甘肃北山白山堂铜矿床地球化学特征及其对找矿的启示.pdf

第 卷 第 期 年 月资源环境与工程 .收稿日期:改回日期:责任编辑:孙腾资助项目:国家科技支撑计划重点项目()第一作者:邓杰()男 硕士 矿床学专业 从事地质矿产勘查与管理工作 :通信作者:吕新彪()男 教授 博士 矿产勘查专业 从事地质矿产教学与研究工作 :张克俭 甘肃省金塔县白山堂铜矿初步勘探地质报告 邓杰吕新彪孙腾等.甘肃北山白山堂铜矿床地球化学特征及其对找矿的启示.资源环境与工程():.():.甘肃北山白山堂铜矿床地球化学特征及其对找矿的启示邓 杰 吕新彪 孙 腾 莫亚龙(.湖北省地质调查院湖北 武汉 .中国地质大学(武汉)湖北 武汉.云南旅游职业学院云南 昆明)摘 要:白山堂铜矿床在北山地区具有代表性 已达到中型规模 在野外调查基础上 采集矿区内各类岩浆岩和铜矿石样品 开展稀土元素、同位素和 同位素分析测试 探讨该矿床的成矿物质来源以及各类岩浆岩与成矿的关系 研究表明 矿区主要发育 期岩浆岩 即晚泥盆世流纹质浅成侵入岩和早二叠世斜长花岗斑岩、花岗岩 它们具有相似的稀土元素配分模式 前者具有高(/)()和较低的()()为 型花岗岩类 后两者具有较低的(/)()和近于 的()()为 型花岗岩类 矿石中硫化物 为 石英 为 、为 反映成矿物质和流体主要来源于岩浆系统综合矿床产出与矿化特征 认为白山堂铜矿床成矿与斜长花岗斑岩和花岗岩具有更密切的成因关系 基于上述研究 指出在白山堂矿区深部及外围应重点围绕斜长花岗斑岩和花岗岩形成的矿化系统部署找矿工作关键词:白山堂铜矿床 稀土元素 同位素 同位素 北山地区中图分类号:.文献标识码:文章编号:():./.北山地区横跨新疆、甘肃和内蒙古区域地层出露较完整不同尺度构造和岩浆活动较为发育并在甘肃境内发育了公婆泉、白山堂两个中型铜矿床 该地区成矿地质条件与东天山地区相似 但找矿勘查成果不如后者(已相继发现多个大型铜矿床)显然加强北山地区已知矿床的研究十分必要目前对公婆泉铜矿床的成因认识较为一致均认为其属于斑岩型 而白山堂铜矿床自 年被发现以来对其成因的认识长期存在分歧出现过中高温岩浆热液型、斑岩型、矽卡岩型斑岩型过渡型等不同观点 前人对白山堂铜矿床开展了一定程度的研究如张克俭根据矿体与流纹质浅成侵入岩具有较为紧密的空间关系判断成矿可能与此岩体有关王伏泉研究了流纹质浅成侵入岩和斜长花岗斑岩的稀土元素特征及 同位素年龄认为两者源岩不同成矿作用主要与后者有关聂凤军等通过岩石地球化学研究指出流纹质浅成侵入岩为高钾钙碱性系列具 型花岗岩特征而斜长花岗斑岩为钙碱性高钾钙碱性系列具 型花岗岩特征陕亮等 佐证了王伏泉的观点并认为该矿床属热液脉型矿化 笔者在整理前人资料和野外调查过程中发现矿区南侧的石板泉花岗岩体周围发育一系列矿点(如卡铜山、大石山铜矿点大红山、二道红山、石板泉铜铁矿点刀背山铅金矿点等)并且白山堂铜矿床的 个矿带大致呈环形分布认为矿区内斜长花岗斑岩可能与南部的花岗岩具有同源性成矿可能与南部的花岗岩及其岩枝具有成因关系并认为白山堂矿区外围具有较大的找矿潜力本文在野外调查和前人研究基础上对白山堂矿区内 种岩浆岩(流纹质浅成侵入岩、斜长花岗斑岩、花岗岩)和铜矿石开展研究通过系统分析它们的稀土元素、同位素、同位素组成特征探讨该矿床的成矿物质来源以及各类岩浆岩与成矿的关系为该地区进一步部署找矿工作提供依据 区域地质背景白山堂铜矿床位于北山地区南部行政区划隶属于甘肃省酒泉市金塔县距酒泉约 该矿床大地构造位置处于马鬃山地块的东南缘(图)以黑山碱泉子深大断裂为界向南为花牛山地体和柳园大奇山地体 白山堂地区出露的地层主要有震旦系铅炉子沟群和白垩系赤金堡群前者以石英片岩为主夹斑点片岩、二云母片岩、透辉石石英岩和透镜状大理岩等后者主要由砂岩、粉砂岩等一套陆相沉积碎屑岩等组成 区域断裂构造十分发育近 向断裂规模较大与区域主构造线方向较为一致多为逆断层 向断裂为次一级构造主矿体主要受次级构造控制 区内主要发育海西期侵入岩次为印支期侵入岩多呈岩基、岩株、岩枝状产出总体呈近 向分布其中海西期侵入岩的岩性主要有花岗岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、闪长岩、辉长岩等 矿区南部发育石板泉花岗岩体其周边构造有利部位分布有一系列矿点早泥盆世时期北山地区由于南部洋盆双向俯冲而发生闭合(型俯冲)中晚泥盆世时期该区处于后碰撞阶段晚泥盆世早石炭世时期该区因 向拉张而形成北深南浅的箕状凹陷中晚石炭世时期该区受挤压作用影响沿大陆壳基底断裂发生 型俯冲呈现强烈的不均匀上隆导致大规模的混合岩化和岩浆侵位并于晚石炭世发育以中酸性火山喷发和陆源碎屑堆积为特征的上叠盆地早二叠世时期区域内再次处于后碰撞阶段由于 向拉张而形成双峰式火山岩 上述构造演化过程奠定了北山地区南带的基本构造格局 矿床地质特征白山堂矿区出露地层主要为震旦系铅炉子沟群因位于白山堂背斜北翼总体倾向(图)岩浆岩主要包括流纹质浅成侵入岩、斜长花岗斑岩和花岗岩 流纹质浅成侵入岩主要分布于矿区东部和西部在空间上与矿体关系密切是由流纹斑岩、英安斑岩、石英粗面岩、角砾熔岩等组成的杂岩体主要形成于晚泥盆世 且岩体中溶蚀、交代、重结晶及波状消光等现象明显 斜长花岗斑岩主要呈岩墙状分布于矿区东部和西部为早二叠世侵入体 矿区南部为大面积的花岗岩形成于早二叠世岩体中交代溶蚀现象不明显 矿化及蚀变主要呈环状分布其下部隐伏有花岗岩但花岗岩的形态和规模尚未完全控制工业矿体主要分布在矿带沿 向断裂展布 截至 年矿带中共圈定 个大小不一的矿体包括 个铜矿体、个铜铅矿体、个铅矿体、个铅锌矿体、个锌矿体 矿体赋存于次生石英岩中上盘一般为流纹质浅成侵入岩下盘一般为黄铁矿化绢云石英片岩、绿泥石英片岩 其中矿带最大的铜矿体倾向 倾角 呈脉状或透镜状长约 斜长约 厚.(平均厚.)品位为.(平均品位为.)矿石中金属矿物主要为黄铜矿、磁黄铁矿和黄铁矿其次为赤铁矿、磁铁矿、方铅矿和毒砂等还含有极少量闪锌矿、辉铜矿等 非金属矿物主要为石英其次为绢云母、绿泥石和方解石等 矿石构造主要有脉状构造、细脉浸染状构造、块状构造等矿石结构主要有粒状结构、固溶体分解结构、交代结构等广泛的围岩蚀变是矿区重要的地质特征在次火山岩体与环状岩墙之间的广阔地带围岩均不同程度地遭受蚀变主要有硅化、黄铁矿化、绿泥石化、绢云母化、绿帘石化、碳酸盐化等叠加金属硫化物矿化 与铜矿化密切有关的是硅化和绿泥石化铜矿体毫无例外地产在硅化形成的次生石英岩中但不同时具有绿泥石化铜矿化一般也不强而强烈绿泥石化形成的绿泥石岩中也仅形成一些小矿体 采样与测试结果.采样及测试方法本次研究在矿区地表和井下采集了多个岩浆岩和铜矿石样品用于检测稀土元素、同位素、同位素组成其中采集了 件流纹质浅成侵入岩样品、件斜长花岗斑岩样品、件花岗岩样品、件矿石样品进行稀土元素检测从 件代表性矿石样品挑选出黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、方铅矿单矿物用于 同位素检测从 件代表性矿石中挑选出石英单矿物用于 同位素检测选择 件花岗岩样品用于 同位素检测 同时收集了前人关于该矿区岩浆岩和矿石的分析测试资料 一起用于分析讨论稀土元素分析测试在湖北省地质实验测试中心完成 将样品粉碎、研磨至约 目后送检样品前处理资源环境与工程 年 图 白山堂铜矿床区域构造位置()及地质简图()()()采用酸溶法分析采用 法分析仪器为 同位素分析测试在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成 从铜矿石中挑选纯净的硫化物(黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿)单矿物在玛瑙钵研磨至 目后送检采用 作氧化剂制备 质谱法检测分析仪器为 以 为标准分析精度优于.同位素分析测试在中国地质科学院矿产资源研究所同位素实验室完成 石英黄铜矿磁黄铁矿黄铁矿组合是铜矿石最主要的矿物组合选择石英进行 同位素分析 从铜矿石中挑选纯净的石英单矿物后送检采用爆裂法和 还原法制氢平衡法制氧质谱法检测成分组成分析仪器是 和 均以 为标准分析精度为、为.同位素分析测试在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成 将样品研磨至 目后送检采用 混合酸溶样 阳离子交换树脂和 特效树脂分离、纯化 和 然后用热电离质谱仪()进行 和 同位素比值测量同位素比值分析精度优于.具体实验流程参见参考文献.稀土元素特征样品稀土元素分析结果见表 矿区 种岩浆岩和矿石的稀土元素组成具有以下特征:()各种岩浆岩具有相似的稀土元素球粒陨石标准化配分模式(图)均为轻稀土元素()相对富集(/为.)、强负 异常(为.)的右倾型(/主要为.)尤其是斜长花岗斑岩和花岗岩的稀土元素配分曲线极为相似说明两者可能同源()矿石与斜长花岗斑岩和花岗岩的稀土元素配分曲线存在差异(图)/主要为.主要为.表明成矿流体的第 期邓 杰等:甘肃北山白山堂铜矿床地球化学特征及其对找矿的启示书 书 书?资源环境与工程 年 图 岩浆岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线 图 矿石稀土元素球粒陨石标准化配分曲线 稀土元素组成相对于岩浆岩发生了分异或混合改造()在用于判别岩浆岩部分熔融和分离结晶作用的/图解(图)中可见流纹质浅成侵入岩的 含量与/比值呈正相关关系表明部分熔融是影响其成分组成的主要过程而斜长花岗斑岩和花岗岩相似/比值比较稳定表明两者的成分组成主要受分离结晶作用控制也说明了两者具有同源性()矿石稀土元素总量()主要为.远低于斜长花岗斑岩(.)和花岗岩(.)与矿石中稀土元素主要存在于各种矿物的包体相中有关 图 岩浆岩/图解 /.同位素特征样品 同位素分析结果见表 矿区铜矿石中硫化物的 同位素组成具有以下特征:()硫化物的 同位素组成较稳定 变化范围为 .平均值为.离差为.说明白山堂铜矿床具有均一程度较高的硫源并且在硫化物结晶沉淀过程中没有引起成矿流体中 同位素的强烈分馏()该矿床主要发育黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿等硫化物这种硫化物组合指示主矿期成矿流体可能具有还原性、其含硫相以 为主用黄铁矿的(.)可以近似的代表成矿流体的总硫组成 指示成矿流体的 为接近于 的负值()根据矿石 同位素组成特征推断白山堂铜矿床的 可能以岩浆硫为主表 矿石中硫化物 同位素组成 样号测试矿物/黄铁矿.黄铜矿.方铅矿.黄铁矿.方铅矿.黄铜矿.磁黄铁矿.磁黄铁矿.磁黄铁矿.同位素特征样品 同位素分析结果见表 将石英 换算为 时采用公式:.第 期邓 杰等:甘肃北山白山堂铜矿床地球化学特征及其对找矿的启示.()由表 可知矿石中石英的 .数据点落在 图解的原生岩浆水区域左下角(图)说明成矿流体以岩浆水为主混有少量大气水表 矿石中石英 同位素组成 样号采样位置/数据来源矿带矿体.矿带矿体.矿带矿体.矿带矿体.矿带矿体.矿带矿体.线矿体.陕亮本文图 矿石中石英 图解 .同位素特征样品 同位素分析结果见表 可知流纹斑岩(/)变化于.均值为.斜长花岗斑岩(/)为.均值为.花岗岩(/)变化于.均值为.流纹斑岩()为.斜长花岗斑岩()为.花岗岩()为.流纹斑岩具有高(/)和较低的()表明其可能经过上地壳重熔形成 结合聂凤军等认为该类岩浆岩具有高钾钙碱性、强过铝质特征陕亮在该类岩浆岩中发现了前寒武系基底的继承锆石可判断流纹斑岩为 型花岗岩类 斜长花岗斑岩和花岗岩具有较低的(/)和近于 的()并具有高钾钙碱性、弱过铝质特征表明两种岩浆岩的形成可能与地幔物质有关为 型花岗岩类 上述判断与()(/)图解的投图结果(图)一致 讨论.成矿流体性质一般来说后期变质或蚀变作用很难使岩石或矿石的稀土元素配分模式发生明显改变尽管流体淋滤作用可以导致岩石或矿石的稀土元素配分模式发生一定改变但通常是离子半径较大的轻稀土元素和 相对于重稀土元素更容易被流体带出造成岩石或矿石出现轻稀土元素和 亏损的情况 而白山堂铜矿床的矿石具有低稀土元素总量并显示出轻稀土元素相对富集、弱负 异常(个别样品为弱正 异常)的稀土元素配分模式(图)与上述情况明显不同表 岩浆岩 同位素组成 岩性年龄/(/)/()资料来源流纹斑岩斜长花岗斑岩花岗岩.陕亮王伏泉本文 注:/误差为 /误差为/误差为./误差为/和/比值根据微量元素来计算年龄据邓杰的成果资源环境与工程 年 图 岩浆岩()(/)图解(底图据参考文献)()(/)因此矿石的稀土元素组成特征代表了成矿流体的稀土元素组成特征 矿石与斜长花岗斑岩和花岗岩的稀土元素配分模式具有相似性又存在差异后两者稀土元素总量更高、亏损程度更大表明成矿流体可能源自于岩浆岩但相对于岩浆岩发生了分异或混合改造一般认为高温流体()具有显著的正 异常和高轻稀土元素分异特征 并认为是高温流体与周围斜长石之间发生离子交换所致 因此白山堂铜矿石的稀土元素组成特征反映出成矿流体可能具有中高温度 白山堂铜矿床最普遍的共生硫化物为黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿指示主成矿期成矿流体具有还原性同时磁黄铁矿黄铜矿毒砂高温组合和黄铜矿黄铁矿方铅矿中温组合以及矿相中存在黄铜矿闪锌矿和磁黄铁矿镍黄铁矿固溶体分解结构等进一步反映了成矿流体具有中高温以及相对还原的性质.成矿作用与岩浆岩的关系白山堂地区出露有 期岩浆岩即晚泥盆世浅成侵入岩(如流纹斑岩)、早二叠世斜长花岗斑岩和花岗岩前者为过铝质 型花岗岩结合其大约 的()和.的(/)可判断其具有上地壳重熔成因而后两者为 型花岗岩其小负小正的()和.的(/)反映了其具有幔源或派生岩浆成因值得注意的是矿区南部的石板泉花岗岩体与震旦系铅炉子沟群和石炭系红柳园组接触部位发育了一系列矿化点发生矿化的石炭系红柳园组的时代晚于晚泥盆世岩浆岩说明成矿作用不可能与晚泥盆世岩浆岩有关 流纹质浅成侵入岩虽然在矿带为近矿围岩或矿体的寄主岩石但普遍发育溶蚀、交代、重结晶及波状消光等现象表明其在成岩期后遭受过较强的叠加改造作用而这一事件最可能是早二叠世岩浆作用的结果 矿区内矿化和蚀变是近似呈环状展布的而非受到晚泥盆世岩浆岩的严格控制同时前人勘查钻孔证明矿化和蚀变下部存在隐伏花岗岩体进一步指示成矿可能与花岗岩有关白山堂铜矿床的矿石 同位素组成特征指示了成矿流体主要来源于岩浆系统因此认为该矿床的形成很可能与早二叠世斜长花岗斑岩和花岗岩有关.对找矿勘查的启示白山堂铜矿床的形成是构造、岩浆与含矿热液相互耦合的结果 晚泥盆世北山地区处于后碰撞伸展阶段形成的火山管道和 向、近 向断裂等在岩石建造中开辟了构造薄弱空间上地壳重熔形成的岩浆沿这些薄弱部位上涌形成流纹质浅成侵入岩墙至早二叠世区域再次进入后碰撞伸展阶段岩石圈地幔发生部分熔融在高氧逸度环境下源区的 通过氧化作用富集到岩浆中随着岩浆的演化和上侵分离出中高温、还原性、含 较高的含矿热液 含矿热液上升至流纹质浅成侵入岩墙与下部片岩之间的构造薄弱部位时因物理化学条件改变而发生热液交代作用形成热液脉型铜多金属矿化并伴随形成次生石英岩带以及其他类型的围岩蚀变 与此同时岩浆广泛侵位形成了矿区范围内的斜长花岗斑岩脉和南部的花岗岩体 在成矿过程中流纹质浅成侵入岩墙可能充当了“盖层”将绝大部分含矿热液阻挡在岩墙之下造成矿体主要赋存于流纹质浅成侵入岩墙下部的次生石英岩带中这也是造成矿体、蚀变带与流纹质浅成侵入岩在空间上紧密相依的原因由于白山堂铜矿床的矿体与 向断裂、流纹质浅成侵入岩、次生石英岩有密切的空间关系早期普遍认为成矿与流纹质浅成侵入岩有成因联系因此部署勘查工作时主要围绕流纹质浅成侵入岩开展导致找矿成果十分有限 而本次研究认为成矿可能与斜长花岗斑岩和花岗岩的成因联系更为紧密流纹质浅成侵入岩仅仅是作为含矿围岩而已因此部署找矿工作时应聚焦于斜长花岗斑岩和花岗岩的成矿有利部位白山堂铜矿床为热液脉型矿化类型代表了岩浆热液系统演化到晚阶段的产物而非早期认为的斑岩型、矽卡岩型等矿化类型 但是矿区南部石板泉花岗岩体周围已发现了多个铜铁铅锌矿点成因类型为热液脉型、矽卡岩型、斑岩型等推测包括白山堂铜矿床在内的多金属矿化与石板泉花岗岩体之间存在成因联系甚至构成一个成矿系统 因此矿区及外围找矿工作应围绕斜长花岗斑岩和花岗岩展开第 期邓 杰等:甘肃北山白山堂铜矿床地球化学特征及其对找矿的启示综上所述在白山堂矿区深部及外围找矿不应受流纹质浅成侵入岩的限制应围绕斜长花岗斑岩和花岗岩进行 结论()白山堂铜矿床矿石中黄铁矿等硫化物 为.石英 为 、为.反映成矿物质和流体主要来源于岩浆系统 结合矿床产出特征判断该矿床为热液脉型矿化类型()白山堂地区主要发育 期岩浆岩即晚泥盆世流纹质浅成侵入岩和早二叠世斜长花岗斑岩、花岗岩前者具有高(/)(.)和较低的()(.)为 型花岗岩类后两者具有较低的(/)(.)和近于 的()(.)为 型花岗岩类 综合矿床矿化特征判断成矿与斜长花岗斑岩和花岗岩的成因联系更为紧密()在白山堂矿区深部及外围进行找矿时不应受流纹质浅成侵入岩的限制应重点围绕斜长花岗斑岩和花岗岩形成的矿化系统部署找矿工作参考文献:江思宏聂凤军刘妍等.北山公婆泉斑岩型铜矿床地球化学特征研究.地质地球化学():.游小毛.甘肃北山铜矿床成矿学研究.长沙:中南大学.朱云海陈升平.新疆北山石炭纪二叠纪火山岩岩石化学及构造环境分析.新疆地质():.左国朝张淑玲何国琦等.北山地区早古生代板块构造特征.地质科学():.刘雪亚王荃.中国西部北山造山带的大地构造及其演化/中国地质科学院地质研究所.中国地质科学院地质研究所文集().北京:地质出版社:.张发荣牛卯胜.甘肃北山地区成矿带划分及基本特征.甘肃地质学报():.黄崇轲白治朱裕生.中国铜矿床.北京:地质出版社.王伏泉.白山堂铜矿床两期有关岩体的 等时线年龄及其稀土配分特征.矿物岩石地球化学通报():.聂凤军江思宏白大明.北山地区金属矿床成矿规律及找矿方向.北京:地质出版社.陕亮.甘肃北山白山堂铜矿床地质地球化学特征及成因研究.武汉:中国地质大学(武汉).陕亮许荣科郑有业等.北山地区白山堂铜多金属矿区岩浆岩锆石 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