武山铜矿床Cu同位素组成初步研究

2019-11-27李明骏李维静欧阳学财艾昔文

铜业工程 2019年5期

李明骏，李维静，欧阳学财，艾昔文

（1.江西铜业集团有限公司武山铜矿，江西瑞昌 332204；2.江西省地质矿产勘查开发局赣西北大队，江西九江 332000；3.江西省核工业地质调查院二六六大队，江西南昌 330038）

1 引言

武山铜矿位于江西省西北部瑞昌市境内，是长江中下游铁铜成矿带中的大型矿床之一，累计探明铜资源量192万t。武山铜矿可分为北矿带和南矿带。北矿带矿体主要赋存于泥盆系五通组（D3w）与石炭系黄龙组（C2h）之间石炭系黄龙组（C2h）至二叠系栖霞组（P1q）的层间破碎带中；南矿带矿体主要赋存在燕山期的花岗闪长斑岩体与二叠系至三叠系的碳酸盐岩地层接触带。长期以来，关于北矿带的成因一直存有争议，相继有同生沉积、同生沉积+后期岩浆热液叠加改造、海底喷流沉积、海底喷流沉积+后期岩浆热液叠加改造、岩浆热液成因等学说，相关学说是依据传统的C、H、O、S等同位素地球化学证据而建立的，只能间接推断成矿元素的来源［1］。近年来，随着过渡族金属元素同位素分析技术的飞速发展，已证实可利用精确测定铜同位素的变化，直接示踪成矿物质Cu的来源［2-4］。本次工作在前人研究的基础上，使用多接收器电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）测定了武山铜矿床的铜同位素，通过对武山铜矿床δ65Cu同位素的分析研究，进一步为武山铜矿的成因提供强有力的证据。

2 区域地质概况

武山铜矿区位于江西省西北部瑞昌市白杨镇境内。属滨太平洋成矿域之长江中下游铁铜成矿带西段的九瑞矿田中部，大地构造位于扬子板块之下扬子地块之长江中下游坳陷带之九江坳陷。该区域内的鄂州—九江断裂、麻城—幕阜山断裂、赣江断裂和修水—德安断裂，交织成菱形网状断裂格局，沿网格结点有燕山期深源浅成中酸性岩浆侵入活动，为该区域内铜矿床的形成提供了有利的地质条件。见图1。

矿区位于九瑞矿田中部，地层由志留系纱帽组（S3s）石英砂岩，泥盆系五通组（D3w）含砾石英砂岩，石炭系至三叠系碳酸盐岩类地层组成。断裂以北东东向、北北西——北西向及北东向较发育，同期不同阶段多次侵入的闪长岩、次英安斑岩、花岗闪长斑岩、石英闪长玢岩、花岗细晶岩、煌斑岩组成的杂岩体，呈似桶状的岩株侵入于志留系至三叠系碳酸盐岩类组成的向斜北翼地层中［5］，出露面积约0.6km2。丁昕等（2005）、蒋少涌等（2008）曾对与成矿有关的花岗闪长斑岩体进行了成岩年代学和地球化学方面的研究，确定了岩体年龄为145±3Ma［6-7］。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

武山矿区属大型铜、硫矿床，伴生有益组份有金、银、铅、锌、钨、钼、镓、硒等。铜金属量192.45万t，硫量1565.74万t，由南、北两个矿带158个矿体组成，其中主矿体有4个。

按矿体控制因素及空间展布特征，武山铜矿可分为南矿带和北矿带（图2a）。北矿带全长2700m，位于岩体北侧接触带外的地层围岩中，泥盆系五通组与石炭系黄龙组之间,黄龙组及二叠系栖霞组等层位为该矿带的容矿空间［8］。矿体受假整合面及层间断裂带控制，呈北东东向带状展布（图2b），其中69-100线范围内长约1700m为工业矿体分布地段。有铜矿体20个，硫矿体5个，铅锌矿体2个，金矿体2个，银铅锌矿体1个，其中以1Cu矿体规模最大，矿石类型主要为含铜黄铁矿、含铜碳酸盐岩、含铜矽卡岩等。主要矿产铜、硫，伴生有益组份金、银、钨、硒、镓、钼、铅、锌、硫等。南矿带矿体直接受花岗闪长斑岩体控制，呈半环状（图2c），成矿围岩为二叠系茅口组至三叠系碳酸盐岩类，矿体主要赋存于岩体与围岩的接触带上，其次为岩体内围岩捕虏体。矿石类型以含铜矽卡岩为主，少量含铜碳酸盐岩及含铜花岗闪长斑岩。南矿带共有矿体128个，其中铜矿体127个、硫矿体1个，以产于接触带的8Cu、9Cu矿体规模最大。

图2 武山铜矿矿体三维模型图

3.2 矿石特征

武山矿区主要的矿石矿物达到70余种，其中金属矿物55种，脉石矿物20余种。金属矿物主要有黄铜矿、黄铁矿、针铁矿、水针铁矿、辉铜矿、斑铜矿、黝铜矿、白铁矿、胶状黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、辉钼矿、磁铁矿、菱铁矿等；脉石矿物主要有石榴石、方解石、白云石、石英、高岭石、绿泥石、长石等。

北矿带似层状硫化物矿体中的主要金属矿物有黄铁矿、黄铜矿、白铁矿、胶黄铁矿等，南矿带矽卡岩型矿体中主要金属矿物有黄铜矿、黄铁矿、斑铜矿等。武山矿区矿石构造主要有块状构造、浸染状构造、脉状构造、团块状构造、角砾状构造、胶状构造。其中北矿带主要有块状构造、浸染状构造、脉状构造、角砾状构造及胶状构造，南矿带主要有浸染状构造、脉状构造、团块状构造等（图3）。

3.3 围岩蚀变

矿区主要的围岩蚀变有大理岩化、角岩化、硅灰石化、矽卡岩化、钾长石化、黑云母化、绿泥石化、绿帘石化、硅化、方解石化等，大理岩化、矽卡岩化，其中北矿带的层间破碎带组成硅化带与成矿关系密切，南矿带以接触带为中心的矽卡岩蚀变与成矿关系密切。

图3 武山铜矿各类黄铜矿矿石特征

4 样品的采集及分析方法

本次拟测试分析的铜矿物为武山铜矿各类矿石中均能普遍见到的黄铜矿矿石，在深部地质勘探地质钻孔中采集了10件样品。为保证样品的代表性和可靠性，所采集样品均为-400m标高以下的新鲜原生矿石标本，未受到后期氧化作用影响，其中北矿带采集8件，南矿带采集2件。

所采集样品经廊坊尚艺岩矿检测公司完成粉碎后从中挑出黄铜矿单矿物，再送至美国亚利桑那大学地质系同位素实验室采用Nu Plasma HR型多接受电感耦合质谱仪（MC-ICP-MS）完成Cu同位素的测定。

首先在实验室完成了Cu溶解、淋洗等处理措施，将重约0.5g的黄铜矿，用HNO3将样品完全溶解后，放置于加热板上蒸干，再采用盐酸将烧杯中的残留物加入6N浓度的HCL和+0.001%双氧水作为淋洗液，完成Cu淋洗后，用2%的超纯硝酸溶解待测介质，进样浓度为200μg /L( EPA)。标准样品采用NIST976，用“SSB”法进行仪器质量歧视校正和同位素分馏校正。得出的测试结果以相对于国际标准物质（NIST976）的千分偏差表示，即：δ65Cu（‰）=[（65Cu/63Cu）样品/（65Cu/63Cu）标样-1]*1000，测试精度为NIST976±0.15‰。详细方法见引用文献［9-10］。

5 黄铜矿Cu同位素分析结果

通过分析测试得到10件黄铜矿样品的Cu同位素组成（详见表1）。

表1 武山铜矿矿床黄铜矿Cu同位素组成测试结果表

6 讨论

在武山矿床中，不同空间位置的黄铜矿铜同位素组成呈现出一定的分布特征（图4）。如距离成矿主岩体较近的矽卡岩型矿体铜同位素分布在-0.38～0.66‰的范围内，均值为-0.03‰，分布是较轻的；而在北矿带距离成矿主岩体较远地层破碎带间的含铜黄铁矿及含铜大理岩矿体的铜同位素分布范围为0.04～0.82‰，均值为0.46‰，铜同位素分布的组成出现变重的趋势。在ZKS1010钻孔不同位置所采集的4件样品也能体现：距离岩体较近的含铜矽卡岩矿体的铜同位素为-0.38‰，稍远的矽卡岩化含铜白云岩铜同位素为0.04‰，更远的含铜黄铁矿铜同位素为0.2‰，其铜同位素的组成也出现明显变重的趋势。在空间上随着距离成矿岩体越来越远，黄铜矿的Cu同位素组成逐渐变重的特征，这一趋势与前人对矽卡岩型矿床的研究成果也相吻合［10-12］。

图4 武山铜矿各类矿石类型δ65Cu分布特征图

前人对全球范围内的铜矿床曾做了大量的铜同位素研究工作，发现不同类矿床具有不同的δ65Cu同位素变化组成［13］，火山气液型铜矿床铜同位素分布范围较广，变化范围较大，δ65Cu值总体在-4.82‰～11.71‰，极差为16.53‰，均值为-2.36‰；斑岩型铜矿床δ65Cu值总体在-2.56‰～3.61‰，极差为6.17‰，均值为0.27‰；接触交代型铜矿床铜同位素变化范围较窄，富集较重的铜同位素，其δ65Cu值总体在-0.23‰～1.19‰，极差为1.42‰，均值为0.36‰；岩浆型铜矿床δ65Cu值总体在-0.62‰～0.40‰，极差为1.02‰；低温岩浆热液型矿床δ65Cu值总体-3.70‰～0.30‰，分布范围较宽，且多偏负值，均值为-1.992‰；高温岩浆热液型铜矿床铜同位素组成相对均一，变化范围分布很窄，其δ65Cu值总体在-0.23‰～0.13‰，极差为0.36‰，均值接近于0值附近；沉积型铜矿床铜同位素组成基本小于0值，富集较轻铜同位素，其δ65Cu值总体在-3.44‰～0.45‰，极差为0.3.896‰，均值为-0.9‰；

武山铜矿床各矿石类型中的黄铜矿δ65Cu值分布范围为-0.38‰～0.82‰，变化范围很窄，极差仅为1.2‰，均值为0.264‰（图5）。其中南矿带矽卡岩矿体及北矿带深部靠近南矿带的矽卡岩铜矿石的铜同位素组成特征与前人研究的矽卡岩型铜矿组成特征吻合；北矿带含铜黄铁矿及含铜碳酸盐岩类矿石的黄铜矿铜同位素富集组成分布范围很窄，且多为正值，平均值为0.46‰从铜同位素组成特征可以排除北矿带是海底喷流或同生沉积成因的可能。同时表明武山铜矿与岩体接触或靠近于岩体的碳酸盐岩类地层形成了矽卡岩型铜矿床，而岩体北部的似层状硫化物矿床应属于高温热液成因的铜矿床。