青海省興?？h賽什塘銅礦床矽卡巖礦物學(xué)特征及地質(zhì)意義

王　輝, 豐成友*, 李大新, 丁天柱, 王洪慶, 劉建楠, 周建厚

1)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 北京 100037;　2)青海賽什塘銅業(yè)有限責(zé)任公司, 青海西寧 810003

青海省興海縣賽什塘銅礦床矽卡巖礦物學(xué)特征及地質(zhì)意義

王輝1), 豐成友1)*, 李大新1), 丁天柱2), 王洪慶2), 劉建楠1), 周建厚1)

1)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 北京 100037;2)青海賽什塘銅業(yè)有限責(zé)任公司, 青海西寧 810003

賽什塘銅礦位于東昆侖造山帶東端的鄂拉山地區(qū), 是中國西部重要的矽卡巖型銅礦之一。矽卡巖形成于印支期石英閃長巖與中—下三疊統(tǒng)地層Tb21-2巖性段的接觸帶, 礦體主要呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)于外接觸帶矽卡巖中。Tb21-2巖性段由中性火山巖、大理巖及變質(zhì)粉砂巖構(gòu)成, 其中變安山質(zhì)凝灰?guī)r及安山巖與銅礦化有著密切的空間關(guān)系。巖相學(xué)研究表明, 含銅矽卡巖的形成經(jīng)歷了矽卡巖階段、退化蝕變階段、石英-硫化物階段及石英-碳酸鹽階段。矽卡巖階段形成石榴子石、輝石及硅灰石, 退化蝕變階段則形成綠簾石、角閃石及磁鐵礦, 石英-硫化物階段大量金屬硫化物發(fā)生沉淀。電子探針分析表明, 石榴子石與輝石礦物組分分別為Gro0.00～91.00And7.02～100.00(Pyr+Alm+Spe)0.00～4.27與Di12.80～98.08Hd2.41～79.80(Jo+Jd+Opx)0.00～13.47, 表明其屬于典型的鈣矽卡巖類?？臻g上, 靠近石英閃長巖與安山巖接觸帶處, 鈣鋁榴石和綠簾石更富集, 而向大理巖的一側(cè)以鈣鐵榴石為主, 并常見硅灰石及含Mn的鈣鐵輝石。礦物學(xué)特征及礦物成分的變化顯示: 從矽卡巖階段到石英-硫化物階段, 流體性質(zhì)呈幕式的變化, 成礦流體至少經(jīng)歷了2次氧化還原性質(zhì)的轉(zhuǎn)變, 這種變化可能與成礦流體中大氣降水的不斷加入有關(guān)。賽什塘銅礦屬于矽卡巖型礦床, 以石英閃長巖為主的巖漿活動攜帶了大量的熱量及流體, 侵入到中—下三疊統(tǒng)地層中, 與圍巖地層發(fā)生物質(zhì)交換的同時, 引起了大理巖、變質(zhì)粉砂巖與中性火山巖之間的雙交代作用, 是導(dǎo)致矽卡巖和礦體形成的重要機(jī)制。

矽卡巖礦床; 礦物學(xué); 成礦機(jī)制; 賽什塘銅礦; 鄂拉山; 青海

東昆侖構(gòu)造巖漿巖帶是青藏高原東北部的一個典型的多旋回復(fù)合造山帶, 區(qū)內(nèi)構(gòu)造-巖漿活動頻繁, 成礦地質(zhì)條件優(yōu)越, 是中國三疊紀(jì)金屬礦產(chǎn)最重要的分布區(qū)之一(毛景文等, 2012; 豐成友等, 2012)。東昆侖多金屬成礦帶西起祁漫塔格向東延伸至鄂拉山一帶, 呈北西西向展布, 產(chǎn)出有賽什塘、銅峪溝、日龍溝、烏蘭烏珠爾、卡而卻卡、虎頭崖等多個大中型銅多金屬礦床, 是中國西部一條重要的多金屬成礦帶(豐成友等, 2004)。

賽什塘銅礦位于東昆侖構(gòu)造巖漿巖帶東段的鄂拉山地區(qū), 行政區(qū)隸屬于青海省海南藏族自治州興海縣。礦床自1955年發(fā)現(xiàn)以來, 開展了大量的找礦評價及科研工作, 銅資源儲量達(dá)中型規(guī)模。但隨著近年來采礦規(guī)模的不斷擴(kuò)大, 礦山資源危機(jī)日益嚴(yán)重。賽什塘銅礦成礦地質(zhì)條件十分復(fù)雜, 對礦床成因及成礦模式的認(rèn)識存在較大的爭議, 20世紀(jì)70年代之前大多認(rèn)為其屬于矽卡巖型(青海省第三地質(zhì)隊(duì), 1983), 80—90年代以“噴流沉積-改造型”(林德經(jīng), 1983; 李福東等, 1993; 宋治杰等, 1995)的觀點(diǎn)占主導(dǎo)地位, 近年來研究者又提出“熱水沉積+斑巖復(fù)合型”(李東生等, 2009)、“層控改造型、矽卡巖型和斑巖型三位一體”(朱谷昌等, 2010; 吳庭祥等, 2010)等觀點(diǎn), 也有研究者對矽卡巖型的觀點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步的認(rèn)識(辛天貴等, 2013)。礦區(qū)內(nèi)侵入巖由同源演化的復(fù)式侵入體構(gòu)成, 大致分為4個侵入階段, 產(chǎn)生多類中酸性侵入體, 其時代分布為205.7—248 Ma(邱風(fēng)歧等, 1978; 秦杰, 2010; 劉建平等, 2012)。前人研究工作主要集中于礦床地質(zhì)特征、礦床成因及成礦模式、成巖年代學(xué)等方面, 對礦區(qū)內(nèi)廣泛出露的與成礦密切相關(guān)的矽卡巖研究則相對薄弱。

本文在詳細(xì)的野外地質(zhì)工作和巖相學(xué)、礦相學(xué)研究的基礎(chǔ)上, 選擇矽卡巖礦物作為重點(diǎn)研究對象,對賽什塘銅礦矽卡巖礦物學(xué)特征進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究, 總結(jié)了成礦流體的演化, 并對礦床成因與成礦機(jī)制進(jìn)行了初步探討, 以期為賽什塘銅礦的找礦勘查工作有所裨益。

東昆侖構(gòu)造巖漿巖帶是中國大陸中央造山帶之秦祁昆褶皺系的一部分(殷鴻福等, 1998)。賽什塘銅礦位于東昆侖東段的鄂拉山地區(qū)的東南部, 東昆侖與西秦嶺的構(gòu)造銜接轉(zhuǎn)換部位(圖1)。礦區(qū)出露中—下三疊統(tǒng)、古近紀(jì)—新近紀(jì)及第四系地層。中—下三疊統(tǒng)地層為一套變質(zhì)沉積-火山巖巖石組合,分為3個巖性組。上巖組主要巖性為片巖; 中巖組包括三個巖性段, 上部為條帶狀大理巖、變凝灰?guī)r, 中部為變凝灰?guī)r、大理巖夾變質(zhì)粉砂巖, 下部為變凝灰?guī)r、變質(zhì)粉砂巖; 下巖組巖性為變質(zhì)粉砂巖、變凝灰?guī)r夾大理巖透鏡體(圖1)。矽卡巖及礦體主要賦存于中巖組巖性段中。前人曾報(bào)道過在賽什塘銅礦區(qū)ZK2306鉆孔中發(fā)現(xiàn)了較厚的中酸性熔巖及火山碎屑巖(李東生等, 2009), 然而, 礦區(qū)內(nèi)火山巖與銅礦化的關(guān)系卻沒有得到足夠的重視和研究。本次對賦礦層進(jìn)行了詳細(xì)的研究, 發(fā)現(xiàn)其巖性主要為變安山質(zhì)—英安質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r、大理巖夾變質(zhì)粉砂巖, 及一定量互層產(chǎn)出的安山巖?？拷佑|帶的中性火山巖(變安山質(zhì)凝灰?guī)r及安山巖)中普遍發(fā)育矽卡巖化, 其與大理巖的層間接觸帶往往是礦體有利的賦存部位,與銅礦化關(guān)系密切。

賽什塘礦區(qū)內(nèi)主體構(gòu)造體系呈北西向(圖1),以褶皺構(gòu)造為主, 其次為斷裂構(gòu)造。雪青溝復(fù)式背斜位于礦區(qū)東側(cè), 呈北西向延伸, 其西南翼次級的賽什塘背斜控制著礦區(qū)賦礦地層的展布。在褶皺形成過程中, 地層巖性的差異致使層間滑動及層間剝離構(gòu)造十分發(fā)育, 為含礦熱液的流動及礦質(zhì)沉淀提供了良好的空間。斷裂構(gòu)造主要呈北西—北北西向、東西向, 規(guī)模較小。侵入巖主體出露于賽什塘背斜核部, 為同源巖漿演化形成的復(fù)式侵入體, 主體為石英閃長巖, 巖石具有細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu), 局部過渡為似斑狀結(jié)構(gòu), 主要由斜長石(50％～55％)、鉀長石(5％～10％)、石英(15％～20％)、黑云母(10％～15％)及角閃石(5％～10％)組成, 副礦物為磷灰石、榍石、鋯石及磁鐵礦等。此外, 礦區(qū)內(nèi)存在與石英閃長巖先后侵入的各類脈巖, 巖性包括閃長玢巖、石英閃長玢巖、斜長花崗斑巖、花崗斑巖及次流紋斑巖等, 構(gòu)成中性→中酸性→酸性的演化系列(賴健清等, 2010)。石英閃長巖及脈巖的K-Ar、U-Pb、Rb-Sr年代學(xué)研究基本確定了成巖時代為晚三疊世, 為高鉀鈣堿性系列的I型花崗巖(邱風(fēng)歧等, 1978; 劉建平等, 2012)。

圖1　賽什塘銅礦區(qū)地質(zhì)略圖(據(jù)李領(lǐng)貴等, 2012修編)Fig. 1　Geological map of Saishitang copper deposit (modified after Li et al., 2012)

賽什塘礦區(qū)矽卡巖與礦體主要賦存于中—下三疊統(tǒng)Tb21-2巖性段中。該巖性段中性火山巖、大理巖及變質(zhì)粉砂巖均有不同程度的矽卡巖化?？拷佑|帶石英閃長巖發(fā)生較強(qiáng)烈的綠泥石化和絹云母化,并可見細(xì)網(wǎng)脈狀的透輝石。剖面上(圖2), 從石英閃長巖向安山巖、大理巖一側(cè), 可見綠泥石化安山巖→石榴子石輝石化安山巖→綠簾石石榴子石矽卡巖→輝石陽起石矽卡巖→輝石石榴子石矽卡巖→硅灰石石榴子石輝石矽卡巖→輝石化大理巖。

礦區(qū)目前共發(fā)現(xiàn)銅礦體116個, 鉛鋅礦體32個,硫礦體26個, 鐵礦體2個。礦體主要分布于賽什塘背斜西翼, 呈似層狀、透鏡狀、細(xì)脈狀產(chǎn)出, 礦體受地層層位控制, 但空間連續(xù)性較差, 個體多表現(xiàn)為不規(guī)則的囊狀(辛天貴等, 2013)。礦體總體走向北西, 傾向南西, 傾角20°～40°; 賽什塘背斜東翼礦體傾向北東, 傾角30°, 厚度一般為1～20 m, 最厚可達(dá)30 m, 銅品位一般為0.3％～2.7％。銅礦化多產(chǎn)于石榴子石矽卡巖中, 而鐵礦化與角閃石矽卡巖有關(guān)(圖2)。銅礦石類型主要為磁黃鐵礦-黃銅礦型與磁鐵礦-黃銅礦型。礦石以塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造為主,少量為條帶狀構(gòu)造。礦石礦物主要為黃銅礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦及磁鐵礦, 其次為閃鋅礦、方鉛礦、黝錫礦、毒砂及少量的斑銅礦、輝鉬礦、輝銅礦等。脈石礦物主要為各類矽卡巖礦物, 包括石榴子石、輝石、硅灰石、陽起石、綠簾石、綠泥石、絹云母、石英、方解石、石膏等。

賽什塘礦區(qū)各類矽卡巖礦物以及與其伴生的硫化物主要分布在外接觸帶矽卡巖中。從早到晚可劃分為4個演化階段, 矽卡巖階段主要形成石榴子石、輝石及硅灰石等無水硅酸鹽礦物; 退化蝕變階段產(chǎn)生綠簾石、角閃石(閃石類礦物)及大量的磁鐵礦, 交代早期形成的石榴子石、輝石; 石英-硫化物階段產(chǎn)生磁黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、斑銅礦、閃鋅礦、黝錫礦、方鉛礦、毒砂等硫化物及石英、綠泥石等, 是主要的礦化階段; 石英-碳酸鹽階段產(chǎn)生晚期石英-碳酸鹽脈及少量石膏, 伴生少量的硫化物, 各類矽卡巖礦物及硫化物生成順序見表1。

圖2　賽什塘銅礦床25線3250 m中段穿脈地質(zhì)剖面圖Fig. 2　Geological section of exploratory line 25 in 3250 m level of Saishitang copper deposit

表1　賽什塘銅礦成礦階段及礦物生成順序Table 1　Metallogenic stages and mineral forming sequence of Saishitang copper deposit

1　矽卡巖礦物學(xué)

1.1分析方法

本次研究在對賽什塘礦區(qū)典型坑道及巖芯進(jìn)行系統(tǒng)編錄和取樣的基礎(chǔ)上, 選擇代表性的巖礦石樣品磨制光薄片, 進(jìn)行系統(tǒng)的鑒定, 挑選不同期次、種類和結(jié)構(gòu)構(gòu)造的矽卡巖礦物及硫化物進(jìn)行電子探針分析, 進(jìn)一步確定矽卡巖礦物的端元組分。分析測試工作在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所進(jìn)行, 所用儀器為JEOL-JXA8230型電子探針, 氧化物加速電壓為15 kV, 硫化物為20 kV, 束斑直徑為5 μm, 標(biāo)樣采用天然礦物或國家標(biāo)準(zhǔn)合成金屬, 分析誤差小于0.01％。礦物陽離子數(shù)及端元組分使用CALCMIN軟件(Andreas, 2009)計(jì)算。

1.2矽卡巖礦物特征

石榴子石是賽什塘礦區(qū)最常見的矽卡巖礦物,主要分布于外帶, 多數(shù)呈暗紅色, 粗粒-中細(xì)粒, 半自形-自形結(jié)構(gòu)。根據(jù)產(chǎn)狀及鏡下特征分為四類: I類石榴子石半自形-自形、中粗粒, 具有明顯的“核邊結(jié)構(gòu)”, 可進(jìn)一步分為兩種類型, 一類石榴子石核部成分均一, 邊部具有明顯的“振蕩環(huán)帶”, 石英與硫化物多沿著邊部環(huán)帶進(jìn)行充填交代(圖3a),另一類石榴子石常被細(xì)粒輝石交代, 邊部具有弱非均質(zhì)性、無明顯環(huán)帶(圖3b); II類石榴子石在各類矽卡巖及矽卡巖化的圍巖廣泛存在, 呈他形-半自形,中粗?；虺始象w狀, 無明顯的分帶特征, 常被細(xì)粒硅灰石及輝石交代(圖3c); III類石榴子石為矽卡巖階段晚期呈脈狀的石榴子石(圖3d), 穿切早期形成的矽卡巖及圍巖地層。

代表性的石榴子石電子探針分析表明,賽什塘礦區(qū)石榴子石礦物組分為Gro0.00～91.00And7.02～100.00(Pyr+Alm+Spe)0.00～4.27, 屬于鈣鋁榴石-鈣鐵榴石系列, 鎂鋁榴石(Pyr)等其他端元組分均少于5％(圖4)。I類石榴子石核部到邊緣的成分變化較大, 第一類石榴子石核部成分為鈣鋁榴石, ω(Gro)為78.49％～86.47％, 而邊部轉(zhuǎn)變?yōu)殁}鐵榴石, ω(And)為76.88％～82.88％; 與此相反, 第二類石榴子石核部成分為鈣鐵榴石, ω(And)為83.91％～99.29％, 而邊部為鈣鋁榴石, ω(Gro)為82.02％～91％; II類石榴子石以鈣鋁榴石為主, 少部分為鈣鐵榴石, 但總體上成分變化較大, ω(Gro)為0％～86.46％, ω(And)為13.06％～100％。綠簾石石榴子石矽卡巖及矽卡巖化安山巖中石榴子石均為鈣鋁榴石, 代表了火山巖富Al的特點(diǎn); III類晚期脈狀石榴子石屬鈣鋁榴石, ω(Gro)為81.02％～81.44％?？臻g上, 從侵入體向圍巖地層石榴子石的成分也有著明顯的變化, 靠近安山巖的位置以鈣鋁榴石為主, 而靠近大理巖的一側(cè)鈣鐵榴石逐漸增多。

圖3　賽什塘銅礦典型矽卡巖礦物顯微照片F(xiàn)ig. 3　Photomicrographs of typical skarn minerals from Saishitang copper deposita-“核邊結(jié)構(gòu)”石榴子石, 核部為鈣鋁榴石, 邊部具有“振蕩環(huán)帶”屬鈣鐵榴石; b-“核邊結(jié)構(gòu)”石榴子石, 核部為鈣鐵榴石, 邊部為鈣鋁榴石; c-鈣鋁榴石集合體被細(xì)粒硅灰石、鈣鐵輝石交代; d-脈狀鈣鋁榴石; e-“核邊結(jié)構(gòu)”輝石, 核部為透輝石, 邊部為鈣鐵輝石; f-粗粒透輝石被晚期細(xì)粒鈣鐵輝石交代; g-粗粒硅灰石被鈣鐵輝石交代; h-綠簾石交代鈣鋁榴石; i-細(xì)鱗片狀陽起石交代鈣鐵輝石矽卡巖; Act-陽起石; And-鈣鐵榴石; Cal-方解石; Di-透輝石; Ep-綠簾石; Gro-鈣鋁榴石; Hd-鈣鐵輝石; Py-黃鐵礦; Qtz-石英; Sp-閃鋅礦; Wo-硅灰石a-Compositionally-zoned garnet consisting of grossularitic core and andraditic rim with “oscillation zonation”; b-Compositionally-zoned garnet with andraditic core and grossularitic rim; c-Grossular replaced by fine-grained wollastonite and hedenbergite; d-The vein of grossular; e-Compositionally-zoned pyroxene with diopsidic core and hedenbergitic rim; f-Coarse-grained diopside replaced by fine-grained hedenbergite; g-Coarse-grained wollastonite replaced by fine-grained hedenbergite; h-Grossular replaced by epidote; i-Hedenbergite skarn replaced by actinolite flakes; Act-actinolite; And-andradite; Cal-calcite; Di-diopside; Ep-Epidote; Gro-grossular; Hd-hedenbergite; Py-pyrite; Qtz-quartz; Sp-sphalerite; Wo-wollastonite

輝石在賽什塘礦區(qū)分布僅次于石榴子石, 呈淺綠色或灰黑色, 中粗粒-細(xì)粒結(jié)構(gòu)。依據(jù)輝石產(chǎn)狀及鏡下特征, 至少可以識別出兩個世代。少部分輝石具有“核邊結(jié)構(gòu)”(I類), 以中粗粒為主, 單偏光鏡下核部顏色為白色或黃白色, 邊部變?yōu)榈G色(圖3e); 多數(shù)輝石不具有“核邊結(jié)構(gòu)”(II類), 其中早期形成的輝石為中粗粒, 淡黃綠色, 干涉色為一級灰或一級黃, 晚期輝石一般呈半自形—自形粒狀或細(xì)粒集合體狀分布, 單偏光鏡下為無色, 干涉色可達(dá)二級藍(lán)綠或二級橙黃, 交代石榴子石、早期輝石及粗粒硅灰石等早期矽卡巖礦物(圖3f), 或在矽卡巖化的安山巖及變質(zhì)粉砂巖中獨(dú)立出現(xiàn); III類輝石呈細(xì)網(wǎng)脈狀產(chǎn)于蝕變石英閃長巖中。

圖4　賽什塘銅礦床石榴子石(a)、輝石(b)成分特征Fig. 4　Composition plots of garnets (a) and pyroxenes (b) from Saishitang copper depositAlm-鐵鋁榴石; Pyr-鎂鋁榴石; Spe-錳鋁榴石; Jo-錳鈣輝石; Jd-硬玉; Opx-斜方輝石; 其他礦物縮寫同圖3　Alm-almandine; Pyr-pyrope; Spe-spessartine; Jo-johannsenite; Jd-jadeite; Opx-orthopyroxene; other abbreviations as in Fig. 3

代表性的輝石電子探針分析表明,賽什塘礦區(qū)的輝石礦物組分為Di12.80～98.08Hd2.41～79.80(Jo+Jd+Opx)0.00～13.47, 屬于透輝石-鈣鐵輝石系列(圖4)。I類輝石核部成分為透輝石, ω(Di)為91.75％～98.08％, 向外過渡為鈣鐵輝石, ω(Hd)介于67.20％～67.97％; II類輝石中早期中粗粒的輝石成分以透輝石為主, 而普遍分布的細(xì)粒輝石多為鈣鐵輝石。矽卡巖化大理巖中輝石的MnO含量較高, ω(Jo)最高可達(dá)11.88％; 靠近接觸帶石英閃長巖中細(xì)網(wǎng)脈狀輝石(III類)為透輝石, ω(Di)為49.56％～82.17％。根據(jù)礦物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和共生關(guān)系, 將輝石及與其共生的石榴子石演化關(guān)系歸納如下: 矽卡巖早期階段主要形成鈣鋁榴石, 中期階段產(chǎn)生鈣鋁榴石及透輝石組合, 晚期為鈣鋁榴石與鈣鐵輝石組合。

硅灰石是矽卡巖早階段的主要礦物, 代表了交代作用的前鋒, 主要見于靠近大理巖的矽卡巖中(CM25-10, CM25-11), 礦區(qū)內(nèi)出露十分不均勻, 局部位置可見較純的硅灰石矽卡巖, 但寬度一般小于0.5 m。按照粒度可分為粗粒、細(xì)粒兩種類型, 見粗粒板狀硅灰石被鈣鐵輝石交代(圖3g)及細(xì)粒柱狀硅灰石交代石榴子石現(xiàn)象(圖3c)。

綠簾石是矽卡巖化火山巖中的常見蝕變產(chǎn)物,黃綠色—深綠色, 呈不規(guī)則的粒狀或集合體狀(圖3h), 多產(chǎn)于輝石石榴子石矽卡巖中, 呈細(xì)脈狀或粒狀交代鈣鋁榴石。其ω(SiO2)為37.09％～38.75％, ω(Al2O3)為24.38％～25.87％, 與典型的綠簾石成分相當(dāng)。

角閃石(閃石類礦物)是賽什塘礦床退化蝕變階段的主要礦物, 分布較廣, 呈深綠—墨綠色, 形態(tài)為長柱狀、纖維狀或集合體狀, 交代石榴子石及輝石, 與磁鐵礦及硫化物常伴生(圖3i)。角閃石具有富鐵貧鎂的特點(diǎn), ω(FeOT)為20.82％～34.88％, 屬于鈣角閃石類中的鐵角閃石和陽起石(圖5)。

圖5　賽什塘銅礦床角閃石分類(底圖據(jù)Leake et al., 1997)Fig. 5　Classification of amphiboles from Saishitang copper deposit (basemap after Leake et al., 1997)

2　討論

2.1矽卡巖類型及成礦流體演化

交代成因的矽卡巖按照礦物成分的不同可分為鈣質(zhì)矽卡巖、鎂質(zhì)矽卡巖、錳質(zhì)矽卡巖以及堿質(zhì)矽卡巖(Einaudi et al., 1982; 趙一鳴等, 1992, 2012)。賽什塘銅礦床矽卡巖礦物以石榴子石、輝石為主,其次為硅灰石、綠簾石、角閃石, 石榴子石屬于鈣鋁榴石-鈣鐵榴石系列, 輝石屬于透輝石-鈣鐵輝石系列, 表明矽卡巖屬于典型的鈣矽卡巖。

矽卡巖礦物的化學(xué)組成記錄了熱液流體演化的歷史, 石榴子石和輝石成分上的變化可以為成礦環(huán)境提供重要的信息, 如矽卡巖系統(tǒng)流體的循環(huán)與停滯的狀態(tài)、流體組成上的變化及氧化還原條件等(Crowe et al., 2001; Jamtveit, 1991; Clechenko et al., 2003)。賽什塘銅礦矽卡巖階段較早形成的石榴子石由核部向邊緣Al2O3與FeO含量變化較大, 核部為鈣鋁榴石, 且成分較均一, 表明其是在滲濾交代作用下緩慢結(jié)晶而形成的, 原巖礦物溶解對其成分影響較大; 晚期“振蕩環(huán)帶”成分為鈣鐵榴石, 指示了流體的快速流動狀態(tài), 其生長過程中可能受到大氣降水流入的影響(Jamtveit et al., 1993, 1994)。

前人研究表明, 鈣鐵榴石和透輝石常形成于氧化環(huán)境, 而鈣鋁榴石和鈣鐵輝石則形成于還原環(huán)境(Kwak, 1994; 趙一鳴等, 1997; Misra, 2000)。氧化條件下形成的矽卡巖具有較高的Fe3+/Fe2+比值, 而還原條件下矽卡巖的Fe3+/Fe2+比值較低(Sato, 1980)。賽什塘銅礦矽卡巖階段早期主要為鈣鋁榴石, 中期產(chǎn)生鈣鋁榴石和透輝石組合, 晚期為鈣鋁榴石與鈣鐵輝石的組合, 反應(yīng)了矽卡巖階段成礦流體經(jīng)歷了還原到氧化, 再到還原的過程。隨著溫度的降低,從退化蝕變階段高氧化狀態(tài)的磁鐵礦和綠簾石的出現(xiàn), 到石英-硫化物階段大量的硫化物的沉淀, 代表著成礦流體的氧化還原狀態(tài)再一次波動, 綠簾石和磁鐵礦(富Fe3+)一般形成于較氧化的環(huán)境中, 而大量的硫化物通常在富S2-的還原性環(huán)境中發(fā)生沉淀(Hezarkhami et al., 1999)。因此, 從矽卡巖階段到硫化物階段, 隨著溫度不斷降低及礦物的結(jié)晶, 流體性質(zhì)呈幕式的變化, 成礦流體至少經(jīng)歷了2次氧化還原性質(zhì)的轉(zhuǎn)變, 這種變化可能與成礦流體中大氣降水的不斷加入有關(guān)。

2.2矽卡巖分帶及指示意義

矽卡巖分帶受形成深度、巖漿成分、巖漿流體出溶時間、巖漿及圍巖組成及氧化還原狀態(tài)等多種因素的控制, 一些礦床的矽卡巖可能無分帶, 或者多個分帶交錯共生(Chang et al., 2008)。賽什塘銅礦以外接觸帶矽卡巖為主, 由流體交代圍巖地層中的中性火山巖、大理巖及變質(zhì)粉砂巖而形成, 在幾種巖性層的層間或裂隙處最為發(fā)育。圍巖成分上的復(fù)雜性導(dǎo)致矽卡巖的分帶性并不明顯, 但總體上從巖體、火山巖向大理巖一側(cè), 石榴子石有從鈣鋁榴石向鈣鐵榴石轉(zhuǎn)變的趨勢, 中性火山巖中鈣鋁榴石、綠簾石含量高, 而硅灰石及含Mn的鈣鐵輝石僅見于大理巖一側(cè)。這種分帶特點(diǎn)與世界上典型的矽卡巖分帶模式一致(Meinert et al., 1992, 2005)。反應(yīng)了流體由侵入體向圍巖運(yùn)移過程中, 溫度逐漸降低,氧逸度逐漸升高的過程(Jamtveit et al., 1995)。

賽什塘銅礦石英-硫化物階段產(chǎn)生磁黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦, 黝錫礦、方鉛礦等硫化物組合, 硫化物S、Pb同位素研究證明了其與石英閃長巖的巖漿活動有關(guān)(李東生等, 2009)。石榴子石、透輝石及石英中流體包裹體的均一溫度、鹽度等與典型的矽卡巖型礦床成礦流體特征相似(何鵬等, 2013)。辛天貴等(2013)通過對含礦層形成的地質(zhì)背景、礦體形態(tài)特征、礦體與巖體的關(guān)系等方面研究,否定了賽什塘銅礦噴流沉積成因的認(rèn)識。上述證據(jù)充分表明賽什塘銅礦屬于矽卡巖型礦床。

2.3成礦機(jī)制

賽什塘礦區(qū)目前發(fā)現(xiàn)的銅礦體主要局限于中—下三疊統(tǒng)地層Tb21-2巖性段中, 礦體與變安山質(zhì)凝灰?guī)r或安山巖有著密切的空間關(guān)系。矽卡巖中石榴子石含量多于輝石, 且富Al的鈣鋁榴石的含量較高, 并含有一定量的綠簾石。由于Al在熱液流體中的溶解度較低, 因此多位于靠近侵入體一端(Tagirov et al., 2002), 鈣鋁榴石和綠簾石被認(rèn)為是內(nèi)帶矽卡巖的典型礦物(趙一鳴等, 2012)。然而, 賽什塘銅礦內(nèi)帶矽卡巖不發(fā)育, 蝕變僅為細(xì)脈狀的透輝石化及綠泥石化、絹云母化, 暗示除石英閃長巖的影響外, 富Al的火山巖在矽卡巖的形成過程中也起了重要的作用?；鹕綆r作為矽卡巖圍巖或圍巖中的夾層出現(xiàn), 且偏中性或基性火山巖常與礦體有著密切的空間關(guān)系, 如距離賽什塘銅礦僅10 km的銅峪溝大型銅礦床(曾小華等, 2014)、東昆侖造山帶西部祁漫塔格地區(qū)的卡而卻卡銅礦床(李大新等, 2011)、虎頭崖銅多金屬礦床(豐成友等, 2011)、尕林格鐵礦床(于淼等, 2013)等矽卡巖型礦床均表現(xiàn)出類似的特點(diǎn)。

賽什塘背斜的形成使中—下三疊統(tǒng)地層的層間構(gòu)造十分發(fā)育, 以石英閃長巖為主的印支晚期巖漿活動攜帶了大量的熱量及成礦流體, 侵入到中—下三疊統(tǒng)地層中, 流體在不同巖性層的層間及裂隙中流動, 與圍巖地層發(fā)生物質(zhì)交換的同時, 引起大理巖、變質(zhì)粉砂巖與中性火山巖之間的雙交代作用,大理巖與變質(zhì)粉砂巖提供了矽卡巖形成所必需的Ca, 而中性火山巖提供了部分的成礦物質(zhì), 進(jìn)而形成了大規(guī)模的矽卡巖與銅礦化。綜合分析賽什塘銅礦成礦地質(zhì)條件, 本文認(rèn)為圍巖地層中有利的巖性組合對礦體的形成有著重要的意義, 石英閃長巖外接觸帶的變安山質(zhì)凝灰?guī)r及安山巖可能會為賽什塘礦區(qū)及外圍的找礦工作提供新的線索和方向。

3　結(jié)論

1)賽什塘銅礦矽卡巖與礦體產(chǎn)于石英閃長巖與中—下三疊統(tǒng)地層巖性段的接觸帶中, 該巖性段由中性火山巖、大理巖及變質(zhì)粉砂巖構(gòu)成, 其中變安山質(zhì)凝灰?guī)r及安山巖與銅礦化有著密切的空間關(guān)系, 不同巖性層的層間位置是礦體的有利賦存部位。

2)賽什塘銅礦成礦階段包括矽卡巖階段、退化蝕變階段、石英-硫化物階段及石英-碳酸鹽階段。矽卡巖階段形成石榴子石、輝石及硅灰石, 退化蝕變階段則形成綠簾石、角閃石及磁鐵礦, 石英-硫化物階段大量金屬硫化物發(fā)生沉淀。石榴子石屬于鈣鋁榴石-鈣鐵榴石系列, 輝石屬于透輝石-鈣鐵輝石系列, 角閃石屬于鈣質(zhì)角閃石類, 屬于典型的鈣矽卡巖。

3)石榴子石和輝石“核邊結(jié)構(gòu)”發(fā)育, 從早至晚礦物組合為鈣鋁榴石→鈣鐵榴石+透輝石→鈣鋁榴石+鈣鐵輝石。從矽卡巖階段到硫化物階段, 流體性質(zhì)呈幕式的變化, 成礦流體至少經(jīng)歷了2次氧化還原性質(zhì)的轉(zhuǎn)變, 這種變化可能與成礦流體中大氣降水的不斷加入有關(guān)。

4)賽什塘銅礦屬于矽卡巖型礦床。以石英閃長巖為主的印支晚期巖漿活動攜帶了大量的熱量及流體, 侵入到中—下三疊統(tǒng)地層中, 與圍巖地層發(fā)生物質(zhì)交換的同時, 引起大理巖、變質(zhì)粉砂巖與中性火山巖之間的雙交代作用, 大理巖和變質(zhì)粉砂巖提供了矽卡巖形成所必需的Ca, 而中性火山巖提供了部分的成礦物質(zhì)。

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WANG Hui1), FENG Cheng-you1)*, LI Da-xin1), DING Tian-zhu2), WANG Hong-qing2), LIU Jian-nan1), ZHOU Jian-hou1)
1) Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037; 2) Qinghai Saishitang Copper Corporation Ltd., Xining, Qinghai 810003

The Saishitang copper deposit is an important skarn deposit located in the Southeast of Ngola Mountain Area, Eastern margin of East Kunlun orogenic belt. The skarn occurs along the contact between Indosinian quartz diorite and middle-lower Triassic Tb21-2lithologic section. The ore bodies which are stratoid or lenticular mainly occur in exoskarn. The Tb21-2lithologic section consists of intermediate volcanic rocks, marble and metamorphic siltstone. Cu mineralization is adjacent to the metamorphic andesitic tuff and andesite spatially. Petrography studies of Cu-bearing skarn show four stages of skarn formation and ore development, including skarn stage, retrograde alteration stage, quartz-sulfide stage and quartz-carbonate stage. Skarn stage consists of garnet, pyroxeneand wollastonite and retrograde alteration stage dominates by epidote, amphibole and magnetite. In quartz-sulfide stage a large amount of sulfides were precipitated. Electron microprobe analysis shows thatcomponents of garnet and pyroxene are Gro0.00～91.00And7.02～100.00(Pyr+Alm+Spe)0.00～4.27and Di12.80～91.75Hd2.41～79.80(Jo+Jd+Opx)0.00～13.47, respectively. The result indicates that the skarn in Saishitang deposit belongs to typical calcic skarn. High concentrations of grossular and epidote are found in skarns located closer to the contact between quartz diorite and andesite. Andradite is richer near the marble with wollastonite and Mn-bearing hedenbergite. Mineralogical characteristics and compositional variations suggest: from skarn stage to quartz-sulfide stage, the property of fluid changed episodically with two redox fluctuations at least, probably resulting from the influx of meteoric waters in ore-forming fluid. Saishitang copper deposit is a skarn deposit. The quartz diorite-dominated intrusions carrying plenty of heat and fluids intrude into middle-lower Triassic strata. The materials exchange between intrusions and wall rocks may be the mechanism of the development of skarn and ore bodies in Saishitang deposit, accompanying the bimetasomatism between marble and metamorphic siltstone and intermediate volcanic rocks.

skarn deposit; mineralogy; metallogenic mechanism; Saishitang copper deposit; Ngola Mountain; Qinghai Province

P618.41; P618.01

A

10.3975/cagsb.2015.03.06

本文由中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(編號: 12120113093600)、中國地質(zhì)調(diào)查局高層次地質(zhì)人才培養(yǎng)計(jì)劃(編號: 201309)和青年地質(zhì)英才計(jì)劃(編號: 201112)聯(lián)合資助。

2014-05-31; 改回日期: 2014-10-29。責(zé)任編輯: 張改俠。

王輝, 男, 1987年生。博士研究生。礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)。Email: wang_hui2007@qq.com。

豐成友, 男, 1971年生。博士, 研究員, 博士生導(dǎo)師。主要從事礦床地質(zhì)、地球化學(xué)研究。通訊地址: 100037, 北京市西城區(qū)百萬莊大街26號。E-mail: fengchy@cags.ac.cn。