玻利維亞國(guó)拉巴斯省CRUZ銅礦床地質(zhì)特征與礦床成因模型探討

曲志廣　申鵬良　王其才　劉華

[摘要]本文概述了玻利維亞國(guó)拉巴斯省CRUZ銅礦床的成礦地質(zhì)背景和礦床地質(zhì)特征，初步建立CRUZ銅礦的礦體成因模型，探討礦床的成礦物質(zhì)來(lái)源、成礦條件及礦床成因，認(rèn)為該礦床成礦環(huán)境為中溫、低壓、弱堿性、弱還原環(huán)境，礦質(zhì)來(lái)源主要來(lái)自巖體本身，并受后期構(gòu)造控制。CRUZ銅礦床成因類(lèi)型為中溫?zé)嵋何g變巖型礦床。

[關(guān)鍵詞]玻利維亞國(guó)；銅礦床地質(zhì)特征；圍巖蝕變；礦床成因模型

玻利維亞同位于南美洲中部，是典型的資源型國(guó)家，礦產(chǎn)資源十分豐富，主要包括金、銀、銅、鐵、錫、鉛、鋅、銻、鎢、石油、天然氣等。玻利維亞同拉巴斯省CRUZ銅礦床位于玻利維亞首都拉巴斯市與奧魯羅市之間，其大地構(gòu)造上處于北—北西向的玻利維亞?wèn)|科迪勒拉古生代褶皺帶內(nèi)，成礦區(qū)劃屬于玻利維亞錫多金屬成礦帶，該礦帶也是一條舉世聞名的多金屬礦化帶。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

該區(qū)出露一套古生代碎屑巖和變質(zhì)巖，區(qū)域地層主要有奧陶系、志留系、泥盆系和第四系。主要巖性為經(jīng)歷多期變形變質(zhì)的奧陶紀(jì)和志留紀(jì)頁(yè)巖、粉砂巖、砂巖、板巖等及第四系殘坡積物；大地構(gòu)造上處于北—北西向的玻利維亞?wèn)|科迪勒拉古生代褶皺帶內(nèi)是玻利維亞?wèn)|安第斯山最大應(yīng)變區(qū)。區(qū)域構(gòu)造格局以北西向斷裂為主，北北西向斷裂次之，褶皺構(gòu)造較發(fā)育。區(qū)域斷裂呈北西向波狀延伸，大致走向?yàn)?00°～330°左右。區(qū)域內(nèi)巖漿巖以侵入巖為主，噴出巖較少分布，相鄰的侵入巖主要是新生代的Quimsa Cruz巖體，巖體周邊分布有小侵入體和巖株，與成礦關(guān)系最為密切，如花崗閃長(zhǎng)巖侵人體Santa Vera Cruz和流紋斑巖株Sayaquira和Parawi。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地層

區(qū)內(nèi)地層出露較復(fù)雜，出露自東往西依次由老到新出露奧陶系粉砂巖、砂頁(yè)巖互層，志留系的砂巖、頁(yè)巖、板巖以及第四系沉積物（圖1）。

奧陶系：位于礦區(qū)東部，一般走向102°～163°，傾向NE與NW，傾角12°～43°，本組地層未見(jiàn)底，地層厚超過(guò)所測(cè)的真厚度54m，巖性：底部為薄層淡灰色含云母粉砂質(zhì)板巖夾砂巖；上部為中厚層淡灰色硅化石英砂巖、中層灰色砂巖、薄層暗灰色暗褐色薄層板巖夾粉砂巖。該段地層厚約54m。

志留系：位于礦區(qū)中西部，一般走向130°～188°，傾向NW，傾角12°～78°，地層總厚約476m，與下伏奧陶系整合接觸。巖性（粉）砂巖、頁(yè)巖、炭質(zhì)板巖、石英砂巖。

第四系：大面積分布于礦區(qū)的山坡地帶，主要成分為腐殖土及殘坡積巖石碎塊。

2.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)構(gòu)造極發(fā)育，主要為斷裂和褶皺。與成礦關(guān)系最密切的是F1斷層。

（1）斷裂構(gòu)造：F1斷層（圖2），該斷裂是礦區(qū)主要的賦礦斷裂，總體走向310°～320°，傾向南西，傾角40°～85°，出露長(zhǎng)約840m，寬1～42m，斷裂帶內(nèi)充填物總體呈長(zhǎng)軸透鏡體狀，主要由含礦菱鐵礦、石英和圍巖角礫組成，透鏡體與圍巖可見(jiàn)平行光滑的擦痕，坑道內(nèi)出現(xiàn)雁列的小菱鐵礦透鏡體群，指示右行走滑剪切，展現(xiàn)了張扭性的成礦期斷裂性質(zhì)，局部透鏡體受后期北東向的張性斷裂切割，形成上下盤(pán)，其間為灰黑色塑狀斷層泥充填；斷裂兩側(cè)圍巖為志留系灰黑色頁(yè)巖和粉砂巖。斷裂多期復(fù)雜，賦礦以右行剪切的張扭斷裂為主，后期受到張性斷裂改造。

（2）褶皺構(gòu)造：受區(qū)域構(gòu)造影響，區(qū)內(nèi)褶皺共22條，背斜和向斜各11條，褶皺大體軸向在316°～354°，長(zhǎng)268～2086m，寬40～206 m，大褶皺樞紐波狀彎曲，小褶皺較平直，屬長(zhǎng)軸狀斜歪褶皺。大褶皺的軸部常發(fā)育石英大脈，樞紐硅化強(qiáng)烈。

礦區(qū)構(gòu)造總體演化過(guò)程大致是：早期壓性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成了褶皺的基本格局，之后巖漿期后活動(dòng)，形成含礦張性斷裂，期間發(fā)生稍弱的褶皺變形，導(dǎo)致部分含銅斷裂破碎彎曲，壓性構(gòu)造導(dǎo)致地殼升高，剝蝕更加強(qiáng)烈，導(dǎo)致地層厚度變薄，恰抬升近至地表，地溫降低，地層巖石脆性更強(qiáng)，后期發(fā)生排硅的張性斷裂形成無(wú)礦石英脈，而無(wú)礦石英脈斷裂平直并切割褶皺。

3 礦體地質(zhì)

3.1 礦體特征

區(qū)內(nèi)所見(jiàn)礦體形態(tài)及產(chǎn)狀嚴(yán)格受F1斷裂構(gòu)造控制，呈脈狀、似層狀、透鏡狀展布于破碎帶內(nèi)靠底板一側(cè)，走向NW- SE，傾角60°～80°，傾向220°～235°（局部反傾20°～25°），礦體平均水平厚度4.30～6.70m，最寬21.01m，銅礦體平均品位0.61%～1.53%，銅最高品位3.96%、全鐵最高品位49.8%。礦體具黃鐵礦化、硅化、褐鐵礦化、高嶺土化、絹云母化蝕變，銅礦化以黃銅礦為主，有少量自然銅，地表見(jiàn)藍(lán)銅礦化。

3.2 礦石質(zhì)量

CRUZ銅礦賦存在斷裂中，受褶皺和斷裂控制，形成了切割地層的含銅菱鐵礦透鏡體，其礦物組合為中低溫礦物，脈狀石英、黃銅礦、菱鐵礦、磁鐵礦和黃鐵礦等，表明這是一個(gè)與深成巖有關(guān)的熱液礦床。

深成熱液礦床礦物共生組合劃分為石英型、硫化物型、碳酸鹽型及其他類(lèi)型，在CRUZ銅礦的礦石組合中，菱鐵礦的數(shù)量遠(yuǎn)大于黃銅礦和黃鐵礦（表1），因此，本礦區(qū)礦石類(lèi)型為碳酸鹽型。

3.3 礦體圍巖蝕變特征

礦區(qū)普遍發(fā)育硅化、黃鐵礦化、菱鐵礦化蝕變，黃鐵礦含量較低多呈白形晶立方體，主要以星散狀浸染在巖石中，在強(qiáng)硅化及小石英脈兩側(cè)部位形成稠密浸染狀和小脈狀；菱鐵礦化是與成礦關(guān)系最為密切的蝕變，發(fā)生在各個(gè)成礦階段和過(guò)程中，沿巖石的裂隙和節(jié)理充填交代。呈透鏡體、細(xì)脈或網(wǎng)脈狀，伴有黃銅礦、黃鐵礦等金屬硫化物，后期表生氧化為褐鐵礦。

4 礦床成因

4.1 成礦條件分析

4.1.1 成礦物質(zhì)來(lái)源

從成礦地質(zhì)背景上，CRUZ銅礦處于火山和巖漿活動(dòng)區(qū)，熱液礦床發(fā)育，周邊礦床中的礦石礦物中普遍發(fā)育熱液菱鐵礦與黃銅礦伴生，與CRUZ銅礦相似。

CRUZ銅礦成礦物質(zhì)為Cu、Fe、CO2和S。礦區(qū)發(fā)育富含炭質(zhì)和鐵質(zhì)的頁(yè)巖和砂巖，并未發(fā)現(xiàn)含有銅的巖性，但其周邊分布大量的中酸性花崗巖和花崗斑巖，在巖漿巖發(fā)育過(guò)程中，受到巖漿熱液作用，分異出CU、Fe、S，同時(shí)頁(yè)巖和砂巖受巖漿熱液影響，形成大量CO2流體，在適當(dāng)?shù)臈l件下形成菱鐵礦和黃銅礦。

4.1.2 成礦物理?xiàng)l件

（1）溫度

熱液菱鐵礦形成溫度為220～260℃，巖漿成因菱鐵礦的礦物標(biāo)型是Ni/Co比值小于1，而沉積—熱液改造型大于1，其中河南某礦床巖漿熱液成因菱鐵礦Ni/Co值為0.44，貴州鐵山沉積-熱液疊加型的菱鐵礦Ni/Co值為5.3，而CRUZ銅礦菱鐵礦Ni/Co比值為4，由此看來(lái)CRUZ銅礦菱鐵礦為沉積-熱液疊加改造型，參考上述比值，結(jié)合礦物共生組合特點(diǎn)，成礦溫度為中等溫度條件。

（2）壓力

根據(jù)熱液菱鐵礦成礦溫度在220～260℃的范圍進(jìn)行相圖投影，分別得到Dl、D2、D3、D4、D5等交點(diǎn)。A平衡線上的D1和D4交點(diǎn)代表了方解石形成壓力在202～220MPa，B平衡線上D2和D5點(diǎn)代表了白云石形成壓力在255～272MPa，C平衡線上D3點(diǎn)代表了菱鐵礦形成的壓力要大于303MPa（圖3）。

（3）介質(zhì)的Eh及pH值

根據(jù)菱鐵礦形成的Eh-pH圖，可知其Eh值在0～0.4，pH值在6.5～8.5（圖4）。

菱鐵礦透鏡體中含硫的黃鐵礦和黃銅礦以層狀分布于靠近斷裂下盤(pán)的一側(cè)，此產(chǎn)狀說(shuō)明了同一熱事件時(shí)，黃鐵礦和黃銅礦先于菱鐵礦形成，在重力作用下，下沉至斷裂附近形成層狀的堆積，隨后菱鐵礦結(jié)晶，早期含硫礦物形成于酸性環(huán)境，在黃鐵礦和黃銅礦結(jié)晶后，熱液pH值升高，鐵礦和黃銅礦結(jié)品后，熱液pH值升高，稍晚碳酸鹽化，形成菱鐵礦，說(shuō)明在成礦晚期熱液變成了堿性環(huán)境。

根據(jù)圍巖存在的綠泥石化、黃鐵礦化，推斷為弱還原環(huán)境。

通過(guò)以上分析，礦床中菱鐵礦和硫化物沉淀的物理、化學(xué)條件為中溫、低壓、弱堿性和弱還原環(huán)境。

4.2 礦床模式

礦區(qū)存在多條與銅礦脈同方向的銻礦脈，野外地質(zhì)觀察到了銅銻菱鐵礦脈同期生成的現(xiàn)象，因此判定銅銻為同一成因。

玻利維亞銻礦成因非常鮮明，銻礦成因特征有（1）巖性控制。奧陶和志留紀(jì)的粉砂巖、砂巖和混雜沉積巖，頁(yè)巖和石英巖；（2）構(gòu)造控制。礦床顯示了強(qiáng)烈的構(gòu)造控制特征，脈體位于次級(jí)構(gòu)造單位，與區(qū)域性背斜有關(guān)的稍小的褶皺、鞍部和剪切帶賦存礦體；（3）礦化特征。板狀和線狀脈系統(tǒng)普遍含有礦石，包括角礫狀、浸染狀、巖脈、平行流理、石英脈、剪切帶和脈群；（4）礦物組合。金、黃鐵礦、磁黃鐵礦、針鐵礦，輝銻礦、閃鋅礦、方鉛礦、鎢鐵礦，黃銅礦和重晶石；（5）粗大晶體。石英和碳酸鹽（白云石，菱鐵礦，方解石）；（6）熱液蝕變。最普遍的類(lèi)型是絹云母化、黃鐵礦化和硅化，類(lèi)型差異在于溫度和圍巖成分。

CRUZ銅礦區(qū)中銻和銅成礦基本符合以上特征，綜合銻礦成因和CRUZ銅礦成礦特點(diǎn)，提出CRUZ銅礦成因模型（圖5）。

CRUZ銅礦成因模型解釋如下：

①含礦熱液的產(chǎn)生：受巖漿熱驅(qū)動(dòng)及氣體的參與，富含CO2地下潛流水，形成酸性熱液，富含鐵質(zhì)的沉積巖，在酸性溶液作用下，發(fā)生溶離等作用，F(xiàn)e、Mn、Ca、Ba等元素進(jìn)入氣液形成熱鹵水，在構(gòu)造作用和重力作用下緩慢遷移并與孔隙及層間溶液和其他含銅溶液匯合在一起，構(gòu)成含礦熱液。

②黃銅礦和菱鐵礦形成階段：含礦熱液以斷層為通道，不斷與周?chē)鷰r石和巖石碎塊發(fā)生作用，貫入構(gòu)造面等薄弱部位，上有炭質(zhì)頁(yè)（板）巖作為覆蓋形成圈閉，這種蓋層有強(qiáng)大的重壓力及有機(jī)碳酸的增補(bǔ)，含礦熱液的酸度能保持較低，形成了黃鐵礦、黃銅礦，在重力作用下沉淀在熱液空間的下部，當(dāng)含硫的礦物結(jié)品消耗硫之后，熱液向堿性過(guò)渡，pH值升高，環(huán)境也處于還原條件。圈閉空間內(nèi)，CO2分壓減少，物化和熱力學(xué)條件發(fā)生變化，膠狀鐵氫氧化物解體，并以菱鐵礦形式析出，并結(jié)晶沉淀，在區(qū)域斷裂內(nèi)形成了含銅菱鐵礦透鏡體。

③殘余熱液中含有大量的銻，在熱和氣的驅(qū)動(dòng)下，往淺部上升，在小背斜、鞍部、剪切帶等溫度更低的分壓空間里再度沉淀，形成少量含銅銻礦、菱鐵礦，同時(shí)熱液中的硅質(zhì)也和周?chē)膸r石產(chǎn)生交代作用，在構(gòu)造薄弱的軸面和鞍部形成脈體，在裂隙面、節(jié)理面、層間滑理面形成硅化面和席狀脈體。

④后期構(gòu)造作用將上銻下銅的垂直分帶錯(cuò)開(kāi)，形成平面空間分布差異，后期正斷層作用將下部抬升并接受剝蝕，最終導(dǎo)致銅集中在區(qū)域斷裂中，而銻集中在區(qū)域斷裂的上盤(pán)。

⑤表生作用階段：含銅菱鐵礦形成后，遭受了風(fēng)化淋濾及多次熱侵蝕改造作用，對(duì)銅進(jìn)一步富集，在裂隙及空洞中形成了半透明菱鐵礦，地表氧化環(huán)境形成了褐鐵礦、針鐵礦、孔雀石、藍(lán)銅礦等。