浅谈斑岩铜矿成因

2019-10-16 版权声明 举报文章

(辽宁省第三地质大队 122000)

摘要:本文通过几个方面对斑岩型铜矿的成因进行具体分析,对国内外斑岩铜矿的产生及成矿做了具体的研究,为日后寻找斑岩类铜矿床奠定了一定的理论基础。

关键词:斑岩铜矿;岩浆热液;板块构造;变质岩;成矿;原因

一、斑岩铜矿的特征

斑岩铜矿(porphyrycopper deposits)通常是指与具有斑状结构的花岗岩类侵入体共生的浸染状、细脉浸染状和细脉状铜和钼―铜组分的富集体,根据规模可分为大中小型斑岩铜矿矿床。其特点为铜的平均含量在原生矿石中比较低(0.3―0.8%),而在氧化矿石中明显较高(达1―1.5%),而钼在原生氧化矿石中的分布都比较均匀(0.005―0.05%),在这种情况下,矿石中铜与钼的比值变化很大,形成一系列重要的铜、铜―金和铜―钼矿床。

二、斑岩铜矿形成的几种条件

(一)、岩浆热液:岩浆热液是目前国内外学者所认同的学说,持此观点的学者们认为,斑岩铜矿的矿质、成矿热液及其伴生的中酸性岩体都是来之上地幔(或下地壳)。矿质和成矿热液是由中酸性岩浆在上侵过程及侵位后的结晶过程中,由于温压条件的变化而出溶,并在有利位置富集成矿。依据:①矿化体(斑)岩体紧密共生,矿化呈细脉浸染状产于岩体及其围岩中,有的甚至整个岩体矿化,且分布较均匀;②矿化体及周围岩石具一定的热液蚀变,并具有一定的分布;③矿床常产于深大断裂附近,在空间上常呈带状分布,并与一定的构造,岩浆带相一致(古亚洲带、古地中海带及环太平洋带);④矿化岩体的产状常与围岩不一致;⑤同位素资料,如硫化物的硫同位素比值及容矿岩石的锶同位素的初始比值(87Sr/86Sr),多接近于陨石与玄武岩。

众所周知,中酸性岩浆岩的活动,在各个时期和不同地区都有广泛的分布。据统计,目前中国出露的中酸性岩浆岩的面积为859248Km2,而全国与铜矿相伴生的中酸性岩浆岩(包括斑岩型与夕卡岩型)的出露面积最多也不会超过其中的1%。即有99%以上的中酸性岩浆岩在其形成的过程中没有使铜等金属元素富集,铜的克拉克值只有20×10-6~35×10-6,它比基性岩浆岩要低一倍而与沉积岩相当。上述资料表明,在中酸性岩浆岩的形成过程中(至少是绝大部分),铜等金属元素并没有得到富集。那么为什么在某些中酸性(斑)岩体中有铜矿产出呢?用岩浆分异热液成矿说很难解释。

(二)、“板块构造成矿模式”:“板块构造成矿说”以国外R.H.Silltoe为代表,他们认为斑岩铜矿是含铜的大洋壳沿消亡带俯冲到地幔中发生局部熔融,在熔化过程中析出金属,并同钙碱性岩浆一起上升,然后在岩体的顶部富含氯化物的液相中富集成矿。提出“成矿假说”的地质事实有:

①很多斑岩铜矿,特别是形成于中、新生代的斑岩铜矿主要分布在板块的会聚边界(俯冲消亡带)上;

②大洋壳中各层均富含金属,如第一层(远海页岩)中的金属含量一般都高于沉积岩中的金属含量(在太平洋的某些页岩中含铜为323×10-6,含钼为18×10-6,海底锰结核中含铜最高可达25%);③斑岩铜矿常与钙碱系列的火山岩伴生,而钙碱系列火山岩被看作是幔源的。

但是该成矿学说目前尚有不少问题有待解决,如洋壳俯冲、熔化、上侵等机制至今还缺乏事实依据。正如R.H.Silltoe自己所说的,该成矿原因假象目前还是一种抽象的理论。另外还有很多产于陆内的斑岩铜矿并非产于板块俯冲带的上盘,而是远离俯冲带。如中国的玉龙斑岩成矿带距喜马拉雅期的雅鲁藏布江的“板块俯冲带”500余公里,中国的德兴、金堆城、八宝山以及城门山、铜山口、封山洞等长江中下游的斑岩铜矿带也都远离燕山期最近的板块俯冲带上千公里等。它们用含铜洋壳的俯冲、熔化、上侵、富集的机制难以解释。

(三)、“变质岩浆成矿说”:该成矿说应追溯到19世纪60年代美国的享特(Huut)提出的“花岗岩的变质成因说”,他认为金属富集成矿是含金属的沉积物转变为花岗岩的伴生现象。1963年史奈德提出内生矿床的“再生说”,他指出所有内生矿床(包括斑岩铜矿)都是再生矿床。1957年谢家荣与孟宪民认为中条山铜矿中的变质花岗闪长(斑)岩是区域变质和原火山―沉积岩石中的长石砂岩或硬砂岩花岗岩化而成,岩体中的铜矿则是沉积变质铜矿在花岗岩化过程中活化和富集的产物。黎诺在1978年提出了高温气态变岩浆与地液成矿论。陈文明于1980年、1984年通过对中国斑岩铜矿的研究得出,斑岩铜矿也具“层控”的特点,它保留了原“层状铜矿”的很多特征,如矿床在一定区域内产于一定时代地层一定的含Cu岩石建造中,矿体主要产于含Cu建造中二种岩相的过渡部位。矿床的产出还受岩相古地理(指含矿斑岩体赋存的最老围岩时代的古地理)的控制,即矿床产于含Cu古陆周围沉积盆地的边缘,如玉龙斑岩铜矿带中的矿床、矿点均产于藏北滇西古陆东部昌都察隅古隆起与金沙江古隆起之间的昌都海湾西缘。很多斑岩铜矿中的含矿斑岩体及矿体均呈似层状产出,产状与围岩一致,有的含矿斑岩体与围岩斜交,但赋存其中的矿体及围岩残留体的产状与围岩一致(城门山、德兴、八宝山、沙溪及封山洞等)。含矿斑岩体的各种斑晶具明显的变晶结构;矿石中的成矿元素、微量元素与围岩的一致性及某些矿床中的同位素、稀土元素组成均具壳源等特征,明确提出斑岩铜矿(至少一部分)的前身是外生砂页岩层状铜矿或含Cu砂页岩,即斑岩铜矿是由砂页岩层状铜矿或含Cu的砂页岩经“变岩浆”作用而成。该“成矿模式”显然比前几种成矿模式具有更多的地质事实(前几种成矿模式所列举的地质事实用该模式均能解释),同时解决了岩体的侵位空间及矿质来源问题。但仍存在某些疑点,如变岩浆岩的形成机理,热及K、Na的来源,特别是Na的来源。对含矿的中酸性斑岩体来说,多数是浅成的小岩体,其围岩的变质程度也较低,有的仅发生角岩化,赋存岩体的地层中K、Na的含量,特别是Na的含量明显的低于中酸性岩体中的Na含量。同时大量的同位素资料表明,大部分矿床中的各种同位素组成(O、S、H、C、Sr等)具壳幔混合的特征,不具单一的“壳源”特征。因此,假如没有外来的物质及热的加入,单靠区域变质作用要形成“中酸性变岩浆”几乎是不可理解的。

中国地质科学院矿产资源研究所的陈文明先生通过含矿斑岩体斑晶的流体包裹体及斑晶结构的进一步研究得出的,他依据:1,斑岩中得了流体包裹体具有沸腾特征,其均一温度为150~550℃,证明斑岩体形成的温度区间主要为150~550℃,结晶的温度区间宽,明显低于中酸性岩浆结晶的固相线,2,岩体中的斑晶为具明显热液交代作用特点的变晶结构。因此他认为含矿斑岩体的形成不一定要经过岩浆阶段,含矿斑岩体可以是热液交代作用的产物。在他看来,熔融与热液交代作用并非截然分开,它是一种地质热事件的两种表现,决定于热事件的强度与规模(能量的大小),同时一个热事件的不同阶段可以有不同的表现形式,如深源热流体的早期温度较高(大于中酸性岩浆岩的固相线),可以使地壳岩石局部少量熔融,随后(如与地壳中的水混合)温度很快降至固相线以下而进入热液交代作用阶段。当然热流体也可以有多期性,因此交代和熔融在不同含矿岩体中存在不同的比例,且可能在以交代为主的某些斑岩体中出现一些(少量)熔融包裹体。

上文对斑岩型铜矿的特征及成因做了具体分析,但关于斑岩型铜矿床具体成因,世界地质研究人员一直在激烈的争议中。在我们日常地质找斑岩型铜矿过程中应结合实际地质情况,通过多种技术手段进行多方位验证,进而提高矿床储量的计算的准确性。

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