四川省九龍縣中咀銅礦礦化蝕變帶中的黑云母成分特征及地質(zhì)意義

王昌南，唐高林，潘曉東

（四川里伍銅業(yè)股份有限公司，四川 甘孜 626200）

中咀銅礦位于四川省甘孜藏族自治州九龍縣境內(nèi)，大地構(gòu)造位置地處松潘–甘孜造山帶東南緣的江浪穹窿核部（圖1）。通過(guò)成都地質(zhì)調(diào)查中心在2006-2017年開(kāi)展的預(yù)查、普查、詳查和勘探工作，中咀銅礦累計(jì)查明銅金屬資源量已達(dá)中型規(guī)模（超過(guò)10萬(wàn)噸）。由于中咀與江浪穹窿核部的其他銅礦床（例如里伍和黑牛洞）具有相似的地質(zhì)特征和高的Cu品位，被統(tǒng)稱(chēng)為里伍式富銅礦床[1，2]。然而，學(xué)者迄今對(duì)這些礦床的形成機(jī)制還存在較大分歧，代表性觀點(diǎn)包括火山–沉積改造成礦說(shuō)[3]、中–高溫?zé)嵋航淮傻V說(shuō)[4，5]及變形–變質(zhì)成礦說(shuō)[6]。

野外地質(zhì)調(diào)查與探礦工程表明，里伍式富銅礦床（勘查找礦工作中稱(chēng)為里伍礦田，主要包括里伍銅礦、中咀銅礦、黑牛洞銅礦）的銅礦體均產(chǎn)于礦化蝕變帶之中，其成礦過(guò)程與黑云母蝕變密切相關(guān)[1，2]。根據(jù)前人的結(jié)果，按照成因類(lèi)型可以把黑云母分為巖漿型和熱液型[7，8]，巖漿型形成于巖漿結(jié)晶過(guò)程，熱液型形成于熱液蝕變過(guò)程[1]，兩者具有明顯產(chǎn)狀差異[7，8]。黑云母作為中咀銅礦礦化蝕變帶巖石中的最主要的造巖礦物的一種，在形成時(shí)的深度、溫度、氧逸度和壓力等因素控制其礦物化學(xué)成分[8，9]。然而，當(dāng)前研究普遍聚焦于巖漿黑云母對(duì)巖漿演化過(guò)程的反映，但對(duì)其他類(lèi)型的黑云母（例如熱液新生黑云母和重結(jié)晶黑云母）關(guān)注較少[8]。因此，本文結(jié)合前人相關(guān)成果的基礎(chǔ)上，通過(guò)電子探針成分分析的方法分析中咀銅礦礦化蝕變帶巖石中的蝕變黑云母，探討其成因類(lèi)型、形成時(shí)的地球物理、地球化學(xué)條件和在中咀銅礦勘查找礦工作中的地質(zhì)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)

中咀銅礦位于江郎穹?。ɡ镂榈V田）北西翼，大地構(gòu)造背景屬巨大的倒三角形狀松潘–甘孜造山帶，該造山帶西側(cè)以金沙江縫合帶為界與青藏高原毗鄰，東緣以龍門(mén)山斷裂帶為界與揚(yáng)子陸塊相連，北部以阿尼瑪卿–勉略縫合帶為界與華北克拉通相鄰（圖1a）[10]。該造山帶受控于印支期古特提斯造山作用[11]。

江浪穹窿由核部至翼部地層分別為：

（1）中元古代里伍巖群是一套中元古代的變質(zhì)火山–沉積巖組合，巖性主要為石英巖、云母石英片巖夾少量變基性火山巖[6]，里伍礦田的銅礦體主要產(chǎn)出于里伍巖群。

（2）奧陶紀(jì)江浪巖組，巖性為含礫石英巖夾石英片巖、千枚巖[6]。

（3）志留紀(jì)甲壩巖組沿穹隆周緣呈環(huán)狀分布，為一套變硅質(zhì)巖、碳質(zhì)板巖夾變基性火山巖組合[6]。

（4）二疊紀(jì)烏拉溪組出露于穹隆外緣，與甲壩巖組呈滑脫斷層接觸，巖性為大理巖夾少量變基性火山巖和超基性巖[6]。

（5）三疊紀(jì)西康群與烏拉溪組為韌性剪切帶接觸，以復(fù)理石陸源碎屑巖夾碳酸鹽巖為主[6]。

部分學(xué)者認(rèn)為江浪穹窿屬于變質(zhì)核雜巖，包括前寒武紀(jì)堆垛層、古生代褶疊層和三疊紀(jì)西康群板巖帶，發(fā)育環(huán)狀拆離斷裂帶[6]。區(qū)域巖漿巖主要為燕山期花崗巖，穹窿北側(cè)出露文家坪花崗巖體（圖1b），鋯石206Pb/238U加權(quán)平均年齡為164.6Ma±0.9 Ma[12]，此外有少量中–新元古代、二疊紀(jì)基性火山巖[6]。

圖1 江浪穹窿大地構(gòu)造位置及區(qū)域地質(zhì)圖

2 礦床地質(zhì)

里伍礦田中咀銅礦位于江浪穹窿北西翼（圖1b），出露地層為中元古代里伍巖群及少量第四系[13]。里伍巖群已發(fā)生強(qiáng)烈變形，巖石中順層掩臥褶皺和無(wú)根褶皺十分發(fā)育。順層剪切作用形成了規(guī)模不一的韌性剪切帶，是控制礦體產(chǎn)出的主要構(gòu)造，大致沿S1片理順層剪切而成，厚數(shù)毫米至數(shù)十米[13]。這些韌性剪切帶和熱液蝕變帶的分布范圍一致，形成了與成礦關(guān)系密切的韌性剪切熱液蝕變帶（圖2），其厚度變化極大，蝕變類(lèi)型主要包括黑云母化，其次為電氣石化、絹云母化、硅化、綠泥石化等[13]。

巖漿巖主要為呈（似）層狀?yuàn)A于里伍巖群變碎屑巖中的變基性火山巖，地表部分延伸可達(dá)300 m。巖性包括黑云綠泥透閃巖和（斜長(zhǎng)）角閃片巖等，普遍具柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀、片狀構(gòu)造，礦物成分以閃石類(lèi)為主[1，2]。

主礦體Z1-1呈（似）層狀產(chǎn)于礦化蝕變帶之中（圖2），走向延伸超過(guò)3 km[13]。礦石礦物含量由高到低依次為磁黃鐵礦和黃銅礦、閃鋅礦、黃鐵礦、方鉛礦；脈石礦物以石英（最多）、黑（絹）云母和綠泥石為主，少量石榴石、電氣石、角閃石、長(zhǎng)石等。礦石結(jié)構(gòu)主要包括他形粒狀結(jié)構(gòu)、片狀變晶結(jié)構(gòu)和交代殘余結(jié)構(gòu)等；礦石構(gòu)造以致密塊狀和條帶–浸染狀構(gòu)造為主，少量為網(wǎng)脈狀和團(tuán)塊狀構(gòu)造[13]。

圖2 中咀銅礦12勘探線剖面圖

3 樣品采集與測(cè)試

本次采集了中咀銅礦礦化帶中4件蝕變巖樣品，樣號(hào)編號(hào)分別為ZZY-12、ZZY-16、ZZY-18和ZZY-19（表1），探針片切制工作在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成。鏡下觀察表明，中咀銅礦與成礦關(guān)系密切的黑云母多呈條帶狀沿片理分布，鏡下鑒定普遍為紅棕色，多數(shù)呈板片狀，具有一組極完全解理，未見(jiàn)絹云母化和綠泥石化（圖3），與江郎穹隆內(nèi)里伍銅礦的黑云母特征及其相似[1]。

圖3 中咀銅礦礦化蝕變帶中的黑云母鏡下特征

黑云母電子探針?lè)治鲇珊斯I(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心完成。檢測(cè)及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

4 分析結(jié)果

中咀銅礦礦化蝕變帶中的黑云母化學(xué)成分非常均一，與里伍礦田里伍銅礦極其相似，主要由最高的SiO2（含量36.42%～34.60%，平均35.49%）、TiO2（含量1.89%～1.00%，平均1.35%）、Al2O3（含量20.72%～18.88%，平均19.95%）、FeO（含量21.78%～17.05%，平均19.34%）、MgO（含量10.97%～8.44%，平均9.66%）、K2O（含量9.43%～8.48%%，平均9.01%）組成，其中MnO、Na2O、CaO和Cr2O3含量均低于1%（表1）。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果表明，中咀銅礦礦化蝕變帶中的蝕變黑云母 陽(yáng) 離 子 以Si最 高（含 量5.45～5.25，平 均5.34）、Fe2+（含 量2.47～1.78，平均2.10）、Mg（含量2.44～1.93，平均2.17）、K（含量1.83～1.62，平均1.73）、AlIV（含量2.75～2.55，平均2.66）和AlVI（含量1.03-0.71，平均0.88）為主，其他元素Ti、Fe3+、Mn、Ca、Na等陽(yáng)離子數(shù)均較少（表1）。通過(guò)哈克圖解顯示Mg-Fe2+、Mg-K陽(yáng)離子數(shù)具有明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖4），三者可能存在類(lèi)質(zhì)同象，與同為江浪穹窿內(nèi)里伍銅礦黑云母特征極為相似[1]。

圖4 （a）Mg-Fe2+二元圖解；（b）Mg-K二元圖解

5 討論

5.1 后期地質(zhì)作用的影響

中咀銅礦礦化蝕變帶巖石中的蝕變黑云母所含的Fe/(Fe+Mg)值變化幅度較小，介于0.59～0.48（表1），說(shuō)明黑云母屬于原生黑云母[14]。本次獲得的CaO含量均低于0.02%（表1），具有貧Ca或者無(wú)Ca特征，巖漿期后熱液變質(zhì)引起的綠泥石化和絹云母化蝕變對(duì)黑云母影響較小，當(dāng)為原生成因[15]。另外，F(xiàn)e3+-Fe2+-Mg分類(lèi)圖解[16]同樣顯示本次研究的黑云母屬于原生成因（圖5）。上述結(jié)果表明，可以利用黑云母的化學(xué)成分來(lái)約束其成因類(lèi)型、反演形成時(shí)的物理化學(xué)條件。

圖5 Fe3+-Fe2+-Mg分類(lèi)圖解，底圖據(jù)文獻(xiàn)[16]

表1 中咀礦區(qū)黑云母電子探針?lè)治鼋Y(jié)果

5.2 黑云母的成因類(lèi)型

參考前人建立的分類(lèi)方案[17，18]，中咀銅礦礦化蝕變帶中黑云母屬于鎂–鐵質(zhì)黑云母（圖6a）或鎂–鐵葉云母（圖6b），礦物化學(xué)特征上富鎂和鐵。

圖6 （a）Mg-(Fe3++AlVI+Ti)-(Fe2++Mn)投圖，底圖據(jù)文獻(xiàn)[17]；（b）Fe/(Fe+Mg)-AlIV投圖，底圖據(jù)文獻(xiàn)[18]

黑云母按照成因通常分為熱液黑云母和巖漿黑云母，兩者在巖相學(xué)上具有明顯不同的產(chǎn)狀[8]。鏡下觀察結(jié)果顯示，中咀銅礦礦化蝕變帶中的黑云母與上述二者的特征均不完全吻合（圖3）。為此，筆者參考前人的三角分類(lèi)圖（10TiO2-FeO*-MgO（FeO*=FeO+MnO））區(qū)分是否為巖漿型、重結(jié)晶型和熱液型[19]。通過(guò)數(shù)據(jù)投圖顯示，本次取樣分析的黑云母全部落入重結(jié)晶型的區(qū)域（圖7），證明中咀銅礦礦化蝕變帶中黑云母應(yīng)該為重結(jié)晶型[19]。

圖7 10*TiO2-(FeO+MnO)-MgO分類(lèi)圖解，底圖據(jù)文獻(xiàn)[19]

5.3 形成時(shí)的物理化學(xué)條件

已有研究表明，通過(guò)分析黑云母的化學(xué)成分能夠界定其形成時(shí)的地球物理和地球化學(xué)條件，中咀銅礦礦化蝕變帶巖石中的蝕變黑云母最可能形成的地球物理化學(xué)條件為重結(jié)晶作用所反映[20]。依據(jù)前人建立的黑云母的全鋁含量與其形成的壓力的聯(lián)系[22]，依據(jù)公式：P（kbar）=3.03×Al-6.53（±0.33），其中Al表示扣除22個(gè)氧原子計(jì)算出黑云母中的陽(yáng)離子數(shù)。計(jì)算得出結(jié)晶壓力為4.68kbar～3.65 kbar，平均4.20 kbar（表1）。本次通過(guò)P=ρgH進(jìn)行換算結(jié)晶深度，其中ρ= 2700 kg/m3，g= 9.8 m/s2，計(jì)算獲得結(jié)晶深度為17.69km～13.80 km，平均深度為15.86 km（表1）。通過(guò)對(duì)比分析，該深度與里伍巖群廣泛發(fā)育韌性剪切變形的地質(zhì)事實(shí)[1，2，6]完全吻合。

根據(jù)Fe3+-Fe2+-Mg圖解，本次取樣樣品主要落在Ni-NiO緩沖線附近（圖8a），表明具有較低的氧逸度條件[9]。由于Ti元素含量對(duì)溫度十分敏感，依據(jù)前人利用Ti含量計(jì)算黑云母形成溫度的經(jīng)驗(yàn)公式：T={[ln(Ti)-a-c*(Mg/(Mg +Fe))3]/b}0.333，其中a=-2.359，b=4.6482×10-9，c=-1.7283[21]。得出中咀銅礦礦化蝕變帶中的黑云母的結(jié)晶溫度為589-399 ℃，平均505 °C（表1），表明其形成于中高溫環(huán)境。另外，根據(jù)Mg/(Mg+Fe)-Ti圖解顯示，黑云母落點(diǎn)均位于600～500 ℃范圍內(nèi)（圖8b）[21]，與Ti元素計(jì)算結(jié)果一致，與江浪穹隆內(nèi)里伍銅礦巖石中的黑云母形成溫度一致[1]。

5.4 地質(zhì)意義

依據(jù)前人的研究成果，部分學(xué)者認(rèn)為江浪穹窿存在一期與～164 Ma花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)[12]相關(guān)的熱液礦化事件，并進(jìn)一步提出里伍式富銅礦床屬于后生的熱液型礦床[5]。通過(guò)本次研究，中咀銅礦礦化蝕變帶巖石中的蝕變黑云母為原生鎂–鐵質(zhì)黑云母（圖6），最有可能是原生黑云母遭受了重結(jié)晶改造所形成（圖7），與鄒文等對(duì)里伍銅礦礦化蝕變帶中的黑云母形成物理化學(xué)條件一致[1]。綜上所述，本文支持里伍式富銅礦床為變形–變質(zhì)成礦[6]的觀點(diǎn)，認(rèn)為江浪穹窿核部的銅礦化事件與成穹過(guò)程中的變形–變質(zhì)作用密切相關(guān)。

圖8 （a）Fe3+-Fe2+-Mg圖解，底圖據(jù)文獻(xiàn)[9]；（b）Mg/(Mg+Fe)-Ti圖解，底圖據(jù)文獻(xiàn)[21]

6 結(jié)論

（1）中咀銅礦礦化蝕變帶中的黑云母為原生的鎂–鐵質(zhì)黑云母或鎂–鐵葉云母，應(yīng)當(dāng)是原生黑云母經(jīng)過(guò)重結(jié)晶改造形成。

（2）中咀銅礦礦化蝕變帶中的黑云母形成于較大的壓力與深度、中高溫、低氧逸度條件，與里伍巖群廣泛發(fā)育韌性剪切變形的地質(zhì)事實(shí)完全吻合。

（3）江浪穹窿核部里伍式富銅礦床（里伍礦田）的銅礦化事件與成穹過(guò)程中的變形–變質(zhì)作用密切相關(guān)。