青海省都蘭南戈灘銅鐵錫多金屬礦成礦規(guī)律淺析

康清清，馬 曄，沙亞洲

(陜西省核工業(yè)地質(zhì)局二二四大隊，陜西 西安 710024)

南戈灘銅鐵錫多金屬礦區(qū)位于柴達木盆地東南緣、東昆侖造山帶北部。自上世紀70年代至今，區(qū)內(nèi)及相近區(qū)域上相繼發(fā)現(xiàn)了一系列與花崗巖漿侵入活動有關的矽卡巖型銅鐵錫鉛鋅多金屬礦，如卡爾卻卡銅礦、小臥龍錫鐵礦、白石崖鐵多金屬礦、托克妥銅多金屬礦、賽欽銅鈷礦、虎頭崖鉛鋅礦(馬慧英，2009;豐成有，2009;李東生，2011;馬圣鈔，2013)，其中小臥龍錫鐵礦位于本次研究區(qū)內(nèi)。以往學者對南戈灘地區(qū)銅鐵錫礦成礦地質(zhì)特征等方面開展了研究(薛培林，2006;李學虎，2009;馬慧英，2009;張占玉，2011)，但是區(qū)內(nèi)總體研究程度較低。本次在礦產(chǎn)勘查以及前人研究的基礎上，通過歸納、類比、總結(jié)，以巖漿—熱液成礦理論為基礎探討區(qū)內(nèi)多金屬成礦規(guī)律，以期指導礦床外圍及深部的找礦工作。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于祁曼塔格北坡—夏日哈新元古代—早古生代巖漿弧帶東段(見圖1)，其近北側(cè)以柴達木北緣斷裂與賽什騰—錫鐵山—哇洪山新元古代—早古生代縫合帶毗鄰。區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了元古宙結(jié)晶基底形成，古生代多旋回裂解 ～拼合復合造山，中生代大規(guī)模拉張裂陷活動，中—新生代陸陸碰撞、隆升，構(gòu)成了復雜的地質(zhì)環(huán)境[1]。

區(qū)內(nèi)主要出露地層為寒武—奧陶系灘間山群(∈OT)，為一套遭受中—低級變質(zhì)作用的淺海相碳酸鹽巖及中—基性火山碎屑巖建造，巖性以石英片巖、鈣質(zhì)砂巖、硅化灰?guī)r、矽卡巖為主夾少量變質(zhì)石英砂巖、絹云千枚巖以及條帶狀大理巖等，其中矽卡巖、硅化灰?guī)r及鈣質(zhì)砂巖為區(qū)內(nèi)主要含礦巖性。地層總體傾向南東，傾角55°～75°不等。區(qū)內(nèi)構(gòu)造明顯受區(qū)域大斷裂和區(qū)域應力場的控制。斷裂構(gòu)造以一系列近雁列式展布的北東向張性斷裂為主，其次為近東西向和北西向展布的次級斷裂，其中北東向斷裂構(gòu)造為區(qū)內(nèi)的主要控礦斷裂。褶皺構(gòu)造為發(fā)育于灘間山群地層中的褶皺軸呈北東向展布的倒轉(zhuǎn)向斜構(gòu)造，核部為灘間山群上亞群，其為區(qū)域褶皺系的一部分。區(qū)內(nèi)巖漿活動主要為印支-燕山期中酸性巖漿侵入活動。分布于研究區(qū)西部的灰白-肉紅色似斑狀中細粒二長花崗巖(ηγ51d-2)、肉紅色似斑狀二長花崗巖(ηγ51d-3)巖基，黑云母(K-Ar法)同位素年齡值小于166 Ma[2]，為印支晚期到燕山早期中酸性巖漿活動產(chǎn)物。同時，區(qū)內(nèi)發(fā)育中—細粒的花崗斑巖、二長花崗斑巖小巖株。花崗斑巖巖株多與區(qū)內(nèi)構(gòu)造線一致，呈北東向展布，與區(qū)內(nèi)多金屬成礦關系密切。

圖1 大地構(gòu)造位置圖

2 鐵、銅、錫礦化特征

研究區(qū)內(nèi)的多金屬礦化主要為磁鐵礦化、銅礦化及錫礦化，為典型的矽卡巖型多金屬礦床。目前已圈出鐵礦體42個、銅礦體8個、錫礦體29個，多為隱伏礦體。礦體多呈北東向展布，產(chǎn)于灘間山群上亞群。礦體多受順層滑脫斷層的控制，與區(qū)內(nèi)地層近平行產(chǎn)出。礦體呈似層狀、透鏡狀，長度40～600 m，厚度1～23 m，多南東傾向，少數(shù)礦體呈北西向及近東西向展布[3]。研究區(qū)西部主要以錫鎢礦為主，同時發(fā)育磁鐵礦;中部以磁鐵礦為主，兼有銅礦化;東部主要以銅礦化為主。多數(shù)礦體在傾向和走向上均表現(xiàn)出不均一性，為不連續(xù)的不同規(guī)模的透鏡體斷續(xù)分布。

礦石礦物組合復雜，金屬礦物有磁鐵礦、錫石、白鎢礦、黃銅礦、赤鐵礦、黃鐵礦、輝銅礦、斑銅礦、閃鋅礦、雌黃鐵礦、毒砂、孔雀石、褐鐵礦等，脈石礦物主要有石榴子石、透輝石、綠簾石、石英、符山石、黑云母、綠泥石、金紅石等。主要圍巖蝕變有矽卡巖化、黃鐵礦化、雌黃鐵礦、綠泥石化、碳酸鹽化、硅化、透閃石化、透輝石化、陽起石化[3]。

1)鐵礦體長60～340 m，厚度0.83～23 m，平均厚度1～23.21 m，傾向延伸80～240 m。礦體呈似層狀，向下分支，傾向南東，傾角43°～56°，平行于圍巖產(chǎn)出。礦體上下盤為鈣質(zhì)矽卡巖或矽卡巖化灰?guī)r。礦體平均品位 ω(Fe)36.69%，ω(Cu)0.16%，ω(Sn)0.29%。部分礦體錫含量較高，局部有銅富集，礦石主要為磁鐵礦、錫石磁鐵礦。

2)銅礦體長40～190 m，厚度 1～3.32 m，傾向延伸 100～175 m。礦體呈似層狀，可見分枝復合現(xiàn)象，傾向南東，傾角40°～62°，產(chǎn)狀與圍巖一致。礦體上下盤為硅化灰?guī)r及鈣質(zhì)矽卡巖。礦體平均品位ω(Cu)1.22%，局部含高品位磁鐵礦。礦石礦物主要為黃銅礦。

3)錫礦體長142～600 m，延伸 71～135 m，厚度 1.64～20 m。礦體平均品位 ω(Sn)0.255%，ω(Fe)23.23%，ω(W)0.16%。礦體主要以錫為主，伴生有磁鐵礦和白鎢礦(見圖2)。

圖2 南戈灘鐵銅錫礦區(qū)地質(zhì)圖

3 鐵、銅、錫成礦規(guī)律探討

3.1 礦化與地層的專屬聯(lián)系

區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的鐵銅錫礦體賦礦圍巖多為寒武—奧陶系灘間山群上亞群(∈OT2)的鈣質(zhì)矽卡巖、矽卡巖化灰?guī)r及鈣質(zhì)砂巖等鈣質(zhì)巖性。巖性組合以不純的碳酸巖鹽與鈣質(zhì)砂巖、石英片巖等呈互層出現(xiàn)為特征;巖石不同程度具硅化，尤其以碳酸鹽巖的硅化最明顯。同時，礦體產(chǎn)出多伴有不同程度的矽卡巖化現(xiàn)象。其中磁鐵礦體多產(chǎn)于典型的矽卡巖帶內(nèi);銅礦體亦多產(chǎn)于矽卡巖帶內(nèi)，少數(shù)銅礦體局部地段雖不與矽卡巖帶完全吻合，但近旁側(cè)多可見矽卡巖化現(xiàn)象。鈣質(zhì)地層及矽卡巖化與鐵銅錫多金屬礦化具有密切的成礦專屬聯(lián)系，矽卡巖化鈣質(zhì)地層作為區(qū)內(nèi)的重要找礦標志，在找礦過程中起到了較好的效果。

最為區(qū)內(nèi)地層主體的碳酸巖鹽地層具有化學性質(zhì)活潑、易溶、較脆，特別是硅化后更容易破裂，滲透性增強、利于含礦溶液流通并被交代形成矽卡巖;而不純碳酸鹽巖和鈣質(zhì)砂巖、石英片巖等形成互層，因機械性質(zhì)不同的巖石之間多受構(gòu)造影響形成層間斷裂破碎，有利于含礦熱液的流通，同時化學成分的不同也利于交代作用的發(fā)生[4]。石英片巖化學性質(zhì)較為穩(wěn)定、滲透性較差，不利于成礦熱液的交代，在一定意義上對氣液運移、滲透、交代起到了屏蔽隔擋的作用。因此，形成區(qū)內(nèi)矽卡巖及礦體呈層、似層狀產(chǎn)出的特點(見圖3)。

圖3 南戈灘2號銅礦帶0號勘探線剖面圖

3.2 礦化與張性斷裂構(gòu)造的耦合

區(qū)內(nèi)主要斷裂構(gòu)造的形成至少有兩期。其中早期斷裂為左行左階的高角度走滑斷層，主要形成了以張性為主的北東向斷裂和以壓性為主的近東西向斷裂(F1、F2、F3、F5)，同時伴有少量北西向次級剪裂(F4)，為區(qū)內(nèi)主要的控礦斷裂，由于早期北東向張性斷裂在區(qū)內(nèi)呈近似等間距排列(F1、F2、F5)，也導致了多金屬礦化的近似等間距排列;晚期主要為北西向、北西西向的平移斷層，對區(qū)內(nèi)礦體起到了錯斷、破壞的作用。目前區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的鐵銅錫礦體多與早期形成的北東向?qū)娱g滑脫斷裂構(gòu)造相伴產(chǎn)出，少量與北西向張裂伴生，礦體基本賦存與構(gòu)造帶內(nèi)以及旁側(cè)，礦體產(chǎn)狀與構(gòu)造產(chǎn)狀一致或相近。

如圖4中，F(xiàn)2斷裂為左行的高角度走滑斷層，受區(qū)域應力的作用，其北盤向西滑動，南盤向東滑動。在斷層產(chǎn)狀變化部位形成層間滑脫性質(zhì)的張性斷裂，即北東向斷裂;同時形成了部分的北西向張(剪)裂。這些北東向的張裂以及北西向剪裂為后期礦質(zhì)的運移提供的良好的通道，尤其北東向的張裂形成的張性虛脫對熱液充填交代成礦非常有利，產(chǎn)出了區(qū)內(nèi)主要的錫鎢礦體、部分鐵礦體和銅礦體。

圖4 鐵銅錫礦體與F2斷裂耦合關系平面圖

3.3 礦化與巖漿熱液活動的成生關系

礦區(qū)出露的規(guī)模較大的巖漿巖主要為印支期的似斑狀二長花崗巖(ηγ51d-2、ηγ51d-3)，呈復式巖基產(chǎn)出與研究區(qū)西部，與區(qū)內(nèi)灘間山群地層近于直交。研究區(qū)中部自巖體與灘間山群接觸部位延斷裂構(gòu)造帶近側(cè)向北東方向發(fā)育矽卡巖帶或普遍發(fā)育不同程度的矽卡巖化現(xiàn)象。

化學分析結(jié)果顯示，區(qū)內(nèi)矽卡巖型礦石中 Sn、W、Mo、Mg、Ag、S、Ti、Fe、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Co、V、Ba、Sr、B、Be、Y、Yb、Ga、Ge等金屬元素，其中 Sn、Fe、Cu、Pb、Zn 等元素豐度值普遍較高[5]。與區(qū)內(nèi)巖漿巖微量元素平均含量特征吻合度較高(見表1)。其中，印支期花崗巖Sn元素含量為花崗巖平均含量的5倍以上，與之對應區(qū)內(nèi)也發(fā)育了較為普遍的錫礦化。

表1 南戈灘地區(qū)巖漿巖微量元素平均含量表

區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的礦體近側(cè)多發(fā)現(xiàn)有中酸性的花崗斑巖或二長花崗斑巖小巖株(脈)產(chǎn)出，總體來看有斑巖巖株的侵入的地段較其它地段礦化富集程度較高。中酸性小巖株的淺侵位、超淺侵位或噴發(fā)作用，為流體循環(huán)和運載成礦物質(zhì)、能量構(gòu)筑了“高速公路”[6](陳衍景，2012)，在區(qū)內(nèi)成礦過程中起到的作用不可忽視。雖然目前尚缺少資料顯示這些小巖株的成礦性，但是區(qū)內(nèi)礦化與這些后期脈動侵入的小巖株的空間耦合關系顯示了一定的“小巖體成礦”[7](湯中立，2011)可能性。

區(qū)內(nèi)矽卡巖以及賦存于其中的多金屬礦體與巖漿熱液活動有著密切的成生聯(lián)系?；◢弾r漿的侵入以及后期的脈動式侵入等熱液活動為區(qū)內(nèi)的多金屬成礦提供了豐富的礦質(zhì)及熱源，是區(qū)內(nèi)矽卡巖化和多金屬礦化的主導因素。

3.4 礦化蝕變的分帶特征

區(qū)內(nèi)多金屬礦化在空間上具有明顯的分帶現(xiàn)象。礦床南西段主要發(fā)育錫鎢礦化;向北東方向錫鎢礦化漸弱主要以發(fā)育磁鐵礦化為主，同時伴有銅礦化;礦床北東主要以發(fā)育銅礦化為主。形成了自南西向北東 Sn、W(Fe)→Fe(Sn、Cu)→Cu(Fe)→Cu的礦化分帶特征。礦化蝕變的分帶現(xiàn)象同時表現(xiàn)在從地表到深部元素富集特征的變化，其中礦床南西段地表礦化主要以錫礦化為主，向深部逐漸變?yōu)橐枣u礦化為主，越靠近巖體鎢礦化有增強的趨勢(見圖5)。

這種明顯的金屬礦化分帶特征的形成主要緣于成礦期含礦汽水熱液的演化[8](張德全，1992)。巖漿演化后期，由于巖漿中心的“高壓”環(huán)境，富含礦質(zhì)的汽水熱液通過斷裂構(gòu)造等薄弱地帶，從中心(礦區(qū)南西深部)向外圍(礦區(qū)北東部及淺部)運移。在氣液的遷移過程中，溫度、氧逸度、pH值、Eh值等地球化學障使多金屬元素的遷移能力下降，含礦汽水熱液與周圍環(huán)境不斷的發(fā)生能量和物質(zhì)的交換，含礦汽水溶液的成分和自身的物化性質(zhì)也不斷的變化。早期含礦氣液的前鋒與圍巖交代形成不同的矽卡巖和金屬礦化，后續(xù)的流體再與之繼續(xù)反映，又形成了不同的退化蝕變和金屬礦化。金屬礦物按照氧化物到硫化物的順序依次析出沉淀成礦，早期主要析出以錫石(SnO2)、白鎢礦(WO4)、磁鐵礦(Fe3O4)為主的氧化物，后期主要析出以黃銅礦(CuFeS2)、黃鐵礦(FeS2)為主的硫化物，金屬元素也依據(jù)本身的地球化學習性分別沉淀于相應的地球化學場中，從而導致了從南西到北東的金屬礦化分帶現(xiàn)象(見圖6)。

因此，礦床的北東部，地層與巖體接觸帶的遠端具有較好的銅成礦前景;而礦床的西南部，地層與巖體接觸帶的近端具有較好的錫鎢成礦前景;在垂向上礦床的深部錫鎢的成礦前景亦可觀。

區(qū)內(nèi)成礦事實是由多期次成礦活動組成的。磁鐵礦石鏡下顯微特征顯示，方解石被后期的富含鐵礦質(zhì)的熱液強烈交代，呈參差不齊、港灣狀的交代蠶食結(jié)構(gòu)。磁鐵礦里有呈交代殘留結(jié)構(gòu)的方解石顆粒，呈殘留結(jié)構(gòu)的方解石內(nèi)部還裹挾有島狀的磁鐵礦顆粒(見圖7左)。強烈的蝕變現(xiàn)象說明了成礦過程中含礦熱液以及揮發(fā)分的多期、多次、多脈動式的穿插交代。鏡下還可見交代作用形成的環(huán)帶狀結(jié)構(gòu)以及呈反應邊的輝石和閃石類礦物(見圖7右)，不僅表明了交代蝕變過程在較長時間內(nèi)的多期性，還指示了交代過程不僅與中酸性巖漿活動有關而且可能有部分中基性巖漿活動的成因。

圖5 南戈灘地區(qū)多金屬礦化分帶模式圖

圖6 南戈灘地區(qū)多金屬礦化分帶特征示意圖

3.5 成礦期次及成礦類型

圖7 南戈灘地區(qū)磁鐵礦石顯微結(jié)構(gòu)特征

同時，在同一成礦期成礦活動又經(jīng)歷了從早期的磁鐵礦階段到晚期的石英硫化物階段的過程，同一成礦階段內(nèi)的不同金屬礦物的成礦時間也存在先后順序。磁鐵礦階段主要為磁鐵礦、錫石、白鎢礦等氧化物的形成階段，區(qū)內(nèi)礦石中可見錫石常嵌入到磁鐵礦晶體中或著生在晶體邊緣，表明二者形成于同一階段，但錫石稍晚于磁鐵礦;白鎢礦常充填在輝石顆粒之間交代輝石及石榴子石，而又被磁鐵礦分割和包含，說明白鎢礦的生成晚于輝石而早于磁鐵礦[5]。石英硫化物階段主要形成黃鐵礦、黃銅礦等硫化物，礦石多可見其呈脈狀充填于磁鐵礦中。

成礦的多其次也導致了區(qū)內(nèi)即發(fā)育矽卡巖型的錫鐵銅多金屬礦化，亦發(fā)育石英脈型的錫、銅礦，局部地段可見石英脈型富錫銅礦體，并切穿矽卡巖產(chǎn)出。早期主要以矽卡巖型為主，晚期則以硫化物石英脈性為主。同時，研究區(qū)近北側(cè)的發(fā)育的柴達木北緣巖石圈大斷裂、印支期—燕山期淺成的中酸性巖和花崗斑巖等小巖株以及與巖漿熱液活動關系密切的矽卡巖型礦床等因素是另一種與矽卡巖型礦床關系密切的成礦類型——斑巖型礦存在的有利條件[9]。與南戈灘地區(qū)成礦地質(zhì)條件相似的東昆侖卡爾卻卡銅多金屬礦，近年來在矽卡巖型礦床深部發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模的斑巖礦床，為南戈灘地區(qū)今后深部找礦拓寬了思路(見圖8)。

圖8 南戈灘地區(qū)多金屬成礦期次示意圖

4 結(jié)語

(1)區(qū)內(nèi)鐵銅錫礦為典型的矽卡巖型多金屬礦，與灘間山群鈣質(zhì)地層具有成礦專屬性，礦體產(chǎn)出受北東向張性段斷裂控制，與印支—燕山期中酸性花崗巖具有密切的成生關系。矽卡巖(化)、北東向張裂是區(qū)內(nèi)重要的找礦標志。

(2)緣于成礦熱液的演化，多金屬礦化在空間上表現(xiàn)為明顯的自南西向北東 Sn、W(Fe)→Fe(Sn、Cu)→Cu(Fe)→Cu的礦化分帶特征。巖體和地層接觸帶遠端(礦床北東部)銅成礦前景好，而接觸帶近端及礦床深部錫鎢成礦前景可觀。

(3)多金屬礦化具有多期、多次蝕變交代成礦的特點，形成了矽卡巖型—多金屬硫化物石英脈型，根據(jù)區(qū)內(nèi)成礦條件，具有發(fā)現(xiàn)斑巖型礦床的潛力。

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