岳紫龙,杜杨松,曹 毅,左晓敏,张爱萍
(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100083;2.南阳师范学院 珠宝玉雕学院,河南 南阳 473061)
安徽铜陵桂花冲斑岩铜矿围岩蚀变与矿化作用
岳紫龙1,2,杜杨松1,曹毅1,左晓敏1,张爱萍1
(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京100083;2.南阳师范学院 珠宝玉雕学院,河南 南阳473061)
桂花冲铜矿为安徽铜陵地区新发现的斑岩型铜矿,斑岩体为准铝质高钾钙碱性的花岗闪长斑岩。围岩蚀变与矿化作用是斑岩型矿床成矿过程研究的一项重要内容,对蚀变带岩石开展元素地球化学成分的迁移研究,是分析热液交代蚀变过程的基础。桂花冲铜矿区内围岩蚀变作用比较强烈,蚀变类型主要有钾化、绢云母化、硅化、绿泥石化和碳酸盐化等。蚀变分带比较明显,由内向外依次为钾化带、绢英岩化带和青磐岩化带,矿体主要产于绢英岩化带内。矿化蚀变自早至晚划分为钾长石、石英-绢云母、石英多金属硫化物和碳酸盐4个阶段。蚀变带物质组分迁移结果表明,在蚀变过程中,岩石的主量元素除TiO2、MnO、MgO外,其他元素迁移量发生了明显改变;微量元素除Sr和Cu外,迁移量变化较小,稀土元素在矿化强的部位亏损,在矿化弱的地带富集。岩体及蚀变带岩石稀土元素球粒陨石标准化配分模式一致,说明岩体与蚀变岩石经历了相同来源流体的交代蚀变,是岩浆流体连续作用的结果。
蚀变分带;成矿阶段;斑岩铜矿;铜陵桂花冲;安徽省
安徽铜陵地区位于长江中下游成矿带,地处秦岭—大别碰撞带前陆的中段[1],构造作用和岩浆活动十分强烈,对成矿极为有利,形成了凤凰山、铜官山、狮子山、新桥和沙滩角五大矿田[2]。
斑岩型铜(-钼-金)矿床是世界上最重要的铜、钼和金来源[3]。前人对斑岩铜矿的构造环境[4]、动力学背景[5]、成矿物质来源[6]、成矿物质的迁移和沉淀机制[7]等方面进行了大量的研究工作,取得了可观的科研成果。近年来,研究主要集中在大型斑岩铜矿的构造环境约束和成矿精细过程方面[8]。
桂花冲铜矿位于铜陵矿集区内最东部的沙滩角矿田中,是近年新发现的以斑岩型为主的中小型铜矿床,目前工作程度为详查阶段(安徽省地质矿产勘查局321地质队),基础地质工作较为薄弱,研究资料缺乏。同时,桂花冲铜矿处于繁昌坳陷盆地与铜陵隆褶带之间的过渡地带,产出背景特殊,因而对桂花冲铜矿开展细致研究很有必要。
围岩蚀变与矿化作用是斑岩型矿床成矿过程研究的一项重要内容,对蚀变带岩石开展元素地球化学成分的迁移研究,是分析热液交代蚀变过程的基础[9]。桂花冲铜矿围岩蚀变较强,根据脉体类型、穿插关系和矿物共生组合特征,本文划分了蚀变带和矿化期次,并采用Grant[10]1986年计算方法,对不同蚀变带中的物质成分迁移情况进行评估,为深入分析围岩蚀变与元素迁移成矿过程提供依据。
1.1地质背景
桂花冲铜矿区地处扬子准地台下扬子台坳沿江断褶带的中部、铜陵—南陵多金属成矿带东段边缘、南陵—繁昌火山盆地交接地带(图1a)。矿区控矿地层为三叠系下统的南陵湖组石灰岩;控矿构造为铜陵—南陵深大断裂、燕山期褶皱及其形成的断裂破碎带(图1b)。桂花冲岩体侵位于戴公山背斜北东段的核部及北西翼近核部,呈北北东向延伸,长约1 200 m,宽600~700 m,面积约0.80 km2,岩体产状较陡并向深部延伸较大。矿石以浸染状或细脉状分布于斑岩体内或围岩裂隙中。
1.2岩体与矿体
桂花冲岩体主要由花岗闪长斑岩组成,岩石属准铝质高钾钙碱性花岗岩。花岗闪长斑岩呈灰白色、浅灰—灰色,斑状结构,块状构造(图2a,b)。斑晶为斜长石、石英、角闪石、黑云母(图2c,d),基质由斜长石、石英等集合体组成,另含少量副矿物磷灰石、锆石等。
斑岩型矿体呈透镜状产出,产于-950~-550 m处。矿石常呈浸染状、细脉状或团块状。铜陵321地质队经过地质勘探初步圈定主要矿体3个、次要矿体4个,主要矿体的铜品位0.16%~3.96%,次要矿体矿石的铜品位0.04%~4.63%,平均1.07%。
围岩蚀变是含矿热液与围岩相互作用的产物。同大多数热液矿床一样,桂花冲铜矿围岩蚀变从中心向外,由高温蚀变组合演变为中低温蚀变组合,并且叠加蚀变作用强烈,蚀变分带比较复杂。
2.1围岩蚀变分带
桂花冲斑岩型矿体具较典型的斑岩铜矿蚀变特征,矿区内热液蚀变类型多样,主要有钾化、硅化、绢云母化、绿泥石化和碳酸盐化等。蚀变分带比较明显,由内向外依次为钾化带、绢英岩化带、青磐岩化带。
(1)钾化带分布于矿化中心部位,岩石呈浅红色,斑状结构,块状构造(图3e,f),主要由斜长石、石英、钾长石和黑云母组成,钾长石和黑云母含量明显偏高。
图1 安徽铜陵桂花冲铜矿区在铜陵地区的位置(a)及其地质略图(b)(据蒋其胜等,2008[11])Fig.1 Location map of the Guihuachong copper deposit in Tongling, Anhui Province(a) and its geological sketch (b)1.第四系;2.白垩系上统宣南组;3.白垩系下统蝌蚪山组;4.三叠系下统南陵湖组;5.三叠系下统殷坑组;6.三叠系下统和龙山组;7.二叠系上统龙潭组;8.二叠系上统大隆组;9.二叠系下统栖霞组;10.二叠系下统孤峰组; 11.泥盆系上统五通组;12.志留系上统茅山组;13.花岗闪长斑岩; 14.断层及标号;15.破碎带;16.实、推测地质界线;17.不整合地质界线;18.钻孔及编号
图2 桂花冲花岗闪长斑岩典型照片(b、c、d为正交偏光)Fig.2 Typical pictures of the Guihuachong granodiorite porphyrya.块状构造;b.斑状结构;c,d.斑晶为石英、长石、黑云母和角闪石;Q.石英;Pl.斜长石;Bi.黑云母;Hb.角闪石
图3 桂花冲斑岩铜矿床842钻孔蚀变分带示意图(b、d、f为正交偏光)Fig.3 Alteration zoning sketch map of the 842 drilling in the Guihuachong porphyry copper deposita,b.青磐岩化带,可见到绿帘石、绿泥石等矿物;c,d.绢英岩化带,岩石呈浅白色,主要矿物有石英、绢云母、黄铁矿、黄铜矿、方铅矿等;e,f.钾化花岗闪长斑岩,呈浅红色,可见黑云母等含钾矿物;Kf.钾长石;Bi.黑云母;Pl.斜长石;Q.石英;Py.黄铁矿;Cp.黄铜矿;Ser.绢云母;Ep.绿帘石;Chl.绿泥石;Gn.方铅矿
(2)绢英岩化带是岩体蚀变比较发育的地方。岩石呈浅白色、浅黄绿色,粒状结构,斑杂状构造(图3c,d),主要由黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、绢云母和石英等组成,是主要的赋矿部位。
(3)青磐岩化带分布在外围,处于岩(矿)体的边缘,由于本带外边存在沉积大理岩,致使该带不发育。青磐岩化带主要蚀变类型为绿帘石化、绿泥石化(图3a,b),主要蚀变矿物有绿帘石、绿泥石、绢云母、石英等,蚀变带内仅局部有微弱的黄铜矿化现象。
2.2矿化阶段
根据各蚀变带矿物组合及其空间分布,将桂花冲斑岩铜矿床热液期矿化蚀变自早至晚划分为4个阶段:钾化阶段(钾长石阶段)、绢英岩化阶段(石英-绢云母阶段)、石英多金属硫化物阶段和碳酸盐阶段。
(1)钾化阶段。矿化不发育,以形成大量钾长石为特征(图4a,b),后期有大量石英出现。主要形成钾化带。
(2)绢英岩化阶段。矿化不发育,以形成大量石英、绢云母为特征(图4b,c,d)。除残留的石英之外,硅质主要有两类来源,一类由长石绢云母化分解出来的硅质;另一类则是由于热液携带来的硅质。桂花冲铜矿发育有多期硅化作用,其中早期的瓷白石英呈颗粒状或团粒状(QⅠ),以脉状或不规则团块状集合体出现。
(3)石英多金属硫化物阶段。前期以发育大量石英、黄铁矿脉为特征,肉眼可见这些矿脉切穿绢英岩化阶段的无矿石英脉(图4e)。本阶段的细粒石英呈灰白或烟灰色(QⅡ),以细脉或硅质条带穿插前者,并伴有多种硫化物析出;该阶段前期出现少量黄铜矿、绿帘石等矿物,指示着矿化的开始。后期以发育黄铜矿、黄铁矿和方铅矿等多种硫化物为特征(图4f),是主要成矿阶段,可见黄铜矿包裹、交代早期形成的黄铁矿(图4g)。这个阶段与绢英岩化带的形成有密切关系。
(4)碳酸盐阶段。该阶段以发育方解石脉为特征,伴随微弱矿化(图4h)。肉眼可见部分矿体和方解石脉共生(图4i)。本期的石英与方解石伴生,以晶形好粒度粗的石英-方解石或单独石英组成细脉产出(QⅢ)。
从矿化与蚀变组合及矿体与蚀变带空间分布关系来看,桂花冲斑岩铜矿的石英黄铜矿阶段是最重要的成矿时期,主要的硫化物矿产赋存在绢英岩化带内。由于桂花冲铜矿矿区地表植被茂盛,剥蚀较浅,矿体在地表未见出露,仅在局部较深的钻孔中可见。从钻孔岩心情况来看,各期蚀变并不是孤立进行,而是相互联系。后期蚀变叠加在前期蚀变之上,对前期蚀变进行改造,使矿质进一步富集形成矿体。
根据前面所述,绘制矿物生成顺序表(表1)。
蚀变和矿化的实质就是成矿过程中物质组分带入带出的结果[12],研究各蚀变带的地球化学特征和元素迁移规律,对于探讨成矿物质来源、成矿流体的组成及其演化规律、成矿机理都具有重要意义。
斑岩铜矿蚀变分带是斑岩成矿系统热液流体活动的结果[13],对桂花冲铜矿岩体、钾化带、绢英岩化带和青磐岩化带内的岩石进行物质成分分析,有助于了解斑岩流体成矿系统特征及其成矿作用过程。
3.1蚀变带岩石物质组分变化
本次研究中用到的新鲜岩体样品采自桂花冲铜矿ZK64钻孔(图1),从-1 360~-1 408 m大约每隔7 m采1个样,共得到8个样品;从钾化带、绢英岩化带和青磐岩化带分别取了2个、3个和1个样品共6个样品(图3)。测试主量元素用X荧光光谱法(XRF),分析误差为1%~3%,测试微量元素和稀土元素用等离子质谱法(ICP-MS),分析准确度优于5%,上述测试均由核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。
三个蚀变带代表性岩石样品分析数据列于表2。这里用Grant[10]1986年的计算方法来确定各蚀变带物质成分的迁移情况。运用公式依据Grant[10]1986年提出的方法,选择P2O5作为不活泼组分来计算蚀变带物质组分迁移程度,计算结果见表3与图5。各蚀变带的组分迁移情况如下所述。
图4 桂花冲斑岩铜矿床中不同矿化部位典型照片Fig.4 Typical pictures in different mineralization area of the Guihuachong porphyry copper deposita,b.钾化阶段,斑岩体呈浅红色,可见后期的石英呈面状或脉状分布;c,d.绢英岩化阶段,石英大量发育,基本无矿化;e、f、g.石英多金属硫化物阶段,以发育黄铜矿和黄铁矿等多种金属矿物为特征,是主要成矿阶段,石英多呈烟灰色;h、i.碳酸盐阶段,出现大量的方解石和少量金属矿物;Kf.钾长石;Q.石英;QⅠ、QⅡ、QⅢ分别代表不同期次的石英;Py.黄铁矿;Cp.黄铜矿;Sp.闪锌矿;Bn.斑铜矿;Cal.方解石
钾化带蚀变岩石的SiO2、TiO2、Al2O3、K2O、MnO、Rb、Ba、V、Bi、Mo、Zn、CaO及MgO有不同程度的富集,Co、Sr、Cr、Ni、TFe和Na2O有亏损。SiO2、Al2O3、K2O、Rb及MgO的富集与钾长石化和富镁次生黑云母形成有关;TFe在钾化带中亏损表明,钾化带中虽然发生黑云母化,但TFe是被带出的。经镜下观察,被测样品黑云母化主要是岩石中斑晶黑云母被细鳞片状黑云母所交代,而蚀变黑云母含铁量较低,所以钾化带中TFe的减少可能与黑云母成分的变化有关[14]。Sr、Na2O的减少则与斜长石、角闪石的蚀变有关[15]。Cu在该带中含量增加,说明金属硫化物在该带中有沉淀析出。
绢英岩化带蚀变岩石的SiO2、K2O、MnO、TFe、Rb、Bi、Mo、Co、Sr、Cr、Cu及MgO有不同程度的富集,Na2O、CaO、TiO2、Al2O3、Ba、V和Ni有亏损。斜长石在蚀变过程中CaO被带出,与其相伴的有Ba、Na2O和Al2O3的亏损[16]。中温成矿元素Bi与Cu、Mo矿化元素含量均增加。
青磐岩化带蚀变岩石的SiO2、K2O、MnO、TFe、Rb、Bi、Mo、Cr、Cu、Zn及MgO有不同程度的富集,Na2O、CaO、TiO2、Al2O3、Co、Sr、Ba、V和Ni有亏损。
从桂花冲铜矿蚀变岩石组分迁移图解(图5)可以看出,主量元素除TiO2变化不大外,其他元素在0值附近波动,发生了明显改变;微量元素除Sr和Cu变化较大外,其他元素在0值附近无明显变化,特别注意的是,Cu在绢英岩化带中明显增大,也与前述“绢英岩化带是主要的赋矿部位”相符合。总体来看,岩石的主量元素迁移质量变化较大,稀土元素在矿化强的部位亏损,在矿化弱的地带富集。
表1桂花冲斑岩铜矿矿化阶段和矿物生成顺序表
Table 1Mineralization stages and paragenetic sequence of minerals in Guihuachong porphyry copper deposit
3.2蚀变带岩石稀土元素特征
稀土元素组成(REE)是热液活动的示踪剂,对含矿蚀变岩石稀土元素的研究可以获得流体/岩石反应与流体演化信息[17]。对桂花冲铜矿部分蚀变带的典型蚀变岩石进行了REE分析,结果见表3。
从桂花冲斑岩铜矿各蚀变带内蚀变岩石组分迁移结果(表3)对比发现,蚀变岩石中稀土元素尤其是轻稀土元素在钾化带和青磐岩化带的含量大多都高于绢英岩化带。绢英岩化带矿化最强,往往会有稀土元素被流体淋滤稀释,而矿化弱的地带稀土元素相对富集。另外,桂花冲铜矿的花岗闪长斑岩与钾化带、绢英岩化带和青磐岩化带这3个蚀变带岩石的稀土元素球粒陨石标准化配分型式十分形似(图6),说明岩体成因和成矿具有密切联系,蚀变岩石经历了相同来源流体的交代蚀变,是源于岩浆流体连续作用的结果。蚀变岩石的弱Eu负异常指示蚀变过程中斜长石矿物的分解,稀土配分型式上的微略变化可能是由于岩浆流体演化过程中性质发生了改变,例如有其他流体的加入[18]。
表2 桂花冲斑岩铜矿岩石主、微量元素测试结果
注:主量元素含量单位为%;微量元素和稀土元素含量单位为10-6。新鲜岩体是8个样品均值;钾化带是2个样品均值;绢英岩化带是3个样品均值;青磐岩化带是1个样品数值。
表3 桂花冲斑岩铜矿各蚀变带内蚀变岩石组分迁移结果(wB/%)
图5 桂花冲铜矿蚀变岩石组分迁移图解((a)主量元素迁移图;(b)微量元素迁移图)Fig.5 Diagrams showing gains and losses of major and trace elements in main altered rocks in the Guihuachong copper deposit
图6 岩体及蚀变岩石稀土元素球粒陨石标准化分布型式图Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns of rock mass and the altered rocks from the Guihuachong deposit
3.3蚀变分带与成矿
依据桂花冲斑岩铜矿的蚀变分带和物质变化特征,其蚀变矿化过程如下:高位岩浆房中的岩浆结晶出造岩矿物后,在侵位上升过程中,随着压力的下降,溶解度降低,含有酸性挥发组分(HCl、HF、CO2等)的流体与斜长石、黑云母等矿物发生交代反应,形成钾长石、次生黑云母及石英,同时岩浆熔体由于f(O2)增高,S演变为SO2,在钾硅酸盐化时通过水解作用,形成H2SO4与H2S,使热液体系中的铜氯络合物离解,并以黄铁矿、黄铜矿等形式沉淀[19]。随着温度降低和岩浆冷凝收缩,部分岩石发生破裂,流体体系变为开放系统,发生减压沸腾。含矿流体在沿裂隙向上部和外部运移过程中,强酸性流体与长石矿物反应导致大量绢云母与石英淀积,形成石英绢云母化带。随着环境进一步改变和系统温度进一步降低,大量金属硫化物沉淀析出,形成黄铁矿、黄铜矿等集合体[20]。岩浆流体在上述蚀变与矿化过程中有大量的Fe、Ca、Mg、Na等带出,在外带交代沉淀出绿泥石、绿帘石与碳酸盐等矿物,同时酸性流体加入引起绢云母蚀变,形成青磐岩化带,并伴有较弱的孔雀石、斑铜矿等矿化,在细小裂隙中呈细脉产出。
(1)桂花冲斑岩型铜矿床矿区内热液蚀变作用比较强烈,蚀变类型多样,主要包括钾化、硅化、高岭土化、绿泥石化、碳酸盐化等蚀变类型,从内到外发育有钾化带、绢英岩化带、青磐岩化带等蚀变带。硫化物矿产主要赋存在绢英岩化带内。
(2)从矿化与蚀变组合及矿体与蚀变带空间分布关系来看,桂花冲斑岩铜矿矿化蚀变自早至晚划分为钾长石、石英-绢云母、石英多金属硫化物和碳酸盐4个阶段。
(3)蚀变带在蚀变过程中主量元素除TiO2、MnO、MgO外,其他元素迁移量发生了明显改变;微量元素除Sr和Cu外变化较小;稀土元素尤其是轻稀土元素在矿化部位强的地带亏损,在矿化弱的地带相对富集。
(4)桂花冲铜矿花岗闪长斑岩与钾化带、绢英岩化带、青磐岩化带这3个蚀变带岩石的稀土元素球粒陨石标准化配分模式一致,说明岩体成因和成矿具有密切联系,蚀变岩石经历了相同来源流体的交代蚀变,是岩浆流体连续作用的结果。
致谢:野外调研采样期间安徽省地质矿产勘查局321地质队的黄文明高级工程师和陈林杰主任给予大力协助;样品碎磨工作由河北省区域地质调查研究院(廊坊)相关人员完成;岩体及蚀变带的主量元素和微量元素由核工业北京地质研究院岩矿测试中心刘牧和她的同事完成;杨赫鸣博士、张晓伟硕士、杜静国硕士在本文完成过程中给予大力帮助,在此一并表达作者深深谢意!
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Alteration and Mineralization of the Guihuachong Porphyry Copper Deposit,Tongling Area,Anhui Province
YUE Zi-long1,2,DU Yang-song1,CAO Yi1,ZUO Xiao-min1,ZHANG Ai-ping1
(1.SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China;2.SchoolofJewelryandJadeCarving,NanyangNormalUniversity,Nanyang,Henan473061,China)
Guihuachong copper deposit is a porphyry copper deposit newly discovered in the Tongling area, Anhui Province. Lithology of host intrusion is granodiorite porphyry,belonging to metaluminous high potassium calc-alkali granite. Wall rock alteration and mineralization study is an important porphyry deposit mineralization study on migration conducted alteration zone rock for geochemical composition of elements, which is based on the analysis of hydrothermal alteration processes. Wall rock alteration is strong in the Guihuachong mining area, and mainly consists of potassic alteration, sericitization, silicification, chloritization, and carbonatization. Alteration zoning is obvious, occurring potassic alteration, sericitization-silicification, and argillation-propylitization belts in outward succession. Major orebodies occur in the sericitization-silicification belt. Alteration and mineralization process of the hydrothermal stage from early to late is divided into four stages,i.e.,potassic alteration,sericitization-silicification,quartz-polymetallic sulfide and carbonate stages. Mineralization took place mainly in the quartz-chalcopyrite sulfide stage. The results of migration quality of components in different alteration zones showed that variation of migration quality in the alteration process is high for the major elements except TiO2,MnO,MgO and low for the trace elements except Cr and Cu, and rare earth elements are loss in strong mineralization area and enrichment in the zone of mineralization.low for the rare earth elements. The similar chondrite-normalized REE patterns of the intrusion and the altered rocks from the Guihuachong deposit show close connection of the intrusion with mineralization of the deposit and it is the result of continuous action of magmatic fluids.
alteration zoning; ore-forming stage;porphyry copper deposit; Guihuachong in Tongling; Anhui Province
2015-03-18;改回日期:2015-12-09;责任编辑:戚开静。
中国地质调查局项目(12120113069900)。
岳紫龙,男,讲师,博士,1979年出生,矿物学、岩石学、矿床学专业,主要从事岩浆作用与成矿方面的研究。
Email: yzlong1230@163.com。
P588;P618.2
A
1000-8527(2016)01-0050-09