云南腾冲腊菜河铁多金属矿地质特征及矿床成因

赵献昆, 王崇军, 胡登攀

(1.中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司, 昆明 650051; 2.云南铜业矿产资源勘查开发有限公司, 昆明 650051)

腾冲地区是云南省重要的多金属成矿区,区内矿产资源丰富,包括铁、锡、钨、铅、锌、铜等。前人在区内已做过大量勘查及研究工作,普遍认为区内铁、钨、锡多金属矿成矿作用与燕山期花岗岩有关[1-5],矿床类型主要以矽卡岩型(接触交代型)、云英岩型为主,少量为伟晶岩型、岩浆热液型。腊菜河铁多金属矿位于腾冲市350°方向约60 km处,大地构造位置属冈底斯-念青唐古拉褶皱系伯舒拉岭-高黎贡山褶皱带古永-盏西褶皱束北段,为西南三江成矿带南段腾冲-盈江多金属成矿带中典型的矽卡岩型矿床。通过野外地质调查,室内岩相学、矿相学研究,同时结合对腊菜河铁多金属矿地质特征、矿物组合、矿化蚀变、成矿阶段的分析,探讨其成因,总结找矿标志,以期为矿区找矿提供方向。

1 区域地质背景

三江地区属环特提斯构造域的重要组成部分,受印度洋板块、欧亚板块、太平洋板块影响,该区经历了特提斯洋形成、印度-欧亚大陆碰撞、高原隆升等复杂演化过程,其大地构造演化过程总体可划分为古元古代结晶基底形成、新元古代-早古生代构造演化、古特提斯地史演化、燕山期陆内伸展变形、喜马拉雅地史阶段5个阶段[6-9]。古元古代结晶基底形成阶段形成了高黎贡山群深变质岩。新元古代-早古生代地壳隆升,地层缺失。二叠纪时期(古特提斯地史演化阶段)形成一套碳酸盐岩建造和砂泥质复理石夹火山岩建造。晚三叠世,古特提斯洋关闭,开始大规模隆升,发生褶皱造山作用。早白垩世-晚白垩世(陆内伸展变形阶段)由于印度板块俯冲碰撞,地壳增厚,上地壳熔融,发生了大规模酸性岩浆侵入活动,同时伴随广泛的岩浆-热液成矿作用,区内铁、钨、锡等多金属矿的形成均与该阶段酸性岩浆侵入有关[10-12]。喜马拉雅早期(古近纪)该区以西发生大规模偏碱性花岗岩浆侵入,同时伴有钨、锡、稀有金属成矿[13]。

2 矿区地质

2.1 地层

区内主要出露上古生界上石炭统丁家寨组中段(C3d2)、上段(C3d3)(图1),中段(C3d2)为钙质粉砂、泥质粉砂岩、黏土质泥岩夹灰岩、泥灰岩透镜体,厚度>1 200 m;上段可细分为两层,一层(C3d3-1)为灰岩,局部夹泥质条带,为主要含矿层,厚0～160 m,二层(C3d3-2)为灰黑色含炭泥质粉砂岩夹白云质灰岩,角岩化强烈,厚50～164 m。

1为上石炭统丁家寨组上段二层;2为上石炭统丁家寨组上段一层;3为上石炭统丁家寨组中段;4为左家寨单元细粒二云花岗岩;5为青草岭单元紫苏石英二长闪长岩;6为断层;7为向斜;8为地质界线;9为Ⅰ号矿带矽卡岩/矽卡岩矿体;10为Ⅱ号矿带黑钨矿体

2.2 构造

区内褶皱构造简单,主要发育NE向大西山向斜,向斜核部为丁家寨组上段(C3d3),两翼为丁家寨组中段(C3d2),NW翼倾角40°～60°,SE翼倾角65°～70°,为一倒转倾伏向斜。矿体主要产出于向斜转折端NW翼岩体侵入部位。区内断裂构造相对发育,包括F1、F3及次级断裂,Fl走向NE,倾向NW,倾角较陡,北部见数米宽挤压破碎带,中南部可见厚1～10 m(局部数十米)宽矽卡岩产出,局部见细粒花岗岩脉侵入。F3为一低角度逆断层,总体走向NE,倾角约30°,断距数十米,平面显示为一不规则弧形。

2.3 岩浆岩

区内岩浆活动强烈,由云峰山、小龙河、小团山岩序(共计9个单元)和独立的青草岭单元组成,属古永岩群的一部分[14],岩序间多呈侵入接触。矿区主要出露小团山岩序左家寨单元中细粒二长花岗岩(K25zxy),面积>2 km2,岩体多呈岩枝、岩脉状产出,为区内侵入时代最晚的岩体,其与地层常直接接触,导致围岩多发生角岩化、大理岩化蚀变,而其自身常伴随钾长石化。岩体与碳酸盐岩地层接触部位矽卡岩化强烈,与成矿关系密切。

3 矿床地质特征

3.1 矿体地质特征

区内已发现矽卡岩型铁多金属矿体6条,分为2个矿带,Ⅰ号矿带位于矿区南部,矿化以铁、钨、锡为主,次为铅、锌,为区内主要矿体;Ⅱ矿号带位于矿区北部,为钨矿化,规模较小。

Ⅰ号矿带由Ⅰ-1白钨矿矿体、Ⅰ-2锡矿矿体、Ⅰ-3铁矿矿体、Ⅰ-4铅锌矿体4条矿体组成(图2),矿体主要产于二长花岗岩与丁家寨组上段一层(C3d3-1)大理岩接触带及附近,少量见于二层(C3d3-2)及中段(C3d2)碎屑岩中。Ⅰ号矿带整体走向NE,倾向SE,倾角变化较大,为5°～70°,总体上近岩体较平缓,远离岩体较陡。各矿体大小、规模、形态不一,主要呈透镜状、似层状、囊状、脉状分布,一般顺层产出,局部亦见穿层产出,矿体沿走向、倾向延深较差,具分叉复合、膨大收缩、尖灭再现现象。矿体产出主要受地层、岩性、花岗岩空间形态等因素控制,在岩体隆起部位或岩枝与地层接触部位成矿元素更加富集。矿体上盘围岩主要为大理岩,具绿帘石化、矽卡岩化、角岩化、硅化,下盘围岩一般为花岗岩或矽卡岩。各矿体特征见表1。

表1 Ⅰ号矿带主要矿体特征

1为第四系;2为上石炭统丁家寨组上段二层;3为上石炭统丁家寨组上段一层;4为上石炭统丁家寨组中段;5为小团山岩序左家寨单元;6为断层;7为地质界线;8为钨矿体;9为锡矿体;10为铁矿体;11为铅锌矿体;12为钻孔

Ⅱ号矿带由二条石英脉型黑钨矿组成,矿体均产于上石炭统丁家寨组中段(C3d2)角岩化粉砂岩中,总体受一组近SN向的张性断裂控制,产状260°～270°∠55°～70°,控制长度约200 m,厚度3～5 m。WO3(三氧化钨)平均品位0.38%,脉宽一般5～30 cm,最宽达1～1.5 m,可见黑钨矿呈细粒板柱状产出;局部还可见细脉状、条带状锰矿化、电气石化。蚀变以硅化、云英岩化为主,局部见萤石化。

3.2 矿石特征

3.2.1 矿物组成

矿石中金属矿物主要有磁铁矿、白钨矿、黑钨矿、锡石[图3(a)、图3(b)],次要矿物为黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、辉钼矿、磁黄铁矿、赤铁矿等。主要脉石矿物有石榴子石、透辉石、绿帘石、绿泥石、硅灰石、符山石、石英、方解石、绿泥石等,具典型的矽卡岩矿物组合特征。

Mag为磁铁矿;Py为黄铁矿;Sch为白钨矿;Ccp为黄铜矿;Tet为黝铜矿;Sph为闪锌矿;Grt为石榴子石;Pl为斜长石;Kfs为钾长石;Bit为黑云母;Ms为白云母;Ep为绿帘石;Chl为绿泥石;Cal为方解石;Di为透辉石;Zo为黝帘石;Q为石英

3.2.2 结构构造

矿石结构主要为自形-半自形结构、乳浊状结构,粒状变晶结构、交代-交代残余结构。

矿石构造主要有浸染状、条带状构造、块状构造、斑杂状构造,常见细粒半自形-它形粒状磁铁矿、白钨矿、锡石呈星散状、稀疏浸染状嵌布于矿石中。

3.3 围岩蚀变特征

区内围岩蚀变复杂,主要发育钾长石化[图3(f)]、云英岩化[图3(g)]、矽卡岩化[图3(h)、图3(i)]、硅化、钠长石化、萤石化等。根据蚀变矿物种类、含量的不同,自岩体向外,可划分为4个蚀变带。①钾长石化云英岩化二长花岗岩带:位于最内侧,二长花岗岩发生轻微矽卡岩化、钾长石化、云英岩化,矿物成分主要为石英、斜长石、黑云母、钾长石、透辉石、绿帘石、绿泥石,岩体多由原来的浅灰白色被改造为肉红色、浅灰白夹肉红色;②矽卡岩带:颜色明显加深,呈墨绿色、深褐色,矿物主要为石榴子石、透辉石,自形-半自形结构,块状构造,矽卡岩内有少量磁铁矿形成;③矽卡岩矿石带:呈深绿色,矿物成分主要为硅灰石、符山石、透辉石、透闪石、石榴子石、绿帘石、绿泥石等,其中符山石-透辉石-透闪石组合与铅锌矿化、白钨矿化、锡石矿化关系密切,透辉石-绿泥石组合与磁铁矿化关系密切;④大理岩带:常见于丁家寨组上段一层(C3d3-1)灰岩、泥质灰岩中,为受岩体侵入热变质重结晶形成,越靠近岩体,矽卡岩外带大理岩化越强烈,粒度越粗,远离岩体,粒度变细,且多见灰绿色泥质条带残留。

3.4 成矿阶段划分

根据野外调查及室内矿相学、岩相学研究,将矿区成矿过程划分为干矽卡岩、湿矽卡岩、氧化物、铅锌硫化物4个成矿阶段,反映了成矿温度由高到低的变化规律,各阶段矿物组合及生成顺序如图4所示。

图4 腊菜河矿区各阶级矿物组合及生成顺序

1)干矽卡岩阶段。二长花岗岩岩浆沿构造薄弱部位上侵,早期富含钾质、铁质、硅质的岩浆热液与富含钙、镁组分的碳酸盐围岩发生交代作用,形成内、外干矽卡岩带,矽卡岩矿物以石榴子石、透辉石、硅灰石等无水粒状、岛状硅酸盐矿物为主,此阶段基本无矿化发生。

2)湿矽卡岩阶段。随着岩浆进一步演化,富含F、Cl等携带金属能力较强的高温、高盐度气水热液逐渐生成,在OH-以及H2S等还原物质的参与下发生酸性淋滤,交代早期矽卡岩化形成的透辉石、钙铝榴石等矿物,形成透闪石、阳起石、绿帘石、绿泥石等含水链状硅酸盐矿物,至此矽卡岩化基本结束,该阶段见磁铁矿及少量钨、锡矿化。

3)氧化物阶段。随热液温度逐渐降低,并有少量天水加入,常形成云母类矿物和少量长石类矿物及石英,叠加于早阶段蚀变之上。该阶段为铁、钨、锡主要生成阶段。

4)石英硫化物阶段。天水大量加入,与岩浆热液发生混合,金属硫化物开始大量沉淀,并见大量石英、方解石、绿泥石等热液矿物。该阶段金属硫化物主要有黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿。石英及金属硫化物主要呈细脉状、浸染状充填、交代早期形成的复杂矽卡岩,少量延伸至外围大理岩、角岩中。

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床成因

燕山晚期,古永岩体左寨单元二长花岗岩呈小岩株、岩脉状高位侵入丁家寨组碳酸盐岩中,随着花岗岩冷凝结晶,生成大量高酸碱度,并富含挥发分及W、 Sn等成矿元素的气水溶液,同时,伴随区域性左旋剪切,在腊菜河矿区形成次一级的北东向断裂及大量节理、裂隙,汇集于顶部的岩浆热液沿此构造薄弱部位与碳酸盐岩围岩发生双交代作用,形成矽卡岩。随着热液物理化学条件的改变,湿矽卡岩阶段及氧化物阶段热液中W、Sn、Fe在岩体与围岩接触面附近大量沉淀,形成具有工业意义的磁铁钨锡矿体,部分热液沿早期形成断裂继续向上运移,在合适部位沉淀形成脉状矿化。在流体演化晚期,天水下渗萃取地层中的Pb、Zn加入热液系统,热液由碱性变为酸性且更加富集还原S,于是在石英硫化物阶段,热液中的成矿元素以硫化物的形式沉淀富集于早期磁铁钨锡矿体的外部,形成铅锌硫化物矿(化)体。腊菜河铁多金属矿为典型的与燕山期花岗岩有关的接触交代矽卡岩型矿床。

4.2 找矿标志

通过野外调查和室内研究,将矿区找矿标志总结如下。

1)地层岩性标志。区内上石炭统丁家寨组上段一层(C3d3-1)碳酸盐岩是铁多金属矿产出的主要层位,特别是与中酸性侵入岩接触部位是重点找矿靶区。

2)岩浆岩标志。燕山期古永岩体左寨单元二长花岗岩为成矿岩体,岩体的出现与成矿关系密切。

3)围岩蚀变标志。与矿化有关的蚀变主要有透辉石化、透闪石化、绿帘石化、绿泥石化等矽卡岩化,此类围岩蚀变组合与铁、钨、锡矿化息息相关。

4)与围岩相比,矿体、矿化体具有明显的高极化率、低电阻率、强磁性等物探异常,可作为找矿的间接标志。

5 找矿前景

本区属西南三江成矿带南段波密-腾冲锡铜铅锌多金属成矿带[12],区内碳酸盐岩地层发育,印支-燕山运动产生的强烈褶皱、断裂和大规模中酸性岩浆侵入活动,为区内成矿提供了良好地质条件。目前,区内已知矿种除铁外,还伴生有钨、锡、铅、锌、银等。已有资料分析表明,本区还具有寻找原生或次生稀有金属矿床的潜力。通过与华南典型稀有金属成矿带栗木稀有金属花岗岩带岩体化学特征[15]对比表明,其地球化学特征相似,均为亚碱性过铝质花岗岩,岩体富含稀有金属元素,稀土总量较高,Rb/Sr、Rb/Ba比值较大,Nb/Ta和Zr/Hf比值较小,Eu强亏损,本区岩体Rb、Y及部分重稀土元素更加富集[16]。另外,在矿区南部已发现的与新生代百花脑-来利山复式花岗岩基有关的百花脑稀有金属矿床,矿化岩体南北长超过6 000 m,东西宽近400 m,稀有金属资源量可观。Rb2O达126 908 t,Cs2O达19 181 t,Y2O3达16 579 t,Sc达1 779 t,Ta2O5达2 632 t,Li2O达33 824 t[17],矿化岩体普遍发育厚达30 m的风化壳,围岩蚀变以钠长石化、天河石化、云英岩化、黄玉化为主。腊菜河矿区与百花脑矿区地处位于同一纬度,属亚热带气候,风化作用强烈,风化壳较厚,对稀有金属元素有较强的吸附作用,岩体顶部云英岩化、钠长石化发育,F含量极高,在流体演化过程中,对Rb、Y、Nb、Ta等稀有金属具有较强的富集能力,已有化学分析结果显示,岩体Rb含量平均为728.5×10-6[16],已达边界品位。

6 结论

腊菜河铁多金属矿为典型的接触交代矽卡岩型铁多金属矿,矿体主要受二长花岗岩与大理岩接触带控制,自岩体向外可划分为钾长石化云英岩化二长花岗岩带、矽卡岩带、矽卡岩矿石带、大理岩带4个蚀变分带,其成矿过程可划分为干矽卡岩阶段、湿矽卡岩阶段、氧化物阶段、铅锌硫化物阶段4个成矿阶段。区内花岗岩体富含Rb、Y、Nb、Ta等稀有金属元素,具有寻找原生或次生稀有金属矿床的潜力。