浅谈陆缘弧环境斑岩型铜矿成矿系统

高 创

（陕核集团二一一大队，陕西西安710024）

浅谈陆缘弧环境斑岩型铜矿成矿系统

高 创*

（陕核集团二一一大队，陕西西安710024）

作为铜的最主要来源，金、钼等金属的重要来源，斑岩型铜矿在过去的百年中为世界提供了超过50%的铜与大量的金与钼。因此，斑岩铜矿的勘查工作在金属矿产开发利用中有着举足轻重的地位。斑岩型铜矿主要产出于陆缘弧环境，本文以构造—岩浆—成矿作用为主线，重点阐述该类斑岩型铜矿的构造地质背景、岩浆演化与围岩蚀变特征，以及成矿金属元素的来源、活化、迁移及卸载机制，综述典型陆缘弧环境斑岩型铜矿床的成矿要素，为该类矿床的科学勘查提供指导。

陆缘弧环境；斑岩型铜矿；成矿模式

1 构造地质背景

据统计，目前已探明的大型—巨型斑岩铜矿约有97%产出于弧环境[1]。弧环境分为岛弧和陆缘弧2种。前者主要分布于太平洋西岸，包括印度尼西亚岛弧、菲律宾岛弧；后者主要分布于太平洋的东岸，即智利北部和中部。而全球有超过76.5%的超大型斑岩铜矿产出于太平洋东岸，即陆缘弧环境，现已探明储量超过1.5× 108t。超大型斑岩型铜矿显著地区性的产出，与其形成的构造地质背景紧密相关。

太平洋东岸属大陆边缘型岩浆弧，洋壳俯冲结构为海沟→火山弧；而太平洋西岸属大洋火山岛弧，其俯冲结构为海沟→前弧→前弧盆地→火山弧→弧后盆地→大陆。其中，火山弧在形成演化过程中具有从张性弧向中性弧、压性弧转化的特征[2]。现有研究表明，张性弧形成于太平洋西岸，压性弧形成于太平洋东岸。从而造就了在太平洋西岸的成矿空间关系依次为浅成低温热液型金矿、黑矿，与花岗岩有关的钨锡矿、斑岩型铜矿；而在太平洋东岸，从海岸向内陆分别产出斑岩型铜(钼)矿、斑岩型钼矿、与花岗岩有关的钨锡矿、浅成低温热液金矿。在太平洋东岸，大洋板块的俯冲是一种快速挤压的低角度、浅俯冲形式。在这种俯冲机制下，由于俯冲速度快，下插的大洋板块与上冲陆块发生了强烈的摩擦，从而沿俯冲板块产生巨大能量，使大洋板块及其上覆沉积物发生部分熔融。这些沉积物中富含的水分和金属物质，特别是铜，为陆缘型斑岩铜矿的形成提供来成矿物质和流体保障（图1）。

Sillitoe[3]首先意识到汇聚板块边缘的挤压构造背景对形成斑岩铜矿床的重要作用，并识别出挤压环境有利于斑岩型矿床形成的一些关键因素，如：挤压环境可有效地阻止岩浆直接穿过上地壳形成火山岩，从而形成比伸展环境更大的浅部岩浆房；挤压环境的浅部岩浆房很难喷发，从而促进了岩浆房的结晶分异，进而导致了挥发分的饱和以及大规模岩浆热液的形成；挤压环境下很难发育陡立的张性断裂，从而有效地限制了在岩浆房顶部形成岩株(枝)的数量，有利于岩浆热液的聚集。同时，现有研究表明，构造体制的转换，如挤压向伸展的转换、或俯冲角度的变化，亦是有利于斑岩型铜矿形成的关键因素。在找矿勘查实践中，Richards[4]通过对智利北部Escondida地区斑岩铜矿的研究，总结了有利于斑岩铜矿形成的构造背景因素：①上地壳处于较长时间的挤压状态后应力应力转换为松弛；②成矿域早期深大断裂发育，并在应力松弛期活化张开。挤压向伸展转变的过程是减压—增温的过程，有利于物质熔融和流体产生，可诱发大规模构造—岩浆活动、岩浆—热液演化体系及成矿物质运移和卸载成矿机制[5]。

2 斑岩铜矿岩浆特征

2.1 岩浆性质

与铜矿化相关的斑岩主要为中性—中酸性的钙碱性或高钾钙碱性花岗质岩浆岩，少部分为碱性系列岩浆岩，岩石类型可以是石英闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、花岗岩等，及其浅成相。产出于陆缘弧环境的含矿斑岩主要为钙碱性系列，少量为高钾钙碱性系列，岩石类型以花岗闪长岩和石英二长岩为主。

2.2 岩浆演化特征

斑岩型铜矿主要与俯冲背景下部分熔融出的钙碱性侵入岩有关。钙碱性岩浆中除具埃达克岩亲和性的岩浆是年轻大洋板片直接熔融的外，绝大多数都是洋壳板片部分熔融释放热流体交代上地幔楔形区部分熔融的产物。Hildrethet[6]提出，要形成这些中酸性的钙碱性岩浆，楔形地幔部分熔融产生的玄武质岩浆需要在下地壳底部经历MASH过程(MASH，熔融、同化、存储、均一)（图1）。

图1 俯冲带及陆缘弧环境下含矿斑岩形成的深部过程[4]

3 成矿物质来源与卸载

铜是中度不相容元素，在大洋玄武岩和岛弧岩浆岩演化过程中，其不相容性与重稀土相似。在洋壳中铜的含量一般为60～125ppm，平均为74ppm，远高于地幔(30ppm)和陆壳(27ppm)，所以洋壳部分熔融形成的岩浆具有系统偏高的铜含量，有利于成矿[7]。洋壳板片的脱水熔融不仅把大量的水、硫、卤素、金属以及亲流体的LILE输送到地幔楔，同时还因水的大量加入使得地幔楔熔融产生的岩浆具有较高的氧逸度。在高氧逸度条件下，S主要以硫酸盐的形式溶解于岩浆之中，导致硫化物分配的Cu、Au等作为不相容元素向硅酸盐熔浆中富集，随岩浆一起上升到浅部地壳，并在有利的容矿部位因压力和温度的改变而卸载成矿。

近年来，地幔作为Cu和Au的来源越来越受到重视。俯冲洋壳所释放出的流体或熔融所产生的岩浆富含Fe3+，当这些流体或岩浆与上地幔发生相互作用时，Fe3+会氧化地幔中富含Cu和Au的硫化物，硫化物分解后，Cu和Au释放出来进入岩浆并与岩浆一起到达地壳浅部卸载成矿。

4 热液蚀变与矿化

4.1 热液蚀变

依据矿物组合，斑岩型铜矿床的围岩蚀变可划分出4种类型，钾硅酸盐化、绢英岩化(似千枚岩化)、泥化及青磐岩化(图2)。

钾硅酸盐化发育于斑岩体中心或附近，以钾长石-黑云母-石英等蚀变矿物组合发育为特征。钾长石和石英既可形成于成岩过程之中，也可作为脉体的充填组分。次生黑云母常由岩浆黑云母、角闪石等矿物蚀变而成。该蚀变过程中，常释放少量的铁，形成磁铁矿、黄铁矿和黄铜矿等含铁矿物。青磐岩化常与钾硅酸盐化蚀变呈同心环状分布，但远离斑岩中心产出，以绿泥石-绿帘石-方解石等蚀变矿物组合为特征，硫化物不发育。绢英岩化常叠加在钾硅酸盐蚀变与青磐岩化蚀变之间，以绢云母—石英—黄铁矿等蚀变矿物组合为特征。该蚀变过程中，原岩遭受强烈的淋滤，Na、Ca、Mg等元素被大量带出，有时铝硅酸盐矿物被绢云母、石英等矿物完全替代。泥化常呈补丁状产出，受裂隙控制，分为泥化和高级泥化2种类型。前者以粘土类矿物(如高岭石、伊利石)蚀变为特征，黄铁矿是该蚀变阶段的主要硫化物类型；后者以水铝石—红柱石—明矾石蚀变矿物组合发育为特征，硫化物除黄铁矿外，还常伴生有少量的黄铜矿、斑铜矿、硫砷铜矿及砷铜矿等。

图2 弧环境下斑岩铜矿床成矿模型[11]（其中a、b、c分别为蚀变、矿化及硫化物分带模式）

4.2 矿化特点

斑岩中的深成矿化既可产于斑岩体之中，也可产于围岩之中。在较大范围内，金属的含量较为均一，所以，斑岩中的深成矿化常被描述成“浸染状”。实际上，大部分“浸染状”矿化均呈微裂隙控制的网脉状产出。深成矿化与热液蚀变密切相关，黄铁矿是斑岩矿床中最为常见的硫化物。含铜矿物主要为黄铜矿以及少量的斑铜矿，有时还可见少量的辉铜矿、铜兰等矿物。铜矿化主要产于钾硅酸盐化带内(图2)，含铜硫化物的沉淀略晚于钾硅酸盐化，或形成于钾硅酸盐化蚀变向绢英岩化蚀变转化阶段。

斑岩型铜矿床的矿化类型、矿石组分及结构构造与蚀变围岩类型间的相互关系归纳如表1所示。

表1 斑岩型铜矿床的蚀变类型和矿化关系[11]

5 结论

基于前人研究成果，本文将陆缘弧环境斑岩铜矿成矿要素总结如下：

（1）长时间的挤压背景。挤压背景是形成斑岩铜矿的最关键因素，长时间的挤压环境可有效地阻止岩浆直接穿过上地壳喷发，从而可在上地壳深部形成大的岩浆房，并因此促进岩浆的结晶分异和挥发分的过早饱和；可控制岩浆房顶部形成岩株的数量，有利于热液的聚集；同时，挤压背景下常发生快速的抬升与剥蚀，由此产生的减压作用可有效地促进岩浆热液的出溶和运移等。

（2）在洋陆俯冲条件下在软流圈形成一个大量的岩浆热液来源，多期次的软流圈上涌，上涌的软流圈物质在壳幔界面处形成MASH带，为含矿斑岩源区物质部分熔融提供了热源兼成矿物质。

（3）陆缘弧环境中，在挤压的构造作用下，应力场内同时会出现应力挤压区和应力松弛地带，即地壳扩张地段和构造弱化带，这将有利于岩浆热液的上涌和矿液沉淀。

（4）斑岩型铜矿典型的矿化蚀变分带是该类矿床勘查实践中重要的找矿标志。

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2015-07-29

2015-07-29

高创（1987-），男（汉族），陕西西安人，助理工程师，现从事固体矿产勘查工作。