云南大姚铜矿六苴矿段地质特征及成因

代普禹，陈乾龙，王祥林

(云南省有色地质局三一七队，云南 曲靖 655000)

云南大姚铜矿六苴矿床位于滇中中新生代红色沉积盆地中北部，该中生代沉沉积历史从早期到晚期为深水复理石建造→浅海相碎屑岩和碳酸盐岩建造→海相磨拉石建造→陆相磨拉石建造，显示沉积水体逐渐变浅的趋势。该铜矿形成于周缘前陆盆地的磨拉石建造中。

1 矿区地质特征

1.1 矿区地层

矿区出露地层有侏罗系中统蛇店组(J2s)及上统妥甸组(J3t)；白垩系下统高峰寺组(K1g)、普昌河组(K1p)；白垩系上统马头山组(K2m)、江底河组(K1j)及第四系(Q)。各地层单元进一步划分及相应的岩性特征见图1。

本区主要的含矿层为马头山组六苴下亚段(K2ml1)，本层探明铜矿储量占矿区探明储量的78%；另为高峰寺组凹地苴下亚段(K1gw1)，本层探明储量占矿区探明储量的22%。

1.2 构造

1.2.1 断裂

(1)南北向断层：与主构造方向一致，是一组压扭性断裂，其产状常与大雪山背斜轴向平行或与地层产状小角度斜交，以逆断层为主。

(2)东西向断层：其产状常与大雪山背斜轴向近于垂直，是一组张扭性断层，在矿区内较为发育。有时在该组断层两侧断续出露有煌斑岩脉，本组断层破碎带明显。为主应力派生的张应力形成。

1.2.2 褶皱

大雪山背斜纵贯整个矿区，组成骨架构造，其轴向由北西至么社底簸向南逐渐转为南北-北西向，南端倾没于界牌附近。两翼产状西缓东陡：西翼倾角10°～30°，东翼倾角55°。与其相应产生的次级褶皱构造有簸箕背斜、落及木乍向斜、岩子口向斜、火箭山穹窿、独家村向斜，以及一系列位于大雪山复式背斜翼部的更次一级的舒缓波状挠曲。它们轴向多为北西向或南北向，总体与主背斜轴一致。主背斜控制矿床的分布，矿床沿背斜转折端及倾没端西翼呈环带状分布。次级褶皱及挠曲控制矿体的露头及矿体形态。

2 矿体地质特征

2.1 矿体形态、产状特征

总的来说，矿体形态复杂，规模大小悬殊，矿体主要赋存于马头山组六苴下亚段(K2ml1)紫红色、浅灰色细粒长石石英砂岩中，其次赋存于高峰寺组凹地苴下亚段(K1gw1)紫红色、浅灰色含砾砂岩-砂质泥岩中。矿体多呈层状、似层状及透镜状产出(图2)，矿体具有中间厚、两边薄的不规则状及飘带状形态产出，呈楔形或分枝或逐渐交替尖灭。矿化与围岩呈渐变和突变关系，加上矿床成矿环境、成矿条件和受受后期改造不一样。因此，有的矿体虽然产在一定的层位中，但矿体与围岩之间存在一定的交角，还有的矿体直接切穿地层等。主矿体1号主矿体走向长3Km，厚1m～36m，Cu平均品位1.35ω%。

图1 矿区地层柱状图

图2 六苴铜矿段矿区地质图

2.2 矿石组合及矿石成分特征

原生金属矿物主要为辉铜矿、斑铜矿、黄铜矿、黄铁矿。次生氧化物主要为孔雀石和极少量的硅孔雀石、赤铜矿、铜蓝、黑铜矿等。其次尚有及少量赤铁矿。

辉铜矿：主要矿石矿物，可分为两期，早期辉铜矿呈细粒侵染状分布于砂岩碎屑之间，产于胶结物中，呈不规则状。

斑铜矿：常与辉铜矿、黄铜矿共生，也可分为两期。早期斑铜矿常呈斑点状、散点状、浸染状分布于砂岩中的胶结物中，粒度变化大，不规则，常交代胶结物和黄铜矿、黄铁矿，有时被辉铜矿交代，呈环状。后期斑铜矿可呈两种形式产出，一是由于动力作用的影响，斑铜矿呈乳滴状分布于辉铜矿中，也可呈格子状分布于黄铜矿种。另一种是后期形成的主要产物，产于石英方解石脉中。

黄铜矿：为矿石中的次要矿物，约占矿石矿物总量的2%。

黄铁矿：主要分布在黄铁矿带中，呈自形-半自形产于浅色砂岩内，其晶体形态常具分带性，即从铜矿体到浅色层，依次为五角十二面体、八面体、立方体、雏晶状结核。

2.3 矿石结构构造特征

主要结构有：自形晶、半自形-他形晶、显微球状、环状、溶蚀交代、假象和固熔体分离结构。

自形晶结构：主要是黄铁矿呈自形晶产出。

半自形-他形晶结构：黄铁矿、辉铜矿、斑铜矿、黄铜矿呈半自形-他形晶分布于砂岩碎屑孔隙中，其形状和大小主要取决于碎屑间孔隙的形状和大小。

显微球状结构：黄铁矿呈显微球状分布在砂岩中。

环状结构：斑铜矿交代辉铜矿并呈环状分布于辉铜矿周围。

溶蚀交代结构：主要为铜矿物交代造岩矿物、岩屑及胶结物，有的沿长石解理缝充填交代，或交代早期黄铁矿形成局部溶蚀现象。

假象结构：黄铜矿交代早期黄铁矿并呈黄铁矿的假象，此外还见少量辉铜矿交代方解石而呈方解石的假象。

固熔体分离结构：部分铜矿物在压力作用下发生固溶体分离，形成乳滴状、文象、格子状构造。

矿石构造有：浸染状、条纹(带)状、结核状、角砾状、块状、和环带状构造。

浸染状构造：铜矿物集合体呈不规则粒状分散在碎屑粒间，矿物形态及大小受碎屑孔隙控制，当散点状矿物密集咋一起时，可形成斑点状构造。

条纹(带)状构造：硫化物矿物集合体沿微层理分布呈条带状，有的可沿砂岩斜层理分布。

结核状构造：硫化物矿物呈细分散状分布于结核中。

角砾状构造：分布在断裂带中，早期形成的条带状、浸染状矿石破碎呈角砾，被后期含铜胶结物胶结起来。

块状构造：由于后期矿液的叠加改造，在局部形成块状硫化物集合体，这种构造与断裂带有关。

环带状构造：主要在表生期，铜矿物氧化后形成环带状构造。

2.4 原生金属矿物分带

水平方向从紫色到浅色岩石，原生金属矿物可分为四个带，即赤铁矿-自然铜矿物带、辉铜矿-赤铁矿带、斑铜矿-黄铜矿带、黄铁矿带。垂直方向从下至上的矿物分带为辉铜-斑铜-黄铜-黄铁-黄铜-斑铜-辉铜，形成一个完整的分带旋回。某些地段因斑铜矿、黄铜矿带很窄，而呈现具这种分带趋势的混合矿带。

2.5 铜品位变化规律

铜品位变化直接受矿物分带的控制，从辉铜矿带到黄铁矿带铜品位作有规律的递减。铜品位通常在辉铜矿带，均大于1.5ω%，含铜最高部位分布于矿体中灰色层向紫色层一侧；斑铜矿带铜品位大于1.0ω%，黄铜矿带大于0.5ω%，混合矿带1.5ω%～1.0ω%，黄铁矿带则小于0.1ω%。

3 矿床成因分析

3.1 铜物质来源及控矿地质条件

据盆地1500个背景值分析资料，铜在红层中的平均含量为140×10-6，其中砂岩137×10-6，泥岩185×10-6，高出同类岩石背景值的4.6～5.3倍。因此，铜、成矿物质主要来自红层。

矿区铜矿化(体)均赋存在孔隙度较好的浅色中-细粒砂岩、粗砂岩、砂砾岩粒间胶结物中，六苴下亚段层位稳定、厚度大，岩石矿物颗粒分选好、矿化强，矿体规模大、形态简单，矿石含铜品位高，且含矿层上覆、下伏地层均以弱透水或不透水的泥质岩石，形成一个含矿层上、下封闭的有利于矿质运移、改造成矿的场所。

浅紫交互带或矿化带(体)呈膨胀-收缩-膨胀反复的带状分布。并且浅紫交互带中的浅色岩石、紫色岩石、碎屑矿物无明显变化，但紫色岩石中三氧化二铁(Fe3+)含量高，浅色岩中，三价铁被还原成二价铁，三氧化二铁含量低，硫化铁(黄铁矿)含量高，并且浅色层中胶结物CaO、MgO、K2O、Na2O含量高于紫色层，有机炭含量含矿岩石(0.015%～0.075%)高于紫色层(0.011%～0.022%)。

根据矿床气液包裹体特征，认为成矿溶液以低温地下热液(热卤水)为主、大气降水参与，局部高温对矿体具有后期改造作用。

根据上述地质、物化探特征，推测矿床的生成受多种因素控制和制约，相互影响，归纳起来可概括为铜的物质来源、铜的搬运沉积、初始矿源层的形成、卤水改造形成工业矿体。

由此可得矿区控矿地质条件为：古隆起-元谋古陆长期隆起提供铜质来源，断块的升降运动及古气候、古地理环境、河湖三角洲带控制含铜古风化壳的形成、剥蚀、搬运、沉积形成初始矿源层，喜马拉雅运动控制含矿热卤水的形成、迁移、富集成矿。形成今天的铜矿(体)床围绕大雪山背斜轴部转折端及倾没端呈半环状分布。且卤水改造、矿床的形成是在褶皱隆起、发生断裂之前，故断裂带不含矿，多为破坏矿体构造。

3.2 稳定同位素

(1)硫同位素：34件样品分析结果，δ34S=2.3‰～29.6‰，平均值为10.23‰，离散系数R为30.9‰。其中辉铜矿10.34‰，斑铜矿-16.9‰、黄铜矿-16.75‰、黄铁矿-2.98‰，反映了成矿过程 的多期叠加。亲硫同位素占明显优势，应属生物硫。

(2)碳同位素：6件(方解石)样品分析结果，δ13C=-3.23‰～6.12‰，平均值-5.16‰，变化不大，均与陆相碳酸盐δ13C平均值-4.9‰相近，属淡水碳酸盐类，主要来自红层。

(3)氧同位素：砂岩胶结物的氧同位素分析结果，δ18OSMOW=17.65‰～19.05‰，平均值18.13‰。含铜石英方解石脉的δ18O为17.9‰～23.19‰，平均值为20.02‰，计算δ18OH2O为3.83‰～9.85‰，δ18OH2O平均值5.67‰。推测成矿流体有深部地层水混合。

3.3 流体包裹体及成矿温度、压力、PH值及成矿溶液性质

3.3.1 包裹体特征

(1)高温包裹体成群体散点分布，温度达350℃～360℃，均一状态为高密度液相。推测是在一定深度，受上覆地层较高压力的条件下形成的。

(2)有机质包裹体与生油层直接相关的油水包裹体相似。

(3)高盐度多相包裹体的形成温度为110℃～120℃和170℃～190℃两组，流体盐度过饱和，固相以碱金属氯化物为主，并含部分硫酸盐。

3.3.2 成矿温度、压力、PH值及成矿溶液性质

温度：包裹体测温结果，深源流体为280℃～360℃，矿源热卤水为110℃～190℃。共生矿物对的氧同位素温度计算结果，富铜石英、方解石脉平衡温度为162℃；构造带石英、方解石脉平衡温度为147℃。故矿床形成温度大至为150℃。

压力：马头山组上覆地层平均厚度3300m，以4m相当105Pa计算，压力应为825×105Pa；又据盆地地热剃度为28℃/km。仅计算压力为1339×105Pa，平均约为1000×105Pa。

PH值：据液相包裹体测定PH值为8.44，属碱性。

4 矿床成因模式

本矿床应属层控型“叠加改造矿床”。1988年卢今才根据成矿条件和成矿特征，提出了六苴式矿床成矿模式(图3)，对成矿物质来源及成矿作用过程作了理论上的解释和论证。

成矿溶液来自沉积物孔隙水、天水和油田卤水，这些溶液从上向下流动渗透，分别从上部膏盐层中吸取Na、K、Ca形成高盐度卤水，与红色含铜岩系进行长时间的水岩反应并从地层中萃取、溶解Cu、Ag形成含矿卤水，然后这些含矿沿断层构造向上运移，沿渗透性好的岩层流动，当遇到还原环境时，金属硫化物就沉淀下来，或交代黄铁矿形成矿床。

图3 成矿模式图

(1)三叠系上统-下第三系地层，下部为含煤、含油建造；中部红层为含铜建造；上部为含膏盐建造。该套地层是成矿的物质基础。

(2)楚雄裂谷盆地的深大断裂多期活动，特别是喜马拉雅期的构造岩浆活动带，使盆地出现温压梯度，为成矿物质的活化转移提供了通道和能源，以及物质传递的重要条件。

(3)穿越红层及煤层有断裂沟通，煤油建造中的CH4、H2S、CO2等还原性气液流体沿断裂向上运移，侧向沿渗透性好，有利于压应力的释放的矿岩层进行还原改造，使红层转变为含黄铁矿的浅色砂岩(局部含沥青)。浅色砂岩的改造作用，在成岩早期，为成矿准备了有利的环境。

(4)喜马拉雅运动早期，沉积盆地大部分上升为剥蚀区，出现强烈的断裂褶皱构造。大气降水沿断裂下渗进入膏盐地层，溶解盐类矿物形成卤水，并混合有地层水。由于构造作用，使其在红层中渗滤环流，萃取铜质，形成含铜卤水。当含铜溶液渗入含黄铁矿和有机质的浅色砂岩，由于有铜质捕收剂、控制PH值、EH值的地球化学障及成矿空间存在，铜质发生沉淀形成含铜矿化物。如此不断渗滤对流，使铜矿物富集形成矿床。

(5)后期构造热液叠加改造，局部富集形成高品位的脉状铜矿。

以上主要从物质来源及控矿地质条件、稳定同位素、流体包裹体及成矿温度、压力、PH值及成矿溶液性质等的分析得出为沉积-改造型矿床。

5 结论

大姚县六苴铜矿床在具有区域成矿地质条件、成矿物质基础上，加之后期的构造运动及赋矿层位中的物理、化学作用下富集形成的沉积型层控矿床，且经过多期叠加改造。区域构造对其起着一定的控制作用，它控制着矿床的形成、规模及总体产出形态，为典型的沉积-型叠加改造矿床。