广东大宝山铜矿英安斑岩的同位素组成与蚀变特征及其找矿意义

赵晨辉，王成辉*，赵如意，刘善宝，饶娇萍，刘武生，张熊，蒋金昌，李挺杰

(1.自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室，中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；2.东华理工大学核资源与环境国家重点实验室，江西 南昌 330013；3.中国地质大学(北京)，北京 100083；4.广东省大宝山矿业有限公司，广东 韶关 512127)

英安斑岩或英安岩，是斑岩型铜钼金成矿系统中普遍发育的岩石类型，通常具有高钾钙碱性特征，当发育良好的热液蚀变时即可作为找矿标志和成矿岩体[1-4]。例如，南美阿根廷Josemaría超大型斑岩铜金矿床在25Ma有多期侵入体沿逆断层侵位并且发育钾硅酸盐化蚀变、青磐岩化蚀变、绢英岩化和高级泥化蚀变[5]；全球最大的斑岩型铜钼矿床El Teniente中，铜的富集与晚期英安斑岩和英安岩侵入早期镁铁质-中性杂岩体密切相关[6]；秘鲁南部Don Javier大型铜钼矿床的筒状矿体主要赋存在绢英岩化英安斑岩中[7]。XRF、LA-ICP-MS、U-Pb年代学、Lu-Hf同位素分析技术发展迅速，但我国应用这些技术对英安斑岩的研究相对较弱且相对集中在金矿等方面。如西秦岭格娄昂金矿区的含矿英安斑岩源于古老地壳部分熔融，为成矿前岩浆活动产物[8]；大兴安岭争光金矿的英安斑岩源于新生洋壳的部分熔融[9]；江西相山铀矿的英安斑岩源于基底变质岩的部分熔融[10]。

华南地区是近百年来矿产开发强度和研究程度较高的地区，形成了诸如赣南钨矿、桂北锡矿、湘南铅锌矿等一大批矿集区[11]。广东大宝山矿床是华南目前最大的铜多金属矿，在地表氧化矿和浅部层状、似层状矿体开采之后，矿山如何可持续发展，实乃当务之急。位于氧化矿和层状、似层状矿体之下的英安斑岩，也存在矿化，但以往认为品位偏低、矿化不均匀而没有进行系统评价，也没有探明资源储量。2014年以来，中国地质科学院矿产资源研究所等单位对大宝山矿床英安斑岩进行了系统研究并取得了找矿突破。该矿区出露的英安斑岩被认为是志留纪高钾钙碱性系列的火山岩[12-14]。赵如意等[15-16](2019，2020)根据英安斑岩与上下盘围岩接触关系及其接触带、围岩矿化蚀变特征，认为英安斑岩既是铜多金属矿的成矿母岩，又是有利的赋矿围岩。但关于该矿区英安斑岩与成矿的关系尚存在较多争议[17-23]。

随着近年分析测试技术发展迅速[24-26]，更加贴近野外工作，有助于解决重大科学问题。本文根据英安斑岩不同蚀变带中主量元素与铜元素的关联特征，应用X射线荧光光谱法(XRF)和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等技术手段测定了大宝山英安斑岩样品中的铜、硅、铝、钙等主次痕量元素，以及H2O+、烧失量(LOI)等，重点研究围岩蚀变与铜矿化的关系，探讨矿区深部的找矿方向，拟为下一步找矿提供依据。

1 地质背景

广东省大宝山矿床在区域上位于南岭纬向构造成矿带中南段之粤北矿集区中部，北东向吴川—四会深大断裂带内的北江新华夏断裂与近东西向大东山—贵东构造岩浆岩带交汇处。矿区出露地层以古生界为主，西北部出露寒武系下统高滩组(八村群)浅变质砂岩和泥质板岩，与上覆中下泥盆统统桂头群(老虎头组)砂砾岩、石英砂岩角度不整合接触。中泥盆统东岗岭组(棋梓桥组)为块状、厚层状灰岩夹粉砂岩，上泥盆统天子岭组以灰岩为主，泥盆系内地层之间呈整合接触(图1)。侏罗系下统金鸡组(兰塘群)岩性为浅海相石英砂岩和泥岩。矿区范围内出露的岩浆岩包括英安斑岩、花岗闪长岩斑岩和少量基性岩脉。

图1 广东大宝山英安斑岩体蚀变地质特征及蚀变分带简图Fig.1 Alteration geological characteristics and alteration zoning diagram of Dabaoshan dacite porphyry

大宝山矿区包括东部矿带、西部矿带、船肚矿带、九曲岭矿带和鸡麻头矿带。东部矿带上部为褐铁矿铁帽，于2017年底开采殆尽。下部东岗岭组下段灰岩中赋存的块状、层状-似层状铜铅锌矿富集带，是矿区目前开采的主矿带。西部矿带位于大宝山英安斑岩墙以西，以板状硫、铜铅锌矿化产出在侏罗系金鸡组和大宝山英安斑岩之间的碎裂带内，矿石内发育胶状黄铁矿。

大宝山英安斑岩岩墙出露岩体面积约1.5km2，具北深南浅的特征，倾斜产出在泥盆系和侏罗系之间，倾角约60°，岩墙中脉体陡倾，倾角65°～70°，野外可见部分脉体近乎垂直产出在英安斑岩中。岩石手标本以灰黑色为主，块状构造，斑状结构。

2 实验部分

2.1 实验样品

本研究采集了大宝山7个钻孔中的23个英安斑岩样品，这些样品已发生不同程度的热液蚀变，包括绢英岩化(图2a)、钾长石化(图2b)、黑云母化(图2c)、绿泥石化(图2c)等。岩石手标本呈灰色、灰绿色。斑状结构，斑晶含量15%～20%，基质含量80%～85%。斑晶成分为石英和少量长石，未发现玻屑和岩屑，未见大量棱角-次棱角斑晶或晶屑。斑晶中包括石英(75%左右)、长石(18%左右)、黑云母(5%左右)、辉石(2%左右)。

a—绢英岩化英安斑岩；b—钾长石化英安斑岩；c—褪色蚀变，绢云母化叠加黑云母化英安斑岩(左-绢英岩化，右-黑云母化)；d—绿泥石化。图2 英安斑岩岩石学特征Fig.2 Petrology characteristics of dacite porphyry

2.2 样品测量方法

样品分析测试工作在国家地质实验测试中心完成。

2.2.1X射线荧光光谱分析

本研究主要包括岩石全岩样品主量元素和Cu、W元素的检测，旨在解决Cu、W元素与主量元素及烧失量的关系，进而指出蚀变类型与Cu、W含量的关系。

主量元素通过X射线荧光光谱仪(型号PW4400)进行测定。该仪器重现性好、测量速度快、灵敏度高，能分析5B～92U之间所有元素。主量元素检测方法依据国家标准GB/T 14506.28—2010。样品可以是固体、粉末、熔融片、液体等，故本次分析项目包括SiO2、Al2O3、CaO、TFe2O3、K2O、MgO、MnO、Na2O、P2O5、TiO2。X射线荧光光谱仪实验过程中首先打开交流稳压器电源，X射线管电压为50kV，电流为50mA，然后打开水冷机电源，等待水冷机进入制冷工作，检查光谱仪显示参数，设备真空度小于100Pa，P10气体流量0.8～1.5L/min，打开仪器高压开关，待仪器内部温度升至30℃时，进行光管老化。老化完成后，可使用仪器进行样品分析工作。

SiO2、Al2O3采用Kα分析线，分别利用PET、SbIn分析晶体测定峰值和背景值，计数时间峰值20s，背景值10s。CaO、K2O、MnO、TiO2采用Kα分析线，利用LiF(200)分析晶体测定峰值和背景值。CaO、K2O计数时间峰值20s，背景值10s。MnO计数时间峰值40s，背景值20s。TiO2计数时间峰值40s，背景值10s。TFe2O3采用Lα分析线，利用LiF(200)分析晶体测定峰值和背景值，计数时间峰值20s，背景值10s。MgO、Na2O采用Kα分析线，利用TAP分析晶体测定峰值和背景值，计数时间峰值均为100s，背景值分别为40s、20s。P2O5采用Kα分析线，利用Ge(111)分析晶体测定峰值和背景值，计数时间峰值40s，背景值10s。选择国家一级标准物质，根据标准样品浓度给出(或人为设定)的浓度，使用X射线荧光光谱仪分析软件校准并计算元素的X射线荧光光谱强度测量值[27]。

2.2.2电感耦合等离子体质谱分析

铜元素通过X-Series电感耦合等离子体质谱仪(美国ThermoFisher公司)进行测定。该仪器具有高灵敏度、干扰少、超痕量检测限、多元素同时分析等优点。电感耦合等离子体质谱系统工作条件如下：射频功率1375W，载气(He)流量1.0L/min，辅助气(Ar)流量0.8L/min，雾化气(Ar)流量0.9L/min，冷却气(Ar)流量14.0L/min，停留时间0.01s，数据采集模式：时间分辨(TRM)，碰撞池模式：标准模式(STD)[28]。铜作为微量元素检测方法依据国家标准GB/T 14506.30—2010。选择监测同位素49Ti和内标元素103Rh，编制样品分析表。在测定过程中，仪器点燃后至少稳定30min，期间用含1ng/mL铍、钴、铟、铈、铀的调谐溶液进行仪器参数最佳化调试，通过三通在线引入内标元素混合溶液(铑和铼含量各10ng/mL)。以标准空白溶液为零点，一个或多个浓度水平的校准标准溶液建立标准曲线，校准数据采集至少3次，取平均值。每批样品测定时，同时测定实验室试剂空白溶液，同时分析单元素干扰溶液，以获得干扰系数k并进行校正。

2.2.3其他分析

H2O+、CO2、LOI、FeO检测方法分别依据国家标准GB/T 14506.2—2010、NY/T 86—1988、GB/T 14506.34—2019、GB/T 14506.14—2010。

3 测试结果与讨论

3.1 英安斑岩样品分析结果

大宝山英安斑岩中铜和硅、铝、钙等主次痕量元素分析测定结果(表1)显示，不同蚀变类型及蚀变程度的英安斑岩样品中，Cu元素含量变化于107～6909μg/g，W元素含量变化于8.75～237.0μg/g，SiO2含量变化于25.79%～72.53%，Al2O3含量变化于3.25%～22.10%，CaO含量变化于0.05%～3.35%，TFe2O3含量分布范围为2.67%～43.86%，FeO含量变化于0.90%～20.30%，K2O含量变化于0.66%～7.53%，MgO含量变化于0.34%～1.72%。

表1 大宝山英安斑岩中Cu等主次痕量元素测定结果Table 1 Analytical results of Cu and other major,minor and trace elements in Dabaoshan dacite porphyry

样品中几乎不含Na2O，大部分样品中的Na2O含量低于检出限；P2O5、TiO2在英安斑岩中的含量低，分别为0.02%～0.16%和0.14%～0.71%；CO2含量变化于0.17%～1.50%；H2O+含量为0.60%～3.80%；烧失量(LOI)变化大，从1.74%到22.75%。

3.2 铜和钨元素与烧失量关系

铜含量最小值(107μg/g)出现在黑云母化蚀变带中，最大值(6909μg/g)出现在绿泥石化蚀变带中。出现最大值的样品编号为ZKB501-1-264，其中含有一条黄铜黄铁矿细脉，可能对铜含量存在偶然影响。钨含量最小值(8.75μg/g)出现在弱蚀变英安斑岩中，最大值(237.0μg/g)出现在黑云母化蚀变带中。烧失量可代表蚀变的强弱，即烧失量越大蚀变越强。由表1测定结果可知，样品ZKB502-357弱蚀变英安斑岩的LOI值最低，为2.77%。钾长石化、黑云母化、绢云母化和绿泥石化蚀变样品的LOI值均高于弱蚀变英安斑岩。样品ZKB101-141的LOI值为22.75%，实际上也已经成为铁矿石而不再是“英安斑岩”。由图3显示，绢英岩化和绿泥石化蚀变带中的铜含量比钾长石化带和黑云母化带要高，绢英岩化蚀变中的铜含量要比其他蚀变带高出2～5倍，这表明绢英岩化热液蚀变与铜矿化关系密切。由图4显示，绢英岩化和黑云母化蚀变带中的钨含量比钾长石化带和绿泥石化带要高，钨与LOI含量存在正相关性。因此，寻找绢英岩化带也就成为大宝山深部找矿的重要方向。

3.3 铜和钨元素与主量元素关系

表1测定结果显示，各类样品的SiO2含量变化于25.79%～72.53%，跨度大，尤以样品ZKB101-141和ZKB502-451最为特殊(SiO2含量分别为25.79%和35.92%)。实际上，这两个样品都是硫铁矿石。其他样品的SiO2含量变化于62.55%～72.53%，与英安斑岩的正常含量接近。图3显示在SiO2含量较高的绢英岩化带中其铜含量较高，边界品位(2000μg/g)以上铜与SiO2含量存在正相关性。图4显示SiO2含量在65%～67%之间的绢英岩化带和黑云母化带中其钨元素含量较高，在50μg/g以上钨与SiO2含量存在正相关性,与3.2节得出的结论一致。

图3 铜元素与烧失量、二氧化硅的关系Fig.3 Relationship between copper element with LOI and SiO2

图4 钨元素与烧失量、二氧化硅的关系Fig.4 Relationship between tungsten element with LOI and SiO2

4 英安斑岩的找矿意义

4.1 英安斑岩年代学研究

前人曾用不同的同位素定年方法(K-Ar稀释法、全岩Rb-Sr等时线法、单颗粒锆石U-Pb法以及LA-ICP-MS锆石U-Pb法)对大宝山次火山岩体进行年代学研究，但定年结果存在争议(表2)，争论焦点为加里东期[12-14,23]和燕山期[15-16,31-32,35,37]。大宝山矿区确实存在大量420～450Ma U-Pb同位素年龄，该时期为华南巨量过铝质陆内花岗岩浆结晶的顶峰期[38]，但是野外观察到该次火山岩侵入泥盆纪和侏罗纪地层。因此，英安斑岩的成岩时代可能为燕山期，大量古生代锆石为华南大规模褶皱变形与隆升造山期的产物[38]。值得指出的是，吴川—韶关断裂带及其两侧，多经历小型次火山-火山活动，成群出现次火山-火山岩墙、岩筒或爆破角烁岩筒，这种侵入到喷溢的陆相次火山-火山活动顺序，与从喷发到侵入的海底火山活动顺序恰好相反[39]。

矿床形成过程中矿区热液活动频繁，考虑到K-Ar定年和Rb-Sr定年封闭温度一般低于400℃，后期变质热液会不同程度地破坏封闭体系，如造成体系内Ar丢失。因此，上述两种方法很难获得燕山期前花岗岩类的精确定年数据，得出的测年结果不能准确代表岩体年龄，可能接近晚期热液活动的时间。单颗粒锆石测年方法存在局限性，测得年龄可能不具准确性。

随着实验技术的发展，2010年之后获得的微区锆石U-Pb年龄精确度较高。除Wang 等(2011)[20]报道的大宝山花岗闪长斑岩年龄为175.8±1.5Ma和船肚岩体年龄为175.0±1.7Ma外，其余的年龄多数集中于162～168Ma之间[13,20,31,35]。经讨论，原作者认为略偏高的年龄结果与当时标样测年不准确有关，是由系统产生的误差所致。若考虑约4%的不确定度[40]，矿区大宝山花岗闪长斑岩和船肚岩体的时代应该是相同的，为162～168Ma。结合花岗闪长斑岩侵入英安斑岩，所以英安斑岩侵位在168Ma之前。矿区西部花岗闪长斑岩并未与层状矿床(东部矿带)的围岩中泥盆统接触，不具备成为层状矿床成矿岩体的有利条件。此外，据最近国际地层表数据，中泥盆统时限为382.7～393.3Ma，成矿发生在成岩之后，也表明层状矿床的成矿岩体英安斑岩侵位在中泥盆统之后，并非志留纪。结合九曲岭岩体与大宝山英安斑岩岩墙深部互相连接[32,41]，认为174.6±1.5Ma[31]可大致代表大宝山英安斑岩的侵位时间。

此外，英安斑岩于次火山岩相，火山活动过程中锆石往往来不及结晶而含量偏低。目前所见的锆石可能是早古生代第一次岩浆活动的结晶产物，由于其稳定性而残留下来，长石、石英、云母则被交代而形成新的矿物组合，此时全岩Rb-Sr等时线年龄实际上代表的是交代岩的形成时间，即燕山早期。

4.2 蚀变与矿化分带性特征

前人认为，大宝山矿区与船肚花岗闪长斑岩有关的斑岩型钼矿床的围岩蚀变，以侵入岩体为中心向外蚀变类型包括钾长石-黑云母化、伊利石-白云母化、石英-绢云母化、绿泥石-绿帘石碳酸盐化等4个蚀变带[42-43]。权立诚[44](2015)在大宝山矿区进行了构造蚀变研究，建立矿区南部采场排土沟南侧剖面蚀变矿化分带和北部47线典型蚀变剖面，在此基础上，总结了蚀变剖面的成矿元素分布特征，完成对矿区构造蚀变图的修编工作。蒋金昌(2018)依据矿区勘查资料，指出矿区东部矿带(采场)围岩蚀变的空间分布特征，蚀变类型为一套矽卡岩化蚀变[45]。总之，前人研究集中于大宝山矿区船肚斑岩型钼矿和东部矿带的围岩蚀变。

英安斑岩东部围岩蚀变由近到远依次为：矽卡岩化(角岩化)→大理岩化→大理岩化灰岩。西部围岩蚀变矿化由近到远依次为：铜硫矿化(外接触带)→硅化(角岩化、矽卡岩化)→弱硅化。东部矽卡岩化发育，矽卡岩往往含有少量角岩；西部角岩化较矽卡岩化发育，且角岩中往往发育斑点状矽卡岩。硅化作用导致原岩的砂状结构几乎被隐晶结构所替代。

值得指出的是，大宝山英安斑岩热液蚀变分带发育，具有一定规律性，同时发育褪色蚀变。英安斑岩浅部到深部蚀变分带依次为(图1)：氧化带→高岭土化英安斑岩→绢英岩化英安斑岩→钾长石化英安斑岩→黑云母化英安斑岩→绿泥石化英安斑岩。蚀变与矿化是密切相关的，英安斑岩蚀变带中铜矿化等级：绢英岩化>黑云母化>绿泥石化；钨矿化等级：黑云母化>绿泥石化>绢英岩化(钨矿化零星出现)，钨矿化与矿区花岗闪长斑岩有关；铅锌矿化等级：绢英岩化>黑云母化、绿泥石化；磁黄铁矿化等级：绿泥石化>黑云母化，钾长石化带不出现磁黄铁矿化。这也表明铜矿化与钨矿化对应的成矿作用可能不一样，铜和钨在大宝山矿区的共伴生，很可能是燕山晚期与燕山早期叠加成矿的结果。

4.3 下一步找矿方向

从矿区平面、剖面蚀变矿化分带图(图1)可看出，构造展布和英安斑岩分布共同控制了矿区蚀变和矿化分带。矿田尺度的主要控矿要素为区域性推覆构造，次要控矿要素为英安斑岩。英安斑岩体实际上也是“容矿地质体”。泥盆系桂头群、英安斑岩、侏罗系金鸡组中发育相同产状的黄铜黄铁矿脉，并且金鸡组中可见右行构造裂隙被后期硫化物充填(图5)。因此，右行压扭性构造在英安斑岩侵位之后或同时发生，形成一组产状为305°∠65°的优选性裂隙。矿区早期勘查工作显示71号勘探线中东部矿带层状矿体在与英安斑岩接触部位，矿体边界截然，引发众多疑问。若将英安斑岩网脉状厚大矿体与层状矿体联系在一起，则该问题可得到合理解释。因此，成矿热液可能是沿这一组裂隙进入英安斑岩和中泥盆统，与中泥盆统碳酸盐岩反应产生矽卡岩化蚀变，形成层状铜铅锌矿床。值得注意的是，英安斑岩中脉体发育程度与铜品位直接相关，脉体发育程度为：绢英岩化带>钾硅酸盐化带>绿泥石化带，因此绢英岩化带中铜品位较高。

图5 大宝山英安斑岩与围岩中硫化物脉体特征Fig.5 Characteristics of veins in Dabaoshan dacite porphyry and its host rocks

通过上述分析，本项目组可获知下一步勘查方向应侧重于斑岩型矿床找矿思路。大宝山多金属矿自2008年开展危机矿山工作，2009年探明钼矿为大型规模[31]，2016年新增铜预测资源量20.6万吨[46]。2018年发现大宝山英安斑岩岩墙中厚大铜矿体，随即探明其规模可达大型。2020年找矿方向仍然集中在大宝山英安斑岩，采区数据显示英安斑岩的铜品位非常稳定，约0.3%～0.5%，均可达到工业利用价值。

在综合分析成矿过程的基础上，本次工作提出除英安斑岩岩体外，以下三个方面也是今后找矿勘查工作需要注意的。

(1)最新勘查资料显示，B5勘探线中英安斑岩内部存在泥盆系灰岩的捕掳体，含有高品位的浸染状、块状铜硫矿石(图1)。中酸性岩体中的灰岩捕掳体往往会形成高品位的矿石，值得高度关注。

(2)岩心编录表明，英安斑岩与侏罗系之间普遍存在块状或稀疏浸染状矿石，矿山也称为外接触带，其深部的容矿空间亟待探索。总体上，外接触带具有很好的找矿潜力，但因为构造十分发育，可能对外接触带矿体产生破坏作用，导致矿体错失或移位的现象，这也是下一步找矿过程中需要注意的。

(3)在东岗岭组灰岩与桂头群砂岩的岩性渐变面(即硅钙界面)，是层状矿体发育的有利位置，可作为找矿的重点方向。这一点对于在粤北开展区域找矿具有重要的现实意义。

5 结论

本文通过采用XRF和LA-ICP-MS测试分析和野外工作研究，认为大宝山矿区及其外围的中酸性岩体可能属于一个完整的斑岩型成矿系统，推覆构造为主要的导岩导矿构造。沿着推覆构造侵入的英安斑岩是非常重要的容矿地质体，蚀变强烈并且具有良好的分带性，由浅到深，其蚀变分带为：氧化带→高岭土化英安斑岩→绢英岩化英安斑岩→钾硅酸盐化英安斑岩→绿泥石化英安斑岩。不同蚀变带的铜矿化强度明显不同。英安斑岩的地球化学特征显示，主量元素的变化与铜的富集程度密切相关，烧失量(LOI)等可代表蚀变程度的地球化学指标与铜、钨含量存在正相关性。其中，绢英岩化蚀变带中铜含量最高，可作为今后找矿的主要目标。

根据矿山勘查结果，至2020年11月底，大宝山矿区的勘查深度推进到270m高程，钻探结果显示英安斑岩及其与围岩侏罗系的接触带仍存在良好的铜矿化。值得一提的是，矿山已同意2021年进一步开展钻探以验证这一科学找矿预测的结果。

致谢：中国地质科学院矿产资源研究所王登红研究员在论文完成过程中提供了建议和帮助，国家地质实验测试中心马天芳高级工程师和郭晓辰在实验分析过程中提供了帮助，广东省大宝山矿业有限公司在野外工作中提供了帮助和审稿专家提出修改建议，在此一致表示衷心的感谢！