滇西北羊拉铜矿床3 175 m中段铜矿石和构造岩地球化学特征及地质意义

刘月东，刘凤泽，王新富，唐 果，3，刘 超，李 波

(1.昆明理工大学 国土资源工程学院，昆明650093； 2.云南迪庆矿业开发有限责任公司，云南 香格里拉 674400； 3.中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司，昆明 650051)

羊拉铜矿床位于云南省西北部德钦县羊拉乡境内，其地理坐标为东经99°04′30″～99°07′00″，北纬28°51′00″～28°59′00″，是西南“三江”(金沙江、澜沧江、怒江)多金属成矿域内规模较大且较为典型的铜矿床之一[1]。羊拉铜矿床远景铜资源储量超过150 Mt，含铜平均品位1.03%[2]；因其在西南“三江”多金属成矿域金沙江缝合带内的典型性和代表性，自20世纪60年代被发现以来一直是矿床地质学家们研究和探讨的热点矿床，并在大量生产和科研工作的基础上取得了丰硕的研究成果。通过综述前人研究成果资料发现，羊拉铜矿床已有研究主要集中于其矿床地质特征[3]、构造控岩-控矿特征[4-5]、成矿有关岩体及矿体成矿年代学[6]、成矿相关的矿物学和岩石学[7-8]、矿床成因类型及成矿机制[2，9]、流体地球化学[10-11]、C-H-O-S-Pb同位素地球化学[1，12]。综合研究认为该矿床成矿作用主要与西南 “三江”地区三叠世(～230 Ma)广泛存在的中酸性岩浆热液活动有关，成岩-成矿作用大地构造背景与金沙江洋盆的俯冲、消亡作用有关[1-2]。但在铜矿石及构造岩地球化学方面仍显薄弱，仅赵泽源[13]和杜丽娟等[14]报道了羊拉铜矿床里农矿段3 450 m中段构造岩地球化学异常特征；LI 等[1]报道了羊拉铜矿床路农矿段3 590 m中段构造岩地球化学异常特征；其余则未见相关的研究成果发表和报道。铜矿石及构造岩地球化学方面的研究薄弱明显制约了该矿床的找矿勘查和成矿预测。此外，羊拉铜矿床断裂构造较为发育，除发育有区域性近南北向的金沙江和羊拉深大断裂外[14]，在矿区范围内也发育北向以F4断裂为代表的次级断裂及层间断裂；为成矿流体的运移和矿物的沉淀富集提供了通道和空间[5]。羊拉铜矿床矿体的产出形态特征明显受断裂构造控制，大多矿体主要呈层状、似层状、脉状及透镜体状赋存于近南北向-北东向断裂带内[1]。里农矿段深部3 175 m中段已揭露主矿体(KT2)和不同规模尺度、方向的断裂，且断裂构造带中大量发育构造岩(糜棱岩、碎裂岩、角砾岩和断层泥)，为该矿床开展铜矿石和构造岩地球化学研究提供了天然的实验对象。基于此，本文主要运用地球化学方法对羊拉铜矿床里农矿段深部的3 175 m中段铜矿石、构造岩和围岩(大理岩和绢云砂质板岩)进行主微稀土元素组成分析，结合矿床地质特征，探讨羊拉矿床3 175 m中段铜矿石和构造岩地球化学特征。

1 羊拉矿床地质概况

羊拉铜矿床在区域大地构造单元上位于昌都-思茅地块与中咱-中甸之间的金沙江缝合带中部(图1a)；在空间位置上夹持于区域性近南北向的金沙江断裂和羊拉断裂之间，被上述深大断裂限制在一个南北向的狭长区域内；该矿床自北向南由贝吾、尼吕、江边、里农、路农、通吉格和加仁等七个矿段组成(图1b)[1，14]；其中，里农、路农和江边为主要矿段，以里农矿段铜资源储量规模最大，约占整个羊拉铜矿床铜资源储量的90%。本文主要以里农矿段3 175 m中段为主要研究对象。

羊拉铜矿床主要出露为志留系(S)、泥盆系(D)、石炭系下统(C1)[15]。其中志留系进一步划分为下统(D1)和上中统(D2+3)。志留系出露岩性主要为石英片岩；泥盆系主要出露岩性为变质石英砂岩、绢云砂质板岩、大理岩；石炭系主要出露岩性为玄武岩、少量凝灰岩[3]。其中赋矿层位主要为泥盆系江边组三段(D1j3)和里农组一段(D2+3l1)，赋矿岩性主要为矽卡岩、矽卡岩化变质石英砂岩及矽卡岩化绢云砂质板岩，其次为花岗斑岩、花岗闪长岩、石英二长斑岩等[15]。围岩蚀变以矽卡岩化为主，其次为硅化、钾化、角岩化、绢云母化、绿泥石化、碳酸盐化、泥化等，且存在明显的蚀变带，由近岩体向外(由东向西)可分为角岩化带→矽卡岩化带→石英-绢云母化带→青磐岩化带[16]；其中，矽卡岩化带是该矿床最为重要的成矿金属元素富集部位。

图1 西南三江多金属成矿域构造单元简图(a据文献[2])和羊拉矿床地质简图(b据文献[4])Fig.1 (a)Tectonic framework of the Sanjiang region(SW China)showing the major geological terranes，suture zones， and location of Yangla copper deposit(Modified after reference[2])；(b)Geologic map of Yangla copper deposit showing the distribution of the major ore-related intrusion，faults，ore block，and copper ore bodies(Modified after reference[4])

羊拉铜矿床构造活动强烈且断裂构造控矿作用明显。羊拉铜矿床发育有区域性近南北向的金沙江和羊拉深大断裂并控制着区沉积建造、变质作用、岩浆活动及其有关矿产的分布[5，14]。此外，在矿区范围内，发育北东向以F4为代表的一组次级断裂(正断层为主)，与金沙江深大断裂在平面形态形成“λ”字型构造样式，控制着岩体和矿体的空间定位；层间断裂构造控制着层状矽卡岩和层状矽卡岩矿体的形态；岩体内裂隙构造控制着脉状矿体的形态；同时成矿后期形成的北东、北西向断裂构造控制着矿体的空间定位和形态[5]。

羊拉铜矿床岩浆活动强烈且岩浆岩广泛发育，火山岩、侵入岩有出露[15]。火山岩主要为玄武岩，为矿区石炭系贝吾组的主要岩性组成单元，主要由辉石、斜长石、碳酸盐矿物、绿泥石等矿物组成；其锆石U-Pb成岩年龄为362±8.0 Ma、296.1±7.0 Ma[17]，指示该玄武岩形成于海西期，可能形成于富集地幔源区的扩张环境或金沙江弧后洋盆的裂解过程。侵入岩主要为花岗闪长岩、石英二长斑岩。其中花岗闪长岩是矿区内出露面积最大的岩体，由北至南可分为贝吾、里农、路农、加仁等岩体，均侵位于里农组地层中[18]。花岗闪长岩体沿金沙江呈线状分布，构成一条近南北-北北东向展布的酸性岩带[18]，其主要造岩矿物为斜长石、石英、角闪石、黑云母，副矿物为锆石、磷灰石；系统的成岩年代学和地球化学特征显示其锆石U-Pb、黑云母和角闪石Rb-Sr成岩年龄为208～239 Ma，平均230 Ma(印支期)，属准铝质-弱过铝质、钙碱性I型花岗岩，可能形成于碰撞晚期或碰撞后的构造环境[6，18-19]。石英二长斑岩分布于路农矿段，侵位于里农组三段地层中，其主要造岩矿物为石英、斜长石、钾长石和黑云母，全岩Rb-Sr成岩年龄为202 Ma[20]，表明其可能形成于印支晚期-燕山早期。

2 3 175 m中段地质特征

3 175 m中段位于羊拉铜矿床里农矿段深部，揭露地层主要为泥盆系上中统里农组(D2+3l)与下统江边组(D1j)。其中，里农组主要为里农组一段(D2+3l1)和二段(D2+3l2)，里农组一段岩性为矽卡岩化绢云砂质板岩、变质石英砂岩；里农组二段为厚层状细-粗晶大理岩。江边组(D1j)主要为江边组三段(D1j3)和二段(D1j2)，揭露岩性分别为中厚层状细-中晶大理岩和绢云砂质板岩、变质石英砂岩。所揭露的矽卡岩型铜矿体呈层状、似层状赋存于泥盆系里农组一段(D2+3l1)地层的层间断裂内，其次为江边组三段(D1j3)和江边组二段(D1j2)的接触界线处，矿体产出受断裂构造、地层的双重控制，总体呈近南北向展布(图2)。

图2 羊拉铜矿床3 175 m中段坑道平面地质图Fig.2 Geological map of the underground tunnel 3 175 m section of Yangla Cu deposit

3 175 m中段所揭露构造主要为断层及层间破碎带，对矿体有明显控制作用，主要表现为切割、错移破坏矿体。根据断裂走向可分为北东向、北西向、近东西向三组。其中，北东向断裂主要表现为切层断裂，断裂带宽约10～50 cm，大小规模不等，断裂面大多呈舒缓波状弯曲，断裂带内充填物主要为构造碎裂岩、断层泥及少部分透镜体，原岩大多为矽卡岩化变质石英砂岩、绢云砂质板岩及大理岩，围岩亦为变质石英砂岩、绢云砂质板岩及大理岩，该组北东向断裂大多表现为压扭性正断层。北西向断裂亦主要为切层断裂，断裂带宽约5～20 cm，断裂规模整体较小，断裂面亦呈舒缓波状弯曲，断裂带内充填物主要为构造碎裂岩、少量断层泥，局部发育方解石细脉，原岩大多为矽卡岩化变质石英砂岩、绢云砂质板岩，围岩亦主要为变质石英砂岩和绢云砂质板岩，该组北西向断裂大多表现为压性-压扭性逆断层。近东西向断裂发育较少，亦表现为切层断裂，断裂带宽约10～80 cm，断裂面呈波状弯曲起伏，断裂带内充填物主要为构造碎裂岩，近裂面处可见少量断层泥和方解石细脉，原岩为变质石英砂岩和绢云砂质板岩，因无明显擦痕及相关指示特征，该组近东西向断裂运动学、力学性质尚不明确。

3 175 m中段主要揭露羊拉铜矿床KT2主矿体，该矿体总体呈现近南北走向，倾向西，具带状展布、局部分枝复合特征。KT2矿体主要呈层状、似层状产出，明显受断裂构造控制，表现为被NE向断裂F6、F12、F13及NW向断裂F9、F14切断、破坏，并在一定程度上控制着矿体的走向。赋矿地层为里农组一段(D2+3l1)、里农组二段(D2+3l2)及里农组三段(D2+3l3)，赋矿岩性为矽卡岩、绢云砂质板岩、变质石英砂岩及大理岩。矽卡岩化、硅化、碳酸盐化等蚀变现象广泛发育。铜矿石主要灰-深灰色，块状构造、稠密浸染状构造；矿石矿物主要为黄铜矿、黄铁矿，脉石矿物主要为石英、方解石及其它矽卡岩矿物(图3)。黄铜矿主要呈变余砂状、细粒状、变余细粒砂状、局部浸染状、不规则团斑状、港湾状发育。黄铁矿主要呈他形粒状及不规则状、星散浸染状、局部浸染状状、溶蚀港湾状发育(图3)。

3 基本方法

3.1 样品采集及测试方法

本文主要对羊拉铜矿床里农矿段3 175 m中段进行了构造地球化学填图和相关岩矿石样品的采集，本次共采集铜矿石样品6件，构造岩样品113件；其中，挑选铜矿化构造岩5件、NW向断裂构造岩2件、NE向断裂构造岩8件、近EW向断裂构造岩3件样品进行主量元素及Cu元素含量测试，113件构造岩样品全部进行微量元素测试。此外，为全面系统地探讨围岩对成矿作用的贡献，挑选围岩(大理岩样品3件、绢云砂质板岩样品3件)进行主量元素及Cu元素含量测试。铜矿石、构造岩及围岩主-微量元素组成分析测试在有色金属西北矿产地质测试中心完成，分析仪器为电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)，分析精度优于5%。详细分析方法和流程见文献[21-22]。

3.2 分析研究方法

为更好地表征和总结构造岩地球化学特征，本文采用聚类分析和因子分析等方法对构造岩微量元素进行组合分析。聚类分析法常用于研究元素共生组合并划分元素分类，其是根据研究对象的多种特征在数值上可能存在的相似性程度，将他们聚合为多个类别的一种多元统计分析方法[14，23]。R型聚类分析可以用相关系数将元素按其相似程度划分不同类别，从而揭示元素之间的本质联系[14]。因子分析则是在尽量减少地质信息损失的前提下，通过对大量数据的分析浓缩，提炼出少量的新变量-因子，以便对地质对象进行简明分析[24]。运用因子分析方法，能够归纳和提炼元素组合，并通过分析元素组合特征推算、解释成矿元素的迁移、富集规律[14，24]。

图3 羊拉铜矿床3 175 m中段矽卡岩型铜矿石和矿物镜下特征照片Fig.3 The photographs and photomicrographs of skarn Cu ores and minerals in the underground tunnel 3 175 m section，Yangla copper deposit

4 结果与讨论

4.1 主量元素特征

根据构造岩性质、控矿断裂方向及矿化程度，本文将羊拉铜矿床3 175 m中段构造岩分为4类：1)铜矿化构造岩；2)NW向断裂构造岩；3)NE向断裂构造岩；4)近EW向断裂构造岩；各构造岩主量元素平均含量见表1；同时结合该中段铜矿石和围岩(大理岩、绢云砂质板岩)主量元素含量(表1)进行分析对比研究。铜矿石、各构造岩、围岩的主量元素平均含量变化曲线见图4。从表1与图4可以看出：

1)铜矿石、各断裂构造岩、围岩中CaO含量最高，其次均呈现相对富集Al2O3与TFe2O3，总体变化趋势为：ω(CaO)>ω(Al2O3)>ω(TFe2O3)>ω(K2O)>ω(MgO)>ω(Na2O)>ω(MnO)>ω(TiO2)>ω(P2O5)；指示羊拉铜矿床成矿地质体均相对富集Ca、Al、Fe成分。

表1 羊拉矿床3 175 m段铜矿石断裂构造岩、大理岩、绢云砂质板岩主量元素组成

a-铜矿石；b-铜矿化构造岩；c-NW向断裂构造岩；d-NE向断裂构造岩；e-近EW向断裂构造岩；f-大理岩；g-绢云砂质板岩图4 羊拉铜矿床3 175 m中段铜矿石、断裂构造岩、大理岩和绢云砂质板岩主量元素变化曲线图Fig.4 Variation curves of major elements of copper ore，tectonite，marble，and sericitic slate in the underground tunnel 3 175 m section，Yangla copper deposit

2)ω(Cu)含量为0.0016%～4.37%，总体变化趋势为：铜矿石>铜矿化构造岩>绢云砂质板岩>NE向断裂构造岩>近EW向断裂构造岩>大理岩>NW向断裂构造岩。指示铜成矿作用可能与矿区NW向断裂无关或其对铜成矿作用的影响较小。

4.2 微量元素组合特征

本文对羊拉铜矿床3 175 m中段构造岩样品中 Li、Be、Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Rb、Sr、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Cs、Ba、REE、Hf、Ta、Tl、Pb、 Bi、Th、U 等 32 个微量元素进行聚类分析和因子分析，得到聚类分析谱系图(图5)和方差极大旋转因子载荷矩阵(表2)。

在距离系数为0.8时，3 175 m中段构造岩样品微量元素可以分为五组元素组合：1)Ba、Rb、REE、Th、Li、U、Be、Ga、Cs、Cr、Ta、V、SC、Hf、Zr、Nb；2)Sr；3)Cu、Bi、Co、Ge；4)Zn、Cd、Pb、Ag、In、Sn、Ni、Tl和5)Mo、W(图5)。其中，第1)元素组合为围岩微量元素组合；第3)元素组合为铜矿化中温成矿元素组合；第4)元素组合为铅锌矿化中低温成矿元素组合；第5)元素组合为高温成矿元素组合；第2)组元素组合地质意义不明。

表2 羊拉铜矿床3 175 m中段最大方差旋转因子载荷矩阵

图5 羊拉铜矿床3 175 m中段构造岩样品R型聚类分析谱系图Fig.5 Dendrogram of R-cluster analysis for 3 175 m section，Yangla copper deposit

当累计方差贡献率达69.08%时，可以得出5个因子元素组合：Fa1因子：Th、REE、Zr、Rb、Nb、Ba、Cr、Ta；Fa2因子：Cd、Zn、Pb、In、Ag、Sn、Cu、Co、Bi2；Fa3因子：-W、-Mo、-Bi、-Cu；Fa4因子：V、Sc、Hf、Nb、Zr、Ni、Li；Fa5因子：Ga、Be、Cs、Tl(表2)。3 175 m中段坑道揭露岩性主要为里农组一段绢云砂质板岩，变质石英砂岩；里农组二段大理岩。Fa1表示围岩微量元素组合因子，Fa2表示中低温成矿元素组合，Fa3表示高温成矿元素组合，Fa4、Fa5地质意义不明。

3 175 m中段主要揭露里农组一段(D2+3l1)和里农组二段地层(D2+3l2)，揭露岩性主要为大理岩、绢云砂质板岩、变质石英砂岩和矽卡岩，未揭露花岗闪长岩体和花岗斑岩体。成矿元素Cu同时出现在Fa2和Fa3两个主因子元素组合内，反映羊拉铜矿床的形成可能经历了成矿前期成矿元素的初步富集和成矿期矽卡岩化过程中成矿元素的沉淀成矿作用[14]。指示羊拉矿床铜可能形成于高中低温各热液成矿阶段的成矿温度环境，亦与前人流体包裹体显微测温结果和成矿流体演化特征趋势一致[16，25-26]。

4.3 稀土元素特征

羊拉铜矿床3 175 m中段铜矿石、各断裂构造岩、围岩(大理岩、绢云砂质板岩)稀土元素含量详见表3，稀土元素球粒陨石标准化图解详见图6。

图6 羊拉铜矿床3 175 m中段铜矿石、铜矿化构造岩、NW向断裂构造岩、NE向断裂构造岩、近EW向断裂构造岩、 大理岩和绢云砂质板岩稀土元素球粒陨石标准化图(底图据文献[27])Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns of the Cu ores，Cu-mineralized tectonite，NW-trending fracture tectonite， NE-trending fracture tectonite，EW-trending fracture tectonite，marble and sericitic slate in the tunnel 3 175 m section， Yangla copper deposit(after reference[27])

表3 羊拉矿床3 175 m中段铜矿石和构造岩稀土元素含量统计表

铜矿石的∑REE变化范围(14.96～99.35)×10-6，平均40.99×10-6，LREE含量(10.88～86.15)×10-6，平均32.61×10-6，HREE含量(3.73～18.23)×10-6，平均为8.38×10-6。LREE/HREE为2.03～6.53，平均3.89，(La/Yb)N为1.61～6.67，平均3.61，相对富集轻稀土元素，亏损重稀土元素，轻重稀土元素分异较明显，稀土元素配分模式具“右倾”特征。δCe为0.67～2.28，平均1.04；δEu为0.64～1.03，平均0.88，无明显Ce异常，具弱负Eu异常。

铜矿化构造岩的∑REE变化范围(39.92～111.99)×10-6，平均71.90×10-6，LREE含量(28.73～95.82)×10-6，平均56.89×10-6，HREE含量(5.03～20.27)×10-6，平均15.01×10-6。LREE/HREE为2.57～5.93，平均3.79，(La/Yb)N为2.00～5.75，亦相对富集轻稀土元素，亏损重稀土元素，轻重稀土元素分异较明显，稀土元素配分模式具“右倾”特征。δCe为0.61～1.13，平均0.87，δEu为0.83～1.02，平均0.95，具微弱Ce和Eu负异常。

NW向断裂构造岩的∑REE变化范围(118.30～162.23)×10-6，平均140.27×10-6，LREE含量(98.54～141.89)×10-6，平均120.21×10-6，HREE含量(19.76～20.35)×10-6，平均为20.06×10-6。LREE/HREE为4.99～6.97，平均5.99，(La/Yb)N为4.70～9.21，亦相对富集轻稀土元素，亏损重稀土元素，轻重稀土元素分异程度高且明显，稀土元素配分模式具“右倾”特征。δCe为0.96～1.07，平均1.00，δEu为0.62～0.81，平均0.72，具负Eu异常，无Ce异常特征。

NE向断裂构造岩的∑REE变化范围(42.75～237.88)×10-6，平均87.10×10-6，LREE含量(34.65～141.89)×10-6，平均73.75×10-6，HREE含量(7.25～33.12)×10-6，平均13.35×10-6。LREE/HREE为4.28～6.18，平均5.52，(La/Yb)N为3.45～8.36，亦相对富集轻稀土元素，亏损重稀土元素，轻重稀土元素分异程度高且明显，稀土元素配分模式具“右倾”特征。δCe为0.77～1.05，平均0.88，δEu为0.69～1.05，平均0.80，具微弱负Ce和Eu异常特征。

EW向断裂构造岩稀土元素的∑REE变化范围(82.37～141.06)×10-6，平均103.18×10-6，LREE含量(74.61～119.22)×10-6，平均90.73×10-6，HREE含量(7.73～21.84)×10-6，平均12.45×10-6。LREE/HREE为5.46～10.14，平均7.29，(La/Yb)N为5.57～11.24，亦相对富集轻稀土元素，亏损重稀土元素，轻重稀土元素分异程度高且明显，稀土元素配分模式具“右倾”特征。δCe为1.12～1.14，平均1.13，δEu为0.60～0.90，平均0.76，具微弱正Ce异常和弱负Eu异常特征。

大理岩稀土元素的∑REE变化范围(8.35～11.39)×10-6，平均9.40×10-6，LREE含量(6.78～9.32)×10-6，平均7.70×10-6，HREE含量(1.47～2.07)×10-6，平均1.70×10-6。LREE/HREE为4.34～4.76，平均4.52，(La/Yb)N为5.73～6.32，亦相对富集轻稀土元素，亏损重稀土元素，轻重稀土元素分异明显，稀土元素配分模式具“右倾”特征。δCe为0.58～0.63，平均0.65，δEu为0.76～0.94，平均0.83，具弱负Ce异常和弱负Eu异常特征。

绢云砂质板岩稀土元素的∑REE变化范围(76.93～165.90)×10-6，平均122.25×10-6，LREE含量(56.79～147.48)×10-6，平均102.94×10-6，HREE含量(18.42～20.14)×10-6，平均19.30×10-6。LREE/HREE为2.82～5.40，平均5.33，(La/Yb)N为2.18～10.82，亦相对富集轻稀土元素，亏损重稀土元素，轻重稀土元素分异明显，稀土元素配分模式具“右倾”特征。δCe为0.90～1.12，平均1.01，δEu为0.60～0.92，平均0.79，具弱负Eu异常特征。

稀土元素是一组特殊的微量元素，在微量元素地球化学研究中占有很重要的地位。稀土元素具有独特的地球化学性质：1)它们具有极为相似的地球化学性质，在地质-地球化学作用过程中呈现整体迁移活动；2)稀土元素的分馏情况能很好地反映地质-地球化学作用的性质，具有良好的示踪作用；3)除岩浆熔融作用外，其它地质作用过程不破坏整体组成特征[28]。基于稀土元素的上述地球化学性质，稀土元素可作为示踪成矿流体来源、性质、演化的重要指示剂[29-30]。因此，如若各地质端元(体)具有相同或相类似的稀土元素组成特征，则可认为各地质端元之间具有成生联系。根据稀土元素配分模式图解，羊拉矿床3 175 m中段铜矿石与铜矿化构造岩、NE向断裂构造岩、近EW向断裂构造岩具有相类似的稀土配分曲线特征，指示铜成矿作用可能与矿区NE向、近EW向断裂有关；而与NW向断裂可能未存在相关联系。此外，铜矿石稀土配分曲线与矿区大理岩、绢云砂质板岩不一致，指示矿区大理岩、绢云砂质板岩对铜成矿作用的贡献较小。

5 结论

1)羊拉矿床3 175 m中段铜矿石、各断裂构造岩和围岩(大理岩和绢云砂质板岩)均富集CaO、Al2O3和TFe2O3；Cu含量变化指示NW向断裂可能与铜成矿作用无关。

2)羊拉矿床铜形成于高中低温各热液成矿阶段的成矿温度环境。

3)羊拉矿床铜成矿作用可能主要与NE向断裂、近EW向断裂构造活动有关，而大理岩和绢云砂质板岩对成矿作用贡献较小。