西藏多不雜銅礦區(qū)曲色組砂巖化學組分特征及構(gòu)造背景

何陽陽, 溫春齊, 劉顯凡, 趙 林, 趙元龍

(1.成都理工大學 地球科學學院，成都 610059; 2.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 402地質(zhì)隊，成都 611730)

多不雜斑巖銅礦床位于西藏阿里地區(qū)改則縣物瑪鄉(xiāng)境內(nèi)，是西藏地勘局地質(zhì)五隊近年發(fā)現(xiàn)的具有超大型規(guī)模前景的礦床，研究意義重大?；◢忛W長斑巖為該礦床的含礦斑巖體，下侏羅統(tǒng)曲色組第二巖段(J1q2)為主要賦礦層，巖性為淺灰色薄至中厚層狀變長石石英砂巖、砂質(zhì)板巖夾中基性火山巖，厚度>500 m，受到巖漿熱液的影響發(fā)生角巖化，角巖孔隙度低，可作為含礦流體的阻隔層，形成良好的天然圈閉，促使成礦流體積淀和富集，為礦區(qū)礦體的形成提供了必要的圍巖外部條件[1]。本文擬對該套地層中砂巖的元素地球化學特征進行研究。

1 成礦地質(zhì)背景

圖1 區(qū)域構(gòu)造位置圖Fig.1 Regional tectonic map of the Duobuza copper deposit(據(jù)文獻[2]修改)

多不雜銅礦區(qū)位于羌塘地塊的南緣以及班公湖-怒江縫合帶的西段(圖1)。班公湖-怒江縫合帶的形成與侏羅-白堊紀時期的拉薩地塊和羌塘地塊之間的怒江洋盆的碰撞閉合有關(guān)[3]，怒江洋盆碰撞閉合至白堊紀完全拼貼完成。班公湖-怒江縫合帶沿線發(fā)現(xiàn)有銅金多金屬礦化，伴有燕山期中酸性巖和基性巖的侵入，隨處可以見到蛇綠混雜體。

圖2 多不雜礦區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.2 Geologic map of the Duobuza copper deposit(據(jù)文獻[4]修改)N1k.新近系康托組; K1m1.下白堊統(tǒng)美日切組第一段; J1q2.下侏羅統(tǒng)曲色組第二段; Q4.第四系沉積物; γδπ53.花崗閃長斑巖; ν.灰綠色輝長巖; αβ53.玄武質(zhì)安山巖; βμ53.墨綠色輝綠巖

礦區(qū)出露地層較為簡單(圖2)，主要為下侏羅統(tǒng)曲色組第二巖段(J1q2)、下白堊統(tǒng)美日切組(K1m)、新近系康托組(N1k)、第四系(Q)。下侏羅統(tǒng)曲色組第二巖段是多不雜花崗閃長斑巖的主要圍巖，地層均已蝕變，近巖體蝕變?yōu)榛野?灰綠色綠簾石化、綠泥石化、硅化變長石石英砂巖(塊狀構(gòu)造、中砂或細砂結(jié)構(gòu)；巖石中的砂粒>50%，砂粒中石英占75%～95%，長石>巖屑；硅質(zhì)結(jié)物)，伴有細脈、浸染狀銅礦化，形成工業(yè)礦體；遠離巖體，蝕變?yōu)楹旨t色的角巖，伴有褐鐵礦化[4]。

F2和F10兩條斷層穿過礦區(qū)，巖體內(nèi)外接觸帶及斷裂兩側(cè)次級裂隙構(gòu)造十分發(fā)育。F2斷層穿過多不雜礦區(qū)中部，斷層面南傾，傾角40°～50°，構(gòu)造破碎帶中夾有一條長約200 m、30～40 m寬的美日切錯組紫紅色安山質(zhì)火山碎屑巖、安山玢巖的斷片。F10斷層在礦區(qū)沿薩瑪隆溝展布，被第四系覆蓋，根據(jù)遙感解譯、地貌特征、鉆孔資料推測該斷層走向約35°，傾向約305°，傾角約75°，形成較晚，并對含礦斑巖體有破壞作用[4]。

與成礦有關(guān)的巖漿巖是燕山期的中酸性巖和基性巖，它們分布在多不雜構(gòu)造巖漿帶上，屬于羌塘-三江復合板片南緣。礦區(qū)巖漿巖包括閃長巖、輝綠巖、花崗閃長斑巖、石英閃長巖及石英閃長玢巖等，產(chǎn)出形態(tài)主要為巖脈、巖株、巖墻[4]。

2 元素地球化學特征

巖石是由礦物組成的，而礦物又具有相對穩(wěn)定的化學組成。不同的礦物可能形成于不同的地質(zhì)環(huán)境；同一種礦物由于不同的環(huán)境和不同的成礦作用，其元素的組成也可能有所不同，因此可以利用巖石或礦石、礦物的元素組成的差異，應用于礦床研究，諸如礦床的形成環(huán)境、礦床的成因、找礦勘查及礦石綜合利用等方面[5]。本次研究選取了下侏羅統(tǒng)曲色組第二巖段的5件變質(zhì)砂巖樣品，全部取自多不雜礦區(qū)2304和2312號鉆孔，具有代表性。對其進行了主元素、痕量元素以及稀土元素質(zhì)量分數(shù)分析，測試單位為西南冶金地質(zhì)測試中心。

2.1 主元素特征

砂巖主元素質(zhì)量分數(shù)測試結(jié)果見表1。由表1可見，變質(zhì)砂巖中SiO2的質(zhì)量分數(shù)為64.85%～80.85%，平均為72.24%；MgO的質(zhì)量分數(shù)為0.62%～2.85%，平均為1.57%；Fe2O3的質(zhì)量分數(shù)為0.04%～2.22%，平均為0.96%；FeO的質(zhì)量分數(shù)為1.77%～4.64%，平均為3.53%；S的質(zhì)量分數(shù)為0.58%～1.3%，平均為1.03%?？梢钥吹?，樣品具有較高的Si、S，硅含量高反映了硅化與銅金礦化的密切關(guān)系，硫含量明顯增高，表明銅金礦化與黃鐵礦化關(guān)系極為密切[6]。

典型的長石石英砂巖一般以富含鉀長石和K含量高為特征，wK2O/wNa2O比值明顯高于1，通常在1.5～15之間[7]。表1中砂巖的wK2O/wNa2O均高于1，除了DBZ055號樣品以外，其他樣品均介于1.5～15之間，反映出較典型長石石英砂巖的特征。

表1 多不雜銅礦床砂巖主元素測試結(jié)果(w/%)Table 1 Test results of the constant elements in the sandstone from the Duobuza copper deposit

測試單位為西南冶金地質(zhì)測試中心； CIA為化學蝕變作用指標； CIW為化學風化作用指標； ICV為化學組分變化指標。

化學蝕變作用指標(CIA=100×wAl2O3/wAl2O3+CaO+Na2O+K2O)和化學風化作用指標(CIW=100×wAl2O3/wAl2O3+CaO+Na2O)經(jīng)常被用作風化強度指標，高值代表受到的風化作用強烈[8,9]。長石含量較高且含有大量黏土礦物的砂巖，化學組分變化指標[ICV=wFe2O3+K2O+Na2O+CaO+MgO+TiO2/wAl2O3)趨向于<1，伴隨著較強的風化作用，這種砂巖的石英含量較高[10]。由表1可見，樣品CIA和CIW值較高，ICV值趨向于<1，表明曲色組經(jīng)受了較強的風化作用，砂巖類型為長石石英砂巖，與上文中地層的描述一致。

2.2 稀土元素特征

稀土元素(REE)地球化學研究為巖石成因、成巖成礦物理化學條件及地球的形成與演化提供了重要的地球化學信息。稀土元素具有類似的地球化學和晶體化學性質(zhì)，它們常在造巖作用過程中作為一個整體運移，但它們又因鑭系收縮及奇偶效應而相互之間存在差異，正因為稀土元素的這一特性使其成為探討巖石成因的有效工具[11]。

表2為多不雜銅礦床變質(zhì)砂巖稀土元素質(zhì)量分數(shù)測試結(jié)果。根據(jù)里德6個球粒隕石平均含量[5]，將表2中的稀土元素經(jīng)球粒隕石標準化，計算出稀土元素含量比值及其異常系數(shù)，結(jié)果見表3，繪制的稀土元素配分型式如圖3所示。

圖3 稀土元素配分型式圖Fig.3 REE distribution pattern diagrams

由表3可見，變質(zhì)砂巖稀土元素總質(zhì)量分數(shù)變化較大，比上地幔稀土元素質(zhì)量分數(shù)(17.7×10-6)高出幾倍甚至幾十倍。在各特征參數(shù)中，(wLa/wYb)N比值的變化表示沉積物中輕重稀土元素分餾的程度，其值變化較大說明輕重稀土元素的分餾程度變化較大。(wLa/wSm)N值、(wGd/wYb)N值>1，說明LREE相對于HREE分餾程度高，LREE富集[5]。δCe<1，為負鈰異常，屬Ce虧損型；δEu<1，為負銪異常，屬Eu虧損型。絕大多數(shù)砂巖樣品的稀土元素配分模式相似，均屬輕稀土富集型，并顯示出相互平行的特點，表明稀土含量大致同步變化。可以推測，巖漿在侵位以前可能發(fā)生過分異作用，輕重稀土元素發(fā)生了一定程度的分餾。

從圖3中可以看到，樣品的REE配分模式基本一致，總體呈右傾型，說明它們輕稀土富集、重稀土虧損，和表3反映的現(xiàn)象一致。

表2 多不雜銅礦床砂巖稀土元素測試結(jié)果(w/10-6)Table 2 Test results of REE in the sandstone from the Duobuza copper deposit

測試單位：西南冶金地質(zhì)測試中心(2011)。

表3 多不雜銅礦床中變質(zhì)砂巖的稀土元素相關(guān)參數(shù)Table 3 Related parameters calculated for REE of metamorphic sandstone from the Duobuza copper deposit

表4 多不雜銅礦床砂巖痕量元素測試分析表(w/10-6)Table 4 Test results of the trace elements in the sandstone of the Duobuza copper deposit

測試單位：西南冶金地質(zhì)測試中心(2011)。

2.3 痕量元素特征

與主元素相比，痕量元素在巖石中含量低，且在不同類型的巖石中含量變化大，因此對巖石類型具有較強的判別能力[12]。痕量元素蛛網(wǎng)圖包括了比稀土元素配分模式更多的痕量元素，展現(xiàn)了更多的波峰(正異常)和波谷(負異常)，從而為巖石特征分析提供了更多的信息[13]。為了研究多不雜變質(zhì)砂巖的痕量元素特征，對采集的樣品進行了系統(tǒng)的痕量元素測試，結(jié)果如表4所示。

根據(jù)表4，采用McDonough(1992)等[14]的痕量元素排列順序和原始地幔值標準化后繪制的蛛網(wǎng)圖如圖4所示?？梢钥吹剑€型式總體一致，呈斜率較大的右傾型；相對富集Rb、Th、U、Ta、La、Ce、Hf等元素，相對虧損K、Sr、Ti等元素。

圖4 痕量元素蛛網(wǎng)圖Fig.4 Trace elements spide diagram

3 構(gòu)造背景判別

砂巖的地球化學特征主要取決于其組成成分，而后者與其物源和大地構(gòu)造背景的關(guān)系非常密切。雖然成巖作用可能會改變砂巖的原始地球化學特征，但這種變化本身就與構(gòu)造環(huán)境密切相關(guān)[15]。因此，可以根據(jù)砂巖的化學成分來判別其形成的大地構(gòu)造背景[5,16]。

Bhatia(1983)根據(jù)各種元素所具有的特點，確定了相應氧化物在不同構(gòu)造環(huán)境中有著不同的反應。他給出了它們的影響系數(shù)(表5)，構(gòu)造背景與主元素之間的聯(lián)系他用各種函數(shù)關(guān)系式來表達。同時他計算出了F1、F2值，采取2個不同的函數(shù)來作為判別砂巖構(gòu)造背景的2個端元，總結(jié)劃分出了圖解中有著4種不同的構(gòu)造背景區(qū)(圖5)。Bhatia和Crook (1986)認為，砂巖的痕量元素在判別構(gòu)造環(huán)境和研究砂巖物源區(qū)上作用很大[17]，并提出了可以區(qū)分形成于被動大陸邊緣、活動大陸邊緣、海洋島弧和大陸島弧砂巖的圖解(圖6)。

圖5 主元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig.5 Tectonic discrimination diagrams for the main elements(作圖方法據(jù)文獻[7])

圖6 痕量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig.6 Tectonic discrimination diagrams for the trace elements(作圖方法據(jù)文獻[7])a.海洋島弧; b.大陸島弧; c.活動大陸邊緣; d.被動大陸邊緣

判別SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2OP2O5常數(shù)F1-0.0447-0.9720.008-0.2670.208-3.0820.1400.1950.719-0.0327.5100.303F2-0.42101.988-0.526-0.551-1.6102.7200.881-0.907-0.177-1.8407.24443.570

判別公式F=a1xl+a2x2+…+anxn+C。其中，x1-xn為n個判別量，即表中所列氧化物的含量；a1-an為其相應系數(shù)；C為常量。

根據(jù)上述判別方法，將多不雜銅礦床砂巖成分測試分析結(jié)果進行處理計算，投入判別圖解?？梢钥吹?個樣品均落入或靠近活動大陸邊緣區(qū)，說明多不雜銅礦形成的構(gòu)造背景應該是活動大陸邊緣[6]。

4 結(jié) 論

a.下侏羅統(tǒng)曲色組第二巖段是多不雜礦區(qū)花崗閃長斑巖的主要圍巖，巖性為淺灰色薄至中厚層狀變長石石英砂巖、砂質(zhì)板巖夾中基性火山巖，受到巖漿熱液的影響發(fā)生角巖化，可作為含礦流體的阻隔層，形成良好的天然圈閉，促使成礦流體積淀和富集，為礦體的形成提供了必要的條件。

b.通過對樣品化學蝕變作用指標、化學風化作用指標、化學組分變化指標等參數(shù)的綜合分析，認為該地層中的砂巖類型主要為長石石英砂巖，與陳紅旗等(2011)的描述相一致。

c.主元素分析表明，硅化、黃鐵礦化與銅金礦化關(guān)系密切；稀土元素分析表明，巖漿在侵位以前可能發(fā)生過分異作用，輕重稀土元素發(fā)生了一定程度的分餾，導致LREE富集、HREE虧損；痕量元素分析表明，樣品相對富集Rb、Th、U、Ta、La、Ce、Hf等元素，相對虧損K、Sr、Ti等元素。

d.通過對砂巖成分的系統(tǒng)分析，利用相關(guān)經(jīng)驗圖解進行投圖，推斷多不雜銅礦床砂巖形成的構(gòu)造背景是活動大陸邊緣。

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