长江中下游地区铜多金属矿床成矿预测研究

靳苑莺

(桂林理工大学 地球科学学院，广西 桂林　541000)

长江中下游地区铜多金属矿床以矽卡岩型铜矿床为主，也包括一些斑岩型铜矿、块状硫化物矿床等。矽卡岩型铜矿床亦称接触交代型铜矿床，通常是指中酸性岩体侵入碳酸盐岩或其他钙质围岩，经双交代作用形成的矽卡岩，主要由钙或镁硅质矿物组成，矽卡岩被较之稍晚的含有铜等其他元素的热液交代而形成的铜矿床。矽卡岩型铜矿床是我国重要的铜矿床类型，其探明储量占全国铜金属储量的四分之一，仅次于斑岩型铜矿而位居第2位，在我国主要集中分布在长江中下游地区和燕辽等成矿带内，成矿时代主要为中生代。

1　地质特征

1.1　区域地质背景

1.1.1成矿元素背景

从长江中下游及邻区岩石圈地球化学背景研究中认识到：

1)中国东部上地幔Cu含量趋势特征为南高北低，南部上地幔交代作用尤为强烈，分异出的地幔岩浆富含Cu等元素。这个过程中的交代作用致使地幔“亏损”，在分异出来的地幔岩浆中富集了Cu等元素，因此在地壳中呈现了各自的继承性。

2)从长江中下游及邻区各构造单元总地壳(TC)Cu成矿元素丰度明显偏低。长江中下游铜(铁)成矿带的结晶基底、褶皱基底和沉积盖层中Cu的丰度亦相对较低，这一特征清楚显示，长江中下游地区在沉积作用、变质作用过程中，Cu等成矿元索不具明显的密集趋势，而深源岩浆分异作用是中国东部(长江中下游)Cu成矿作用的主导机制。

3)长江中下游地区处于中生代南北陆块碰撞挤压及陆内俯冲带上，有一两个与成矿有关的花岗岩成岩系列分布在沿陆块拼接带的平行方向上。一个是沿拼接带分布的深源中酸性花岗岩系列，与Cu(Au)、Fe有关，成岩源区为幔壳混合源；另一个是沿着内侧断裂带分布的壳源酸性花岗岩系列，与W、Sn有关，成岩源区为重熔陆壳源。由于两者的成岩源区的不同，在地球化学特征上存在着明显的差异。

1.1.2矿田地质特征

长江中下地区游铜多金属矿带处于华北(大别)陆块及扬子陆块碰撞造山带缝合线附近，那里是软流圈上拱部位，地壳最薄经强烈地幔交代作用，形成了高碱富钾中酸性岩浆岩系列，及与之有密切时空关系的Cu、Au多金属矽卡岩型(斑岩型、热液型)成矿系列。成矿作用主要受末源浅成超浅成钙碱系列中酸性侵人岩制约，在它们与围岩的接触带、顶缘冷缩裂隙、隐爆角砾岩带、围岩层间破碎带，使之发生普遍蚀变、矿化，局部形成工业矿体、富矿体。与铜矿化密切的蚀变围岩主要是透辉石矽卡岩、金云母—透辉石矽卡岩和透辉石—石榴子石矽卡岩。长江中下游铜多金属成矿带主要矿田地质特征见表1。

表1　长江中下游地区铜多金属成矿带各矿田地质特征

1.2　典型矿床地质特征

现以江西城门山铜多金属矿床为例进行介绍。城门山铜多金属主要有矽卡岩型、斑岩型、似层状块状硫化物型，该地区“多位一体”铜多金属矿床位于扬子陆块北东缘。矽卡型矿床形成于花岗闪长斑宕与灰岩的接触带，斑岩型铜钼矿床形成于石英斑岩与花岗闪长斑岩的岩体中，似层状块状硫化物型矿床形成于中石炭统黄龙组灰岩与上泥盆统五通组砂层面上，这种复杂的结构组成了油条烧饼型特大型铜多金属矿床。

简言之，城门山各类型矿体分布受“两个中心”“三带”“一面”所控制，其中，两个中心是指接触带和岩体，三带分别为断裂带、层间破碎带、岩体裂隙带，一面即黄龙组与五通组假整合面。因此，城门山形成了独有的以钼为核心的矽卡岩型铜矿、斑岩铜矿、块状硫化物铜矿“三位一体”的组合分布规律(图1)[1]。

图1　江西九江城门山“三位一体”铜多金属矿床模式

在多次成矿蚀变作用的复合叠加下，不同类型矿体周围形成了不同的蚀变矿化分带：

1)以层状含铜黄铁矿水平对称分带；

2)以斑岩体为中心的水平环状分带；

3)以花岗闪长斑岩与碳酸盐岩接触带矽卡岩为中心的水平分带。

城门山铜矿矿石的矿物成分很多，约有80多种。按矿物的成因可分为内生矿物和表生矿物。内生成矿阶段形成的金属矿物以硫化物种类最多，所占比例也高，金属矿物50多种。非金属矿一物以硅酸盐类为主，主要是钙铁石榴石，其次为石英、方解石，非金属矿物近30种。表生成矿阶段的矿物主要是金属氧化物，其次是硫化物(辉铜矿、蓝铜矿等)、碳酸盐以及自然元素[2]。

2　矿床成因

2.1　区域成矿带成因

长江中下游地区铜多金属矿床的成因机制为区域岩石圈三级“岩浆泵”的逐级富集而形成[3]。

第1级岩浆泵站：长江中下游地区处于扬子陆块与华北(大别)陆块碰撞造山带缝合线附近，该区域地壳最薄，是软流圈上拱部位。原始地幔岩浆分异出来的富Cu融体在强烈地幔交代作用下，与下地壳石英闪长质—花岗闪长质的片麻岩发生局部熔融，形成了玄武—安山质母岩浆房，其Cu含量为(90～110)×10-6，其深度约20～30 km。

第2级岩浆泵站：亥武安山质母岩浆在地壳的深部范围内不断分离结晶，分异出辉长质—闪长质—花岗闪长质岩浆，沿着壳幔断裂带进行。结晶过程中熔浆结构所产生的晶体场效应，致使Cu等过渡族元素离子在岩浆熔体甲富集、Cu含量为(50～100)×10-6(暗色包体)，形成深度约2～3 km至4～5 km。

第3级岩浆泵站：在近地表所形成的含矿小岩体，表现形式为花岗闪长岩小岩株、小岩墙，闪长岩。它既是富铜空间，又是赋矿空间，在岩体与围岩的接触带、围岩层间破碎带、隐爆角砾宕带、顶缘冷缩裂隙，在岩浆气液流体的多次复合叠加作用下，把深部的热能不断地带向小矿体，使这些小矿体发生蚀变、矿化，从而局部形成工业矿体、富矿体。

小岩体形成大矿床的主导因素可能就是在这种特殊的环境下，多级岩浆泵的多次多期的“泵吸”作用，把深部的热能不断地带向矿体，Cu等成矿物质也被从深部带到地壳浅部，在对其有利的条件下富集成矿。深源岩浆分异作用是长江中下游地区铜多金属成矿带成Cu成矿作用的主导机制[4]。

2.2　城门山铜矿的成因

城门山铜矿是燕山期深源中酸性岩浆活动及成矿作用下形成的块状硫化物铜矿、矽卡岩型铜矿及斑岩型铜矿。

经研究发现，这些铜矿不仅在时间上相近，在空间上密切共生，同时也在矿物组合、成矿物化条件、围岩蚀变等特征上相似，由此表明：矿田内的这3种类型矿床是在同一个成矿作用下，就是我们所研究的岩浆侵入活动下，在不一致的围岩空间、构造及不同的物理化学环境下，成矿热液由于沉淀方式的迥异，形成的“三位一体”铜多金属矿床，即接触带的矽卡岩铜矿，岩体中的铂矿床、斑岩铜以及黄龙组与五通组假整合向上形成的块状硫化物铜矿[5]。这也就是城门山铜矿形成的主要机制。

脉状矿体的形成：由于成矿元素不同的地球化学性质，Au、Pb、Ag、Zn等元素在成矿作用的后期，在围岩(砂页岩、灰岩)裂隙中形成[6]。具备这一模型的基本条件是：

1)具有深源浅成多次侵人的中酸性斑岩体，这是成矿的首要条件，它为成矿提供物质来源；

2)斑岩体内裂隙和爆破角砾岩发育，是形成斑岩型或爆破角砾岩筒型铜矿的有利因素；

3)围岩是碳酸盐岩，在斑岩体的接触带形成矽卡岩型铜矿；

4)斑岩体附近具有两种物理化学性质差异大的围岩界面存在，利于形成块状硫化物型铜矿；

5)围岩中构造裂隙、层间破碎带发育。如仅具备其中的某些条件，则可能形成“二位一体”(武山铜矿)、“一位一体”矿床[7]。

3　找矿标志

3.1　区域地质找矿标志

长江中下游地区铜多金属成矿带深部构造为沿长江的地幔鼻状隆起带，处于华北(大别)陆块及扬子陆块碰撞造山带缝含线附近，隶属于扬子陆块北缘下扬子—钱塘台坳，浅部构造环境为块断的褶皱隆起区。

扬子陆块北缘分布着两套基底：以安徽董岭群为代表的“北基底”具双层结构，下部为片麻岩段，上部为片岩段；以江西双娇山群(安徽上溪群)为代表的“南基底”为一套浅变质泥砂质片岩；盖层为震旦系至中三叠统碎屑岩—碳酸盐岩沉积建造，其中上石炭统和下三叠统碳酸盐岩地层为主要成矿与赋矿层位。

3.2　局部地质找矿标志

1)斑岩铜矿的形成与浅成、超浅成侵位的中酸性斑岩体密切相关。中酸性斑岩体的一般特征为岩株状产出，呈不规则的椭圆形，剖面上呈筒状。对铜成矿最为有利的是花岗闪长斑岩。

2)围岩矽卡岩化、硅化及人理岩化是找矿的重要标志之一。矽卡岩化和金属矿化最显著的特征是矿化叠加在矽卡岩体上，矽卡岩体基本上就是矿体；硅化主要是成矿阶段的蚀变，两者共同组成了成矿作用中最为重要的石英硫化物阶段。

3)铜草是颖矿沐(矿化)重要的植物标志，一般出现在含硅质岩中，另外隧石结核碎石的残坡积层中也常常出现。

4)在中酸性侵入小岩体附近，围岩为碳酸盐类岩石。矽卡岩型矿体形成于接触带及岩体内围岩捕虏体；斑岩型矿床及围岩中细脉浸染型及脉状型矿体一般形成于，围岩为碎屑岩时；似层状含铜块处状硫化物矿体一般赋存于黄龙组碳酸盐岩与五通组碎屑岩之层间界面。

5)成矿带内铁帽可作为硫化物矿床的直接找矿标志，铁帽中Cu、Zn、Au、Pb等元素含量较高，判断原生矿床种类根据铁帽残留原生矿物、次生矿物及元素组合。

3.3　地球物理找矿标志

3.3.1磁异常

城门山矿区的磁异常是广义的矿致异常。黄铜矿本身属非磁性，而其所赋存的地质体绝大部分是具较强磁性的矽卡岩和强磁性的含铜磁铁矿，特别是含铜矽卡岩分布广、规模大、埋藏浅，引起了具有一定强度和规模的磁异常构成了在平面上与矿体分布范围基本相吻合的异常特征。

3.3.2电法

激发极化异常可指示矿化带的范围，激电场背景值为1%～3%，异常值为5%～18%；联合剖面法的低电阻正交点指示有块状硫化物矿体存在。

3.4　地球化学找矿标志

1)1∶20万水系沉积物成矿元素的高背景区(带)是最为醒目的靶区，在二叠系—三叠系沉积建造的铜低背景区叠加了铜高值带。1∶20万水系沉积物测量是寻找该类矿床十分有效的勘查方法之一。

2)已知矿床(城门山、丰山洞、武山)1∶20万水系沉积物形成成矿元素面积广、强度高、元素组合复杂的异常特征。

3)岩石(矿物)原生晕地球化学标志:包括原生晕异常含矿性评价、成矿指示元素和黄铁矿中微量元素标志3个方面。

4)矿田主成矿元素活动的标志是地球化学异常的面金属量、背景值的高比值。

4　结　语

从以上研究讨论表明，成矿作用实际上是一个庞大的元素富集作用，首先是成矿物质天然的成矿背景，其次是对成矿作用有利的物理化学条件，同时这些作用能源源不断地相互配合：如深源岩浆的分异、热液的沉淀等等，这些都是元素的富集机制。因此，长江中下游地区的铜多矿床形成与燕山期深源中酸性岩浆活动有着密切的关系，而赋矿围岩的物理化学性质及基底类型是矿床形成的外部条件。该区域具备着良好的Cu等成矿元素的富集机制。