东昆仑拉陵灶火矽卡岩型铜多金属矿床矿物学特征及其地质意义

王金宏，陈家浩，吴华英，王治安，乔玉财，张青福，逯登栋，蔡 楠

(1.青海黄河矿业有限责任公司，青海格尔木 816000；2.中国冶金地质总局矿产资源研究院，北京 101300；3.青海省第五地质勘查院，青海西宁 810028)

0 引言

矽卡岩矿床是地壳中含有丰富矿石种类的矿床类型之一，具有较高的研究程度(Meinert et al.,2005)。矽卡岩矿床也是我国最常见的矿床类型，是我国主要的Sn(～87%)、W(～71%)、B(>50%)和高品位铁矿的来源，也是Cu(～32%)、Zn-Pb(～25%)、Mo(～17%)、Au(～11%)和Ag(～10%)的重要来源(Chang et al.,2019)。已有矽卡岩型矿床研究涉及到蚀变分带规律(Einaudi and Burt,1982;Chellemichou et al.,2015)、矿物学特征(Capitani et al.,2003;Chang and Meinert,2004)、成矿流体演化过程(Hemley and Hunt,1992;Meinert et al.,2005;Shu et al.,2013,2017)、成矿年代学(Massimo et al，2009;王登红等，2010;Deng et al.,2017a;Seman et al.,2017)和成矿构造背景(Meinert et al.,2005;陈衍景等，2010;Chang et al.,2019)等。其中对矽卡岩矿床的蚀变分带规律和矿物学特征的研究，可以有效识别不同金属矿种特征，并进一步指导勘查找矿工作的部署。

拉陵灶火铜多金属矿床是东昆仑造山带中部近些年新探明的三叠纪矽卡岩型矿床(图1；王富春等2013)。前期勘查工作已发现铜钼矿带 6 条，铜、钼、金和铁矿体 13 条(詹小弟，2016)。近十年来，前人对东昆仑拉陵灶火矽卡岩型铜多金属矿床开展了相关研究，主要集中在对邻近的三叠纪花岗闪长岩和石英闪长岩侵入体以及矿床的简单地质特征的研究(陈静等，2013；李玉春等，2013；王富春等，2013；詹小弟，2016)。王富春等(2013)测得拉陵灶火铜多金属矿床MⅤ矿段辉钼矿Re-Os等时线年龄为214.5±4.9 Ma，成矿时代为晚三叠世。但拉陵灶火铜多金属矿床的矽卡岩形成阶段划分、矿物共生关系和组合特征、成矿作用过程等都尚不清楚。本次研究将以拉陵灶火矽卡岩铜多金属矿床MⅤ矿段为对象，通过野外剖面采样和钻孔编录，并结合室内显微观察和电子探针分析，进行了详细的矽卡岩矿物学研究，并探讨其矿物学特征及地质意义。本研究有助于深入理解拉陵灶火铜多金属矿床成矿作用，也对同区域矽卡岩矿床的勘查找矿有一定指示意义。

图1 拉陵灶火矽卡岩型铜多金属矿床大地构造位置(a)和矿区地质简图(b)(修改自陈静等，2013)

1 地质背景

1.1 区域地质

东昆仑造山带为特提斯北缘系统的重要组成部分，是中国重要的成矿省之一。东昆仑造山带经历了古陆核的形成、罗迪尼亚超大陆的形成与裂解、洋陆转换、俯冲碰撞和后造山等多个复杂的构造演化过程(Yu et al.,2017,2019；Dong et al.,2018;Mu et al.,2018;Wu et al.,2019)。东昆仑造山带岩浆活动较为发育，尤其以二叠纪-三叠纪岩浆岩为主(袁万明等,2000;莫宣学等,2007;王亚磊等，2017)。特提斯成矿域复杂的构造-岩浆活动使其成矿具有多金属(Cu、Fe、Au、Mo、Sn、Pb、Zn 等)和多类型(如岩浆型矿床，斑岩型矿床，矽卡岩型矿床，喷流沉积型矿床等)的特征(Deng et al.,2017b;Li et al.,2018;邓军等,2019；国显正，2020)。区域内产出多个大型-超大型矿床，且大部分矿床与早中生代岩浆活动有关(毛景文等，2012;Yu et al.,2017)，如与早泥盆世基性-超基性有关的夏日哈木超大型 Ni-Cu 矿床(Li et al.,2015;段建华等，2017;Liu et al.,2018)，与三叠纪中酸性岩浆有关的大型-超大型尕林格铁矿(高永宝等，2012)、野马泉铁矿(高永宝等，2014)和卡而却卡铜矿(王松等，2009)等。

1.2 矿床地质

拉陵灶火矽卡岩型铜多金属矿床地处东昆仑造山带中部，柴达木盆地南缘，大地构造单元属于昆中岩浆弧北缘(图1a；詹小弟，2016；国显正，2020)。矿区出露的地层较简单，主要为古元古界金水口岩群(Pt1J)及第四系沉积物(图1b)。金水口岩群是区内出露面积最大的构造-岩石地层单位，主要位于昆北断裂南侧，构成区域最古老的变质结晶基底。金水口岩群后期受岩浆活动和断层活动影响较大，常呈断块状或侵入岩中的残留体产出，北部与奥陶纪祁漫塔格群呈断层接触。岩群主要岩性包括黑云斜长片麻岩、黑云角闪片麻岩、黑云二长片麻岩、斜长角闪岩及大理岩、条带状大理岩，为有层无序的中高级变质岩系。第四系沉积物广泛分布于柴达木盆地南缘，沿主要河流、冲沟也有零星分布(图1)。矿区次级构造较发育，断裂主要展布方向为北西-北北西向、北东向、东西向，其中北西向逆断层为区内主干断裂，控制了区内地层和侵入岩的分布(陈静等，2013；李玉春等，2013；詹小弟，2016)。

矿区附近中酸性岩浆活动较为发育，侵入时间以印支期为主(陈静等，2013；詹小弟，2016)。矿区主要分布有中泥盆世早期二长花岗岩、三叠纪石英闪长岩和花岗闪长岩以及侏罗纪正长花岗岩(图1)。矿体主要赋存于三叠纪石英闪长岩与古元古界金水口岩群接触带，其中MⅠ铜矿体呈条带状赋存于金水口岩群矽卡岩地层中(图1)，矿石矿物主要为黄铜矿。MⅡ-MⅣ钼矿体中辉钼矿以稀疏浸染状赋存于金水口岩群矽卡岩地层中(图1)，局部见少量黄铁矿。MⅤ铜多金属矿体形成于三叠纪石英闪长岩与古元古界金水口岩群接触带内侧岩体中，主体被第四系覆盖(图2；图3a)。MⅤ矿段矿体主要为石英闪长岩中的大理岩捕掳体蚀变而成(图2)。与矿区内MV矿段铜多金属矿体有密切成因联系的为三叠纪石英闪长岩(陈静等，2013；王富春等2013)。三叠纪石英闪长岩由斜长石66%、角闪石 15%、黑云母 12%、石英 5%和榍石 0.2%等组成(詹小弟，2016)。

图2 拉陵灶火矽卡岩型铜多金属矿床MⅤ矿段剖面a、b、c地质剖面图(据青海省地质调查院钻孔实测剖面图修改，剖面位置见图1)

图3 (a)拉陵灶火矽卡岩型铜多金属矿床野外露头及采样剖面；(b)致密块状石榴子石矽卡岩；(c)粗粒石榴子石矽卡岩晶隙间充填方解石；(d)石榴子石矽卡岩晶隙间充填黄铜矿、辉钼矿、黄铁矿；(e)石榴子石矽卡岩晶隙间充填大量辉钼矿和黄铜矿；(f)辉石矽卡岩；(g)含黄铜矿石榴子石矽卡岩被后期角闪石脉切割

2 矿床蚀变特征和矿物共生关系

矿区MⅤ矿段蚀变广泛而强烈，由矽卡岩化、硅化、碳酸盐化和表生蚀变组成。矽卡岩化蚀变主要发生在三叠纪石英闪长岩大理岩捕掳体中(图2；图3a)，产生钙硅酸盐，包括进化和退蚀变矽卡岩。进化矽卡岩(无水矽卡岩)主要由石榴石和辉石组成(图3b，f)。退蚀变矽卡岩(含水矽卡岩)由阳起石、角闪石、绿帘石和绿泥石组成，是早期矽卡岩矿物蚀变产物。矽卡岩矿体主要呈层状和似层状，具浸染状、带状和块状矿石结构(图2；图3b～g)。MV矿段铜多金属矿化在空间上主要与矽卡岩蚀变带有关(图3b～g)，大多叠加在石榴子石-辉石矽卡岩中(图3d～g)。硅化和碳酸盐化通常叠加早期矽卡岩(图3c)，分别由石英和方解石组成。这两种矿物常与退蚀变矽卡岩共存，同时硅化和碳酸盐蚀变也以不含矿石英-方解石脉为特征，穿插围岩和矽卡岩带。拉陵灶火矽卡岩型铜多金属矿床含风化带，表生蚀变矿物组合为孔雀石、褐铁矿等，表生蚀变主要集中在矿体露头地表(图3a)。

野外穿切关系和矿物组合特征显示出四个热液阶段，分别为进化矽卡岩阶段、退蚀变矽卡岩阶段、铜钼硫化物阶段、石英碳酸盐阶段。拉陵灶火矽卡岩型铜多金属矿床也存在表生作用阶段。矿物生成次序和组合如图4所示。

图4 拉陵灶火矽卡岩型铜多金属矿床矿物共生关系

进化矽卡岩阶段：与进化矽卡岩蚀变有关的无水矿物，包括石榴石和辉石，代表矽卡岩形成的早期阶段。石榴石广泛存在于矽卡岩带中，呈细粒到粗粒(可达5 mm)的自形到半自形晶体(图3g；图5a，f)。辉石通常呈棕色(图3e)，它们以细粒(0.2～2 mm)的自形到半自形晶体的形式出现，通常蚀变为阳起石和绿泥石(图5b～c)。

退蚀变矽卡岩阶段：含水矽卡岩由阳起石、角闪石、绿帘石和绿泥石组成(图4；图5)，为进化矽卡岩阶段矿物的蚀变产物(图5a～f)。阳起石以放射状或针状聚合体存在(图5b，e)。石榴子石-辉石矽卡岩中可见角闪石细脉穿插早期石榴子石(图3f；5d)。石榴子石退蚀变形成绿帘石和绿泥石(图5a，e～f)。

铜钼硫化物阶段：该阶段以铜-钼-铁-锌硫化物、方解石和石英组合为特征。石榴子石矽卡岩是赋存铜多金属的主要矿石(图5g～i;Meinert et al.,2005)。原生铜矿化主要由黄铜矿构成，在矽卡岩中以浸染状的形式出现，与铁的硫化物(即黄铁矿和磁黄铁矿)、石英和方解石一起填充石榴石和辉石晶隙中(图5g～i)。辉钼矿以稀疏浸染状分布在矽卡岩中(图3 c～d；图5g)。少量闪锌矿充填于石榴子石的晶隙中(图5h)。

石英碳酸盐化阶段：热液演化晚期形成部分方解石-石英脉。一些方解石和石英脉横切早期矽卡岩和围岩。

表生作用阶段：表生作用阶段即表生氧化阶段，以次生铜矿物(如孔雀石)取代了原生黄铜矿为特征。这些表生矿物与褐铁矿一起，主要集中在矿体露头表面附近(图3a)。

3 分析方法与结果

从野外典型剖面采集47件样品，并使用电子探针(EPMA)对8个代表性样品进行了矿物化学分析(图1)。石榴石和辉石电子探针数据详见附表1和附表2。

电子探针定量分析在中国地质科学院矿产资源研究所矿物微区物质组分与结构实验室进行，所用仪器为日本电子JXA-iHP200F Hyper Probe。标样采用天然矿物或合成金属国家标准，执行标准为GB/T 15074-2008《电子探针定量分析方法通则》，分析精度为0.01%，数据误差范围±1%。标准工作条件为：加速电压15 kV，电流20 nA，束斑直径1 μm。本次测试得到的所有数据经过ZAF校正。

图5 拉陵灶火矽卡岩型铜多金属矿床矿物组合和镜下特征的代表性透射(a～f)和反射(g～i)显微照片

电子探针分析表明，拉陵灶火矽卡岩型铜多金属矿床的石榴石主要为钙铁质的(Ad56～Ad86；图6；附表1)，平均组成为Ad68Gr27Py5(基于29个电子探针分析数据)。样品中存在少量石榴石含有较多的钙铝质成分(Gr85～Gr90；图6)。电子探针识别出辉石主要含有钙铁辉石和透辉石端元成分(附表2)，整体以钙铁辉石(Hd54～64Di31～41Jo4～5；图6)为主。

4 讨论

4.1 矽卡岩矿物成分与矿化类型的关系

石榴子石是矽卡岩型矿床中重要的硅酸盐矿物，其形成过程有利于脆性裂隙的发育和成矿流体的运移，并为高品位矿石沉淀提供了容矿场所(Meinert et al.,2005)。另外不同金属矿化类型的矽卡岩矿床具有特定的石榴子石成分特征(Meinert et al.,2005；王伟等，2016)。例如Zhu et al.(2015)对位于金沙江成矿带中段的羊拉矽卡岩铜矿床(150 Mt，含铜1.03%)进行了详细的矿床学研究，发现石榴子石主要为钙铁质成分(Ad96Gr2～3Py0～1)；红牛矽卡岩铜矿床是义敦岛弧南段较为重要的铜矿床，其石榴子石端员组分也以钙铁质(37%～82%)为主，钙铝榴石(17%～61%)次之，属于钙铁榴石-钙铝榴石系列(Ad37～82Gr17～61Py0～4)(高雪等，2014)。Meinert(1992)对常见金属种类的矽卡岩矿床中石榴子石成分进行了统计，分析表明矽卡岩铜矿中石榴子石属于钙铁榴石-钙铝榴石固溶体系列，且以钙铁榴石为主。大多数矽卡铜矿床主要形成在接近岩体与围岩接触的部位，并且形成的矽卡岩矿物主要为相对氧化的钙铁榴石。其他矿物相还包括透辉石、符山石、硅灰石、阳起石和绿帘石(Meinert et al.,2005)。拉陵灶火矽卡岩型铜多金属矿床中的石榴石以钙铁榴石端元组分为主，显示出与典型矽卡岩铜矿床相似的成分特征(图6；Meinert,1992;Meinert et al.,1997;Calagari and Hosseinzadeh,2006)。但是也存在少量石榴子石以钙铝榴石端元组分为主，可能与该部分石榴子石形成与相对还原的环境相关(王伟等，2016)。

图6 拉陵灶火矽卡岩型铜多金属矿床中石榴石和辉石成分的三元图(图中圈定范围为Meinert(1992)总结的典型Cu、Mo和Au矽卡岩矿床的辉石和石榴石成分范围)

辉石在不同金属矿化类型的矽卡岩矿床也具有特定的成分特征(图6；Meinert,1992;Meinert et al.,2005)。羊拉矽卡岩铜矿床中辉石(两个系列:Hd6Di94和Hd86Di13Jo1)具有较低的Mn/Fe比值(Zhu et al.,2015)。红牛矽卡岩铜矿床中辉石同样位于透辉石-钙铁辉石端元之间(Hd7～99)。Meinert(1992)对常见金属种类的矽卡岩矿床中辉石成分也进行了统计，矽卡岩铜矿中辉石属于透辉石-钙铁辉石固溶体系列，其中透辉石占主导地位 。探针数据显示拉陵灶火铜多金属矿床中钙铁辉石的Mn/Fe比值范围为0.07～0.09(平均值0.08)，这与世界范围内矽卡岩铜矿辉石的典型特征一致(Mn/Fe<0.1，图6；Nakano et al.,1994)。但拉陵灶火矽卡岩型铜多金属矿床辉石组分比世界上其他含铜矽卡岩(倾向于更富镁；图6)更富铁(钙铁辉石)。

在拉陵灶火铜多金属矿床的石榴石和辉石成分三元图中，两种矽卡岩矿物组分分布位置还与典型钼和金矿床较好重叠(图6)。值得注意的是，矿床辉石成分更符合矽卡岩钼矿床的特征。钙铁辉石是矽卡岩钼矿中最常见的钙硅酸盐矿物(Meinert et al.,2005)。这也正好符合拉陵灶火矽卡岩型铜多金属矿床的矿化特征，因为在铜钼硫化物阶段有大量的铜-钼硫化物形成。黄铜矿和辉钼矿在矽卡岩中都以浸染状的形式出现，与铁的硫化物、石英和方解石一起填充石榴石和辉石之中(图5g～i)。除此以外，矿床还有一定的金产出，这些伴生的有用金属组分增加了矿床的经济价值(陈静等，2013；李玉春等，2013；王富春等2013；詹小弟，2016)。拉陵灶火铜多金属矿床矽卡岩矿物成分与铜、钼、金等矿化密切相关，该矿床的开采过程中应考虑对多金属矿化的综合利用。

4.2 石榴子石环带成分变化特征与意义

矽卡岩型矿床中石榴子石环带能有效的记录成矿热液的演化历史，为探究石榴子石环带成因及成矿热液演化提供了重要信息，同时也暗示了不同成分系列的石榴子石对不同阶段热液流体成矿物化环境的特定选择性(Somarin,2004;Smith et al.,2004;Gaspar et al.,2008;Zhai et al.,2013；高雪等，2014；王伟等，2016)。其中石榴子石主量元素特征对成矿流体氧化还原环境具有重要指示意义(王伟等，2016)。拉陵灶火铜多金属矿床中石榴子石从核部到边部主量元素Fe和Al整体具有一定的变化趋势(附表1)。由核到边，Al2O3含量逐渐减小，而FeO(全铁)含量逐渐增大(图7)。相对应的，石榴子石核部比边部更富钙铝榴石组分，边部含较多钙铁榴石组分。石榴子石中Fe主要以三价铁形式存在(Ca3Fe2Si3O12)，所以钙铁榴石组分的占比可以指示流体氧化还原环境(王伟等，2016)。拉陵灶火铜多金属矿床石榴子石环带成分变化暗示在石榴子石形成过程中氧逸度逐渐增高，且成矿流体中Fe含量升高导致边部形成的石榴子石富含铁质。矿床中存在的部分钙铝榴石表明其形成于进化矽卡岩阶段早期，并记录了早期相对低氧逸度流体特征。

图7 石榴子石环带主量成分变化示意图

4.3 控矿因素与成矿模式

矽卡岩矿床除了承载金属的侵入体外，碳酸盐岩围岩是另一个重要地质组成部分(Meinert et al.,2005;Chang et al.,2019)。中国碳酸盐岩层不仅分布面积大，而且整体厚度大，沉积时间长(Sweeting et al.,1995)。所以碳酸盐岩的广泛沉积是控制中国矽卡岩形成的另一个有利因素(Chang et al.,2019)。具有代表性的矿床包括侏罗纪朱溪W-Cu矿，矿体主要赋存于石炭系-二叠系厚层灰岩夹碳质页岩、白云质灰岩中，矿化规模较大(Pan et al.,2017；于全等，2018)；白垩纪个旧Sn-Cu矿主要赋存于厚层的三叠系个旧组碳酸盐岩中(杨宗喜等，2008；Mao et al.,2013)。但是我们通过区域资料对比发现，研究区赋矿围岩主要为金水口岩群，其岩石类型主要为片麻岩、角闪岩及大理岩(图1和图2)，其中大理岩以层状和条带状分布。这与华南板块大量的厚层泥盆系-三叠系灰岩中不同，所以拉陵灶火矽卡岩铜多金属矿床受地层围岩控制程度较大。研究区矽卡岩矿床主要矿体都以层状为特征，受层状碳酸盐岩分布严格控制，这在成矿岩体附近含碳酸盐岩地层找矿有一定的指示意义。

大多数矽卡岩矿床一般具有空间分带，从与大理岩接触处的岩体内矽卡岩蚀变到近端石榴石，再到远端辉石和符山石(或硅灰石、锰硅灰石或蔷薇辉石)(Meinert et al.,2005;Chang et al.,2019)。矽卡岩矿床可以被认为是一个围绕主题的多变体，而这个中心主题就是大多数矽卡岩是具有分带性的。对于矿床勘探来说，在矿床规模上分带性是最有用的勘查工具。例如典型矽卡岩铜矿的分带模式中石榴石/辉石比值越靠近岩体越增加，石榴石和辉石的外观(颜色和结构)将发生变化，远端辉石带将比近端辉石带具有更多钙铁质和钙锰质成分(图8)。这些可预测的模式可以有效地用于矿床规模上的勘探(Meinert et al.,2005)。相比之下，拉陵灶火矽卡岩铜多金属矿床由于其赋矿围岩的特性而不具有典型的空间分带规律。矿体受大理岩产状影响而呈层状和似层状(图8)。值得注意的是，矿区石英闪长岩侵入金水口群中，并捕掳大理岩块体，在岩体内形成包裹的矿体。这也表明拉陵灶火矽卡岩铜多金属矿床与石英闪长岩具有密切的成因联系。矿区勘探除了注重常见的外矽卡岩区域(例如矿体MⅠ、MⅡ、MⅢ和MⅣ；图1)，还应加强对岩体内大理岩捕掳体形成的矿体的勘查。

5 结论

(1)拉陵灶火矽卡岩型铜多金属矿床以层状、似层状产出于金水口岩群和石英闪长岩体中。矿床存在四个热液阶段，分别为进化矽卡岩阶段、退蚀变矽卡岩阶段、铜钼硫化物阶段和石英碳酸盐阶段，其中进化矽卡岩阶段石榴子石由核到边的主量元素变化表明该阶段流体氧逸度逐渐增高。

图8 拉陵灶火矽卡岩型铜多金属矿床与典型矽卡岩铜矿床成矿模型对比图(修改自Meinert et al.,2005)

(2)矿床石榴石以钙铁榴石端元组分(Ad56～Ad86)为主，辉石为钙铁辉石(Hd54～64Di31～41Jo4～5)且Mn/Fe比值<0.1(0.07～0.09)，这与典型矽卡岩铜矿床特征一致。矽卡岩矿物组分还与典型的矽卡岩钼和金矿床相似，且辉石成分更符合矽卡岩钼矿床的特征，因此矿床开采过程中应考虑对铜、钼、金矿化的综合利用。

(3)拉陵灶火矽卡岩铜多金属矿床矿体都以层状为特征，受层状碳酸盐岩分布严格控制。矿床与石英闪长岩具有密切的成因联系，矿区勘探除了注重常见的外矽卡岩区域，还应加强对岩体内大理岩捕掳体形成的矿体的勘查。