淺談斑巖銅礦床研究進(jìn)展

陳祖見，秦 權(quán)

（廣西二一五地質(zhì)隊有限公司，廣西 柳州 545005）

銅是一種重要的戰(zhàn)略金屬，其具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性，機械性能良好，在工業(yè)中被廣泛應(yīng)用，其用量僅次于鋼鐵和鋁。中國是一個貧銅的國家，銅資源自給率不到三成，嚴(yán)重依賴國外進(jìn)口。在中國已發(fā)現(xiàn)的銅礦床中，斑巖型、矽卡巖型、海相火山巖型以及沉積變質(zhì)型分別占資源量的42.2%、22.3%、15.0%和11.3%，因此加大對斑巖銅礦床的研究，對于增加銅儲量，保證國民經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要。

1 斑巖銅礦的基本特征

斑巖銅礦是一種與中、酸性斑巖侵入體密切相關(guān)的銅礦礦床，其通常具有儲量大、品位低及埋藏淺的特征。在斑巖銅礦的形成過程中通常伴隨著大規(guī)模的中-高溫?zé)嵋何g變，形成鉀化、絹英巖化、青磐巖化等蝕變。其中，鉀化蝕變以出現(xiàn)鉀長石-石英-黑云母-磁鐵礦-硫化物±硬石膏等礦物組合為特征，通常分布于成礦系統(tǒng)的中部，主要出現(xiàn)在中酸性侵入體及其附近圍巖中；青磐巖化蝕變以出現(xiàn)綠泥石-綠簾石-方解石-陽起石等礦物組合為特征，通常分布于鉀化外圍，主要出現(xiàn)在中酸性侵入體的圍巖中；絹英巖化以出現(xiàn)黃銅礦-黃鐵礦-硬石膏-絹云母礦物組合為特征，通常分布于鉀化帶和青磐巖化帶之間，主要出現(xiàn)在中酸性侵入體及其附近圍巖中。斑巖銅礦中的礦化，主要以黃銅礦-石英-黃鐵礦±輝鉬礦±磁鐵礦組合出現(xiàn)，通常以浸染狀、細(xì)脈浸染狀、網(wǎng)脈狀分布于中酸性巖體中，其為世界提供了約75%的Cu，90%的Mo，及20%的Au。斑巖銅礦的形成通常在地表以下5km 以內(nèi)，在其形成之后，經(jīng)過風(fēng)化、剝蝕作用通常出露在地表或近地表環(huán)境中。斑巖銅礦中Cu 的品位通常不超過0.5%，極少數(shù)能達(dá)到0.8%，單個斑巖銅礦的儲量通常能達(dá)到幾十到上百萬噸，甚至幾千萬噸，且具有成群、成帶的特征，具有極高的經(jīng)濟(jì)價值[1]。此外，斑巖銅礦的形成的過程中，通常在其周圍伴隨著矽卡巖型礦床、淺成低溫型礦床，形成一個以斑巖為主的成礦系統(tǒng)。

2 斑巖銅礦的時空分布規(guī)律

研究表明，斑巖銅礦幾乎在地質(zhì)歷史中的各個時期具有形成，如加拿大的Parmour、Lac Troilus 等礦床形成于太古宙，印度的Malajkhand、澳大利亞的Boddington 則形成于元古宙，中國最古老的斑巖銅礦為中條山銅礦峪斑巖銅礦，其形成于約2100Ma。而世界上絕大多數(shù)斑巖銅礦均形成于顯生宙，特別是新生代以來。這可能是因為斑巖銅礦具有埋藏淺的特征所導(dǎo)致的。在斑巖銅礦形成之后，通常要經(jīng)歷地殼的抬升以及后期的風(fēng)化剝蝕作用，老的斑巖銅礦床通常難以保存下來，而新生代的斑巖銅礦床能夠很好的保存下來。

從空間上來看，全球斑巖銅礦床主要產(chǎn)出在與新生洋殼俯沖相關(guān)的洋弧、陸緣弧環(huán)境，以及板塊碰撞后伸展環(huán)境中。世界上的斑巖銅礦大致分布在三個巨型成礦帶內(nèi)：環(huán)太平洋成礦帶、中亞成礦帶、特提斯-喜馬拉雅成礦帶。其中，環(huán)太平洋成礦帶內(nèi)斑巖銅礦主要形成于新生代陸緣弧、洋弧中，與太平洋新生代的俯沖密切相關(guān)。中亞成礦帶中斑巖銅礦主要形成于古生代島弧中，與古生代古亞洲洋的俯沖密切相關(guān)。特提斯-喜馬拉雅成礦帶中，斑巖銅礦形成于后碰撞環(huán)境中，與新特提斯洋閉合后地殼伸展有關(guān)。

3 斑巖銅礦的金屬來源

斑巖銅礦中金屬的來源，是理解斑巖銅礦成果過程的關(guān)鍵。對于俯沖環(huán)境下形成的斑巖銅礦，學(xué)者們一直認(rèn)為Cu 來自于巖漿。Sillitoe (1972)詳細(xì)討論了斑巖銅礦中Cu 的來源問題，認(rèn)為洋殼在俯沖的過程中溫度會升高、導(dǎo)致金屬元素與揮發(fā)分一起從地殼中排出，進(jìn)入地幔楔中，進(jìn)一步隨地幔楔的部分熔融形成中-酸性巖漿巖進(jìn)入上地殼[2]。因此，長期以來斑巖銅礦中Cu 來源于俯沖洋殼的觀點一直占主導(dǎo)地位。然而，近些年來，地幔中Cu 對成礦的作用越來越被重視。該觀點認(rèn)為，俯沖板片脫水流體中富含大量的Fe3+，其進(jìn)入地幔楔中，導(dǎo)致地幔楔氧逸度升高，地幔中含Cu 硫化物發(fā)生氧化、分解，從而使得地幔中的Cu進(jìn)入成礦巖漿巖中，隨巖漿巖一同進(jìn)入上地殼中[3]。

特提斯-喜馬拉雅成礦帶中的斑巖銅礦，其Cu 的來源主要被認(rèn)為是新生下地殼的部分熔融而形成。后碰撞階段新生下地殼中的Cu，主要來自于早期俯沖階段弧巖漿的在殼幔結(jié)合部位的結(jié)晶分異作用。在新特提斯洋俯沖的過程中，弧巖漿底侵到殼幔結(jié)合部位，通過結(jié)晶分異，含Cu 硫化物發(fā)生沉淀。后碰撞階段，高氧逸度、高熱量的超鉀質(zhì)巖漿侵入到下地殼，使得早期沉淀的硫化物發(fā)生熔融，形成富Cu 巖漿巖。從而使得Cu 隨巖漿上升到淺部地殼。

金屬元素由巖漿帶到淺部地殼之后，經(jīng)歷了流體與巖漿巖的分離，從而形成斑巖銅礦并伴隨著大規(guī)模的熱液蝕變。Candela et al.(1986) 通過計算機模擬認(rèn)為，在這個過程中，大約有40%-90%的Cu 隨流體與巖漿分離，從而進(jìn)入流體中[4]。后人對智利Rio Blanco 斑巖銅礦中英安斑巖中斜長石、石英、鉀長石中流體包體進(jìn)行了詳細(xì)的研究，認(rèn)為其代表巖漿初始成礦流體。分析表明，這些流體中富含Cu、Cl、Zn、Pb 等元素，其元素含量遠(yuǎn)高于礦物中的含量，表明成礦元素在流體-巖漿分離過程中優(yōu)先進(jìn)入流體相，與Candela er al.的結(jié)果一致。成礦元素進(jìn)入方式，既可以是以容易形式，也可以是以硫化物形式。

4 斑巖銅礦的成礦流體的來源及演化

學(xué)者們對斑巖銅礦成礦流體的來源認(rèn)識，也經(jīng)歷過了一個從淺到深的過程。早期，多數(shù)學(xué)者們通過研究斑巖銅礦中流體包裹體的H-O 同位素認(rèn)為，斑巖銅礦中早期蝕變和礦化以巖漿流體為主，晚期蝕變與礦化以大氣降水為主。而部分學(xué)者在斑巖銅礦中存在內(nèi)、外兩個流體系統(tǒng)，內(nèi)部系統(tǒng)以鉀化帶為中心，主要分布在成礦斑巖中，形成鉀化蝕變帶；外系統(tǒng)以外來流體為主，主要形成青磐巖化蝕變帶；兩種流體的混合，導(dǎo)致了絹英巖化蝕變帶的形成。而這兩個模型，均不能很好的解釋所有斑巖銅礦中的流體來源及演化問題。

在近些年來，學(xué)者們通過對全球斑巖銅礦成礦流體的詳細(xì)研究（特別是太平洋西岸斑巖銅礦）表明，在斑巖銅礦中，鉀化階段及絹英巖化階段流體均以巖漿流體為主；H-O 同位素成分與流體溫度密切相關(guān)，均主要落在巖漿流體的范圍內(nèi)；在鉀化階段，流體中NaCl 的含量高于KCl，而在絹英巖化階段，流體中KCl 含量高于NaCl，其主要是由于流體演化過程而引起的[1]。

斑巖銅礦成礦流體中，通常含有大量的S、Cl 等元素。當(dāng)成礦巖體侵位到地殼淺部時，隨著壓力的降低，流體從巖漿中出溶。在此過程中，Cu 與S、Cl 等元素形成絡(luò)合物，共同從巖漿中進(jìn)入到流體相。由于斑巖銅礦形成于氧化環(huán)境中，因此S 多以硫酸鹽、SO2等形式存在。在流體出溶后，高溫流體通常會與圍巖發(fā)生大面積的交代反應(yīng)，形成大規(guī)模的蝕變作用；在此過程中，Cu 形成黃銅礦從流體中沉淀下來，形成礦化。Cu 在流體中的溶解度受溫度、壓力、氧逸度、Cl–濃度等多個因素影響，其中溫度被認(rèn)為是最重要的因素。在450oC 時，巖漿流體中Cu 的溶解度約為50000 ppm，而隨著溫度的降低Cu 的溶解度迅速降低；在350oC 時，Cu 的溶解度已降為約50 ppm。斑巖礦床巖漿流體中通常含有幾百～幾千ppm 的Cu，當(dāng)溫度降低到400oC 左右，黃銅礦開始沉淀。因此，一些學(xué)者指出，溫度降低到400oC以下是斑巖銅礦中Cu 沉淀的主要控制因素。壓力降低導(dǎo)致流體沸騰、氧逸度降低導(dǎo)致含S 絡(luò)合物不穩(wěn)定、圍巖反應(yīng)導(dǎo)致流體中Cl–濃度降低等，同樣認(rèn)為能夠降低流體中Cu 的含量，從而導(dǎo)致黃銅礦沉淀。在不同礦床中，其導(dǎo)致Cu 沉淀的因為可能存在差異。

5 巖銅礦的找礦勘查研究進(jìn)展

斑巖銅礦蝕變及礦化模型的建立對于指導(dǎo)斑巖銅礦找礦勘查具有重要的意義。Lowell and Gilbert (1970)提出了斑巖銅礦蝕變分帶模型，該模型認(rèn)為斑巖銅礦中從內(nèi)向外可以簡單的劃分為鉀化帶、絹英巖化帶、青磐巖化帶，通過后期風(fēng)化剝蝕，斑巖銅礦在地表也會形成典型的蝕變分帶[5]。該模型一經(jīng)提出就得到了世界礦床學(xué)家的推崇，然而在實際的找礦勘查中發(fā)現(xiàn)，世界上絕大多數(shù)斑巖銅礦的蝕變分帶與該模型不同?，F(xiàn)實中，斑巖銅礦蝕變通常表現(xiàn)為鉀化帶、青磐巖化帶、絹英巖化帶、硅化帶、Na-Ca 化帶、綠泥石-絹英巖化帶、粘土化帶等多種蝕變不規(guī)則交織疊加的狀態(tài)，且斑巖銅礦與矽卡巖型礦床、淺成低溫型礦床等關(guān)系密切，原有蝕變和礦化模型不能很好的解釋現(xiàn)實中的問題。因此，Sillitoe（2010）通過對世界上典型斑巖銅礦蝕變和礦化的研究，提出了一個斑巖-矽卡巖-淺成低溫?zé)嵋旱V床復(fù)合蝕變-礦化模型，來指導(dǎo)解釋斑巖系統(tǒng)找礦勘查工作[6]。在該模型中，斑巖銅礦的上部通?？赡艽嬖诟吡蛐?、低硫型淺成低溫Cu-Au 礦床，而在巖體與灰?guī)r、富Ca 火山巖接觸部位，通常可形成矽卡巖型礦床。不同礦床間，蝕變是相互疊加。該模型很好的解決了實際找礦勘查中遇到的問題，得到了地質(zhì)界的一致認(rèn)可。

6 結(jié)論

斑巖銅礦床具有典型的蝕變和分帶特征，其形成通常具有成群成帶的特征，并伴隨著矽卡巖型、淺成低溫礦床的形成。斑巖銅礦中成礦物質(zhì)主要來自于地幔（俯沖環(huán)境）和地殼（后碰撞環(huán)境），成礦流體以巖漿流體為主。Cu 的沉淀受氧逸度、溫度、壓力、Cl-濃度等多個因素影響，以溫度影響最為重要。此外，俯沖環(huán)境、后碰撞環(huán)境是尋找斑巖銅礦的有利構(gòu)造環(huán)境。