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《中国地质大学》 2015年
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鄂东南地区鸡冠嘴铜金矿床成因研究

张伟  
【摘要】:长江中下游成矿带是我国重要的铜-铁-金-多金属成矿带,已探明铜金属量超过1300万吨,金金属量超过800吨。该成矿带的铜金矿床主要有斑岩型、矽卡岩型和Manto型,后者主要赋存在古生代泥盆系五通组石英砂岩和石炭系黄龙组灰岩之间的层间界面或不整合面,典型矿床包括九瑞矿集区的武山和城门山矿床及铜陵矿集区的冬瓜山和新桥矿床。这类矿床因其独特的矿化特征及重要的经济意义而历来受到矿床学家及勘探工作者的重视,但对其成因的认识一直存在较大争议,迄今没有取得统一认识。鄂东南地区是长江中下游成矿带最重要的铜铁金矿集区之一,已探明铜录山、鸡冠嘴、桃花嘴、石头嘴、铜山口等大型铜(金)矿床,但迄今为止鄂东地区还没有Manto型铜金矿床的报道。本文以鄂东南地区重要的铜金矿床—鸡冠嘴矿床为研究对象,对该矿床的矽卡岩型矿石和Manto型矿石进行矿物学和地球化学的对比研究,力图揭示Manto型层状矿体的成因及其与矽卡岩型矿体之间的成因联系,在此基础上建立鸡冠嘴矿床的成因模式及找矿模型。鸡冠嘴铜金矿床位于长江中下游成矿带鄂东南矿集区内阳新复式岩体的西北角,与铜绿山铜-铁-金矿床和桃花嘴铜金矿床毗邻。区内成矿作用与下三叠统大冶群第七段白云质大理岩和燕山期石英闪长岩和闪长玢岩密切相关,主矿体呈透镜状和扁豆状赋存于闪长玢岩内白云质大理岩残留体的层间破碎带、不同岩性的分界面、白云质大理岩残留体与闪长玢岩的接触带内,矿体形态产状和空间分布主要受层间破碎带和侵入接触带控制。鸡冠嘴铜金矿床的矿石工业类型包括金铁矿石、铜金矿石和铜矿石,依据其产出位置及蚀变特征可以分为产于接触带的矽卡岩型矿石和产于三叠系大理岩中的层状矿石(即Manto型矿石)。主要矿石矿物有黄铜矿、斑铜矿、黄铁矿、白铁矿、赤铁矿、磁铁矿和大量含金银矿物。含金矿物主要是含银自然金和银金矿,多呈乳滴状包裹金赋存于黄铜矿和碳酸盐矿物内。另外还发现硒银矿与黄铁矿、自然金和碳酸盐紧密共生,表明硒与金银矿化关系密切。蚀变矿物有碳酸盐、石英、金云母、绿泥石及少量石榴石、透辉石、绿帘石等矽卡岩矿物。根据野外关系和岩相学和矿相学研究,成矿作用大致可分为矽卡岩期、石英-硫化物期和表生期,其中矽卡岩期包括干矽卡岩阶段和湿矽卡岩阶段,石英-硫化物期分为硫化物阶段和碳酸盐阶段。黄铜矿和黄铁矿是最重要的载金矿物,金的赋存状态包括可见金和不可见金,可见金以银金矿为主,其次为自然金和含银自然金,不可见金为纳米级自然金颗粒。主要载银矿物为黄铜矿和斑铜矿,银矿物多以可见银的形式产出,包括独立银矿物(硒银矿、碲银矿和辉银矿等)和显微包体银;不可见银主要以次显微包裹体的形式分布于硫化物中。已有资料分析表明,鸡冠嘴铜金矿床是高温岩浆热液与碳酸盐地层发生接触交代作用形成的,Au和Ag在高温热液中可能主要以氯络合物、碲络合物或碲化物和铋化物熔体的形式搬运。随着矽卡岩化等蚀变作用的进行和热液温度的降低,热液中氯被消耗(进入透闪石、阳起石、金云母等矽卡岩矿物中)的同时硫逸度快速上升,Au主要以硫氢络合物的形式在热液中运移。石英-硫化物阶段早期,大量Bi-Te-S矿物及少量纳米级自然金以显微包裹体的形式包裹于近于同时沉淀的黄铁矿中,随后碲银矿、辉银矿及硫铋铜矿与硫化物及石英和碳酸盐矿物共生产出。成矿流体演化过程中由于温度和硫逸度的进一步降低导致金络合物不稳定,当logfTe2-20且-14logfSe2-10时,金矿物和硒化物与黄铜矿近于同时沉淀,或充填于先期沉淀的黄铁矿微裂隙和其他矿物之间的空隙中。综合分析表明,鸡冠嘴铜金矿床成矿过程中Te和Bi对Au的富集具有重要重用。鸡冠嘴矿床不同成矿阶段流体包裹体的相态类型、均一温度及盐度存在较大的差异:矽卡岩阶段包裹体以含子晶多相包裹体为主,其次为富液两相包裹体,其均一温度集中在420~500℃富液两相包裹体盐度为15~25 wt.% NaCl equiv.,含子晶多相包裹体的盐度为40~55 wt.% NaCl equiv.,表明成矿早期为高温高盐度流体。硫化物阶段为主成矿阶段,富液两相包裹体数量明显增多,但仍以含子晶多相包裹体为主,均一温度集中在300~400℃气液两相包裹体盐度为16~24 wt.% NaCl equiv.,含子晶多相包裹体盐度在40~54 wt.% NaCl equiv.之间。该阶段存在富气两相与富液两相及含子晶多相包裹体共生的现象,三者均一温度都集中在300~450℃区间内,表明该阶段流体了发生沸腾作用(流体不混溶),这种过程可能是矿质沉淀的重要机制之一。鸡冠嘴矿区热液角砾岩非常发育,可能与流体超压作用引起的水力破裂有关,间接证实了流体沸腾作用的存在。晚期碳酸盐阶段仅发育富液两相包裹体,为典型的低温低盐度流体。显然,从第一阶段到第三阶段,随着成矿流体温度的降低,盐度也呈明显降低的趋势,反映了成矿过程中有低温低盐度流体(可能为上部地壳流体或循环的大气降水)不断加入含矿热液,在流体演化过程中可能发生过相分离。鸡冠嘴矿床从矽卡岩阶段到硫化物阶段,蚀变矿物的氧同位素变化范围为δ18O=5.70~12.14‰,计算的平衡流体的δ18O为7~10‰,与典型的岩浆流体氧同位素组成一致。退化蚀变矽卡岩阶段的透闪石及绿帘石的H-O同位素特征也与岩浆水一致,但显示出向大气降水漂移的趋势。硫化物的S同位素值分布范围较窄,δ34S集中在-0.7‰~+4.5‰之间,同典型斑岩型—矽卡岩型矿床的S同位素特征相似,证明成矿流体的S主要来自和成矿关系密切的石英正长闪长岩,受到地层S混染的影响较小。矿石中硫化物中的Pb同位素组成(206Pb/204Pb:17.9716~18.2716,207Pb/204Pb:15.5329~15.6035,208Pb/204Pb:38.1205~38.4357)和侵入岩的Pb同位素初始值相似,进一步证明成矿物质来源于岩浆。锆石U-Pb结果显示鸡冠嘴矿床内出露的石英闪长岩的年龄为139.6±1 Ma~139.3±0.8Ma。榍石的U-Pb年龄显示鸡冠嘴矿床内出露的闪长岩的年龄为134.7±6 Ma。结合前人研究认为,鸡冠嘴矿区有~146 Ma、140 Ma及132 Ma共三期岩浆活动。Manto型矿石中载金矿物黄铁矿的Re-Os等时线年龄为141±18 Ma(MSWD=8.6),而矽卡岩中的热液榍石的年龄为139.6±4.0 Ma。表明成矿主要与与~140Ma的岩浆活动有关。这次岩浆活动和铜金成矿作用在鄂东南地区广泛存在。同时也显示Manto型矿石与矽卡岩型矿石具有同时性,进一步证明两种类型矿石是同一岩浆热液体系的产物。根据本文研究和前人岩石地球化学和矿床资料综合分析认为,与鸡冠嘴矿床有关的石英闪长岩主要起源于富集地幔的部分熔融,岩浆上升过程中(尤其爱岩浆房中)遭受一定程度的地壳混染,并最终演化、侵位于上地壳形成与成矿有关的石英闪长岩。随着侵位于上地壳的岩浆温度和压力迅速降低,岩浆中的流体快速出溶,在此过程中金、铜、硫、银、硒、比等元素大量分配进入热液,并在接触带与灰岩发生接触交代作用,部分流体直接原因进入三叠系大冶群灰岩中的层间破碎带沉淀成矿。随着接触交代作用的进行和矽卡岩矿物的大量生成,磁铁矿和赤铁矿开始结晶,流体氧逸度迅速降低,硫酸根被大量还原成硫氢根和硫离子,导致大量硫化物的沉淀和金在硫化物中的富集。大气降水的加入和流体沸腾作用的发生进一步促进矿质的大量沉淀。产于层间破碎带的Manto型矿石主要是岩浆热液快速降温降压而导致成矿金属元素过饱和而形成的;由于流体中硅和铝的不足及流体温压条件的急剧变化,导致流体不能与碳酸盐地层发生充分的接触交代作用,因而Manto型矿石的矽卡岩矿物含量极少。综上所述,鸡冠嘴铜金矿床的矽卡岩型及Manto型矿石是同一岩浆热液体系的产物,由于成矿条件和成矿方式的差异而导致矿化形式的多样性。这一认识对长江中下游苑瑞地区和铜陵地区产于泥盆系五通组和石炭系黄龙组之间的层矿矿体成因有重要的指示意义,即这些层状矿体可能是岩浆热液灌入层间裂隙充填成矿的产物,而不是前人认为的是海底热液喷流沉积成矿的产物。长江中下游地区的层状铜金矿化与矽卡岩型、斑岩型矿化构成一个有机整体,是同一套热液系统的不同表现形式。根据以上认识,作者初步建立了鸡冠咀铜金矿床和鄂东南地区不同类型铜金矿床的成矿模式,为今后该类矿床的勘查尤其是Manto型矿床的寻找提供了依据。
【学位授予单位】:中国地质大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:P618.41;P618.51

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