淺談陸緣弧環(huán)境斑巖型銅礦成礦系統(tǒng)

高 創(chuàng)

（陜核集團(tuán)二一一大隊(duì)，陜西西安710024）

淺談陸緣弧環(huán)境斑巖型銅礦成礦系統(tǒng)

高 創(chuàng)*

（陜核集團(tuán)二一一大隊(duì)，陜西西安710024）

作為銅的最主要來源，金、鉬等金屬的重要來源，斑巖型銅礦在過去的百年中為世界提供了超過50%的銅與大量的金與鉬。因此，斑巖銅礦的勘查工作在金屬礦產(chǎn)開發(fā)利用中有著舉足輕重的地位。斑巖型銅礦主要產(chǎn)出于陸緣弧環(huán)境，本文以構(gòu)造—巖漿—成礦作用為主線，重點(diǎn)闡述該類斑巖型銅礦的構(gòu)造地質(zhì)背景、巖漿演化與圍巖蝕變特征，以及成礦金屬元素的來源、活化、遷移及卸載機(jī)制，綜述典型陸緣弧環(huán)境斑巖型銅礦床的成礦要素，為該類礦床的科學(xué)勘查提供指導(dǎo)。

陸緣弧環(huán)境；斑巖型銅礦；成礦模式

1 構(gòu)造地質(zhì)背景

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前已探明的大型—巨型斑巖銅礦約有97%產(chǎn)出于弧環(huán)境[1]?；…h(huán)境分為島弧和陸緣弧2種。前者主要分布于太平洋西岸，包括印度尼西亞島弧、菲律賓島?。缓笳咧饕植加谔窖蟮臇|岸，即智利北部和中部。而全球有超過76.5%的超大型斑巖銅礦產(chǎn)出于太平洋東岸，即陸緣弧環(huán)境，現(xiàn)已探明儲(chǔ)量超過1.5× 108t。超大型斑巖型銅礦顯著地區(qū)性的產(chǎn)出，與其形成的構(gòu)造地質(zhì)背景緊密相關(guān)。

太平洋東岸屬大陸邊緣型巖漿弧，洋殼俯沖結(jié)構(gòu)為海溝→火山??；而太平洋西岸屬大洋火山島弧，其俯沖結(jié)構(gòu)為海溝→前弧→前弧盆地→火山弧→弧后盆地→大陸。其中，火山弧在形成演化過程中具有從張性弧向中性弧、壓性弧轉(zhuǎn)化的特征[2]?，F(xiàn)有研究表明，張性弧形成于太平洋西岸，壓性弧形成于太平洋東岸。從而造就了在太平洋西岸的成礦空間關(guān)系依次為淺成低溫?zé)嵋盒徒鸬V、黑礦，與花崗巖有關(guān)的鎢錫礦、斑巖型銅礦；而在太平洋東岸，從海岸向內(nèi)陸分別產(chǎn)出斑巖型銅(鉬)礦、斑巖型鉬礦、與花崗巖有關(guān)的鎢錫礦、淺成低溫?zé)嵋航鸬V。在太平洋東岸，大洋板塊的俯沖是一種快速擠壓的低角度、淺俯沖形式。在這種俯沖機(jī)制下，由于俯沖速度快，下插的大洋板塊與上沖陸塊發(fā)生了強(qiáng)烈的摩擦，從而沿俯沖板塊產(chǎn)生巨大能量，使大洋板塊及其上覆沉積物發(fā)生部分熔融。這些沉積物中富含的水分和金屬物質(zhì)，特別是銅，為陸緣型斑巖銅礦的形成提供來成礦物質(zhì)和流體保障（圖1）。

Sillitoe[3]首先意識(shí)到匯聚板塊邊緣的擠壓構(gòu)造背景對(duì)形成斑巖銅礦床的重要作用，并識(shí)別出擠壓環(huán)境有利于斑巖型礦床形成的一些關(guān)鍵因素，如：擠壓環(huán)境可有效地阻止巖漿直接穿過上地殼形成火山巖，從而形成比伸展環(huán)境更大的淺部巖漿房；擠壓環(huán)境的淺部巖漿房很難噴發(fā)，從而促進(jìn)了巖漿房的結(jié)晶分異，進(jìn)而導(dǎo)致了揮發(fā)分的飽和以及大規(guī)模巖漿熱液的形成；擠壓環(huán)境下很難發(fā)育陡立的張性斷裂，從而有效地限制了在巖漿房頂部形成巖株(枝)的數(shù)量，有利于巖漿熱液的聚集。同時(shí)，現(xiàn)有研究表明，構(gòu)造體制的轉(zhuǎn)換，如擠壓向伸展的轉(zhuǎn)換、或俯沖角度的變化，亦是有利于斑巖型銅礦形成的關(guān)鍵因素。在找礦勘查實(shí)踐中，Richards[4]通過對(duì)智利北部Escondida地區(qū)斑巖銅礦的研究，總結(jié)了有利于斑巖銅礦形成的構(gòu)造背景因素：①上地殼處于較長(zhǎng)時(shí)間的擠壓狀態(tài)后應(yīng)力應(yīng)力轉(zhuǎn)換為松弛；②成礦域早期深大斷裂發(fā)育，并在應(yīng)力松弛期活化張開。擠壓向伸展轉(zhuǎn)變的過程是減壓—增溫的過程，有利于物質(zhì)熔融和流體產(chǎn)生，可誘發(fā)大規(guī)模構(gòu)造—巖漿活動(dòng)、巖漿—熱液演化體系及成礦物質(zhì)運(yùn)移和卸載成礦機(jī)制[5]。

2 斑巖銅礦巖漿特征

2.1 巖漿性質(zhì)

與銅礦化相關(guān)的斑巖主要為中性—中酸性的鈣堿性或高鉀鈣堿性花崗質(zhì)巖漿巖，少部分為堿性系列巖漿巖，巖石類型可以是石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、花崗巖等，及其淺成相。產(chǎn)出于陸緣弧環(huán)境的含礦斑巖主要為鈣堿性系列，少量為高鉀鈣堿性系列，巖石類型以花崗閃長(zhǎng)巖和石英二長(zhǎng)巖為主。

2.2 巖漿演化特征

斑巖型銅礦主要與俯沖背景下部分熔融出的鈣堿性侵入巖有關(guān)。鈣堿性巖漿中除具埃達(dá)克巖親和性的巖漿是年輕大洋板片直接熔融的外，絕大多數(shù)都是洋殼板片部分熔融釋放熱流體交代上地幔楔形區(qū)部分熔融的產(chǎn)物。Hildrethet[6]提出，要形成這些中酸性的鈣堿性巖漿，楔形地幔部分熔融產(chǎn)生的玄武質(zhì)巖漿需要在下地殼底部經(jīng)歷MASH過程(MASH，熔融、同化、存儲(chǔ)、均一)（圖1）。

圖1 俯沖帶及陸緣弧環(huán)境下含礦斑巖形成的深部過程[4]

3 成礦物質(zhì)來源與卸載

銅是中度不相容元素，在大洋玄武巖和島弧巖漿巖演化過程中，其不相容性與重稀土相似。在洋殼中銅的含量一般為60～125ppm，平均為74ppm，遠(yuǎn)高于地幔(30ppm)和陸殼(27ppm)，所以洋殼部分熔融形成的巖漿具有系統(tǒng)偏高的銅含量，有利于成礦[7]。洋殼板片的脫水熔融不僅把大量的水、硫、鹵素、金屬以及親流體的LILE輸送到地幔楔，同時(shí)還因水的大量加入使得地幔楔熔融產(chǎn)生的巖漿具有較高的氧逸度。在高氧逸度條件下，S主要以硫酸鹽的形式溶解于巖漿之中，導(dǎo)致硫化物分配的Cu、Au等作為不相容元素向硅酸鹽熔漿中富集，隨巖漿一起上升到淺部地殼，并在有利的容礦部位因壓力和溫度的改變而卸載成礦。

近年來，地幔作為Cu和Au的來源越來越受到重視。俯沖洋殼所釋放出的流體或熔融所產(chǎn)生的巖漿富含F(xiàn)e3+，當(dāng)這些流體或巖漿與上地幔發(fā)生相互作用時(shí)，F(xiàn)e3+會(huì)氧化地幔中富含Cu和Au的硫化物，硫化物分解后，Cu和Au釋放出來進(jìn)入巖漿并與巖漿一起到達(dá)地殼淺部卸載成礦。

4 熱液蝕變與礦化

4.1 熱液蝕變

依據(jù)礦物組合，斑巖型銅礦床的圍巖蝕變可劃分出4種類型，鉀硅酸鹽化、絹英巖化(似千枚巖化)、泥化及青磐巖化(圖2)。

鉀硅酸鹽化發(fā)育于斑巖體中心或附近，以鉀長(zhǎng)石-黑云母-石英等蝕變礦物組合發(fā)育為特征。鉀長(zhǎng)石和石英既可形成于成巖過程之中，也可作為脈體的充填組分。次生黑云母常由巖漿黑云母、角閃石等礦物蝕變而成。該蝕變過程中，常釋放少量的鐵，形成磁鐵礦、黃鐵礦和黃銅礦等含鐵礦物。青磐巖化常與鉀硅酸鹽化蝕變呈同心環(huán)狀分布，但遠(yuǎn)離斑巖中心產(chǎn)出，以綠泥石-綠簾石-方解石等蝕變礦物組合為特征，硫化物不發(fā)育。絹英巖化常疊加在鉀硅酸鹽蝕變與青磐巖化蝕變之間，以絹云母—石英—黃鐵礦等蝕變礦物組合為特征。該蝕變過程中，原巖遭受強(qiáng)烈的淋濾，Na、Ca、Mg等元素被大量帶出，有時(shí)鋁硅酸鹽礦物被絹云母、石英等礦物完全替代。泥化常呈補(bǔ)丁狀產(chǎn)出，受裂隙控制，分為泥化和高級(jí)泥化2種類型。前者以粘土類礦物(如高嶺石、伊利石)蝕變?yōu)樘卣?，黃鐵礦是該蝕變階段的主要硫化物類型；后者以水鋁石—紅柱石—明礬石蝕變礦物組合發(fā)育為特征，硫化物除黃鐵礦外，還常伴生有少量的黃銅礦、斑銅礦、硫砷銅礦及砷銅礦等。

圖2 弧環(huán)境下斑巖銅礦床成礦模型[11]（其中a、b、c分別為蝕變、礦化及硫化物分帶模式）

4.2 礦化特點(diǎn)

斑巖中的深成礦化既可產(chǎn)于斑巖體之中，也可產(chǎn)于圍巖之中。在較大范圍內(nèi)，金屬的含量較為均一，所以，斑巖中的深成礦化常被描述成“浸染狀”。實(shí)際上，大部分“浸染狀”礦化均呈微裂隙控制的網(wǎng)脈狀產(chǎn)出。深成礦化與熱液蝕變密切相關(guān)，黃鐵礦是斑巖礦床中最為常見的硫化物。含銅礦物主要為黃銅礦以及少量的斑銅礦，有時(shí)還可見少量的輝銅礦、銅蘭等礦物。銅礦化主要產(chǎn)于鉀硅酸鹽化帶內(nèi)(圖2)，含銅硫化物的沉淀略晚于鉀硅酸鹽化，或形成于鉀硅酸鹽化蝕變向絹英巖化蝕變轉(zhuǎn)化階段。

斑巖型銅礦床的礦化類型、礦石組分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造與蝕變圍巖類型間的相互關(guān)系歸納如表1所示。

表1 斑巖型銅礦床的蝕變類型和礦化關(guān)系[11]

5 結(jié)論

基于前人研究成果，本文將陸緣弧環(huán)境斑巖銅礦成礦要素總結(jié)如下：

（1）長(zhǎng)時(shí)間的擠壓背景。擠壓背景是形成斑巖銅礦的最關(guān)鍵因素，長(zhǎng)時(shí)間的擠壓環(huán)境可有效地阻止巖漿直接穿過上地殼噴發(fā)，從而可在上地殼深部形成大的巖漿房，并因此促進(jìn)巖漿的結(jié)晶分異和揮發(fā)分的過早飽和；可控制巖漿房頂部形成巖株的數(shù)量，有利于熱液的聚集；同時(shí)，擠壓背景下常發(fā)生快速的抬升與剝蝕，由此產(chǎn)生的減壓作用可有效地促進(jìn)巖漿熱液的出溶和運(yùn)移等。

（2）在洋陸俯沖條件下在軟流圈形成一個(gè)大量的巖漿熱液來源，多期次的軟流圈上涌，上涌的軟流圈物質(zhì)在殼幔界面處形成MASH帶，為含礦斑巖源區(qū)物質(zhì)部分熔融提供了熱源兼成礦物質(zhì)。

（3）陸緣弧環(huán)境中，在擠壓的構(gòu)造作用下，應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)同時(shí)會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力擠壓區(qū)和應(yīng)力松弛地帶，即地殼擴(kuò)張地段和構(gòu)造弱化帶，這將有利于巖漿熱液的上涌和礦液沉淀。

（4）斑巖型銅礦典型的礦化蝕變分帶是該類礦床勘查實(shí)踐中重要的找礦標(biāo)志。

[1]Kerrich R,Goldfarb R,Groves D and Garwin S.The Geodynam-ics of World-class Gold Deposits:Characteristics,Spacetime Distributions and Origins[J].Reviews in Economic Geology,2000（13）:501-551.

[2]翟裕生,張湖,宋鴻林,等.大型構(gòu)造與超大型礦床[M].北京:地質(zhì)出版社,1997：152-169.

[3]Sillitoe R H.Major Regional Factors Favoring Large Size,High hypo-gene Grade,Elevated Gold Content and Supergene Oxidation and En-richment of Porphyry Copper Deposits[C]//Porter T M,ed.Porphyry and Hydrothermal Copper and Gold Deposits:A Global Per-spective[M].Perth,1998,Conference Proceedings:Glenside,South Australia,Australian Mineral Foundation,1998:21-34.

[4]Richards J P,Boyce A J and Pringle M S.Geologic Evolution of the Escondida Area,Northern Chile:A Model for Spatial and Tempo-ral Location of Porphyry Cu Mineralization[J].Econ. Geol,2001，96:271-306.

[5]陳衍景,肖文交,張進(jìn)江.成礦系統(tǒng):地球動(dòng)力學(xué)的有效探針[J].中國(guó)地質(zhì)，2008,35(6):1059-1073.

[6]Hildreth W and Moorbath S.Crustal Contributions to Arc Magma-tism in the Andes of Central Chile[J].Contributions to Mineralogy and Petrology,1988,98:455-489.

[7]Mason D R.Compositional Variation in Ferromagnesian Minerals from Porphyry Copper Generating and Barren Intrusions of the Western Highlands,Papua New Guinea[J].Econ.Geol.,1978, 73(5):878-890.

[7]孫衛(wèi)東,凌明星,楊曉勇,范蔚茗,丁興,梁華英.洋脊俯沖與斑巖銅金成礦[J].中國(guó)科學(xué):地球科學(xué),2010,40(2):127-137.

[8]Sillitoe,R.H.,Copper,gold and Subduction:Atrans Pacific Perspective[M].Pacific Rim Congress,Gold Coast,Australia,1987.

[9]Sillitoe R H.Characteristics and Controls of the Largest Porphyry Coppergold and Epithermal Gold Deposits in the Circum Pacific Region[J].Australian Journal of Earth Sciences,1997,44 (3):373-388.

[10]Lowell J D and Guilbert J M.Lateral and Vertical Alteration Mineralization Zoning in Porphyry Ore Deposits[J].Econ.Geol.,1970,65(4):373-408.

[11]姚鳳良,孫豐月.礦床學(xué)教程[M].北京:地質(zhì)出版社,2006:1-254.

P618.41

A

1004-5716(2015)12-0122-04

2015-07-29

2015-07-29

高創(chuàng)（1987-），男（漢族），陜西西安人，助理工程師，現(xiàn)從事固體礦產(chǎn)勘查工作。