滇西北烂泥塘斑岩铜矿床原生晕异常结构研究

李佑国，费光春，龙训荣，何朝鑫

（成都理工大学地球科学学院，四川 成都 610059）

0 引言

矿床原生晕模型产生于20 世纪30 年代，原生晕被认为是成矿元素及其伴生元素在成矿作用中富集的结果。热液矿床原生晕在空间上呈现出明显的分带现象，前苏联学者提出了如下典型的轴向分带序列（自前缘→尾部的顺序为）：Ba—（Sb、As、Hg ）—Cd—Ag—Pb—Zn—Au—Cu—Bi—Ni—Co—Mo—U—Sn—Be—W。

Goldberg et al.，（2003）提出了新的原生晕概念模型，认为在一个完整的原生晕系统中还存在成矿元素的负异常，原生晕系统具有带状分布的特征，成矿元素的正异常位于原生晕系统的核部（或中心），带状分布的铁族元素（Sc、Ti、Cr 等）负异常位于原生晕系统的核部，但出现在成矿元素正异常的边部（Goldberg et al.，2003）。前人研究表明（马生明等，2009，2011；弓秋丽等，2009），元素的富集、贫化是矿床中固有的客观规律，矿致地球化学异常包括富集元素的正异常和贫化元素的负异常。

斑岩型铜矿床是一种特殊的热液矿床，在普朗斑岩型铜矿床的矿体部位，存在明显的Cu、Ag、Au、Mo、Zn、W等原生晕（Chen et al.，2008）。赤湖斑岩型铜钼矿床原生晕的内部为Cu、Mo，外部为As、Sb、Au、Ag、Pb、Bi 等的致矿异常结构（刘仲存等，2020）。刘光永等人（2014）在研究福建省紫金山铜金矿床时，将深部出现的Fe-Mn-Pb-Zn 的元素组合作为斑岩矿床的外带特征。

斑岩矿床原生晕见有钟状分带模式和背斜状分带模式（黄书俊，1983），不同蚀变带具有不同的元素富集与亏损的特征，其地表原生晕具有正异常、负异常的空间叠加现象，如伊朗Darreh-Zar斑岩铜矿床的地表原生晕中，Cu 和Mo 的富集带，具有Zn、Mn、Ti 和Co 强烈亏损的特征（Parsapoor et al.，2017）。GJS 戈维特指出，在斑岩铜矿床周围，成矿元素的分布有着明显的分带现象：Cu在矿床中心的上方具有峰值，S在矿带的边缘出现峰值，Zn 和Mn在矿带上方一般是贫化的，但在边缘有正异常，Mo可以在矿带内或只在边缘有正异常（刘崇民，2006）。

烂泥塘斑岩铜矿床的赋矿岩石及其热液蚀变类型一直存在不同的认识（苟体忠，2010；俞一凡，2016；孟明亮，2018；郭剑衡，2019），从矿区原生晕的角度来考察矿区岩石与矿化的关系，有助于揭示斑岩铜矿化与岩石蚀变的空间关系，目前该矿床的原生晕研究尚未见报道。

本文以烂泥塘斑岩铜矿床为例，在系统研究矿床中成矿元素及其伴生元素含量在平面图上变化规律及其与矿体的空间关系之后，确定了异常地段内富集与贫化的指示元素，通过地球化学低背景、高背景，正异常和负异常的空间位置关系，探讨了该矿床原生晕的异常结构及其空间分带在找矿中的指示作用。

1 地质概况

烂泥塘斑岩铜矿床位于云南省香格里拉县格咱乡境内，其大地构造位置位于印支期义敦-中甸岛弧带南段红山复背斜西翼，格咱断裂带东侧（图1）（侯增谦，2004；曾普胜，2004；李文昌，2009）。据云南香格里拉烂泥塘铜矿详查报告及内部资料①，烂泥塘矿床铜品位多为0.4% ～1%，平均品位为0.5%，铜金属量超过200 万吨，达到大型铜矿床规模。区内印支期闪长玢岩、石英闪长玢岩、石英二长斑岩等岩体呈近南北向分布（图1②），岩浆活动时间主要为237 Ma ～206 Ma（郭剑衡，2019）。烂泥塘、雪鸡坪、春都、红山，普朗等铜矿床在平面图上集中呈带状分布（图1）。

图1 烂泥塘-普朗地区区域地质图（据云南省地质调查院，2012改编②）Fig. 1 Geological sketch map of the Lannitang-Pulang area（modified after the reference Yunnan Institute of Geological Survey，2012②）

烂泥塘矿区内出露地层为三叠系图姆沟组二段（T3t2）和曲嘎寺组三段（T3q3），岩性主要为板岩和变质砂岩。印支期浅成侵入岩呈复式岩体产出，包括闪长玢岩、硅化闪长玢岩、（黄铁）绢英岩化闪长玢岩和石英闪长玢岩等岩体。断裂构造（F1）及其次生小断裂对浅成岩体和热液矿化有一定控制作用（图2①），铜矿化与绢英岩化蚀变带关系密切（孟明亮等，2018）。

硅化闪长玢岩是烂泥塘地区出露面积最大的岩体，分布于铜矿（化）体的外围，呈NNW 向分布（图2），岩体中见有绢云母化、绿泥石化、硅化等蚀变现象及石英细脉而区别于石英闪长玢岩和闪长玢岩。绢英岩化闪长玢岩分布在烂泥塘附近，是铜矿（化）体的赋矿围岩，以显著绢云母化、硅化，丰富的石英-硫化物细脉或网脉为特点，岩体中的石英含量约7% ～20%，多数为硅化作用或后期流体作用所形成。

烂泥塘矿床铜矿化带在地表呈带状近南北向延伸，赋矿岩石主要为绢英岩化闪长玢岩（图2），伴随石英-绢云母-黄铁矿化的增强，铜矿品位增加，富矿部位往往有石英硫化物矿脉叠加矿化现象。主矿体主要集中分布在地表以下300 ～500 米一带，属于大型斑岩铜矿床，地表仅见脉状铜矿体或矿化体（俞一凡，2016）。在矿区东部和北部，可见规模不等的铅锌矿脉并伴有Ag、Au、Cu 等矿化现象。

图2 烂泥塘矿区地质图①Fig. 2 Geological map of the Lannitang area

2 样品采集与分析测试

化探原生晕样品采自烂泥塘矿区地表基岩或近地表坑道中，根据地表的通行条件、基岩露头、岩性变化、矿化及岩石蚀变等情况，地表基岩的采样间距一般为20 ～50 米，矿化地段或地表坑道，采样间距加密至5 米。采样位置使用经过校正的手持GPS（型号etrex 301）坐标，在采样点附近5 米范围内连续拣块组成一个样品，每个样品质量约300 ～500 克，共采集样品130 件（图2）。测试元素参照热液矿床原生晕中常见成晕元素、反映围岩蚀变的常量元素以及类似矿床研究中所选的分析指标，共测试了22 种元素，包括Ag、As、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Mn、Mo、Pb、Rb、S、Sb、Sc、Sr、Ti、V、W、Zn、Ca、K 和Na，由西南冶金测试所完成，采用等离子发射光谱法、X射线荧光法、原子荧光法、质谱法等方法测试。

3 岩石中元素组合特征

3.1 元素富集贫化特征

烂泥塘矿区130 件岩石样品分析值的统计结果列于表1 中，从中可以看出岩石中元素的富集贫化特征。样品中Ag、As、Cd、Cu、Hg、Mo、Pb、S、Sb、Zn等元素的含量变化大，其几何平均值明显高于大陆上地壳成分值（表1），算术平均值／几何平均值大于2.3，变异系数大于1.5，属于明显富集的元素。

Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、W 的含量变化相对较小，其变异系数除了Mn 外（1.05）。其他元素小于0.9，其几何平均值除V 以外，都小于大陆上地壳成分值（表1），属于贫化元素。V 的几何平均值为141.92 ×10-6，与大陆地壳成分值相当（张宏飞和高山，2012），这可能与研究区的区域背景值相对较高有关，总体上看，V还是属于贫化元素。

从元素的几何平均值来看，烂泥塘矿区的Rb高于上地壳，而Sr 则低于上地壳，这与该区域的岩石主要是中酸性成分是一致的。

矿区内的岩石样品，CaO的含量变化较大，其中位数和算术平均值明显低于大陆上地壳成分值，变异系数为1.41（表1），所以Ca 属于明显贫化的元素。K2O 和Na2O 的含量变化相对较小，变异系数为0.37 和0.71；其中，K2O的平均含量与大陆上地壳成分值相当，而Na2O 的平均含量明显低于大陆上地壳成分值，所以K和Na属于贫化的常量元素。

表1 烂泥塘矿区岩石含量统计表（样品数n ＝130）Table 1 Statistics of contents in the Lannitang copper deposit（n ＝130）

3.2 相关性分析

相关性分析是利用相关系数来衡量各元素之间的相关性和亲和性。从烂泥塘铜矿床地表原生晕各元素相关系数表（表2）中可以看出，部分元素间的相关系数大于0.5，具有高度相关的特点。如Ag、Pb、Hg、Sb 中任意两个元素间的相关系数大于0.58（表2）；Sc、Ti、V 中任意两个元素的相关系数大于0.56；Cu-Mo，K-Rb，Pb-Zn-Cd，Ca-Mn等元素间高度相关；此外，S-As，Ca-Sr，Cu-Mo-Co，Mn-Zn-Cd等元素间的相关性良好，显示了其地球化学亲和性以及原生晕中的元素组合特征。

表2 烂泥塘铜矿床地表原生晕中各元素相关性Table 2 The analyses of correlation about the surfer mining area in theLannitang copper deposit

3.3 聚类分析

聚类分析遵循“物以类聚”的原则，将性质相近的指示元素归为一类。采用Person 相关系数法对烂泥塘铜矿床地表原生晕中22 种元素进行R 型聚类分析，得到分类谱系图（图3）。从分类谱系图中可以看出，当聚类合并的距离为13.5 时，元素可分为Cu、Mo（Ⅰ）；Sc、Ti、V（Ⅱ）；Ag、Pb、Hg、Sb、As（Ⅲ）；Zn、Cd、Mn、CaO（Ⅳ）和K2O、Rb、W（Ⅴ）5 个群。其中，群Ⅰ为斑岩铜矿床的主要成晕元素；群Ⅱ为基性岩浆中富集，中酸性岩浆中贫化的元素；群Ⅲ为热液矿床中的前缘元素；群Ⅳ为热液矿床中迁移距离相对较远，容易在青磐岩化蚀变带中富集的元素；群Ⅴ是与钾化蚀变相关的元素。上述指示元素出现在不同的聚类群，表明它们都在成矿作用过程中发生了运移、富集，反映其沉淀时的物化条件和沉淀顺序有所不同。

图3 烂泥塘铜矿床原生晕样品中各元素聚类分析图解Fig. 3 The cluster analysis diagram of the primary halo from the Lannitang copper deposit

4 烂泥塘斑岩铜矿床原生晕异常结构及其找矿意义

由于受成矿作用的影响，烂泥塘矿区22 种元素的含量大多数并不服从正态或对数正态分布。本文参照勘查数据分析技术（EDA技术），其异常界限值采用下列方法确定：异常下限＝2.5 ×上四分位-1.5 ×下四分位（Bounessah et al.，2003；陈健，2019）；异常上限＝1.5 ×下四分位-0.5 ×中位数，或异常上限＝0.5 ×下四分位＋0.5 ×最小值。

通过异常下限值和异常上限值，本文从烂泥塘矿区选择了20 种元素（As和Sr除外），圈定了各元素的正异常、背景区和负异常的范围，对常量组分CaO、K2O、Na2O还进一步划分了低背景区和高背景区等空间分布范围（图4）。

总体上看，富集元素（Ag、Cd、Cu、Hg、Mo、Pb、S、Sb、Zn）有明显的正异常分布，贫化元素（Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、W、Rb）以负异常为主，而常量组分（CaO、K2O、Na2O）主要显示出地球化学背景区特点，负异常分布常见（图4）。

4.1 与铜矿（化）体空间位置重叠的原生晕

Cu和Mo的正异常，Sc、Ti、V、Cr、W的负异常，在空间位置上正好与已知铜矿化带位置重叠（图4），这些元素的异常对矿化位置有明显的指示作用。

Cu的正异常中，最大规模的异常，其分布范围总体上与绢英岩化闪长玢岩岩体相当，浓集中心反映了铜矿化所在位置，铜异常近南北向延伸，总体上与铜矿化带的空间范围一致（图4a）。第二大铜异常分布在F1断裂附近，岩性为硅化闪长玢岩，为铜的中带异常（图2，图4a），找矿潜力良好。Cu 的负异常零星分布于正异常的外围，最强的负异常出现在烂泥塘的东南侧，硅化闪长玢岩中Cu 含量仅有2.8 ×10-6，表明成矿过程中，Cu 随流体迁移而形成了显著的负异常。

Mo的正异常，其空间分布特征总体上与铜类似，Mo异常与已知铜矿化带或铜异常所在位置套合良好（图4b），Mo 的负异常在其正异常的外围地区比较少见，负异常主要与上三叠统有关。

Sc的负异常总体上与铜矿化带或Cu的正异常分布区一致（图4e），局部异常与上三叠统有关；Ti的负异常与铜矿化带一致，或者位于铜矿（化）脉或Cu异常的外侧（图4f）；V的负异常总体上与铜矿化带或铜异常一致（图4g），位于矿区东西两侧V 的负异常与上三叠统有关；Cr的负异常总体上与铜矿化带或铜异常一致（图4h），矿区东西两侧的Cr 正异常与上三叠统有关。

烂泥塘附近W 的负异常总体上与铜矿化带的空间位置相当（图4q），刚好叠加在铜的正异常之上；出现在矿区北部的W 正异常与Ag、Pb、Hg、Sb的正异常构成叠加关系。

4.2 分布于铜矿化体外侧的原生晕

对照图2 和图4 可以看出，S 的正异常和Mn、Co、Zn、Cd的负异常，在空间位置上与铜矿化带大体相当，但分布于铜矿（化）脉体的外侧。S 的正异常主要分布在F1断层以东且位于F2断层附近，空间位置上处于硅化闪长玢岩、绢英岩化闪长玢岩，青磐岩化闪长玢岩的交汇地带，S 的正异常与已知铜矿（化）脉体的空间位置并不重叠，位于铜矿（化）脉体的外侧（图4c）。

铜矿化体所在位置位于Mn、Co、Zn、Cd 的地球化学背景区，Mn 的负异常出现在铜矿（化）脉体或铜正异常的外侧，甚至围绕铜矿化体构成环带状分布特征（图4i）；与Mn 类似，Co、Zn、Cd 的负异常总体上与铜矿化带的延伸方向一致，但并不与铜矿（化）脉体所在位置重叠，仅分布在铜矿（化）脉体或铜正异常的外侧，局部构成环带状分布特征（图4jl）。

Zn和Cd的正异常分布在铜矿化带东约500 米一带，显示出铅锌多金属矿化特征（图4k、l）。

4.3 远矿指示元素

对照图2 和图4 可以看出，Ag、Pb、Hg、Sb 的正异常分布于矿区东北，铜矿化带内为背景区，几乎没有异常显示；矿区西南和东北等地区的负异常与上三叠统有关。

Ag、Pb、Zn、Hg 的强正异常分布于烂泥塘矿区北部（图4m-p），异常的浓集中心明显，异常中心有铅锌矿化显示。在铜矿化带内，Ag、Pb、Hg、Sb 的含量多为背景区，很少出现异常现象。结合当地的地质条件和铅锌矿脉空间位置偏高的分布规律，认为Ag、Pb、Hg、Sb在热液中的迁移能力强，在本矿床中表现出远矿指示元素或前缘晕特征，其异常可以作为多金属矿化的地球化学标志。

图4 烂泥塘矿区原生晕单元素异常图Fig. 4 The single element geochemical anomaly maps of the primary halo from the Lannitang district

4.4 原生晕对围岩蚀变的指示意义

图5 烂泥塘矿区原生晕组合异常图Fig. 5 The association anomaly maps of the primary halo from the Lannitang district

在铜矿（化）体或铜正异常所在位置，其岩石中常量组分CaO、K2O、Na2O及微量元素Rb的含量为低背景或弱的负异常（图4d、s、t、r）。铜矿化带的CaO、K2O、Na2O含量相对较低，表明在成矿作用过程中，伴随（黄铁）绢英岩化的增强，石英、绢云母、铁白云石等矿物含量的增多，常量组分CaO、K2O、Na2O的含量在减少。

铜矿化带东西两侧具有相对较高的CaO 含量（图4d），可能是由于东西两侧的青磐岩化蚀变相对较强的缘故（刘崇民，2006）。

4.5 原生晕空间分带探讨

从烂泥塘地表原生晕平面图（图4）来看，以铜矿（化）体或Cu-Mo 异常为中心，原生晕呈带状分布。在矿化部位，Cu 和Mo 为正异常，Sc、Ti、V、Cr、W为负异常，Mn、Co、Zn、Cd、Hg、Sb、Ag、Pb 为背景。在矿化带外侧，见有Mn、Co、Zn、Cd 的负异常分布。在远离矿化带的北部或东部地区，可见浓集中心显著的Zn、Cd、Hg、Sb、Ag、Pb 等元素的正异常分布。上述特征表明，矿床原生晕存在明显的水平分带现象。

由于烂泥塘矿床的主矿体产状陡，平均倾角65°（郭剑衡等，2019），地表原生晕的水平分带相当于原生晕的横向分带。就原生晕峰值正异常（＋）和负异常（-）而言，从矿化中心向外，横向分带序列为：（＋Cu、＋Mo、-Sc、-Ti、-V、-Cr、-W）→（＋S、-Mn、-Co、-Zn、-Cd）→（＋Zn、＋Cd）→（＋Ag、＋Pb、＋Hg、＋Sb）。

烂泥塘矿床地表所在位置相当于斑岩矿床主矿体的顶部，从原生晕轴向分带的角度上考虑，除了斑岩矿床Cu-Mo原生晕以外，前缘晕比较发育且往往分布于铜矿带的外围，尾部晕原则上没有露出地表，甚至可能为负异常。分布位置相对较高且远离铜矿化带的Ag、Pb、Hg、Sb为前缘晕指示元素，而Mn、Co、W为尾部晕指示元素。Sc、Ti、V、Cr 等亲基性岩浆的元素在斑岩成矿系统中的含量相对较低而在原生晕中为负异常，可当做尾部晕考虑。综上所述，推测烂泥塘矿床的原生晕轴向分带序列（自前缘至尾部）为：（Hg、Sb、As、Ag、Pb）—（Cd，Zn）—Cu—Mo—（Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co、W）。

4.6 地球化学异常结构的找矿意义

在烂泥塘铜矿床地表原生晕中出现了元素的富集和贫化现象，在铜矿化带及其外围一定范围内构成了完整的异常结构。异常结构由成矿元素及其伴生元素的正异常和负异常，贫化元素的负异常，成矿环境指示元素的负异常、低背景和高背景呈环带状展布。

成矿元素Cu 和伴生元素Mo 的正异常及Sc、Ti、V、Cr、W的负异常构成环带的核心部位，总体上与矿区内铜矿（化）脉群（铜矿化带）的空间位置重叠，与闪长玢岩的（黄铁）绢英岩化带所在位置相吻合；S的正异常和Mn、Co、Zn、Cd的负异常及低背景构成环带结构的外带，主要出现在铜矿化带的边部；在铜矿化带外围地区，可见Zn、Cd、Ag、Pb、Hg、Sb的正异常分布，作为远矿指示元素或前缘晕组成元素。

在烂泥塘铜矿床原生晕的地球化学结构中，常量组分CaO、K2O、Na2O以及微量元素Rb 的低背景或负异常与铜矿化带的空间位置相对应，其外围为高背景环绕。这种元素分布特征不仅指示了矿化体的产出部位，在一定程度上还反映了矿质沉淀环境，也是一种重要的找矿标志。

5 结论

烂泥塘铜矿床的地球化学异常结构是由富集元素Cu、Mo的正异常和贫化元素Sc、Ti、V、Cr、W、Mn、Co 等元素形成的负异常在空间上的有序排列构成的，并与矿区内绢英岩化蚀变作用有关。

原生晕以铜矿（化）体或Cu-Mo 异常为中心呈带状分布，原生晕由成矿元素及其伴生元素的正异常、负异常或地球化学背景所组成。在矿化部位，Cu和Mo为正异常，Sc、Ti、V、Cr、W 为负异常，Mn、Co、Zn、Cd、Hg、Sb、Ag、Pb 为背景。在矿化带外侧，有Mn、Co、Zn、Cd的负异常，在远离矿化带的外围地区，可见Zn、Cd、Hg、Sb、Ag、Pb等元素的显著正异常分布。

烂泥塘地表位于斑岩矿床主矿体的顶部，原生晕中Cu和Mo为主要成晕元素，Hg、Sb、Ag、Pb为前缘晕，Cd、Zn 位于分带序列的上部，Sc、Ti、V、Cr、Mn、Co和W为尾部晕。

注释：

①云南华西矿业有限公司. 2012. 云南香格里拉烂泥塘铜矿详查报告［R］.

②云南省地质调查院. 2012. 云南香格里拉烂泥塘铜矿详查报告［R］.