鐵氧化物銅-金礦床與斑巖銅礦的構(gòu)造控制及巖漿作用

李建旭,方維萱

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；2.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心北京資源勘查技術(shù)中心，北京 100012)

鐵氧化物銅-金(IOCG)礦床提出以來(lái)，很快引起重視，因規(guī)模大(通常100萬(wàn)～1000萬(wàn)t)、品位高(Cu 1%～3%)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高成為重要勘查目標(biāo)，是繼斑巖銅礦、塊狀硫化物礦、淺成低溫?zé)嵋盒徒鸬V之后礦床學(xué)研究和勘查的又一個(gè)新高潮[1]。IOCG礦床與斑巖銅礦在全球都有廣泛的時(shí)空分布，但相對(duì)于斑巖銅礦，IOCG礦床研究程度相對(duì)偏低，在部分IOCG礦床中，礦化作用與斑巖銅礦具相似的巖漿活動(dòng)及巖漿熱液流體特征[2-4]，智利IOCG礦床與斑巖銅礦礦床分布與構(gòu)造演化有密切關(guān)系。本文對(duì)智利斑巖銅礦和IOCG礦床的構(gòu)造、巖漿作用及其關(guān)系進(jìn)行了初步探討，以期指導(dǎo)實(shí)際勘查工作。

1 鐵氧化物銅-金礦床與斑巖銅礦床概述

1.1 鐵氧化物銅-金礦床

IOCG礦床是含有大量鐵氧化物，并共(伴)生有Cu、Au、Mo、Ag、Co、REE等的一類(lèi)礦床，形成于洋殼俯沖、陸內(nèi)裂谷等伸展構(gòu)造背景[5-6]，目前還沒(méi)有嚴(yán)格的定義。在全世界從太古代-新生代均有廣泛分布。礦床與基性-中性大規(guī)模侵入巖雜體有關(guān)，礦體賦存于巖體及接觸帶或圍巖中，形態(tài)復(fù)雜，呈脈狀、層板狀、透鏡狀、角礫狀、塊狀、群脈狀。堿質(zhì)蝕變發(fā)育，從下部到上部形成明顯的蝕變分帶。深部早期形成鈉鈣蝕變，礦物組合為鈉長(zhǎng)石-磁鐵礦-陽(yáng)起石-磷灰石；中淺部為鉀化蝕變，主要有黑云母+鉀長(zhǎng)石+磁鐵礦+黃鐵礦+黃銅礦；淺表蝕變?yōu)殁涢L(zhǎng)石-白云母±綠泥石±碳酸鹽(絹云母蝕變)，淺部常發(fā)育大量粗晶方解石脈(帶)。金屬礦物主要有磁鐵礦-赤鐵礦-黃銅礦-輝銅礦-斑銅礦。

雖然IOCG礦床究竟形成于巖漿作用[2-3]還是非巖漿作用[7]尚無(wú)定論，但侵入巖的作用是肯定的。不管是做為物源或是熱源，初始的流體相似于斑巖系統(tǒng)具有巖漿熱液特征[4,8]。氯和鍶同位素說(shuō)明，IOCG流體源于巖漿分異過(guò)程并有少量混合成因(δ37Cl=+0.2‰～2.1‰) ，具有比斑巖銅礦更多的幔源組成(δ37Cl=0±0.5‰ )[9]。

1.2 斑巖銅礦

斑巖銅礦原意指與強(qiáng)烈絹云母和硅化、中酸性斑巖有關(guān)的細(xì)脈浸染型銅礦，以規(guī)模大、品位低為特征。主要分布于環(huán)太平洋成礦帶、特提斯-喜馬拉雅成礦帶和中亞-蒙古成礦帶。超大型礦床與小的斑巖淺成侵位隱爆作用有關(guān)。礦床賦存于含礦侵入斑巖、圍巖及后期的角礫巖筒，單個(gè)礦體形態(tài)簡(jiǎn)單、規(guī)模巨大(如丘基卡馬塔：礦體長(zhǎng)3500m，寬1200m，深大于1000m)；氧化礦物形成次生富集帶，紅帽及綠帽(次生淋濾帶)發(fā)育，銅品位1%左右,鉬0.3%～0.4%，還有少量的金、銀、鉑族元素。蝕變環(huán)繞含礦斑巖體，自?xún)?nèi)而外依次為早期鉀硅酸鹽化帶→石英絹云母化→晚期的高級(jí)泥化帶。

普遍認(rèn)為斑巖銅礦是巖漿成因，形成于洋殼俯沖或陸-陸碰撞造山過(guò)程[10-11]。但超大型斑巖銅礦形成于板塊匯聚縫合帶(如智利)并受大型基底構(gòu)造控制，巖漿來(lái)源于俯沖作用的洋殼板片、下地殼及上地幔的部分熔融，上侵過(guò)程中有地殼混染[12-14]。

2 智利IOCG礦床與斑巖銅礦時(shí)空分布

智利安第斯型活動(dòng)大陸邊緣聚集了世界最大的超大型斑巖銅礦和IOCG成礦帶(圖1)，形成明顯的時(shí)空分帶。中生代強(qiáng)烈擴(kuò)張下巖漿弧及弧后盆地阿塔卡瑪斷裂(Atacama)控制了IOCG礦床，新生代巖漿弧西部斷裂(Domeyko)控制了斑巖成礦帶。從西到東時(shí)代變新，形成磁鐵礦-磷灰石礦床、鐵氧化物銅金礦、斑巖銅金、斑巖銅鉬帶。IOCG礦床分布于西部海岸山帶的中生代巖漿弧-弧后盆地(12°S ～33°S)，分為中-晚侏羅IOCG帶和早白堊IOCG帶，新生代也有少量分布。斑巖銅礦主要分布于16°S ～39°S的五個(gè)南北向成礦帶：早石碳紀(jì)-晚二疊紀(jì)、晚白堊紀(jì)、古新世、上始新世-下漸新世、中-上中新世。大型斑巖銅礦主要產(chǎn)于上始新世-下漸新世及中-上中新世，有斑巖銅金、銅鉬礦床。礦床形成及成礦帶的分布與洋殼俯沖機(jī)制、構(gòu)造、巖漿演化有密切關(guān)系。

圖1 智利IOCG及斑巖銅礦分布圖(據(jù)Camos F,2003[15]修編)

3 構(gòu)造演化與成礦控制

智利從中生代開(kāi)始經(jīng)歷了四個(gè)構(gòu)造演化階段，對(duì)應(yīng)四個(gè)巖漿弧：侏羅紀(jì)-早白堊紀(jì)(200Ma～120Ma)、山間盆地(120Ma～80Ma)、晚侏羅紀(jì)-早第三紀(jì)(73Ma～35Ma)、位于前科底來(lái)拉的現(xiàn)代巖漿弧(<23Ma)。洋殼俯沖作用經(jīng)歷了從馬利亞那型到智利型的轉(zhuǎn)變，在約80Ma后成為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，形成兩個(gè)構(gòu)造應(yīng)力階段：①侏羅紀(jì)-中白堊世(200Ma～90Ma)擴(kuò)張-轉(zhuǎn)換擴(kuò)張機(jī)制；②晚白堊世后(90Ma)匯聚速率或俯沖角度的變化及斜向俯沖作用形成復(fù)雜的變形機(jī)制，擴(kuò)張及擠壓相間出現(xiàn)，以擠壓為主造成地殼增厚[16]。對(duì)應(yīng)巖漿弧及應(yīng)力變化，形成了IOCG成礦帶和斑巖型成礦帶。

礦帶分布與板塊俯沖及構(gòu)造演化相關(guān)，是不同階段、不同應(yīng)力下的結(jié)果。通常認(rèn)為IOCG礦床形成于擴(kuò)張機(jī)制，斑巖銅礦形成于擠壓機(jī)制，均產(chǎn)出于板塊俯沖帶上盤(pán)。在俯沖作用下，應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)同時(shí)存在應(yīng)力擠壓和應(yīng)力松馳區(qū)，而非擴(kuò)壓和松馳交替出現(xiàn)。擴(kuò)張地段、構(gòu)造弱化帶是礦床形成的有利地段，礦床呈帶狀分布，成群集中于走滑斷裂旁側(cè)及兩組斷裂交匯處，如菲什爾斷裂，控制了潘帕諾特、阿布拉及魁北雷德布蘭卡等銅礦，斷層?xùn)|側(cè)破碎帶中形成丘基卡馬塔礦床，大型Candelaria-Punta del Cobre、Mantoverde礦田均位于阿塔卡瑪斷裂次級(jí)走滑斷裂，在科皮亞波(Copiaó)形成礦集區(qū)。

4 巖漿作用與成礦

智利安第斯邊緣的低角度俯沖、快速擠壓，深源巖漿強(qiáng)烈活動(dòng)形成大量侵入巖及火山巖是礦床成礦重要基礎(chǔ)。礦床均明顯與侵入巖體有關(guān)，巖漿的高氧化性、侵位機(jī)制及流體演化使斑巖銅礦和鐵氧化物礦床有共同的成礦特征，但又明顯不同。

4.1 侵入巖及成礦時(shí)代

侵入巖體源于下地殼或上地幔并與礦化具同時(shí)代特征。與斑巖有關(guān)的成礦巖體為新生代酸-中酸性淺成侵入體，是由早期閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖及花崗巖侵入后進(jìn)一步演化而成，有花崗斑巖、石英二長(zhǎng)斑巖、英安斑巖、粗安斑巖等。丘基卡馬塔礦床的成礦巖體為第三紀(jì)漸新世花崗斑巖，其底板巖石及圍巖也是一套酸性侵入巖。特尼恩特礦床的成礦巖體為第三紀(jì)上新世的石英閃長(zhǎng)巖、英安斑巖，底板巖石為晚白堊世-早第三紀(jì)安山巖。IOCG礦床巖體主要為中基性輝長(zhǎng)巖-閃長(zhǎng)巖-花崗閃長(zhǎng)巖-石英閃長(zhǎng)巖-花崗巖等。礦床產(chǎn)出于同時(shí)代的巖體(Mantos Blancos,Olympic Dam)或圍巖中(Candelaria，Manto Verde)。如與Candelaria礦床有關(guān)的科波亞波巖體為輝長(zhǎng)巖-花崗閃長(zhǎng)巖-閃長(zhǎng)巖-花崗巖-二長(zhǎng)巖 (97Ma～119Ma)與礦化(～115Ma)有同時(shí)代關(guān)系，在Mantoverde礦床礦化發(fā)生于(117±3)Ma～(121±3)Ma與Sierra Dieciocho 深成閃長(zhǎng)巖巖體 (120Ma～127Ma)同期。

4.2 侵入巖成分與礦化

重要礦床侵入巖體地球化學(xué)(Candelaria、Mantos Blancos和El Salvador、Chuquicamata)表明，深成巖體在SiO2-Na2O+K2O圖中，大都分為亞堿性，少部分為堿性(圖2A)；在SiO2-K2O圖中(圖2B)，大部分為鈣堿性-高鉀鈣堿性，科波亞波巖體部分為高鉀系列并有利于礦化，均屬磁鐵礦系列。斑巖成分屬準(zhǔn)鋁質(zhì)-過(guò)鋁質(zhì)，IOCG礦床為準(zhǔn)鋁質(zhì)(圖2C)，說(shuō)明侵入巖體具有相同的組成或來(lái)源，但斑巖銅巖體受到更多的地殼混染作用。巖石中有較多的普通輝石、角閃石和磁鐵礦。說(shuō)明這種形成于俯沖過(guò)程的鈣堿性巖漿有較多的揮發(fā)份及高氧化態(tài)，是形成銅金礦化的有利條件，與礦床中較多磁鐵礦及石膏相吻合。據(jù)研究斑巖巖漿系統(tǒng)fo2=10-14～10-8，熱液系統(tǒng)fo2=10-24～10-11，高氧逸度是金、銅等成礦元素進(jìn)入巖漿熔體的主要機(jī)制[17-18]。在演化初期，巖漿熱液系統(tǒng)中有大量的H2O及CO2，銅作為一兼容元素，容易產(chǎn)生富銅流體，高氧逸度下以SO3或者硫酸鹽存在的硫，有利于在低分異鈣堿性巖漿系統(tǒng)中形成銅金礦化。

4.3 巖漿侵位與礦化

IOCG礦床與斑巖銅礦因不同巖體侵位機(jī)制而具有不同成礦特征。巖漿侵位深部形成IOCG礦化，而在淺部呈部分斑巖礦化。IOCG礦床中，巖漿侵位深度2～15km，明顯大于超大型斑巖銅礦的淺成斑巖(2～3km)，深大斷裂貫通地表形成開(kāi)放空間，斑巖銅礦在淺部形成封閉空間發(fā)生隱爆作用。早白堊世深成巖體靜巖壓力范圍1.5～3kbar[23]大于斑巖銅礦最大0.5～1kbar，釋放能量不足，難以破壞厚的上覆蓋層形成高裂隙帶(斑巖礦床裂隙密度>300條/m，IOCG礦床<50～100條/m)，所以流體可能沿先存的裂隙流出，在構(gòu)造的交叉口、構(gòu)造-巖性界面(Candelaria)、轉(zhuǎn)換斷層(Salobo)或壓性斷裂的層間構(gòu)造 (Manto Verde)產(chǎn)出。大型IOCG礦床淺部常有較多的熱液角礫巖筒或細(xì)脈，說(shuō)明局部存在超壓力與斑巖銅礦有相似的構(gòu)造壓力條件，發(fā)生絹云母化、綠泥石化、綠簾石和碳酸鹽化及較多赤鐵礦和銅金礦化，但通常缺乏網(wǎng)脈狀石英脈。

4.4 流體與礦化

斑巖銅礦與IOCG礦床流體具有相似的巖漿來(lái)源，流體演化機(jī)制可能是造成其差異的重要原因。斑巖銅礦由富含揮發(fā)份的巖漿冷卻結(jié)晶產(chǎn)生巖漿熱液，由于減壓二次沸騰作用產(chǎn)生超鹽度流體和蒸汽相，后期外成流體加入混合[24]，是形成銅金礦化的主要機(jī)制。Pollard(2006)認(rèn)為，IOCG礦床初始巖漿相似于斑巖系統(tǒng)，在流體出溶或巖漿結(jié)晶過(guò)程中不混溶作用形成高鹽度、高CO2、富銅的CO2-H2O-NaCl流體，流體包裹體數(shù)據(jù)說(shuō)明有超鹽度流體的存在并含有較多磁鐵礦或石膏，大量CO2有利于流體中金的遷移，后期有盆地流體、蒸發(fā)鹽參與。這些流體成分和進(jìn)化機(jī)制，導(dǎo)致斑巖銅礦和IOCG礦床之間呈現(xiàn)不同的蝕變特征，但同時(shí)又有一定的遺傳關(guān)系。斑巖銅礦經(jīng)歷了早期巖漿階段和晚期大氣水階段，早期主要為巖漿成分高鹽度的流體，含有較高濃度的銅等金屬，由于流體很難發(fā)生不混溶作用，難以形成銅的富集，隨流體向中性演化產(chǎn)生黑云母±鉀長(zhǎng)石-云母±綠泥石(絹云母蝕變)和高級(jí)泥化蝕變的過(guò)渡。而在IOCG礦床，形成深部鈉鈣或鉀鈣硅酸鹽蝕變到淺部的非硅質(zhì)富含鐵氧化物和碳酸鹽的蝕變。銅金礦化形成及規(guī)模大小關(guān)鍵因素是硫來(lái)源[25]。IOCG形成于深部，深部磁鐵礦結(jié)晶可產(chǎn)生部分還原硫及銅金礦化，在上部外來(lái)硫的參與下形成赤鐵礦、銅金礦化。

圖2 巖石系列判別圖(數(shù)據(jù)引自參考文獻(xiàn)[19-22]

5 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

研究表明，富金斑巖型銅礦與高氧化、演化程度低的花崗質(zhì)、閃長(zhǎng)質(zhì)巖漿及同期中基性火山巖有關(guān)[26]，與IOCG有相似的環(huán)境、礦物和蝕變及時(shí)空關(guān)系。IOCG成礦帶有部分斑巖銅金礦，在斑巖銅礦帶也有少量IOCG礦床，暗示有某種更為親近的過(guò)渡關(guān)系，晚白堊世-古新世成礦帶可能代表了這種過(guò)渡。賦存有大量電氣石化角礫巖富金的斑巖銅礦(如Inco de Oro)，相比于斑巖銅鉬礦，富金斑巖型銅礦硅化、絹英巖化發(fā)育較弱或者范圍較窄，礦化由上部較富的含銅赤鐵礦向下變?yōu)榇盆F礦，深部堿質(zhì)蝕變有較多的鐵氧化物[27]，蝕變規(guī)律由深到淺相似于IOCG礦床。斑巖深部為角閃石(陽(yáng)起石)-鈉長(zhǎng)石或奧長(zhǎng)石及磁鐵礦±透輝石的鈣-鈉硅酸鹽蝕變礦物組合，鉀硅酸鹽蝕變伴生陽(yáng)起石及綠簾石、碳酸鹽化并發(fā)育硬石膏及熱液磁鐵礦(體積3%～10%)。從時(shí)代上看，也更接近于IOCG礦床，如Andacollo斑巖銅金礦床賦存于閃長(zhǎng)巖-花崗閃長(zhǎng)巖(87Ma ～130Ma)，銅0.7%，金0.25g/t，與外圍的曼陀型銅銀礦床有密切關(guān)系[28]。Tropezón 礦床被認(rèn)為可能是斑巖銅礦與IOCG礦床的過(guò)渡類(lèi)型[29]。 礦床早期富含F(xiàn)e和Ca的巖漿熱液，具有斑巖銅礦的流體特征，并在下部形成K-(Ca)蝕變帶，由淺到深磁鐵礦增加；流體在淺部發(fā)生隱爆產(chǎn)生角礫巖筒及Ca-Fe-K礦化蝕變，流體不混溶形成銅-金-鉬礦化分帶，后期有盆地流體的疊加作用。

相比于斑巖銅礦，中生代海岸山帶IOCG礦床與磁鐵礦-磷灰石礦床(128Ma ～110Ma)[30]有更加密切的時(shí)空關(guān)系和相似的成礦特征，磁鐵礦-磷灰石礦床大部分含有少量銅金，形成于巖漿弧的偏基性侵入巖的巖漿噴溢作用，向上過(guò)渡為富含赤鐵礦的IOCG礦床。

總之，IOCG與斑巖銅礦均形成于板塊匯聚構(gòu)造巖漿演化過(guò)程，中生代處于擴(kuò)張階段形成IOCG礦床，晚白堊紀(jì)-古新世擴(kuò)張-擠壓轉(zhuǎn)換期弧后盆地抬升，IOCG礦床成礦作用減弱，向斑巖銅礦演化形成富金的斑巖銅礦，新生代強(qiáng)烈擠壓產(chǎn)生大規(guī)模的斑巖銅鉬礦化，最終形成磁鐵礦、磷灰石-IOCG-富金斑巖型-斑巖銅鉬礦床系統(tǒng)及分帶(圖3)。

圖3 IOCG礦床與斑巖銅礦的構(gòu)造演化過(guò)渡關(guān)系

由于巖漿弧快速抬升，Sillitoe認(rèn)為IOCG礦床淺部的斑巖系統(tǒng)部分已剝蝕掉，缺少足夠證據(jù)，其遺傳關(guān)系目前尚不清楚。進(jìn)一步研究鈣堿性巖漿形成機(jī)制、銅-金元素富集過(guò)程，從整個(gè)鈣堿性巖漿-熱液系統(tǒng)角度探討其與斑巖銅礦關(guān)系，重視巖體的特征及蝕變規(guī)律，對(duì)礦床勘查及預(yù)測(cè)有指導(dǎo)意義。

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