云南个旧芦塘坝矿段层间矿成因及构造-岩相控矿规律

贾润幸方维萱

1.有色金属矿产地质调查中心,北京 100012;

2.有色金属矿产地质调查中心矿山生态环境资源创新实验室, 北京 100012

0 引言

个旧锡矿是世界级超大型锡多金属矿床,矿床类型主要有花岗岩接触带锡铜多金属矿床、电气石细脉带锡矿床、层间矿床(锡石-硫化物)、变基性火山岩铜矿床、断裂带银铅锡矿床等。关于个旧锡矿的成因, 长期以来, 大多数学者(庄永秋等,1996;马德云等,2004;贾润幸等,2004,2007;Jia etal.,2004, 2010;毛景文等,2008)认为与燕山期岩浆期后气化-热液有关。

由于个旧地区的层间矿床(锡石-硫化物)多远离花岗岩体,在现有的矿山中除仅存有少量的原生矿外,大部分矿体已发生了氧化,因而习惯上也称其为“层间氧化矿”。关于个旧地区该类型矿床的成因从20世纪80 年代以来一直存在争议,金祖德(1991)认为层间赤铁矿型锡矿是典型的沉积矿床,彭张翔(1992) 认为个旧锡矿为一个成因比较复杂的层控型锡多金属矿床, 一些学者(周建平等,1999;张欢等,2007;黎应书等,2009;钱志宽等,2009)根据层间原生矿体中发现的胶状和鲕状黄铁矿矿石具有条带状构造和藻类化石等, 认为是海底喷流沉积成因。秦德先等(2006)将个旧锡矿不同类型矿床划分为三个成矿系列, 即印支期海底基性火山沉积成矿系列、印支期海底喷流沉积成矿系列和燕山期花岗岩叠加改造成矿系列。

由于多年来对深部接触带硫化矿体和地表砂锡矿的大量开采,个旧地区近几年越来越重视层间矿床(锡石-硫化物)的找矿工作;但该类型矿床的矿体数量多、单个矿体规模小且多为盲矿体,其找矿工作有一定难度。个旧锡矿高松矿田芦塘坝矿段是最具代表性的层间矿床(锡石-硫化物)发育地区,文中重点对个旧锡矿高松矿田芦塘坝矿段10号矿群不同中段层间矿体的岩石矿物组构和地球化学特征进行了对比研究,以进一步探讨该类型矿床的成因,研究其控矿规律,旨在为个旧地区近年开展层间矿床的深部勘查提供理论依据。

1 地质概况

个旧锡多金属矿区位于滇东南地区南部,该区出露地层主要为二叠系、三叠系、第三系和第四系。上三叠统以前的地层以海相沉积为主, 上三叠统及以后主要为陆相沉积。矿区处于多条深大断裂的交汇部位,南北向的个旧断裂将矿区分为东区和西区,个旧锡矿主要产于东区。东西向断裂将矿带从北至南分为马拉格矿田、松树脚矿田、高松矿田、老厂矿田和卡房矿田(图1)。区内岩浆具有多期活动特征,可分为华力西旋回、印支旋回和燕山旋回。华力西旋回和印支旋回主要为来源于深源岩浆的火山喷溢作用,燕山旋回主要为重熔花岗岩岩浆的侵入作用。华力西旋回二叠纪火山岩沿个旧矿区的北、西、西南边部分布;印支旋回的火山岩分布于矿区东南部;燕山旋回以花岗岩为主,包括基性、碱性侵入岩在内大面积出露于矿区中部,而与成矿关系最为密切的晚期花岗岩隐伏于矿区东部。

图1 研究区地质简图Fig.1 Geological map of the study area(a) Distribution map of interbedded orebodies in Lutangba of the Gaosong ore field in Gejiu; (b) Sketch map of regional geology in Gejiu, Yunnan (modified after Zhuang et al., 1996)1-Middle Triassic Falang Formation (T2f); 2-Middle Triassic Gejiu Formation (T2g); 3-The sixth layer of the Kafang member of the Gejiu Formation in Middle Triassic (T2g61); 4-The fifth layer of the Kafang member of the Gejiu Formation in Middle Triassic (T2g51); 5-Late Yanshanian granitoids; 6-Early Yanshanian gabbro; 7-Early Yanshanian monzonite; 8-Late Yanshanian alkaline rocks; 9-Fault breccia;10-Fault; 11-Inferred fault;12-Geological boundary;13-Gently inclined interbedded ore; 14-Steeply inclined interbedded ore; 15-Ore field;16-Study area;17-Location of geological profile in Fig.2

个旧芦塘坝层间矿位于高松矿田中北部,矿体按产状和形态可分别为陡倾斜脉状矿体和缓倾斜似层状矿体。该区出露地层主要为中三叠统个旧组卡房段第6层(T2g61)和第5层(T2g51)。 中三叠统个旧组卡房段第6层(T2g61)为灰色、深灰色中厚层状石灰岩与含灰质白云岩互层,厚度为41.5～200m,绝大部分似层状矿体及脉状矿体产于此层。中三叠统个旧组卡房段第5层(T2g51) 为灰色、中厚层状石灰岩,上部夹2～3层条带灰质白云岩,延伸稳定;下部为含燧石结核薄层灰岩,该层厚度为336～662.7m,少数脉状矿体和似层状矿体产于此层。该区褶皱和断裂均较发育,芦塘坝位于北西西向的大箐-阿西寨向斜北翼。主要断裂为北东向芦塘坝断裂及其派生的一号断裂,其次级断裂有北东东向的104断裂和102断裂及近东西向的131断裂和110断裂,上述断裂中均可见到矿化;在芦塘坝断裂东侧并切断102断裂的南北向小断裂多呈隐伏状产出,未见明显矿化。北西西向的麒麟山断裂明显错断了北东向断裂,并在南侧有多条平行破碎带产出(图1a)。且芦塘坝断裂为深大断裂,在深部工程的钻探剖面图中依然可见(图2),但其派生的一号断裂仅出现在浅部,没有延伸到深部。该区地表未见岩浆岩出露,深部隐伏有燕山中晚期花岗岩(庄永秋等,1996)。

2 样品采集及分析结果

矿石样品主要采于个旧高松矿田芦塘坝10号矿群层间矿中的5号矿体(编号10-5)、12号矿体(编号10-12)、13号矿体(编号10-13)、14号矿体(编号10-14)、15号矿体(编号10-15)所在的不同中段共计采样16件(LT-1—LT-16;表1),采样位置详见图2。

表1 个旧芦塘坝层间矿主量元素分析结果(%)Table 1 Analysis results of major elements(%) of interbedded orebodies in Lutangba, Gejiu

图2 个旧芦塘坝10号矿群不同层间矿样品采集位置图(据马德云等,2004修改)Fig.2 Sample location from different interbedded orebodies of No.10 Ore Group in Lutangba, Gejiu (modified after Ma et al., 2004)1-The sixth layer of the Kafang member of the Gejiu Formation in Middle Triassic (T2g61); 2-The fifth layer of the Kafang member of the Gejiu Formation in Middle Triassic (T2g51);3-Fault and breccia; 4-Fault name; 5-Geological boundary; 6-Orebody number in No.10 Ore Group; 7-Drilling location in the tunnel; 8-Mining level; 9-Elevation; 10-Sample numbers of primary ore; 11-Sample numbers of oxidized ore; 12-Location of geological profile in Fig.1

样品重量一般为1000～2000g,室内切制电子探针片后,再进行样品加工。样品加工前先切掉氧化或蚀变膜,选择新鲜的岩块作为测试对象,样品经过洗涤、烘干后先破碎再加工到0.074mm,每个样品重约100g。样品全岩主量元素分析在中科院地球化学研究所采用化学分析法完成,分析结果见表1。矿石薄片在日本OLYMPUSBX51型显微照相系统下进行鉴定并照相,部分镜下照片见图3。

图3 个旧芦塘坝层间矿石组构特征Fig.3 Fabric characteristics of interbedded ores in Lutangba, Gejiu(a)Primary ore in No.10-12 orebody at the mining level of 1630 m (sample LT-4); (b)Oxidized ore in No.10-12 orebody at the mining level of 1630 m (sample LT-5); (c)Oxidized ore in No.10-13 orebody at the mining level of 1660 m(sample LT-9); (d)Primary ore in No.10-13 orebody at the mining level of 1660 m (sample LT-10); (e)Cassiterite in oxidized ore; (f)Stomatal colloidal pyrite in the primary ore from No.10-13 orebody at the mining level of 1660 m (sample LT-10); (g)Fluorite and metal sulfide in the primary ore from No.10-5 orebody at the mining level of 1690 m (sample LT-13); (h)Metallic sulfide and tremolite in the primary ore from No.10-12 orebody at the mining level of 1630 m (sample LT-4); (i)Tremolite, idiomorphic pyrite, chalcopyrite and quartz (reflected light) in the primary ore from No.10-12 orebody at the mining level of 1630 m (sample LT-5); (j)Tremolite, idiomorphic pyrite, chalcopyrite and quartz (single-polarized light) in the primary ore from No.10-12 orebody at the mining level of 1630 m (sample LT-5)

3 矿石地球化学特征

3.1 矿石矿物组构特征

从个旧高松矿田芦塘坝不同中段层间矿体的矿石矿物组构特征来看(图3),在1630m中段、1660m中段、1690m中段和1720m中段均可观测到原生矿体,原生矿体的矿石多为致密块状硫化矿石,在靠近上下盘围岩一侧通常会发生不同程度的氧化而呈褐红色,原生矿与氧化矿之间因硬度的不同而差异明显。如在1630m中段的10-12号矿体,其上部为原生矿(图3a),下部为氧化矿(图3b);在1660m中段的10-13号矿体,其上部为氧化矿(图3c),其下部为原生矿(图3d)。通过对层间氧化矿石进行重砂分析,其中的锡石矿物多呈红褐色不规则状,少量为半自形状,粒径0.07～0.3mm(图3e)。原生矿体致密块状硫化矿石经显微镜下鉴定,矿石中的金属硫化物主要为磁黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿等,硫化物中的黄铁矿可分为胶状黄铁矿和自形-半自形黄铁矿(图3f、3h、3i),前者多分布于上部,如1660 m中段LT-10 样品;后者多分布于下部,如1630中段LT-6 样品中的立方体状黄铁矿和LT-4样品中的半自形黄铁矿。胶状黄铁矿和半自形黄铁矿常被磁黄铁矿交代,自形黄铁矿常被黄铜矿交代。原生矿石中的脉石矿物主要为透闪石、萤石和少量的石英等(图3j、3g)。透闪石多呈自形,半自形,常被黄铁矿、磁黄铁矿等金属硫化物胶结;萤石多呈他形粒状,常被磁黄铁矿、黄铜矿等胶结,且在不同中段中上部萤石矿物的含量相对较高。

3.2 矿石地球化学特征

为了查定个旧高松矿田芦塘坝层间矿中原生矿石与氧化矿石化学成分的变化,对表1中16件层间矿主量元素进行分组统计分析,8件氧化矿石样品(LT-1、LT-5、LT-7—LT-9、LT-12、LT-14、LT-16)中SiO2含量4.60%～39.75%,平均为13.08%;A12O3含量0.15%～15.41%,平均为5.91%;Fe2O3含量5.80%～83.57%,平均为56.87%;FeO含量1.07%～8.90%,平均为5.02%;MnO含量0.06%～0.48%,平均为0.40%;MgO含量0.15%～19.33%,平均为3.69%;CaO含量0.27%～9.30%,平均为3.04%;Na2O含量0.09%～0.43%,平均为0.18%;K2O含量0.04%～6.72%,平均为1.02%;P2O5含量0.56%～4.33%,平均为1.40%;烧失量1.00%～17.75%,平均为6.30%;S含量0.00%～3.10%,平均为1.61%。8件原生硫化物矿石样品(LT-2—LT-4、LT-6、LT-10、LT-11、LT-13、LT-15)中SiO2含量1.44%～12.93%,平均为6.81;A12O3含量0.10%～2.10%,平均为0.39%;Fe2O3含量37.34%～65.61%,平均为57.71%;FeO含量1.90%～16.94%,平均为6.36%;MnO含量0.01%～0.11%,平均为0.04%;MgO含量0.04%～0.51%,平均为0.27%;CaO含量0.18%～3.60%,平均为1.35%;Na2O含量0.09%～0.25%,平均为0.14%;K2O含量0.04%～0.12%,平均为0.07%;P2O5含量0.30%～2.17%,平均为0.98%,含磷较高主要与磷铜矿和蓝磷铜矿等表生成因矿物密切有关;烧失量0.45%～20.29%,平均为3.26%;S含量14.42%～28.00%,平均为20.74%。从8件氧化矿和8件硫化矿中主量元素平均含量变化曲线图来看(图4),总体上,除氧化矿石中的S和FeO小于原生矿石外,氧化矿石中的SiO2、 A12O3、 Fe2O3、 MnO、 MgO、 CaO、 Na2O、K2O、P2O5和烧失量等均大于原生硫化矿石,同时Cu和Zn等金属元素由于硫化矿的氧化而发生了一定的流失使其含量变小。

图4 个旧芦塘坝层间矿中氧化矿和原生矿主量元素平均含量变化曲线图Fig.4 Variation curves of average content (%) of major elements in the oxidized ores and primary ores from interbedded orebodied in Lutangba, Gejiu

从层间矿石金属元素在不同中段的含量变化来看(表1),原生矿中的金属硫化物具有明显的分带性,铜矿化主要分布在下部,锌矿化分布在上部。如铜矿化主要分布在1630m中段,少数在1660m中段,锌矿化主要分布在1660m中段至1720m中段。从单一原生矿体(如10-5号矿体)在不同中段的主量元素含量变化曲线图来看(图5),从下部到上部,总体上CaO和P2O5具有增大趋势,MgO、S和烧失量具有从小到大再变小的波状变化。从单一氧化矿体(如10-5矿体)在不同中段的主量元素含量变化曲线图来看(图6),从下部到上部,总体上CaO、P2O5、K2O、MnO、A12O3、烧失量均具有明显的增大趋势,Fe2O3则具有明显的变小趋势。当原生矿发生氧化后,矿石中的组分也会发生明显的变化。

图5 个旧芦塘坝层间矿10-5号原生矿在不同中段中主量元素含量变化曲线图Fig.5 Variation curves of content (%) of major elements in the primary ores at different elevations from No.10-5 orebody in Lutangba, Gejiu

图6 个旧芦塘坝层间矿10-5号氧化矿在不同中段中主量元素含量变化曲线图Fig.6 Variation curves of content (%) of major elements in the oxidized ores at different elevations from No.10-5 orebody in Lutangba, Gejiu

4 讨论

4.1 层间矿成因

个旧芦塘坝层间矿主要产于中三叠统个旧组卡房段第6层(T2g61)含灰质白云岩层与石灰岩层之间,该矿石多呈致密块状,以金属硫化物为主,主要包括磁黄铁矿、黄铁矿、少量黄铜矿、闪锌矿、方铅矿等。该矿石中的脉石矿物主要为透闪石和萤石及少量的石英等。由于在层间矿层上部发现了大量的胶状黄铁矿(图3f),因而有学者(周建平,1999;张欢等,2007;黎应书等,2009)认为该层间矿与喷流成矿有关。但该胶状黄铁矿的外层多可见较大的气孔,并呈囊状被磁黄铁矿包裹,这应该是黄铁矿从高温气熔体中结晶析出后的产物;同时从不同中段矿石中萤石矿物的含量来看,上部萤石矿物的含量也相对较高,而萤石是岩浆气化-热液中重要的指示矿物,表明成矿时的温度相对较高。同时矿石中含有的透闪石矿物也与喷流沉积成因明显不同,田毓龙等(1999)研究表明,喷流沉积矿床中通常会有如硅质岩、重晶石等特征的喷流岩。从个旧老厂矿田塘子凹矿区1750m中段花岗岩与碳酸盐岩的接触带交代岩组成来看,当高温的岩浆期后气化热液交代围岩中的灰质白云岩层后多形成辉石带, 交代围岩中的大理岩层后多形成石榴子石带(贾润幸,2007)。在芦塘坝层间矿中发现的透闪石矿物可能主要与花岗岩体距离较远有关,花岗岩体隐伏标高在900～1200m左右,并在其接触带发现矽卡岩锡铜硫化矿体(朱启金,2012),层间矿体主要聚集于距花岗岩300～720m的范围内(康德明等,2016),这造成了岩浆期后气化-热液在上升中必然会混入一定的盆地流体(主要为大气降水),因而当岩浆期后气化-热液优先与白云岩层发生交代作用时形成了透闪石(含水矽卡岩),当然也不排除先形成透辉石后又蚀变为透闪石。酸性成矿热液在原生硫化矿体顶板围岩形成了酸性热液岩溶作用并导致矿质沉淀,顶板围岩与矿体之间接触界面呈现凹凸不平的光滑界面;在层间矿体底板围岩中,酸性地下水岩溶作用形成了岩溶孔隙和岩溶空洞,并沉淀了次生石膏,它们为新近纪岩溶作用典型构造岩相标志(方维萱等,2021)。程彦博等(2009)对个旧矿区内花岗岩锆石UPb定年显示岩浆作用发生的时限为85～76Ma。郭佳等(2015)对卡房和老厂两个矿床中的锡石样品进行了原位U-Pb 定年,结果分别为84.4±2.0Ma和82.9±2.7Ma。上述证据都直接或间接地证明了该区层间矿与燕山晚期的岩浆期后气化-热液作用有关,不同阶段的矿物生成顺序可概括如下(表2)。

表2 个旧芦塘坝层间矿矿物生成顺序表Table 2 Mineral formation sequence of the interbedded ores in Lutangba, Gejiu

4.2 层间矿构造-岩相控矿规律

矿体的形成与控矿构造及成矿流体关系密切(王成金和王义强,1995;陈宣华等,2009;徐兴旺等,2019),同时也与该区的不同岩相组合密切相关。从个旧芦塘坝地区层间矿的矿体产状和形态来看,矿体主要产于中三叠统个旧组碳酸盐岩层中,可分为缓倾斜和陡倾斜,缓倾斜矿体产于灰质白云岩层和石灰岩层之间,陡倾斜矿体多产于切层的断裂带中。这种岩浆期后气化-热液形成的层间矿体与内蒙古道伦达坝充填在层间破碎带的中等倾斜或陡倾斜的矿体特征较为相似(徐佳佳等,2009),两者物质组分基本相近,所不同的是前者与碳酸盐岩围岩有交代作用和酸性热液岩溶作用(方维萱等,2021),后者与粉砂质板岩围岩没有交代作用。华南大陆中生代以来受华北板块、西南缘特提斯洋以及东部古太平洋板块会聚作用形成了多序次的构造变形(张达等,2021),孙绍有(2004)通过构造应力场分析认为,高松矿田自中生代以来先后经历了印支期→燕山中晚期→喜山早期→挽近期共四期构造活动,其中第一期的东西向构造带为印支期成矿前构造,第二期燕山中晚期北东向褶皱和断裂为主要的成矿构造。在印支期的成矿前构造中,受南北向挤压作用形成了北西西向的大箐-阿西寨复式宽缓向斜构造,在灰质白云岩层和石灰岩层间形成了缓倾斜的滑脱构造(层间破碎带);在燕山晚期,由于个旧东区深部岩浆沿北东向从南向北的大规模侵位,在上部中三叠统个旧组碳酸盐岩地层中形成了北东向的五子山复式背斜和芦塘坝等深大断裂及北东东向的104断裂和102断裂及近东西向的131断裂和110断裂等次级断裂(图1),北东向的芦塘坝大断裂切穿了印支期东西向的层间滑脱构造,使同期的高温高压岩浆期后气化-热液沿北东向芦塘坝大断裂和北东东向的次级切层断裂带上侵,在层间滑脱构造中形成缓倾斜的层状、似层状矿体,最后在北东向的芦塘坝断裂和北东东向的104断裂和102断裂及近东西向的131断裂和110断裂中形成陡倾斜矿体。值得一提的是在印支期的成矿前构造中,该地区的岩溶作用也对成矿作用具有重要的影响。从个旧水文地质特征情况来看,在高松矿田沿芦塘坝等断裂均分布有大型岩溶洼地(李良云,2002)。已有研究表明岩溶洼地的形成多与构造关系密切(朱学稳,2009),当酸性地表水沿构造裂隙不断下渗溶蚀碳酸盐岩时,会在碳酸盐岩层中形成穿层的管状落水洞。在马拉格矿田中出现的管状矿体可能与该地区的岩溶作用有关(方维萱等,2021)。所以岩溶作用对成矿前的储矿构造可能具有一定的扩容作用,同时在成矿后,由于岩溶作用形成的贯通地表的岩溶构造,使层间矿体在干旱时发生氧化作用,在雨季时发生淋滤作用,这样又进一步加速了层间矿体边部的氧化,表现为下部的层间矿通常要比上部的氧化程度更高一些,从下部到上部氧化矿Fe2O3含量具有增大趋势(图6)。

5 结论

(1)从个旧芦塘坝矿段10号矿群不同中段层间矿体的岩石矿物组构来看,层间矿床中的原生矿体多为块状硫化矿石,金属硫化物主要为磁黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿、黄铜矿等,脉石矿物主要为透闪石、萤石和少量的石英等;原生矿中的金属硫化物具有明显的分带性,铜矿化分布在下部,锌矿化分布在上部。在上部原生矿中可见到早期高温喷气形成的胶状黄铁矿和气孔,下部则多为自形-半自形的黄铁矿。

(2)通过对不同中段原生矿和氧化矿的对比分析,总体上氧化矿石中除S和FeO含量小于原生 矿 石 外, SiO2、 A12O3、 TiO2、 MnO、 MgO、CaO、Na2O、K2O、P2O5和烧失量等含量均大于原生硫化矿石。单一原生矿体不同中段的主量元素分析结果显示,从下部到上部,矿体中的CaO和P2O5具有增大趋势,MgO、S和烧失量具有从小变大再变小的波状变化。

(3)个旧芦塘坝层间矿主要与岩浆期后气化-热液有关。在其与围岩交代过程中,由于有盆地流体的混入而使矿石中形成了含水的矽卡岩矿物(透闪石)等。

(4)个旧芦塘坝层间矿受构造和岩相控制明显,印支期南北向挤压作用在个旧组灰质白云岩与灰岩之间形成层间滑脱构造(储矿构造),燕山晚期形成的北东向断裂构造为导矿构造。该地区广泛发育的岩溶作用对成矿作用具有重大影响,在成矿前对印支期形成的储矿构造可能有进一步的扩容作用,在成矿后又加速了层间矿体边部的氧化。

谨以此文庆祝有色金属矿产地质调查中心成立20周年!