基于“三位一体”理论的砂岩型铜矿床地质特征探究

许明保

摘 要： 本文以“三位一体”找矿理论为基础，分析了砂岩型铜矿床的成矿地质体、成矿构造、成矿结构面以及成矿作用标志等内容，砂岩型铜矿床的成矿地质体为沉积盆地边缘或次级构造发育地段及其含矿地层岩石组合，矿体往往赋存于氧化还原过渡部位。金属矿物和金属元素的分带特征明显，成矿流体以低温、低盐度、混合来源为特征，金属硫化物的硫源主要为地层生物硫，也可见深部岩浆硫的混入。

关键词： 三位一体； 砂岩型铜矿； 流体； 找矿

“三位一体”找矿理论就是近些年来指导深部找矿成果较为显著的新理论，本文将介绍砂岩型铜矿的矿床地质特征，以“三位一体”找矿理论为指导，讨论砂岩型铜矿的成矿地质体、成矿构造、成矿结构面及成矿作用特征标志等内容。

1. 砂岩型铜矿

砂岩型铜矿是指受盆地控制的以沉积岩或沉积变质岩为容矿岩石的层状铜矿床，又可称为沉积型层状铜矿床。砂岩型铜矿床的赋矿围岩既可以是陆相/海相碎屑沉积岩，也可以是海相碳酸盐岩、碳质页岩及火山碎屑岩等。

我国的砂岩型铜矿床以陆相型为主，主要分布于兰坪—思茅盆地、楚雄盆地、塔里木盆地以及它们的次级盆地之中，少量产于大型褶皱系山间转换盆地中。我国陆相砂岩型铜矿主成矿时段为侏罗纪—白垩纪，其次为新近纪、古近纪和三叠纪[1，2]。主要的矿床有：塔里木盆地的伽师、萨热克，楚雄盆地的六苴、郝家河、大村，兰坪—思茅盆地的白龙厂、南坡以及登海山，会理盆地的铜厂等。

2. 成矿地质体特征

砂岩型铜矿床的成矿地质体多为沉积盆地边缘或次级构造发育地段及其含矿地层岩石组合。砂岩型铜矿的成岩和成矿是不同地质作用下在不同时段先后形成的，为典型的后生矿床。成矿作用发生在早期盆地内沉积形成的含铜砂砾岩为主的地层建造，在后期地质作用下形成砂岩型铜矿。矿床受盆地边缘断裂构带控制，呈带状成群分布。

含矿盆地沉积建造组合以发育还原性建造、氧化建造及蒸发盐建造为特点。铜矿床受成熟期河床亚相边滩微相区或洪泛平原决口扇微相区控制，部分受三角洲分流河道相控制，成矿岩性主要为中细粒砂岩，也包含砾岩、泥岩等。氧化还原带对矿体的控制较为明显，矿体一般均赋存于容矿岩石中的浅紫色交互带靠浅色层一侧。紫色砂岩与浅色砂岩所含的碎屑矿物类别差别不明显，都以石英为主，长石次之，同时含有少量胶结物和其他金属矿物。石英与长石均发生次生加大现象。紫色砂岩的胶结物中含有较多的赤铁矿和粘土矿物，浅色砂岩中的胶结物则以钙质、硅质为主，基本不含赤铁矿。

3. 成矿构造及成矿结构面

砂岩型铜矿属于沉积成矿构造系统，成矿构造为区域盆地构造及边缘同生断裂以及成岩的原生构造与次生构造叠加部位。主要产于泛赤道地区扩张的克拉通内部或者边缘的同生断陷盆地，或者产于造山带边缘前陆盆地环境。矿床的形成常分布在三种类型的区域中：大陆裂谷地带、后太古宙时期以及泛赤道地区。海相砂岩型铜矿床的含矿层往往集中分布在海陆过渡带古构造环境中沉积旋回的海进或海退地域。陆相铜矿床主要分布于陆相上叠湖盆地边缘构造环境中，以哈萨克斯坦的Dzhezkazgan铜矿床为代表。

成矿结构面包括了成岩原生和次生结构面，物理化学性质转换面等，砂岩型铜矿的成矿结构面通常有三种，即①受裂谷盆地演化旋回控制的沉积—成岩成矿结构面，包括了基地古隆起、不整合面、岩性或者岩相界面，在这些界面的中细粒砂岩具有高孔隙度和渗透率，有利于成矿流体运移和沉淀。②不同盆地的水文地质结构及岩性、岩相下的物理化学界面，这些界面直接控制浅紫色交互带矿化体的空间展布。③褶皱断裂构造，这个界面起到了驱动流体运移的作用。一方面褶皱的隆起驱动还原性流体向氧化相流动，同时氧化性流体也在盆地活动驱动下向还原相流动，从而形成了还原、氧化流体的对流，褶皱缓倾斜翼、倾伏端等常为矿化的有利部位；另一方面，成矿期含矿流体受断裂构造圈闭并在构造—热驱动下向有利空间运移并沉淀析出，这种情况常在构造活动较强的盆地出现较多。

4. 成矿作用特征标志

4.1 矿体、矿石特征

陆相砂岩型铜矿床受岩性、岩相界面、物理化学结构面以及断裂构造结构面的联合控制，在有利的结构面控制下，易于发生矿质沉淀及矿体就位，在上述结构面均有利的部位易形成富厚矿体。我国的陆相砂岩型铜矿的形成明显受构造的形态影响，矿体沿褶皱、断裂分布，产状和品位极不稳定，富矿体往往沿断裂分布，矿体形态呈层状或脉状，在部分矿床中则二者同时出现，如楚雄盆地郝家河铜矿。

不同盆地产出的砂岩型铜矿的金属矿物组合也存在差异，这与盆地中金属物质来源及所处环境的硫逸度、氧逸度有关。常见的金属矿物组合主要有：①在滇西的楚雄盆地、会理盆地及衡阳盆地的层状砂岩型铜矿中，铜矿石以辉铜矿为主，伴生有斑铜矿、黄铜矿、黄铁矿以及蓝铜矿等这一辉铜矿系列矿物中，均含一定量的Fe，即便辉铜矿和蓝铜矿，也含有一定量的Fe；②在滇西盆地的脉状砂岩型铜矿中，原生金属矿物有黄铜矿、斑铜矿、黝铜矿、辉铜矿、黄铁矿等，并不同程度发育方铅矿、闪锌矿化，与楚雄盆地的层状砂岩型铜矿相比，其明显特征是大量黝铜矿的出现，不同程度含有Sb、As、Ag等成矿元素，其形成可能受该地区地球化学背景及基底物质加入影响；③湘西盆地的砂岩型铜矿，容矿围岩岩性、岩相與其他盆地没有显著差异，产出了很大比例的自然铜，推测与其形成的硫源供应不足和特殊的氧化还原条件有一定关系。如麻阳铜矿以自然铜为主体，占铜矿物的85%以上，其次为辉铜矿，偶见黄铜矿、斑铜矿、砷黝铜矿，此外还可见各种自然金属元素，如自然铁、自然银、自然钨等。自然铜呈粗粒状充填在钙质胶结物的溶孔中，辉铜矿绕自然铜边缘分布或呈细脉状穿插到自然铜颗粒中，而构造裂隙中产出的自然铜片可达几千克到几十千克。

4.2 矿化分带特征

砂岩型铜矿床往往可以形成较明显的元素、矿石和金属矿物组合的水平、垂直分带，且均分布在氧化还原带附近，金属矿物分带在不同的矿床由于成矿方式不同具有两种基本表现形式：①沿层分带，从紫色岩层向浅色岩层方向，矿物依次为赤铁矿—辉铜矿—斑铜矿—黄铜矿—黄铁矿，这种分带一般不穿层。含矿层多为背斜构造的一翼，地层倾角为20°～30°，多见于砂岩型矿床中；②垂直分带，一般从上部到下部依次为赤铁矿—辉铜矿—斑铜矿—黄铜矿—黄铁矿。这种分带通常以较大角度穿过地层界面，含矿层通常为水平层，或倾斜较缓的地层，多形成在页岩型矿床中；③在一些矿床中，常见两个或两个以上的基本分带叠加出现，从而使分带更加复杂化。且更晚期的强改造热液叠加到早期成岩期矿化分带之上时，由于后期辉铜矿对早期黄铜矿、斑铜矿的交代溶蚀，新矿体中黄铜矿、斑铜矿的相对数量减少，从而使矿物分带不明显，如郝家河铜矿床。

引起矿物分带的原因是具氧化性的含铜卤水和具还原性的含硫溶液互相反应，造成了不同矿物的先后沉淀。由于Cu、Fe、S的原子结构和地球化学条件的变化，元素价态的原子比的变化，从而形成了不同的矿物。因此矿物组合也反映了成矿的物理化学条件的变化。砂岩型铜矿的还原带到氧化带总体呈现Zn-Pb-Cu-Ag-Au的元素分带。

4.3 成矿流体及物质特征

陆相砂岩型铜矿床的成岩期以出现油气包裹体为标志，成矿温度较低（100℃～200℃）、盐度低（一般小于15%），属于富含CH4-SO42-的流体；改造期出现含CO2三相包裹体，成矿温度较成岩期高出50℃～100℃，盐度升高，并富含CO2、Cl-、F-等成分。H-O同位素特征表明，陆相砂岩型铜矿水源主要落于雨水线与高岭石风化线间，属于典型的混合性地层建造水范畴。个别矿床落于岩浆水与变质水中，表明其改造成矿流体除了盆地建造水外，还混合了深部岩浆和变质基底中的流体，流体来源较为广泛。硫同位素的特征因地区的差异表现也有所不同，对于层状矿体来说，例如塔里木盆地、会理盆地、楚雄盆地等的硫同位素主要分布于-5‰～-30‰，其还原硫属于典型的硫酸盐还原型来源，也就是以地层生物硫为主[6]；对于强改造型铜矿床，例如郝家河、兰坪盆地砂岩型铜矿床，除了部分<-5‰的硫酸盐还原硫外，还有硫同位素位于-5‰～+5‰，接近岩浆硫的分布特点，表明改造硫具有深部硫的来源。

5. 结语

砂岩型铜矿以同生断裂和物理化学界面构建成矿空间格架。盆地边缘叠加同沉积断裂构造、层间岩性界面、沉积间断面、不整合面，具有显著的氧化还原或者酸碱转换界面，同一岩性层内，一侧氧化，另一侧还原，矿体往往赋存于氧化还原过渡部位。金属矿物不论是沿层或者垂直分带特征为赤铁矿—辉铜矿—斑铜矿—黄铜矿—黄铁矿，金属元素从还原带到氧化带总体呈现Zn-Pb-Cu-Ag-Au的元素分带特征，成矿流体表现为低温、低盐度、混合来源的特征，金属硫化物的硫源来自地层生物硫，部分矿床也有深部岩浆硫的混入。

参考文献：

[1] 韓润生， 胡煜昭， 王学琨，等. 滇东北富锗银铅锌多金属矿集区矿床模型[J]. 地质学报， 2012， 86（2）：280-294.

[2] 薛春纪， 陈毓川， 王登红，等. 滇西北金顶和白秧坪矿床： 地质和He， Ne， Xe同位素组成及成矿时代[J]. 中国科学：地球科学， 2003， 33（4）：315-322.

[3] 祁占虎， 蒋艳春. 鄂尔多斯盆地西部砂岩型铀矿目的层中侏罗世古压榨水头探讨[J]. 西部资源， 2015（2）：129-130.