斑岩型铜矿床地球化学特征分析，对找矿有什么影响？

中国已经成为世界第一大铜消费国,而国际铜市场价格不断攀升,使得铜矿勘探工作日显重要。

据世界已知的斑岩铜矿床时空分布规律,可大致分为三大斑岩铜矿成矿带:环太平洋带、特提斯带和中亚-蒙古带。

中亚-蒙古斑岩铜多金属成矿带是中国斑岩型铜矿的重要产地之一,斑岩型矿床分布广泛。

近年来在该带上先后发现了多处大型斑岩型铜矿床和铜矿化点,国内地质学者也纷纷把目光投向该带,以期找矿获得更大突破。

从大地构造位置上看,研究区地处华北板块与西伯利亚板块之间的古亚洲成矿域天山-兴蒙造山带内。

该带主要由一系列向南凸的弧形构造-岩浆岩带所构成,它们不仅记载了两大板块拆分、聚合的过程,而且产出有一系列金属矿床(点),为中国北方和蒙古南部最重要的铜、金和稀有金属产地。

其中岩浆弧内海西期或燕山期富碱中酸性侵入岩与铜(金)矿床(点)具有密切的空间分布关系。

研究区内斑岩铜多金属矿床(点)具有分布广泛、类型繁多、成矿时代相对集中和容矿围岩岩性复杂的特点。

现在对该带上分布的多宝山、白乃庙、乌努格吐山、查干苏布尔加、欧玉陶勒盖、公婆泉、土屋-延东等大型-超大型斑岩型铜矿床地球化学特征进行分析,总结该带内斑岩型铜矿床地球化学特征规律,以期对斑岩型铜矿的找寻提供选区依据。

区域成矿地质背景分析

中亚-蒙古成矿带即古亚洲洋成矿带,带内出露地层复杂,最老的中新元古界地层分布面积有限,以变质碎屑岩、碳酸盐岩、片麻岩、混合岩、斜长角闪岩等为主,呈孤岛状分布于古生代地层之中,主要分布于内蒙古包头北部的白云鄂博和甘肃的公婆泉地区。

寒武纪和奥陶纪地层零星产出,岩性主要为绿片岩化拉斑玄武岩、片岩、硅质岩、板岩、碳酸盐岩等。

志留纪地层以砂岩、板岩、灰岩、玄武岩、安山岩、英安岩、流纹岩为主。

泥盆纪地层分布广泛,岩石类型复杂多样,常见岩性有砂岩、泥岩、板岩,灰岩以及玄武岩和火山碎屑岩。

石炭纪地层也在该区广泛出露,代表性岩石有砂岩、粉砂岩、板岩、灰岩、安山岩、流纹岩及火山碎屑岩等。

二叠纪地层在全区零星产出,主要由砂岩和火山岩组成。

由于在三叠纪古蒙古-鄂霍茨克洋剪刀式闭合,地壳隆升剥蚀,导致三叠纪地层缺失。

侏罗纪地层大致分布于全区的断陷盆地之中,地层厚度大,岩性复杂,代表性岩性组合有火山沉积岩、火山熔岩、砂岩、泥岩等。

数据来源

根据已经发表的期刊、专著、矿产报告以及学位论文等,对研究区典型斑岩型铜矿床含矿岩体的主量元素、稀土、微量元素及同位素等数据进行分析整理。

由于数据量太大,受文章篇幅所限,在此略去原始数据。主量元素

研究区内各含矿岩石、弱蚀变岩石和蚀变岩石除个别样品(47.81,一个)外,SiO2含量均大于56,并且K2O/Na2O比值随着时代的变新而呈逐渐升高的趋势。

在TAS图解(图2)中可以看出,各岩石样品均投点于钙碱性系列区及其附近;在K2O-SiO2图解中,大部分样品落入钙碱性-高钾钙碱性系列区,部分样品甚至落入钾玄岩系列区。

其中白乃庙矿区样品投点较分散,从钙碱性到高钾钙碱性系列区均有分布,多数集中于高钾钙碱性系列区或其附近;多宝山矿床具有与白乃庙矿床相似的分布特征;土屋-延东和公婆泉矿床均投点于钙碱性系列区;查干苏布尔加大部分落入高钾钙碱性-钾玄岩系列区;乌努格土山落入高钾钙碱性系列区。

在Al2O3-SiO2变异图中,样品投点相对集中,多分布于低铝质区。

微量元素

研究区内斑岩型矿床各岩体的稀土元素配分模式图,从图中可以看出,研究区相对富集轻稀土元素,亏损重稀土元素,呈右倾型模型。

总体来看,研究区岩矿石稀土总量较低,轻重稀土分馏明显,轻稀土富集,重稀土分布平坦,暗示源区有角闪石矿物残留。

矿化蚀变对岩石稀土元素影响较大,Eu从正异常到负异常都可出现,ΣCe/ΣY比值降低,轻重稀土分馏程度减弱。

同位素

该区初始Sr值为0.7037~0.7054,在Sr同位素演化图上投点于玄武岩源区。

公婆泉铜矿石的εNd(t)值为0.1,介于含矿岩体花岗闪长斑岩(εNd(t)=3.1)和英安斑岩(εNd(t)=-3.6)之间。

土屋-延东矿床含矿斜长花岗斑岩的Rb-Sr同位素值ISr=0.70328±0.00032,εSr(t)=-11.2~-17.5,εNd(t)=-1.4~9.4,和硫化物的硫同位素分析结果δ34S=-0.5~1.2‰,均与陨石硫相似,表明该斜长花岗斑岩源于上地幔并在上升过程中混染了部分壳源物质。

该区铅同位素投影均落于造山带区域和上地幔与造山带之间靠近地幔处,表明源于上地幔并受造山作用影响。

综上所述,区内斑岩型铜矿床锶同位素初始值都较小(一般小于0.708),绝大多数εNd(t)值为正值,地球化学值投影于亏损地幔附近。

构造特征

自早古生代,古亚洲洋向华北-塔里木板块俯冲,导致大规模火山喷发活动,在阿尔泰南缘、北山、白乃庙和多宝山-铜山等地形成巨厚的岛弧型海相火山-沉积岩、碳酸盐岩夹玄武岩和加里东期岛弧型闪长岩、花岗闪长岩类侵入岩,进而构成早古生代岛弧带、岩浆岩带。

这次碰撞拼贴使得中亚蒙古地块与兴安地块成为一体,构成了中亚蒙古-兴安微板块。

华北板块北缘形成了柯单山-温都尔庙蛇绿岩带和温都尔庙-白乃庙沟弧盆体系。

晚志留世,古亚洲洋与古大陆的碰撞作用可能再次诱发构造-岩浆活动,形成奥陶纪-泥盆纪岛弧-弧后盆地火山沉积建造和早中海西期碰撞型花岗岩类侵入岩,大面积的海西期碰撞型花岗岩类侵入岩。

多宝山、查干苏布尔加、欧玉陶勒盖和二连-东乌旗等地的巨厚火山沉积地层及大面积分布的海西期花岗岩即是这一时期岩浆活动的产物。

晚古生代早期,受古大陆边缘地体拼贴与增生作用的影响,古亚洲洋板块向北一侧的消减作用形成泥盆系-石炭系岛弧火山岩和海西期花岗岩,与此同时,大洋板块向南一侧的消减作用,同样产生有泥盆纪-石炭纪岛弧型火山岩和海西期花岗岩类侵入岩。

下二叠世与石炭纪火山-沉积岩地层的不整合接触关系标志着此期构造运动的终结。

晚二叠世到早三叠世,华北-塔里木板块和西伯利亚板块两大古陆块最终碰撞拼贴,将华北-塔里木板块与西伯利亚板块拼为一体,形成大面积碱性花岗岩。

燕山期,研究区受太平洋板块斜向俯冲欧亚大陆和蒙古-鄂霍茨克洋剪刀式闭合双重作用的影响,引发强烈的中酸性火山喷发和岩浆侵入活动,东部区表现为一系列地体的拼贴及推覆构造,进而形成一系列北东-北东东向断陷带和断隆带。

斑岩铜矿床主要沿北东-北北东向断隆与断陷盆地交接部位产出,并且与中酸性侵入岩体具有密切的时空分布关系。

矿床均分布在西伯利亚板块与华北板块的碰撞缝合带上,矿区内岩石具有岛弧型火山-侵入岩特征。

对各矿床样品投点可以看出,样品均落在火山弧系列区,表明产于洋壳物质部分熔融的岛弧环境。

在(La/Yb)N-(Yb)N图解中,样品有的落在经典岛弧区,有的落在埃达克岩区。

综合研究表明,多宝山斑岩型铜矿床的形成具有多期次的特点,古亚洲洋向布列亚-佳木斯地块之下的消减、拼贴是多宝山斑岩铜矿的主成矿期;在海西期,古亚洲洋最终闭合,引起陆壳增生,该期构造-热事件使多种有利地质因素叠加,促使矿床最终形成。

晚期燕山运动为成矿期后的构造运动,对矿床具有破坏或保护作用。

白乃庙铜矿床样品投影点与多宝山相似,大部分岩矿石投点落在板块碰撞前、碰撞后隆起和同碰撞区。

从元古宙到早古生代,蒙古海处于扩张阶段,海底火山活动强烈,火山气液携带成矿物质进入海盆后沉积成矿。

加里东晚期,在南北向构造挤压下,东西向构造发育,花岗闪长斑岩携带成矿元素侵位,并为成矿作用提供热源,含矿热液进一步使原来矿体加富改造,此时期为白乃庙最重要的一个成矿时期。

海西晚期阶段,在同一应力场作用下,斑岩侵入体变形变质,对铜矿体起了一定的破坏作用。

公婆泉斑岩型铜矿床岩矿石投影点落入碰撞前、碰撞后隆起和造山晚期等区域。

早古生代时,哈萨克斯坦板块的南北两侧发生增生,发育了比较完整的沟-弧-盆体系,并喷发、沉积了大量的奥陶纪-志留纪岛弧型火山-沉积岩,火山气液携带成矿物质在盆地发生初步沉积成矿作用。

结论

(1)研究区大多数斑岩型铜矿均产于火山岛弧岩浆岩中,属于钙碱性系列或高钾钙碱性系列,仅有少部分斑岩铜矿床属于碱性系列,矿区内岩石多属于低铝质岩石。

(2)研究区内斑岩铜矿床均呈轻稀土元素富集的右倾型模型。

重稀土分馏程度较低,暗示源区有角闪石矿物残留。

矿化蚀变后稀土元素出现明显的铕负异常。

(3)区内斑岩型铜矿床锶初始值都较小(一般小于0.708),绝大部分εNd(t)值大于零,地球化学值投影于亏损地幔附近。

硫同位素相对集中,且与陨石硫值相近。

(4)研究区斑岩铜矿产出的地质环境为火山岛弧带,并经历了多次的叠加改造作用具有多期多源的特征。

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