青海省兴海县赛什塘铜矿床矽卡岩矿物学特征及地质意义

王　辉, 丰成友*, 李大新, 丁天柱, 王洪庆, 刘建楠, 周建厚

1)中国地质科学院矿产资源研究所, 北京 100037;　2)青海赛什塘铜业有限责任公司, 青海西宁 810003

青海省兴海县赛什塘铜矿床矽卡岩矿物学特征及地质意义

王辉1), 丰成友1)*, 李大新1), 丁天柱2), 王洪庆2), 刘建楠1), 周建厚1)

1)中国地质科学院矿产资源研究所, 北京 100037;2)青海赛什塘铜业有限责任公司, 青海西宁 810003

赛什塘铜矿位于东昆仑造山带东端的鄂拉山地区, 是中国西部重要的矽卡岩型铜矿之一。矽卡岩形成于印支期石英闪长岩与中—下三叠统地层Tb21-2岩性段的接触带, 矿体主要呈似层状、透镜状产于外接触带矽卡岩中。Tb21-2岩性段由中性火山岩、大理岩及变质粉砂岩构成, 其中变安山质凝灰岩及安山岩与铜矿化有着密切的空间关系。岩相学研究表明, 含铜矽卡岩的形成经历了矽卡岩阶段、退化蚀变阶段、石英-硫化物阶段及石英-碳酸盐阶段。矽卡岩阶段形成石榴子石、辉石及硅灰石, 退化蚀变阶段则形成绿帘石、角闪石及磁铁矿, 石英-硫化物阶段大量金属硫化物发生沉淀。电子探针分析表明, 石榴子石与辉石矿物组分分别为Gro0.00～91.00And7.02～100.00(Pyr+Alm+Spe)0.00～4.27与Di12.80～98.08Hd2.41～79.80(Jo+Jd+Opx)0.00～13.47, 表明其属于典型的钙矽卡岩类。空间上, 靠近石英闪长岩与安山岩接触带处, 钙铝榴石和绿帘石更富集, 而向大理岩的一侧以钙铁榴石为主, 并常见硅灰石及含Mn的钙铁辉石。矿物学特征及矿物成分的变化显示: 从矽卡岩阶段到石英-硫化物阶段, 流体性质呈幕式的变化, 成矿流体至少经历了2次氧化还原性质的转变, 这种变化可能与成矿流体中大气降水的不断加入有关。赛什塘铜矿属于矽卡岩型矿床, 以石英闪长岩为主的岩浆活动携带了大量的热量及流体, 侵入到中—下三叠统地层中, 与围岩地层发生物质交换的同时, 引起了大理岩、变质粉砂岩与中性火山岩之间的双交代作用, 是导致矽卡岩和矿体形成的重要机制。

矽卡岩矿床; 矿物学; 成矿机制; 赛什塘铜矿; 鄂拉山; 青海

东昆仑构造岩浆岩带是青藏高原东北部的一个典型的多旋回复合造山带, 区内构造-岩浆活动频繁, 成矿地质条件优越, 是中国三叠纪金属矿产最重要的分布区之一(毛景文等, 2012; 丰成友等, 2012)。东昆仑多金属成矿带西起祁漫塔格向东延伸至鄂拉山一带, 呈北西西向展布, 产出有赛什塘、铜峪沟、日龙沟、乌兰乌珠尔、卡而却卡、虎头崖等多个大中型铜多金属矿床, 是中国西部一条重要的多金属成矿带(丰成友等, 2004)。

赛什塘铜矿位于东昆仑构造岩浆岩带东段的鄂拉山地区, 行政区隶属于青海省海南藏族自治州兴海县。矿床自1955年发现以来, 开展了大量的找矿评价及科研工作, 铜资源储量达中型规模。但随着近年来采矿规模的不断扩大, 矿山资源危机日益严重。赛什塘铜矿成矿地质条件十分复杂, 对矿床成因及成矿模式的认识存在较大的争议, 20世纪70年代之前大多认为其属于矽卡岩型(青海省第三地质队, 1983), 80—90年代以“喷流沉积-改造型”(林德经, 1983; 李福东等, 1993; 宋治杰等, 1995)的观点占主导地位, 近年来研究者又提出“热水沉积+斑岩复合型”(李东生等, 2009)、“层控改造型、矽卡岩型和斑岩型三位一体”(朱谷昌等, 2010; 吴庭祥等, 2010)等观点, 也有研究者对矽卡岩型的观点进行了进一步的认识(辛天贵等, 2013)。矿区内侵入岩由同源演化的复式侵入体构成, 大致分为4个侵入阶段, 产生多类中酸性侵入体, 其时代分布为205.7—248 Ma(邱风歧等, 1978; 秦杰, 2010; 刘建平等, 2012)。前人研究工作主要集中于矿床地质特征、矿床成因及成矿模式、成岩年代学等方面, 对矿区内广泛出露的与成矿密切相关的矽卡岩研究则相对薄弱。

本文在详细的野外地质工作和岩相学、矿相学研究的基础上, 选择矽卡岩矿物作为重点研究对象,对赛什塘铜矿矽卡岩矿物学特征进行了较系统的研究, 总结了成矿流体的演化, 并对矿床成因与成矿机制进行了初步探讨, 以期为赛什塘铜矿的找矿勘查工作有所裨益。

东昆仑构造岩浆岩带是中国大陆中央造山带之秦祁昆褶皱系的一部分(殷鸿福等, 1998)。赛什塘铜矿位于东昆仑东段的鄂拉山地区的东南部, 东昆仑与西秦岭的构造衔接转换部位(图1)。矿区出露中—下三叠统、古近纪—新近纪及第四系地层。中—下三叠统地层为一套变质沉积-火山岩岩石组合,分为3个岩性组。上岩组主要岩性为片岩; 中岩组包括三个岩性段, 上部为条带状大理岩、变凝灰岩, 中部为变凝灰岩、大理岩夹变质粉砂岩, 下部为变凝灰岩、变质粉砂岩; 下岩组岩性为变质粉砂岩、变凝灰岩夹大理岩透镜体(图1)。矽卡岩及矿体主要赋存于中岩组岩性段中。前人曾报道过在赛什塘铜矿区ZK2306钻孔中发现了较厚的中酸性熔岩及火山碎屑岩(李东生等, 2009), 然而, 矿区内火山岩与铜矿化的关系却没有得到足够的重视和研究。本次对赋矿层进行了详细的研究, 发现其岩性主要为变安山质—英安质岩屑晶屑凝灰岩、大理岩夹变质粉砂岩, 及一定量互层产出的安山岩。靠近接触带的中性火山岩(变安山质凝灰岩及安山岩)中普遍发育矽卡岩化, 其与大理岩的层间接触带往往是矿体有利的赋存部位,与铜矿化关系密切。

赛什塘矿区内主体构造体系呈北西向(图1),以褶皱构造为主, 其次为断裂构造。雪青沟复式背斜位于矿区东侧, 呈北西向延伸, 其西南翼次级的赛什塘背斜控制着矿区赋矿地层的展布。在褶皱形成过程中, 地层岩性的差异致使层间滑动及层间剥离构造十分发育, 为含矿热液的流动及矿质沉淀提供了良好的空间。断裂构造主要呈北西—北北西向、东西向, 规模较小。侵入岩主体出露于赛什塘背斜核部, 为同源岩浆演化形成的复式侵入体, 主体为石英闪长岩, 岩石具有细粒花岗结构, 局部过渡为似斑状结构, 主要由斜长石(50％～55％)、钾长石(5％～10％)、石英(15％～20％)、黑云母(10％～15％)及角闪石(5％～10％)组成, 副矿物为磷灰石、榍石、锆石及磁铁矿等。此外, 矿区内存在与石英闪长岩先后侵入的各类脉岩, 岩性包括闪长玢岩、石英闪长玢岩、斜长花岗斑岩、花岗斑岩及次流纹斑岩等, 构成中性→中酸性→酸性的演化系列(赖健清等, 2010)。石英闪长岩及脉岩的K-Ar、U-Pb、Rb-Sr年代学研究基本确定了成岩时代为晚三叠世, 为高钾钙碱性系列的I型花岗岩(邱风歧等, 1978; 刘建平等, 2012)。

图1　赛什塘铜矿区地质略图(据李领贵等, 2012修编)Fig. 1　Geological map of Saishitang copper deposit (modified after Li et al., 2012)

赛什塘矿区矽卡岩与矿体主要赋存于中—下三叠统Tb21-2岩性段中。该岩性段中性火山岩、大理岩及变质粉砂岩均有不同程度的矽卡岩化。靠近接触带石英闪长岩发生较强烈的绿泥石化和绢云母化,并可见细网脉状的透辉石。剖面上(图2), 从石英闪长岩向安山岩、大理岩一侧, 可见绿泥石化安山岩→石榴子石辉石化安山岩→绿帘石石榴子石矽卡岩→辉石阳起石矽卡岩→辉石石榴子石矽卡岩→硅灰石石榴子石辉石矽卡岩→辉石化大理岩。

矿区目前共发现铜矿体116个, 铅锌矿体32个,硫矿体26个, 铁矿体2个。矿体主要分布于赛什塘背斜西翼, 呈似层状、透镜状、细脉状产出, 矿体受地层层位控制, 但空间连续性较差, 个体多表现为不规则的囊状(辛天贵等, 2013)。矿体总体走向北西, 倾向南西, 倾角20°～40°; 赛什塘背斜东翼矿体倾向北东, 倾角30°, 厚度一般为1～20 m, 最厚可达30 m, 铜品位一般为0.3％～2.7％。铜矿化多产于石榴子石矽卡岩中, 而铁矿化与角闪石矽卡岩有关(图2)。铜矿石类型主要为磁黄铁矿-黄铜矿型与磁铁矿-黄铜矿型。矿石以块状构造、浸染状构造为主,少量为条带状构造。矿石矿物主要为黄铜矿、磁黄铁矿、黄铁矿及磁铁矿, 其次为闪锌矿、方铅矿、黝锡矿、毒砂及少量的斑铜矿、辉钼矿、辉铜矿等。脉石矿物主要为各类矽卡岩矿物, 包括石榴子石、辉石、硅灰石、阳起石、绿帘石、绿泥石、绢云母、石英、方解石、石膏等。

赛什塘矿区各类矽卡岩矿物以及与其伴生的硫化物主要分布在外接触带矽卡岩中。从早到晚可划分为4个演化阶段, 矽卡岩阶段主要形成石榴子石、辉石及硅灰石等无水硅酸盐矿物; 退化蚀变阶段产生绿帘石、角闪石(闪石类矿物)及大量的磁铁矿, 交代早期形成的石榴子石、辉石; 石英-硫化物阶段产生磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、闪锌矿、黝锡矿、方铅矿、毒砂等硫化物及石英、绿泥石等, 是主要的矿化阶段; 石英-碳酸盐阶段产生晚期石英-碳酸盐脉及少量石膏, 伴生少量的硫化物, 各类矽卡岩矿物及硫化物生成顺序见表1。

图2　赛什塘铜矿床25线3250 m中段穿脉地质剖面图Fig. 2　Geological section of exploratory line 25 in 3250 m level of Saishitang copper deposit

表1　赛什塘铜矿成矿阶段及矿物生成顺序Table 1　Metallogenic stages and mineral forming sequence of Saishitang copper deposit

1　矽卡岩矿物学

1.1分析方法

本次研究在对赛什塘矿区典型坑道及岩芯进行系统编录和取样的基础上, 选择代表性的岩矿石样品磨制光薄片, 进行系统的鉴定, 挑选不同期次、种类和结构构造的矽卡岩矿物及硫化物进行电子探针分析, 进一步确定矽卡岩矿物的端元组分。分析测试工作在中国地质科学院矿产资源研究所进行, 所用仪器为JEOL-JXA8230型电子探针, 氧化物加速电压为15 kV, 硫化物为20 kV, 束斑直径为5 μm, 标样采用天然矿物或国家标准合成金属, 分析误差小于0.01％。矿物阳离子数及端元组分使用CALCMIN软件(Andreas, 2009)计算。

1.2矽卡岩矿物特征

石榴子石是赛什塘矿区最常见的矽卡岩矿物,主要分布于外带, 多数呈暗红色, 粗粒-中细粒, 半自形-自形结构。根据产状及镜下特征分为四类: I类石榴子石半自形-自形、中粗粒, 具有明显的“核边结构”, 可进一步分为两种类型, 一类石榴子石核部成分均一, 边部具有明显的“振荡环带”, 石英与硫化物多沿着边部环带进行充填交代(图3a),另一类石榴子石常被细粒辉石交代, 边部具有弱非均质性、无明显环带(图3b); II类石榴子石在各类矽卡岩及矽卡岩化的围岩广泛存在, 呈他形-半自形,中粗粒或呈集合体状, 无明显的分带特征, 常被细粒硅灰石及辉石交代(图3c); III类石榴子石为矽卡岩阶段晚期呈脉状的石榴子石(图3d), 穿切早期形成的矽卡岩及围岩地层。

代表性的石榴子石电子探针分析表明,赛什塘矿区石榴子石矿物组分为Gro0.00～91.00And7.02～100.00(Pyr+Alm+Spe)0.00～4.27, 属于钙铝榴石-钙铁榴石系列, 镁铝榴石(Pyr)等其他端元组分均少于5％(图4)。I类石榴子石核部到边缘的成分变化较大, 第一类石榴子石核部成分为钙铝榴石, ω(Gro)为78.49％～86.47％, 而边部转变为钙铁榴石, ω(And)为76.88％～82.88％; 与此相反, 第二类石榴子石核部成分为钙铁榴石, ω(And)为83.91％～99.29％, 而边部为钙铝榴石, ω(Gro)为82.02％～91％; II类石榴子石以钙铝榴石为主, 少部分为钙铁榴石, 但总体上成分变化较大, ω(Gro)为0％～86.46％, ω(And)为13.06％～100％。绿帘石石榴子石矽卡岩及矽卡岩化安山岩中石榴子石均为钙铝榴石, 代表了火山岩富Al的特点; III类晚期脉状石榴子石属钙铝榴石, ω(Gro)为81.02％～81.44％。空间上, 从侵入体向围岩地层石榴子石的成分也有着明显的变化, 靠近安山岩的位置以钙铝榴石为主, 而靠近大理岩的一侧钙铁榴石逐渐增多。

图3　赛什塘铜矿典型矽卡岩矿物显微照片Fig. 3　Photomicrographs of typical skarn minerals from Saishitang copper deposita-“核边结构”石榴子石, 核部为钙铝榴石, 边部具有“振荡环带”属钙铁榴石; b-“核边结构”石榴子石, 核部为钙铁榴石, 边部为钙铝榴石; c-钙铝榴石集合体被细粒硅灰石、钙铁辉石交代; d-脉状钙铝榴石; e-“核边结构”辉石, 核部为透辉石, 边部为钙铁辉石; f-粗粒透辉石被晚期细粒钙铁辉石交代; g-粗粒硅灰石被钙铁辉石交代; h-绿帘石交代钙铝榴石; i-细鳞片状阳起石交代钙铁辉石矽卡岩; Act-阳起石; And-钙铁榴石; Cal-方解石; Di-透辉石; Ep-绿帘石; Gro-钙铝榴石; Hd-钙铁辉石; Py-黄铁矿; Qtz-石英; Sp-闪锌矿; Wo-硅灰石a-Compositionally-zoned garnet consisting of grossularitic core and andraditic rim with “oscillation zonation”; b-Compositionally-zoned garnet with andraditic core and grossularitic rim; c-Grossular replaced by fine-grained wollastonite and hedenbergite; d-The vein of grossular; e-Compositionally-zoned pyroxene with diopsidic core and hedenbergitic rim; f-Coarse-grained diopside replaced by fine-grained hedenbergite; g-Coarse-grained wollastonite replaced by fine-grained hedenbergite; h-Grossular replaced by epidote; i-Hedenbergite skarn replaced by actinolite flakes; Act-actinolite; And-andradite; Cal-calcite; Di-diopside; Ep-Epidote; Gro-grossular; Hd-hedenbergite; Py-pyrite; Qtz-quartz; Sp-sphalerite; Wo-wollastonite

辉石在赛什塘矿区分布仅次于石榴子石, 呈浅绿色或灰黑色, 中粗粒-细粒结构。依据辉石产状及镜下特征, 至少可以识别出两个世代。少部分辉石具有“核边结构”(I类), 以中粗粒为主, 单偏光镜下核部颜色为白色或黄白色, 边部变为淡绿色(图3e); 多数辉石不具有“核边结构”(II类), 其中早期形成的辉石为中粗粒, 淡黄绿色, 干涉色为一级灰或一级黄, 晚期辉石一般呈半自形—自形粒状或细粒集合体状分布, 单偏光镜下为无色, 干涉色可达二级蓝绿或二级橙黄, 交代石榴子石、早期辉石及粗粒硅灰石等早期矽卡岩矿物(图3f), 或在矽卡岩化的安山岩及变质粉砂岩中独立出现; III类辉石呈细网脉状产于蚀变石英闪长岩中。

图4　赛什塘铜矿床石榴子石(a)、辉石(b)成分特征Fig. 4　Composition plots of garnets (a) and pyroxenes (b) from Saishitang copper depositAlm-铁铝榴石; Pyr-镁铝榴石; Spe-锰铝榴石; Jo-锰钙辉石; Jd-硬玉; Opx-斜方辉石; 其他矿物缩写同图3　Alm-almandine; Pyr-pyrope; Spe-spessartine; Jo-johannsenite; Jd-jadeite; Opx-orthopyroxene; other abbreviations as in Fig. 3

代表性的辉石电子探针分析表明,赛什塘矿区的辉石矿物组分为Di12.80～98.08Hd2.41～79.80(Jo+Jd+Opx)0.00～13.47, 属于透辉石-钙铁辉石系列(图4)。I类辉石核部成分为透辉石, ω(Di)为91.75％～98.08％, 向外过渡为钙铁辉石, ω(Hd)介于67.20％～67.97％; II类辉石中早期中粗粒的辉石成分以透辉石为主, 而普遍分布的细粒辉石多为钙铁辉石。矽卡岩化大理岩中辉石的MnO含量较高, ω(Jo)最高可达11.88％; 靠近接触带石英闪长岩中细网脉状辉石(III类)为透辉石, ω(Di)为49.56％～82.17％。根据矿物结构特点和共生关系, 将辉石及与其共生的石榴子石演化关系归纳如下: 矽卡岩早期阶段主要形成钙铝榴石, 中期阶段产生钙铝榴石及透辉石组合, 晚期为钙铝榴石与钙铁辉石组合。

硅灰石是矽卡岩早阶段的主要矿物, 代表了交代作用的前锋, 主要见于靠近大理岩的矽卡岩中(CM25-10, CM25-11), 矿区内出露十分不均匀, 局部位置可见较纯的硅灰石矽卡岩, 但宽度一般小于0.5 m。按照粒度可分为粗粒、细粒两种类型, 见粗粒板状硅灰石被钙铁辉石交代(图3g)及细粒柱状硅灰石交代石榴子石现象(图3c)。

绿帘石是矽卡岩化火山岩中的常见蚀变产物,黄绿色—深绿色, 呈不规则的粒状或集合体状(图3h), 多产于辉石石榴子石矽卡岩中, 呈细脉状或粒状交代钙铝榴石。其ω(SiO2)为37.09％～38.75％, ω(Al2O3)为24.38％～25.87％, 与典型的绿帘石成分相当。

角闪石(闪石类矿物)是赛什塘矿床退化蚀变阶段的主要矿物, 分布较广, 呈深绿—墨绿色, 形态为长柱状、纤维状或集合体状, 交代石榴子石及辉石, 与磁铁矿及硫化物常伴生(图3i)。角闪石具有富铁贫镁的特点, ω(FeOT)为20.82％～34.88％, 属于钙角闪石类中的铁角闪石和阳起石(图5)。

图5　赛什塘铜矿床角闪石分类(底图据Leake et al., 1997)Fig. 5　Classification of amphiboles from Saishitang copper deposit (basemap after Leake et al., 1997)

2　讨论

2.1矽卡岩类型及成矿流体演化

交代成因的矽卡岩按照矿物成分的不同可分为钙质矽卡岩、镁质矽卡岩、锰质矽卡岩以及碱质矽卡岩(Einaudi et al., 1982; 赵一鸣等, 1992, 2012)。赛什塘铜矿床矽卡岩矿物以石榴子石、辉石为主,其次为硅灰石、绿帘石、角闪石, 石榴子石属于钙铝榴石-钙铁榴石系列, 辉石属于透辉石-钙铁辉石系列, 表明矽卡岩属于典型的钙矽卡岩。

矽卡岩矿物的化学组成记录了热液流体演化的历史, 石榴子石和辉石成分上的变化可以为成矿环境提供重要的信息, 如矽卡岩系统流体的循环与停滞的状态、流体组成上的变化及氧化还原条件等(Crowe et al., 2001; Jamtveit, 1991; Clechenko et al., 2003)。赛什塘铜矿矽卡岩阶段较早形成的石榴子石由核部向边缘Al2O3与FeO含量变化较大, 核部为钙铝榴石, 且成分较均一, 表明其是在渗滤交代作用下缓慢结晶而形成的, 原岩矿物溶解对其成分影响较大; 晚期“振荡环带”成分为钙铁榴石, 指示了流体的快速流动状态, 其生长过程中可能受到大气降水流入的影响(Jamtveit et al., 1993, 1994)。

前人研究表明, 钙铁榴石和透辉石常形成于氧化环境, 而钙铝榴石和钙铁辉石则形成于还原环境(Kwak, 1994; 赵一鸣等, 1997; Misra, 2000)。氧化条件下形成的矽卡岩具有较高的Fe3+/Fe2+比值, 而还原条件下矽卡岩的Fe3+/Fe2+比值较低(Sato, 1980)。赛什塘铜矿矽卡岩阶段早期主要为钙铝榴石, 中期产生钙铝榴石和透辉石组合, 晚期为钙铝榴石与钙铁辉石的组合, 反应了矽卡岩阶段成矿流体经历了还原到氧化, 再到还原的过程。随着温度的降低,从退化蚀变阶段高氧化状态的磁铁矿和绿帘石的出现, 到石英-硫化物阶段大量的硫化物的沉淀, 代表着成矿流体的氧化还原状态再一次波动, 绿帘石和磁铁矿(富Fe3+)一般形成于较氧化的环境中, 而大量的硫化物通常在富S2-的还原性环境中发生沉淀(Hezarkhami et al., 1999)。因此, 从矽卡岩阶段到硫化物阶段, 随着温度不断降低及矿物的结晶, 流体性质呈幕式的变化, 成矿流体至少经历了2次氧化还原性质的转变, 这种变化可能与成矿流体中大气降水的不断加入有关。

2.2矽卡岩分带及指示意义

矽卡岩分带受形成深度、岩浆成分、岩浆流体出溶时间、岩浆及围岩组成及氧化还原状态等多种因素的控制, 一些矿床的矽卡岩可能无分带, 或者多个分带交错共生(Chang et al., 2008)。赛什塘铜矿以外接触带矽卡岩为主, 由流体交代围岩地层中的中性火山岩、大理岩及变质粉砂岩而形成, 在几种岩性层的层间或裂隙处最为发育。围岩成分上的复杂性导致矽卡岩的分带性并不明显, 但总体上从岩体、火山岩向大理岩一侧, 石榴子石有从钙铝榴石向钙铁榴石转变的趋势, 中性火山岩中钙铝榴石、绿帘石含量高, 而硅灰石及含Mn的钙铁辉石仅见于大理岩一侧。这种分带特点与世界上典型的矽卡岩分带模式一致(Meinert et al., 1992, 2005)。反应了流体由侵入体向围岩运移过程中, 温度逐渐降低,氧逸度逐渐升高的过程(Jamtveit et al., 1995)。

赛什塘铜矿石英-硫化物阶段产生磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿, 黝锡矿、方铅矿等硫化物组合, 硫化物S、Pb同位素研究证明了其与石英闪长岩的岩浆活动有关(李东生等, 2009)。石榴子石、透辉石及石英中流体包裹体的均一温度、盐度等与典型的矽卡岩型矿床成矿流体特征相似(何鹏等, 2013)。辛天贵等(2013)通过对含矿层形成的地质背景、矿体形态特征、矿体与岩体的关系等方面研究,否定了赛什塘铜矿喷流沉积成因的认识。上述证据充分表明赛什塘铜矿属于矽卡岩型矿床。

2.3成矿机制

赛什塘矿区目前发现的铜矿体主要局限于中—下三叠统地层Tb21-2岩性段中, 矿体与变安山质凝灰岩或安山岩有着密切的空间关系。矽卡岩中石榴子石含量多于辉石, 且富Al的钙铝榴石的含量较高, 并含有一定量的绿帘石。由于Al在热液流体中的溶解度较低, 因此多位于靠近侵入体一端(Tagirov et al., 2002), 钙铝榴石和绿帘石被认为是内带矽卡岩的典型矿物(赵一鸣等, 2012)。然而, 赛什塘铜矿内带矽卡岩不发育, 蚀变仅为细脉状的透辉石化及绿泥石化、绢云母化, 暗示除石英闪长岩的影响外, 富Al的火山岩在矽卡岩的形成过程中也起了重要的作用。火山岩作为矽卡岩围岩或围岩中的夹层出现, 且偏中性或基性火山岩常与矿体有着密切的空间关系, 如距离赛什塘铜矿仅10 km的铜峪沟大型铜矿床(曾小华等, 2014)、东昆仑造山带西部祁漫塔格地区的卡而却卡铜矿床(李大新等, 2011)、虎头崖铜多金属矿床(丰成友等, 2011)、尕林格铁矿床(于淼等, 2013)等矽卡岩型矿床均表现出类似的特点。

赛什塘背斜的形成使中—下三叠统地层的层间构造十分发育, 以石英闪长岩为主的印支晚期岩浆活动携带了大量的热量及成矿流体, 侵入到中—下三叠统地层中, 流体在不同岩性层的层间及裂隙中流动, 与围岩地层发生物质交换的同时, 引起大理岩、变质粉砂岩与中性火山岩之间的双交代作用,大理岩与变质粉砂岩提供了矽卡岩形成所必需的Ca, 而中性火山岩提供了部分的成矿物质, 进而形成了大规模的矽卡岩与铜矿化。综合分析赛什塘铜矿成矿地质条件, 本文认为围岩地层中有利的岩性组合对矿体的形成有着重要的意义, 石英闪长岩外接触带的变安山质凝灰岩及安山岩可能会为赛什塘矿区及外围的找矿工作提供新的线索和方向。

3　结论

1)赛什塘铜矿矽卡岩与矿体产于石英闪长岩与中—下三叠统地层岩性段的接触带中, 该岩性段由中性火山岩、大理岩及变质粉砂岩构成, 其中变安山质凝灰岩及安山岩与铜矿化有着密切的空间关系, 不同岩性层的层间位置是矿体的有利赋存部位。

2)赛什塘铜矿成矿阶段包括矽卡岩阶段、退化蚀变阶段、石英-硫化物阶段及石英-碳酸盐阶段。矽卡岩阶段形成石榴子石、辉石及硅灰石, 退化蚀变阶段则形成绿帘石、角闪石及磁铁矿, 石英-硫化物阶段大量金属硫化物发生沉淀。石榴子石属于钙铝榴石-钙铁榴石系列, 辉石属于透辉石-钙铁辉石系列, 角闪石属于钙质角闪石类, 属于典型的钙矽卡岩。

3)石榴子石和辉石“核边结构”发育, 从早至晚矿物组合为钙铝榴石→钙铁榴石+透辉石→钙铝榴石+钙铁辉石。从矽卡岩阶段到硫化物阶段, 流体性质呈幕式的变化, 成矿流体至少经历了2次氧化还原性质的转变, 这种变化可能与成矿流体中大气降水的不断加入有关。

4)赛什塘铜矿属于矽卡岩型矿床。以石英闪长岩为主的印支晚期岩浆活动携带了大量的热量及流体, 侵入到中—下三叠统地层中, 与围岩地层发生物质交换的同时, 引起大理岩、变质粉砂岩与中性火山岩之间的双交代作用, 大理岩和变质粉砂岩提供了矽卡岩形成所必需的Ca, 而中性火山岩提供了部分的成矿物质。

丰成友, 王松, 李国臣, 马圣钞, 李东生. 2012. 青海祁漫塔格中晚三叠世花岗岩: 年代学、地球化学及成矿意义[J]. 岩石学报, 28(2): 665-678.

丰成友, 王雪萍, 舒晓峰, 张爱奎, 肖晔, 刘建楠, 马圣钞, 李国臣, 李大新. 2011. 青海祁漫塔格虎头崖铅锌多金属矿区年代学研究及地质意义[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 41(6): 1806-1816.

丰成友, 张德全, 王富春, 佘宏全, 李大新, 王彦. 2004. 青海东昆仑复合造山过程及典型造山型金矿地质[J]. 地球学报, 45(4): 415-422.

何鹏, 严光生, 祝新友, 张忠义, 王艳丽, 程细音, 李永胜, 甄世民, 杜泽忠, 贾德龙, 巩小栋. 2013. 青海赛什塘铜矿床流体包裹体研究[J]. 中国地质, 40(2): 580-593.

赖健清, 安江华, 王雄军, 毛寅, 宋泽友, 曹勇华,陶斤金, 郭志军, 王晶. 2010. 赛什塘矿区侵入岩的地球化学特征及构造环境分析[J]. 矿产与地质, 24(5): 460-465.

李大新, 丰成友, 赵一鸣, 李泽峰, 刘建楠, 肖晔. 2011. 青海卡而却卡铜多金属矿床蚀变矿化类型及矽卡岩矿物学特征[J].吉林大学学报(地球科学版), 41(6): 1818-1830.

李东生, 奎明娟, 古凤宝, 王建军, 柏红喜, 詹发余, 王发明,马彦青. 2009. 青海赛什塘铜矿床的地质特征及成因探讨[J]. 地质学报, 83(5): 719-730.

李领贵，刘恒，阳正熙，潘倩. 2012. 赛什塘铜矿床地质特征及深部找矿远景评价[J]. 有色金属(矿山部分), 64(2): 39-42.

李福东, 张汉文, 宋治杰, 苏致礼, 刘润民, 李文明. 1993. 鄂拉山地区热水成矿模式[M]. 西安: 西安交通大学出版社.

林德经. 1983. 青海赛什塘铜矿地质特征及矿床成因初步探讨[J]. 西北地质, 4: 30-39.

刘建平, 赖健清, 谷湘平, 王雄军, 毛寅, 宋文彬. 2012. 青海赛什塘铜矿区侵入岩体地球化学及锆石LA-ICPMS U-Pb年代学[J]. 中国有色金属学报, 22(3): 622-632.

毛景文, 周振华, 丰成友, 王义天, 张长青, 彭惠娟, 于淼. 2012.初论中国三叠纪大规模成矿作用及其动力学背景[J]. 中国地质, 39(6): 1437-141.

秦杰. 2010. 青海省兴海县赛什塘铜矿中酸性侵入岩岩石地球化学特征及其成因研究[D]. 长沙: 中南大学.

邱风歧, 董景深. 1978. 青海赛什塘铜矿区岩浆岩及其成矿特征[J]. 青海地质, 1978, (3): 1-19.

青海省第三地质队. 1983. 青海省兴海县赛什塘铜矿初步勘探地质报告[R]. 西宁: 青海省第三地质队.

宋治杰, 张汉文, 李文明, 张心广, 王维. 1995. 青海鄂拉山地区铜多金属矿床的成矿条件及成矿模式[J]. 西北地质科学, 16(1): 134-144.

吴庭祥. 2010. 青海赛什塘铜矿床地质特征及成矿模式[J]. 矿产勘查, 1(2): 140-144.

辛天贵, 程细音, 祝新友, 丁天柱, 王艳丽, 何鹏. 2013. 青海赛什塘矽卡岩型铜矿床成因探讨[J]. 矿产勘查, 4(3): 257-265.

于淼, 丰成友, 保广英, 刘洪川, 赵一鸣, 李大新, 肖晔, 刘建楠. 2013. 青海尕林格铁矿床矽卡岩矿物学及蚀变分带[J].矿床地质, 32(1): 109-121.

殷鸿福, 张克信. 1998. 中央造山带的演化及其特点[J]. 地球科学—中国地质大学学报, 23(5): 438-442.

曾小华, 周宗桂. 2014. 青海省兴海县铜峪沟铜矿床成矿物质和流体来源的地球化学探讨[J]. 现代地质, 28(2): 348-358.

赵一鸣, 林文蔚, 毕承思, 李大新, 蒋崇俊. 2012. 中国矽卡岩矿床[M]. 北京: 地质出版社.

赵一鸣, 张轶男, 林文蔚. 1997. 我国夕卡岩矿床中的辉石和似辉石特征及其与金属矿化的关系[J]. 矿床地质, 16(4): 318-329.

赵一鸣, 林文蔚, 张德全, 李大新, 赵国红, 陈仁义. 1992. 交代成矿作用及其找矿意义——几个重要含矿交代建造的研究[M]. 北京: 北京科学技术出版社.

朱谷昌, 张普斌, 谷湘平, 王春龙, 赖健清. 2010. 青海赛什塘铜多金属矿床三位一体成矿模式研究[J]. 矿床地质, 29(S1): 361-362.

References:

ANDREAS B. 2009. CALCMIN—an EXCELTM Visual Basic application for calculating mineral structural formulae from electron microprobe analyses[J]. Computers & Geosciences, 35: 1540-1551.

CHANG Zhao-shan, MEINERT L D. 2008. Zonation in Skarns—Complexities and Controlling Factors[C]//Proceedings of the PACRIM Congress, 11: 303-306.

CLECHENKO C C, VALLEY J W. 2003. Oscillatory zoning in garnet from the Willsboro wollastonite skarn, Adirondack Mts, New York: A record of shallow hydrothermal processes preserved in a granulite facies terrane[J]. Journal of Metamorphic Geology, 21: 771-784.

CROWE D E, RICIPUTI L R, BEZENEK S, IGNATIEV A. 2001. Oxygen isotope and trace element zoning in hydrothermal garnets: Windows into large-scale fluid flow behavior[J]. Geology, 29: 479-482.

EINAUDI M T, BURT D M. 1982. Introduction—terminology, classification and composition of skarn deposit[J]. Economic Geology, 77: 745-754.

FENG Cheng-you, WANG Song, LI Guo-chen, MA Sheng-chao, LI Da-xin. 2012. Middle to Late Triassic granitoids in the Qi-mantage area, Qinghai Province, China: Chronology, geochemistry and metallogenic significances[J]. Acta Petrologica Sinica, 28(2): 665-678(in Chinese with English abstract).

FENG Cheng-you, WANG Xue-ping, SHU Xiao-feng, ZHANG Ai-kui, XIAO Ye, LIU Jian-nan, MA Sheng-chao, LI Guo-chen, LI Da-xin. 2011. Isotopic chronology of the Hutouya skarn lead-zinc polymetailic ore district in Qimantage Area of Qinghai Province and its geological significance[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 41(6): 1806-1816(in Chinese with English abstract).

FENG Cheng-you, ZHANG De-quan, WANG Fu-chun, SHE Hong-quan, LI Da-xin, WANG Yan. 2004. Multiple orogenic processes and geological characteristics of the major orogenic gold deposits in East Kunlun Area,Qinghai Province[J]. Acta Geoscientica Sinica, 25(4): 415-422(in Chinese with English abstract).

HE Peng, YAN Guang-sheng, ZHU Xin-you, ZHANG Zhong-yi, WANG Yan-li, CHENG Xi-yin, LI Yong-sheng, ZHEN Shi-min, DU Ze-long, JIA De-long, GONG Xiao-dong. 2013. Fluid inclusion study of the Saishitang Cu deposit in Qinghai[J]. Geology in China, 40(2): 580-593(in Chinese with English abstract).

HEZARKHAMI A, WILLIAMS-JONES A E, GAMMONS C H．1999. Factors controlling copper solubility and chalcopyrite deposition in the Sungun porphyry copper deposit, Iran[J]. Mineralium Deposita, 34(8): 770-783.

JAMTVEIT B, HERYIG R L. 1994. Constraints on transport and kinetics in hydrothermal systems from zoned garnet[J]. Science, 263: 505-508.

JAMTVEIT B, RAGNARSDOTTIR K V, WOOD B J. 1995. On the origin of zoned grossular-andradite garnets in hydrothermal systems[J]. European Journal of Mineralogy, 7(6): 1399-1410.

JAMTVEIT B, WOGELIUS R A, FRASER D G. 1993. Zonation patterns of skarn garnets, records of hydrothermal system evolution[J]. Geology, 21: 113-116.

JAMTVEIT B. 1991. Oscillatory zonation patterns in hydrothermal grossular-andradite garnet, nonlinear dynamics in regions of immiscibility[J]. American Mineralogist, 76: 1319-1327.

KWAK T A P. 1994. Hydrothermal alteration in carbonate-replacement deposits; Ore skarns and distal equivalents[J]. Geological Association of Canada, Short Course Notes, 11: 381-402.

LAI Jian-qing, AN Jiang-hua, WANG Xiong-jun, MAO Yin, SONG Ze-you, CAO Yong-hua, TAO Jin-jin, GUO Zhi-jun, WANG Jing. 2010. Geochemical characteristics and tectonic environment analysis of the intrusive rocks in Saishitang ore field[J]. Mineral Resources and Geology, 24(5): 460-465(in Chinese with English abstract).

LEAKE B E, WOOLLEY A R, ARPS C E S, BIRCH W D, GILBERT M C, GRICE J D, HAWTHORNE F C, KATO A, KISCH H J, KRIVOVICHEV V G, LINTHOUT K, LAIRD J, MANDARINO J A, MARESCH W V, NICKEL E H, ROCK N M S, SCHUMACHER J C, SMITH D C, STEPHENSON N C N, UNGARETTI L, WHITTAKER E J W, GUO Y Z. 1997. Nomenclature of amphiboles: Report of the Subcominittee on amphiboles of the International Mineralogical Association, commission on new minerals and mineral names[M]. Canadian Mineralogist, 35: 219-246.

LI Da-xin, FENG Cheng-you, ZHAO Yi-ming, LI Ze-feng, LIU Jian-nan, XIAO Ye. 2011. Mineralization and alteration types and skarn mineralogy of Kaerqueka copper polymetallic deposit in Qinghai Province[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 41(6): 1818-1830(in Chinese with English abstract).

LI Dong-sheng, KUI Ming-juan, GU Feng-bao, WANG Jian-jun, BAI Hong-xi, ZHAN Fa-yu, WANG Fa-ming, MA Yan-qing. 2009. Geological Characteristics and Genesis of the Saishitang Copper Deposit in Qinghai Province[J]. Acta Geologica Sinica, 83(5): 719-730(in Chinese with English abstract).

LI Ling-gui, LIU Heng, YANG Zheng-xi, PAN Qian. 2012. Geological characteristics and deep prospecting evaluation in Saishitang copper deposit[J]. Nonferrous Metals (Mining Section), 64(2): 39-42(in Chinese with English abstract).

LI Fu-dong, ZHANG Han-wen, SONG Zhi-jie, SU Zhi-li, LIU Run-min, LI Wen-ming. 1993. The Ngola Shan region paleothermal mineralization pattern[M]. Xi’an: Xi’an Jiaotong University Press(in Chinese).

LIN De-jing. 1983. Geological characters and deposit genesis preliminary discussion of the Saishitang copper deposit in Qinghai Province[J]. Northwest Geoscience, 4: 30-39(in Chinese).

LIU Jian-ping, LAI Jian-qing, GU Xiang-ping, WANG Xiong-jun, MAO Yin, SONG Wen-bin. 2012. Geochemistry and zircon LA-ICPMS U-Pb geochronology of intrusive body in Saishitang copper deposit, Qinghai Province, China[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 22(3): 622-632(in Chinese with English abstract).

MAO Jing-wen, ZHOU Zhen-hua, FENG Cheng-you, WANG Yi-tian, ZHANG Chang-qing, PENG Hui-juan, YU Miao. 2012. A preliminary study of the Triassic large-scale mineralization in China and its geodynamic setting[J]. Geology in China, 39(6): 1437-141(in Chinese with English abstract).

MEINERT L D, DIPPLE G M, NICOLESCU S M. 2005. World skarn deposits[J]. Economic Geology, 100th Anniversary Volume: 299-336.

MEINERT L D. 1992. Skarns and skarn deposits[J]. Geoscience Canada, 19: 145-162.

MISRA K C. 2000. Understanding mineral deposits[M]. Dordrecht, The Netherlands: Kluwer Academic Publishers.

QIN Jie. 2010. Research on geochemistry of intermediate-acidic intrusive rocks in Saishitang copper deposit, Qinghai Province, China: Implications for their origin[D]. Changsha: Central South University(in Chinese with English abstract).

QIU Feng-qi, DONG Jing-shen. 1978. Magmatic rocks and metallogenic characteristics of the Saishitang copper deposit in Qinghai Province[J]. Qinghai Geology, (3): 1-19(in Chinese).

SATO K. 1980. Tungsten skarn deposit of the Fujigatani mine, Southwest Japan[J]. Economic Geology, 75: 1066-1082.

SONG Zhi-jie, ZHANG Han-wen, LI Wen-ming, ZHANG Xin-guang, WANG Wei. 1995. Metallogenic conditions andmodel of Copper polymetallic deposit in Ngola San Reigion, Qinghai Province[J]. Northwest Geoscience, 16(1): 134-144(in Chinese with English abstract).

TAGIROV B, SCHOTT J, HARRICHOURY J C, SALVI S. 2002. Experimental study of aluminum speciation in fluoride-rich supercritical fluids[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 66: 2013-2024.

The Third Geological Team of Qinghai Province. 1983. Primary geological prospecting report of Saishitang copper deposit[R]. Xining: The Third Geological Team of Qinghai Province.

WU Ting-xiang. 2010. Geological characteristics and metallogenic model of Saishitang copper deposit in Qinghai Province[J]. Mineral Exploration, 1(2): 140-144(in Chinese with English abstract).

XIN Tian-gui, CHEN Xi-yin, ZHU Xin-you, DING Tian-zhu, WANG Yan-li, HE Peng. 2013. Study on the ore genesis of Saishitang skarn copper deposit, Qinghai Province[J]. Mineral Exploration, 4(3): 257-265(in Chinese with English abstract).

YU Miao, FENG Cheng-you, BAO Guang-ying, LIU Hong-chuan, ZHAO Yi-ming, LI Da-xin, XIAO Ye, LIU Jian-nan. 2013. Characteristics and zonation of skarn minerals in Galinge iron deposit, Qinghai Province[J]. Mineral Deposits, 32(1): 109-121(in Chinese with English abstract).

YIN Hong-fu, ZHANG Ke-xin. 1998. Evolution and characteristics of the central orogenic belt[J]. Earth Science—Journal of China University of Geosciences, 23(5): 438-442.

ZENG Xiao-hua, ZHOU Zong-gui. 2014. Geochemistry constraint on ore-forming material and ore-forming fluids of Tongyugou copper deposit in Xinghai County, Qinghai Province[J]. Geoscience, 28(2): 348-358(in Chinese with English abstract).

ZHAO Yi-ming, LIN Wen-wei, BI Cheng-si, LI Da-xin, JIANG Chong-jun. 2012. Skarn deposits in China[M]. Beijing: Geological Publishing House(in Chinese).

ZHAO Yi-ming, LIN Wen-wei, ZHANG De-quan, LI Da-xin, ZHAO Guo-hong, CHEN Ren-yi. 1992. Metasomatic metallogenesis and its exploration significance—The study of several important ore-bearing metasomatic construction[M]. Beijing: Beijing Science & Technology Press(in Chinese).

ZHAO Yi-ming, ZHANG Yi-nan, LIN Wen-wei. 1997. Characteristics of pyroxenes and pyroxenoids in skarn deposits of China and their relationship with metallization[J]. Mineral Deposits, 16(4): 318-329(in Chinese with English abstract).

ZHU Gu-chang, ZHANG Pu-bin, GU Xiang-ping, WANG Chun-long, LAI Jin-qing. 2010. The study of trinitarian metallogenic model in Saishitang copper polymetallic deposit[J]. Mineral deposits, 29(S1): 361-362(in Chinese).

Mineralogical Characteristics and Geological Significance of Skarn in the Saishitang Copper Deposit, Xinghai County, Qinghai Province

WANG Hui1), FENG Cheng-you1)*, LI Da-xin1), DING Tian-zhu2), WANG Hong-qing2), LIU Jian-nan1), ZHOU Jian-hou1)
1) Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037; 2) Qinghai Saishitang Copper Corporation Ltd., Xining, Qinghai 810003

The Saishitang copper deposit is an important skarn deposit located in the Southeast of Ngola Mountain Area, Eastern margin of East Kunlun orogenic belt. The skarn occurs along the contact between Indosinian quartz diorite and middle-lower Triassic Tb21-2lithologic section. The ore bodies which are stratoid or lenticular mainly occur in exoskarn. The Tb21-2lithologic section consists of intermediate volcanic rocks, marble and metamorphic siltstone. Cu mineralization is adjacent to the metamorphic andesitic tuff and andesite spatially. Petrography studies of Cu-bearing skarn show four stages of skarn formation and ore development, including skarn stage, retrograde alteration stage, quartz-sulfide stage and quartz-carbonate stage. Skarn stage consists of garnet, pyroxeneand wollastonite and retrograde alteration stage dominates by epidote, amphibole and magnetite. In quartz-sulfide stage a large amount of sulfides were precipitated. Electron microprobe analysis shows thatcomponents of garnet and pyroxene are Gro0.00～91.00And7.02～100.00(Pyr+Alm+Spe)0.00～4.27and Di12.80～91.75Hd2.41～79.80(Jo+Jd+Opx)0.00～13.47, respectively. The result indicates that the skarn in Saishitang deposit belongs to typical calcic skarn. High concentrations of grossular and epidote are found in skarns located closer to the contact between quartz diorite and andesite. Andradite is richer near the marble with wollastonite and Mn-bearing hedenbergite. Mineralogical characteristics and compositional variations suggest: from skarn stage to quartz-sulfide stage, the property of fluid changed episodically with two redox fluctuations at least, probably resulting from the influx of meteoric waters in ore-forming fluid. Saishitang copper deposit is a skarn deposit. The quartz diorite-dominated intrusions carrying plenty of heat and fluids intrude into middle-lower Triassic strata. The materials exchange between intrusions and wall rocks may be the mechanism of the development of skarn and ore bodies in Saishitang deposit, accompanying the bimetasomatism between marble and metamorphic siltstone and intermediate volcanic rocks.

skarn deposit; mineralogy; metallogenic mechanism; Saishitang copper deposit; Ngola Mountain; Qinghai Province

P618.41; P618.01

A

10.3975/cagsb.2015.03.06

本文由中国地质调查局地质调查项目(编号: 12120113093600)、中国地质调查局高层次地质人才培养计划(编号: 201309)和青年地质英才计划(编号: 201112)联合资助。

2014-05-31; 改回日期: 2014-10-29。责任编辑: 张改侠。

王辉, 男, 1987年生。博士研究生。矿物学、岩石学、矿床学专业。Email: wang_hui2007@qq.com。

丰成友, 男, 1971年生。博士, 研究员, 博士生导师。主要从事矿床地质、地球化学研究。通讯地址: 100037, 北京市西城区百万庄大街26号。E-mail: fengchy@cags.ac.cn。