斑岩型铜矿研究进展及找矿

斑岩型铜矿床研究进展及找矿吉林大学地球科学学院2007.3斑岩型矿床（porphyrydeposits）是指品位低但规模大，且主要产于斑岩中及其内外接触带附近的细脉浸染型矿床。以斑岩性型铜矿最有意义。二十世纪初，在美国发现了第一个斑岩型铜矿，即至今仍负盛名的宾厄姆（Bingham）铜矿。以斑岩型铜矿为例。斑岩型铜矿床研究的重要性斑岩型铜矿是一种储量大、品位低、可大规模机械化开采的矿床。世界铜金属量超过5Mt和58个超大型以上规模铜矿（包括我国的玉龙和德兴）中有36个为斑岩铜矿。该类型储量占世界铜储量比例，由60年代的三分之一增长到目前的一半以上，世界铜产量的一半来自斑岩型铜矿。据世界103个大型矿床统计，单个矿床矿石储量平均可达550Mt，Cu平均品位0.4％，高可达0.8％,并能综合回收多种金属，如Mo、Re、Au、Ag、Pt、Pd等，具有巨大经济价值。在我国，斑岩型铜矿储量占全国铜矿总储量比例，由60年代的34％增长到目前的45％。我国4个特大型铜矿中有3个为斑岩型，2个超大型铜矿均为斑岩型。我国斑岩型铜矿床（含浅成低温热液型）分布斑岩型矿床、块状硫化物矿床、浅成低温热液矿床的广泛分布是环太平洋、特提斯和中亚三大巨型成矿域的共同之处，它们提供了贵金属与有色金属的重要来源，均跨入我国部分省区。环太平洋成矿域：华南德兴、紫金山，东北团结沟、东安、小西南岔等；特提斯成矿域：藏东江达地区，有玉龙、多霞松多、莽总、马拉松多等铜矿床等；中亚成矿域：中亚东部满洲里乌奴格吐山大型铜矿床、多宝山，额仁陶勒盖、四五牧场铜矿(浅成低温)，中亚西部哈萨克斯坦阿克图盖等超大型斑岩铜矿床、新疆土屋、蒙古额仁陶勒盖等；热液脉型4%铜镍硫化物矿床8%海相火山岩型10%沉积岩型12%矽卡岩型21%斑岩型45%我国主要铜矿床类型分布概况斑岩铜矿床理论研究现状是近50年来国内外地质学界讨论最多的热门矿床类型之一。由于这一时期国内外大量斑岩型铜矿的发现与开发实践，全球板块构造与斑岩型铜矿形成的联系，以及新技术新方法的应用，使人们对斑岩铜矿的分布、成因、定位、蚀变和物质来源等有了比以前更深入的认识。在这一时期国内外发表了大量文献和专著。斑岩型铜矿是一个研究程度较高的矿床类型，然而还有许多问题没有开清楚，有待进一步实践、总结提高。斑岩型金属矿床的特征(1)斑岩型金属矿床是“与侵入岩有关金属矿床”家族的重要成员之一，其形成作用与岩浆活动具密切时空分布关系。鉴于地壳演化与金属成矿作用的复杂性，在一些矿集区（或带）很难将斑岩型和其它侵入岩类金属矿床划分开来。到目前为止，尽管尚未找到一种较为简单的分类判别准则，但是矿床地质学家趋同认为，斑岩型金属矿床应具下述地质特征。斑岩型金属矿床的特征(2)矿化在斑状侵入岩及围岩中呈浸染状或细网脉状产出；无论在空间分布上，还是在形成时间上，金属矿化与浅成侵入岩具密切关系；大多数含矿侵入岩为钙碱或碱性岩浆岩系列；岩浆岩组合为斑状花岗闪长岩-花岗岩或闪长岩-正长岩；与钼矿床有关的侵入岩大都为钙-碱性长英质火成岩；含矿侵入岩体大都为复式侵入杂岩，金属矿化仅与其中某一期侵入岩有关；矿化与岩脉群和角砾岩管伴生，角砾组份复杂；含矿侵入岩体及围岩均遭受到强烈的断裂与破碎作用斑岩型金属矿床的特征(3)尽管大多数矿化地段受断裂控制，但是在一些矿床中，浸染状金属矿石占有很高的比例；尽管各金属矿床在热液蚀变类型、强度和规模等方面变化很大，但是代表性的蚀变带普遍存在，并具一定的分带性；在部分矿区，风化淋滤可以造成金属元素次生富集；绝大多数斑岩型铜矿床以规模巨大和品位偏低为特征，一般来讲，铜矿石储量至少为2000万吨，铜的品位为0.1%或更高；主要斑岩金属矿床类型为，斑岩铜矿床、斑岩铜钼矿床、斑岩铜金钼矿床、斑岩金矿床和斑岩钼矿床我国斑岩型铜矿床围岩蚀变特点①可分为面型和线型两种面型—岩体为中心(玉龙、城门山、乌奴格吐山)接触带为中心(德兴)线型—受构造控制，沿一定方向延伸(多宝山、东昆仑卡尔却卡、乌兰乌珠尔)②具有较强的石英化作用③似千枚岩化带最重要、最普遍④泥化带一般不发育(玉龙除外)乌奴格吐山铜(钼)矿床地质略图Q4-第四系；Clm-古生代安山岩、结晶灰岩；NiP-次英安质角砾熔岩；CiP-二长花岗斑岩；KiP-次流纹质晶屑凝灰熔岩；CB-黑云母花岗岩；ALöDL-安山玢岩、闪长玢岩；KP-流纹斑岩；I-H-水云母化带；Q-S-H-石英绢云母化带；Q-Kf-石英-钾长石化带；1-断层；2-环状断裂系统3-火山管道构造4-爆发角砾岩筒；5-地质界线；6-蚀变带界线；7-铜矿化；8-钼矿化多宝山铜矿围岩蚀变带线型分布构造环境大多数斑岩铜矿床都产在不同构造单元的交接部位，特别是大洋板块与古陆块俯冲带的陆块一侧。这些交接部位通常发育有深断裂，其切割深度可达岩石圈。大约有85%的斑岩铜金矿床与俯冲板块的张性构造活动有关，低角度和快速的板块俯冲是超大型斑岩铜金矿床形成的关键所在。部分地质学家也指出，斑岩铜矿床是局部岩浆活动的产物，与板块俯冲的角度和速率毫不相干。构造环境全球范围内三个重要的斑岩型铜矿成矿域环太平洋成矿域、特提斯成矿域、中亚成矿域含矿侵入岩特征大多数含铜金斑岩属安第斯型（Andinotype）（又可称I型或磁铁矿型）花岗岩类侵入岩。含矿侵入岩体的规模变化很大，它们既可呈群或带出现，也可作为单独的复式岩体存在，其侵位深度多为2km，最深达4~6km。从矿物组份上看，含矿侵入岩多为中-偏酸性火成岩，从岩体的边部到中心，长英质矿物组份明显增高，镁铁质组份相对减少，其中最常见的镁铁矿物为角闪石和黑云母，副矿物主要为磁铁矿、磷灰石、锆石和褐帘石。在岩石化学方面，含矿斑岩体的SiO2，TiO2含量相对较高，并且见有斜方辉石或刚玉标准矿物分子。含矿侵入岩的87Sr/86Sr初始比值变化范围为0.704-0.706，属幔源或深源岩浆上侵定位的产物。形成时代尽管一些前寒武纪金属矿床也被划分为斑岩型矿床，但是具有确凿证据的最古老斑岩铜金矿床的形成时代为古生代。对于绝大多数钙-碱性斑岩铜矿床来讲，其形成时代为中生代，第三纪或更年轻，相比之下，许多碱质类斑岩铜金或金矿床的形成时代为早侏罗纪。在斑岩铜矿床集中区，不同期次和各种规模岩浆岩分布广泛，极为发育，铜金矿化往往同最年轻一期的侵入岩相有关。另外，铜金矿床的形成时间滞后于侵入岩体。热液蚀变(1)一般来讲，斑岩铜金矿床热液蚀变的类型和强度主要取决于热液体系中金属/氢离子的比值，其它影响因素包括有压力、温度、水/岩比值，流体与围岩的组份。例如，如果热流体中的K++Na+/H+的比值偏低，那么钾、钠和钙-铝硅酸盐矿物（如长石、云母等）就会变得不稳定；岩浆蒸气的饱和可导致酸性热流体的形成，进而产生泥岩化蚀变。蚀变矿物流体包裹体研究结果表明，含矿流体多以富硫和氯为特征。热液蚀变(2)钙-碱质和碱质斑岩铜矿床在热液蚀变类型与分带方面存在较明显的差别。前者代表性蚀变分带为中心钾化带（次生黑云母或钾长石），向外为似千枚岩化（绢云母和石英），然后是青盘岩化（绿帘石、绿泥石和钠长石），最外侧为未蚀变岩石。碱质类金矿床的蚀变岩多呈补丁状分布，中心地带为钾长石或钠长石蚀变，外侧广泛分布有青盘岩化。热液蚀变（3）青盘岩化是在弱水化条件下形成的，中性斜长石多蚀变为钠长石、绿帘石、碳酸盐和蒙脱石，镁铁质矿物多为绿泥石、绿帘石、阳起石或透闪石所取代，相比之下，石英和钾长石较为稳定；随着水化作用的增强，石英、高岭石、绿泥石和少量粘土矿物的出现标志着泥化的存在。在许多情况下，泥化可向千枚岩化过渡，千枚岩化蚀变矿物组合为石英、绢云母、伊利石和黄铁矿；在含矿斑岩体或矿床的中心地带，水化强度达到极大值，此时所有的原生矿物组份均变得不稳定，进而出现次生石英、黑云母、中性斜长石和钾长石，构成钾化带。热液蚀变（4）如果我们用一个理想的模型来描述斑岩铜金矿床的热液蚀变作用，那么每一个蚀变带就如同环绕在斑岩侵入体的一壳层，实际上，热液蚀变是一个动态过程。当热液蚀变体系发生冷却时，原有岩层的“塌陷”和年轻热液蚀变的叠加效应可以将早期形成的蚀变带部分或完全破坏掉。如果同一矿集区范围内存在有年轻岩体和热液流体的侵位活动，那么，多期热液蚀变带相互叠加，致使矿床、矿田或矿集区范围内的热液蚀变变得极为复杂，各蚀变带的原始空间分布位置极难恢复。矿化特点图斑岩型矿床典型矿化及其分带图斑岩型矿床典型矿石构造及其分带成矿作用（1）一般来讲，斑岩型金属矿床多与I型黑云母或角闪石花岗岩类浅成侵入岩体有关，是深位岩浆结晶分异的产物。相比之下，花岗岩类金属矿床（如部分钨、锡和钼矿床）多与S-型白云母花岗岩有关，它们是地壳物质深熔作用的产物。在岩浆分异演化过程中，金属元素的富集与分散除了取决于元素自身地球化学行为外，也同岩浆结晶分异时的物化条件有关。就铜来讲，由于其在岩浆活动中很难参予硅酸盐矿物的结晶，那么它将滞留在残余熔体中，并且发生初步富集作用。有人推测，若熔体中初始水含量大于2.5%和Cl/H2O比值为0.03，那么30立方公里的岩浆房将有可能形成金属量大于100万吨的铜。成矿作用（2）硫是斑岩型铜矿的重要矿化剂,因此岩浆中硫的溶解度及硫含量是重要的控矿因素之一。实验研究表明,未经演化的玄武质岩浆中硫的溶解度为1000×10-6。中-酸性岩浆中硫的溶解度为200×10-6-300×10-6,而产出斑岩铜矿的氧化型钙碱性岩浆中硫的溶解度较高,可以达到500×10-6。实验研究还表明岩浆中硫的溶解度与温度、压力、氧化状态以及FeOt(全铁)的含量有关。岩浆的温度及铁含量越高,硫的溶解度也越高。压力越高,硫的溶解度也越高。有些研究者认为与斑岩铜矿有关的岩浆中的硫除来自地幔深处外,尚有一部分“额外”来源。即认为来自海水硫酸盐及海底岩石中的硫化物，来自岩浆通道附近的蒸发岩层；或者由岩浆混合作用所带来。成矿作用（3）氯对成矿的重要性首先体现在它在铜迁移中的重要性。业已证明,在岩浆结晶过程中,当水达到过饱和后会出现三个相,即结晶相、熔体相和以水为主的流体相。由于铜在高温(400℃)下呈氯络合物形式迁移,因此当流体相出现后,铜在流体及熔体相之间的分配,主要取决于氯在这两个相中的分配系数及岩浆中氯的初始含量。分配到流体相中的氯越多,则进入到流体相中的铜也越多,成矿的可能性也就越大。Cline等利用数值模拟方法研究了典型钙碱性岩浆形成斑岩铜矿的可能性。熔体中初始氯含量对成矿有重要影响,如果岩浆的Cl/H2O比值从0.03提高到0.1,则其成矿能力提高5倍多。含矿斑岩中黑云母的氯含量普遍比不含矿斑岩中黑云母的高的事实,也证明了氯在矿床形成中的作用。其次氯的存在可以增加流体相的出溶能力。如在0.2GPa和800℃条件下,不含氯的花岗岩浆中水的出溶,必须要等到H2O的含量达到5%-6%时才会发生;而如果岩浆含0.26%的氯,那么当水的含量达到1%时就会发生出溶作用。一般情况下,出溶作用越早对成矿越有利。因此,岩浆中氯的含量越高,其成矿的可能性越大。成岩成矿物质来源（1）关于斑岩铜金矿床成矿矿物质来源问题，特别是金来自何处，一直是矿床地质学家争论不休的“热点”。西利托（1987）曾强调指出，富金斑岩体大都沿板块会聚带产出，并且与不连续的线性构造带具密切空间分布关系。他认为，板块快速和低角度的俯冲作用有利于金的富集成矿，铜、钼和金起源于地球软流圈或地幔，上述金属元素的成矿作用与地壳的厚度和混染程度无关。成岩成矿物质来源（2）麦克米兰（1976）通过对加拿大不列颠哥伦比亚省大型斑岩铜矿床的研究，认为铜主要来自花岗岩类岩基。蒂特利（1987）截然反对上述观点，他认为北美众多大型-超大型斑岩铜金矿床中的金银主要起源于成矿区范围内的基底岩层。热液流体（大气降水、变质流体、岩浆热液或者混合热液）对斑岩体和围岩的淋滤萃取，可形成富矿热液流体，然后沉淀富集成矿，浅成侵入岩体是导致热液对流循环的“热发动机”。成岩成矿物质来源（3）Bous