浅谈斑岩铜矿床研究进展

陈祖见，秦 权

（广西二一五地质队有限公司，广西 柳州 545005）

铜是一种重要的战略金属，其具有良好的导电性、导热性、延展性，机械性能良好，在工业中被广泛应用，其用量仅次于钢铁和铝。中国是一个贫铜的国家，铜资源自给率不到三成，严重依赖国外进口。在中国已发现的铜矿床中，斑岩型、矽卡岩型、海相火山岩型以及沉积变质型分别占资源量的42.2%、22.3%、15.0%和11.3%，因此加大对斑岩铜矿床的研究，对于增加铜储量，保证国民经济至关重要。

1 斑岩铜矿的基本特征

斑岩铜矿是一种与中、酸性斑岩侵入体密切相关的铜矿矿床，其通常具有储量大、品位低及埋藏浅的特征。在斑岩铜矿的形成过程中通常伴随着大规模的中-高温热液蚀变，形成钾化、绢英岩化、青磐岩化等蚀变。其中，钾化蚀变以出现钾长石-石英-黑云母-磁铁矿-硫化物±硬石膏等矿物组合为特征，通常分布于成矿系统的中部，主要出现在中酸性侵入体及其附近围岩中；青磐岩化蚀变以出现绿泥石-绿帘石-方解石-阳起石等矿物组合为特征，通常分布于钾化外围，主要出现在中酸性侵入体的围岩中；绢英岩化以出现黄铜矿-黄铁矿-硬石膏-绢云母矿物组合为特征，通常分布于钾化带和青磐岩化带之间，主要出现在中酸性侵入体及其附近围岩中。斑岩铜矿中的矿化，主要以黄铜矿-石英-黄铁矿±辉钼矿±磁铁矿组合出现，通常以浸染状、细脉浸染状、网脉状分布于中酸性岩体中，其为世界提供了约75%的Cu，90%的Mo，及20%的Au。斑岩铜矿的形成通常在地表以下5km 以内，在其形成之后，经过风化、剥蚀作用通常出露在地表或近地表环境中。斑岩铜矿中Cu 的品位通常不超过0.5%，极少数能达到0.8%，单个斑岩铜矿的储量通常能达到几十到上百万吨，甚至几千万吨，且具有成群、成带的特征，具有极高的经济价值[1]。此外，斑岩铜矿的形成的过程中，通常在其周围伴随着矽卡岩型矿床、浅成低温型矿床，形成一个以斑岩为主的成矿系统。

2 斑岩铜矿的时空分布规律

研究表明，斑岩铜矿几乎在地质历史中的各个时期具有形成，如加拿大的Parmour、Lac Troilus 等矿床形成于太古宙，印度的Malajkhand、澳大利亚的Boddington 则形成于元古宙，中国最古老的斑岩铜矿为中条山铜矿峪斑岩铜矿，其形成于约2100Ma。而世界上绝大多数斑岩铜矿均形成于显生宙，特别是新生代以来。这可能是因为斑岩铜矿具有埋藏浅的特征所导致的。在斑岩铜矿形成之后，通常要经历地壳的抬升以及后期的风化剥蚀作用，老的斑岩铜矿床通常难以保存下来，而新生代的斑岩铜矿床能够很好的保存下来。

从空间上来看，全球斑岩铜矿床主要产出在与新生洋壳俯冲相关的洋弧、陆缘弧环境，以及板块碰撞后伸展环境中。世界上的斑岩铜矿大致分布在三个巨型成矿带内：环太平洋成矿带、中亚成矿带、特提斯-喜马拉雅成矿带。其中，环太平洋成矿带内斑岩铜矿主要形成于新生代陆缘弧、洋弧中，与太平洋新生代的俯冲密切相关。中亚成矿带中斑岩铜矿主要形成于古生代岛弧中，与古生代古亚洲洋的俯冲密切相关。特提斯-喜马拉雅成矿带中，斑岩铜矿形成于后碰撞环境中，与新特提斯洋闭合后地壳伸展有关。

3 斑岩铜矿的金属来源

斑岩铜矿中金属的来源，是理解斑岩铜矿成果过程的关键。对于俯冲环境下形成的斑岩铜矿，学者们一直认为Cu 来自于岩浆。Sillitoe (1972)详细讨论了斑岩铜矿中Cu 的来源问题，认为洋壳在俯冲的过程中温度会升高、导致金属元素与挥发分一起从地壳中排出，进入地幔楔中，进一步随地幔楔的部分熔融形成中-酸性岩浆岩进入上地壳[2]。因此，长期以来斑岩铜矿中Cu 来源于俯冲洋壳的观点一直占主导地位。然而，近些年来，地幔中Cu 对成矿的作用越来越被重视。该观点认为，俯冲板片脱水流体中富含大量的Fe3+，其进入地幔楔中，导致地幔楔氧逸度升高，地幔中含Cu 硫化物发生氧化、分解，从而使得地幔中的Cu进入成矿岩浆岩中，随岩浆岩一同进入上地壳中[3]。

特提斯-喜马拉雅成矿带中的斑岩铜矿，其Cu 的来源主要被认为是新生下地壳的部分熔融而形成。后碰撞阶段新生下地壳中的Cu，主要来自于早期俯冲阶段弧岩浆的在壳幔结合部位的结晶分异作用。在新特提斯洋俯冲的过程中，弧岩浆底侵到壳幔结合部位，通过结晶分异，含Cu 硫化物发生沉淀。后碰撞阶段，高氧逸度、高热量的超钾质岩浆侵入到下地壳，使得早期沉淀的硫化物发生熔融，形成富Cu 岩浆岩。从而使得Cu 随岩浆上升到浅部地壳。

金属元素由岩浆带到浅部地壳之后，经历了流体与岩浆岩的分离，从而形成斑岩铜矿并伴随着大规模的热液蚀变。Candela et al.(1986) 通过计算机模拟认为，在这个过程中，大约有40%-90%的Cu 随流体与岩浆分离，从而进入流体中[4]。后人对智利Rio Blanco 斑岩铜矿中英安斑岩中斜长石、石英、钾长石中流体包体进行了详细的研究，认为其代表岩浆初始成矿流体。分析表明，这些流体中富含Cu、Cl、Zn、Pb 等元素，其元素含量远高于矿物中的含量，表明成矿元素在流体-岩浆分离过程中优先进入流体相，与Candela er al.的结果一致。成矿元素进入方式，既可以是以容易形式，也可以是以硫化物形式。

4 斑岩铜矿的成矿流体的来源及演化

学者们对斑岩铜矿成矿流体的来源认识，也经历过了一个从浅到深的过程。早期，多数学者们通过研究斑岩铜矿中流体包裹体的H-O 同位素认为，斑岩铜矿中早期蚀变和矿化以岩浆流体为主，晚期蚀变与矿化以大气降水为主。而部分学者在斑岩铜矿中存在内、外两个流体系统，内部系统以钾化带为中心，主要分布在成矿斑岩中，形成钾化蚀变带；外系统以外来流体为主，主要形成青磐岩化蚀变带；两种流体的混合，导致了绢英岩化蚀变带的形成。而这两个模型，均不能很好的解释所有斑岩铜矿中的流体来源及演化问题。

在近些年来，学者们通过对全球斑岩铜矿成矿流体的详细研究（特别是太平洋西岸斑岩铜矿）表明，在斑岩铜矿中，钾化阶段及绢英岩化阶段流体均以岩浆流体为主；H-O 同位素成分与流体温度密切相关，均主要落在岩浆流体的范围内；在钾化阶段，流体中NaCl 的含量高于KCl，而在绢英岩化阶段，流体中KCl 含量高于NaCl，其主要是由于流体演化过程而引起的[1]。

斑岩铜矿成矿流体中，通常含有大量的S、Cl 等元素。当成矿岩体侵位到地壳浅部时，随着压力的降低，流体从岩浆中出溶。在此过程中，Cu 与S、Cl 等元素形成络合物，共同从岩浆中进入到流体相。由于斑岩铜矿形成于氧化环境中，因此S 多以硫酸盐、SO2等形式存在。在流体出溶后，高温流体通常会与围岩发生大面积的交代反应，形成大规模的蚀变作用；在此过程中，Cu 形成黄铜矿从流体中沉淀下来，形成矿化。Cu 在流体中的溶解度受温度、压力、氧逸度、Cl–浓度等多个因素影响，其中温度被认为是最重要的因素。在450oC 时，岩浆流体中Cu 的溶解度约为50000 ppm，而随着温度的降低Cu 的溶解度迅速降低；在350oC 时，Cu 的溶解度已降为约50 ppm。斑岩矿床岩浆流体中通常含有几百～几千ppm 的Cu，当温度降低到400oC 左右，黄铜矿开始沉淀。因此，一些学者指出，温度降低到400oC以下是斑岩铜矿中Cu 沉淀的主要控制因素。压力降低导致流体沸腾、氧逸度降低导致含S 络合物不稳定、围岩反应导致流体中Cl–浓度降低等，同样认为能够降低流体中Cu 的含量，从而导致黄铜矿沉淀。在不同矿床中，其导致Cu 沉淀的因为可能存在差异。

5 岩铜矿的找矿勘查研究进展

斑岩铜矿蚀变及矿化模型的建立对于指导斑岩铜矿找矿勘查具有重要的意义。Lowell and Gilbert (1970)提出了斑岩铜矿蚀变分带模型，该模型认为斑岩铜矿中从内向外可以简单的划分为钾化带、绢英岩化带、青磐岩化带，通过后期风化剥蚀，斑岩铜矿在地表也会形成典型的蚀变分带[5]。该模型一经提出就得到了世界矿床学家的推崇，然而在实际的找矿勘查中发现，世界上绝大多数斑岩铜矿的蚀变分带与该模型不同。现实中，斑岩铜矿蚀变通常表现为钾化带、青磐岩化带、绢英岩化带、硅化带、Na-Ca 化带、绿泥石-绢英岩化带、粘土化带等多种蚀变不规则交织叠加的状态，且斑岩铜矿与矽卡岩型矿床、浅成低温型矿床等关系密切，原有蚀变和矿化模型不能很好的解释现实中的问题。因此，Sillitoe（2010）通过对世界上典型斑岩铜矿蚀变和矿化的研究，提出了一个斑岩-矽卡岩-浅成低温热液矿床复合蚀变-矿化模型，来指导解释斑岩系统找矿勘查工作[6]。在该模型中，斑岩铜矿的上部通常可能存在高硫型、低硫型浅成低温Cu-Au 矿床，而在岩体与灰岩、富Ca 火山岩接触部位，通常可形成矽卡岩型矿床。不同矿床间，蚀变是相互叠加。该模型很好的解决了实际找矿勘查中遇到的问题，得到了地质界的一致认可。

6 结论

斑岩铜矿床具有典型的蚀变和分带特征，其形成通常具有成群成带的特征，并伴随着矽卡岩型、浅成低温矿床的形成。斑岩铜矿中成矿物质主要来自于地幔（俯冲环境）和地壳（后碰撞环境），成矿流体以岩浆流体为主。Cu 的沉淀受氧逸度、温度、压力、Cl-浓度等多个因素影响，以温度影响最为重要。此外，俯冲环境、后碰撞环境是寻找斑岩铜矿的有利构造环境。