云南新平大红山铜矿石英钠长斑岩成因分析

2023-08-23殷灿春董继波张武鹏刘建平蒙六清

矿产与地质 2023年3期

殷灿春, 董继波, 张武鹏, 刘建平, 蒙六清

(1.云南铜业矿山研究院,云南昆明 650102;2.玉溪矿业有限公司,云南玉溪 653405)

0 引言

大红山铁铜矿区位于云南省新平县戛洒镇境内,矿区已有60多年的地质勘查和20多年的矿山开采史,经过多期次的地质勘查和矿山多年的开采,多个地质勘查单位、科研机构、大专院校及矿山对矿区开展了大量的地质研究工作,成果丰硕。对其中分布于Ⅰ号矿带北部并与Ⅰ号矿带有一定空间关系的石英钠长斑岩,尽管前人曾对其成因、与成矿的关系等进行了研究,但研究程度较低,争议较大。一种观点其为侵入岩,与Ⅰ号矿体主要是空间关系[1];另一种观点认为也其为侵入岩,但对Ⅰ号矿体起破坏作,凡有此岩体侵入的部分,矿体变贫变薄以致尖灭[2];第三种观点认为其为次火山岩[3],与成矿关系不密切;第四种观点认为其为喷溢产出的熔岩流,主要控制Ⅰ号矿带的沉积环境[4]。

本次工作在详细野外工作和大红山铜矿勘探、生产地质资料分析研究的基础上,结合以往矿区及区域科研成果,对石英钠长斑岩的成因、成岩时代以及控矿作用进行探讨,研究认为:石英钠长斑岩系由贯入到曼岗河组第三岩性段(Pt1m3)较浅部位的岩浆经结晶作用形成,为浅成岩,对Ⅰ号矿带铜成矿元素的富集具明显的活化迁移与富集作用。

1 地质背景

矿区分布于扬子地块西南的滇中台坳的南部,在滇中台坳与哀牢山构造带结合处的绿汁江断裂与红河深断裂相汇的区带,属线性构造交汇部位—NW、SN与EW向[5](图1)。

图1 大红山铁铜矿区构造位置(a)及基底地质略图(b)(据文献[2])

1.1 矿区地层

矿区地层划分为基底和盖层,古元古界大红山群(Pt1D)和太古界底巴都组(Ard)划分为基底层;第四系(Q)残坡积层和上三叠统舍资组(T3s)与干海子组(T3g)划分为盖层,基底层呈天窗形式出露于盖层中(图2)。

图2 大红山铁铜矿区综合地层柱状图(据文献[2])

大红山群划分坡头组、肥味河组、红山组、曼岗河组和老厂河组等五个组。红山组(Pt1h)和曼岗河组(Pt1m)是矿区的主要赋矿地层。

红山组(Pt1h)与上覆的肥味河组(Pt1f)呈过渡接触,“大红山式”铁矿产于该组中,赋存Ⅱ号、Ⅳ号、Ⅴ号铁矿和Ⅲ号含铜铁矿体。自上而下划分为第三岩性段(Pt1h3)、第二岩性段(Pt1h2)、第一岩性段(Pt1h1)等三个岩性段。第三岩性段(Pt1h3)岩性为暗绿色杏仁状角闪变钠质熔岩,局部可见具钠长石斑晶的斑状熔岩,部分地段上部夹有石榴石黑云母角闪片岩,局部夹块状的角闪石白云石大理岩和浅灰色变钠质熔岩,顶部赋存不规则状及状透镜状的Ⅴ号磁铁矿体,下部产 Ⅳ1-1和 Ⅳ1-2矿体两个似层状的赤—磁铁矿体。第二岩性段(Pt1h2)上部为灰白色条纹条痕状含铜石榴长英白云石大理岩和深灰—钢灰色条纹条痕状细粒含黄铜石榴绿泥角闪片岩,产 Ⅱ2-4铜矿体和 Ⅱ2-3铁矿体;下部为灰绿色石榴石角闪石绿泥石片岩及条纹条带状石榴角闪白云石大理岩。第一岩性段(Pt1h1)为浅灰—深灰色杏仁状、块状含磁铁变钠质熔岩,普遍含磁铁矿(TFe:12%～20%)赋存 Ⅱ5-4、Ⅱ5-3、Ⅱ5-2、Ⅱ5-1等4个铁矿体。

曼岗河组(Pt1m)与上覆的红山组(Pt1h)呈火山不整合接触关系,与下伏的老厂河组(Pt1l)呈过渡接触关系,由上至下划分为第四岩性段(Pt1m4)、第三岩性段(Pt1m3)、第二岩性段 (Pt1m2)和第一岩性段(Pt1m1)等四个岩性段,矿区“大红山式”铜矿体主要赋存于第三岩性段(Pt1m3)中。第四岩性段(Pt1m4)上部为灰色的条纹条带状的黑云母白云石大理岩段,下部为灰白的色块状的方柱石白云石大理岩,下部有一层较为稳定的灰白—浅玫瑰红色大理岩(由于含菱锰矿而显“浅玫瑰红色”)为Ⅰ号矿带的顶板标志层。第三岩性段(Pt1m3)为灰—灰黑色的石榴石黑云母片岩、变钠质凝灰岩,为Ⅰ号矿带含矿层,自上至下赋存 ⅠC含铜铁矿体、Ⅰ3含铁铜矿、Ⅰb含铜铁矿、Ⅰ2含铁铜矿体、Ⅰa含铜铁矿体、Ⅰ1含铁铜矿体和Ⅰo含铜铁矿体。第二岩性段(Pt1m2)上部为灰白色的块状方柱石白云石石大理岩,中部为深灰色的石榴石角闪石变钠质凝灰岩、钠长石角闪片岩、绢云母钠长片岩,下部为灰色含绿帘石钠长石角闪片岩;中部平条纹条带状磁铁贫矿(含镜铁矿),产Ⅵ号含铜铁矿。第一岩性段(Pt1m1)上部为条纹状条带状的浅灰色角闪石黑云母白云石大理岩,中部为灰绿色的绿帘石角闪石变钠质熔岩,下部为灰绿色石榴黑云角闪变钠质层凝灰岩夹含磁铁石英石榴二云片岩,下部产Ⅶ号含铜贫磁铁矿体。

1.2 构造

大红山铁铜矿区由于受SN向挤压应力作用与西侧断裂构造带活动作用,形成了EW向与NW向的主要构造形式。而EW向的构造较发育,NW向次之,EW向构造是矿区基本构造格架,控制了区内铁铜矿的分布;EW向的底巴都背斜是矿区基底层的基本构造。区内的底巴都背斜、大红山向斜、肥味河向斜褶皱和F1、F2断裂为矿区主要的EW向构造,F3、F4、F5、F6、F7为矿区主要的NW向断裂构造(图1)。

1.3 岩浆岩

大红山铁铜矿区火山喷发、岩浆活动频繁,“大红山式”的铁铜主要成矿物质来源于火山活动。火山活动显示多期与多样性特点,兼有喷发、喷溢和侵入作用;区内火山岩和侵入岩均有产出。

从矿体与岩浆岩的空间关系看,矿区查明的Ⅰ、Ⅲ、Ⅵ、Ⅶ号铁铜矿带赋存于岩浆岩的围岩(火山喷发沉积变质岩)中;而Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ号铁矿体带赋存于变钠质熔岩中,处于辉长辉绿岩、石英白云石钠长石岩接触带附近的围岩(变钠质熔岩)中(图3)。

图3 大红山铜矿A39号勘探线地质剖面图

1.3.1 火山岩

矿区火山岩类有角斑岩、细碧岩。

角斑岩类: 角斑岩类主要赋于红山组第一岩性段(Pt1h1)的上部,是矿区似透镜状Ⅱ号铁矿体赋矿层位。岩石外观为灰色、浅灰色,致密均匀,细—微粒状结构。主要矿物为钠长石,磁铁矿、赤铁矿,次为绢云母、黑云母、磷灰石、石英等。岩石颜色随铁矿物含量的增高而变深至深灰—钢灰色,主要显变余交织结构,次为粗面结构。粒状矿物为均粒等轴状钠长石,具块、杏仁和角砾以及流纹状构造(图4a、4b)。依据岩石矿物组合和结构构造,该类岩石主要是浅色变钠质熔岩。

图4 大红山矿区主要火山岩结构特征(据文献[6])

细碧岩类: 细碧岩类主要赋于红山组第三岩性段(Pt1h3),灰绿色,细粒交织与斑状结构,球、块和杏仁状构造。主矿物为钠长石、角闪石,次矿物有黑云母、磁铁矿,以及极少磷灰石和钛铁矿,绿泥石化。局部显片理化,柱状角闪石、黑云母及绿泥石定向排列(图4c、4d)。根据矿物成分、结构、构造,该类岩石为角闪变钠质熔岩,产Ⅳ号铁矿体。

1.3.2 侵入岩

石英钠长斑岩、辉长辉绿岩、石英白云石钠长石脉岩为矿区内的主要侵入岩。

石英钠长斑岩(Qπ):岩体呈岩床形态贯入曼岗河组第三岩性段(Pt1m3)上部,岩石一般呈白至灰白色、风化呈黄褐色。石英钠长斑岩具斑状结构、块状构造,斑晶为粗—巨粒的他形、自形钠长石钠长石与他形石英聚晶,以及少量的白云石自形菱面体变斑晶;基质主要为微—细粒的他形钠长石、石英和少量金红石组成(图5)。矿物以钠长石(70%～95%)、石英(5%～25%)、白云石(2%～10%)为主,少量磁铁矿、磷灰石、金红石。石英钠长斑岩变质程度低,片理不发育。

图5 大红山石英钠长斑岩显微照片(据文献[7])

辉长辉绿岩(βν):岩体沿断裂破碎带侵入至红山组(Pt1h)中,呈岩床和岩脉产出。岩石为中粗粒变余辉绿结构、变余嵌晶含长结构;块状构造;呈灰绿色,矿物以角闪石(40%～70%)、钠长石(30%～55%)为主,次为绿泥石、黑云母、绿帘石等,及少量磁铁矿、钛铁矿、黄铜矿、磷灰石等。

石英白云石钠长石岩(CN):主要见于大红山东部矿段,呈规模不等的不规则状沿辉长辉绿与围岩的接触带产出,显示为辉长辉绿岩的充填交代产物,常见溶蚀状、似角砾状、网格状构造,具粗粒变晶、粒状结构。岩石颜色与石英钠长斑岩相似,矿物以白云石(40%～80%)、钠长石(20%～40%)及石英(0%～15%)为主,次为磁铁矿、钛铁矿、白钛矿等。

2 矿床地质特征

2.1 矿体分布特征

大红山铁铜矿区查明的铁、铜矿体划分Ⅰ～Ⅶ号等7个矿体群。垂直剖面由上至下:

(1)产于红山组第三岩性段(Pt1h3)上部的Ⅴ号铁矿带矿带,该矿带有Ⅴ1、Ⅴ2、Ⅴ3和Ⅴ4等4个铁矿体;矿体呈脉状、透镜状和不规则状,产状形态复杂;矿体产于岩体与围岩接触带上及其附近。

(2)产于红山组第三岩性段(Pt1h3)下部的Ⅳ号铁矿带,该矿带有Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅳ3、Ⅳ4等两个铁矿体;矿体呈似层状、透镜状和不规则状,产状形态复杂;矿体产于岩体与围岩接触带上及其附近。

(3)产于红山组第二岩性段(Pt1h2)中的Ⅲ号铁铜矿带,该矿带有Ⅲ1、Ⅲ2两个铁铜矿体;矿体呈层状、似层状、透镜状顺层产出。

(4)产于红山组第一岩性段(Pt1h1)下部的Ⅱ号铁矿体带为矿区主要铁矿带,该矿带有Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3、Ⅱ4、Ⅱ5等五个铁矿体;矿体呈层状、似层状、透镜状和不规则状,产状形态复杂;矿体产于岩体与围岩接触带上及其附近。

(5)产于曼岗河组第三岩段(Pt1m3)中的Ⅰ号铁铜矿带,由上至下以分为Ⅰc铜铁矿体、Ⅰ3铁铜矿体、Ⅰb铜铁矿体、Ⅰ2铁铜矿体、Ⅰa铜铁矿体、Ⅰ1铁铜矿体和Ⅰo铜铁矿体等7个矿体,铁、铜矿体交替分布产出,3、2、1为铁铜矿体,c、b、a、o铜铁矿体。矿体呈层状、似层状顺层产出。

(6)Ⅵ号贫铁矿带矿赋存于曼岗河组第二岩性(Pt1m2)中下部;矿体呈层状、似层状、透镜状顺层产出;矿体规模较小、埋深大,目前暂未发现可供开发利用矿体。

(7)Ⅶ号贫铁铜矿带赋存于曼岗河组第一岩性段(Pt1m1)底部;矿体呈层状、似层状、透镜状顺层产出;矿体规模较小、埋深大,目前暂未发现可供开发利用矿体。

2.2 矿石特征

矿区已查明的7个铁、铜矿体群,其中,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ号等4个矿带含矿层位在石英钠长斑岩(Qπ)侵入之后形成;Ⅰ、Ⅵ、Ⅶ号等3个矿带含矿层位在石英钠长斑岩侵入之前形成;而Ⅵ、Ⅶ号矿带目前暂未发现可供开发利用矿体。因此,本次重点研究Ⅰ号铁铜矿带与石英钠长斑岩的成因联系,着重说明Ⅰ号铁铜矿带的矿石特征。

Ⅰ号铁铜矿带中含铁铜矿体,矿石主要为凝灰岩型矿石和黑云片岩型矿石,少量碳硅质板岩型矿石。金属矿物主要为黄铜矿、磁铁矿,次为斑铜矿、菱铁矿、黄铁矿。脉石矿物主要为钠长石、石英、黑云母,次要矿物有白云石、绿泥石,石榴石等,矿石类型的不同,矿物组合有一定的差别。矿石构造以浸染状、条痕条带状为主要,次为散点状、脉状及团块状等;矿石结构主要为粒状、固溶体分离结构,常见的有他形—半自形、包含和交代残余等结构[8](图6a～6f)。

图6 大红山铁铜矿床矿石结构特征(据文献[8])

Ⅰ号铁铜矿带中的含铜铁矿体,矿石主要为长英白云石含铜菱-磁铁矿石和长英白云石含铜磁铁矿石。金属矿物主要为磁铁矿、菱铁矿,次要矿物为黄铜矿、斑铜矿、黄铁矿。脉石矿物主要为钠长石、石英、白云石、黑云母,次要矿物有绿泥石、石榴石等,不同的矿物组合成长英磁铁矿石、白云石黑菱铁磁铁矿石、黑云白云石菱铁矿石。矿石主要为浸染状、条纹条带状构造。矿石为中细粒半自形粒状变晶结构,磁铁矿、菱铁矿呈细—中粒状均匀嵌布或条带状不均匀嵌布。

Ⅰ号铁铜矿带与围岩无明显界线,含矿带中的围岩蚀变类型主要有绿泥石化、黑(棕)云母化、硅化、碳酸盐化。绿泥石化常见于深色绿片岩(黑云片岩)中,呈细脉状、不规则状、网络状,交代角闪石、石榴石、黑云母等;常与黄铜矿、黄铁矿共生,与含铜硫化物生成富化有一定关系。黑云母化在矿带中较为普遍,与铜矿富化有关。硅化多在矿体中形成不规则的热液脉体,通常含有黄铜矿团块,与铜质的后期热液迁移富集有关。碳酸盐化主要为铁白云石化和铁方解石化,与菱铁矿的后期富化有关。

3 石英钠长斑岩成因探讨

云南新平大红山铜矿自1959年发现至今,对于石英钠长斑岩的成因、以及岩体与成矿的关系等认识不一致、争论较多。有的认为石英钠长斑岩为侵入岩,有的认为石英钠长斑岩为次火山岩,也有人认为石英钠长斑岩为喷溢产出的熔岩流。根据大红山铜矿多年的勘查和开采工程揭露,结合区域和矿区科研成果研究,本次研究认为石英钠长斑岩不是喷出岩,而应该是浅成侵入岩。理由如下:

(1)分布特征上具有沿断裂分布厚度变化大的特点

区内的石英钠长斑岩不仅有地表也有露头,也有众多钻孔和坑道揭露,岩体呈似层、透镜状的岩床形态严格产于曼岗河组第三段(Pt1m3)和曼岗河组第四段(Pt1m4)底部,在时间上、空间上有其特定的规律和固定的层位,主要分布范围西至A212线、东到A57线,东西走向长约4800 m,南北宽600～1400 m,平均宽度为950 m;分布面积为4.5 km2。厚度最大部位在A41线,达185 m,向东、向西为主要侵入方向,厚度由中部向两边逐渐减小。由于形成岩体的火山口为EW向延伸的裂隙或断层,便形成了岩体突出部和岩湾的产出形态(图7)。

(2)与地层围岩的接触呈斜交关系

石英钠长斑岩在曼岗河中有出露,其露头与曼岗河组第三岩性段(Pt1m3)呈斜交关系,显示侵入接触的特征(图8);井下坑道工程揭露的石英钠长斑岩,岩体与曼岗河组第三岩性段(Pt1m3)也呈斜交关系,也显示侵入接触的特征,严格产于曼岗河组第三段(Pt1m3)和曼岗河组第四段(Pt1m4)底部(图9)。

图8 曼岗河石英钠长斑岩露头素描图

图9 大红山铜矿B32号勘探线地质剖面图

(3)形成时代上具有穿层特征

前期勘查和科研究工作者对区内的红山组(Pt1h)、曼岗河组(Pt1m)和老厂河组(Pt1l)已进行过相当的成岩年龄研究工作,基本限定了红山组(Pt1h)、曼岗河组(Pt1m)和老厂河组(Pt1l)的成岩年龄。产出于区内的火山岩和侵入岩已有诸多的岩浆锆石 U-Pb 年龄成果,均处于古元古代晚期。

据杨红等对大红山群老厂河组(Pt1l)中厚层石榴云母片岩(变质沉积岩)中的锆石LA-ICP-MS原位U-Pb定年测试,获得老厂河组的成岩时代为1710～1686 Ma[9]。据ZHAOX F等对曼岗河组(Pt1m)中“变质火山岩”成岩时代测试,获得原岩组的形成时间为(1681±13)Ma[10],而中上部的“凝灰岩”成岩年龄为(1675±8) Ma[11]。据金廷福等[7]对侵入于曼岗河岩组顶部的石英钠长斑岩成岩年龄的测试,获得石英钠长斑岩的成岩年龄为(1673±20) Ma,获得红山组三段(Pt1h3)变质火山岩的成岩年龄为(1656±16) Ma。

从上述成岩年龄测试结果分析,石英钠长斑岩在曼岗河组(Pt1m)的原岩成岩形成之后、红山组(Pt1h)变质火山岩形成之前形成,而石英钠长斑岩位于曼岗河组第三岩性段(Pt1m3)上部Ⅰ号矿带部位、曼岗河组第四岩性段(Pt1m4)之下,为后期侵入的浅成岩。

4 石英钠长斑岩与成矿作用的关系探讨

区内海相火山喷发沉积变质的层状Ⅰ号铁铜矿带,含矿岩系及矿体的产出受火山喷发中心和沉积中心控制,矿体呈现沿石英钠长斑岩展布,金属矿物以呈浸染状为主要,矿体的厚度、品位均较为稳定,显示逐渐变化的特征规律。而在矿体靠近石英钠长斑岩地带,自岩体边部由近至远,矿体厚度逐渐变厚、品位逐渐增高,在岩体侵入的部位矿体变贫薄以至尖失(图10)。

图10 大红山铜矿B36号勘探线地质剖面图

根据以往科研工作者对矿区变质作、成矿作用研究,区内海相火山喷发沉积之后,经过海底热液蚀变改造和区域变质改造的叠加[12-13],前后经中压动热变质作用和区域低温动力变质作用[14],矿区铁、铜主体成矿年龄为1656～1653 Ma[15];说明矿区含矿地层经历了多期次的热液和区域变质改造作用。根据上述矿体厚度随石英钠长斑岩变化的关系,有理由认为石英钠长斑岩侵入时产生热液,热液对含矿层位的成矿元素造成活化迁移,使距离岩体侵入部位较远的有利部位铁、铜聚集、矿体加厚加富;而岩体侵入部位铁、铜晰出、矿体变贫变薄直至尖灭。其理论依据是石英钠长斑岩为斑状结构,表明岩浆在侵位时发生了气-液分离,理由是斑晶与基质为不同世代的产物,斑晶形成于岩浆侵位前富水环境,细粒的基质则是气-液分离之后岩浆水压降低导致岩浆快速结晶的结果[16-17]。所以石英钠长斑岩岩浆侵位时发生了气-液分离并析出热液,这些热液对早期含矿层位的成矿元素造成活化迁移和重新富集。