模型十一 矽卡岩型铜矿床找矿模型
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发布时间：2022-04-22 09:28
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时间：2023-07-21 15:30
一、概 述
矽卡岩型铜矿是指在中酸性—中基性侵入岩类与碳酸盐岩 ( 或其他钙镁质岩石) 的接触带上或其附近，由含矿气水溶液交代作用而形成的铜矿床。该类型矿床的成矿具有明显的多期次、多阶段性，其典型成矿演化模式为变质作用—进化交代作用—退化交代作用—硫化物沉积。矿石品位较高( 平均含 Cu 1% ～2%) ，矿床规模多为中小型，也有大型，且变化较大 ( 矿石储量通常为 ( 1 ～100) ×106t) ，伴生 Fe、Pb、Zn、W、Sn、Au、Ag 及 REE，具有重要的综合开采利用价值。另据不完全统计，世界上较大规模的矽卡岩型铜矿几乎都与斑岩型铜矿存在着共生关系。这种与斑岩铜矿侵入体矿化相关的矽卡岩型铜矿床常常具有规模较大、品位较低的特点。
矽卡岩型铜矿可按照矿物组分将其分为镁质矽卡岩、钙质矽卡岩、钙 － 镁质矽卡岩、锰质矽卡岩、碱质矽卡岩等铜矿类型。从经济重要性上来说，钙质矽卡岩型铜矿要比锰质矽卡岩型铜矿重要。若根据蚀变类型来划分，矽卡岩型铜矿又可分为退化蚀变矽卡岩型铜矿 ( 常与蚀变强烈的斑岩铜矿相伴生) 、进化蚀变矽卡岩型铜矿 ( 常与蚀变很弱的岩脉相伴生) 及介于二者之间的过渡类型。
从全球产出范围来看，矽卡岩型铜矿主要产于*边缘和岛弧环境的活动带，分布于环太平洋成矿域，与中生代—新生代花岗岩类岩体或者古生代中酸性侵入岩体有关; 其次分布在特提斯成矿域和古亚洲成矿域。矽卡岩型铜矿储量在西方国家铜矿总储量中仅占 0. 6%，前苏联约占 2%。而中国的情况则有所不同，已探明的矽卡岩型铜矿储量占总储量的 28%，居全国勘查和开发铜矿类型的第二位。中国矽卡岩型铜矿主要分布在长江中下游地区，成为著名的以矽卡岩型为主的铁铜成矿带 ( 图 1) 。典型矿床包括安徽狮子山、凤凰山、安庆乐山、铜官山，湖北铁山、铜录山、石头嘴，江西城门山、武山等矽卡岩型铁铜矿床。近年来，随着矽卡岩型矿床成矿理论和勘查的不断深入，在青藏高原冈底斯成矿带上也新确定了不少矽卡岩型铜矿床，找矿潜力巨大，如冈底斯东南段的克鲁、劣布、冲木达等矽卡岩铜 ( 金) 矿床。
图 1 中国长江中下游铁铜成矿带主要矿集区和矿床分布略图( 引自周涛发等，2008)
二、地 质 特 征
1. 构造背景
矽卡岩型铜矿一般产在与大洋和 ( 或) *消减带相关的*边缘和岛弧带中。通常，在大洋岛弧地层中，可能发育的矽卡岩型矿床只有钙质矽卡岩型铁铜矿床 ( 图 2A) 。该构造背景下产出的矿床同时也可能富集 Co、Ni、Cr 和 Au。而在大洋增生的*消减带，则是矽卡岩型矿床最为发育的构造环境 ( 图 2B) 。该构造环境除产出矽卡岩型铜矿以外，也易于产出其他种类的矿床，如钨、铁、钼、铅 － 锌、银等矿产。
图 2 矽卡岩型 ( 铁) 铜矿成矿构造背景示意图( 据 L. D. Meinert，1993 修编)
大部分矽卡岩型铜矿与Ⅰ型、磁铁矿系列、钙碱性和斑岩型的深成岩体相关，很多矿床都具有相同成因的火山岩石，而且其网状脉、脆性裂隙、角砾岩化、强烈的热液蚀变等特征指示了一种相对较浅成的环境。中酸性岩浆岩对于形成大型矽卡岩铜矿最为有利，其岩性主要为钙碱系列的花岗岩 － 斜长花岗闪长岩 － 花岗闪长岩 － 石英闪长岩 － 闪长岩。岩浆作用具有多期次活动的特点，常组成复式岩体。
在矽卡岩型铜矿区，发育断裂、裂隙、网脉、角砾和可渗透的岩层构成成矿流体运移通道是不可缺少的。矽卡岩型铜矿的形成，与区域和矿区的构造发育程度有关。例如，中国长江中下游地区褶皱和断裂就特别发育。地质构造及演化是控制该区成矿地质环境的主导因素，构造运动制约了该区地层、构造、岩浆岩、成矿作用等地质特征。如，城门山铜矿位于长山 － 城门山背斜倾伏端的北翼，在EW 或 NEE、NW、NE 或 NNE 向等多组断裂的交汇处; 武山矿床位于界道 － 大桥背斜倾伏端的南翼，为 NEE、NE、NW 向等多组断裂的交汇处; 东狮子山铜矿床受白芒山背斜的直接影响，矽卡岩体和矿体沿地层层间薄弱带、顺层滑脱构造产生的空间分布 ( 图 3) 。总体而言，区域构造是长江中下游成矿区控制岩浆和沉积作用并直接参与成矿的主导因素，燕山期岩浆活动是关键性的成矿因素，古生代至早中生代形成的地层是重要的成矿因素和赋矿场所。构造、岩浆与地层三者之间相互制约、有机组合，构成了著名的长江中下游矽卡岩铜矿带。
2. 矿床地质特征
( 1) 控矿构造
矽卡岩型铜矿床的控矿构造主要有基底断裂和盖层构造，它们是矿床形成和富集的主要控制因素，含矿岩体和矿田常分布于盖层构造与基底断裂的交汇部位。当断裂与含矿岩浆连通时，将起到导岩、导矿的作用。断裂的长期活动，在多组盖层断裂结点及其与背斜轴挠曲部等褶皱构造的复合部位，加上合适盖层的遮挡，有利于形成容矿构造。导岩与导矿构造、布岩与布矿构造、容矿构造的有利组合和同生断裂的发育，是形成区域性成矿构造的有利条件。
图 3 安徽铜陵白芒山背斜层间滑脱构造控制东狮子山矽卡岩体的分布( 引自张叔贞等，1993)
容矿构造可分为圈闭构造 ( 包括褶皱、网状断层、捕虏体等) 、热动 ( 塑性) 构造、岩体接触带、断裂、裂隙带、层间构造等，矿体的位置和产状通常受到多种构造的共同影响。
以长江中下游矽卡岩型铜矿为例，最有利的赋矿地层为石炭系、二叠系和三叠系，尤其是上石炭统—上泥盆统、中二叠统—下三叠统、下三叠统—中三叠统之间的几个区域性层间滑脱 － 剥离面的上下 ( 图 3) ，并且具有有利岩性组合的部位，主要是碳酸盐岩、膏盐层、硅质岩等建造，碳酸盐岩层与泥质岩层组合，既可封闭矿液流失通道构成屏蔽层，又可作为矿液充分扩散渗流和交代成矿的环境，富硫膏盐层参与成矿，加之有利层位岩石中富含有机质、CO2、S、P、F 等矿化剂，造成了该区矿化的层控性 ( 常印佛等，1983) 。可见，构造、岩浆岩、有利层位、岩性组合等相互耦合是控制矿化作用的主要因素。
( 2) 容矿岩石
矽卡岩类矿物组合不仅可在中酸性岩浆岩与碳酸盐岩接触带中交代形成，而且还可以形成于其他非碳酸盐类岩石中———只要具备一定的温度和压力条件，且岩石中富有形成矽卡岩的元素 ( 如 Ca、Mg、Fe、Al、Si 等) 和挥发性元素。可见，矽卡岩矿床的围岩是多种多样的，其原岩具有多样性，但以各种碳酸盐岩为主。而且，如果围岩中含有杂质则更加有利于成矿，而纯净的碳酸盐岩则不利于接触交代作用的进行。
通常有利于形成大型矽卡岩型铜矿的围岩常为白云质灰岩或炭质灰岩、泥质岩，如中国南方矽卡岩铜矿的围岩为含白云质灰岩。膏盐岩层和高硫层存在的地区则更有利于成矿，如长江中下游成矿带，凡侵入或穿过蒸发岩层段或高硫层段 ( 中石炭统黄龙组) 的岩浆岩常有利于成矿。以硅铝质蚀变形成的角岩为围岩的大型矽卡岩铜矿一般少见，加拿大的马德莱娜铜矿可算一例。
( 3) 蚀变与矿化分带
矽卡岩型铜矿床外接触带的蚀变通常以矽卡岩化、角岩化为主，而内接触带主要为岩体的绢云母化、硅化、绿泥石化等。矿化体主要以似层状、透镜状、囊状产于外接触带中，在远离接触带的大理岩化灰岩、角岩化粉砂岩中还可见脉状矿化，而内接触带的矿化主要为细脉状、浸染状矿化。
矽卡岩化可分为早期矽卡岩化和晚期退化蚀变岩化。早期矽卡岩化主要为钙铁 － 钙铝石榴子石矽卡岩，含少量透辉石、钙铁辉石、磁铁矿等，同时还有少量铜矿物的沉淀，表明形成矽卡岩的热流体携带有金属成矿物质。晚期退化蚀变岩化主要是透闪石 － 阳起石、绿泥石、绿帘石、石英、方解石等交代石榴子石矽卡岩，并伴随着硫化物的沉淀，通常为矽卡岩型铜矿形成的主要阶段。在晚期退化蚀变过程中，绿泥石、绿帘石通常沿石榴子石中心、环带或边缘进行交代，以及在石榴子石微裂隙中充填绿帘石和孔雀石。
矽卡岩型铜矿床一般是在含矿气液与围岩的接触交代作用下形成的。由于气液中各组分活动性不同、扩散能力强弱不一，在接触交代作用进行的过程中，活动性越大的组分越易随气液前进，而达到反应带的边缘，惰性组分也参与反应，但多滞留在原地附近或迁移不远，因而形成矿化蚀变分带现象。这种蚀变分带，在深成岩体附近产出块状石榴子石矽卡岩，且随着远离接触带辉石含量增加，最后以大理石接触带出现符山石和 ( 或) 硅灰石为结束标志。
例如，湖北铜录山矽卡岩铜矿由内带花岗闪长斑岩至外带大理岩蚀变矿化分带为: 钾硅化花岗闪长斑岩 － 辉钼矿化带; 斜长石岩 － 钼矿石带，组成矿石的主要金属矿物为辉钼矿、黄铁矿; 石榴子石矽卡岩化斜长石岩 － 铜矿石带，组成矿石的主要金属矿物为黄铜矿、黄铁矿; 金云母透辉石矽卡岩 －铜铁矿石带，组成矿石的主要金属矿物组合为黄铜矿、斑铜矿、磁铁矿，该带是主矿石带，占铜矿储量的 76. 66%、铁总储量的 85. 17%; 透辉石矽卡岩化大理岩 － 铜矿石带，主要金属矿物为黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿等。
( 4) 矿体形态与产出位置
岩浆流动前缘的凹陷部位 ( 灰岩舌状体) 破碎裂隙发育，是矿体的最大富集地段。矿体也常富集于岩层界面与侵入体交切的部位和多次断裂活动与接触带相复合的部位。矿体一般沿岩体与围岩的接触带成群或成带分布，受岩体接触带构造和围岩岩性的控制。矿体主要产在外接触带的蚀变碳酸盐岩中，少数产于内接触带的侵入体中，一般产在距接触面 100 ～ 200m 的范围内。矿体产状、形态均较复杂，连续性差，常呈似层状、透镜状、柱状、脉状等。矿体规模大小不一，大型矿床一般由一个或几个主要矿体组成，某些矿床在垂向上具有多层分布的特点，如安徽铜陵狮子山矽卡岩型铜矿( 图 4) 。
对于广义的矽卡岩型铜矿而言，含矿岩体以富钾高碱的中酸性岩最为有利，岩体多为小型侵入体，常为多期次脉动式活动的复式侵入岩体，分异程度一般较高。其形态主要呈蘑菇状、箱状、锥状、枝叉状和层间岩墙状。
图 4 安徽铜陵狮子山矽卡岩型铜铁矿床典型剖面图( 引自赵文津，2008)
( 5) 成矿期和成矿阶段主要特征
矽卡岩铜矿的形成经历了漫长的地质作用过程，具有明显的多期多阶段性。其成矿过程综合起来可分为 3 个成矿期和 5 个成矿阶段。
A. 矽卡岩期
这个时期主要形成各种钙、铁、铝、镁的硅酸盐矿物，没有石英出现，也称石榴子石 － 透辉石期。该成矿期又分为 3 个成矿阶段。
1) 早期矽卡岩阶段: 形成的主要矿物为硅灰石、透辉石、钙铁辉石、钙铝榴石、钙铁榴石、方柱石等，其特征是以岛状和链状的无水硅酸盐矿物为主，一般称为矽卡岩化阶段，但也有少量含水硅酸盐矿物如符山石，它们是在高温超临界温度条件下形成的，此阶段一般没有硫化物的沉淀。
2) 晚期矽卡岩阶段: 形成的矿物沿早期矽卡岩破裂裂隙充填交代，主要矿物有阳起石、透闪石、绿帘石等，其特征为带状或复杂链状构造的含水硅酸盐类矿物，故又称为退化蚀变阶段。
3) 氧化物阶段: 介于矽卡岩期和石英硫化物期之间，具有过渡的性质，此阶段中形成长石类矿物，如正长石、酸性斜长石，云母类矿物如金云母、白云母及少量黑云母，此外还有少量石英、萤石、绿帘石等，矿石矿物有白钨矿、锡石、赤铁矿和少量磁铁矿，铍的硅酸盐矿物有日光榴石、硅铍石、香花石等，后期有少量硫化物的形成，如辉钼矿、磁黄铁矿、毒砂等。
B. 石英 － 硫化物期
这个时期二氧化硅一般不再和钙、镁、铁、铝组成矽卡岩矿物，而是独立地形成大量的石英，并形成绿泥石、方解石等典型的热液矿物。该期有大量金属硫化物形成，如黄铁矿、黄铜矿等，可分为2 个阶段。
1) 早期硫化物阶段: 也称石英 － 磁铁矿 － 绿帘石阶段，生成的脉石矿物有绿泥石、绿帘石、绢云母、碳酸盐矿物等，它们主要是充填交代早期硅酸盐矿物而成的，并有萤石和石英的形成。矿石矿物主要为各种铜、铁、铝、铋、砷的硫化物，如黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿、毒砂、辉铋矿等，故亦称为铁铜硫化物阶段。这些矿物形成于高—中温条件，代表了早期成矿阶段磁铁矿生成时的流体活动。
2) 晚期硫化物阶段: 也称石英 － 黄铁矿 － 黄铜矿阶段，此阶段除充填交代早期形成的硅酸盐矿物如绿泥石和绢云母外，还有石英，特别是碳酸盐类矿物明显增多，金属矿物主要为方铅矿、闪锌矿、黄铁矿和黄铜矿，因此又称为铅锌硫化物阶段。此阶段的主要矿物是在中温热液条件下形成的，它们代表了主成矿期的热液活动。
C. 石英 － 碳酸盐期
这个时期含少量黄铁矿和黄铜矿，代表了成矿晚期的热液活动。由于矿石矿物成分复杂，形成温度范围也广，故矿石的结构构造多种多样，主要有团块状构造、块状构造、条带状构造、流动条纹状构造、条带 － 浸染状构造、细脉 － 浸染状构造、角砾状构造、豆状构造、气孔构造等。由于成矿温度较高，有挥发组分参与，因而矿石一般为粗粒结构，还有海绵陨铁结构、填隙结构、共结边结构、固溶体分离结构等。
( 6) 成矿时代
成矿时代主要集中在中生代，其他时代也有可能。例如，长江中下游成矿带中与成矿相关的岩体时代主要为晚侏罗世—早白垩世，岩体的围岩主要为三叠系、二叠系和石炭系—泥盆系，但近来在志留系和奥陶系中也发现有该类矿床。
三、矿床成因和找矿标志
1. 矿床成因
矽卡岩型铜矿床的形成是一个复杂的岩浆作用过程，中酸性岩浆侵入地壳上部时，在热变质作用下围岩发生重结晶作用，如灰岩大理岩化、砂页岩角岩化及退色化等。在岩浆分异出的气液作用下，岩浆岩与围岩碳酸盐岩发生接触交代作用形成各种矽卡岩。之后，岩浆残余含矿热液沿着构造薄弱带充填、渗滤、扩散，与矽卡岩发生交代作用，形成退化蚀变岩，并伴随着硫化物的沉淀，从而形成矿床及其原生地球化学异常。
这里以安徽铜陵冬瓜山矽卡岩型铜矿成因为例说明矽卡岩型铜矿床的形成过程: 早期形成的岩浆流体在上升侵位过程中，沿着层间空隙 ( 滑脱空间) 贯入 － 渗透、交代，生成石榴子石和透辉石等早期矽卡岩矿物，在透辉石形成过程中，岩石中会产生大量的自由空间，造成压力释放，致使流体沸腾，但这一过程早于矿化; 随着矽卡岩的大量形成，到了石英 － 磁铁矿 － 绿帘石阶段，也就是成矿流体早期矿化阶段，以热液作用起主导作用，其温度低于岩浆流体的温度，富含挥发组分的成矿热液，在构造减压等作用下发生沸腾，使得部分石榴子石产生退变质作用，分解出的铁质，在高温下生成磁铁矿; 在主成矿阶段，燕山期复杂的构造活动产生的裂隙造成更广泛的沸腾，生成大量孔隙填充和交代成因的石英 － 硫化物脉; 在成矿晚期，成矿近于结束时期，随着岩体的冷却，流体温度不断降低，另一方面成矿热液不断同周围下渗的雨水或地下水混合，生成一些不含或含少量硫化物的石英脉和碳酸盐脉。
2. 找矿标志
( 1) 构造与地层找矿标志
1) 成矿环境与斑岩型铜矿接近，一般产在与大洋和 ( 或) *消减带相关的*边缘和岛弧带中。地台坳陷带和增生褶皱带有碳酸盐岩分布的地区，是矿床产出的有利区域，区域褶皱、断裂发育是其重要的区域构造标志。
2) 深断裂与深断裂或深断裂与盖层断裂交叉部位及其附近，是矿田展布的有利部位。
3) 古生代—早中生代地层是重要的成矿与赋矿场所。
4) 岩浆流动前缘的凹陷部位 ( 围岩凸出的部位) 常形成富矿。
5) 岩层界面与侵入体交切的部位和多次断裂活动与接触带相复合的部位，是矿体重要的产出部位。
( 2) 岩石学找矿标志
1) 与矽卡岩铜矿有关的侵入体主要为中生代—新生代及少量古生代的中酸性岩体。化学成分与同等酸度的同类岩浆岩相比较，K、Na 总量偏高，Mg、Fe、Ca 含量偏低，岩体含铜量高。
2) 燕山期岩浆活动是中国矽卡岩型铜矿成矿的关键性因素，往往具有多期次、多阶段性，容矿的岩体一般为分异程度较高的复式岩体。
( 3) 围岩及其蚀变找矿标志
1) 围岩主要为白云质、泥质或炭质灰岩等，发育膏盐层和高硫层对成矿更为有利。
2) 区域围岩多有蚀变，外接触带蚀变以矽卡岩化、角岩化为主，内接触带主要为绢云母化、硅化、绿泥石化等，有的存在铁帽。
3) 含矿矽卡岩多为复合矽卡岩，包括 ( 进化) 蚀变矽卡岩与退化蚀变矽卡岩。
4) 从矽卡岩内带至外带，可能存在石榴子石→辉石→符山石、硅灰石的矿化蚀变分带特征。而且，石榴子石可能存在着颜色分带，从毗邻深成岩体的深红褐色到远端的绿色、*变化。硫化物矿物及金属比例相对于成因岩体可能也存在着系统的分带特征。一般来说，黄铁矿和黄铜矿在深成岩体附近最多，且随着远离岩体黄铜矿含量增加，最后在大理石接触带的硅灰石带出现斑铜矿 ( 图 5) 。在含钙镁橄榄石的矽卡岩铜矿中，斑铜矿 － 黄铜矿是主要的 Cu － Fe 硫化物，而不是黄铁矿 － 黄铜矿。
( 4) “多位一体”成矿分带组合
矽卡岩型与斑岩型、沉积岩容矿的块状硫化物型、火山岩中的脉型可能复合出现。例如，矽卡岩矿床通常与斑岩铜矿在成因类型上相同或相似，且有着密切的时空分布联系。岩体内部主要为斑岩型矿化，接触带及其附近为矽卡岩型矿化。通常发育外矽卡岩带，距接触带较远的外围出现热液脉型矿化，构成完整的斑岩 － 矽卡岩铜 － 钼( － 钨) － 金等多金属成矿体系。空间上，脉状铜矿化位于地势较高处，矽卡岩矿化位于中上部，斑岩型矿化则位于平缓低洼处，从而构成鲜明的矿化垂直分带。这种特征在长江中下游成矿带表现为 “多位一体”成矿分带组合，其中以 “三位一体”最为典型，即 3种成矿分带类型共存于1 个矿床之中 ( 图 6) 。
图 5 矽卡岩铜矿矿化蚀变分带标志组合( 据 L. D. Meinert，1993，修编)
图 6 长江中下游成矿带 “三位一体”成矿分带组合示意图( 引自常印佛等，1991; 吕庆田等，2007)
( 5) 地球物理找矿标志
1) 沿接触带常有磁、电异常。
2) 常有重力梯度带异常或重力异常，激电异常。
3) 具有遥感环形影像特征，环形构造是识别岩体和矿田的重要标志。可能会有隐伏岩基环、热变质晕、蚀变矿化晕、岩浆柱环、矿化环等，可根据环的形状、规模大小、垂向起伏、色调结构等特征，以及分布的成群性和环群的排列形式，来识别和区分与矿化有关的各种因素。
( 6) 地球化学找矿标志
1) 矽卡岩型铜矿床通常存在着明显的化探异常浓度分带，成矿元素值高且分布范围较大。沿接触带常分布有 Cu、Au、Ag、Mo 等元素次生晕异常。铜矿物、金作为主要的重砂矿物，是成矿异常的重要指示标志。
2) 矿区的矿石原生晕分带特征明显，且不同矿石类型具有不同的特征元素组合及指示元素 ( 表1) 。表 1 中的标型元素组合可作为预测相应隐伏或盲矿体的矿化类型。
3) 通过对中国重要的鄂东矽卡岩型铁铜矿区的矿床地球化学异常特征的研究，李惠等 ( 1986)以阳新侵入体中和外围矽卡岩型铜矿床为例，建立了矽卡岩型铜矿床地球化学异常分带模型 ( 图 7) 。如图7 所示，矽卡岩铜矿含矿岩体中多富集 Fe、Cu、W、Mo，且与碱值 ( Na2O + K2O) 有密切关系。一般情况下，当碱值大于 9%时，产出单一的铁矿床; 碱值为 8. 8% ～7. 6%时，产出铁 － 铜矿; 碱值为 7. 6% ～7. 16%时，产出铜 － 钼矿床; 碱值小于 7. 16%时，则产出钨 － 铜 － 钼矿床。随着碱值的降低，依次出现铁→铁、铜→铜、钼→钨、铜、钼矿床。随着岩体碱值呈规律性的变化，成矿元素的富集也表现出明显的分区分带性。
表 1 矽卡岩型铜矿不同矿石类型的特征元素组合与指示元素
资料来源: 李惠等，1986
图 7 鄂东矽卡岩型铜矿床地球化学异常分带模型( 引自李惠等，1986)
