斑岩铜矿成因及沉淀机制研究进展

邓江龙

（中南冶金地质研究所，湖北宜昌443003）

斑岩铜矿成因及沉淀机制研究进展

邓江龙*

（中南冶金地质研究所，湖北宜昌443003）

在时间上、空间上、成因上均与斑状结构的中酸性浅成或超浅成的小侵人体(花岗闪长斑岩、石英二长斑岩、石英斑岩)有关，并具有钾、氢蚀变矿物晕和铜、钼、银、铅、锌、硫地球化学晕的岩浆期后中—高温热液形成的细脉浸染型硫化物铜(钼)矿床。蚀变分带通常呈环带状绕含矿岩体分布，自内而外，依次为钾硅酸盐化带→石英—绢云母化带→高级泥化带。近年来关于其成因研究主要有岩浆热液成因、洋壳重融成因和变质岩浆成因等解释。酸性岩浆中含钾质熔体的出熔反复循环继而成矿时目前对于其沉淀机制的一致看法。最后提出了斑岩铜矿研究中地质条件和过程，研究方法中存在的一些问题。

斑岩铜矿；地质特征；矿床成因；沉淀机制

1 概述

斑岩铜矿系统作为一种最重要的铜钼和铜金矿床工业类型，目前提供了世界上约3/4的铜，1/2的钼，1/5的金。鉴于斑岩型矿床在科学上和经济上的重要性，几十年来，人们一直对其倾注了巨大的热情，并取得了很大的成绩。以著名的岛弧斑岩成矿模型为核心的成矿理论不断完善，在其理论指导下的找矿实践不断取得重大突破。

斑岩型矿床的研究历史可概略地分为3个阶段：①20世纪70～80年代，注重于矿床特征、蚀变系统和矿床成因研究；②20世纪90年代，聚焦于成矿环境和构造控制研究；③20世纪初，更加关注于成矿地球动力学背景研究。最近十多年来，在斑岩型矿床的斑岩起源、热液系统、成矿系统、构造控制和动力学背景等研究方面，均取得了很多的新认识和新进展，大大地拓展了人们对斑岩成矿系统的理解和认知。

2 基本地质特征

斑岩铜矿，最早是20世纪初，其原意是指产于强烈绢云母和石英化中酸性斑岩里的细脉浸染型铜矿。它是指在时间上、空间上、成因上均与斑状结构的中酸性浅成或超浅成的小侵人体(花岗闪长斑岩、石英二长斑岩、石英斑岩)有关，并具有钾、氢蚀变矿物晕和铜、钼、银、铅、锌、硫地球化学晕的岩浆期后中—高温热液形成的细脉浸染型硫化物铜(钼)矿床[1-3]。斑岩铜矿尽管品位低，但矿化均匀，以其规模大、埋藏浅、易开采而成为最主要的铜矿床类型。斑岩岩体产状多为岩株、岩钟、岩枝和岩脉，地表出露面积多小1km2；具典型斑状结构，常碎裂不完整；基质为隐晶或细粒结构。斑岩体常具被动就位特点，有时为多次脉动侵入的复式岩体(幕式)，与围岩侵入接触关系清楚，岩体最上部常为同时代的层状安山岩和英安岩；就位深度一般为2～6km，有时更深[4-5]。

斑岩铜矿系统的分布主要受板块构造控制，主要产于大洋板片俯冲产生的岛弧和陆缘弧环境。据不完全统计，90%以上的斑岩铜矿集中分布在板块构造的敛合带上，洋壳俯冲带靠大陆板块一侧，在空间上、时间上、成因上主要与钙碱性系列浅成—超浅成相中—酸性斑状侵入岩密切相关[6]。

斑岩铜矿系统具有明显的分带性和从聚性特征。斑岩铜矿系统在空间分布上表现出明显的与造山带平行的带状分布特征，同时，斑岩铜矿系统的各个组成部分常组成直径约5～30km的矿集区或次级成矿带，同样，这些次级成矿带常与岩浆活动或造山带的展布特征一致。

不论产出于弧造山环境还是形成于碰撞造山环境，斑岩铜矿均发育类似的热液蚀变系统和典型的蚀变分带。蚀变系统一般包括早期的钾硅酸盐化，随后的石英绢云母化和晚期的高级泥化，蚀变分带通常呈环带状绕含矿岩体分布，自内而外，依次为钾硅酸盐化带→石英—绢云母化带→高级泥化带[3,7-8]。钾硅酸盐化通常发育于斑岩体内部，呈面型分布。石英绢云母化通常叠加于钾硅酸盐化之上，并环绕其分布，主体产出于斑岩体边部。高级泥化蚀变也可能出现较早，但延续时间很长，发育部位较高，叠加于前2个蚀变带之上，主要发育在斑岩体顶部及其与围岩接触带[9-10]。这种套合式的蚀变分带为判断斑岩体剥蚀程度和工程勘查提供了重要的指示性标志。参见图1。

图1 斑岩铜矿蚀变分带模式（a）和斑岩型铜矿蚀变演化（b）[11]

3 不同的成因学说

关于斑岩铜矿的成因，众说纷纭，还没有一个定论，目前大致有以下几种。

3.1 岩浆热液说(正岩浆模式)

岩浆热液说是目前国内外多数学者所认同的学说。以C.M.伯纳姆、R.L.尼尔森及J.D.劳维尔为代表,他们认为斑岩铜矿的矿质、成矿热液及其相伴生的中酸性岩体都是来自上地幔(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,由于温度、压力等物理化学条件的改变而析出,并在有利的部位富集成矿。提出该模式的主要地质事实(依据)是∶①矿化体与中酸性(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34S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。

3.2 板块构造成矿模式(洋壳重熔成矿)

斑岩铜矿床的形成与板块构造、大地构造单元以及深大断裂存在密切关系,综合其研究资料可以发现2个明显特征;在时代上,斑岩铜矿床主要形成于中、新生代;在空间上,斑岩铜矿省常呈带状分布在褶皱带或板块构造的边缘。这为分析斑岩铜矿床形成构造背景提供了重要依据。

Sillitoe[11]首次采用斑岩铜矿床板块成因模式来说明板块运动与斑岩铜矿床形成的关系。他认为洋壳俯冲使得富铜的洋壳和富含碱金属的洋壳沉积物进入俯冲带深部、并通过熔融作用进入斑岩岩浆而形成含矿斑岩岩浆。该模式可以解释斑岩铜矿床在时代上中、新生代和空间上板块构造边缘的分布特征。Richards[12]提出了斑岩铜矿床的点热源与板块构造成因模式。该观点认为地慢中异常高温的热点产生含矿斑岩岩浆，在岩浆形成与上侵过程中，板块运动可以引起热点与板块相对位置发生变化,从而导致斑岩铜矿省呈带状分布。该模式较好地解释了斑岩铜矿省呈带状分布特征以及较古老斑岩铜矿床的成因。提出该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2.5%);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。

板块构造对全球斑岩铜矿床尤其是中、新生代斑岩铜矿床的形成具有重要影响,不同大地构造单元及其火山—深成岩建造对斑岩铜矿床的成矿专属性具有明显的控制作用,而区域性的引张环境、深大断裂和地下深部的热点则直接制约着含矿斑岩岩浆的形成与侵位。

3.3 变质岩浆成矿说

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2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。

陈文明[13]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変晶结构。因此他认为含矿斑岩体的形成不一定要经过岩浆阶段，含矿斑岩体也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。当然热液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少量的熔融包裹体。综上所述，陈文明提出斑岩铜矿主要是由深源（地壳或下地壳）富碱（K、Ns）、硅的热流体（或与地壳岩石中的裂隙水、地下水混合）交代或局部熔融上部地壳含Cu岩石而成。

4 斑岩铜矿金属沉淀机制

研究表明钙碱性岩浆通常具有很大的成矿潜力，这与大洋板片脱水是分不开的。该过程不仅把大量的水、硫、卤素、金属，以及亲流体的大离子亲石元素(LILE)输送到地幔楔，同时还因H2O的大量加入，使得楔形地幔熔融产生的岩浆常具有较高的氧逸度[12]。高氧逸度条件下，S则主要以硫酸盐的形式溶解于岩浆中(盐度约1.5%)，从而导致通常优先向硫化物分配的Cu、Au等开始作为不相容元素向硅酸盐熔浆中富集，这就是正常钙碱性弧岩浆常含有较高的亲铜元素(如cu、Au等)的原因。成矿金属的深部富集是因岩浆高氧逸度所致，S以硫酸盐溶解于岩浆中，从而导致通常优先向硫化物分配的Cu、Au等开始作为不相容元素向硅酸盐熔浆富集。大型矿床，特别是超大型矿床下部通常存在岩浆房，岩浆房流体出溶是引发矿床大规模蚀变与矿化的根源；成矿金属与S均来自岩浆，与含矿斑岩可能具有相同的源区。

岩浆到热液流体的转换是能否形成大型斑岩铜矿的关键，研究表明即使岩浆携带大量的金属成矿元素，如果这些成矿元素不能进入到成矿流体中，也不能形成具有经济意义的矿床。金属元素如何进人成矿流体中以及在岩浆—热液转换过程中，成矿元素在结晶相和流体相之间的分配问题，都会制约金属成矿作用的发生。通常认为岩浆房的形成，是因为通过MASH过程产生的安山质—英安质岩浆的密度通常介于上地壳结晶基底及其上盖层岩石的密度之间，岩浆上升到此位置后很难再通过浮力作用继续上侵，常堆积成池，形成岩浆房(Dilles，1987)。如深部岩浆供应充足，则岩浆房会一直保持熔融，并不断以岩株、岩枝形态向外扩展。演化后期的富挥发分、低密度岩浆常浅成侵位，形成次火山岩(图2)。流体出溶，浅成侵位的长英质岩株或岩枝将会因上覆压力减小而达到流体饱和；同时，深部的安山质—英安质岩浆房也会因为这些岩株或岩枝上侵加速冷凝结晶，两者都会导致岩浆流体的出溶。流体开始从岩浆中出溶时常以较小的气泡形式出现，这些富流体的岩浆常对流上升至岩浆房或岩株顶部；因岩浆的上升，必然导致压力的相应降低，这些小的气泡则不断扩大，并最终连在一起，形成流体的外壳。去气后的高密度岩浆将会下沉，留下空间以便新鲜的、富流体的低密度岩浆再次注入，进而向外壳继续释放新的流体和热，如此循环，直至岩浆完全固结[9，14-15]。

图2 斑岩铜矿成矿机制(修改自文献[5，16])

5 存在的问题

斑岩铜矿成因存在着许多问题，一方面是由于有些地质过程和地质条件，如岩浆的起源问题等，一时还难以提出确凿的证据；另一方面是在研究方法上，在侧重面上还存在一些有待改进的地方。主要表现在：

（1）野外地质观察与室内深入研究有脱节现象。掌握大量地质素材的野外地质人员不是限于理论水平低，就是限于综合研究时间短促，无暇仔细探讨遇到的地质问题，只好套用“流行性”的理论敷衍了事。为了套用“理论”有时不惜牺牲见到的可靠的地质现象。不少人都是在用同样的方式和方法作了大量重复工作量，而对在成矿遇到的关键问题却很少在野外找证据予以论证。

（2）未能采用构造演化观点贯穿全部成矿过程，而是对复杂的多期次的叠加改造人为地简化和歪曲。研究矿床如同研究区域地质一样，只有时间顺序搞清后，才有可能探讨控矿因素在成矿各阶段中所起的具体作用。

（3）未能把成矿作用建筑在牢固的基础地质研究上面，对于可能提供成矿主要信息的矿区地层、构造、岩浆岩和近矿、远矿围岩蚀变等，很少有人去进一步揭示它们与成矿的具体联系。矿床地质工作本应从矿体研究开始经过近矿围岩向远矿围岩、矿区和矿田逐步推开，作一些较系统的工作，不宜舍近求远。而现在的研究工作几乎是走了两个极端，小可小到同位素、流体包裹体，大可大到太平洋板块。结果，往往有些在矿区或矿田内可望解决的问题，如成岩成矿过程和物质来源等，因为缺少系统研究资料，常常多年悬而未决或推到谁也难以验证的下地壳和上地幔。

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A

1004-5716(2015)11-0149-04

2014-11-08

邓江龙（1988-），男（汉族），湖北宜昌人，助理工程师，现从事地质矿产勘查工作。