四川省九龙县中咀铜矿矿化蚀变带中的黑云母成分特征及地质意义

王昌南，唐高林，潘晓东

（四川里伍铜业股份有限公司，四川 甘孜 626200）

中咀铜矿位于四川省甘孜藏族自治州九龙县境内，大地构造位置地处松潘–甘孜造山带东南缘的江浪穹窿核部（图1）。通过成都地质调查中心在2006-2017年开展的预查、普查、详查和勘探工作，中咀铜矿累计查明铜金属资源量已达中型规模（超过10万吨）。由于中咀与江浪穹窿核部的其他铜矿床（例如里伍和黑牛洞）具有相似的地质特征和高的Cu品位，被统称为里伍式富铜矿床[1，2]。然而，学者迄今对这些矿床的形成机制还存在较大分歧，代表性观点包括火山–沉积改造成矿说[3]、中–高温热液交代成矿说[4，5]及变形–变质成矿说[6]。

野外地质调查与探矿工程表明，里伍式富铜矿床（勘查找矿工作中称为里伍矿田，主要包括里伍铜矿、中咀铜矿、黑牛洞铜矿）的铜矿体均产于矿化蚀变带之中，其成矿过程与黑云母蚀变密切相关[1，2]。根据前人的结果，按照成因类型可以把黑云母分为岩浆型和热液型[7，8]，岩浆型形成于岩浆结晶过程，热液型形成于热液蚀变过程[1]，两者具有明显产状差异[7，8]。黑云母作为中咀铜矿矿化蚀变带岩石中的最主要的造岩矿物的一种，在形成时的深度、温度、氧逸度和压力等因素控制其矿物化学成分[8，9]。然而，当前研究普遍聚焦于岩浆黑云母对岩浆演化过程的反映，但对其他类型的黑云母（例如热液新生黑云母和重结晶黑云母）关注较少[8]。因此，本文结合前人相关成果的基础上，通过电子探针成分分析的方法分析中咀铜矿矿化蚀变带岩石中的蚀变黑云母，探讨其成因类型、形成时的地球物理、地球化学条件和在中咀铜矿勘查找矿工作中的地质意义。

1 区域地质

中咀铜矿位于江郎穹隆（里伍矿田）北西翼，大地构造背景属巨大的倒三角形状松潘–甘孜造山带，该造山带西侧以金沙江缝合带为界与青藏高原毗邻，东缘以龙门山断裂带为界与扬子陆块相连，北部以阿尼玛卿–勉略缝合带为界与华北克拉通相邻（图1a）[10]。该造山带受控于印支期古特提斯造山作用[11]。

江浪穹窿由核部至翼部地层分别为：

（1）中元古代里伍岩群是一套中元古代的变质火山–沉积岩组合，岩性主要为石英岩、云母石英片岩夹少量变基性火山岩[6]，里伍矿田的铜矿体主要产出于里伍岩群。

（2）奥陶纪江浪岩组，岩性为含砾石英岩夹石英片岩、千枚岩[6]。

（3）志留纪甲坝岩组沿穹隆周缘呈环状分布，为一套变硅质岩、碳质板岩夹变基性火山岩组合[6]。

（4）二叠纪乌拉溪组出露于穹隆外缘，与甲坝岩组呈滑脱断层接触，岩性为大理岩夹少量变基性火山岩和超基性岩[6]。

（5）三叠纪西康群与乌拉溪组为韧性剪切带接触，以复理石陆源碎屑岩夹碳酸盐岩为主[6]。

部分学者认为江浪穹窿属于变质核杂岩，包括前寒武纪堆垛层、古生代褶叠层和三叠纪西康群板岩带，发育环状拆离断裂带[6]。区域岩浆岩主要为燕山期花岗岩，穹窿北侧出露文家坪花岗岩体（图1b），锆石206Pb/238U加权平均年龄为164.6Ma±0.9 Ma[12]，此外有少量中–新元古代、二叠纪基性火山岩[6]。

图1 江浪穹窿大地构造位置及区域地质图

2 矿床地质

里伍矿田中咀铜矿位于江浪穹窿北西翼（图1b），出露地层为中元古代里伍岩群及少量第四系[13]。里伍岩群已发生强烈变形，岩石中顺层掩卧褶皱和无根褶皱十分发育。顺层剪切作用形成了规模不一的韧性剪切带，是控制矿体产出的主要构造，大致沿S1片理顺层剪切而成，厚数毫米至数十米[13]。这些韧性剪切带和热液蚀变带的分布范围一致，形成了与成矿关系密切的韧性剪切热液蚀变带（图2），其厚度变化极大，蚀变类型主要包括黑云母化，其次为电气石化、绢云母化、硅化、绿泥石化等[13]。

岩浆岩主要为呈（似）层状夹于里伍岩群变碎屑岩中的变基性火山岩，地表部分延伸可达300 m。岩性包括黑云绿泥透闪岩和（斜长）角闪片岩等，普遍具柱粒状变晶结构，块状、片状构造，矿物成分以闪石类为主[1，2]。

主矿体Z1-1呈（似）层状产于矿化蚀变带之中（图2），走向延伸超过3 km[13]。矿石矿物含量由高到低依次为磁黄铁矿和黄铜矿、闪锌矿、黄铁矿、方铅矿；脉石矿物以石英（最多）、黑（绢）云母和绿泥石为主，少量石榴石、电气石、角闪石、长石等。矿石结构主要包括他形粒状结构、片状变晶结构和交代残余结构等；矿石构造以致密块状和条带–浸染状构造为主，少量为网脉状和团块状构造[13]。

图2 中咀铜矿12勘探线剖面图

3 样品采集与测试

本次采集了中咀铜矿矿化带中4件蚀变岩样品，样号编号分别为ZZY-12、ZZY-16、ZZY-18和ZZY-19（表1），探针片切制工作在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成。镜下观察表明，中咀铜矿与成矿关系密切的黑云母多呈条带状沿片理分布，镜下鉴定普遍为红棕色，多数呈板片状，具有一组极完全解理，未见绢云母化和绿泥石化（图3），与江郎穹隆内里伍铜矿的黑云母特征及其相似[1]。

图3 中咀铜矿矿化蚀变带中的黑云母镜下特征

黑云母电子探针分析由核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。检测及计算结果见表1。

4 分析结果

中咀铜矿矿化蚀变带中的黑云母化学成分非常均一，与里伍矿田里伍铜矿极其相似，主要由最高的SiO2（含量36.42%～34.60%，平均35.49%）、TiO2（含量1.89%～1.00%，平均1.35%）、Al2O3（含量20.72%～18.88%，平均19.95%）、FeO（含量21.78%～17.05%，平均19.34%）、MgO（含量10.97%～8.44%，平均9.66%）、K2O（含量9.43%～8.48%%，平均9.01%）组成，其中MnO、Na2O、CaO和Cr2O3含量均低于1%（表1）。

根据计算结果表明，中咀铜矿矿化蚀变带中的蚀变黑云母 阳 离 子 以Si最 高（含 量5.45～5.25，平 均5.34）、Fe2+（含 量2.47～1.78，平均2.10）、Mg（含量2.44～1.93，平均2.17）、K（含量1.83～1.62，平均1.73）、AlIV（含量2.75～2.55，平均2.66）和AlVI（含量1.03-0.71，平均0.88）为主，其他元素Ti、Fe3+、Mn、Ca、Na等阳离子数均较少（表1）。通过哈克图解显示Mg-Fe2+、Mg-K阳离子数具有明显的负相关关系（图4），三者可能存在类质同象，与同为江浪穹窿内里伍铜矿黑云母特征极为相似[1]。

图4 （a）Mg-Fe2+二元图解；（b）Mg-K二元图解

5 讨论

5.1 后期地质作用的影响

中咀铜矿矿化蚀变带岩石中的蚀变黑云母所含的Fe/(Fe+Mg)值变化幅度较小，介于0.59～0.48（表1），说明黑云母属于原生黑云母[14]。本次获得的CaO含量均低于0.02%（表1），具有贫Ca或者无Ca特征，岩浆期后热液变质引起的绿泥石化和绢云母化蚀变对黑云母影响较小，当为原生成因[15]。另外，Fe3+-Fe2+-Mg分类图解[16]同样显示本次研究的黑云母属于原生成因（图5）。上述结果表明，可以利用黑云母的化学成分来约束其成因类型、反演形成时的物理化学条件。

图5 Fe3+-Fe2+-Mg分类图解，底图据文献[16]

表1 中咀矿区黑云母电子探针分析结果

5.2 黑云母的成因类型

参考前人建立的分类方案[17，18]，中咀铜矿矿化蚀变带中黑云母属于镁–铁质黑云母（图6a）或镁–铁叶云母（图6b），矿物化学特征上富镁和铁。

图6 （a）Mg-(Fe3++AlVI+Ti)-(Fe2++Mn)投图，底图据文献[17]；（b）Fe/(Fe+Mg)-AlIV投图，底图据文献[18]

黑云母按照成因通常分为热液黑云母和岩浆黑云母，两者在岩相学上具有明显不同的产状[8]。镜下观察结果显示，中咀铜矿矿化蚀变带中的黑云母与上述二者的特征均不完全吻合（图3）。为此，笔者参考前人的三角分类图（10TiO2-FeO*-MgO（FeO*=FeO+MnO））区分是否为岩浆型、重结晶型和热液型[19]。通过数据投图显示，本次取样分析的黑云母全部落入重结晶型的区域（图7），证明中咀铜矿矿化蚀变带中黑云母应该为重结晶型[19]。

图7 10*TiO2-(FeO+MnO)-MgO分类图解，底图据文献[19]

5.3 形成时的物理化学条件

已有研究表明，通过分析黑云母的化学成分能够界定其形成时的地球物理和地球化学条件，中咀铜矿矿化蚀变带岩石中的蚀变黑云母最可能形成的地球物理化学条件为重结晶作用所反映[20]。依据前人建立的黑云母的全铝含量与其形成的压力的联系[22]，依据公式：P（kbar）=3.03×Al-6.53（±0.33），其中Al表示扣除22个氧原子计算出黑云母中的阳离子数。计算得出结晶压力为4.68kbar～3.65 kbar，平均4.20 kbar（表1）。本次通过P=ρgH进行换算结晶深度，其中ρ= 2700 kg/m3，g= 9.8 m/s2，计算获得结晶深度为17.69km～13.80 km，平均深度为15.86 km（表1）。通过对比分析，该深度与里伍岩群广泛发育韧性剪切变形的地质事实[1，2，6]完全吻合。

根据Fe3+-Fe2+-Mg图解，本次取样样品主要落在Ni-NiO缓冲线附近（图8a），表明具有较低的氧逸度条件[9]。由于Ti元素含量对温度十分敏感，依据前人利用Ti含量计算黑云母形成温度的经验公式：T={[ln(Ti)-a-c*(Mg/(Mg +Fe))3]/b}0.333，其中a=-2.359，b=4.6482×10-9，c=-1.7283[21]。得出中咀铜矿矿化蚀变带中的黑云母的结晶温度为589-399 ℃，平均505 °C（表1），表明其形成于中高温环境。另外，根据Mg/(Mg+Fe)-Ti图解显示，黑云母落点均位于600～500 ℃范围内（图8b）[21]，与Ti元素计算结果一致，与江浪穹隆内里伍铜矿岩石中的黑云母形成温度一致[1]。

5.4 地质意义

依据前人的研究成果，部分学者认为江浪穹窿存在一期与～164 Ma花岗质岩浆活动[12]相关的热液矿化事件，并进一步提出里伍式富铜矿床属于后生的热液型矿床[5]。通过本次研究，中咀铜矿矿化蚀变带岩石中的蚀变黑云母为原生镁–铁质黑云母（图6），最有可能是原生黑云母遭受了重结晶改造所形成（图7），与邹文等对里伍铜矿矿化蚀变带中的黑云母形成物理化学条件一致[1]。综上所述，本文支持里伍式富铜矿床为变形–变质成矿[6]的观点，认为江浪穹窿核部的铜矿化事件与成穹过程中的变形–变质作用密切相关。

图8 （a）Fe3+-Fe2+-Mg图解，底图据文献[9]；（b）Mg/(Mg+Fe)-Ti图解，底图据文献[21]

6 结论

（1）中咀铜矿矿化蚀变带中的黑云母为原生的镁–铁质黑云母或镁–铁叶云母，应当是原生黑云母经过重结晶改造形成。

（2）中咀铜矿矿化蚀变带中的黑云母形成于较大的压力与深度、中高温、低氧逸度条件，与里伍岩群广泛发育韧性剪切变形的地质事实完全吻合。

（3）江浪穹窿核部里伍式富铜矿床（里伍矿田）的铜矿化事件与成穹过程中的变形–变质作用密切相关。