玻利维亚国拉巴斯省CRUZ铜矿床地质特征与矿床成因模型探讨

曲志广　申鹏良　王其才　刘华

[摘要]本文概述了玻利维亚国拉巴斯省CRUZ铜矿床的成矿地质背景和矿床地质特征，初步建立CRUZ铜矿的矿体成因模型，探讨矿床的成礦物质来源、成矿条件及矿床成因，认为该矿床成矿环境为中温、低压、弱碱性、弱还原环境，矿质来源主要来自岩体本身，并受后期构造控制。CRUZ铜矿床成因类型为中温热液蚀变岩型矿床。

[关键词]玻利维亚国；铜矿床地质特征；围岩蚀变；矿床成因模型

玻利维亚同位于南美洲中部，是典型的资源型国家，矿产资源十分丰富，主要包括金、银、铜、铁、锡、铅、锌、锑、钨、石油、天然气等。玻利维亚同拉巴斯省CRUZ铜矿床位于玻利维亚首都拉巴斯市与奥鲁罗市之间，其大地构造上处于北—北西向的玻利维亚东科迪勒拉古生代褶皱带内，成矿区划属于玻利维亚锡多金属成矿带，该矿带也是一条举世闻名的多金属矿化带。

1 区域地质概况

该区出露一套古生代碎屑岩和变质岩，区域地层主要有奥陶系、志留系、泥盆系和第四系。主要岩性为经历多期变形变质的奥陶纪和志留纪页岩、粉砂岩、砂岩、板岩等及第四系残坡积物；大地构造上处于北—北西向的玻利维亚东科迪勒拉古生代褶皱带内是玻利维亚东安第斯山最大应变区。区域构造格局以北西向断裂为主，北北西向断裂次之，褶皱构造较发育。区域断裂呈北西向波状延伸，大致走向为300°～330°左右。区域内岩浆岩以侵入岩为主，喷出岩较少分布，相邻的侵入岩主要是新生代的Quimsa Cruz岩体，岩体周边分布有小侵入体和岩株，与成矿关系最为密切，如花岗闪长岩侵人体Santa Vera Cruz和流纹斑岩株Sayaquira和Parawi。

2 矿区地质特征

2.1 矿区地层

区内地层出露较复杂，出露自东往西依次由老到新出露奥陶系粉砂岩、砂页岩互层，志留系的砂岩、页岩、板岩以及第四系沉积物（图1）。

奥陶系：位于矿区东部，一般走向102°～163°，倾向NE与NW，倾角12°～43°，本组地层未见底，地层厚超过所测的真厚度54m，岩性：底部为薄层淡灰色含云母粉砂质板岩夹砂岩；上部为中厚层淡灰色硅化石英砂岩、中层灰色砂岩、薄层暗灰色暗褐色薄层板岩夹粉砂岩。该段地层厚约54m。

志留系：位于矿区中西部，一般走向130°～188°，倾向NW，倾角12°～78°，地层总厚约476m，与下伏奥陶系整合接触。岩性（粉）砂岩、页岩、炭质板岩、石英砂岩。

第四系：大面积分布于矿区的山坡地带，主要成分为腐殖土及残坡积岩石碎块。

2.2 构造

区内构造极发育，主要为断裂和褶皱。与成矿关系最密切的是F1断层。

（1）断裂构造：F1断层（图2），该断裂是矿区主要的赋矿断裂，总体走向310°～320°，倾向南西，倾角40°～85°，出露长约840m，宽1～42m，断裂带内充填物总体呈长轴透镜体状，主要由含矿菱铁矿、石英和围岩角砾组成，透镜体与围岩可见平行光滑的擦痕，坑道内出现雁列的小菱铁矿透镜体群，指示右行走滑剪切，展现了张扭性的成矿期断裂性质，局部透镜体受后期北东向的张性断裂切割，形成上下盘，其间为灰黑色塑状断层泥充填；断裂两侧围岩为志留系灰黑色页岩和粉砂岩。断裂多期复杂，赋矿以右行剪切的张扭断裂为主，后期受到张性断裂改造。

（2）褶皱构造：受区域构造影响，区内褶皱共22条，背斜和向斜各11条，褶皱大体轴向在316°～354°，长268～2086m，宽40～206 m，大褶皱枢纽波状弯曲，小褶皱较平直，属长轴状斜歪褶皱。大褶皱的轴部常发育石英大脉，枢纽硅化强烈。

矿区构造总体演化过程大致是：早期压性构造运动，形成了褶皱的基本格局，之后岩浆期后活动，形成含矿张性断裂，期间发生稍弱的褶皱变形，导致部分含铜断裂破碎弯曲，压性构造导致地壳升高，剥蚀更加强烈，导致地层厚度变薄，恰抬升近至地表，地温降低，地层岩石脆性更强，后期发生排硅的张性断裂形成无矿石英脉，而无矿石英脉断裂平直并切割褶皱。

3 矿体地质

3.1 矿体特征

区内所见矿体形态及产状严格受F1断裂构造控制，呈脉状、似层状、透镜状展布于破碎带内靠底板一侧，走向NW- SE，倾角60°～80°，倾向220°～235°（局部反倾20°～25°），矿体平均水平厚度4.30～6.70m，最宽21.01m，铜矿体平均品位0.61%～1.53%，铜最高品位3.96%、全铁最高品位49.8%。矿体具黄铁矿化、硅化、褐铁矿化、高岭土化、绢云母化蚀变，铜矿化以黄铜矿为主，有少量自然铜，地表见蓝铜矿化。

3.2 矿石质量

CRUZ铜矿赋存在断裂中，受褶皱和断裂控制，形成了切割地层的含铜菱铁矿透镜体，其矿物组合为中低温矿物，脉状石英、黄铜矿、菱铁矿、磁铁矿和黄铁矿等，表明这是一个与深成岩有关的热液矿床。

深成热液矿床矿物共生组合划分为石英型、硫化物型、碳酸盐型及其他类型，在CRUZ铜矿的矿石组合中，菱铁矿的数量远大于黄铜矿和黄铁矿（表1），因此，本矿区矿石类型为碳酸盐型。

3.3 矿体围岩蚀变特征

矿区普遍发育硅化、黄铁矿化、菱铁矿化蚀变，黄铁矿含量较低多呈白形晶立方体，主要以星散状浸染在岩石中，在强硅化及小石英脉两侧部位形成稠密浸染状和小脉状；菱铁矿化是与成矿关系最为密切的蚀变，发生在各个成矿阶段和过程中，沿岩石的裂隙和节理充填交代。呈透镜体、细脉或网脉状，伴有黄铜矿、黄铁矿等金属硫化物，后期表生氧化为褐铁矿。

4 矿床成因

4.1 成矿条件分析

4.1.1 成矿物质来源

从成矿地质背景上，CRUZ铜矿处于火山和岩浆活动区，热液矿床发育，周边矿床中的矿石矿物中普遍发育热液菱铁矿与黄铜矿伴生，与CRUZ铜矿相似。

CRUZ铜矿成矿物质为Cu、Fe、CO2和S。矿区发育富含炭质和铁质的页岩和砂岩，并未发现含有铜的岩性，但其周邊分布大量的中酸性花岗岩和花岗斑岩，在岩浆岩发育过程中，受到岩浆热液作用，分异出CU、Fe、S，同时页岩和砂岩受岩浆热液影响，形成大量CO2流体，在适当的条件下形成菱铁矿和黄铜矿。

4.1.2 成矿物理条件

（1）温度

热液菱铁矿形成温度为220～260℃，岩浆成因菱铁矿的矿物标型是Ni/Co比值小于1，而沉积—热液改造型大于1，其中河南某矿床岩浆热液成因菱铁矿Ni/Co值为0.44，贵州铁山沉积-热液叠加型的菱铁矿Ni/Co值为5.3，而CRUZ铜矿菱铁矿Ni/Co比值为4，由此看来CRUZ铜矿菱铁矿为沉积-热液叠加改造型，参考上述比值，结合矿物共生组合特点，成矿温度为中等温度条件。

（2）压力

根据热液菱铁矿成矿温度在220～260℃的范围进行相图投影，分别得到Dl、D2、D3、D4、D5等交点。A平衡线上的D1和D4交点代表了方解石形成压力在202～220MPa，B平衡线上D2和D5点代表了白云石形成压力在255～272MPa，C平衡线上D3点代表了菱铁矿形成的压力要大于303MPa（图3）。

（3）介质的Eh及pH值

根据菱铁矿形成的Eh-pH图，可知其Eh值在0～0.4，pH值在6.5～8.5（图4）。

菱铁矿透镜体中含硫的黄铁矿和黄铜矿以层状分布于靠近断裂下盘的一侧，此产状说明了同一热事件时，黄铁矿和黄铜矿先于菱铁矿形成，在重力作用下，下沉至断裂附近形成层状的堆积，随后菱铁矿结晶，早期含硫矿物形成于酸性环境，在黄铁矿和黄铜矿结晶后，热液pH值升高，铁矿和黄铜矿结品后，热液pH值升高，稍晚碳酸盐化，形成菱铁矿，说明在成矿晚期热液变成了碱性环境。

根据围岩存在的绿泥石化、黄铁矿化，推断为弱还原环境。

通过以上分析，矿床中菱铁矿和硫化物沉淀的物理、化学条件为中温、低压、弱碱性和弱还原环境。

4.2 矿床模式

矿区存在多条与铜矿脉同方向的锑矿脉，野外地质观察到了铜锑菱铁矿脉同期生成的现象，因此判定铜锑为同一成因。

玻利维亚锑矿成因非常鲜明，锑矿成因特征有（1）岩性控制。奥陶和志留纪的粉砂岩、砂岩和混杂沉积岩，页岩和石英岩；（2）构造控制。矿床显示了强烈的构造控制特征，脉体位于次级构造单位，与区域性背斜有关的稍小的褶皱、鞍部和剪切带赋存矿体；（3）矿化特征。板状和线状脉系统普遍含有矿石，包括角砾状、浸染状、岩脉、平行流理、石英脉、剪切带和脉群；（4）矿物组合。金、黄铁矿、磁黄铁矿、针铁矿，辉锑矿、闪锌矿、方铅矿、钨铁矿，黄铜矿和重晶石；（5）粗大晶体。石英和碳酸盐（白云石，菱铁矿，方解石）；（6）热液蚀变。最普遍的类型是绢云母化、黄铁矿化和硅化，类型差异在于温度和围岩成分。

CRUZ铜矿区中锑和铜成矿基本符合以上特征，综合锑矿成因和CRUZ铜矿成矿特点，提出CRUZ铜矿成因模型（图5）。

CRUZ铜矿成因模型解释如下：

①含矿热液的产生：受岩浆热驱动及气体的参与，富含CO2地下潜流水，形成酸性热液，富含铁质的沉积岩，在酸性溶液作用下，发生溶离等作用，Fe、Mn、Ca、Ba等元素进入气液形成热卤水，在构造作用和重力作用下缓慢迁移并与孔隙及层间溶液和其他含铜溶液汇合在一起，构成含矿热液。

②黄铜矿和菱铁矿形成阶段：含矿热液以断层为通道，不断与周围岩石和岩石碎块发生作用，贯入构造面等薄弱部位，上有炭质页（板）岩作为覆盖形成圈闭，这种盖层有强大的重压力及有机碳酸的增补，含矿热液的酸度能保持较低，形成了黄铁矿、黄铜矿，在重力作用下沉淀在热液空间的下部，当含硫的矿物结品消耗硫之后，热液向碱性过渡，pH值升高，环境也处于还原条件。圈闭空间内，CO2分压减少，物化和热力学条件发生变化，胶状铁氢氧化物解体，并以菱铁矿形式析出，并结晶沉淀，在区域断裂内形成了含铜菱铁矿透镜体。

③残余热液中含有大量的锑，在热和气的驱动下，往浅部上升，在小背斜、鞍部、剪切带等温度更低的分压空间里再度沉淀，形成少量含铜锑矿、菱铁矿，同时热液中的硅质也和周围的岩石产生交代作用，在构造薄弱的轴面和鞍部形成脉体，在裂隙面、节理面、层间滑理面形成硅化面和席状脉体。

④后期构造作用将上锑下铜的垂直分带错开，形成平面空间分布差异，后期正断层作用将下部抬升并接受剥蚀，最终导致铜集中在区域断裂中，而锑集中在区域断裂的上盘。

⑤表生作用阶段：含铜菱铁矿形成后，遭受了风化淋滤及多次热侵蚀改造作用，对铜进一步富集，在裂隙及空洞中形成了半透明菱铁矿，地表氧化环境形成了褐铁矿、针铁矿、孔雀石、蓝铜矿等。