滇中昆阳群主要成矿类型与找矿预测

李志伟, 桑传才, 王雪超

(1. 云南省自然资源厅矿产资源储量评审中心, 昆明, 650224;2. 云南华西矿产资源公司, 昆明, 650214;3. 云南卓柏矿业有限公司, 昆明, 650051)

滇中昆阳群是云南重要的铁、 铜赋矿岩系之一, 探明的铜资源储量约占云南省的56%。 历经近一个世纪的开采和勘查评价, 已取得许多重要勘查及研究成果[1-6]。 随着地表矿、 浅部矿的开采殆尽, 现实面临着深化基础地质研究, 提高找矿预测水平的紧迫性和艰巨性。 本文在总结主要成矿类型特征基础上, 拟对找矿勘查评价和预测方向提出初浅看法。

滇中昆阳群中的主要矿种是铁矿、 铜矿, 20 世纪90 年代后发现了金矿(图1)。 铁矿主要类型有赋存于因民组层位的迤纳厂式(铜) 铁矿、 赋存于大龙口组中的鲁奎山式铁矿; 其次有赋存于美党组中的大梁子式铁矿、 赋存在黑山头组中的王家滩式铁矿、 赋存在淌塘组/ 黄草岭组中的满银沟式铁矿。铜矿为东川类型铜矿, 其中依照赋矿层位为因民组三段、 落雪组、 落雪组—鹅头厂组过渡带分别称为大箐式、 落雪式、 桃园式铜矿及其受强烈构造改造具新的时空构型的大美厂式铜矿; 金矿有拖布卡式金矿。 此外, 尚有绿汁江组中的铅锌矿、 美党组中的锰矿有零星产出。

1 迤纳厂式(铜) 铁矿及找矿预测

1.1 主要成矿特点

迤纳厂式(铜) 铁矿泛指赋存于昆阳群因民组内的铁矿, 独具特色, 含铌、 稀土等, 素有 “云南小白云鄂博稀土-铁矿” 之称。 主要成矿特点是:

(1) 矿体赋存于昆阳群因民组二段及三段中, 含(铁) 矿岩石顶部主要为粉砂质、 泥质白云岩,粉砂质板岩及细粒岩屑石英杂砂岩; 上部为钠长黑云片岩、 黑云石榴片岩; 下部为具复理石特征的粉砂质绢云片岩。 在矿体的顶、 底板或附近或夹石中, 常存在规模大小不一的似层状、 透镜状铁黑云母微晶片岩, 原岩恢复多数点落入火成岩区。 含矿岩系的岩石以富含火山物质为特征; 矿体与围岩呈渐变关系。

(2) 构造变形蚀变作用中等-强烈, 前者如东川稀矿山(铜) 铁矿, 后者如武定迤纳厂(铜) 铁矿。 矿体呈锯齿状分枝, 出现突然尖灭或膨大, 从开阔到紧密以至平卧现象。 迤纳厂矿体受刺穿体控制明显, 分布较广的斑点板岩中, 斑点多由磁铁矿、 钠长石、 黑云母、 绿泥石等集合体或单晶粒组成, 刺穿体外岩石斑点的粒径一般小于1 mm, 而刺穿体内磁铁矿、 钠长石单晶粒(可达1mm～4mm) 有显著增大现象; 碳酸盐片岩中的白云石、 方解石等矿物普遍形成叶片状并呈定向排列, 围岩和铁矿石中砾级岩屑存在压扁拉长且显良好定向排列现象, 砂质碎屑发生破裂并具蠕动旋转现象, 铁铝榴石片岩中的石英包体显示定向排列及 “S” 型构造; 铁矿石内磁铁矿的比例显著增高, 晶粒显著变粗等等, 反映后期成矿过程中遭受过强烈的构造变形作用。

(3) 迤纳厂矿区热液蚀变较为复杂和特殊。 热液蚀变导致: 早期的硅化和方解石化, 石英和方解石强烈重结晶; 中期的矽线石化, 矽线石不均匀交代泥质条带, 形成残余条带状构造; 晚期发生磁铁矿化, 磁铁矿呈浸染状交代方解石或石英, 局部交代矽线石。 含矿岩系中的黑云母呈绿色、 含量极高, 绿色黑云母往往是含Cu2+的黑云母变种。

(4) 铁矿与铜矿相共、 伴生, 不论是平面还是剖面上, 均显示出铜矿体包含铁矿体, 铁矿体好似铜矿体的核心。 有的地段, 铁矿体沿走向分叉时铜矿体依然分叉包含铁矿体, 铁矿体尖灭时铜矿体也随之尖灭, 反映层状铜、 铁矿同时形成的特点。

(5) 矿石矿物组成中等-复杂。 根据岩矿石鉴定资料, 迤纳厂矿区计有40 余种, 出现稀矿山式铁矿所不具有的铌铁矿、 褐钇铌矿及含铌铁金红石和稀土单矿物—氟碳钙铈矿、 氟碳铈矿、 独居石、 褐帘石、 硅钍钇矿等, 与白云鄂博超大型铌-铁-稀土矿床有许多相似性。 有用组分除铁、 铜外, REE、 Mo、Nb 等元素达工业品位或具有综合利用价值; 原生菱铁矿及磁铁菱铁矿石中, Mn 含量较高, 最高可达4. 04ω%; 矿石中, Sn、 Zn 等元素含量较低; 金常有显示, 以裂隙金、 粒间金多富集于脉状矿石中[7];S、 P、 F 含量普遍较高, F 含量一般在万分之几到千分之几, 最高可达3. 2% ～5. 38%。 显示成矿热液成分相当复杂且富含挥发组分。

(6) 因民组产出的一系列(铜) 铁矿床, 多数为富矿, 规模以中小型居多。 重要的有东川稀矿山、播卡, 禄劝笔架山、 菜园子、 洪门厂, 武定迤纳厂、 核桃箐, 禄丰鹅头厂、 温泉、 中村, 易门碧多和元江甘庄、 鸡冠山等。

1.2 成矿时代

东川因民组凝灰岩中锆石的U-Pb 年龄1742±13 Ma (Zhao X F et al., 2010)。 稀矿山矿区因民组含铁地层Pb-Pb 年龄在1765 ～1685Ma 之间, 沉积成岩成矿期年龄为1603. 61 Ma; 改造期成矿年龄为1037. 34 Ma (黄永平等, 1996)[8]。 迤纳厂铜铁矿石的Sm-Nd 年龄为(1617±100) Ma (MSWD = 1. 3,n = 7), 伴生条带状、 纹层状萤石的Sm-Nd 年龄为(1539±40) Ma (MSWD = 0. 33, n = 6) (杨耀民等,2005)[9]。 叶现韬等(2013) 对含矿层位 “迤纳厂组” (为本文的因民组) 层状凝灰岩和火山角砾岩LA-ICP-MS 锆石定年的研究[10],207Pb /206Pb 年龄大致分为四组: 1. 75 ～1. 88 Ga, 1. 90 ～2. 00 Ga, 2. 02～2. 20Ga 和2. 30～2. 40 Ga, 且最老年龄在3. 0 Ga 左右, 而最年轻年龄在1750 Ma 左右。 反映因民组的沉积上限大约为1. 7Ga, 且在康滇地区可能还有更老的基底存在; 矿石矿物黄铜矿的Re-Os 等时线年龄为(1690±99) Ma (MSWD= 9. 0, n = 6), 模式年龄的加权平均值为(1685±37) Ma (MSWD = 3. 0)。侯林等(2013) 对迤纳厂岩浆角砾岩LA-ICP-MS 锆石测定, 得出: 复合岩浆锆石内核207Pb /206Pb 年龄(2193±8) Ma (MSWD= 0. 66), 代表深部围岩原生锆石的年龄; 岩浆锆石或复合岩浆锆石边缘环带207Pb /206Pb 年龄(1739±13) Ma (MSWD= 0. 68), 代表岩浆侵位(或喷发) 的年龄; 下交点年龄为(980±11) Ma, 代表后期地质事件(晋宁运动) 的年龄[11]。 迤纳厂两组辉钼矿的Re-Os 等时线年龄分别为(1674±84) Ma 和(1459±130) Ma (周美夫, 未刊数据)。 综合上述年代学研究成果, 表明存在多期成矿的同时, 认为矿床的初始沉积成岩成矿形成在1750～1603 Ma 之间, 层状矿形成时代与地层沉积时代大体同时或稍晚; 结合武定西矿带侵入于因民组、 落雪组的海孜非造山型辉绿岩LA-ICP-MS 锆石UPb 侵位年龄1728±4 Ma (MSWD= 1. 8, n = 11) 等分析[12], 它们可能是与全球性Columbia 超大陆裂解伴随的地幔柱岩浆上涌侵入事件及成矿事件。

1.3 找矿预测

图1 云南昆阳群铁铜矿及金矿分布简图Fig 1. Distribution Sketch Map of Kunyang Group Fe-Cu Deposit and Au Deposit in Yunnan

纵观迤纳厂式(铜) 铁矿找矿预测的研究, 笔者认为, 可充分借鉴和运用找寻大型、 超大型矿床研究中变异相成矿理论[13、14、15]提出的 “变异相、 亲缘相、 衍生相” 的观点和方法, 一是切实加强成矿地质背景、 成矿环境、 成矿作用异常的研究, 从区域上把握矿床集中的主体特征; 二是侧重建立典型矿床成矿模式, 研究矿床由量变到质变高度集中的条件。 三是按照寻找与典型成矿模式完全一模一样的矿床很困难, 但寻找大体相似但在某些条件已发生变化的变异相矿床是完全有可能的思路, 应用成矿系列的理论方法进行归纳综合, 探索各种变异因素造成不同矿床时空运动的成矿轨迹, 深入掌握变异相矿床出现的规律, 进而指导成矿预测实践。 即是说, 对于一个成矿远景区而言, 既要研究该远景区与典型矿床成矿模式的相似性和在成矿模式上时、 空演化过程的位置, 也要研究它与成矿模式的一个因子或多个因子变异, 和可能出现的结果。 同时, 要结合物化探资料、 遥感信息等进行综合找矿预测。

综合成矿找矿信息, 寻找该类型矿床的远景区有易门里士北部磁异常区、 禄劝洪门厂-大梁子、 元江铜厂-鸡冠山等。

2 东川类型铜矿及找矿预测

2.1 主要成矿特点

狭义的东川式铜矿产于落雪组, 自1941 年谢家荣先生首先提出并研究至今, 有关其矿床成因的认识经历了反复与深化的过程。 早期认为其铜矿成矿是属与二叠纪玄武岩浆有关的热液矿床。 20 世纪五十年代, 则认为主要是与晋宁期基性侵入岩有关的中温热液成因; 同期, 孟宪民教授提出为沉积成因。20 世纪七十年代初, 沉积成矿说被普遍接受并被加以补充发展为沉积变质改造成因的层控矿床[16]。 后来随着勘查开发工作及研究的进展, 对部份产于因民组内的矿床相继又提出火山-沉积-变质成因(桂林所, 1975; 施林道, 1988)[17、18], 火山喷气沉积成因(杨应选等, 1988)[1]、 火山喷流沉积成因(蒋家申, 1996)[19]等多种认识。 同时, 将 “东川式” 铜矿的涵义扩大为包括因民组、 落雪组及落(雪组)-鹅(头厂组) 过渡层(带) 中的铜矿, 并以 “东川类型铜矿” 概括, 进行了成矿轨迹(3DT) 趋势研究(李志伟, 2001, 1994)①、[20]。

“大箐式” 铜矿产出于因民组三段上部泥砂质白云岩及白云质板岩中, 容矿岩石以白云岩常见, 少数矿区见砂岩型铜矿体(狮子山矿区的部分矿体)。 铜矿受岩相岩性控制明显。 矿床规模多属小型, 铜品位较高。 特殊的是该式铜矿中往往共、 伴生钴矿(七步郎), 可综合利用。 矿石普遍含金, 但含量极低。

“落雪式” 铜矿赋存于落雪组一段和二段的硅质、 泥质白云岩及藻白云岩中。 泥质主要是热水沉积的水云母, 其内混杂有硅质。 容矿岩石普遍存在褪色化现象。 铜矿选择不同沉积岩相的过渡带或不同岩性层交替部位就位的特征明显。 矿层一般长而稳定, 延深多在200 m 以上, 厚度2m～10 m 不等。 矿石结构中, 特殊的是, 显微镜下识别出辉铜矿具放射花朵状细菌菌落结构、 如花生壳网络纹饰一般由斑铜矿和辉铜矿组成的藻细胞结构(帅德权, 1990) 和草莓状结构。 矿石构造中, 出现较多的生物成因的结核状(结核体内浑圆状、 球粒状铜矿物中有一定量的有机碳、 甘酪根和有机硫等)、 马尾丝铜矿石构造。 表明生物成矿作用占有十分重要地位。 同时, 后期构造、 晋宁期侵入岩对铜矿的改造再造富集有一定的影响(如新塘铜矿)。 矿床规模以中大型居多, 矿石普遍铜品位较低, 普遍含银且可以综合回收利用。

“桃园式” 铜矿产于鹅头厂组下段/ 黑山组下段黑色碳质板岩和碳泥质白云岩中。 产地有东川马四洞、 兴隆坪、 老弯地、 大羊厩、 黄水青、 水库山、 桃园等。 已知矿体规模小, 稳定性差, 仅桃园铜矿床达中型规模。 有用组分单一, 仅有铜, 一般含铜品位低, 局部较富。

“大美厂式” 铜矿, 是因民组、 落雪组铜矿(及部分可能含有落-鹅过渡层铜矿) 经刺穿构造作用和改造, 原矿(化) 体发生变形变位, 特别是矿质发生活化、 转移和再富集所形成的具有新的时-空构型的一类矿床。 似层状、 层状矿与脉状矿混生, 但以各种复杂形态的脉状矿体占绝对优势。 已经勘查评价的有禄丰大美厂, 东川白锡腊, 易门凤山、 一都厂、 峨腊厂和元江鸡冠山等20 余个, 矿床以隐伏富矿为主, 规模以中、 小型居多。

2.2 成矿时代

武定大箐因民组含铜白云岩Sm-Nd 法等时年龄为1708 Ma[21]。 落雪组层状铜矿石铅多阶段最大矿化年龄值为1672 Ma[1]。 易门落雪组含放射性成因最少的3 件样品单阶段模式年龄值为1764 Ma。 东川落雪组(未受矿化影响) 白云岩、 黑山组碳质板岩Pb-Pb 等时年龄分别为(1716±56) Ma、 (1607±128) Ma; Pb-Pb 等时线法、40Ar-39Ar 真空击碎法对矿石硫化物的测定, 年龄值为(794 ± 33) Ma、(712±33) Ma[22、23]。 罗君烈等(1994) 对易门凤山矿区(21)、 (29) 号主矿体脉状铜矿石获得铅年龄值(1184. 5±10) Ma。 东川铜矿原生 ( 马尾丝状) 黄铜矿的Re - Os 等时年龄为 ( 1765 ± 57) Ma(MSWD= 0. 36, n = 3) (王生伟等, 2012)[24]。 上述年龄数据, 一是反映层状铜矿与围岩基本上是同时形成的, 属于同生或早期成岩成矿阶段成矿; 二是反映晋宁运动-澄江运动对东川类型铜矿改造作用施加了重要影响。

2.3 研究思路

从上述一系列研究成果来看, “东川式” 铜矿与 “东川类型” 铜矿涵义不同, 赋矿层位存在明显差异。 从成因上讲, 从把铜矿成矿作用看作为在由唯一岩浆源热液作用下发生形成的研究指导思想, 到考虑到不同构造环境, 不同成矿作用下的层控矿床成因研究思想, 进而把时间和一维垂向变化结合起来的动态研究思想, 再进一步到查明成矿作用时间和三维空间中动态演化过程和机制的成矿作用时空观, 体现了对东川类型铜矿成矿作用研究的不断深化与研究趋势。

矿床是成矿物质在错综复杂的地质因素长期、 多期次作用下的结果。 重建东川类型铜矿成矿作用的演化历史, 建立时间-三维空间的时空框架, 达到尽可能客观准确地揭示其成矿作用的本质特征的目的。 笔者认为, 对东川类型铜矿成矿作用研究应当要有几个要素: ①金属矿质来源; ②流体运动格式、途经及流体的蓄液库以及稳定的开放流动化学系统; ③构造物理系统; 以及④生物化学系统等。 下面主要对东川类型铜矿成矿作用的构造物理系统提出自己粗浅的看法。

矿床成矿作用研究的趋势表明: 对矿床、 矿石形成过程的全面认识, 不仅要从化学、 生物-化学过程去了解, 还必须从构造物理过程去探索。 研究表明, 东川类型铜矿可进一步划分为大箐亚式、 落雪亚式、 桃园亚式和大美厂亚式(或易门亚式) 等来进行研究。 上述各亚式铜矿在成矿作用过程中均不同程度遭受到后期构造动力的改造过程, 尤以大美厂亚式铜矿最为强烈。 笔者注意到, 在以往探讨矿区构造与成矿作用的关系时, 往往侧重于不同构造形迹及其组合与矿体的空间关系研究, 或认为构造变形作用(包括断裂、 褶皱及其组合作用) 仅仅为矿液运移提供通道或储集场所。 应该说, 这仅是构造动力作用的一个方面, 而不是构造动力作用的全部。 实际上, 在机械力驱动下, 各种矿物或岩石将会发生表面特征、 晶体结构和组份传输等物理化学性质的变异及其表征特征的变化。 粉体工程天然矿物材料细磨过程中的变化、 湿法冶金浸出实验及生产的大量实际资料说明它们十分类似于自然构造物理作用过程及其含矿层在构造力作用下成矿物质的活化转移成矿作用过程。 其原因是: ①在机械力作用下, 固体得到细粒化, 其比表面积和表面能将会增大; 细到一定程度时, 甚至会出现纳米化物质的奇特效应。 同时,一定方式和一定时间的磨擦力和冲击力将使矿物晶体产生变形, 局部受破坏而产生物理缺陷(如位借、片状矿物的堆垛层错等) 和化学缺陷, 甚至发生非晶体化现象, 从而大大提高了化学反应的活性。 颗粒之间的碰撞与磨擦还可以产生局部的高温, 加快化学反应进程。 ②岩石或矿物受力变形时, 其能量要增加, 这些增加的能量主要表现为弹性应变能、 位错能、 表面能和热能等。 强应变带中, 在高密度位错的情况下, 位错能可明显地提高变形晶体的吉布斯自由能, 吉布斯自由能的增加必然将会导致应变矿物溶解度的提高, 而矿物溶解度的提高进而会对成矿作用带来有利的影响。 再者, 机械应变能的增加, 机械能向热能的转化, 加强了挥发份的活动性及其对矿物或岩石的渗透能力, 促进了含矿溶液向低应变、低压力方向或区段的迁移定位和富集成矿。

实际上, 成矿系统是一个非常复杂的水-岩体系。 成矿作用过程中既要发生固态岩石或矿物内部的各种作用(以构造物理力学为主) 和流体内部的各种作用(以化学的为主), 更要发生固体-液体之间的各种作用。 它们之间的有机耦合作用才能形成大美厂式脉状富矿。 在此强调东川类型铜矿研究中, 注重和加强构造动力-机械力作用下, 岩(矿) 石所发生的各种变化、 相互联系和转化等研究, 无疑对该类矿床的形成条件将提供更深刻的理解。

2.4 找矿预测

昆阳群主要含铜层位为因民组三段, 落雪组一、 二段和鹅头厂组一段, 分布区产出大小刺穿体多达200 余个。 基于区域成矿控矿因素中成矿变异因子及其成矿变异规律的分析和危机矿山资源接替找矿新突破启示, 以及易门凤山铜矿深部(十二中段) 钻孔岩芯中, 已经发现因民组二段条带状条纹状铜铁混合型矿石, Cu 品位1. 37ω%、 TFe 品位25ω%左右②等, 在老矿区深部和外围, 如稀矿山深部、 易门三家厂深部及西部、 东川白锡腊-滥泥坪深部、 禄劝洪门厂-笔架山, 武定-罗茨西矿带等, 寻找已知类型铜矿。 另外在禄丰汉盘及北西部、 武定梅子箐-白石岩一带、 绿汁江西岸阿百里-杞木塘一带, 可列为寻找老类型和新类型铜(铁) 的重点方向。

3 拖布卡式金矿及找矿预测

3.1 主要成矿特点

四川境内会理通安、 会东地区, 于20 世纪70 年代在会理群清水沟上段炭质岩系中已找到金厂沟、唐家湾、 肖家澜滩、 小街、 新山、 干沟、 铁索桥等小型金矿床和矿点, 而南延滇中昆阳群内金矿的发现和勘查评价相对较晚, 其始自20 世纪90 年代, 但至今综合研究程度不足, 找矿潜力不清。

根据研究[25], 昆阳群内除在因民组、 大龙口组一段(石屏木梳寨铁矿, 可能与晋宁期辉绿岩侵入有关) 发现有含金线索外, 成型金矿主要产于昆阳群上亚群(岔河组、 清水沟组、 禄表组、 华家箐组)中, 其存在清水沟组上段、 下段两个主要金矿源层; 岔河组及禄表组、 华家箐组等次要金矿源层。 矿床主要有东川地区蒋家湾金矿、 新山-马家沟金矿和石屏岩子脚铁(金) 矿等。 蒋家湾金矿、 新山-马家沟金矿主要赋存于清水沟组上段(平顶山组) 碳质板岩中, 与所夹碳质白云岩有密切关系。 厚富矿体分布于新山-马家沟矿段, 长约1880m, 宽630m, 厚18m～90m, 单工程金品位11. 1 ～1012×10-6, 平均31. 84×10-6; 在新山矿段深部1670 中段细碧-角斑岩中发现细脉浸染型金矿(化) 体, 金品位局部达3×10-6以上[26]。 七角地金矿产在岔河组(或望厂组) 石英质碎屑岩中。 从构造与金矿的空间关系看, 一方面, 金矿带多分布于幔隆与幔凹过渡带或幔坡带; 另一方面, 金矿床所处部位大多是背斜的轴部、 断隆带转折部位或倾伏端, 及沿深大断裂发育的脆韧性剪切带或者逆冲推覆断裂的上盘或下盘。

3.2 成矿时代

清水沟组赋金层位(或金矿源层) Rb-Sr 同位素年龄值在930～1000Ma 之间[6], 含金石英脉中石英的40Ar-39Ar 法测年结果: 视年龄值在42. 38～59. 93Ma 之间; 等时年龄为41. 25 ～59. 34Ma; 反等时年龄为40. 24～56. 25Ma; 三者基本一致, 等时线年龄计算的相关系数大于0. 998。 反映金的工业富集主要发生于喜马拉雅期, 新生古储的特点十分明显[27]。 总的认为, 拖布卡式金矿的出现, 是矿质通过多次有利分配叠加形成, 是本区成矿环境、 成矿物质来源以及成矿方式和成矿物理化学条件等发生显著变异的结果。

3.3 找矿预测

综合地质及物化探、 遥感等找矿信息, 在会理-会东-东川地区, 尤其是拖布卡-播卡构造蚀变带,即新山-马家沟南部、 拖布卡-播卡向斜东翼的小水井地段是寻找隐伏(铜) 金矿的有利地段。 此外,迤纳厂-禄丰、 安宁-晋宁-玉溪、 石屏-建水-华宁、 沾益-鲁甸等地区是昆阳群有利的金矿找矿远景区。

此外, 昆阳群内赋存于大龙口组的 “鲁奎山式” 铁矿, 以往地质勘查程度均较高, 除注重矿区深部找矿外, 找矿回旋余地不大。 产于石屏龙朋-新城-大桥一带美党组的(铁) 锰矿, 用途多数属冶金用矿石, 少数达电池用锰矿石, 因赋矿地层厚度不稳定、 矿体断续零星分布, 除龙朋咩哺勐矿床外, 其余规模均不大, 扩大找矿前景的地质前提条件欠佳。