±Na蚀变，对层状岩石蚀变带出物和组分形成石英一磁铁矿±单斜辉石±钠长石脉。这种流体尽管富集Cu元素，但是不能形成明显的Cu（-Au）矿化。而较晚阶段的方解石±绿泥石±黄铁矿±黄铜矿脉有Cu-Au矿化的痕迹。流体包裹体和稳定同位素研究表明，这种脉的形成可能与较冷的（<200%）、中等盐度（相当于15-28wt%NaCl）的流体有关，可能还有其他成分的混合。花岗岩类钠质一钙质自交代作用蚀变可能是矿化作用重要的初期形式，可以为岩浆作用形成的流体提供Fe、K、Cu和Cl。Pollard认为钠质（-钙质）蚀变矿物和与其相关的IOCG矿床中矿物具有一致的高盐度流体和富CO2流体共存，是H2O-CO2-NaCl±CaCl2-KCI岩浆流体分离作用的结果，并认为晚期与矿化有关的钾长石化和早期的钠长石化分别与两种流体有关。

（2）与非岩浆作用有关流体特征

David对加拿大Wernecke山流体包裹体研究结果表明，热液流体总体特征为中-高温（110℃～400%）、中-高盐度（相当于15～45wt%NaCl）、富Na、Ca流体（6～10wt%Na、可达9wt%Ca）、中-低K含量（一般1～3wt%）和Fe含量（大多低于0.5wt%）。该地区所研究流体的总体特征与中等盐度、中等温度、钙质沉积岩中分离的盆地卤水有更多的相同之处，与高温、高盐度、富K和Fe的岩浆中分离的流体没有可比性。Fisher等认为流体中极低的Br/CI、I/CI值和极高的盐度，用蒸发岩的溶解可以很容易进行解释。在温度特征方面，Hunt等认为Wernecke Breccias矿床形成地区下伏的一套局部含蒸发岩（Cl和S的可能来源）的沉积地层，其厚度大，足够形成高温流体，而Fe、Cu、Co、u等金属物质可能来自寄主岩层，在流体中以Cl的络合物形式运移。David认为加拿大Wernecke山矿床在WSG（Wernecke Supergroup）岩石蚀变过程中，成矿元素主要从围岩中提取出来，并且考虑到WSG沉积岩贫金属元素的特点和地球化学结果表明次要的镁铁质侵入岩可能是成矿元素主要的提供者。

三、总结

铁氧化物铜-金矿床产出于中元古代、晚元古代晚期和太古代的克拉通内或大陆边缘环境中。矿床受构造控制明显，往往产出于构造角砾岩中，成矿主岩可以是火成岩，也可以是沉积岩。矿石通常具有高铁低硫的特征，并富含铁氧化物（磁铁矿、赤铁矿）。其中磁铁矿形成于早期阶段，与矿化作用关系不明显；矿化主要与晚期的赤铁矿化作用相关。早期区域性的钠质-钙质蚀变发育普遍，而较晚的钾质蚀变与矿化关系密切。

目前研究认为流体来源具有多样性，主要有与岩浆作用有关和与岩浆作用无关，以及混合来源三种。与岩浆作用有关流体来源于含H2O、CO2和Cl岩浆流体不混溶分离作用，以及所分离出来的流体形成早期钠质和晚期钾质蚀变，成矿物质主要来源于Cu-Au矿化的成矿围岩火成岩。与非岩浆作用有关的流体来源认为部分矿床流体性质特征可以用盆地热卤水以及蒸发岩的溶解来解释，成矿物质主要来源于成矿流体流经的镁铁质侵入岩。