内蒙古白乃庙铜成因探讨

-1-内蒙古四子王旗白乃庙铜矿床成因探讨姜治民核工业二〇八大队邮编014010摘要：白乃庙铜矿的南北两个矿带成矿地质特征差别较大，以往对矿床的成因有沉积变质型和斑岩型两种观点，本文通过对含矿层位、岩体的岩性、岩相，物质成分研究，认为含矿层为一套火山沉积夹正常沉积建造，原岩中铜钼元素含量较高，为矿源层，沉积后区域变质过程中初步富集成矿。华力西早期花岗闪长岩携带成矿元素，沿白乃庙组片理侵入，为成矿元素的第二次富集提供了热源物源。通过对矿石物质成分、结构、构造的研究，有用组分在后期热作用下发生了叠加富集作用。由此认为，白乃庙铜矿是以火山岩沉积变质为主，后经热液叠加富集成矿的复杂成因矿床。关键词：白乃庙铜矿矿源层成因探讨1．序言白乃庙铜矿位于内蒙古中部地槽褶皱系温都尔庙～翁牛特旗加里东地槽褶皱带多伦复背斜的西段南翼，察汉敖包褶皱束与白乃庙褶皱束之间隐伏的东西向白乃庙大断裂处，是一个以铜为主，伴生有钼、金、银、硫等元素的大型铜矿床。矿床分为南北两个矿带，两个矿带断续分布在东西长10公里，南北宽2～3公里的狭长地带内，分南北两个矿带12个矿段。南矿带矿体赋存在上元古界青白口系白乃庙组中，为一套中浅变质的绿片岩，含矿岩性为主要含矿岩性为绿泥斜长片岩、阳起绿泥斜长片岩夹残玢变岩。北矿带矿体大部分赋存在花岗闪长岩体中，少部分赋存于白乃庙组片岩中。（图1）矿床成分比较复杂，以往对矿床的成因类型主要有火山岩型铜矿床（沉积变质型）和斑岩型铜钼矿床两种认识。2010年至2011年笔者在白乃庙铜矿从事地质勘探工作，综合以往矿床的地质研究成果，结合生产中取得的大量实际资料，通过深入的分析对比研究认为，白乃庙铜矿不是一个简单的单一成因类型的矿床，而是一个多源、多期次、多成因的复杂成因矿床。2．矿体的赋存状态南北两个矿带虽然仅相距1公里，但矿体赋存层位的岩性差别较大，赋矿岩石的岩性不同，这也是以往对矿床成因存在不同观点的主要原因之一。南矿带：南矿带由Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅹ、Ⅺ等八个矿段组成，矿体主要产于-2-绿片岩中，含矿岩石岩性为岩性主要为绿泥斜长片岩、阳起绿泥斜长片岩夹残玢变岩、透镜状大理岩。矿体产状与围岩基本一致，矿体呈似层状、透镜体状、单层或者多层，平行或者斜列式产出。Ⅱ、Ⅹ矿段矿体数量较少，矿体厚度和品位图1白乃庙铜矿地质图1-第四系；2-下二叠统三面井组；3-中志留统徐尼乌苏组；4-青白口系白乃庙组五岩段绿泥斜长片岩、残玢变岩、绿泥阳起斜长片岩，夹大理岩；5-青白口系白乃庙组四岩段绢云长英片岩、长英片岩；6-青白口系白乃庙组三岩段残玢变岩、绢云长英片岩、长英片岩、阳起绿泥斜长片岩；7-青白口系白乃庙组二岩段石英岩、长英片岩、绢云长英片岩；8-青白口系白乃庙组一岩段斜长角闪岩夹黑云母斜长片岩；9-花岗闪长岩；10-石英闪长岩；11-石英脉；12-闪长岩脉；13-断层及编号；14-铜矿体；15-岩层产状.变化较小，其它矿段矿体沿走向和倾斜方向其厚度和品位均有较大的变化。由于构造及矿化不均匀等原因，矿体空间形态较为复杂，具有膨大、收缩、分枝、尖灭等现象。但从总体来看，矿体受层位控制。不论是走向或倾斜方向，矿体延续性较好。（图2）依上所述，南矿带具有明显的沉积变质型层控矿床的特征，矿体局部不规则的变化是受后期构造活动的影响所致。北矿带：-3-北矿带Ⅷ、Ⅸ、Ⅻ、ⅩⅢ矿段的矿体主要产在变质花岗闪长岩中，岩体受东西向构造控制，但花岗岩体也是顺层侵入于三岩段（Qnb3）的绿泥阳起斜长片岩、绿泥斜长片岩夹残玢变岩中。矿体大部分产于岩体中，矿体受岩体控制。尤其Ⅷ、Ⅻ矿段的局部地段，岩体即是矿体。少部分产于顶底板的围岩中。有少数矿体受图2南矿带绿片岩型铜矿体地质剖面图1-第四系残坡积层；2-绿泥斜长片岩；3-阳起绿泥斜长片岩；4-角闪残玢绿泥斜长片岩；5-角闪残玢阳起绿泥斜长片岩；6-黑云绿泥斜长片岩；7-黄铜矿化绿泥斜长片岩；8-黄铜矿化绿泥斜长片岩；9黄铁矿化绿泥斜长片岩；10-硅化阳起绿泥斜长片岩；11-变质花岗闪长岩；12-石英脉；13-黑云绿泥斜长片岩型氧化铜矿石；14-阳起绿泥斜长片岩型氧化铜矿石；15-构造角砾岩；16-断层及编号；17-样品位置及编；18-探槽位置及编号；19-钻孔位置及编号；20-逆断层；21-铜矿体及编号；22-钼矿体及编号.构造控制明显，表现为不论是沿走向或沿倾斜方向，矿体均有从岩体外延至围岩中的现象。由此可以看出，岩体和矿体均受到了东西向构造控制。矿体总体形态比较稳定，延续性较好。（图3）北矿带含矿岩石主要为变质花岗闪长岩，其次为白乃庙组绿片岩，甚至有少-4-数矿体从岩体外延至变质的绿片岩之中，因此，矿床即有沉积变质型矿床的特征，也有斑岩型铜矿的特征，穿越花岗闪长岩体延深至绿片岩中的矿体是后期构造活动中二次富集作用的结果。3．含矿岩系特征3.1岩石特征根据岩芯编录统计，含矿岩石最主要有以下三种：图3北矿带花岗闪长岩型矿体地质剖面图1-第四系；2-青白口系白乃庙组三岩段；3-花岗闪长岩；4-角闪残玢绿泥阳起；5-斜长片岩；6-绿泥斜长片岩；7-硅化绿泥斜长片岩；8-角闪残玢绿泥斜长片岩；9长英片岩；10-石英片岩；11-黄铁矿化绿泥斜长片岩；12-黄铜矿化绿泥斜长片岩；13-变质花岗闪长岩；14-闪长玢岩；15-碳酸盐脉；16-地质界线；17-样品位置及编；18-探槽位置及编号；19-钻孔位置及编号；20-铜矿体及编号；21-钼矿体及编号.绿泥斜长片岩：鳞片变晶结构，片状构造。矿物成分主要为斜长石(60～70％)、阳起石-5-（20～30％）、绿泥石（＞10％）。角闪残玢阳起斜长片岩：变余斑状结构，片状构造。残斑为角闪石，含量大于20％，基质成分有斜长石（50％）、阳起石（20％）、绿帘石（＞10％）。残玢变岩：变余斑状结构，纤维变晶结构。残斑成分有角闪石和斜长石，两者含量均大于10％。基质为阳起石（20％）、斜长石（50％）、绿帘石（＞10％）。含矿岩系矿物组合为绿泥石、阳起石、钠长石、少量石英等，为一套浅变质的绿片岩相岩石。成分相当于基性～中酸性岩石，钻孔及野外露头观察，白乃庙组各岩段之间分层明显，都为整合接触，但是岩性不论在纵向还是横向相变都是很大，许多界线特别是小层之间的岩性界线常呈渐变过程，绿片岩中的夹层如变质砂岩、结晶灰岩等，与绿片岩基本是整合的，无被烘烤和蚀变的现象，个别地方可见二者同形小褶曲，个别薄片中可见到具有火山岩特征的岩屑晶屑。从上述地质特征分析认为，白乃庙矿区的绿片岩段为一套变质的火山岩系。其原岩为基型～中酸性的火山熔岩和凝灰岩，夹有少量砂岩和薄层石灰岩等正常沉积，属浅海相的火山沉积建造。3.2化学成分及原岩性质为了进一步含矿岩系的原岩特征，统计分析了以往地质研究工作从含矿岩系中采集了60件岩石化学分析样，将它和细碧岩、玄武岩、石英角斑岩、英安岩、流纹岩的成分相比较，从表中可以看出，白乃庙组化学成分和玄武岩相近，与细碧岩可以对比。其中Na2O偏低，CaO偏高，化学成分更接近于细碧岩，岩石的基性程度较高，但从岩矿鉴定可知斜长石多为中酸性，这点与正常钙碱系列岩石不同，而具有细碧质岩石的特征。（表1）表1白乃庙铜矿含矿岩系岩石化学成分对比表化学成分岩石名称Si02TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2ONa2O/K2ONa2O/CaOFe2O3/FeOFeO/MgO白乃庙含矿岩系49.220.8216.164.125.860.216.988.793.291.013.260.370.701.37细碧岩（宋叔和）49.841.4915.843.796.140.165.266.564.500.984.590.690.621.89玄武岩（戴里）48.781.3915.855.376.340.296.038.913.181.631.950.360.85-6-化学成分岩石名称Si02TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2ONa2O/K2ONa2O/CaOFe2O3/FeOFeO/MgO石英角斑岩（宋叔和）73.580.3013.271.261.340.030.871.245.770.817.124.650.94英安岩（黎彤）65.700.6515.242.881.560.101.574.003.132.831.110.781.85流纹岩（黎彤）72.060.2913.401.812.110.080.280.753.744.550.824.990.86据白乃庙铜矿地质报告综上所述，通过岩石地质、化学特征的分析，白乃庙铜矿的含矿变质岩系，属海相细碧岩向正常的钙碱性系列火山岩的过渡类型。3.3地球化学特征以往的地质工作在白乃庙组绿片岩中分不同的岩段，采集了342件光谱分析样，分析结果统计，平均含Cu89ppm，含Mo6ppm。赋矿的变质中基性火山岩平均含Cu122ppm，含Mo5ppm。变质酸性火山岩中平均含Cu52ppm，含Mo5.4ppm。根据迟清华等1997年研究，华北地台火山碎屑岩中Cu、Mo两元素的丰度分别为8.7ppm和0.69ppm。相比来说，即使是矿区东部没有矿化又基本没有蚀变的绿片岩中铜含量仍有60ppm，也高于地球化学背景值6.9倍。变质酸性岩中含钼较高，一般高出同类岩石背景值8－11倍。矿区各岩性段铜、钼平均含量见表2。表2白乃庙组中铜、钼元素地球化学特征表平均值岩段样品数Cu(ppm)较背景值高（倍）Mo(ppm)较背景值高（倍）一岩段56384.41115.9二岩段32364.1811.6三岩段6414917.1811.6四岩段60606.945.8五岩段13010812.445.8合计3428910.268.7据白乃庙铜矿地质报告由此可见，白乃庙矿区变质火山岩既是铜矿体的主要赋存层位，也是成矿元素的主要是来源层，即为“矿源层”。4．花岗闪长岩特征花岗闪长岩主要分布于矿区的中部和北部。Ⅷ、Ⅸ、Ⅻ、ⅩⅢ矿段的主要矿-7-体均产于该岩体中。岩石为花岗结构或变余花岗结构。主要矿物为斜长石、钾长石、石英、黑云母、角闪石等，少量的斑晶为斜长石。据以往同位素年龄样测定，岩体年龄距今340百万年，估计时代为泥盆系。根据采集光谱分析样测定，Cu、Mo、Ag在花岗闪长岩中有明显富集。和同类岩石地球化学丰度值比较（迟清华等1997年研究），Cu高于背景值12—13倍，Mo高于15倍，Ag高于1倍（表3）。而且北矿带大部分矿体即产于花岗闪长（斑）岩中，这表明北矿带花岗闪长岩中的铜钼矿化具有斑岩型铜矿的特征。由此可知，花岗闪长岩在华力西早期侵入白乃庙组的片理褶曲之中，与围岩发生混染同化作用，给Cu、Mo等元素富集成矿提供了热源和物源。5．矿石特征矿区有绿片岩型和花岗闪长岩两种类型的矿石，绿片岩矿石主要分布在南矿带及北矿各矿段均有分布，花岗闪长岩型矿石分布在北矿带。表3北矿带花岗闪长岩元素地球化学特征表岩石类型样品数CuMoPbZnAgMnTiCoNiWVCrAs花岗闪长岩84236.310.3210.2719.50.1233.2136410.910.63.517219.17.2地球化学背景值18.50.6618600.06600230012190.567442.05.1绿片岩型矿石矿石矿物有黄铁矿、黄铜矿、辉钼矿和磁铁矿。其次有少量或微量的斑铜矿、辉铜矿、磁黄铁矿、白钨矿、闪锌矿、方铅矿、自然金等。黄铜矿常与黄铁矿产于同一条带或细脉中，有密切的共生关系，黄铜矿沿黄铁矿中的裂隙充填交代或胶结黄铁矿的碎粒，有时以各种形式充填围岩的裂隙，并伴有不同程度的交代现象。矿石结构主要有自形——半自形粒状结构、半自形—他形粒状结构、交代溶蚀结构、揉皱结构、交代网格结构、包含结构、乳滴状结构、压碎结构等。以半自形—他形粒状结构和交代溶蚀结构为主。矿石构造：主要有条带状构造、条纹状构造、浸染状构造、细脉状构造等。以条带状构造、细脉状构造为主。-8-绿片岩中的黄铜矿条带、条纹及细脉方向和岩石的片理基本一致，含矿原岩沉积后经区域变质而形成，团块状、脉状矿化脉体则体现了后期热液改造、