布敦花铜矿矿床特征及控矿因素探讨

李磊　邓国平　郭文军　周卫东　魏雅玲

摘要：布敦花矿区内矿床类型有热液脉状类型和细脉浸染型（斑岩型）两类。热液脉状矿床分布于布敦花岩浆杂岩体北侧外带孔雀山矿段，赋矿围岩主要为角岩化的变质砂岩、板岩、黑云母角岩以及闪长玢岩等。矿体以不规则弯曲的脉状为主，在大脉旁侧围岩中有广泛的网脉状矿化。矿脉自南向北近于左列雁行排列。斑岩型矿床赋存于布敦花岩浆杂岩体南翼内带金鸡岭矿段，矿化面积较大，矿化分散，矿石品位相对较低（Cu一般在0.2%-0.7%），矿体埋深通常在250-300m。主矿体赋存于隐伏的斜长花岗斑岩岩体顶部起伏界面之外接触带下二叠统寿山沟组及中侏罗统万宝组地层内，矿化受斜长花岗斑岩形态的控制。

关键词：布敦花铜矿床 网脉浸染状 地质特征 金鸡岭矿区 布敦花

布敦花铜矿位于内蒙古自治区科尔沁右翼中旗北东13公里。成矿区带划分属内蒙古——大兴安岭成矿省（Ⅱ₂）、突泉——林西华力西、燕山期铁（锡）、铜、铅、锌、银、铌（钽）成矿带（Ⅲ₆）、莲花山——大井子铜、银、铅、锌成矿带、孟恩套勒盖——布敦花银、铜、铅、锌成矿带。区内矿产资源丰富，内生金属矿产有Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Fe、Sn、Mo等，非金属矿产有萤石、叶蜡石和石材花岗岩。

1 区域地质特征

矿区位于大兴安岭火山岩带的中南段，与哈德营子——布敦化区域性东西向构造带的交汇部位。区内地层区划：古生界隶属于华北地层大区内蒙古草原地层区锡林浩特——磐石地层分区，中新生界为滨太平洋地层区大兴安岭——燕山地层分区乌兰浩特——赤峰地层小区。主要出露地层有：本巴图组灰岩夹砂板岩建造；寿山沟组砂板岩建造、大石寨组安山质火山碎屑岩及火山熔岩建造、万宝组复成分砂砾岩建造、火山碎屑岩建造；满克头鄂博组、玛尼图组和白音高老组火山碎屑岩及火山熔岩建造。梅勒图组基性火山岩。

区内岩浆活动强烈。据其活动特点和演化规律，分为三个旋回。海西晚期岩体主要呈岩株、岩基状，主要呈北东走向，少数近东西走向，岩石类型以酸性的花岗岩类为主，少数为中性的闪长岩类，侵入早二叠世地层，被侏罗纪火山岩不整合覆盖。燕山期火山岩分布在北东向呈菱形块体展布断陷盆地中。侵入岩不仅受北东向和东西向断裂控制，还受北北东和北西向断裂控制，分布在隆坳交接带附近。早期岩性以浅成超浅成的中酸性花岗岩类为主，晚期岩性以花岗岩类及碱性花岗岩类为主。由南东向北西，岩体的侵位时代逐渐变新，岩性也向酸性及碱性成分演化。

区域构造受滨太平洋构造域的影响，主要为北东向和北北东向，次级构造为北西向、近南北向和东西向。

2 矿床特征

2.1矿区地质特征

矿区出露地层为下二叠统大石寨组（P₁d）浅海相复理石建造、碎屑岩建造、火山岩及少量礁灰岩，岩性主要为片理化凝灰质砂岩及火山凝灰岩和硅质岩组成；中侏罗统万宝组（J₂w），下部为厚层砂岩夹含砾砂岩、粗砂岩，上部为细砂岩、粉砂岩及泥岩，是布敦花矿床的主要围岩；晚侏罗统满克头鄂博组（J₃m），下部中酸性含角砾晶屑凝灰岩夹流纹岩，上部为角砾状凝灰熔岩。

矿区构造以EW向与NNE向为主，形成三个挤压带，均呈NE向展布，由北至南分别为草格吐——查顺花挤压带、布敦化挤压带和五九山冲断带。分布在矿田中部的布敦化复式背斜，是布敦化挤压带的主要组成部分，其轴部为布敦化杂岩体，两翼地层均为大石寨组，由于后期构造活动伴生有近SN向和近EW向的扭裂、NW向的张裂构造。其中SN向复合破裂带及NW向扭张破裂带为金鸡岭矿区的主要构造。

布敦花杂岩体由黑云母花岗闪长岩、斜长花岗斑岩及花岗斑岩组成。此外，中酸性脉岩闪长岩、闪长斑岩、安山玢岩等亦较发育。斜长花岗斑岩隐伏于金鸡岭矿区下部。花岗斑岩呈岩墙状产出，与其北侧的黑云母花岗闪长岩呈侵入接触关系。据Rb-Sr法同位素资料，三者年龄吻合，属同源不同期次产物。斜长化岗斑岩Rb-Sr等时线年龄为（166±2）Ma，相关系数γ为0.9998。这三类岩石化学成分特征，如Si、Al、Ti、Fe、Mg、Ca、Na/K以及稀土元素也均表现出良好的演化关系。因此，可确定布敦花杂岩体的第一阶段为黑云母花岗闪长岩，第二阶段为斜长花岗斑岩，第三阶段为花岗斑岩。第一、第二阶段岩体伴有铜矿化。

2.2矿床特征

布敦花铜矿床是一个与燕山期布敦花杂岩体有关的岩浆高——中温热液型矿床，其成矿作用相当于斑岩型与火山热液型的过渡类型。空间上受构造控制。常与次火山岩相伴赋存。

布敦花铜矿床包括网脉浸染状铜矿体和脉状铜矿体两类，前者构成金鸡岭矿段，后者见于孔雀山等矿段。

金鸡岭矿段铜矿化东西长3，000m，南北宽1，500m，矿化较分散，矿石较贫，铜品位一般在0.2%-0.5%。矿体埋深通常250-300m，最大埋深为600m。矿体赋存于斜长花岗斑岩的内外接触带中。围岩除斜长花岗斑岩外，还有砂岩、含砾砂岩、凝灰质含砾砂岩等。矿化受斜长花岗斑岩形态及二叠系和侏罗系不整合面的控制。在岩体突出与凹陷部位的外接触带矿化较好，尤其是在二叠系与侏罗系的不整合面上矿化富集。矿化主要为浸染状及脉状。常以脉带形式出现。单矿体长几十至百余米，厚1-3m。矿石矿物有黄铜矿、磁黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、毒砂、斜方砷铁矿、黄铁矿等。脉石矿物主要有石英、长石、角闪石、黑云母、绿泥石、方解石、电气石等。矿石含铜一般0.3%-0.5%，伴生有益组分Ag达17.5×10^-6，Au0.48×10^-6。伴生元素常以类质同象形式赋存在黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿等矿物中。矿石以半自形晶粒结构和交代熔蚀结构最重要，次为交代残余结构、变晶结构、固溶体分解结构等。矿石构造主要为细脉状和稀疏细脉浸染状，部分为斑杂状。

区内广泛发育一套高温到中低温的蚀变，包括钾长石化、黑云母化、电气石化、硅化、绢云母化、绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化、高岭土化等。自岩体向外可分为下列蚀变带：

在斜长花岗斑岩体内有钾长石化、黑云母化、电气石化带；

在外接触带含砾砂岩、变质砂岩中靠近岩体处为硅化-电气石化带；

远离岩体为绢英岩化带，其中该带与矿化关系最为密切。

上述特征表明，金鸡岭铜矿段与国内的一些斑岩型铜矿床有相近的矿床地质标志。

2.3成矿物理化学条件

（1）矿物流体包裹体地球化学

包裹体特征：对矿区内矿物流体包裹体普遍存在液相、气相及具盐晶（子矿物）的三相型包裹体。包裹体气液比变化大，从10%-90%，常见均一成气相与均一成液相包裹体并存，高气液与低气液化的包裹体并存和高盐度与低盐度的包裹体并存的现象。成矿过程中，温度在170-198℃，184-208℃，420-430℃等区间成矿流体发生过沸腾。无疑，成矿流体的沸腾对金属元素在成矿流体中的沉淀富集起了有益的作用。

成矿温度、盐度、密度和压力：区内包裹体均一温度和流体的盐度变化范围很大，均一温度为600-100℃，盐度W（NaCl）为58%-5.4%。流体密度为0.85-1.11g/cm³。均一温度直方图具有三个以上峰值。温度-盐度-流体密度关系图也具有三个集中区，表明成矿作用过程中至少有三次矿化活动，三者在温度、盐度上均有较大差异。第一阶段矿化活动，成矿温度主要在520-560℃，盐度W（Na-Cl）为45%-50%，密度大于0.9g/cm³，多数包裹体均一为气相，代表了成矿作用气成阶段的地球化学参数；第二阶段矿化活动发生在470-310℃，W（NaCl）为36%-58%，密度为0.96-1.11g/cm³，代表了中高温热液矿化阶段的地球化学参数；第三阶段成矿温度较低，发生在310-140℃，盐度W（NaCl）也较低（19.3%-5.4%），代表了中低温热液矿化阶段。金鸡矿段和孔雀山矿段的矿化形式虽然完全不同，（前者为网脉浸染状，后者以大脉状为主）但二者包裹体地球化学特征是一致的。

据NaCl-H₂O体系p-t-x相图估算区内成矿时期的压力为（110-400）×10⁵Pa，成矿初始压力较低，正反映了成矿是在近于开放系统中进行的。

流体包裹体成分及据其计算的氧化还原参数：用气相色谱仪和液相色谱仪分析的流体包裹体结果看出，气体主要成分是水蒸气，H₂O的摩尔百分数占总含量的98%以上，排除最大含量的H₂O外，CO₂占其他成分的80%左右。因此，可以认为布敦花矿床富CO₂型的成矿流体。

包裹体液相成分表明，成矿溶液中阳离子主要为K⁺和Ca²⁺，阴离子主要为F^-、Cl和SO^2-。因此，成矿溶液属富CO₂的Na-Cl-KCl-CaSO₄-H₂O体系。

据流体包裹成分资料计算得出的氧逸度fO₂为10^-33-10^-22Pa，成矿流体从弱还原环境的磁黄铁矿-黄铜矿阶段向中性环境的方铅矿-闪锌矿-黄铜矿阶段转变。

（2）稳定同位素地球化学

硫同位素特征：矿床分析硫同位素样近40个，涉及黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、毒砂等。除个别晚期脉岩（闪长玢岩中-黄铁矿δ³⁴S为-9.27%）和矿石中的黄铜矿、方铅矿有较大的负值外，绝大多数样品值δ³⁴S为-2%-1%，平均为-0.9%表明主要成矿期的硫源单一，来自深源，且成矿过程中介质的物理化学性质变化不大。

氢、氧、碳同位素特征：据矿石中石英的氢、氧、碳同位素分析，其δ¹⁸OSMOW为7.9%-11.5%，计算的成矿流体δ¹⁸O为3.6%-7.8%，矿物包裹体水的δD为-73%-83%，CO₂气体的δ¹³C为-14.2%-18.8%。据王关玉研究结果，本区中生代平均大气降水的δ¹⁸O为16%，并假定岩浆水的平均δ¹⁸O为7%，由此从计算出成矿热液中大气降水在热液水中各阶段的比值，可以看出早期成矿阶段，也就是成矿的主要阶段（磁黄铁矿一黄铜矿）成矿热液中基本不含大气降水，而晚期方铅矿一闪锌矿一黄铜矿成矿阶段约有20%的溶液来自大气降水。碳同位素有较大的负值也表明在成矿过程中有有机碳参入。

锶同位素：对布敦花斜长花岗斑岩、黑云母花岗闪长岩和花岗斑岩进行了Rb-Sr同位素测定。通过斜长花岗斑岩5个样品得出初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值为0.7055±0.00007，加上黑云母花岗闪长岩和花岗斑岩各一个样品得出的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr为0.7053±0.00016，同样具有良好的线性关系，相关系数仍可达到0.9939。现今上地幔的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr初始值平均为0.7037，一般认为初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr<0.705者为幔源，>0.710者为壳源。把本区锶同位素初始值投影在上地幔及大陆壳同位素的演化图中，其点落入玄武岩源区。因此，上述资料可表明：区内三类岩体是同源岩浆产物；区内岩浆岩可能属起源于上地幔的玄武岩源的演化产物。

铅同位素：对矿区三个方铅矿进行铅同位素测定，三个样品在铅同位素关系图上的投点均落在地幔线附近，单阶段铅模式年龄与斜长花岗斑岩的Rb-Sr年龄（166Ma）相比，其中二个样品小于斜长花岗斑岩的Rb-Sr年龄，一个则稍大于岩体的Rb-Sr年龄。三个样的平均模式年龄约145Ma，可能基本代表了成矿年龄。

3 控矿因素

3.1地层对成矿的控制

前中生代地质体构成中生代火山沉积盆地的基底，与盆地构成隆拗相间的构造格局。矿产的赋矿围岩为二叠系地层。

二叠系地层多经历了低绿片岩相区域变质作用，局部遭受动力变质和接触变质作用，形成变质砂岩、板岩等。变质砂岩中成矿元素及成矿指示元素Cu、Pb、Zn、Bi、Ag、As、In、Sn等丰度明显偏高，其浓集比率值（变质砂岩中元素平均含量同该元素地壳克拉克值的比值）分别为5.1、1、1.7、41.1、28.6、71.1、570和6，表明砂岩是成矿物质来源之一。另外研究显示，二叠系大石寨组、哲斯组和林西组的Sn、Cu、Pb、Zn等元素含量很高，具初始富集特征，是该区重要矿源层，可为区内成矿提供丰富成矿物质，是上述层位中产出大量锡铜铅锌多金属矿床的内在因素。

3.2岩浆活动对成矿的控制

燕山期火山、侵入岩浆活动是本区矿床的主要控矿因素之一。

区内的矿床（点），大都分布在火山-侵入杂岩小岩体的内外接触带。而这些小岩体又常出现在断隆区的边部和断陷区的边部。与铜多金属矿关系密切的侵入岩是一套有成因联系的中酸性浅成-超浅成火山-侵入杂岩，布敦花成矿岩体多呈岩株、岩枝状产出，且与中-中酸性火山岩紧密相伴构成火山-侵入杂岩。其产状、岩石结构、矿物成分等皆显示浅成-超浅成岩体的特点。主要岩石类型为斜长花岗斑岩、花岗斑岩等，是火山-侵入岩浆活动演化晚期的产物，边部常出现隐爆特征。

成矿岩体SiO₂较低（一般66%-69%），高TiO₂、MgO，Na₂O>K₂O。岩体中角闪石富镁（MgO=14.25%-18.20%），黑云母以镁质黑云母为主（MF=0.57-0.64），锶同位素初始比值低，为0.704-0.705，表明含矿岩浆起源于下地壳一上地幔岩浆的衍生物，混染上地壳物质较少，具有明显的“I”型花岗岩特征。成矿岩体皆产于深大断裂通过的中生代断隆区边部，其形态产状也明显受断裂构造控制。

3.3断裂对成矿的控制

区内构造以东西向和北东向为主。东西向构造为基底断裂，形成于海西期。燕山期又继续活动。北东向构造是区内主干构造，为相互平行的复背斜、复向斜及与其伴生的断裂。海西晚期开始活动，燕山期又进一步加强。黄岗梁——甘珠尔庙复背斜和林西——陶海营子复向斜横贯全区。此外，北西向断裂也较发育。局部地段发育南北向断裂。

二叠纪末形成了区域基底构造的基本格架，中生代时期本区进入了滨太平洋大陆边缘活动阶段。中生代构造以断裂活动为主，这些断裂大多是承袭、利用和改造前中生代构造而进行的。挤压—俯冲、推覆和拉伸一断陷作用的结果，形成了一系列北东——北北东向的断裂隆起带和断裂拗陷带。本区中生代断隆带和二叠纪古海盆或深水盆地的分布地带基本吻合。大多数矿床（点）分布于断隆区，多产于断隆的边部，部分矿床（点）产于断陷带边部-拗中隆的位置上，其中锡多金属矿床主要分布在断隆区，铅锌多金属矿床主要分布在断陷区中的隆起部位，铜多金属矿床主要分布在断隆和断陷交接部位，稀有稀土矿床产于断陷区的边部。

中生代大陆内部构造运动，形成北东——北北东、东西、北西向格子状断裂系统，这种断裂系统具有明显的等间距分布特点，北东向大断裂一般兼具走滑性质和冲断裂性质，隔40-60km左右一条；东西向断裂源于前中生代基底断裂，在中生代成为穿透断裂，一般间距40-60km。这种格子状断裂系统不仅控制了中生代断陷盆地的边界，而且也控制了本区矿床的分布格局：北东——北北东向矿带与同方向的断隆、断陷格局相吻合；东西向的成矿区或矿化集中区受东西向深断裂和一系列东西向穿透式断裂控制，其等间距分布特点与格子状断裂系统的等间距分布特点相互对应。