云南東川銅礦成礦特征與找礦方向

張雄，祝新友，姜華 ，呂曉強，王云鳳，劉文劍，田犁平，曾瑞垠，肖劍

（1.中色紫金地質(zhì)勘查（北京）有限責任公司，北京 100012；2.昆明理工大學國土資源工程學院，昆明 650093；3.云南銅業(yè)股份有限公司，昆明 650000；4.云南金沙礦業(yè)股份有限公司，昆明 654100；5.云南銅業(yè)礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)有限公司，昆明 650041；6.云南省有色地質(zhì)局三〇六隊，昆明 650217；7.中國地質(zhì)大學（北京）地球科學與資源學院，北京 100083）

0 引言

云南東川銅礦是我國最重要的銅礦田之一，自1952年正規(guī)勘查以來已有近70年的開發(fā)歷史。東川銅礦以其獨特的成礦地質(zhì)條件及礦床特征區(qū)別于其他類型銅礦，是我國少有的沉積巖容礦的層狀超大型銅礦床之一，銅儲量390萬t，占全國該類礦床銅總儲量的約46%（Leach and Song,2019）。以往關于東川銅礦的礦床成因類型，主要有海相噴流沉積（Sedex）型、“沉積-改造”型以及后生熱液交代成因（華仁民,1993;龔琳等,1996;邱華寧等,2002;Han et al.,2007;冉崇英和吳鵬,2014）。目前，多數(shù)學者認為東川層控銅礦與中非銅礦具有高度相似性，為SSC（Sediment-hosted Stratiform Copper Deposit）礦床（Zhao et al.,2010,2012,2013;高輝等,2012;Huang et al.,2013;劉玄等,2015;祝新友等,2017;Leach and Song,2019;Hayes et al.,2015①）。部分學者研究認為區(qū)內(nèi)鐵銅礦床與康滇構(gòu)造帶內(nèi)發(fā)育的基性巖關系密切，將其歸屬為鐵氧化物銅金（IOCG）礦床（Zhao,2010;Zhao and Zhou,2011;Zhao et al.,2013,2017,2019;Zhu and Sun,2013;方維萱等,2013;Zhou et al.,2014；Su et al.,2016）。大量的成礦流體研究顯示，東川銅礦具有中低溫、中高鹽度特征（均一溫度109～290℃，鹽度10%～35.99%）（龔琳等,1996;葉霖,2004）。初始成礦流體為Na-Ca-C1型及硫酸鹽型熱鹵水，富含有機質(zhì)（阮惠礎等,1988;龔琳等,1996;葉霖,2004）。海相硫酸鹽的細菌還原作用、重硫同位素與熱化學還原反應為主要硫源（龔琳等,1996;葉霖,2004;Zhao et al.,2012;Huang et al.,2013）。

東川銅礦礦床成因認識的爭議，加之目前勘查開發(fā)的局限性、礦權(quán)分割嚴重以及一些歷史問題等因素，一定程度上制約了對東川銅礦的宏觀認識，進而影響勘查開發(fā)工作。本文以前人研究成果為基礎，結(jié)合近幾年對東川銅礦成礦規(guī)律與找礦預測研究的工作成果，重點闡述東川銅礦成礦特征，探討其成因機制及下一步找礦方向，以期對東川銅礦找礦勘查工作起到借鑒作用。

1 成礦地質(zhì)背景

東川銅礦礦集區(qū)位于云南昆明市北160 km處，交通便利，礦山建設相對完善。大地構(gòu)造位于揚子板塊西南緣的康滇構(gòu)造帶內(nèi)（圖1a），礦集區(qū)東西分別由小江斷裂和茂爐斷裂所挾持，南以寶九斷裂為界，北以金沙江為界，構(gòu)成東川斷陷盆地（圖1b）。該區(qū)出露地層主要為元古代地層和少量震旦紀陡山沱組地層，賦礦圍巖以中元古代東川群為代表（圖2），少量礦體發(fā)育于陡山沱組中。東川群包括因民組、落雪組、黑山組、青龍山組地層，主要為一套碎屑巖-泥質(zhì)巖-碳酸鹽巖組合的沉積建造，均含銅礦化，在新元古代受到綠片巖相低級變質(zhì)作用（Zhao et al.,2010）。區(qū)內(nèi)已探明的銅礦床主要有四棵樹、一棵樹、因民、落雪、石將軍、白錫臘、濫泥坪、湯丹等（圖1b），礦床受中元古代地層控制，呈“Z”字型展布。此外輝長輝綠巖較為發(fā)育，其中因民、濫泥坪、石將軍等礦床中輝綠巖脈內(nèi)見脈狀“小而富”礦體。

圖1 云南東川銅礦大地構(gòu)造位置圖（a），區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)圖（b）（修改自曾瑞垠等,2020）

2 礦床特征

礦體主要賦存在中元古代東川群內(nèi)，東川群由老到新包括因民組、落雪組、黑山組和青龍山組。礦體圍巖以落雪組白云巖為主，次為因民組鐵質(zhì)砂板巖、黑山組底部炭質(zhì)板巖和震旦系陡山沱組底部砂質(zhì)白云巖。賦存在不同巖性段的礦體分別被命名為不同的礦化樣式（圖2），前人將其歸納為“四樓一梯”模式（龔琳等,1996），即賦存在因民組紫紅色砂巖中的“稀礦山式”礦體、賦存在落雪組白云巖中的“東川式”礦體、賦存在黑山組碳質(zhì)板巖底部的“桃園式”礦體、賦存在震旦系陡山沱組白云巖底部的“濫泥坪式”礦體作為“四層樓”，以及賦存在刺穿體角礫巖中的銅（鐵）礦體作為“一梯”，刺穿體角礫巖往往從因民組底部刺穿至上部層位（圖2）。

礦體常呈層狀、似層狀展布，礦石呈脈狀、細脈狀、浸染狀構(gòu)造（圖3）。礦石礦物有黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦、磁鐵礦、鏡鐵礦和赤鐵礦及少量黃鐵礦，在地層垂向上（自下而上）具有輝銅礦-斑銅礦-黃銅礦的礦物分帶，局部含少量黃鐵礦。礦化組合以銅為主，含鈷、銀，不同于VMS或Sedex型礦床，很多礦床或礦石中幾乎不含鉛鋅。脈石礦物主要為白云石、少量方解石及石英，礦體和礦石中常含有一定量的富鈉礦物，部分礦床普遍發(fā)育鈉長石化。此外在紫紅色砂巖和白云巖接觸帶，或青灰色白云巖與灰白色白云巖接觸部位，褪色化普遍發(fā)育，是氧化還原反應的直觀表現(xiàn)，并與礦化緊密相關。普遍發(fā)育的蝕變還有白云石化、鈉長石化，偶見硅化、綠泥石化等。礦體傾角較陡，總體在55°～75°之間，局部傾向反轉(zhuǎn)。

圖3 東川銅礦礦石、礦物特征

3 成礦特征

東川銅礦成礦總體表現(xiàn)為以因民組細碎屑巖及不整合面以下湯丹群為基底，以落雪組白云巖及其與碎屑巖接觸部位為主要含礦層，以黑山組還原性炭質(zhì)板巖為蓋層，組成東川銅礦含礦建造系統(tǒng)。落雪組砂質(zhì)白云巖具有良好的滲透性，是礦物沉淀最有利的層位，黑山組炭質(zhì)板巖具有一定的還原性，同樣可以導致硫化物沉淀。由于“濫泥坪式”礦體與下伏東川群內(nèi)礦體呈不整合接觸關系，因此推測其為另外一期成礦事件，其成礦機制可能與東川群內(nèi)礦床相似，但由于成礦時間跨度大，本文不作討論。東川群與湯丹群為不整合接觸關系，而不整合面是導礦、儲礦的良好場所,很多礦床存在于不整合面或不整合面附近（李朝陽等,2004）。

礦區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要表現(xiàn)為橫向斜交地層小規(guī)模斷層，也發(fā)育較大規(guī)模多產(chǎn)狀斷層，大多為破礦斷層，也不乏成礦期容礦斷層。在坑道地質(zhì)填圖工作中發(fā)現(xiàn)，礦化強度較強的部位，往往發(fā)育高角度斜交地層、受斷層控制的含礦熱液脈（圖4），本文將此類橫向脈體系列稱之為成礦供給系統(tǒng)。脈體兩側(cè)低角度斜交層理或平行于層理的側(cè)向脈體稱為沉淀系統(tǒng)。需要指出的是兩個系統(tǒng)并非切穿關系，而是相互貫通關系。

供給系統(tǒng)的主要特征為與地層高角度斜交，兩側(cè)利于成礦的巖性中往往具有脈狀、浸染狀銅礦化（圖5b,c），脈體常發(fā)育原生銅硫化物，脈石礦物從因民組底部的鈉長石+白云石脈轉(zhuǎn)為落雪組的石英+白云石±鈉長石脈，礦石礦物從底部黃鐵礦+黃銅礦變?yōu)辄S銅礦+斑銅礦±輝銅礦。宏觀上供給系統(tǒng)可以貫通有利成礦層位，如落雪組和黑山組底部，因此東川銅礦顯示出明顯的多層位成礦特征（圖4）。沉淀系統(tǒng)主要為具有良好滲透性的砂質(zhì)層或硅鈣面，如“東川式”礦體中典型的馬尾絲構(gòu)造（圖5a），其主要特征為含礦脈體與主脈供給系統(tǒng)貫通，并與主脈呈一定角度斜交，主脈與側(cè)向脈中礦物有過渡特征，并且側(cè)向脈體中銅硫化物逐漸尖滅（圖5a）。

圖4 湯丹銅礦1770中段2#～ 4#繞道供給系統(tǒng)示意圖（曾瑞垠等,2020）

圖5 “東川式”礦體馬尾絲構(gòu)造礦石形態(tài)及礦物分布圖

4 討論

4.1 礦床成因機制

東川銅礦礦石構(gòu)造主要呈脈狀、細脈狀、浸染狀，成礦元素主要為Cu、Fe和少量Co，伴生有Ag和極少量Au，而Pb、Zn含量幾乎近于或低于克拉克值，圍巖蝕變中普遍發(fā)育的褪色化與銅礦化正相關，表明Cu礦化與熱液蝕變直接相關，由此可以看出東川銅礦典型的成礦特征并非同生成礦機制可以解釋，相反，不論從礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物組合、成礦元素以及多層位成礦特征來看，東川銅礦更多的顯示出后生成因特征。尤其以赤鐵礦-輝銅礦-斑銅礦-黃銅礦這樣的礦物組合為特征，東川銅礦類似于典型的砂巖型銅礦成礦機制，只是其賦礦圍巖多為濱海相紫色碎屑巖和碳酸鹽巖，可以歸納為海相砂巖型銅礦。事實上，中非銅礦帶、阿富汗安納克銅礦與東川銅礦具有高度可比性，前人也對此進行了報道，指出東川銅礦與贊比亞穆富里拉銅礦床、阿富汗安納克銅礦床成礦地質(zhì)特征相似，成因類型相同，不同之處僅在于前者屬于中元古代淺水碳酸鹽湖坪沉積相沉積環(huán)境，后兩者為新元古代陸內(nèi)裂谷成礦，屬瀉湖-三角洲沉積相沉積環(huán)境（高輝等,2012）。此外，東川銅礦和中非銅礦帶、阿富汗銅礦帶與超級古大陸事件在時間上有很好的耦合性，元古宙—古生代出現(xiàn)的缺氧事件導致的巨量金屬堆積對海相砂巖型銅礦床起到了重要的控制作用（高輝等,2012）。

東川銅礦的成礦機制與盆地鹵水活動緊密相關，諸多證據(jù)如硬石膏假晶（龔琳等,1996）、電氣石硼同位素數(shù)據(jù)（蘇治坤和趙新福,2015;Su et al.,2016）等均顯示因民組存在較厚的膏巖層，膏鹽層的溶解導致流體系統(tǒng)鹽度增高，更利于金屬離子的遷移，同時因民銅礦發(fā)現(xiàn)的刺穿體角礫巖與膏鹽層的溶解底辟作用直接相關，角礫巖壓實作用之前的高孔隙度同樣是很好的容礦空間，這也是在因民銅礦床和石將軍銅礦床發(fā)育角礫巖型礦體的原因之一。高角度斷層供給系統(tǒng)為流體提供了良好的運移通道，高滲透率砂質(zhì)白云巖及砂巖是硫化物良好的沉淀空間，黑山組炭質(zhì)板巖既作為良好的封閉層，也能起到還原作用。

4.2 找礦勘查建議

以碎屑沉積巖和不整合面構(gòu)成的基底、高滲透率砂質(zhì)白云巖為主的賦礦圍巖、相對還原性的碳質(zhì)板巖為封閉蓋層構(gòu)成了該區(qū)最基本的成礦地質(zhì)條件，供給系統(tǒng)貫穿含礦建造，是重要的導礦、容礦構(gòu)造，以此為基礎，加之褪色化、白云石化和鈉長石化等明顯的蝕變，是該類型銅礦重要的找礦標志。

結(jié)合東川銅礦多數(shù)礦床現(xiàn)有生產(chǎn)勘查實際情況，應當注重新層位找礦潛力，如因民銅礦落雪組二段及黑山組底部、濫泥坪銅礦落雪組二段及因民組二段，這些層位均未有足夠的工程控制。事實上，區(qū)域內(nèi)如緊鄰因民銅礦的落雪銅礦、一棵樹、四棵樹銅礦均已在上述層位實現(xiàn)找礦突破（楊金福等,2017）。此外，輝綠巖在該區(qū)域成礦潛力具有局限性，不建議投入過多工作量。當然，落雪組一段深部仍未控邊，依然是就礦找礦的重點方向。

5 結(jié)論

（1）東川銅礦含礦建造以下伏不整合面為基底，以炭質(zhì)板巖為蓋層，以砂質(zhì)白云巖和碎屑巖為容礦圍巖為整個系統(tǒng)，高角度斷層為供給系統(tǒng)，盆地鹵水活動為成礦流體主要驅(qū)動、遷移機制。

（2）東川銅礦為后生成因礦床，其成礦機制與盆地鹵水活動緊密相關，為海相砂巖型銅礦或沉積巖容礦的層狀銅礦（SSC）。

（3）東川銅礦仍具有較大找礦潛力，應對新層位找礦予以重視，特別是對落雪組二段和黑山組底部的找礦勘查工作。

注 釋

①Hayes TS,Cox DP,Piatak NM,Seal A.2015.Sediment-hosted stratabound copper deposit model[R].U.S.Geological Survey Scientific Investigations Report,1-147.