桃園式銅礦礦床地質(zhì)特征及其控礦因素分析

劉衛(wèi)明，劉繼順，劉文恒，歐陽玉飛，3，劉文劍，尹利君

（1．中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長沙410083；2．江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西贛州341000；3．廣東省廣晟礦產(chǎn)資源投資發(fā)展公司，廣州510600；4．云南金沙礦業(yè)股份有限公司，昆明654100）

桃園式銅礦礦床地質(zhì)特征及其控礦因素分析

劉衛(wèi)明1，2，劉繼順1，劉文恒1，歐陽玉飛1，3，劉文劍4，尹利君1

（1．中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長沙410083；2．江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，江西贛州341000；3．廣東省廣晟礦產(chǎn)資源投資發(fā)展公司，廣州510600；4．云南金沙礦業(yè)股份有限公司，昆明654100）

桃園式銅礦產(chǎn)于黑山組底部黑色碳質(zhì)板巖和凝灰質(zhì)板巖中。礦石的微量元素特征、黃鐵礦的Co／Ni比值、黃鐵礦和黃銅礦的硫同位素特征表明，成礦熱液主要來自深部，少部分來自海水；稀土元素特征顯示還原成礦環(huán)境；主要成礦階段在晉寧晚期的基性巖漿活動時，或稍晚時期。主要控礦因素為地層及巖相古地理、構(gòu)造、巖漿活動和礦化濃集中心。

桃園式銅礦；黑山組；控礦因素；東川銅礦；云南省

0 引言

東川礦區(qū)位于云南中部偏北的昆明市東川區(qū)，被喻為“天南銅都”，是我國著名的銅礦產(chǎn)地之一，礦床類型多、含礦層位多、成因復(fù)雜。產(chǎn)有昆陽群因民組紫色層的稀礦山式銅礦、落雪組白云巖中的東川式銅礦、黑山組底部碳質(zhì)板巖中的桃園式銅礦，以及震旦統(tǒng)陡山沱組不整合面上的濫泥坪式銅礦［1－2］。桃園式銅礦床在東川礦區(qū)南部礦帶的湯丹桃園和北部礦帶的落雪水庫山、天寶山、老山、探花山、大蕎地等處都有分布，除湯丹桃園銅礦床具有中型規(guī)模、落雪水庫山具小型外，一般含礦層較薄，礦化連續(xù)性差，礦體零星，規(guī)模小，但品位高，一般w（Cu）＞1%。

前人對東川礦區(qū)做過很多研究［1－5］，但桃園式銅礦的研究資料較少。劉繼順等［6］認為桃園式銅礦是噴流沉積形成；孫志明［7］、常向陽［8］對桃園式銅礦賦礦地層黑山組作了年齡測試，葉霖［9］對含銅礦脈年齡作了年齡測試，二者差值較大，預(yù)示主成礦期較晚。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，對桃園式銅礦礦床地質(zhì)特征及其控礦因素進行闡述。

1 成礦地質(zhì)背景

礦區(qū)的大地構(gòu)造位置地處揚子板塊西緣，屬于昆陽元古代大陸裂谷內(nèi)的會理—東川EW向裂陷槽東端的一個梯形斷陷盆地（圖1）。此斷陷盆地以同生斷層（生長斷層）為邊界而被圍限，東部以SN向小江斷裂為界、西部以普渡河斷裂為界，南部和北部以EW向?qū)毦艛嗔押吐樘翑嗔褳檫吔纾?條邊界斷裂控制了東川梯形斷陷盆地的構(gòu)造格局。

1．1 地層

區(qū)內(nèi)出露最廣的地層為中元古界昆陽群，約占85%；次為占13%的震旦系，還有零星分布在溝谷洼地中的第四系。桃園式銅礦含礦層主要為黑山組，小部分在落雪組的頂部。

昆陽群黑山組自下往上劃分為3個巖性組合段：

（1）黑山組一段：黑色碳質(zhì)板巖夾白云質(zhì)巖層，含黃鐵礦，厚445m。底部局部地段賦存有桃園式銅礦。碳質(zhì)板巖主要礦物成分：絹云母50%～70%，石英1%～8%，碳質(zhì)18%～40%。碳泥質(zhì)白云巖主要礦物成分：白云石80%～95%，石英1%，碳泥質(zhì)3%～18%。

圖1 東川礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造綱要圖Fig．1 Geological structeral of Dongchuan copper mine

（2）黑山組二段：深灰色薄至中層泥灰?guī)r夾板巖，厚757m。

（3）黑山組三段：上部為碳質(zhì)板巖，下部為絹云板巖夾基性火山碎屑沉積巖，厚584m。

從整個黑山組巖性看，以黑色碳質(zhì)板巖為主，夾泥灰?guī)r、基性火山碎屑巖和白云巖，具水平層理，沿層發(fā)育有沉積型黃鐵礦，沉積環(huán)境穩(wěn)定，應(yīng)屬海灣滯流強還原環(huán)境。早期可能有局部的火山噴氣活動，中晚期有火山作用。

落雪組頂部含礦層為灰色、青灰色中厚層狀細晶白云巖夾碳泥質(zhì)層。其巖性明顯屬于落雪組與黑山組的過渡性質(zhì)。

1．2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要為SN向、EW向2組主干斷裂，其中SN向落因破碎帶、EW向湯丹—濫泥坪斷裂分別控制了落雪水庫山礦體、湯丹桃園礦體。

1．3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈、時間長，活動的高峰主要是因民期和晉寧晚期。此外，黑山期也是火山巖的重要活動時期。因民期以火山巖為主，主要為鈉質(zhì)基性火山巖和酸性火山巖構(gòu)成的雙峰式火山巖系，其次為玄武巖，局部地段見粗面巖；晉寧期火山巖以基性侵入為主；黑山期火山巖有粗玄巖、更玄武巖、變基性巖及火山凝灰?guī)r。

黑山期火山巖主要出露在因民黑山溝一帶。在黑山溝的剖面中，除發(fā)育少量的輝長巖外，其余均為火山熔巖，該火山熔巖層的一部分呈現(xiàn)全晶質(zhì)、粗粒結(jié)構(gòu)，可能是由于受后期變質(zhì)作用的影響，使礦物鏡下明顯見角閃石交代普通輝石，肉眼很容易誤認為是閃長巖。因此，在此暫時將該巖石定為變基性巖。

2 礦床地質(zhì)及地球化學(xué)特征

2．1 礦體形態(tài)和規(guī)模

礦體呈似層狀、透鏡狀沿落雪組與黑山組的接觸線附近展布，其產(chǎn)狀與巖層基本一致，而且都在東川式銅礦體的上盤。

黑山組中的銅礦體中有用礦物主要為黃銅礦和含銅黃鐵礦，多呈斑點、散點或脈狀，沿巖石的裂隙或沿層、穿層的石英白云石脈分布，亦有部分黃銅礦呈細散點狀沿巖石層理或碳質(zhì)條帶分布。常見有黃銅礦交代黃鐵礦形成文象結(jié)構(gòu)。

落雪組頂部中的銅礦體中有用礦物以黃銅礦、斑銅礦為主，少量輝銅礦，多呈細脈、細點及斑點狀，沿巖石空隙、裂隙、層理及石英白云石脈分布。由地表向深部，黃鐵礦逐漸增多，銅礦化減弱。此層礦化不均勻，主要受構(gòu)造控制，分布在落雪老山、貪花山和湯丹桃園等地段。

在湯丹桃園，礦體一般呈層狀，似層狀、扁豆?fàn)?，與圍巖整合產(chǎn)出。礦體沿斷裂和破碎帶充填，充填在黑色碳質(zhì)板巖與青灰色白云巖層間破碎帶的彎曲部分，具強石墨化現(xiàn)象。礦體延長＞400m，已知延深超過300m。礦體以2 098中段西14穿最厚，達55m。向EW兩側(cè)很快變薄，屬陡傾斜礦體。品位也是以此處為最高，向西變貧。銅主要含在含銅黃鐵礦和黃銅礦中，脈石礦物是絹云母、石英、白云石、黃鐵礦。

在水庫山，礦體走向350°～10°，傾向W，傾角65°～80°，為陡傾斜礦體。礦體最小厚度1．1m，最大厚度9．5m，平均厚度3．44m。最高品位w（Cu）＝3．73%，平均1．20%。其中以1號礦體規(guī)模最大，斷續(xù)長1 130m，控制垂深370m，w（Cu）平均1．25%，平均厚度1．7m，探獲銅儲量占礦床總儲量的85%。礦體層位穩(wěn)定，形態(tài)簡單，品位、厚度變化不大。

2．2 礦石礦物組分及結(jié)構(gòu)構(gòu)造

銅礦石礦物以黃銅礦和含銅黃鐵礦為主，尚有少量銅藍、輝銅礦。在礦體上部含較多銅的氧化礦物，主要為孔雀石，約占60%，其次為硅孔雀石，約占30%，有微量赤銅礦；其他金屬礦物有黃鐵礦、褐鐵礦及少量赤鐵礦。脈石礦物主要為絹云母（約占55%），白云石、石英（各占20%），碳泥質(zhì)（約占5%），有微量金紅石和電氣石。

礦石的主要構(gòu)造有：銅礦物呈細點狀不規(guī)則分布的浸染狀構(gòu)造、細點狀銅礦物沿層理分布的條帶狀構(gòu)造、銅礦物沿節(jié)理裂隙及石英白云石脈分布的網(wǎng)脈狀構(gòu)造、氧化銅礦物呈膠狀薄膜分布于裂隙面上的被膜狀構(gòu)造。

常見的礦物結(jié)構(gòu)有：黃銅礦交代黃鐵礦形成交代殘余結(jié)構(gòu)，次生斑銅礦、輝銅礦交代原生黃鐵礦形成表生交代環(huán)邊結(jié)構(gòu)等。

2．3 礦石微量元素

賦存桃園式銅礦的圍巖巖石的微量元素數(shù)據(jù)投于（Co＋Ni）－（As＋Cu＋Mo＋Pb＋Zn＋V）判別圖，樣品數(shù)據(jù)都落在熱水沉積物范圍內(nèi)［10］。

在7個礦石樣品中，有5個樣品w（Cu）達到工業(yè)品位，2個樣品w（Cu）達到邊界品位，1個樣品的w（Zn）達7．2%（表1）。

在特征元素比值方面，Ba／Sr值為6．46～568．01，平均109．92，遠大于1。7個礦樣中2個樣品Ti／V比值＞20，與熱水沉積物一致；5個樣品Ti／V比值＜20，而且5個樣品的Ni／Co比值大于3．6，與非熱水沉積物的組成一致。由此可見，桃園式銅礦除了深部熱液作用外，還有正常海水沉積參與。

表1 桃園式銅礦礦石微量元素組成Table 1 Microelement analysis of Taoyuan－type copper deposit

表2 桃園式銅礦含銅碳泥質(zhì)、硅質(zhì)白云板巖稀土元素組成Table 2 Rare earth element composition of Taoyuan－type copper deposit

圖2 礦石稀土元素配分模式Fig．2 REE patterns for Taoyuan－type copper deposit

2．4 礦石稀土元素

桃園式銅礦礦石的稀土組成如表2所示，礦石稀土元素配分模式為右傾型（圖2）。

從表2不難看出，礦石稀土總量介于11．52× 10－6～200．64×10－6之間；LREE／HREE比值為0．91～5．94，平均3．13，為輕稀土富集；δ（Eu）＝0．56～0．91，平均0．70，具有較強的負Eu異常；δ（Ce）＝0．83～1．02，平均0．90，具有弱的負Ce異常，整體表現(xiàn)出還原環(huán)境；（La／Yb）N＝1．61～33．72，平均10．95；（Gd／Yb）N＝0．52～3．59，平均1．37；（La／Sm）＝3．84～8．84，平均6．53。

2．5 礦石黃鐵礦Co，Ni元素特征

元素Co和Ni具有親鐵親硫雙重性，而且皆以親硫性為強。Co，Ni在黃鐵礦中主要通過類質(zhì)同象置換Fe2＋，CoS2與Fe，可形成連續(xù)固溶體，而NiS2與FeS2形成不連續(xù)固溶體。不同成因類型礦床中黃鐵礦的Co，Ni含量及Co／Ni比值不同，在探討礦床成因類型及成礦作用時指示作用明顯［11］。

表3 黃鐵礦中Co，Ni組成及其比值Table 3 Composition and ratio of Co and Ni in pyrite

黃鐵礦的Co／Ni比值顯示［12］，巖漿成因的Co／Ni比值多大于5，沉積成因的Co／Ni比值多小于1，而巖漿熱液成因的黃鐵礦Co／Ni＝1～5，個別值可能更高些，變質(zhì)熱液成因的黃鐵礦Co／Ni比值更接近于沉積成因的黃鐵礦，一般＜1。研究表明（表3）黃鐵礦中的w（Co）＝0．057%～0．43%，w（Ni）＝0．014%～0．25%，Co／Ni比值均大于1，說明FeS2來源于深部巖漿或火山－噴流熱液。

2．6 礦石硫同位素特征

礦石中黃鐵礦和黃銅礦的δ（34S）組成如表4所述。δ（34S）＝－10．0×10－3～11．7×10－3，眾值為4．3×10－3～7．4×10－3，數(shù)值區(qū)間相對較窄，說明主要為深源硫，少部分硫來自海水。

表4 黑山組含礦層中硫同位素組成Table 4 δ34S composition of Taoyuan－type copper deposit

3 控礦因素分析

3．1 地層和巖相古地理控制

桃園式銅礦床主要賦存于黑山組底部，即落雪期淺海潮坪碳酸鹽相向黑山期滯流海灣黑色頁巖相轉(zhuǎn)化的部位，受黑色頁巖巖相控制。黑山組中的銅礦產(chǎn)于其底部層位的碳泥質(zhì)白云質(zhì)板巖中，是在還原環(huán)境下形成的。但在多數(shù)地區(qū)，同層位只有黃鐵礦，而不產(chǎn)銅，究其原因，一是構(gòu)造裂隙不發(fā)育，二是礦液運移不足，三是礦液未到達此地層就已沉淀了。

3．2 構(gòu)造控制

桃園式銅礦雖賦存于一定層位，但其后期的構(gòu)造疊加改造富集作用較為明顯。通常在層間縱向斷裂及其與規(guī)模較大的橫斷層交匯部位往往形成富厚的礦體。隨著與斷裂距離的增大，礦體逐漸變薄以至尖滅。湯丹桃園銅礦床受F9（產(chǎn)狀198°∠73°）和F11（產(chǎn)狀304°∠57°）的聯(lián)合控制，其中的富厚礦體受一縱向?qū)娱g斷裂的控制。

3．3 巖漿活動控制

桃園式銅礦產(chǎn)于輝長輝綠巖脈（墻）的上盤，這不是偶然的現(xiàn)象，礦區(qū)中其他類型的銅礦周邊也基本被基性巖脈（巖墻）包圍。據(jù)葉霖［9］對東川桃園銅礦與銅礦共生石英的40Ar／39Ar同位素年齡的測定，得到馬鞍形年齡譜，其坪年齡為（768．43±0．58）Ma，等時線年齡為（770．00±5．44）Ma，說明桃園式銅礦的成礦時間跟晉寧晚期基性巖體成巖時間差不多或稍晚；而黑山組地層的Pb－Pb同位素年齡為（1 503±17）Ma［7］或（1 607±128）Ma［8］，大大早于湯丹桃園銅礦的最終成礦時間。劉繼順［14］和葉霖［15］等已經(jīng)認識到巖漿巖在本區(qū)成礦中的重要性。

3．4 昆陽裂谷成礦系列礦化濃集中心的控制作用

黑山組中的桃園式銅礦床與其下伏因民組中的稀礦山式鐵銅礦床、落雪組中的東川式銅礦床同屬昆陽古裂谷成礦系列。據(jù)現(xiàn)有資料，桃園式銅礦床的富集地段亦為昆陽群銅礦床的富集地段：湯丹桃園銅礦床具中型遠景規(guī)模，其下伏為湯丹大型銅礦床；落雪水庫山銅礦床為小型，其下伏有蘿卜地—老背沖中型銅礦床等。這說明此類礦床的成礦作用有繼承性，預(yù)示著其成礦作用與區(qū)域銅礦床的成礦作用有成因聯(lián)系，與同位成礦理論相一致［16］。但這一成礦期的礦化范圍和強度比較小，是裂谷演化到一定階段（即產(chǎn)生差異性升陷到普遍沉降的轉(zhuǎn)換時期）的產(chǎn)物。

4 礦床成因及成礦模式

黑山初期，昆陽古裂谷繼續(xù)下陷，形成半封閉的滯流海灣。局部地段有火山噴氣活動，由地殼深部帶來部分銅質(zhì)，加之海水中殘留有落雪期同生沉積后剩余的部分銅質(zhì)，由于重力作用，這些銅質(zhì)逐漸集中于沉降幅度相對較大的凹盆中。當(dāng)沉積環(huán)境由落雪期的開闊潮坪氧化環(huán)境向黑山期半封閉滯流海灣強還原環(huán)境轉(zhuǎn)化時，銅質(zhì)便被碳泥質(zhì)物吸附而沉積，構(gòu)成了黑山組與落雪組界面附近的桃園式銅礦床的初始礦源層。

晉寧早期，裂谷褶皺回返，在擠壓力作用下形成橫向、縱向斷裂。晉寧晚期又發(fā)生基性巖漿活動，在巖漿侵入過程中，不僅帶來成礦物質(zhì)，而且提供礦質(zhì)賴以遷移的礦化劑，還可提供熱力和構(gòu)造動力，促使水溶液對流浸取含礦地質(zhì)體和有利層位的物質(zhì)，然后沿構(gòu)造通道到達黑山組含礦層。

在加入成礦物質(zhì)的同時，也對途經(jīng)圍巖中的含礦物質(zhì)不斷萃取，形成含銅礦液。含銅溶液在遇到黑山組板巖的碳質(zhì)或黃鐵礦時還原交代，沿層面或斷裂充填形成銅礦床，同時也對黑山組的初始礦源層進行疊加改造。據(jù)現(xiàn)場觀察，該類礦床的后期構(gòu)造改造特征明顯，在礦化帶層間縱向斷層與規(guī)模較大的橫斷層交匯地段，含礦石英脈、石英白云石脈發(fā)育，礦體往往有變厚變富的現(xiàn)象。如水庫山礦床在落因破碎帶的F5，F(xiàn)6兩橫斷層間，礦體最大厚度達9．5m，地段長僅160m，為礦化帶總長度的1／10，但其銅儲量卻占該帶的1／3。

后期構(gòu)造改造特征在其他礦床中也很明顯，如湯丹桃園銅礦床的礦化富集受一縱向?qū)娱g斷層破碎帶的控制，落雪貪花山礦床的礦化富集地段受規(guī)模較大的橫斷層F44和F63的控制。

5 結(jié)論

（1）桃園式銅礦礦石的微量元素特征、黃鐵礦的Co／Ni比值、黃鐵礦和黃銅礦的硫同位素都表明成礦熱液主要來自深部，少部分來自海水。

（2）該銅礦的稀土元素特征顯示還原成礦環(huán)境。

（3）該銅礦主要成礦階段在晉寧晚期基性巖漿活動過程中或稍晚時期。

（4）該銅礦的形成是地層及巖相古地理、構(gòu)造、巖漿活動和礦化濃集中心共同作用的結(jié)果，各控礦因素在銅礦形成的不同階段起著不同的作用。

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The geological characteristics of Taoyuan－type copper deposit and the ore－controlling factors

LIU Wei－ming1，2，LIU Ji－shun1，LIU Wen－h(huán)eng1，OUYANG Yu－fei1，3，LIU Wen－jian4，YIN Li－jun1
（1．School of Geosciences and Info－Physics，Central South University，Changsha410083，China；2．Faculty of Resources and Environmental Engineering，Jiangxi University of Science and Technology Ganzhou 341000，Jiangxi，China；3．Guangdong Rising Mining Investment Co．LTD，Guangzhou510600，China；4．Yunnan Jinsha Mining Co，LTD，Dongchuan654100，China）

Taoyuan－type copper deposit is in black carbonaeous shale and tuffaceous slate at bottom of Heishan formation．Trace elements characteristics of ore，Co／Ni ratio of pyrite and sulfur isotope analysis of pyrite and chalcopyrite indicate that the ore－forming hydrothermal fluid mainly comes from depth，a few from sea water．Characteristics of rare earth elements show a redusced metallogenic environment．Its main metallogenic phase is in late Jinning period when basic magmatism took place or later．Strata，lithofacies and paleogeography，structure，magma activity and mineralization concentration center are the orecontrolling factors．

Taoyuan－type copper deposit；Heishan formation；ore－controlling factor；Dongchuan copper deposit；Yunnan province

P613；P618．41

A

1001－1412（2012）03－0278－06

10．6053／j．issn．1001－1412．2012．03．003

2011－08－31； 改回日期： 2012－02－05； 責(zé)任編輯： 王傳泰

云南省院省?？萍己献黜椖浚ň幪枺?003UDBEA00A026）和云南金沙礦業(yè)股份有限公司聯(lián)合資助。

劉衛(wèi)明（1964－），男，教授，博士研究生，國土資源信息工程專業(yè)，研究方向為礦產(chǎn)預(yù)測及礦山信息化。通信地址：江西省贛州市江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院；郵政編碼：341000；E－mail：wm＿liu＠sina．com