蔣小芳,王生偉,廖震文,周 清,郭 陽,周邦國
(中國地質(zhì)調(diào)查局 成都地質(zhì)調(diào)查中心,四川 成都 610081)
油房溝銅礦(又稱為淌塘銅礦),是康滇地區(qū)近年發(fā)現(xiàn)的一種新的銅礦類型,位于四川省涼山彝族自治州會東縣淌塘鄉(xiāng)境內(nèi)。礦區(qū)地理坐標(biāo)為:E102°42′05″~102°45′07″,N26°23′15″~26°27′34″,礦區(qū)面積約40 km2,經(jīng)過四川省地質(zhì)調(diào)查院的勘探工作,最終提交(333+3341)銅金屬儲量約 15萬噸,規(guī)模達(dá)到中型銅礦,遠(yuǎn)景儲量超過 60萬噸(沈和明等,2006)。前人對該銅礦床尚未開展過礦床地球化學(xué)研究,其成礦時代、物質(zhì)來源等尚不清楚。隨著分析測試技術(shù)的發(fā)展,Re-Os同位素測年及示蹤日趨成熟,成果不斷涌現(xiàn)(Walker et al.,1994;杜安道等,1994;Suzuki et al.,1996;Ruiz et al.,1997;Stein et al.,2000;蔣少涌等,2000;毛景文等,2001,2004;Mathur et al.,2002;李澤琴等,2003;薛春紀(jì)等,2003;Morelli et al.,2004,2005,2010;楊剛等,2005;Selby et al.,2009;孫曉明等,2006,2007;石貴勇等,2006,2012;郭維民等,2011;Huang et al.,2013a,2013b;葉現(xiàn)韜等,2013)。本文報道了油房溝銅礦黃銅礦的Re-Os同位素年齡,據(jù)此討論其成礦時代、可能的物質(zhì)來源、大地構(gòu)造背景及礦床成因。
油房溝銅礦位于康滇地區(qū)中東部,即近 EW 向的麻塘深大斷裂和 SN走向的德干深大斷裂的北東側(cè)(圖1)。區(qū)內(nèi)元古宙基底地層廣泛出露,以近 EW走向的菜子園–踩馬水–麻塘深大斷裂帶為界限,該斷裂帶南側(cè)為湯丹群(自下而上分別為灑海溝組、望廠組、菜園灣組、平頂山組)和東川群(含因民組、落雪組、黑山組、青龍山組),其中兩件湯丹群望廠組凝灰?guī)r的SHRIMP鋯石U-Pb年齡分別為2299 Ma和2285 Ma(朱華平等,2011;周邦國等,2012),表明其沉積時代為古元古代;東川群不整合覆蓋于湯丹群之上,最近研究顯示其沉積時代為古元古代晚期至中元古代早期(孫志明等,2009;Zhao et al.,2010;王生偉等,2011)。斷裂帶北側(cè)基底為會理群(自下而上分別為淌塘組、力馬河組、鳳山營組和天寶山組),主要巖性為一套淺變質(zhì)的細(xì)碎屑巖、變碳酸鹽巖夾少量變質(zhì)火山巖及火山碎屑巖,頂部天寶山組流紋巖鋯石的U-Pb年齡為1028 Ma和1036 Ma(耿元生等,2007;尹福光等,2012),表明會理群沉積時代在中元古代晚期。
圖1 康滇地區(qū)中東部地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch map of the central-east Kangdian area
礦區(qū)構(gòu)造發(fā)育,主要斷層有NW走向的F1、NE走向的F2及F3斷層,其中F1總體傾向NE50°(圖2),傾角 54°~70°,性質(zhì)為張性逆斷層,局部見滑劈理,可見張性構(gòu)造角礫巖。F1對礦體起破壞作用,水平斷距為55 m,傾向上錯距為80 m。F2和F3斷層,為張性斷裂。礦區(qū)總體褶皺形態(tài)為軸向近南北的緊密復(fù)式褶皺,中部為一向斜,東部為一背斜,次級構(gòu)造為一系列近EW向的次級褶皺疊加近SN向褶皺。向斜核部為淌塘組上亞組地層,兩翼為淌塘組中亞組及下亞組地層。背斜核部為淌塘組下亞組地層,兩翼為淌塘組中亞組及上亞組地層。
區(qū)內(nèi)巖漿巖不太發(fā)育,在礦區(qū)北部有一 NE走向石英鈉長巖體分布,基性巖脈偶有出露,主要為輝綠輝長巖脈、輝綠巖脈,見于北東部。
油房溝銅礦賦存于會理群下部的淌塘組內(nèi)(Pt2t),由凝灰千枚巖、炭質(zhì)千枚巖、砂質(zhì)板巖及白云質(zhì)大理巖、結(jié)晶灰?guī)r透鏡體組成。與上覆地層力馬河組、下伏青龍山組呈整合接觸關(guān)系,分布范圍占礦區(qū)80%以上面積。含礦層位于淌塘組第三段,巖性為深灰至灰黑色含炭質(zhì)(絹云)千枚巖夾凝灰質(zhì)絹云千枚巖,地層走向總體呈NNE-SSE向,傾向隨褶皺變化,在兩翼主要呈NE向或SW向,傾角29°~83°不等。此外,礦區(qū)還廣泛分布第四系,主要分布于低洼溝谷,為沖、洪積堆積物,主要成分為砂礫石、砂質(zhì)黏土。
圖2 油房溝銅礦地質(zhì)簡圖(據(jù)沈和明等,2006)Fig.2 Geological sketch map of the Youfanggou copper deposit
礦化帶總體呈近南北向展布,約3.1 km長;在0線以南則隨地層轉(zhuǎn)向南西,向北仍繼續(xù)延伸。礦化帶在 0線至 15線一帶由工程連續(xù)控制(沈和明等,2006),向北在39線、59線稀疏控制。截至2007年,共圈定出K1和K2兩個銅礦體(圖3),均為隱伏–半隱伏礦體。K2號礦體產(chǎn)于K1號礦體上部,平面上位于K1號礦體西側(cè)10~70 m,兩條礦體呈近平行產(chǎn)出,中部相距稍遠(yuǎn)。另在礦化層下部見沿裂隙充填的不連續(xù)透鏡狀礦體,主礦體特征分述如下:
K1號礦體:為區(qū)內(nèi)最大的工業(yè)銅礦體。北起熊家溝,向南經(jīng)余家小溝至小巖溝一帶。礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出,與巖層產(chǎn)狀基本一致。在0線以北,礦體走向近 SN,傾向 270°±,傾角 68°~83°,平均傾角77°;0線以南被F1所截,其走向沿地層轉(zhuǎn)為NE-SW向。礦體長1000 m,厚度從南至北有變薄趨勢,向深部則趨于厚大,一般1.88~29.03 m,平均厚11.10 m。Cu品位單樣品最高5.40%,最低0.12%,一般0.4%~1.74%;單工程加權(quán)平均Cu品位最高為1.46%,最低0.47%;礦體平均Cu品位為1.15%(沈和明等,2006)。
K2號礦體:礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出,與巖層產(chǎn)狀基本一致。礦體傾向SW-NW,傾角75°~83°,平均傾角77°。礦體長達(dá)1000 m,厚度從南至北變薄,向深部則趨于厚大,一般1.78~15.46 m,平均厚8.38 m。Cu品位單樣品最高 1.69%,最低 0.05%,一般0.43%~1.48%;單工程加權(quán)平均 Cu品位最高為1.01%,最低 0.40%,礦體平均 Cu品位為 0.78%(沈和明等,2006)。
圖3 油房溝銅礦3號勘探線剖面圖(據(jù)沈和明等,2006)Fig.3 Profile No.3 exploration line of the Youfanggou copper deposit
淺表礦體顯示出明顯風(fēng)化淋濾特征,硫化物被淋濾的空洞由褐鐵礦不均勻充填分布,礦石呈蜂窩狀、皮殼狀,局部見薄膜狀孔雀石、藍(lán)銅礦,Cu品位明顯降低或不夠工業(yè)品位。據(jù)區(qū)內(nèi)工程控制,大致確定地表以下0~30 m范圍內(nèi)為風(fēng)化淋濾帶。經(jīng)不同深度礦體與Cu品位變化初步對比表明,隨著埋藏深度的增加,礦體品位、厚度亦有增高、增厚趨勢。最近,本項目組再次對該銅礦進行了調(diào)查,據(jù)油房溝銅礦生產(chǎn)技術(shù)組介紹,隨著勘探程度提高,證實了K1和K2礦體在深部加厚變富,并有合二為一形成一個厚大礦體的趨勢,且還在K1和K2礦體北側(cè)新發(fā)現(xiàn)近EW走向的K3礦體。
油房溝銅礦的原生礦石可分為兩種類型,炭質(zhì)(絹云)凝灰千枚巖型銅礦石(主要類型)和石英-碳酸鹽巖型銅礦石(次要類型),前者最主要特點是銅礦物呈細(xì)脈浸染狀分布(圖4a、b、c),后者銅礦物多呈不均勻浸染狀、星點狀及少量團塊狀(圖4d)。
本次分析測試的樣品YFG1和YFG3分別采集自 2435中段 K1和 K2礦體的掌子面,YFG2采自2435中段距坑口約580 m處,YFG5采集自2435中段距坑口約1200 m。礦石類型均為炭質(zhì)(絹云)凝灰千枚巖型銅礦石,礦石礦物為黃銅礦、斑銅礦、黃鐵礦。黃銅礦呈自形–半自形粒狀,粒度一般在0.01~0.1 mm之間,以集合體方式呈星散狀、浸染狀分布于巖石之中。脈石礦物有絹云母、石英、白云石、方解石、白云母、黑云母及長石等。絹云母為細(xì)鱗片狀,沿千枚理呈條紋狀分布。石英為粒狀變晶結(jié)構(gòu),具明顯的次生加大現(xiàn)象,后期硅化作用明顯。白云石呈細(xì)粒變晶結(jié)構(gòu),局部充填裂隙呈細(xì)脈狀產(chǎn)出,與后期白云石化關(guān)系密切。此外,礦區(qū)發(fā)育大量炭質(zhì),呈塵點狀散布于巖石中,分布范圍較廣,含量小于5%,并在擠壓破碎帶出現(xiàn)石墨化。
樣品單礦物挑選由河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究院實驗室挑選,常規(guī)碎樣 20目后手工挑選,每個樣品各挑出約10 g黃銅礦單礦物。分析和測試在國家地質(zhì)實驗測試中心Re-Os分析實驗室完成。樣品中的Re和Os含量均采用同位素稀釋法(ID-ICP-MS)分析(Shirey and Walker,1995;Du et al.,2004)。準(zhǔn)確稱黃銅礦0.3 g,通過長細(xì)頸漏斗加入到Carius管底部。緩慢加液氮到有半杯乙醇的保溫杯中,調(diào)節(jié)溫度到–50 ℃至–80 ℃,將 Carius放置于到該保溫杯中,通過長細(xì)頸漏斗把準(zhǔn)確稱取的185Re和190Os混合稀釋劑加入到 Carius管底部,再加入 4 mL 10 mol/L HCI和 4 mL 16 mol/L HNO3;當(dāng)管底溶液冰凍后,用丙烷氧氣火焰加熱封好Carius管的細(xì)頸部分。放入不銹鋼套管內(nèi),輕輕放套管入鼓風(fēng)烘箱內(nèi),待回到室溫后,逐漸升溫到 230 ℃,保溫12 h。在底部冷凍的情況下,打開Carius管,并用40 mL水將管中溶液轉(zhuǎn)入蒸餾瓶中進行蒸餾。
將蒸餾殘液置于電熱板上,加熱近干。加少量水,加熱近干。重復(fù)兩次以降低酸度。加入10 mL 5 mol/L NaOH,稍微加熱,轉(zhuǎn)為堿性介質(zhì)。轉(zhuǎn)入50 mL聚丙烯離心管中,離心,取上清液轉(zhuǎn)入120 mL Teflon分液漏斗中。加入10 mL丙酮,振蕩5 min,萃取Re。靜止分相,棄去水相。加2 mL 5 mol/L NaOH溶液到分液漏斗中,振蕩5 min,洗去丙酮相中的雜質(zhì)。棄去水相,排丙酮到150 mL已加有2 mL水的Teflon燒杯中。在電熱板上 50 ℃加熱以蒸發(fā)丙酮。加熱溶液至干。加數(shù)滴濃硝酸和30% H2O2,加熱蒸干以除去殘存的 Os。用數(shù)毫升稀 HNO3溶解殘渣,稀釋到硝酸濃度為2%,待ICP-MS測試。
圖4 油房溝銅礦礦石照片F(xiàn)ig.4 Field photos of ores from the Youfanggou copper deposit
采用美國TJA公司生產(chǎn)的TJA X-series ICP-MS測定同位素比值。對于 Re:選擇質(zhì)量數(shù) 185、187進行測定,用190監(jiān)測殘余Os,對于Os:選擇質(zhì)量數(shù)為186、187、188、189、190、192。用185監(jiān)測殘余Re。Re同位素分餾可采用193Ir/191Ir校正(梁細(xì)榮等,2005)或采用普通 Re 外標(biāo)校正。用 TJA X-series ICP-MS測試的Re、Os和187Os的空白流程值分別為(0.0157±0.0008)×10–9、(0.0001±0.0002)×10–9和(0.0001±0.0001)×10–9。
油房溝銅礦4件黃銅礦樣品的Re-Os分析結(jié)果見表 1。Re最高含量為 2.727×10–9,最低含量僅0.2656×10–9,根據(jù)以上測試結(jié)果計算四件原生黃銅礦樣品的模式年齡,計算公式為:
公式中的 λ為187Re 的衰變常數(shù),λ=1.666×10–11a–1(Smoliar et al.,1996)。
計算結(jié)果表明,模式年齡最小值為 815.6 Ma,最大值為876.0 Ma。利用ISOPLOT3.0對4件樣品進行等時線加權(quán)擬合,得到一條相關(guān)性好的等時線(圖5),其中相關(guān)系數(shù)r=0.99,等時線年齡為881±65 Ma(MSWD=1.08,n=4),初 始 值 (187Os/188Os)0=0.588±0.077,該等時線年齡與含 Cu石英脈的 Ar-Ar年齡(875±16 Ma,n=8,MSWD=1.2,王生偉等,2011)基本一致,代表了油房溝銅礦礦石礦物黃銅礦的結(jié)晶時代,即油房溝銅礦床的成礦年齡,為新元古代中期,但明顯要晚于賦礦圍巖淌塘組。
作者由 Re-Os等時線得到樣品的187Os/188Os初始值為0.588,高于881 Ma時地幔值0.121,低于 881 Ma時地殼值 2.586,反映了油房溝銅礦的成礦物質(zhì)為殼–?;旌蟻碓础D6較清晰的反映了地幔–地殼–礦石中187Os-188Os隨時間的演化關(guān)系,地幔初始演化時間為地球形成時間,即 4.558 Ga,其初始值為0.09531,當(dāng)?shù)厍蜓莼?.7 Ga時,原始地幔分異形成原始地殼,此時二者187Os/188Os值均為 0.10825,此后二者各自演化。由于 Re為不相容元素,導(dǎo)致 Re在地殼富集,而在地幔則相對虧損,因此地殼中有187Re衰變產(chǎn)生的187Os更多,導(dǎo)致地殼的187Os/188Os值隨著時間的增加而快速增長,而地幔的187Re含量較低,因此其187Os/188Os值則增長緩慢。當(dāng)演化至 881 Ma,即油房溝銅礦形成時,地殼和地幔的187Os/188Os值分別為 2.586和 0.121,油房溝銅礦黃銅礦的187Os/188Os值為 0.588,介于地幔和地殼之間,但更接近地幔值,因此,表明 Os同位素為殼–?;旌系奶卣?但以幔源為主,這也可以從 Re/Os-Os圖解中得到進一步證實(圖7)。
油房溝銅礦成礦時代為 881±65 Ma,新元古代中期,揚子地臺西南緣巖漿活動極為頻繁,區(qū)內(nèi)發(fā)育大量的基性和中酸性巖漿巖,如自北向南延伸數(shù)百千米的新元古代酸性巖漿巖帶。研究顯示,巖漿巖的時代集中在約880~800 Ma(徐士進等,1996;郭建強等,1998;沈渭洲等,2000;李獻(xiàn)華等,2001,2002a,2002b;Zhou et al.,2002;Li et al.,2003a;Li et al.,2003;陳岳龍等,2004;杜利林等,2006;林廣春等,2010);此外,還出露少量的基性–超基性巖漿活動,時代約936~782 Ma(徐士進等,1998;沈渭洲等,2002a,2002b;2003;朱維光等,2004;杜利林等,2009)。盡管前人對巖漿巖形成的大地構(gòu)造背景有很大爭議,主要有島弧環(huán)境(顏丹平等,2002;Zhou et al.,2002;沈渭洲等,2003;杜利林等,2009)與地幔柱導(dǎo)致的裂谷拉張環(huán)境(李獻(xiàn)華等,2001,2002b,2002c;Li et al.,2002,2003a,2003b;Li et al.,2003;朱維光等,2004)兩種不同意見,但都表明在880~800 Ma,整個揚子地臺西緣存在一次重要的構(gòu)造巖漿事件。在油房溝銅礦區(qū),也發(fā)育石英鈉長巖體和輝綠巖體,其時代尚不清楚,但在其北西側(cè)的會理益門鎮(zhèn)及北東部云南巧家縣境內(nèi),鄰近菜子園–麻塘斷裂帶,均存在鋯石 U-Pb年齡為 872±11 Ma(MSWD=3.0,n=11)和 875±5 Ma(MSWD=1.4,n=20)的酸性巖體(內(nèi)部交流),與油房溝銅礦成礦時代基本一致。
表1 油房溝銅礦中黃銅礦的Re-Os分析結(jié)果Table 1 Re-Os analysis data of chalcopyrite from the Youfanggou copper deposit
圖5 油房溝銅礦中黃銅礦的Re-Os等時線年齡圖Fig.5 Re-Os isochron age of chalcopyrite from the Youfanggou copper deposit
圖6 油房溝銅礦的t-187Os/188Os圖解(據(jù)石貴勇等,2012)Fig.6 t vs.187Os/188Os diagram of the Youfanggou copper deposit
圖7 油房溝銅礦的 Re/Os-Os圖解(據(jù) Lambert et al.,1999)Fig.7 Re/Os vs.Os diagram of the Youfanggou copper deposit
盡管新元古代揚子地臺西緣巖漿活動強烈,但從目前來看,康滇地區(qū)與該期大規(guī)模的酸性巖漿活動本身帶來Cu的成礦作用并不明顯,到目前為止沒有新元古代成規(guī)模的斑巖型銅礦報道,僅有零星的銅礦化點,但在鹽邊地區(qū)發(fā)現(xiàn)有與基性侵入巖有關(guān)的冷水箐銅鎳硫化物礦床(張成江等,1999;沈渭洲等,2003;朱維光等,2004;呂林素等2007;茍體忠等,2010),上述特征可能與大地構(gòu)造背景有關(guān)。油房溝銅礦位于康滇地區(qū)中部麻塘斷裂北側(cè),王生偉等(2013a,2013b)分別從花崗巖和蛇綠巖角度證實,近EW 走向的麻塘–踩馬水–菜子園斷裂帶是一條中元古代末期的縫合帶,即溝通地幔的深大斷裂帶。該斷裂帶南側(cè)即為我國著名的東川式銅礦礦集區(qū)(見圖1),邱華寧等(1997,2000,2001,2002a,2002b)對東川式銅礦伴生石英脈進行了較為詳細(xì)的 Ar-Ar年代學(xué)研究,獲得了 810~770 Ma以及 794±33 Ma和712±33 Ma等年齡,與油房溝銅礦成礦時代接近,并認(rèn)為東川銅礦主成礦期為新元古代晉寧期,或澄江期,與巖漿熱液密切相關(guān),但黃小文等(2011)的Re-Os同位素地質(zhì)年代學(xué)研究也不支持該觀點,本項目組也對東川銅礦原生黃銅礦進行的Re-Os同位素研究表明,其原生的馬尾絲狀黃銅礦的時代為1765±57 Ma(MSWD=0.36,n=3)(王生偉等,2012);后期塊狀富黃銅礦的 Re-Os同位素等時線年齡和187Os/188Os初始值(≈0.8)也與油房溝銅礦時代基本一致(未發(fā)表數(shù)據(jù))。
油房溝銅礦中發(fā)育大量的白云石、石英脈,厚度可達(dá)數(shù)十厘米,延伸較好,表明熱液活動非常強烈,強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過麻塘斷裂以南東川式銅礦后期的熱液活動。油房溝銅礦中石英脈的 Ar-Ar年齡為875±16 Ma(MSWD=1.2,n=8,王生偉等,2011),與本文報道的黃銅礦Re-Os等時線年齡相當(dāng)。黃銅礦的187Os/188Os初始值(0.588)介于881 Ma時的地殼值(2.586)和地幔值(0.121)之間(圖6),更接近地幔值;且在 Re/Os-Os圖解中(圖7),油房溝銅礦的樣品均位于地幔熔巖和 Lewisian地殼范圍內(nèi),因此,推測該礦的成礦物質(zhì)屬殼–?;旌蟻碓?但以幔源為主。幔源物質(zhì)只有通過深大斷裂才能到達(dá)賦礦地層,在接近地表溫度、壓力等物理、化學(xué)條件發(fā)生改變時沉淀,形成礦床。本項目組對油房溝銅礦附近大約2000 km2進行了1/5萬化探工作,沿NEE-SWW向麻塘深大斷裂,形成明顯的帶狀 Cu正異常(周邦國等,2011),在該斷裂鄰近的老青山、后山溝、黃坪等地形成一系列小型銅礦床及礦化點,顯示出深大斷裂對油房溝銅礦床的重要控制作用。油房溝銅礦賦礦圍巖為淌塘組(Pt2t)凝灰質(zhì)板巖、千枚巖,其Cu的背景值較高,為 60×10-6~1520×10-6(沈和明等,2006),Cu含量雖低于東川式銅礦原始貧礦體,但也可能是油房溝銅礦重要物質(zhì)來源之一。強烈的熱液活動,顯示新元古代本區(qū)深部較高的熱流值,可能與巖漿活動有關(guān)并提供大量的成礦物質(zhì),反映了麻塘–踩馬水–菜子園縫合帶在新元古代構(gòu)造–巖漿事件過程中進一步活動,深部含礦熱液沿深大斷裂向上運移,并萃取淌塘組(Pt2t)凝灰質(zhì)碎屑巖中的成礦物質(zhì),在有利的構(gòu)造部位一起沉淀,形成油房溝銅礦床,早期富銅地層中物質(zhì)的加入可能導(dǎo)致油房溝銅礦中較高的 Os值主要原因。因此,我們傾向于將油房溝銅礦歸入熱液脈型銅礦,成礦物質(zhì)主要來源于深部地幔,其次為淌塘組富 Cu凝灰質(zhì)碎屑巖和(或)東川群富銅的因民組、落雪組,揚子地臺西緣新元古代大規(guī)模巖漿事件過程中強烈的熱液活動是導(dǎo)致二者 Cu沉淀富集并最終形成油房溝銅礦床最關(guān)鍵的因素。
對油房溝銅礦中黃銅礦的Re-Os同位素地質(zhì)年代學(xué)研究,結(jié)果顯示,四件樣品的等時線年齡為881±65 Ma(MSWD=1.08,n=4),表明其成礦時代為新元古代,晚于賦礦圍巖會理群淌塘組。黃銅礦的187Os/188Os初始值為0.588,介于881 Ma時地殼和地幔的187Os/188Os值之間(分別為2.586和0.121),顯示殼?;旌咸卣?但更接近地幔值。油房溝銅礦屬熱液脈型銅礦,其成礦物質(zhì)主要來源于深部地幔,其次為淌塘組富Cu凝灰質(zhì)碎屑巖。新元古代揚子地臺西緣大規(guī)模巖漿事件過程中強烈的熱液活動是導(dǎo)致兩者 Cu富集并最終沉淀形成油房溝銅礦最關(guān)鍵的因素。
致謝:野外工作過程中得到油房溝銅礦生產(chǎn)技術(shù)組以及四川省地勘局403地質(zhì)大隊彭中山、朱應(yīng)海等同行的大力支持,在審稿過程中,中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所漆亮研究員和中山大學(xué)石貴勇博士提出了詳細(xì)的修改意見,謹(jǐn)致謝忱!
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