蒙古国铜矿床主要类型、典型矿床、时空分布与构造背景

苗来成 罗晔 DORJGOCHOO Sanchir 刘建明 邹滔 路增龙 秦克章 BAATAR Munkhtsengel

1. 中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究重点实验室,北京 100029 2. 中国科学院地球科学研究院,北京 100029 3. 中国科学院大学地球与行星科学学院,北京 101408 4. 中色紫金地质勘查(北京)有限责任公司,北京 100012 5. 蒙古科技大学地质与矿业学院,乌兰巴托 210646

中亚造山带也被称为中亚褶皱带(Zonenshainetal., 1990)或阿尔泰造山拼合体(engöretal., 1993),是地球上规模最大的增生造山带,也是全球显生宙地壳生长最为强烈的区域(Jahnetal., 2000; Jahn, 2004; Kröneretal., 2007),具有长期复杂的构造演化历史并产有丰富的矿产资源(Yakubchuk, 2004, 2008; Wanetal., 2017),因此一直是地学研究及资源勘查关注的前沿热点地区(engöretal., 1993;engör and Natal’in, 1996; Windleyetal., 2002; Xiaoetal., 2003, 2009, 2010, 2015, 2018; Miaoetal., 2007, 2016; Sunetal., 2008; Rudnevetal., 2009; Zhou and Wilde, 2013; Zhouetal., 2018; Jianetal., 2014; Zhuetal., 2014, 2023; Liuetal., 2017, 2021)。

蒙古国处于中亚造山带的核心地段(图1),矿产资源十分丰富,主要有煤炭、铜、黄金、锡钨、铬、铅锌、铁、Nb-稀有金属及萤石、钾、磷等,其中煤和铜是其最重要的两种矿产资源。尽管在2010年时被煤炭超越,但铜作为蒙古的优势矿种,一直是蒙古国民经济的支柱之一。长期以来,蒙古国铜矿储量及产量均主要来自蒙古国北部的额尔登特(Erdenet)铜钼矿(图1),但21世纪初加拿大艾芬豪公司公布在蒙古南戈壁地区勘探出世界级欧玉陶勒盖(Oyu Tolgoi)斑岩型铜金矿床(矿石资源量43.8亿t,铜和金的金属量分别为3580万t和1280t)后,不仅改变了蒙古国铜矿资源的空间格局,也使蒙古南戈壁这一不毛之地变为世界矿业界关注的焦点地区。随着勘探投入及地质研究工作的深入,南蒙古地区探明的铜资源量不断攀升,如新近探明哈马戈泰(Kharmagtai)大型铜金矿床(据Xanadu Mines网站资料),充分显示出该地区巨大的铜(金)成矿及找矿潜力。

图1 蒙古构造及铜矿床分布图(据Badarch et al., 2002; 江思宏等, 2019; Gerel et al., 2021)内插图示蒙古国在中亚造山带中的位置,SC、TC和SKC分别代表西伯利亚、塔里木和中-朝克拉通. I-色楞格火山-深成岩带;II-中戈壁火山-深成岩带;III-曼都尔敖包+古尔班赛汗岛弧地体. 铜矿床编号及名称:1-欧玉陶勒盖铜(Oyu Tolgoi),2-查干苏布尔加(Tsagaan Suvarga),3-苏廷(Shuteen),4-青狐狸(Bronze Fox),5-欧尤特乌兰(Oyut Ulaan),6-哈马戈泰(Kharmagtai),7-准莫德(Zuun Mod),8-白山(White Hill),9-巴彦艾瑞格(Bayan Airag),10-额尔登特(Erdenet),11-山达(Shand),12-萨然乌拉(Saran Uul),13-呼赫巴金浑迪(Huh Bulgiin Hundii),14-巴彦乌拉(Bayan Uul),15-喇嘛朝鲁图(Lam Chuluut),16-脑明特(Nomint),17-阿布达尔陶勒盖(Avdartolgoi),18-呼赫阿达(Khokh Adar)铜锌矿. 图中矿床符号大者示大型及以上规模矿床,小者代表中型及以下矿床;乌山是我国乌努格吐山大型铜钼矿床Fig.1 Sketch map showing the tectonic framework and the distribution of major copper deposits in Mongolia (after Badarch et al., 2002; Jiang et al., 2019; Gerel et al., 2021)The inset shows the location of Mongolia in the Central Asian Orogenic Belt; SC, TC, and SKC represent the Siberian, Tarim, and Sino-Korean cratons, respectively. I-Selenge volcano-plutonic belt; II-Middle Gobi volcano-plutonic belt; III-Mandal Ovoo+Gruvensaih arc terrane(s). Larger-size symbols for the deposits indicate large and above scale deposits, whereas smaller ones represent moderate and lower scale deposits. Wushan refers to the Wunugetushan large-scale Cu-Mo deposit of China

铜是我国最为紧缺的大宗战略矿产,对外依存度高达70%～80%(徐琳和唐金荣,2017)。蒙古作为我国北方近邻,其丰富的铜矿资源与我国铜资源紧缺的局面成互补之势。因此,本文拟根据作者对蒙古地质及矿产的考察研究为基础,并综合前人资料,分析总结蒙古国铜矿资源禀赋特征及形成规律,以期为我们国内企业“走出去”在蒙投资提供参考,同时也为在我国相邻构造-成矿带开展资源潜力评价提供参考。

1 蒙古国地质构造特征

中亚造山带处于西伯利亚、波罗的、华北-塔里木克拉通之间,是全球规模最大的增生造山带,也是地球上显生宙地壳生长最为强烈的区域(Jahnetal., 2000; Jahn, 2004; Yarmolyuketal., 2008; Xiaoetal., 2010)。尽管人们对中亚造山带的形成与演化机制还存在不同认识(engöretal., 1993; Windleyetal., 2007; Yakubchuk, 2008),但大量的研究证实其造山过程以一系列大规模的俯冲-增生杂岩、岛弧、洋岛、蛇绿混杂岩及微陆块的断续拼贴增生于古陆边缘为特征(Xiaoetal., 2003, 2009, 2015, 2018; Jahn, 2004; Yakubchuk, 2004, 2008; Miaoetal., 2007; Jianetal., 2014; Zhouetal., 2018; Liuetal., 2021)。

蒙古国处于中亚造山带腹地,其地质构造演化可以看作是中亚造山带演化的缩影。蒙古国地质构造最显著的特征之一是其主要构造带(线)均呈向南突出的弧形展布: “弧顶”部位大体在102°E附近,两侧大体对称发育。换言之,蒙古西部的构造线总体呈北西-北西西向,而其东部的则呈北东-北东东向(图1)。蒙古国地质构造发育的另一个重要特征是以呈弧形展布的主蒙古线性构造(MML,Main Mongolian Lineament)为界,似乎存在南、北两个时代不同的造山区,即MML以北是早古生代(加里东期)及更老的造山区,而MML以南为晚古生代(海西期)造山区(Badarchetal., 2002)。但是,根据新的研究结果,这种划分是存在一定问题的。例如,对MML以南的曼来蛇绿岩和古尔班赛汗蛇绿岩的定年结果(Jianetal., 2014; Zhuetal., 2014, 2016)表明,它们均为寒武-早奥陶世的原岩建造,而晚古生代建造直接叠加其上,因此MML可能是新构造运动造成的地形地貌分界线(Badarchetal., 2002);但也有研究者认为可能代表一个晚古生代边缘海盆地闭合后的缝合带,类似于西南太平洋地区的弧后盆地系统(Lietal., 2019)。蒙古地质构造发育的第三个显著特征是它受到古亚洲洋和蒙古-鄂霍茨克洋两大构造体制的共同影响;两者以呈马蹄形弯曲的条带状古陆块为界,其外侧属古亚洲洋构造域,而内侧属蒙古-鄂霍茨克洋构造域(李锦轶, 1998; Keltyetal., 2008; Bussienetal., 2011; Miaoetal., 2020; Winkleretal., 2020; Wangetal., 2022)。

古亚洲洋与蒙古-鄂霍次克洋之间的中间古陆被称为图瓦-蒙古地块或中蒙古地块(Mitrofanovetal., 1981; Tomurtogoo, 1997)。后来众多研究者将蒙古东部的艾伦达瓦地体、伊德莫格地体及其间的克鲁伦缝合带和我国北兴安岭额尔古纳地块等均归属为“中蒙古地块”之东延部分(engör and Natal’in, 1996; Xiaoetal., 2018; Zhouetal., 2018)。

从蒙古中部延伸至俄罗斯远东乌的湾(Uda Gulf)的蒙古-鄂霍茨克造山带,被认为是处于北亚克拉通(西伯利亚+奥穆龙)与阿穆尔超地体(中蒙古地块东延部分,主要指艾伦达瓦、额尔古纳、布利亚等地块)之间的蒙古-鄂霍茨克洋演化与消亡的结果(Windleyetal., 2007; Bussienetal., 2011)。蒙古-鄂霍茨克造山带中的Adaatsag和Dochgol 两个地体古大洋闭合的缝合带(Badarchetal., 2002),其中发现的最老蛇绿岩的时代为石炭纪(～325Ma; Tomurtogooetal., 2005);紧邻缝合带北侧发育规模巨大的泥盆-石炭纪浊积岩系(Keltyetal., 2008; Bussienetal., 2011; Ruppenetal., 2014; Miaoetal., 2020),而在这些浊积岩系与缝合带两侧则发育主体为二叠-三叠纪的火山-深成岩带(图1),代表蒙古-鄂霍茨克洋俯冲有关的弧岩浆岩带(Zorin, 1999; Mazukabzovetal., 2010; Donskayaetal., 2013; Sheldricketal., 2020)。目前认为蒙古-鄂霍茨克造山带是中亚造山区最年轻的碰撞造山带,具有马蹄形造山带或山弯构造(orocline)的典型特征,其碰撞造山时间为中晚侏罗世-白垩纪,造山过程中洋盆关闭具有自西向东呈“剪刀式”或“拉链式”闭合的特点(Zorin, 1999;Xiaoetal., 2018; Kryzaetal., 2021; Lietal., 2022; Wangetal., 2022)。该造山带的西南段发育于蒙古中部-东北部地区,也是蒙古国东北部及相邻地区重要的铜等多金属成矿带(江思宏等, 2019; Gereletal., 2021)。

2 蒙古国铜矿床主要类型与典型矿床

据统计,蒙古国境内已发现735处铜矿产地,其中已查明资源储量的矿床有35个;这些铜矿床(点)可归为6种成因类型(Dejidmaaetal., 2005; Nokleberg, 2010; Gereletal., 2021):斑岩型、火山成因块状硫化物(VMS)型、与花岗岩有关铜矿、矽卡岩型、玄武岩型及砂岩型。主要铜矿床产出空间位置如图1所示,其主要地质特征列于表1。

表1 蒙古国主要铜矿床基本地质特征一览表

2.1 斑岩型矿床

斑岩型铜(钼-金)是蒙古国最重要的铜矿类型,不仅数量最多,且工业意义大。实际上,蒙古国目前生产铜的企业仅有两家(额尔登特矿业公司和欧玉陶勒盖合资公司),其铜产量均来自斑岩型。相对其他类型,蒙古斑岩型铜矿勘查与研究程度较好,累积资料也相对丰富。以下就主要的代表性斑岩型矿床特征做简要介绍。

2.1.1 欧玉陶勒盖Cu-Au-Mo矿床

欧玉陶勒盖矿床是蒙古国规模最大的斑岩型矿床,位于蒙古南戈壁地区,南距中蒙边境线约80km(图1)。实际上,欧玉陶勒盖应该算是一个矿田:在一条NNE向长约22km廓带内呈串珠状分布有至少7个相对独立的矿床和2个矿化点(图2a)。这7个矿床自南至北分别是赫如岗(Heruga)、新发现(New Discovery;有文献称之“赫如岗北”,Heruga North)、西南欧玉(Southwest Oyu)、南欧玉(South Oyu)、中欧玉(Central Oyu)、胡戈达迈特南(Hugo South,简称胡戈南)和胡戈达迈特北(Hugo North,简称胡戈北)(图2b);2个矿化点为甲乌赫兰特(Javkhlant)和乌兰呼德(Ulaan Khuud),分别位于廊带的南、北延长线上。对于欧玉陶勒盖的矿床特征,在国内外刊物上均有大量的详细描述(江思宏等,2019及其文献;Gereletal., 2021及其文献),此不赘述,以下仅简要总结其主要特征(表2)。

表2 蒙古南戈壁欧玉陶勒盖地区斑岩型矿床特征简表(据Khashgerel et al., 2009; Enkhjargal and Jargalan, 2016)

欧玉陶勒盖地区的斑岩Cu-Au和Cu-Mo矿床与形成于岛弧环境下的高K钙碱性斑状石英二长闪长岩侵入体有关(Kavalieris and Wainwright, 2005; Blightetal., 2010; Enkhjargal and Jargalan, 2016)。矿区构造包括复杂的断裂、褶皱和剪切带网络,但这些构造在地表很少出露,故只能通过对勘探资料的综合分析、矿区规模的填图及地球物理资料等来确定。主要构造对矿化空间分布具有重要影响,主要表现在断裂构造不仅控制矿化体的初始位置及矿化样式,也在后期变形事件中对矿化体有改造作用。西南欧玉、中欧玉和胡戈达迈特矿床的直线排列以及胡戈达迈特矿床本身拉长的形态(图2),暗示NNE走向的断裂或断裂带控制着斑岩体的侵位及有关的热液活动。研究表明,泥盆纪或前泥盆纪岩石被推覆逆冲到矿化带之上,使矿体得以保存,但由于更晚构造-岩浆事件导致不均匀抬升,使得矿带中部(南欧玉、西南欧玉和中欧玉)矿化暴露于地表,而两端则为盲矿体(图3)。

图3 蒙古南戈壁欧玉陶勒盖铜-金-钼矿田纵投影图(据Porter, 2016修改)Fig.3 Lengthway projection of ore deposits of the Oyu Tolgoi Cu-Au-Mo ore field in South Gobi, Mongolia (after Porter, 2016)

欧玉陶勒盖矿田各矿床在蚀变-矿化特征方面表明出一定的差别(表2、图3)。总体上,南部矿床(如西南欧玉、赫如岗北和赫如岗)以黄铜矿占主导地位,主要产于具黑云母-磁铁矿蚀变的辉石玄武岩中,常叠加赤铁矿-绿泥石-绢云母蚀变;北部矿床(胡戈北和胡戈南)以斑铜矿及表生辉铜矿为主,矿体主要产在石英二长闪长岩体内,并伴有广泛的绢云母和高级泥化蚀变。作为主要硫化物,黄铜矿在北部矿床深部发育,而斑铜矿在南部矿床深部则更为常见。此外,中欧玉矿床以高硫化态矿化为特色,其80%的铜以浸染状蓝铜矿(铜蓝)状态产出。黄铁矿与铜蓝伴生,但Au含量低。表生辉铜矿“毯子”盖在黄铁矿-铜蓝矿化体之上,面积达500×700m2。表生明矾石的K-Ar年龄为93～117Ma(Perellóetal., 2001),表明该辉铜矿“毯子”应形成于白垩纪。成矿廊带最南部的甲乌赫兰特矿点,伴随黄铜矿-黄铁矿化的蚀变以更高温高级泥化带为特征,蚀变矿物组合为刚玉、 红柱石、

白云母、叶腊石、高岭石和独特的天蓝石等矿物;而廊带最北部的乌兰乌德矿点产于角岩化的石英二长闪长岩中,目前对其矿化-蚀变特征还了解不多。

总体而论,该矿床最早期蚀变是Na-Ca蚀变,紧接着是黑云母-磁铁矿和钾长石蚀变,后两者多发育在赋矿的石英二长闪长岩内和成矿系统的深部,特别是在矿带南部。富金的黄铜矿与黑云母-磁铁矿和钾长石蚀变之间有直接的关系,而与黄铜矿-辉钼矿化有关的石英-绢云母蚀变叠加在上部的石英二长闪长岩和围岩中,但在深部不发育。在矿带中北部,高级泥化蚀变发育在成矿系统顶部,并叠加在早期蚀变之上。在这些叠加部位常产有高品位的富斑铜矿矿化。高硫型浅成黄铁矿-硫砷铜矿±铜蓝-辉铜矿和辉铜矿矿化产在蚀变带的边部,矿带中部次生富集的辉铜矿层是由浅成的铜蓝-黄铁矿化体在近地表风化形成的。

大量的定年结果表明,欧玉陶勒盖各矿床几乎同时形成于晚泥盆世(表2)。这一世界级巨型斑岩Cu-Au-Mo矿床的形成主要受三个因素探制:一是长期活动的、窄的构造廊带;二是沿同一构造廊带侵入体多期次侵位与矿化叠加;三是能够使矿质集中沉积而不分散掉的镁铁质围岩(Porter, 2016; Gereletal., 2021)。

2.1.2 查干苏布尔加Cu-Mo矿床

查干苏布尔加Cu-Mo矿位于蒙古东戈壁省,东北距省会赛音山达(Sanyanshand)150km,西南距欧玉陶勒盖矿床155km(见图1),为一大型斑岩型矿床(255Mt.@ 0.55% Cu @ 0.02% Mo; Gereletal., 2021)。

矿区出露地层主要为由砾岩、砂岩、粉砂岩及凝灰质砂岩等构成的下石炭统碎屑岩建造和由英安斑岩、安山玢岩和粗面安山岩、安山岩等组成的中-上石炭统火山岩建造(图4a),局部见白垩系及新生界。区内侵入岩主要是查干苏布尔加侵入杂岩(TSC),由二长花岗岩、正长花岗岩、石英二长岩、花岗闪长斑岩和闪长岩等组成。此外,在杂岩体内部及围岩中发育大量的闪长玢岩、花岗闪长斑岩、花岗斑岩、钠长斑岩和正长斑岩脉。TSC被石炭系火山-沉积岩覆盖,局部为断层接触。区内构造以发育北东向和北西向两组断裂为特征(图4a),其中北东向断裂为主要控矿构造,控制着区内岩墙、岩株状侵入体、角砾岩化带、热液蚀变带和含矿地质体的产出。查干苏布尔加矿床主矿(化)体就产于沿TSC西北侧接触带发育的北东向断裂带中(图4a)。

图4 查干苏布尔加Cu-Mo矿床平面图(a)和主矿化带剖面图(b)(据Tungalag et al., 2019)Fig.4 Plan geological map (a) and a cross-section of the main mineralization zone (b) of the Tsagaan Suvarga Cu-Mo deposit (after Tungalag et al., 2019)

主矿体呈NE向延伸1.8km,宽约300m,倾向NW,倾角40°～60°,倾斜延伸>1km(图4b)。钻探揭示,主矿体上、下均发育断层,其上、下分别为蚀变相对较弱的石炭纪安山-英安质灰流凝灰岩和蚀变相对较弱的石英二长岩(图4b)。此外,在远离主矿带的TSC内部也发育众多铜矿化点;这些矿化点与斑岩有关,主要表现为沿裂隙面发育的孔雀石化,产于具晶洞构造的石英二长岩中,同时发育B型脉(图5a, b)。

矿石分氧化矿和原生矿两类。氧化带一般20～30m深,主要金属矿物为孔雀石,偶尔见蓝铜矿、硅孔雀石和极少量的钼铅矿与钼钙矿,此外,铁和锰的氢氧化物常见。原生矿石的矿石矿物主要为黄铜矿和斑铜矿,其次为辉钼矿、方铅矿、闪锌矿、砷黝铜矿、黝铜矿、磁黄铁矿和自然银等,其中黄铜矿和黄铁矿主要分布在石英脉、石英-绢云母细脉和绢云母化带中(图5c);辉钼矿一般富集在石英细脉和石英-绢云母细脉中。

围岩蚀变主要为绢云母化、硅化、青磐岩化及钾化,其中绢云母化与硅化与铜钼矿化关系密切。需要说明的是:原先认为查干苏布尔加矿床发育大规模钾(长石)化蚀变的认识是错误的,因为详细岩相学研究发现钾长石交代斜长石现象并不存在(方维萱等, 2007; Tungalagetal., 2019),矿体围岩的“红化”有两个原因:一是围岩二长花岗岩或正长花岗岩(图5a, d)本身就含有大量的钾长石;二是围岩中钾长石部分发生了多硅白云母-赤铁矿化。因此,查干苏布尔加Cu-Mo矿床并不存在大规模的高温钾化蚀变。这一认识与矿区内地表未发现、但钻孔钻遇到斑岩体(图5c)的现象吻合,预示其深部找矿潜力大。

研究表明,查干苏布尔加矿床成矿年龄(370±2Ma; Watanabe and Stein, 2000; 侯万荣等, 2010)与容矿二长花岗(斑)岩侵位年龄(367±4Ma;侯万荣等,2010;朱明帅等,2014),在误差范围内基本一致,说明其为晚泥盆世斑岩型矿床。

2.1.3 哈马戈泰Cu-Au矿床

哈马戈泰矿床处于“曼都尔敖包”(Mandalovoo)岛弧地体(Badarchetal., 2002)南缘,东南距欧玉陶勒盖矿床约160km

(见图1)。矿区出露地层包括以石英砂岩、砂岩、粉砂岩及粉砂质页岩、纹层状硅质岩等沉积岩系(局部夹凝灰岩)为特征的泥盆系和以安山质熔岩及其沉积岩和角砾岩等火山-沉积建造为主的石炭系及陆相红层沉积的白垩系(图6)。矿区内的侵入岩主要是哈马戈泰杂岩,由一系列侵入体组成,包括闪长岩、二长闪长岩、石英闪长岩、二长岩和花岗闪长岩等。这些侵入体被解释形成于深部一个非常大的岩浆房的分异演化。

图6 蒙古哈马戈泰Cu-Au矿床地质简图(据蒙古地调局信息中心, 2010(1)蒙古地调局信息中心. 2010. 哈马戈泰斑岩铜矿床勘探与储量估算报告#6422修改)

哈马戈泰矿床主要Cu-Au矿化与多阶段闪长岩-二长闪长岩侵入体伴生,可分为三种矿化类型,分别是斑岩型网脉、电气石角砾岩型和与贱金属脉伴生的浅成热液型金(Gereletal., 2021)。斑岩型网脉是最主要的矿化形式,铜和金赋存于黄铜矿和斑铜矿等硫化物中(图7a-d)。电气石角砾岩型矿化以黄铜矿-电气石-黄铁矿作为热液角砾胶结物为特征(图7e, f),而热液型矿化赋存于碳酸盐-黄铁矿-黄铜矿-闪锌矿-方铅矿脉中,受控于晚期NW向断层。

图7 哈马戈泰Cu-Au矿床代表性矿化类型与典型特征(据http://www.Xanadumines.com/ kharamgtai/geology-and-mineralizaiton/)(a)蚀变斑岩中层纹状石英-磁铁矿M类脉与后期横切的石英-黄铜矿B类脉;(b)典型B类网脉;(c)石英-黄铜矿-斑铜矿复合A类脉; (d)晚期仅含硫化物C脉叠加早期石英-硫化物B类脉; (e)电气石-黄铁矿-黄铜矿-斑铜矿胶结热液角砾岩; (f)黄铁矿-黄铜矿胶结热液角砾岩Fig.7 Representative mineralization styles and typical features of Kharmagtai Cu-Au deposits (after http://www.Xanadumines.com/ kharamgtai/geology-and-mineralizaiton/)(a) laminated quartz-magnetite M veins and quartz-chalcopyrite B veins that crosscut the M veins in the altered porphyry; (b) typical B veins; (c) composite A veins of quartz-chalcopyrite-bornite; (d) late-stage sulfide-bearing veins overprinting the early-stage quartz-sulfide B veins; (e) hydrothermal breccia cemented by tourmaline-pyrite-chalcopyrite-bornite; (f) hydrothermal breccia cemented by pyrite-chalcopyrite

仙乐都矿业(Xanadu Mines)2021年12月8日发布的哈马戈泰矿床资源量为300万t铜和249t金(http://www.Xanadumines.com/kharamgtai/resources/)。这些资源量主要集中于3个矿化区(图6):网脉山(Stockwork Hill)、白山(White Hill)和铜山(Copper Hill)。网脉山由2个高品位矿体(南、北网脉带)和1个深部电气石角砾岩组成(图8a)。白山由1个相当大的、中等品位的网脉矿化带组成(图8b),位于网脉山南800m处,而铜山则是一个相对较小的、高品位网脉状矿化带,在深部被一低角度断层切错。总体上,铜金矿化以脉状和网脉状为主,构成似层状、筒状和透镜状矿体。矿体或矿化体为NE走向,倾向NW,倾角40°～60°,主要矿体走向长400～700m,宽70～80m,倾斜延伸200～600m。矿石中主要金属矿物为黄铜矿、黄铁矿、斑铜矿、磁铁矿、辉钼矿、黝铜矿、闪锌矿等。矿床围岩蚀变类型以硅化、电气石化、绢云母化、绿泥石化、阳起石和碳酸盐化为主,在斑岩体内部钾化和硅化强烈。

目前对矿床成矿时代的研究较少,仅见矿化石英闪长斑岩1个K-Ar年龄300±50Ma和1个Re-Os等时线年龄300±1Ma的报导(Kirwinetal., 2005),表明哈马戈泰是晚石炭世斑岩型铜金矿床。

2.1.4 准莫德Mo-Cu矿床

准莫德Mo-Cu矿床位于艾德仁(Edren)岛弧地体的东南缘(见图1),是亚洲最大的未开发钼矿床之一(鄂尔多斯公司网站:https://erdene.com/en/projects/zuun-mod/)。矿区内主要发育晚泥盆世-石炭纪的中酸性火山岩及少量火山碎屑沉积岩夹层;这些岩石被石炭纪正长岩-花岗岩类(320～315Ma)侵入,而黑云母/角闪花岗闪长岩被年龄近似的黑云母细晶花岗岩和碱性花岗岩(～302Ma)穿切,且后者与斑岩型石英脉、热液蚀变和浸染状硫化物(～298Ma)共伴生,而这些均被成矿后中酸性脉岩切割(Enkhjargal and Jargalan, 2016)。上述侵入岩被统称为准莫德杂岩,被固结程度较低的厚层白垩系砂砾岩及第四纪冲积物不整合覆盖。矿区内断裂构造发育,可分为NE、NW和EW向三组,其中前两组更为显著(图9),被解释为在南北向挤压应力场中形成的一对共轭断裂,而后者则为成矿后断裂,控制着小脉岩的侵位。矿化侵入体、石英脉带和斑岩有关蚀变带的优势方位表明,NE和NW向断裂是成矿流体聚体的场所。

矿化带内含有大体等量的铜和钼。土壤地球化学研究表明,向南-西南方向上,元素Cu和Mo异常规模增大,且并未封闭(图9)。热液蚀变主要发育在侵入体内,以广泛的弱-中等钾化、弱到强烈绢英岩化(大体对应于石英脉带区域)和叠加的大量泥化蚀变(可能与白垩纪以来的风化作用有关)为特征。由于围岩发生了低绿片岩相变质作用,故难以确定周围的青磐岩化蚀变晕。在安山岩和侵入体内,电气石均局部富集。地表样品伊利石晶体和矿物种属的PIMA分析表明,靠近网脉带方向有一个增温矢量。对岩芯样品岩相学检查表明高温区域发育富萤石的矿物组合,可能是早期与钾化同时或稍晚的高温蒸汽相蚀变作用的结果。

主矿化带呈NE向展布,受NE向断裂控制,其中已发现3个独立的矿体(图9)。矿化类型以斑岩型细脉-网脉状矿化为主(图10);主要金属矿物为辉钼矿、黄铜矿、黄铁矿、孔雀石和蓝铜矿等。

除准莫德主矿化带钼铜矿体外,新近在其西北约2.2km的Khuvyn Khar发现独立的铜矿体,最早由钻孔ZMD-121钻遇34m (308～342m) 1.3% Cu和9.2g/t Ag矿体,之后又有多个钻孔验证,其中有3个孔钻遇多条矿化带(12～42m),含Cu>0.2%,目前已圈定了长度>900m的铜矿化带 (ERD公司报告,https://erdene.com/en/projects/zuun-mod/)。此外,该区域还发现有大规模的浅成低温热液型金矿床,可能与准莫德斑岩属统一的铜钼金成矿系统。

2.1.5 额尔登特Cu-Mo矿床

额尔登特铜钼矿床位于蒙古国北部,乌兰巴托西北约240km,是目前蒙古国最大的单一铜钼矿床,其探明矿石量17.8亿t(0.62% Cu、0.025% Mo),折合铜金属量1100万t、钼金属量44.5万t(江思宏等, 2019; Gereletal., 2021)。

额尔登特Cu-Mo矿床产于色楞格地体内(Badarchetal., 2002)。该地体发育具克拉通性质的塔瓦格台(Tarvagatay)地体及鄂尔浑-色楞格海槽沉积建造。鄂尔浑-色楞格古海槽是该区古生代-早中生代规模最大的构造,东西向展布长约200km、宽30～40km,被二叠纪-早中生代火山-沉积充填。其中,二叠纪火山岩被归属于哈诺依(Khanui)群,中心部位厚达10～20km,而边缘部分则约5km厚。哈诺依群自下而上分为4个呈整合接触的火山岩或火山-沉积岩岩组。这些火山岩以亚碱性为特征,具有高K和双峰式特征(Gereletal., 2021)。区域构造以北西向、北东向和近东西向断裂为特征,其中北西向断裂控制着区域内铜钼矿床及赋矿斑岩杂岩体的产出,包括其南部的山达(Shand)Cu-Mo矿床及有关斑岩体(图11)。

图11 北蒙古额尔登特地区区域地质简图(据Gerel et al., 2021)Fig.11 Regional geological map of the Erdenet area, North Mongolia (after Gerel et al., 2021)

额尔登特矿区处于一个直径20～25km的环形构造内,其中包含5个以岩脉和蚀变花岗闪长岩岩株为代表的、直径2～2.5km的次火山侵入中心,呈北西-南东向排列,从东南向西北分别是欧尤特(Oyut)、中间(Intermediate)、中央(Central)、西北(即额尔登特矿)和查干楚鲁特(Tsagaan Chuluut)(图12),其中最后一个系据地球物理资料推断的隐伏侵入中心。

图12 北蒙古额尔登特矿田地质简图(据Gerel et al., 2021)Fig.12 Geological map of the Erdenet ore-field in North Mongolia (after Gerel et al., 2021)

额尔登特Cu-Mo矿化与早中生代的斑岩组合具有密切关系,产于色楞格侵入杂岩中的额尔登特岩体中。与杂岩体中的其他深成岩体一样,额尔登特岩体由不同成分的侵入岩组成,包括石英闪长岩、花岗闪长岩和花岗岩(图13),而矿化集中于近直立的直径1.3～2.4km的岩管状花岗闪长斑岩体内。钻探资料揭示矿化垂向延深至少达1000m。铜钼矿化主要呈浸染状、脉状-网脉状、角砾状。原生矿石中,主要金属矿物有黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、砷黝铜矿和辉钼矿,还有少量的磁铁矿、方铅矿、闪锌矿。矿化分带性较好,表现为以高品位黄铜矿-斑铜矿-辉铜矿矿化为中心,向外则以黄铁矿化为主。

矿床次生富集带厚约30～300m,底部为斑铜矿-蓝铜矿-辉铜矿“毯子”,其上被氧化矿物组合赤铜矿-铜铁矿-孔雀石、蓝铜矿、水胆矾、绿松石和自然铜等覆盖。

钾化蚀变较弱,主要以次生黑云母为主,有少量后期粉色长石脉。矿化主要与晚期的绢云母化蚀变有关,并表现出一定的分带性,即以花岗闪长斑岩为中心,向外逐渐减弱,从核部向外的蚀变带分别是:绢云母化带(石英-绢云母,局部硅化)、泥化带(绿泥石-绢云母)和青磐岩化(绿泥石和绿帘石-绿泥石)和绿泥石化蚀变带。整个蚀变带的面积比斑岩体的出露面积要大(图13)。

额尔登特Cu-Mo矿床的形成过程可划分为5个成矿阶段(Khasinetal., 1977)。第I阶段为石英-黄铁矿组合,以黄铜矿-黄铁矿-石英和辉钼矿-石英细脉为特征;第II阶段为石英-辉钼矿(脉)阶段;第III阶段为石英-黄铜矿-砷黝铜矿阶段,以闪锌矿与黄铜矿-黄铁矿-石英、辉钼矿-石英和黄铁矿-石英相伴生为特色;第IV阶段为石英-方铅矿-闪锌矿阶段;第V阶段为次生(叠加)斑铜矿-辉铜矿-铜蓝阶段。以前3个成矿阶段为主要矿化阶段,而后2个阶段矿化弱。另外,第I和第II成矿阶段形成较为广泛的网脉状矿化,而后3个阶段则局限在脉岩和断层中;Cu矿化主要集中在第I成矿阶段,而Mo矿化主要集中在第II阶段,而Zn矿化则集中在第III阶段。

同位素定年结果(参见表1)显示,色楞格侵入杂岩侵位年龄为252～226Ma(Munkhtsengel, 2007; Berzinaetal., 2012),额尔登特岩体侵位年龄为246～236Ma(Munkhtsengel, 2007;江思宏等, 2010),与矿石辉钼矿Re-Os年龄241±1Ma(Watanabe and Stein, 2000;江思宏等, 2010)和蚀变矿物白云母40Ar/39Ar年龄240±2Ma(Kavalierisetal., 2017)大体相当,表明额尔登特斑岩Cu-Mo矿床形成于早三叠世。

在额尔登特矿床东南约40km处还发现有山达Cu-Mo矿床。山达矿床与额尔登特处于同一条NW-SE展布的矿化带,但为一个被第四系覆盖的隐伏矿床。已有资料揭示,山达矿床与额尔登特矿床在矿化特征、矿物组合、蚀变类型等方面具有可比性,但同位素定年结果表明,与成矿有关花岗闪长斑岩年龄为239～235Ma;Gereletal., 2021),与额尔登特矿床成矿年龄(241～240Ma)基本一致或稍小。

2.1.6 萨然乌拉Cu-Au矿床

萨然乌拉(Saran Uul)矿床位于蒙古中部巴彦红戈尔省巴彦红戈尔市以南40km(见图1),为一中型斑岩型Cu-Au矿床(资源量101Mt,含0.06% Cu和0.5～4.9g/t Au; Gereletal., 2021),构造上处于马蹄形的蒙古-鄂霍茨克构造带的转折端,属巴彦红戈尔构造带/地体。巴彦红戈尔地体呈NW向延伸,走向长大于300km,宽30～50km,由古生代俯冲体系组成,包括前寒武纪扎乌罕(Zavkhan)微陆块、仰冲蛇绿岩和增生与弧前沉积建造及侵入其中的古生代花岗岩类。巴彦红戈尔地区的Au和Cu矿床与这些花岗岩类侵入体相伴生,但由于该地区含金石英脉和砂金矿十分丰富,因此有人将其称为“巴彦红戈尔金矿带”(Jargalsaihanetal., 1996(2)Jargalsaihan D, Kazmer M, Baras Z and Sanjaadorj D. 1996. Guide to the Geology and Mineral Resources of Mongolia. 111-221)。该区最具代表性的金矿床是位于萨然乌拉西北约50km的查干查赫乌拉(Tsagaan Tsakhir Uul)金矿,是一浅成中-低温热液成因的含金石英脉型矿床(Jargalan and Murao, 1998)。该区铜矿床有斑岩型、矽卡岩型和脉型。此外,与花岗岩有关的Sn、W矿床在该区也有发育。

萨然乌拉地区发育地层为下志留统沉积岩,岩性包括砂岩、泥岩和红色硅质岩,其中部分岩石已变质为白云母片岩。这些地层被晚古生代的萨然乌拉杂岩侵入。萨然乌拉杂岩体岩性主要为英云闪长岩和花岗斑岩,在花岗斑岩与沉积岩接触带附近发育角岩(Takahashietal., 1998)。矿化花岗斑岩体规模较小,直径约1 km,由自形的斜长石和钾长石大斑晶及粒状黑云母、石英和角闪石等组成。成矿后的厚达数米的安粗岩脉侵入到矿化斑岩和围岩沉积岩。花岗斑岩部分经历了钾化蚀变,表现为斜长石被钾长石交代。局部可见由石英和/或重晶石胶结的热液角砾岩局部沿花岗斑岩的边部发育。绢云母化蚀变在处于该区西部最大的热液角砾岩体内发育,而石英脉则发育在规模最大的花岗斑岩体西侧接触带及围岩中(图14)。孔雀石呈浸染状沿斑岩体西北部的节理裂隙带发育(Watanabeetal., 1999)。矿区地表未见硫化物矿石矿物,但钻探揭示在最大的花岗岩斑岩侵入体及围岩深部的石英细脉中含有黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、辉钼矿以及少量的闪锌矿、方铅矿、黝铜矿等(Zabotkin, 1988)。

图14 蒙古中部萨然乌拉Cu-Mo矿床地质简图(据Watanabe et al., 1999)Fig.14 Simplified geological map of the Saran Uul Cu-Mo deposit in central Mongolia (after Watanabe et al., 1999)

目前,该矿床尚缺少定年资料,但从区域内成矿条件相似的斑岩和矽卡岩型矿床的年龄资料可以大体推测其形成时代。该区域的南(South)斑岩Cu-Au矿床和呼赫巴尔金浑迪(Khukh Bulgiin Khundii)矽卡岩Cu矿床的白云母分别给出240±5Ma和252±5Ma的K-Ar年龄(Watanabeetal., 1999),暗示萨然乌拉Cu-Au矿床可能形成于二叠纪未至早三叠世期间。

2.1.7 巴彦乌拉Cu-Mo矿床

巴彦乌拉(Bayan Uul)铜钼矿位于蒙古中部蒙古-鄂霍茨克缝合带南侧(见图1)。对该矿床的前期勘探工作主要集中在面积为0.6×2.3km2的范围内;目前揭示其为一小型斑岩型矿床,属于与早中生代火山-侵入体有关的浅剥蚀斑岩系统。

巴彦乌拉矿区出露地层主要为三叠纪中-酸性火山岩及其火山沉积岩,其中的安山质火山岩既有正常钙碱性系列,也有偏碱性系列。侵入岩主要有二叠纪花岗闪长岩-花岗岩组合和三叠纪闪长岩-花岗闪长岩-花岗岩组合(图15)。其中,二叠侵入岩组合呈较大岩基状分布于矿区西北侧,含有大量安山质-粗安质岩脉,而三叠纪组合多为浅成小斑岩株,侵位于以安山质火山岩为主的地层中,与Cu-Mo矿化关系密切(Kovaletal., 1989)。矿区内构造以NE和NW两个方向的断裂为主,呈棋盘格式组合,同时EW向断裂也有发育(图15)。

赋矿斑岩体有石英闪长岩和石英二长闪长岩,与区内火山岩及其他三叠纪侵入岩共同构成巴音乌拉环形构造(图15)。环形构造内外(特别是内部)交代蚀变作用十分强烈,形成各类青磐岩、黑云母-石英-钠长石交代岩、石英-绢云母和石英-电气石交代岩、石英-电气石角砾岩、几乎由单一石英组成的交代岩和泥化蚀变岩石等(图15)。Cu-Mo矿化形成于1.5～2km深度,延伸超过500m。目前确定的矿化带长约900m,宽300m,其中含铜>0.3%、钼0.005%。矿化类型以石英-电气石-黄铜矿脉和石英-电气石角砾岩为主,由石英、黄铁矿、黄铜矿的网脉-细脉组成;辉钼矿主要发育于斑岩侵入体的内部。

矿床地表以绢云母化、高级泥化和硅化为主的热液蚀变组合表明,巴音乌拉现处于斑岩铜系统的顶部或浅部。矿床浅层次斑岩与大量的岩脉、断裂和角砾岩筒大体同时形成(Nokleberg, 2010)。目前,有关成矿时代的定年资料十分有限,仅见有黑云母和斜长石223～220Ma的39Ar/40Ar年龄的报导(Lamb and Cox, 1998),指示巴音乌拉矿床形成于晚三叠世。

2.1.8 阿布达尔陶勒盖Cu-Mo矿床

阿布达尔陶勒盖(Avdar Tolgoi)是在蒙古东北地区新发现的一处斑岩型Cu-Mo矿床,位于蒙古国东方省楚伦浩绕特苏木境内,乔巴山市北东约220km,构造上处于蒙古-鄂霍茨克构造带南侧艾伦达瓦地块上(见图1),为一小型铜钼矿床:目前探获资源量2483.4万t,其中钼矿石量1566万t,钼金属量1.29万t,铜矿石量917.4万t,铜金属量3.14万t(江思宏等, 2019)。

矿区地层主要为晚古生代中-晚泥盆世弱角岩化石英砂岩(图16),为含矿体的直接围岩。地层总体走向20°～40°,以60°～70°角度向SE陡倾斜。矿区内构造以NW和NE两个方向的断裂为特征,是重要控岩控矿构造。矿区内侵入岩为一系列呈NW向产出的脉岩,岩石类型主要为花岗闪长斑岩与闪长玢岩等。

矿床以含矿角砾岩体为主要特征,角砾岩体也就是矿体。角砾岩体平面形态为一长770m、宽460m 的椭圆形,面积约0.3km2,剖面形态为漏斗状。含矿角砾岩体的延长方向与NW向断裂一致;矿体与角砾岩体在空间上的分布基本一致,矿体走向与角砾岩体的延长方向一致,倾向、倾角与岩体内部的北西向断裂及一些闪长玢岩岩墙基本一致,说明北西向断裂构造总体上控制了矿体的形成和定位。

矿体主要赋存在隐爆角砾岩体内。钼矿体在地表大致可划分3个矿化带,由多条矿体、矿化体密集排列构成,断续出露长300～600m,其中单条矿体长为30～300m。受地表氧化淋滤作用影响,矿石贫化,Mo品位0.01%～0.03%,少数达到工业品位0.06%以上。铜矿体地表无出露,钻探结果表明铜矿体形成深度大部分在50m以下,但也有部分矿体形成深度为15～20m。总体上,铜矿体数量较多,但达到工业品位的矿体较少,多数品位为0.2%～0.4%。

矿床围岩蚀变类型主要有冰长石化、钠长石化、钾长石化、硅化、绢云母-水云母化、碳酸盐化、绿泥石-绿帘石化、泥化等。矿床蚀变分带在平面上不明显,但在蚀变强度上总体表现为下部强、上部弱,中心强、向两侧及边部弱。

矿石构造为浸染状、脉状、角砾状及斑点状、斑杂状构造等。矿石类型可分为角砾岩、含角砾石英斑岩、硅化石英斑岩和变质砂岩等几类。矿石中金属矿物主要为辉钼矿、黄铜矿、黄铁矿及铜蓝、黝铜矿、闪锌矿、方铅矿、辉铋铅矿、磁铁矿、赤铁矿、毒砂、孔雀石等。黄铁矿常呈半自形晶结构,黄铜矿、辉钼矿呈他形不规则状产于脉石矿物中。

2.2 块状硫化物型矿床

块状硫化物是目前蒙古国内发现的一类较重要的铜矿床类型,但目前发现的矿床数量仅有2个,因此有关矿床的资料相对贫乏。

2.2.1 白山Cu-Zn矿床

白山(White Hill)Cu-Zn矿床位于蒙古国巴彦洪戈尔省巴彦戈壁苏木,东距苏木县城18km,为一大型铜锌矿床(已控制铜金属量101万t,锌金属量93万t;聂凤军和云飞,2009)。大地构造位置上,矿床处于主蒙古线性构造(MML)南侧分布的戈壁阿尔泰弧后盆地地体(见图1;Badarchetal., 2002)。矿区赋矿地层主要为泥盆纪火山-沉积岩系(图17),岩性包括流纹岩、粗面质流纹岩、粗面岩、安山岩及其凝灰岩、片岩、泥岩夹大理岩化灰岩和泥灰岩。研究表明,这套火山-沉积地层中心部位发育次流纹岩穹窿。矿区内侵入岩不太发育,可见小的辉长闪长岩、闪长岩和石英闪长岩等小岩株产出。区内断裂构造发育,其四周被断层围限(图17a)。

图17 南蒙古白山Cu-Zn矿床矿体平面图(a)和剖面图(b)(据陈正等, 2010)Fig.17 Geological plan map (a) and cross-section map (b) of White Hill Cu-Zn deposit, South Mongolia (after Chen et al., 2010)

白山Cu-Zn矿为VMS型矿床,与流纹岩穹隆有关,为赋存于火山-沉积岩地层内的黄铁矿型Cu-Zn块状硫化物矿床,属黑矿(Kuroko)型(聂凤军和云飞, 2009)或乌拉尔型(江思宏等, 2019),其构造环境为古海洋弧后盆地环境,由海底热液交代作用形成。白山矿床主要由北、南2个矿体组成,且2个矿体总体特征相近,如均呈近东西向透镜状、似层状向北陡倾产出(图17b),长度分别为440m、490m, 厚10～160m,均由氧化矿和原生矿两部分构成。北矿体的氧化矿深达地表下100～150m,矿物组合为石英-针铁矿、针铁矿、孔雀石、蓝铜矿及自然铜等,铜品位0.3%～4.6%,最高11.3%,平均0.72%;原(次)生硫化物矿位于氧化矿下部20～350m,其上部为次生富集硫化物矿,主要由辉铜矿和蓝铜矿组成,其下部为原生硫化物矿,矿物组合为黄铁矿-黄铜矿-闪锌矿级成。块状硫化物矿石中黄铁矿质量分数高达80%以上。目前,对南矿体的勘探工作主要集中在浅部氧化带,因为南矿体氧化规模更大,长达6km,而下部原生矿仅发现2个小规模矿化体。

围岩蚀变主要为绢云母化、硅化、针铁矿化、褐铁矿化、黄铁矿化、碳酸盐化、绿泥石化、绿帘石化和粘土化。蚀变具有分带性, 通常中心为石英-绢云母-黄铁矿化蚀变带, 向外逐渐过渡到石英-绿泥石-钠长石-硬石膏-黄铁矿化蚀变带, 再向外远离矿体的是绿泥石-绢云母-黄铁矿化蚀变带。其中,石英-绢云母化蚀变与铜锌矿化关系密切。

2.2.2 巴彦艾瑞格Cu-Zn矿床

巴彦艾瑞格(Bayan Airag)Cu-Zn (-Au) 矿床,也称为红山矿床,位于图瓦-蒙古构造单元(中蒙古地块)西部的扎乌罕克拉通型地体与湖区带岛弧地体(Badarchetal., 2002)的交汇部位。区域内出露岩石有晚太古代-古元古代变质岩、里菲期(中元古代晚期)变火山-沉积岩、文德期(晚元古代晚期)火山岩与沉积岩、寒武纪碎屑沉积岩夹大理岩等,局部见泥盆系与二叠纪系(图18)。区内侵入岩主要有古元古代或中元古代片麻状花岗岩、文德-寒武纪辉长岩、花岗闪长岩、奥陶纪花岗岩(淡色花岗岩与正长岩)及二叠纪花岗岩等。红山地区最重要的地层单元是文德期舒乌(Shuvuu)组,系本地区Cu-Au-Ag块状硫化物与Au-Ag氧化矿的赋矿围岩,由一系列石英角斑岩组成,与块状硫化物成矿密切相关。

图18 蒙古西部巴彦艾瑞格地区地质图(据Filippova et al., 1990修改)Fig.18 Geological map of the Bayan Airag area in western Mongolia (modified after Filippova et al., 1990)

舒乌组呈NW-SE向展布,为一套绿片岩相变质的火山岩、大理岩、砂岩及灰岩组成。对该区的勘探工作主要集中于该组中的变火山岩部分(Gantulgaetal., 2018)。该组含石英片岩的原岩是酸性火山岩和浅源碎屑岩(流纹质成分),后者具有火山碎屑结构。据此及近端大理岩/灰岩的存在,舒乌组的原岩被认为形成于浅海相沉积环境。在该组内还发育大量的镁铁质岩床或岩墙。这些岩床或岩墙大多晚于变形作用,但部分可能与变火山岩的侵位同时。舒乌组赋存块状硫化物与钾化蚀变带,分北、南两个矿体。硫化物矿体上盘(以北)的岩石由不同程度片理化变火山岩组成,且在北硫化物矿体以上大约100～120m处被一厚大的模镁铁质岩床侵入(图19)。局部可见正长岩体侵入岩床以北,且可以肯定是变形后侵位并与断层有关。

图19 西蒙古巴彦艾瑞格Cu矿区地层及矿化柱状图(据Gerel et al., 2021)Fig.19 Stratigraphic and mineralization column of the Bayan Airag ore district, West Mongolia (after Gerel et al., 2021)

南部硫化物矿体是主矿体,主要由黄铁矿组成(>90%),被认为当时是沉积于洋底之上,而当前呈NW走向、NE陡倾(65()的产状特征则是成矿后变形作用的结果。该矿体长约450m,宽40～80m,NW部分较窄,倾斜延伸情况不明。矿体上部20～30m部分相对富Cu,品位1%～4%;矿体整体上略微富Au,品位可达0.5g/t;Zn品位可达8%,但通常呈不规则状且品位非常低,高品位Zn常发育于高品位Cu之间的部位。北硫化物矿体地表不可见,因为其上发育铁帽,且在1790m标高铁帽被突然切失,可能是与硫化物形成同时或后期断裂作用的结果。硫化矿体顶部至1790m水平间的铁帽是金资源的一部分。北硫化物矿体下盘岩石构成一流纹岩穹窿,其深部未发生蚀变,而近地表处与流纹岩单元相当的岩石则强烈蚀变,表现为黄铁矿化和被黄铁矿胶结的角砾岩,可能代表北硫化矿体的补给通道(Gereletal., 2021)。在北硫化矿体以下约75m,还发育一小规模的块状硫化物矿体(即南硫化矿体)。该矿体厚20～40m,Cu含量不高,尽管其金含量与上部矿体相似。在矿床西部,这些岩石单元受不同程度绢云母和绿泥石蚀变作用影响,发育不规则状黄铁矿体,其金和铜含量不均。这些被认为是近海底地层受热液交代作用的产物,即与相关蚀变和矿化有关的热液从裂隙或断裂通道中溢出、进入渗透性和化学上均有利于成矿的地层单元中而导致。强黄铁矿化大体上与强绿泥石化相伴。因此,该区可能代表向主硫化矿体的补给通道,并可能被后期断层错断位移。氧化矿脉由针铁矿粘土和铁帽组成,局部有较多赤铁矿+粘土带。部分火山岩片理化强烈,局部岩屑凝灰岩的碎屑多为扁平状,可能对应变质变形中的高应变区域。

主硫化矿体东侧区域发育层状黄铁矿化,总体上与强片理化蚀变晶屑凝灰岩互层。一些Au和Cu资源与这类黄铁矿有关,而高Au品位通常发育在氧化带中薄层状层内,并延伸到现今地表,属矿床远端矿化区。

在氧化带主要金矿化地区,铁帽被不同程度地矿化;“多孔状铁帽”通常有0.5～3g/t Au,但也可能很低。粘土状铁帽也可能被强烈矿化,并含有多数高品位地段。总体上,金矿化大多<2g/t,而在贯穿整个矿床的高品位层纹中富集。氧化带底部以发育白色砂/粘土的淋滤带为标志,其Au品位多变。这一白色物质被认为是下部黄铁矿风化后的残余,主要由石英及部分重晶石组成,一种在VHMS型矿床喷流中心部位常见的产物。从多孔状-粘土状铁帽到白色砂,再到相对新鲜的块状黄铁矿的过渡带有大约4m深。

北、南两个硫化矿体的边缘均发育有补丁状高品位金矿化,似乎与窄的(毫米级)不连续的、含碲的被称之为石英金碲脉或QGT的石英细脉有关。这类矿化发育在硫化矿体的边缘,赋存于硫化物内部或上盘围岩中(可达35m远)。

高Ag品位常与Au相伴。在北部矿化带中部,矿化相对一致且作为高品位铁帽连续延伸至地表,但没有证据证明相伴的硫化矿体也延续至地表,这表明矿化受构造控制。

在西部地区,高品位Au-Ag矿化仅发育在氧化带底部之上的岩石中,在铁帽带和富含铁氧化物的粘土化火山岩中均有发育。某些非常高品位矿化也在铁帽中发现,但其占高品位矿的比例不足1/4。目前,尚不清楚西部氧化带的高品位矿段与中部地区硫化矿体周围脉体之间是否存在联系。两者均与高品位Ag相伴生,但西部高品位矿段是否存在碲尚不得而知。一些高品位Au-Ag矿条带在东部地区也有发育,总体上与石英脉共生,但并不在黄铁矿体周围。

2.3 矽卡岩型铜矿床

蒙古矽卡岩型铜矿化点较多,但尚未发现有经济价值的工业矿床。矽卡岩型铜矿化以黄铜矿、磁铁矿和磁黄铁矿等发育在沿碳酸盐与酸性侵入岩接触带发育的钙硅酸矽卡岩中为特征,其酸性侵入岩成分从石英闪长岩到花岗岩及从闪长岩到正长岩。富Cu和Au矽卡岩一般发育在离侵入体较近的地方,而富Zn-Pb矽卡岩则发育在远离侵入体的地方。主要金属矿物为黄铁矿、赤铁矿、方铅矿、辉钼矿、闪锌矿和白钨矿。矽卡岩型铜矿床常与具较高Au品位的斑岩型矿化相伴生,表现出与斑岩型Cu-Mo矿化系统较为密切的空间关系。矿化形成环境主要是钙质沉积岩地层被中酸性深成岩侵入,而这些中酸性侵入岩是活动大陆边缘弧的一部分。以下仅以蒙古中部巴彦红戈尔地区的呼赫巴金浑迪(Huh Bulgiin Hundii)矿点为例简要说明其特征。

呼赫巴金浑迪矽卡岩型Cu-Au矿点位于巴彦红戈尔构造带内,北距Bombogor苏木15km。矿区主要发育变质镁铁质岩石,原岩为玄武岩和粗玄岩、钙质沉积岩和互层状砂岩与泥岩等。这些岩石属于巴德高勒(Burd Gol)构造亚带。沉积岩中粒序层理构造指示,镁铁质岩石层序上位于20～100m厚的钙质层之下,向上逐渐过渡为砂岩和泥岩。倒转层序在该矿点周围常见,在镁铁质岩层中可见一背斜褶皱构造(图20a)。花岗岩在变形后侵入到沉积岩中,在与围岩接触带附近发生角岩化。

图20 蒙古中部呼赫巴金浑迪矽卡岩型矿点地质图(a)和沿横切主矿体的探槽中岩相平面图(b)(据Watanabe et al., 1999)Fig.20 Geological map (a) and plan-view of rock facies in a trench of the main ore body (b) of Huh Bulgiin Hundii skarn-type Cu-Au occurrence (after Watanabe et al., 1999)

主要矿化体平面大小为80×20m2。较弱的矽卡岩化和矿化发育在平行于钙质沉积岩层理面的地层内(图20b)。矽卡岩化岩石中金属矿物有黄铜矿、斑铜矿、方黄铜矿、磁黄铁矿、自然金、毒砂、辉铋矿、自然铋、黄铁矿、闪锌矿、硫砷铜矿和锡石等(Watanabeetal., 1999)。氧化矿石矿物包括孔雀石、铜蓝和辉铜矿等。

2.4 与花岗岩有关铜矿床

与花岗岩有关铜矿床是指与花岗岩类侵入体有关的热液矿床,其与斑岩铜矿的主要区别主要有两点:一是与成矿有关的岩体为等粒状深成侵入体,而非浅成斑岩类;二是其矿化与蚀变以受较大断裂或裂隙控制的脉型矿化及蚀变为主,与斑岩型面状的细脉-浸染状矿化与蚀变类型不同。

2.4.1 喇嘛朝鲁特Cu-Mo矿床

喇嘛朝鲁图Cu-Mo矿床位于蒙古国东方省乔巴山苏木北东70km处,地处蒙古-鄂霍茨克构造带南侧艾伦达瓦地体上(见图1),为一小型Cu、中型Mo矿床(Cu资源量7万t、Mo资源量5万t;郭百创等, 2013; 江思宏等, 2019)。

矿区内基岩露头不佳,地层仅见第四系冲积物、残坡积物,分布在矿区东西两侧宽缓干涸的沟谷中,厚度10～14m。第四系残坡积物分布广泛,为薄层黑色-黑灰色腐殖土和各种岩体及岩脉的碎屑、角砾及砂砾。区内岩浆活动强烈,主要为三叠-侏罗纪侵入岩及脉岩,属中戈壁火山-深成岩带的组成部分(Badarchetal., 2002)。岩体主要为黑云母花岗岩、二长花岗岩、花岗闪长岩和闪长岩(图21a),而脉岩主要为石英正长斑岩及细晶花岗岩、闪长玢岩等。根据岩脉及矿脉出露情况,推测区内控岩控矿断裂以近EW向和NW向为主。

图21 蒙古国喇嘛朝鲁图Cu-Mo矿床地质简图(a)与剖面图(b)(据江思宏等, 2019)Fig.21 Simplified geological map (a) and cross-section (b) of the Lam Chuluut Cu-Mo deposit, NE Mongolia (after Jiang et al., 2019)

Cu-Mo矿体分布在19-44勘探线之间,其中19-8线间矿体出露地表,矿体赋存标高500～740m,而8-44线间的矿体隐伏于地下,赋存标高200～700m(图21b)。矿体多呈脉状、透镜体状和似层状,沿走向和倾斜方向均有分支复合现象。矿体总体走向近东西向,以55°～60°角向南倾斜,同时具明显向西侧伏的特征。勘探共圈出矿体13个,其中2、7、3、9号为主矿体。

矿床围岩蚀变主要为硅化、钾化、绢云母-白云母化、绿帘石化、绿泥石化、高岭土化、碳酸盐化。铜钼矿石的金属矿物为辉钼矿、黄铜矿、黄铁矿及微量的辉铜矿、斑铜矿、铜蓝、孔雀石、磁铁矿、钛铁矿、针铁矿、褐铁矿;脉石矿物主要为石英、正长石、斜长石,少量的绢云母、白云母、方解石及微量角闪石、黑云母。矿石以浸染状、细网脉状、斑杂状构造为主,为硫化矿石;氧化矿石不发育。

2.4.2 脑明特Cu-Mo-Au矿床

脑明特(Nommint)Cu-Mo-Au矿床位于蒙古国东北部东方省境内,为一处近期探明的小型铜(金属量17万t)、中型钼(金属量4.6t)、金(金属量4.4t)及银(金属量221t)矿床;构造位置上处于蒙古-鄂霍茨克碰撞带南侧艾伦达瓦地体上(见图1)。

矿区出露地层仅有古生界中-上泥盆统弱角岩化石英砂岩及第四系(图22),其中前者主要分布在矿区西北部,为花岗闪长岩及部分矿体的直接围岩,总体走向20°～40°以60°～70°角度向南东倾斜。矿区内发现的侵入岩主要为花岗闪长岩及脉岩。其中,花岗闪长岩被称为脑明特岩体,被认为是中生代三叠纪-早侏罗世侵位的产物(张璟等,2019),呈岩基及岩株状,岩石类型为中粗粒花岗闪长岩;脉岩主要为闪长玢岩,规模较小,侵入到泥盆纪地层与脑明特岩体,大体沿矿区内主要NW和NE向两组断裂贯入形成。这两组断裂也是区内最主要的控矿构造。

图22 蒙古脑明特铜矿床地质平面图(a)和勘探线剖面图(b)(据江思宏等, 2019)Fig.22 Geological map (a) and exploration profile (b) of the Nommint Cu-Mo-Au deposit in NE Mongolia (after Jiang et al., 2019)

在矿区西部,由于第四系覆盖,地表见不到原生矿体出露,但分布有许多古采坑大致沿75°～85°方向呈带状断续分布,长约1000m,宽大于300m。系统探槽揭示出,在部分土层较薄部位见到原生矿体,但受氧化淋滤作用影响,矿石贫化,很少能达到工业要求。钻探结果表明,矿化带中仅有少数矿体达到地表,多数矿体发育在地下一定深度范围内;矿化带总体长约1000m,宽>300m,与地表古采坑分布特征一致。单条矿体长度为100～1000m。剖面上,矿体呈网脉状密集平行分布,向东南陡顷(52°),在11勘探线出露最好,共圈出17条矿脉,均为工业矿体,见矿最大垂深为456.4m。矿体厚一般0.7～4.9m,Cu品位0.3%～13.57%。在矿区东部,发现3条矿化带,但仅对一号矿化带开展了深部探矿工作,并发现3条工业矿体。

围岩蚀变类型包括钠长石化、钾长石化、硅化、绢云母化、碳酸盐化、绿泥石-绿帘石化、泥化等。矿床成矿作用具有多阶段特点,不同蚀变类型叠加在一起,致使蚀变分带不明显,但蚀变强度总体有下部强、上部弱和中心强、两侧弱的特征。矿石矿物主要为黄铜矿、砷黝铜矿、辉钼矿,其次为微量银金矿、碲银矿等。矿床成因为岩浆热液成因(张璟等,2019)。

2.5 玄武岩型铜矿床

玄武岩型Cu矿床以自然铜矿化为特征,赋存于与红色砂岩、砾岩和粉砂岩等互层产出的玄武质火山岩中,常与沉积型铜矿床共生。玄武岩通常为钾质或碱性,包括碧玄岩和粗面玄武岩。主要矿石矿物为自然铜、辉铜矿、斑铜矿、黄铜矿和自然银等,均产于基质中,以杏仁状产于玄武岩流的顶部多孔玄武岩的空洞中或呈细脉形式产于基质中。金属矿物呈浸染状、条纹状、透镜状和不规则补丁状集合体。围岩蚀变主要为绿帘石、方解石、绿泥石和沸石化等。矿石的沉积环境包括大陆裂谷有关的溢流玄武岩序列和大陆边缘与岛弧。在蒙古国,该类型矿化曾被命名为Cu-沸石建造(Marinovetal., 1977)和自然铜建造(Sotnikovetal., 1985)。该类型目前尚未发现有工业意义的矿床,其矿点主要发育在蒙古2个地区:一是蒙古北部的鄂尔浑-色楞格火山岩带,Cu主要赋存于二叠-三叠纪安山岩、杏仁状玄武岩和玄武质凝灰岩中;二是蒙古西北部的罕呼赫山地区,Cu赋存于早-中泥盆世杏仁玄武岩和安山玢岩中。铜矿化与石英、绿帘石、碳酸盐和绿泥石共伴生。

2.6 砂岩型铜矿床

赋存于沉积岩型的Cu矿床类型最早由Yakovlev定义为含铜砂岩建造,后被Sotnikovetal.(1985)命名为含铜砂岩型。在蒙古国,该类型Cu矿床(点)主要分布在西部蒙古阿尔泰(Mongol Altai)和哈尔海拉(Kharkhiraa)两个地体,赋存于上奥陶统、中-上泥盆统和下侏罗统沉积岩中。这些矿床(点)由砂岩、偶尔粉砂岩透镜体和含辉铜矿、孔雀石和蓝铜矿的板状、似层状矿体组成;铜蓝和黄铜矿在显微镜下可见。矿体厚一般5～50m,长达1.5km;Cu品位从0.01%到1.47%,Ag品位可达20.0g/t。该类型Cu矿具有工业意义的矿床极少,但矿点或矿化点较多,产于蒙古西部,其中在蒙古阿尔泰就有25个该类型矿点(Gereletal., 2021)。

3 蒙古国铜矿床时空分布规律

3.1 铜矿床形成时代

对地质年代学资料(参见表1)的总结可以看出,蒙古国铜矿床的形成时代大体可分为4个时期,从早到晚分别是新元古代末期(埃迪卡拉纪)、晚泥盆世、晚石炭世和三叠纪-早侏罗世。

(1)新元古代末成矿期:该成矿时期大体与埃迪卡拉纪相当,形成的铜矿床(点)目前发现的甚少,仅巴彦艾瑞格矿床及附近铜矿点属此期。实际上,迄今没有任何有关该矿床同位素年龄的报导,其形成时代的确定主要依据矿床成因属火山成因块状硫化物矿床、与区内新元古代末期舒乌组火山岩有密切的时空与成因关系而推定(图18)。该矿床是蒙古国发现的形成时代最早的一个(类)铜矿床,但其形成的精确年龄有待进一步研究确定。

(2)晚泥盆世成矿期:这是蒙古国铜矿床最重要的形成时期之一,其间形成的矿床数量虽然不多,但资源量(已发现的)巨大。该时期的矿床主要包括世界级的超大型欧玉陶勒盖Cu-Au-Mo和大型查干苏布尔加Cu-Mo两个斑岩型矿床及大型白山VMS型Cu-Zn矿床及周边的矿(化)点。前2个斑岩型矿床的矿石辉钼矿Re-Os年龄分别为371Ma和370Ma,与赋矿石英二长闪长岩等岩体的侵位年龄基本一致(表1),充分说明它们形成于晚泥盆世。关于白山VMS型Cu-Zn矿床的成矿年龄,目前尚无可信的同位素定年资料,但根据VMS成因、形成构造环境(详见3.2节)及与成矿有关流纹质火山岩地层时代为泥盆纪,推断其形成时代与上述2个斑岩型矿床大体一致或稍早,即中-晚泥盆世。但是,因目前无确切的地层及火山岩的年龄资料,因此我们暂将其该VMS型矿床形成时代置于晚泥盆世这一成矿期。

(3)晚石炭世成矿期:晚石炭世是蒙古国铜矿床形成的另一个最重要时期,形成的矿床以斑岩型为主,数量众多,主要包括欧尤特乌兰、红山、曼达赫、那瑞呼塔格、青狐狸、苏廷、哈马戈泰、准莫德等矿床(图1)。大量的同位素年代学资料表明,这些矿床主要形成于中晚石炭世(表1;330～300Ma)。值得说明,随着找矿勘探工作的不断深入,该时期斑岩型Cu-Au或Cu-Mo矿床的数量及资源量也将进一步上升,因为该时期矿床的周边矿化点十分丰富,不少矿点有望突破为矿床。

(4)三叠纪-早侏罗世成矿期:该时期也是蒙古最重要的铜成矿期之一,形成的矿床主要包括额尔登特Cu-Mo、山达Cu-Mo、萨然乌拉Cu-Mo、呼赫巴金浑迪Cu-Au、巴彦乌拉Cu-Mo、阿布达尔陶勒盖Cu-Mo、喇嘛朝鲁图Cu-Mo和脑明特Cu-Au等众多矿床(点)。这些矿床中,呼赫巴金浑迪矿床/点属矽卡岩型,喇嘛朝鲁图和脑明特属与花岗岩有关铜矿类型,而其他矿床则均属于斑岩型。从已获得的同位素年龄结果看,呼赫巴金浑迪和萨然乌拉2个矿床的蚀变云母K-Ar年龄分别为252±5Ma和240±5Ma(Watanabeetal., 1999),似乎比额尔登特和山达等矿床形成年龄(240～220Ma)稍大或两者有交叉。考虑到K-Ar年龄大的误差及定年方法的局限性,我们暂将这2个矿床的成矿时代置于三叠纪-早侏罗世成矿期。另一方面,喇嘛朝鲁图、脑名特和阿布达尔陶勒盖3个矿床目前尚未见同位素年龄的报导,因此其精确成矿时代尚不清楚,但与成矿有关的岩体被认为晚三叠世-早侏罗世(江思宏等,2019)。此外,作者曾获得到喇嘛朝鲁图Cu-Mo矿床西侧外围花岗岩的锆石U-Pb年龄180±2Ma(作者未发表资料),可能暗示该矿床形成于早侏罗世。

3.2 空间分布规律

蒙古国铜矿床空间分布长期以来都是地质和矿床学家关注的问题。Sotnikovetal. (1984) 最早提出蒙古国存在北、中和南三条主要的铜矿带,且认为这些成矿带空间上与上覆的火山岩带一致,均呈纬向方向展布;同时根据当时矿床发现程度,提出北蒙古铜矿带包括额尔登特和山达斑岩型Cu-Mo矿床及大量的矿点,中蒙古铜矿带包括巴彦乌拉斑岩Cu-Mo矿床,而南蒙古铜矿带包括查干苏布尔加铜钼矿床。Yakubchuk (2004)和Yakubchuketal. (2005, 2012)在engör and Natal’in (1996)阿尔泰构造模型基础上,提出北蒙古矿带的额尔登特矿床属于晚古生代鄂尔浑-色楞格带,而南蒙古带的欧玉陶勒盖矿床赋存于晚古生代岛弧带,属中-晚古生代哈萨克-蒙古弧的一部分。Dejidmaa and Badarch (2005)将南蒙古铜矿带矿床划分为晚泥盆世-早石炭世查干苏布尔加成矿带(包括查干苏布尔加和欧玉陶勒盖矿床)和石炭纪哈马戈泰-浑贵特-奥尤特成矿带(包括哈马戈泰矿床)。朱明帅等(2014, 2015)认为蒙古南戈壁上述2个晚古生代斑岩铜矿带可能属于2个独立的岛弧或陆缘弧。江思宏等(2019)将蒙古国铜矿分为南、北2条成矿带,分别为与古亚洲洋构造体系有关的斑岩型和VMS型Cu-Au-Mo-Zn多金属成矿带和与蒙古-鄂霍茨克洋构造体系有关的斑岩型Cu-Mo-Au成矿带;将南Cu矿带进一步细分为3个亚带,即泥盆纪VMS型Cu-Zn、晚泥盆世斑岩型Cu-Au-Mo和石炭纪斑岩型Cu-Au多金属等成矿亚带;将北Cu矿带进一步划分西部三叠纪斑岩型Cu-Mo和东部三叠纪-早侏罗世斑岩型Cu-Mo-Au两个成矿亚带(江思宏等,2019)。

前人的上述认识,从局部、区域和蒙古国全境等不同尺度上反映了蒙古国铜矿床的空间产出特点。总体上,我们认同江思宏等(2019)对蒙古国铜矿床总体空间分布规律的认识,因为Sotnikovetal. (1984)提出的北蒙古和中蒙古2条铜矿带实际上是受蒙古山弯构造即马蹄形造山作用的结果,它们属蒙古-鄂霍茨克洋晚古生代-早中生代的同一活动大陆边缘。但是,考虑到这两条铜矿带之间空间上相距较远,构造上它们之间还存在蒙古-鄂霍茨克缝合带,因此我们认为将Sotnikovetal. (1984)的北蒙古和中蒙古2条铜矿带,作为江思宏等(2019)的北Cu矿带的2个成矿亚带可能更为合理。近年来,随着研究与勘查工作不断推进,蒙古国新发现铜矿床数量在不断增加,这可能使得对某些成矿带或亚带具体特点的认识发生改变,但上述总体空间分布格局并未改变。例如,对于蒙古国南Cu矿带的晚石炭世斑岩型Cu多金属成矿亚带,原认为该带没有工业意义的矿床产出(江思宏等,2019),但近年在该带先后发现哈马戈泰大型斑岩型Cu-Au矿床和准莫德大型斑岩型Mo-Cu矿床及青狐狸、欧尤特乌兰等一批潜在大、中型铜矿床。这些矿床的发现,扩展了成矿带范围及资源规模,但未改变矿带空间分布的总体格局。

一方面,不同时代形成的铜矿床在空间分布存在“南老北新”的整体趋势。蒙古南Cu矿带的成矿时代主要为泥盆-石炭纪(如欧玉陶勒盖、查干苏布尔加、准莫德、哈马戈泰、苏廷等矿床),而北Cu矿带成矿时代则集中于三叠-侏罗纪(如额尔登特、山达、萨然乌拉、巴彦乌拉、喇嘛朝鲁特、脑明特和阿布达尔陶勒盖等矿床)。另一方面,从成矿带内部矿床空间分布看,南、北Cu矿带表现出不同的变化特征。南Cu矿带内部仍表现为“南老北新”的特点,如晚泥盆世铜矿床分布于石炭纪矿床的南侧(见图1);而北Cu矿带内部则表现为“西老东新”趋势,如西部额尔登特、山达及萨然乌拉等矿床形成年龄为240Ma左右,中部巴彦乌拉矿床形成年龄220Ma左右,而东部喇嘛朝鲁特、脑明特和阿布达尔陶勒盖等矿床则形成于晚三叠世-早侏罗世(见表1)。

不同矿床类型的空间分布有一定的差别。前已述及,蒙古国铜矿床大体分为6种成因类型,即斑岩型、VMS型、矽卡岩型、与花岗岩有关铜矿、玄武岩型和砂岩型(Gereletal., 2021)。除斑岩型铜矿在南、北两条铜矿带均占主导地位外,其他类型矿床的分布均较为局限,且规律性不强,这可能与这些类型矿床的发现度低有关。蒙古国目前仅发现3处VMS型铜矿床,分别位于中蒙古地块西侧与湖区岛弧地体接合带(如巴彦艾瑞格铜锌多金属矿)、西南侧戈壁阿尔泰弧后盆地地体(白山铜锌矿)及蒙古阿尔泰地体(呼赫阿达铜锌矿)。蒙古阿尔泰地体可能是戈壁阿尔泰地体的西北延伸,其上还发育有众多的VMS型铜矿化点,它们均与泥盆纪火山岩具成因联系,因此相当于南Cu矿带的泥盆纪VMS型铜矿亚带,空间上处于晚泥盆世斑岩铜矿亚带北侧。矽卡岩型铜仅见矿点或矿化点,分布中部巴彦红戈尔构造带(如呼赫巴金浑迪矽卡岩型Cu-Au矿点)及中蒙古地块西部。与花岗岩有关的铜矿也主要为小型矿床与矿点,目前发现的2处小型铜钼或铜金矿床(喇嘛朝鲁图和脑明特),均分布于北Cu矿带的南亚带的最东端,其他矿(化)点分布稀散,但范围较广。玄武岩型和砂岩型两类铜矿通常空间上相伴产出,但具工业意义的矿床均极少,多为矿(化)点,主要分布于蒙古西北部阿尔泰山(可归属于南Cu矿带)和蒙古北部鄂尔浑-色楞格盆地及其西向延伸段的罕呼赫山地区(可归入北Cu矿带)。

4 主要矿床类型成矿构造背景

尽管蒙古国铜矿床被分为6种成因类型,但最主要的是斑岩型,其次是VMS型,而其他4类矿床则仅发现小型矿床或矿(化)点。因此,以下讨论主要集中于斑岩型及VMS型铜矿床。

斑岩型矿床形成的构造背景主要有两大类:一类是大洋岩石圈板块俯冲背景(“俯冲型”斑岩);另一类是大陆碰撞造山后伸展背景(“碰撞型”斑岩)。前者以现代环太平洋俯冲带上方形成的斑岩型铜矿床为代表,而后者则以特提斯碰撞造山带中斑岩型矿床为典型(Houetal., 2009, 2015; Wanetal., 2017)。显然,这两类构造背景的动力学机制明显有别,但它们均提供了斑岩铜矿形成的有利条件,其最重要因素可能是两者均提供了相对较厚地壳这一成矿有利因素(Cookeetal., 2005; Chiaradia, 2014)。

VMS型矿床通常被分为3个亚类:塞浦路斯(Cyprus)型、黑矿(Kuroko)型和别子(Besshi)型。塞浦路斯型原先认为产于洋中脊的蛇绿岩中,但后来大量的研究表明多数蛇绿岩是形成于俯冲带上方(Pearceetal., 1984; Dilek and Furnes, 2011);黑矿型形成于弧后扩张中心的火山岩或火山-沉积岩中(Ohmoto, 1996);别子型则主要形成于弧前增生楔的双峰式火山-沉积建造中(Slack, 1993)。因此,这3个亚类的VMS矿床实际上均形成于俯冲带背景。通常认为现代汇聚陆缘的海底黑烟囱形成机制与VMS型矿床形成机制相当,而现代95%的黑烟囱均处于海水下伸展增生边界处(Hanningtonetal., 2011),且相比于岩浆弧,其发育区的地壳厚度已明显变薄。虽然与双峰式火山岩(酸性端元或基性端元)有关,但世界上大多数VMS矿床位于与岛弧有关的、汇聚板块边缘附近,集中于伸展-裂谷期酸性熔岩流顶部或近喷口的流纹岩中(Allen and Weihed, 2002)。总之,VMS矿床的存在指示俯冲带背景下的减薄地壳环境:弧后、弧前或弧间盆地。

因此,可以认为俯冲型斑岩矿床和VMS矿床是俯冲带背景下形成的一对具有“互补”耦合关系的矿床类型。前者形成于地壳厚度大、成熟度高的岛弧环境,而后者形成于地壳厚度薄、成熟度低的初始弧相关环境,可能为弧后或弧前或弧间盆地环境。

从构造-成矿时空演化关系看,蒙古国斑岩铜矿床均形成于大洋板块府冲时期,属于“俯冲型”斑岩铜矿床。对于这一点,已有大量的与成矿有关岩石地球化学资料支撑,此不赘述;以下仅从构造-成矿演化的时空关系进行简要讨论。蒙古国大地构造格局及演化的重要特征之一就是其受古亚洲和蒙古-鄂霍茨克两个古大洋构造体制的控制和影响,即大体以呈马蹄形展布的中蒙古条形陆块为界,其外(西、南)侧属古亚洲洋构造域,而其内侧则属于蒙古-鄂霍茨克洋构造域。这两个古大洋的演化及闭合造山方式控制着蒙古南、北两条Cu矿带的形成、时空展布及其中主要矿床类型及其组合的差异。古亚洲洋具有长期的演化历史,在蒙古境内具有从中蒙古地块南缘向南-西南方向不断增生的特征,其中发现最古老的巴彦红戈尔蛇绿岩具有OIB型特征,可能代表古亚洲洋早期洋岛/海山型洋壳,而最早的SSZ型蛇绿岩及弧岩浆岩年龄为571～568Ma(Gibsheretal., 2001; Khainetal., 2003),位于中蒙古地块西、南侧与湖区带的接合部位,大体代表了古亚洲洋初始俯冲的产物。以巴彦艾瑞格VMS型Cu-Zn矿床为代表的蒙古国最早一期铜成矿作用就发生在该时期,空间上处于该时弧岩浆带的外(西)侧附近,可能相当于当时的弧前盆地位置。也就是说,蒙古最早一期铜矿床形成于弧前盆地构造环境。但是,迄今尚未发现与这一期弧岩浆有关的斑岩型矿床,推测可能是这些岩浆弧为初始弧,尚不利于斑岩铜矿床的形成。随着古亚洲洋域的拼贴增生作用不断向南推进,至少在晚古生代初期时,古亚洲洋俯冲带可能已处于南戈壁附近了,其在泥盆-石炭纪的俯冲作用形成了南Cu矿带斑岩型与VMS型的铜矿床。蒙古南Cu铜矿带在南戈壁地区的3个亚带,即泥盆纪VMS型矿亚带(相当于Badarchetal. (2002)的戈壁阿尔泰弧后盆地地体)、中晚石炭世斑岩亚带(相当于曼都尔敖包岛弧地体)和晚泥盆世斑岩亚带(相当于古尔班赛罕岛弧地体),空间上自北而南依次排列,导致学者对3个成矿亚带之间成生关系及该时期古亚洲洋俯冲极性的认识出现很大分歧。如果不考虑处于中间的晚石炭世斑岩亚带,那么我们可以很自然地将泥盆纪古尔班赛罕岛弧与大体同时代的戈壁阿尔泰弧后盆地“配对”,代表中蒙古地块南缘的活动大陆边缘。然而,中-晚石炭世曼都尔敖包岛弧地体在二者之间的出现导致认识上的极大分歧。有石炭纪岛弧是古亚洲洋向北俯冲(Badarchetal., 2002; Batkhishigetal., 2010; Blightetal., 2010)或向南俯冲(Rippingtonetal., 2008)结果的争论,甚至还有人认为曾有一个洋盆位于欧玉陶勒盖-查干苏布尔加泥盆纪斑岩型铜矿带和石炭世斑岩型铜矿带之间,两者分属于2个不同的陆块/增生陆缘(朱明帅等, 2014)。

综合分析相关构造与矿产资料,我们提出以下构造演化模型来解释蒙古南Cu矿带3个亚带的成生演化关系。在泥盆纪时期,古亚洲洋岩石圈板块向北(现今坐标)俯冲形成欧玉-查干洋内弧和弧后盆地(Wainwrightetal., 2011; Crane and Kavalieris, 2012; Dolgopolovaetal., 2013),分别形成泥盆纪岛弧和弧后盆地有关的斑岩铜矿和VMS型铜矿(图23a),其中斑岩型铜矿可能形成于岛弧发育的晚期(成熟弧),即晚泥盆世(370～360Ma),而VMS则形成于弧后盆地裂解期(地壳最薄),时间上可能稍早于斑岩型,在早-中泥盆世。中-晚石炭世时期,由于俯冲板块调整,俯冲角度变缓,弧岩浆前锋北移,形成了中晚石炭的弧岩浆作用及有关斑岩铜矿床(图23b)。在后一阶段,可能由于岛弧及大陆边缘碎屑物质的大量供给,使得弧后盆地地壳不断加厚,故不利于形成VMS型矿床。最终,在该区域古亚洲洋最终造山过程中,弧后盆地也一并闭合,形成戈壁阿尔泰弧后盆地地体,也就形成了3个成矿亚带现今的空间配置关系。

蒙古国北Cu矿带的时空分布及形成演化与蒙古-鄂霍茨克洋的演化息息相关。大量的研究表明,蒙古段的蒙古-鄂霍茨克洋岩石圈板块的俯冲作用最早发生晚石炭世(约320Ma;Tomurtogooetal., 2005; Zhuetal., 2018),大洋最终闭合于中-晚侏罗世(170～150Ma; Tomurtogooetal., 2005; Miaoetal., 2017, 2020),但带内目前发现最老的斑岩铜矿形成于早三叠世(～240Ma),如额尔登特和山达Cu-Mo矿床,而最年轻的斑岩铜矿床则形成于早侏罗世(～180Ma),如阿布尔陶勒盖矿床。这一构造-成矿时间关系表明两点:一是蒙古北Cu矿带的斑岩铜矿床属“俯冲型”斑岩铜矿;二是这些斑岩型铜矿主要形成于岩浆弧演化的晚期,即成熟弧环境。另一方面,北Cu矿带内的斑岩空间分布上具有“西早东晚”的总体趋势,这与蒙古-鄂霍茨克洋的自西而东“剪切式”或“拉链式”闭合(Keltyetal., 2008; Xiaoetal., 2018; Wangetal., 2022)的演化特征相吻合。再者,从更大范围内观察,蒙古北Cu矿带内及相邻境外区的斑岩及与花岗岩有关的铜矿床空间上以蒙古-鄂霍茨克缝合带为界,可分为南、北两条呈NE-NEE向平行展布的铜矿亚带:北亚带从额尔登特向东北延入俄罗斯外贝加尔地区,而南亚带从蒙古中部萨然乌拉,经巴彦乌拉、阿布尔陶勒盖,向东延入我国境内(产有乌努格吐山大型铜钼矿床,其Re-Os年龄181± 2Ma; Wangetal., 2015)。根据目前的研究,南、北两个亚带实际上属于蒙古-鄂霍茨克洋晚古生代-早中生代期间的同一个活动大陆边缘,其现今呈现南、北两个亚带的空间格局是这一活动大陆发生马蹄形弯曲的结果,可以理解为是这个活动大陆边缘发生“肘弯式自碰撞作用”的产物。

需要指出的是,在蒙古北Cu矿带内,目前尚未发现VMS型铜矿床,其主要原因可能是晚古生代-早中生代时期蒙古-鄂霍茨克洋以发育安第斯型陆缘为主要特征,缺乏海相弧后盆地(Yarmolyuketal., 2008; Zhaoetal., 2017; Zhuetal., 2023)。但另一方面,在其弧后陆基裂谷盆地的火山岩中则发育玄武岩型自然铜矿化,如位于北亚带鄂尔浑-色楞格弧后裂谷带火山岩中的该类型矿点。

蒙古南、北两条Cu矿带内斑岩矿床的成矿元素组合存在一定差异。南Cu矿带以Cu-Au组矿带为主(如欧玉陶勒盖、哈马戈泰、青狐狸、苏廷等),同时也有Cu-Mo组合(如查干苏布尔加、准莫德等),而北带则几乎全部以Cu-Mo组合为特征。这种成矿元素的组合的差异性可能反映活动陆缘性质的差异:南Cu矿带斑岩矿床主要形成于西太平洋式活动陆缘环境,而北Cu铜矿带斑岩矿床则形成于安第斯型陆缘的构造背景。

5 对我国境内找矿勘探的启示

蒙古国西、南、东三面均与我国相邻,故蒙古国铜矿带很有可能延入我国境内,因此客观认识蒙古国铜矿床或成矿带时空分布的规律性对在我国境内的找矿勘查工作具有一定的启示意义。特别是自世界级超大型欧玉陶勒盖Cu-Au-Mo矿床发现后,蒙古南Cu矿带向我国境内的延伸情况更是备受关注。

从蒙古国构造-成矿带的空间展布看,蒙古国北Cu矿带向西难以延出国境,因为控制其形成与空间展布的蒙古-鄂霍茨克构造带为一典型的山弯构造(Yakubchuk, 2004, 2008; Xiaoetal., 2015, 2018),呈现开口朝东的U型,转折端处于西端(见图1)。北Cu矿带的北亚带(山弯构造北冀)向东延入俄罗斯境内,而南亚带(山弯构造南冀)向东则延入我国大兴安岭北部地区,后者已被我国境内乌山(即乌奴格吐山)大型斑岩Cu-Mo矿床的发现所证实。乌山矿床与南亚带东段斑岩型矿床(如阿布达尔陶勒盖)空间上相邻,成岩成矿时代一致,均为早侏罗世。因此,南亚带向东延伸在我国境内应具有寻找斑岩Cu-Mo矿的良好前景,除乌山外,目前还发现八大关及八八一等斑岩型Cu-Mo矿床(江思宏等,2019)。

蒙古南Cu矿带整体呈弧形展布,其东段呈NE-NEE向延伸,而西段呈NW-NWW向展布。理论上该带向西或向东均能够延入我国境内,但它们延入我国什么地方、找矿前景如何等问题并不清楚或存在争议。首先,目前可以确定的是蒙古南Cu矿带的戈壁阿尔泰亚带向西北进入我国阿尔泰南坡应该是肯定的,并与琼库尔构造带相连,因为在琼库尔构造带同样发育有大量VMS型Cu-Zn或Pb-Zn-Cu矿床(如阿舍勒铜锌、乌拉斯沟铜锌多金属、铁木尔特铅锌铜等),且这些矿床的赋矿围岩、矿化特征等与蒙古南Cu矿带的北亚带即戈壁阿尔泰地体的VMS型矿床(点)可以对比,均形成于泥盆纪弧后盆地环境(聂凤军和云飞, 2009; Wanetal., 2010)。该亚带向东延伸应该进入我国大、小兴安岭接合部地区,但目前并未发现有VMS型矿床,而这里的泥盆系为一套似台地相-被动陆缘的稳定沉积,未见海相火山岩发育,因此这里可能没有寻找VMS型铜矿床的潜力。其次,蒙古南Cu矿带中部亚带即曼都尔敖包地体向西或西北延伸,经过蒙古最西部的埃德仁(Edren)岛弧地体(产有准莫德斑岩型钼铜矿及一系列斑岩矿点,且成岩成矿时代与前者相当),而后再向西延入我国境内,推测可能与额尔齐斯带或其一部分相当,但实际上这里边境线两侧的构造单元划分也并不一致,需要进一步的对比研究。该带向东可能大体沿中蒙边境线附近延伸。在我国东乌旗地区发育晚石炭世岛弧建造(向安平等, 2019; 张夏炜等, 2021; 刘建峰等, 2022),因而具有寻找该时期铜矿的前景。最后,蒙古南Cu矿带南亚带本身在南戈壁地区的分布就较为局限,其主体为呈倒三角形态的古尔班赛罕岛弧地体。实际上,古尔班赛罕岛弧地体在蒙古境内的区域延伸情况就不太清楚,它在东、西方向上能否延入我国境内也无明确答案。部分研究者认为它向西-西南经蒙古戈壁天山与我国东天山土屋-延东斑岩成矿带相连(朱明帅等, 2014;李俊建等, 2015, 2016; Gereletal., 2021),也有研究者认为它还向西-西北方向延入我国东准地区(Gereletal., 2021)。在我国东准地区报导的晚泥盆世(如～375Ma的哈腊苏斑岩铜矿;赵战锋等, 2009;王军等, 2010)与早泥盆世(如423～411Ma蒙西斑岩铜矿; 屈迅等, 2009;王登红等, 2009)及中晚石炭世(～336Ma的坝西斑岩铜矿; 孟秋熠等,2022),表明该亚带很可延入了东准(北部)地区。对该带的向东延伸,多数人认为可能延到东乌旗地区(江思宏等, 2019),但缺乏明确可信的证据支持,至少在东延的我国境内迄今尚未发现有泥盆纪斑岩铜矿床,甚至不发育同时代的弧岩浆岩。

值得注意的是,古尔班塞罕岛弧地体东、西两侧分别被NE向的准巴彦(Zuunbayan)断裂和NW向的祖伦(Zoolen)增生杂岩带限制,因此要解决它向两侧的延伸问题,必须先解决这两条构造带对它的影响问题。前人对准巴彦断裂的研究认为其左行位移量为185～235km(Lambetal., 1999),但其两侧构造单元对比仍存在一定困难,而对祖伦构造带的运动学特征目前尚知之甚少。所以未来对这两条构造带的构造解析将是认识南Cu矿带南亚带区域延伸的关键之一。

6 结语

铜是蒙古国最重要的金属矿产资源,类型多样,包括斑岩型、VMS型、与花岗岩有关热液型、矽卡岩型、玄武岩和砂岩型,其中斑岩型不论资源量还是产量均是最主要的铜矿床类型,其次是VMS型。蒙古国铜矿床主要形成于新元古代末期(埃迪卡拉纪)、晚泥盆世、晚石炭世和三叠纪-早侏罗世等4个时期;空间上可大体划分为南、北2个Cu矿带,分别与古亚洲洋和蒙古-鄂霍茨克洋的演化有关。南Cu矿带自北而南可进一步划分为泥盆纪VMS型Cu-Zn、晚石炭纪斑岩型Cu-Au和晚泥盆世斑岩型Cu-Au-Mo等3个亚带,而北Cu矿带可进一步划分南、北2个亚带,其铜矿化时代具有“西早东晚”的特征。

蒙古斑岩铜矿床均属“俯冲型”,形成于上述两个大洋岩石圈板片的俯冲背景,其中与古亚洲洋有关的南Cu矿带主要形成于与俯冲带上方的洋内弧及弧后盆地环境,而与蒙古-鄂霍茨克洋俯冲有关的北Cu矿带则形成于陆缘弧环境。蒙古国北Cu矿带受蒙古山弯构造的影响,向西不能延出国境,而其南、北亚带向东则分别延入俄罗斯外贝加尔(北亚带)和我国大兴安岭北部地区;对于蒙古南Cu矿带,其北亚带(VMS型铜矿带)向西-西北延入我国阿尔山泰南部并与琼库尔构造带相连接较为明确外,中亚带可能向东、西两侧分别延伸到东乌旗地区和额尔齐斯带,但目前并未发现同时代的斑岩型矿床,而其南亚带向西似乎延至我国东准地区(北部),而向东的延伸情况尚不明朗。因此,要理清它们的跨境延伸情况,尤其是产有欧玉陶勒盖晚泥盆世超大型Cu-Au-Mo矿床的南亚带的区域延伸情况,尚需要系统的区域构造-地层-岩浆岩-矿床等对比研究。蒙古其他类型的铜矿,如矽卡岩型、与花岗岩类有关热液型、玄武岩型、砂岩型及镁铁质层状杂岩型等矿床(点),目前均仅发现小型矿床或矿(化)点,其成矿及找矿潜力尚有待进一步揭示。

致谢感谢申萍研究员邀请并鼓励作者撰写本文。蒙古科技大学Anaad Chimidseren高级讲师在野外考察及矿产资料收集过程中提供了大力帮助;江思宏教授和另一位审稿专家对文稿进了细致审阅,并提出了宝贵的建设性意见和建议;在此一并致以最衷心的感谢。