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圖2-46烏奴格吐山斑岩銅礦區域構造示意圖Fig.2-46Regional structure sketch of Wunugetushan porphyry copper deposit
1—呼倫湖地塹;2—斷裂;3—基底等深線;4—大型礦床;5—小型礦床、礦點
一、大地構造單元
烏奴格吐山斑岩銅礦床位於額爾古納褶皺系深斷裂帶為界。額爾古納褶皺系相對為隆起帶,大興安嶺優地槽相對為坳陷帶。該礦區位於隆坳交接帶的隆起一側(圖2-46)。得爾布干深斷裂為一個切割到上地幔的岩石圈斷裂,對區內的地層、構造、岩漿活動和礦化作用起長期控製作用。進入中生代以來,該斷裂帶活動性增強,伴隨區域性斷陷和火山岩漿活動的同時,許多有色金屬和貴金屬礦床應運而生,烏奴格吐山斑岩銅礦床為其中的一例。
二、礦區地質
(一)地層
礦區分布主要地層有:
新元古界佳疙疸群:岩性為古老的片岩類;
泥盆系中統烏奴爾組:岩性為變質較深的碎屑岩、火山岩及碳酸岩;
二疊繫上統老龍頭組:淺變質中酸性火山岩及變質砂礫岩;
侏羅系中統南平組:岩性為陸相粗—細碎屑岩、含凝灰質成分;
侏羅繫上統包括塔木蘭溝組、木瑞組和上庫力組,岩性為中酸性火山岩及次火山岩,共分3個噴發和溢流旋迴,也是斑岩礦床和淺成熱液礦床成礦的最佳階段;
白堊系伊列克得組和大磨拐河組:岩性為陸相碎屑岩及中基性-中性-酸性鈣鹼系列火山岩和鹼性玄武岩。
本區除中生代地層廣泛發育外,古生界和前古生界只有零星出露。
(二)構造
得爾布干深斷裂帶是區域控岩控礦的主導因素,據地球物理資料表明,該斷裂已切穿殼層達到上地幔,在地殼淺部表現為兩側內傾陡立正斷層,構成地塹構造。地塹下陷深度可達3000m。得爾布干深斷裂帶發生於古生代內蒙古-鄂霍次克海封閉時,中生代由於太平洋板塊北西向推擠而活化。在中生代這種構造動力因素帶動下,造成深部岩漿房的物質分異、岩漿上侵及成礦物質遷移沉澱,導致NNE向滿洲里-新巴爾虎右旗多金屬成礦帶的形成。
與得爾布干深斷裂相配套的有一系列NW向和NWW向張性和張剪性斷裂,其中哈尼溝和木哈爾北西向斷裂帶構成重要的成礦亞帶(圖2-46)。烏奴格吐山斑岩銅礦即位於哈尼溝成礦亞帶上。NW向和NWW斷裂帶在燕山早期為壓性和壓剪性,到燕山中晚期才轉為張性或張剪性(李偉實,1994)。這種斷裂性質的轉變與成礦時間是一致的。
在NW向成礦亞帶中,火山-次火山構造往往控制礦體的定位。例如烏奴格吐山斑岩銅礦產於破火山構造中;哈拉勝和大壩火山熱液多金屬礦床產於火山穹隆構造;甲烏拉淺成熱液銀-多金屬礦床產於火山-次火山復合構造。烏奴格吐山礦區環狀火山斷裂系統對於控礦容礦十分明顯。
(三)侵入岩
王之田等(1988)認為烏奴格吐山斑岩銅(鉬)礦床的近礦圍岩為黑雲母花崗岩(187Ma,K-Ar法)。成礦母岩為二長花崗斑岩(138Ma,K-Ar法)。李偉實(1994)稱成礦岩體為花崗閃長斑岩(138Ma,K-Ar法)。本文認為王之田等的命名較為合理,故稱成礦主要斑岩為二長花崗斑岩。
實際上,成礦岩體為同源多期噴發和淺成侵位的復式岩體,平面上呈NW向拉長的橢圓形,剖面近於陡立略向北西側伏,出露面積大約為0.12km2,呈一岩株,分三個時期侵位:
(1)成礦早期為充填於火山通道中的流紋質角礫凝灰岩;
(2)主成礦期為沿火山管道侵位的二長花崗斑岩;
(3)成礦期後為侵入英安角礫岩。此外,還有花崗斑岩、石英斑岩及閃長玢岩等脈岩充填於四周環狀裂隙中。
黑雲母花崗岩為成礦的主要圍岩,灰色略帶粉紅色。其礦物組成為:石英大於30%,條紋長石和正長石約佔30%,鈉長石為15%,黑雲母佔5%~15%。
二長花崗斑岩為灰白色,岩體上部以細粒或霏細結構為主,少斑晶,多晶屑;岩體下部斑晶明顯增多,中細粒,基質為顯微晶粒結構。斑晶以斜長石為主,其次為石英和黑雲母,斑晶佔43%~50%,基質為石英、鉀長石和斜長石。暗色礦物含量少於6%。
二長花崗斑岩的SiO2含量平均為70.5%,K2O+Na2O為8.27%,w(K2O)/w(Na2O)為0.83。其復式雜岩體組合指數δ為1~2.9,鹼度AR為2.4~3.8,屬於鈣鹼系列岩石。固結指數SI較低,為1.2~6.8。拉森指數LI較高,為22~31。以上數據反映烏奴格吐山復式岩體總的基性程度低,酸度較高。蝕變後SI降低,LI增大1,長英指數FL增大。斑岩分異指數DI為85~90,比我國其他幾個主要斑岩銅(鉬)礦床的都高(德興68.14,多寶山78.38,玉龍79.61)。
烏奴格吐山二長花崗斑岩和黑雲母花崗岩的副礦物組合為磁鐵礦、磷灰石、鋯石和榍石型。
黑雲母花崗岩的87Sr/86Sr的初始值為0.7065。二長花崗斑岩的87Sr/86Sr初始值為0.7064。並且∑REE值低,w(∑Ce)/w(∑Y)值高,δEu值高,稀土分配模式為右傾曲線,Cu、Mo、Pb、Zn、Pt、Pd等元素豐度高。綜上所述其岩源系來自上地幔與下地殼的混合源,岩漿屬於同熔型。黑雲母花崗岩的K-Ar法全岩年齡值為176.9~201.6Ma,一組Rb-Sr等時線年齡為198.11Ma,定為印支—燕山早期產物。二長花崗斑岩的K-Ar法全岩年齡值為164Ma,屬於晚侏羅世產物。
(四)與成礦有關的火山岩
礦區共發育有三個火山亞旋迴:第一亞旋迴為火山沉積旋迴,時代屬於中侏羅世;第二亞旋迴為岩漿侵入亞旋迴,是黑雲母花崗岩侵位的主要時期,時代屬於中、晚侏羅世;第三亞旋迴為得爾布乾地塹火山噴發的主要時期,時代屬於晚侏羅世,最上部有一部分已跨早白堊世,第三亞旋迴又劃分四個火山噴發階段。
這些火山岩岩石化學特徵為:大部分屬於正常系列,鋁過飽和,少數為鹼過飽和,w(K2O)>w(Na2O)。每個階段從鹼鈣性開始,終於鈣鹼性和鈣性,硅質和鹼質含量遞增,Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、FeO含量偏低。在火山噴發的間隙期有斑岩侵位,為熱液蝕變和礦化的主要時期。
(五)銅礦床地質
礦體:全礦區共探明33個銅礦體,13個鉬礦體。北礦段礦體主要賦存在斑岩體的內接觸帶,受圍繞斑岩體的環狀斷裂控制。在剖面上礦體向北西傾斜,銅礦體向下分支。南礦帶礦體形態不規則,以鉬為主。整個礦帶呈啞鈴狀,中間變窄,礦帶NE-SW向長3200m,寬130~780m,延伸大於550m(圖2-47)。銅儲量223.2萬噸,品位0.46%;鉬儲量25.8萬噸,品位0.019%;銀儲量175t;錸儲量99t。
圖2-47烏奴格吐山斑岩銅(鉬)礦床地質略圖Fig.2-47Geological sketch map of Wunugetushan porphyry copper(molybdenum)deposit
Q1—第四系;clm—古生代安山岩、結晶灰岩;ζiπ—次英安質角礫熔岩;γiπ—二長花崗斑岩;λiπ—次流紋質晶屑凝灰熔岩;γβ—黑雲母花崗岩;αμ/δμ—安山玢岩,閃長玢岩;λπ—流紋斑岩;γπ—花崗斑岩;I-H—水雲母化帶;Q-S-H—石英絹雲母化帶;Q-Kf—石英鉀長石化帶;1—斷層;2—環狀斷裂系統;3—火山管道構造,4—爆發角礫岩筒;5—地質界線;6—蝕變帶界線;7—銅礦化;8—鉬礦化
礦石礦物成分:主要金屬礦物為黃鐵礦、黃銅礦、輝鉬礦、斑銅礦、閃鋅礦、黝銅礦、砷黝銅礦、方鉛礦、磁黃鐵礦和毒砂等;主要非金屬礦物為石英、絹雲母、鉀長石和方解石等。
礦石結構構造:礦石主要為浸染狀和細脈浸染狀構造。
礦石化學成分:礦石中主要工業元素為Cu和Mo,伴生有益組分為Ag、Au、Re等,礦石中微量元素還有Ag、Pb、Zn、Au、Re、Co、Ni、Pt、Pd、As、Ti、Mg、Bi、Se、Sb、Sn、Te等。
礦化分帶:金屬礦物組分由中心向外依次為:磁黃鐵礦-黃鐵礦-輝鉬礦→黃鐵礦-輝鉬礦-黃銅礦→黃鐵礦-黃銅礦→黃鐵礦-閃鋅礦-方鉛礦組合。
成礦階段:李偉實(1994)將該礦床劃分為4個成礦階段:
(1)石英-鐵硫化物階段,主要形成石英和黃鐵礦;
(2)石英-硫化物階段,產於石英-鉀長石帶,主要形成石英、鉀長石、黃鐵礦、輝鉬礦和黃銅礦,為鉬礦的主要成礦階段;
(3)石英-絹雲母-硫化物階段,主要形成石英、絹雲母、黃鐵礦、黃銅礦、輝鉬礦、方鉛礦和閃鋅礦等,為銅礦主成礦階段,產於石英-絹雲母化帶;
(4)方解石-硫化物階段,主要形成方解石和黃鐵礦等。
(六)近礦圍岩蝕變
礦床圍岩蝕變分帶明顯,但青磐岩化帶不發育。北礦帶以斑岩體中心形成環帶狀蝕變帶,從內到外可分三個帶:內帶——石英-鉀長石化帶;中帶——石英-絹雲母化帶;外帶——水雲母化帶。
(七)物化探綜合異常
(1)礦床位於平靜低磁異常區(△Z100~200nT),外圍磁場強度增高且雜亂(△Z200~500nT);
(2)自電異常在礦體上方有—100mV左右的異常;
(3)激電幅頻率異常在礦體上方呈弱異常(4%)至中等強度(6%~8%)異常,背景值2%~4%;礦體上呈低阻率100~300Ωm,而圍岩電阻率300~700Ωm;
(4)電阻率聯合剖面在礦體上有明顯的低阻正交點;
(5)在礦體上方次生暈具有Pb、Zn、Mo、As內帶異常,F、Hg、S、Mn外帶組合異常及Cu的中帶異;
(6)礦體上方地表原生暈有Pb、Zn、Cd內帶異常,As、Ag、W、Ni、Co中帶異常及F、Hg、Cu、Mo、Sb、Au、Sn、Mn、Rb、Ba外帶異常。礦頭暈特徵元素為Pb、Zn、S、Ni(Cd、Ag、As)內帶異常;礦體中部暈特徵元素為Ag、As(Pb、Zn)內帶異常,Hg(Cu)中帶異常,Mn外帶異常;礦尾部暈特徵元素Bi、W內帶和Co、Sn、Cu、Mo中帶異常;
(7)礦石元素垂向變化自上而下Ag、Pb含量呈低-高-低變化,Pb、Ag主要富集在近地表300m深之內;Cu含量從上至下增加,Cu在深部富集;Zn量呈低-高-低-高變化,有兩個富集段,即650~550m標高和310m標高以下。
三、成礦條件
(一)穩定同位素
金屬硫化物的硫同位素組成為接近隕石硫,為正值,δ34S平均為+2.24‰,極差小,離散度小,頻率圖呈塔式分布。在礦區范圍內沒有明顯的硫同位素分餾,硫化物基本是在同位素平衡條件下生成的,硫源明顯屬於深部來源(上地幔),未受地殼物質污染。
礦石鉛同位素組成為:206Pb/204Pb為18.327~18.526,207Pb/204Pb為15.436~15.633,208Pb/204Pb為37.997~38.421,比值波動不大。238U/204Pb變化為9.42292~9.26762,9個樣品均屬在正常鉛增長曲線上及卡農三角圖的小三角圖形內,與火成岩的初始鉛組成非常一致,表明鉛源來自深部岩漿房。
石英-鉀長石化帶的δ18O為—119.56‰,δ18OH2O為+6.28‰;石英絹雲母化帶的δD為—120.89‰,δ18OH2O為+1.31‰,表明成礦熱液屬於以天水為主的混合熱流體。
(二)稀土元素
二長石花崗斑岩的w(∑Ce)/w(∑Y)值為4.8,δEu為1.08,無銪異常,相當於下地殼的REE特徵。王之田等(1988)推測斑岩岩漿屬於下地殼部分熔融並遭受上地殼混染的產物。
(三)流體包裹體及成礦物理化學條件
溫度:礦物流體包裹體的溫度變化范圍為180~650℃;石英鉀長石化帶的均一溫度變化范圍為380~650℃,疊加有280~430℃和130~210℃兩組後期蝕變溫度;石英絹雲母化帶的均一溫度為280~430℃,疊加一組130~310℃蝕變溫度;水雲母化帶的均一溫度為110~310℃。蝕變和礦化都是多期疊加的。
壓力:成礦早期,體系處於相對封閉狀態,壓力可高達1000×105Pa,例如石英-鉀長石化帶的壓力變化范圍為(200~1000)×105Pa。隨著構造裂隙的復雜化,體系趨於開放,例如石英-絹雲母化帶的壓力變化范圍為(200~300)×105Pa,而到水雲母化帶的壓力已降到(50~180)×105Pa。
酸鹼度:據
氧逸度:利用礦物平衡反應可以估算成礦的fo2。從成礦早期到成礦中晚期,fo2值變化范圍為10-13~10-44Pa,表現成礦流體向氧逸度降低的方向演化。
成礦流體的演化:從斑岩岩漿房分餾出來的成礦流體最早高達800~900℃,並富Cl-、F-、SO2、CO2等揮發性組分,還攜帶鹼質K+、Na+和重金屬元素。早期成礦流體與二長花崗斑岩、黑雲母花崗岩和火山岩等發生交代反應,即形成黑雲母化和鉀長石化。這種超臨界狀態的成礦流體冷凝後形成高鹽度流體,其含鹽度w(NaCl)可達60%,均一溫度達800~500℃,壓力達1000×105Pa,有時可見到含子晶的氣相包裹體,金屬硫化物以輝鉬礦為主。
早期成礦流體向上向外運移,溫度和壓力逐漸降低,從岩漿熔融體中分餾出來的SO2發生水解,產生H2S和
圖2-48烏奴格吐山斑岩銅(鉬)礦床成礦模式Fig.2-48Metallogenic model of Wunugetushan porphyry copper(molybdenum)deposit
1—花崗斑岩;2—黑雲母花崗岩;3—熔岩;4—凝灰岩;5—火山角礫岩;6—火山頸相;7—銅鉬礦化;8—石英鉀長石化帶;9—石英絹雲母化帶;10—水雲母化帶;11—蝕變界線;12—斷裂;13—礦液流向;14—火山管道界線;15—次火山岩體界線;16—侵入角礫岩筒界線;17—礦化界線
成礦體系進一步開放,循環天水大量的參與,在大量酸性介質(Cl-、F-等)的影響下,鉀長石、斜長石和黑雲母分解為絹雲母和水雲母,形成石英-絹雲母化帶和水雲母化帶,同時[CuCl3]-、Cu[S2O3]3-、Cu S2O3等絡合物分解,生成大量黃銅礦,形成主要銅礦體。此時的溫度為240~340℃,壓力大於200×105Pa,含鹽度可達w(NaCl)12%~50%。
成礦流體演化的晚期,對流循環的天水大量加入,其溫度、壓力和含鹽度大大降低,硅酸岩礦物進一步水解,最終生成水雲母化帶,在礦體邊緣及外圍生成鉛鋅硫化物,如方鉛礦和閃鋅礦,此時的溫度為180~310℃,壓力為(50~180)×105Pa。
(四)成礦模式
烏奴格吐山斑岩銅(鉬)礦床的成礦模式可概括如圖2-48所示。
印支—燕山早期,受太平洋板塊向西推擠的影響,得爾布干深斷裂帶復活,黑雲母花崗岩侵位,帶來鉬等成礦元素的富集。
燕山晚期受與得爾布干深斷裂帶相匹配的NW向拉張斷裂的影響,形成許多中心式火山噴發機構,二長花崗斑岩沿火山管道相侵位,帶來Cu、Mo、Pb、Ag等成礦元素的富集。烏奴格吐山斑岩銅(鉬)礦床的形成是其中的一例。
由於本區多期次的構造岩漿活動,引發了深源岩漿水與下滲的天水對流循環,這種混合熱流體由於既富揮發分又富鹼質,同時對圍岩具有強烈的萃取和交代反應能力,從而導致圍繞斑岩體形成環帶狀蝕變分帶和礦化分帶。蝕變分帶表現為石英-鉀長石化帶→石英-絹雲母化帶→水雲母化帶;礦化分帶表現為Mo→Mo-Cu→Cu→Cu-Pb-Zn帶。
由上述礦床地質特徵表明,烏奴格吐山為較典型的斑岩銅(鉬)礦床。