铁氧化物-铜-金型矿床的地质特征、成矿模式和找矿标志(李友枝等2007).pdf
1 铁氧化物铁氧化物-铜铜-金型矿床的地质特征、金型矿床的地质特征、 成矿成矿 模式和找矿标志模式和找矿标志* 李友枝 周 平 唐金荣 施俊法 (中国地质调查局发展研究中心,北京 100083) 提提要要铁氧化物-铜-金矿床(IOCG) ,是20世纪70年代中期发现的一种新矿床类型,它以其 显著的地球化学特征和多样化的矿物学、 容矿岩石和局部地质背景等特征区别于其他矿床类 型。由于该类矿床规模大、品味高,近年来对其关注程度正日益加大,对其研究程度也在逐 渐加深。但是,对于该类矿床的研究而言,有着较多较为复杂的制约因素。例如,成矿地质 背景尚不明了,成矿流体和成矿金属来源等还存在较大的争论。因此,笔者试图通过总结国 内外IOCG矿床的重要研究进展和成果,分别从矿床的基本特征、成矿模式和找矿标志角度 出发,进行较为系统而详尽的总结与阐述,希望能进一步促进该类矿床的研究和发展。 关关 键键 词词铁氧化物-铜-金矿床;成矿模式;找矿标志;地质特征;矿床成因 20世纪90年代,国际上掀起了超大型矿床的研究热潮。在预期成矿类型之外“偶然”发现 的奥林匹克坝铜-金-铀矿床,类型十分独特,曾被称为世界上独一无二的矿床,即“独生子” 矿床。然而,随着近年大量类似矿床的发现,以及对该类矿床研究的不断深入,矿床学家们 发现,这些矿床构成了一个新的类型,且将其统称为铁氧化物-铜-金(-铀)-稀土及有关矿 床(英文多写为Iron oxide-Copper-Gold Deposits,通常缩写成IOCG矿床) 。该类型矿床一般 规模大,品位较高。代表性矿床还有澳大利亚的欧内斯特亨利、智利的坎德拉里亚(中生 代)和巴西的萨洛博。目前,在国内已有众多学者关注该类型矿床[1-3]。但是,无论是在国 内,还是国外,对其成因和归类尚未统一,对其找矿标志也缺少系统总结。笔者以国内外文 献为基础,力图描述其主要特征,并总结其主要找矿标志,以引起国内勘查者的兴趣。 1 矿床基本特征 1.1 矿床时空分布 矿床可见于太古宙上新世的岩石中, 以形成于古元古代中元古代的矿床较多。 例如, 巴西的萨洛博 3A Cu-Au-Mo-Ag矿床,赋存在大陆环境形成的太古宙萨洛博群变质火山 -沉积岩系里。矿床形成压力和深度范围较大,产出深度从地下 200m 至 9km,形成温度为 低温到中温。 1.2 矿床形态与矿石矿物组合 矿体产出形态复杂多样,从不规则状到板状、筒状和透镜状等均有呈现。 矿石含磁铁矿或赤铁矿,或二者兼有,比例一般达 20以上。在以磁铁矿为主的矿床 * 收稿日期2007-08-17 基金项目国土资源部百名优秀青年科技人才计划资助。 作者简介 李友枝, 女, 1967 年生, 副研究员, 主要从事地质科技情报研究; E-mail lyouzhi。 2 中,矿石矿物是黄铜矿;在以赤铁矿为主的矿床中,铜矿物以斑铜矿和蓝辉铜矿-久辉铜矿 为主,且矿床含 U,即沥青铀矿和钛铀矿。磁铁矿或赤铁矿体中均有不规则分布的硫化物。 以赤铁矿为主的矿床有矿物分带现象无矿赤铁矿-蓝辉铜-斑铜矿-黄铜矿-黄铁矿。 在所有矿床中,都有与黄铜矿伴生的黄铁矿。矿石中一般都含碳酸盐矿物、石英、重晶 石、萤石和磷灰石。矿石中的伴生元素有 Co、Mo、Ag、As、U。 1.2 同位素数据与热液流体来源 该类型矿床中的硫化物,δ34S 为 0~4‰与-15‰~7‰,硫系混合来源。奥林匹克坝矿 床的 δ34S 接近 0,表明有硫酸盐-硫化物缓冲矿物(与硫化物一起沉积的重晶石或硬石膏) 存在。 该类矿床的 δ18O 值变化不定, 与其混合来源是一致的。 在有些矿床中, 针对“成矿阶段” 所做的计算 δ18O 和 δ34S 值,或者表示是岩浆源流体,或者表示流体与缓冲系统内热发生互 相作用。 流体包裹体的均一化温度 TH为 150 ~500℃,盐度可达 70wt当量;而成矿阶段的流 体温度较冷,TH为 150 ~450℃,盐度较低,为10~30wt当量,成分变化不定,气体含 量变化无常。 据称,奥林匹克坝矿床的流体,是酸性和基性源流体混合的结果。有些矿床具有复杂的 元素组合, 且出现重晶石和萤石矿物组合, 表明矿石是由两个以上不同来源热液流体相互作 用而形成的。 2 成矿模式 IOCG 成矿系统的所有模型,都需要有盐度较高、贫硫、相对氧化的流体,以解释系统 中存在的丰富的铁氧化物和稀少的硫化物。 关于 IOCG 矿床成因的争论,主要集中在成矿物 质是否来源于岩浆热液(图 1,表 1) 。关于某些或所有金属的“正岩浆”成因假说,目前研究 结果不是将其归因于花岗岩,就是归因于其他火成岩[4-11],亦有归因于亲碱性的较基性岩浆 的[12-13]。其他的研究结果[14-15],支持早期提出的假说,认为以岩浆热液成因为主的高温深成 矿石,由于发生了各种低温热液事件或低温表生事件,使其品位有所增高或降低。岩浆模式 涉及氧化的贫硫含金属卤水从同时期的岩浆中析出, 此后的矿质沉淀受多种过程的驱动。 对 岩浆流体源的具体情况有各种推断, 包括原始钙碱性弧岩浆、 澳大利亚和北美有争议的克拉 通内或远弧环境(Distal ore settings)中的Ⅰ型或 A 型花岗岩、碳酸岩到强碱性岩浆。流体 源含有 CO2是岩浆模式中的一个重要因素,这不仅是因为在与矿化有关的流体包裹体中普 遍存在 CO2, 而且还因为其在与 IOCG 系统推断深度相应的宽阔压力范围内对流体从岩浆中 析出起控制作用。还有人提出,CO2的存在可以影响硅酸盐熔融体与流体之间的碱质配分, 有可能生成具高 Na/K 比值的卤水,这种卤水可能导致了存在于许多 IOCG 环境的广泛分布 的钠质蚀变作用。 其他研究结果则认为,IOCG 系统是一种以上的“非岩浆”成因热液流体的混合。据称, 3 奥林匹克坝、拉康德拉里亚、欧内斯特亨利和伊加拉佩湾等矿床的成矿作用属于这种类型。 G. Mark 等[16]对欧内斯特亨利矿床的矿石,研究过岩浆源热液流体与变质热液流体之间的混 合作用;D.W.Haynes 等[16]针对奥林匹克坝矿床的矿石,研究过较热的深部循环热液流体或 岩浆源热液流体,与较高盐度干盐湖水产生的热液流体间发生的持续不断和周期性的混合。 对奥林匹克坝矿床而言,根据稳定同位素、矿物共生组合和地球化学特征所作的解释,往往 会含糊不清,不能确定较高温热液流体的来源,只能说它是岩浆成因的,或“深循环地壳水 成因”的。D.K.Huston 等[18]和 R.G.Skirrow [19]得出结论说,不同氧化状态的变质地层水,或 与早期形成的赤铁矿或磁铁矿混合,或与之反应,产生了坦南特克里克矿田的 Au-Cu-Bi 矿 床。 非岩浆模型可以分成两类 一是流体主要派生于地表或浅部盆地的模型, 二是涉及在下 地壳到中地壳变质环境中演化的流体的模型。 两类模型都需要能提供非岩浆氯化物的专属环 境。在前一类模型中,侵入体的主要作用是驱动非岩浆卤水的热对流。流体的含盐性可能来 自发生了蒸发的地表水(温暖、干旱环境) ,或来自循环水与先存蒸发盐沉积物的相互作用。 含盐性来自方柱石之类含 Cl 硅酸盐的可能性在克朗柯里矿区等环境中曾被考虑过,在那些 环境中,与 IOCG 有关的热液活动被认为发生在中地壳深度。变质模式不需要火成热源,尽 管同期侵入体可能存在并且向流体提供了热量和组分(例如 Fe、Cu) 。 表表 1 IOCG 系统不同成因模式对系统不同成因模式对比比[20] 流体来源流体来源 岩浆岩浆 非岩浆非岩浆 盆地盆地/地表地表 变质变质 基本过程基本过程 从岩浆析出贫 S2-的含金属卤 水;受浮力而上升; 冷却、 围岩反应 流体混合提供 圈闭机制 非岩浆卤水热对流;围岩反应 提供金属;冷却、围岩反应或 流体混合提供圈闭机制 卤水组分通过脱挥成分或 与其他水流体的反应以变 质方式析出;受浮力而上 升;冷却、围岩反应 流体 混合物提供圈闭机制 与火成岩与火成岩 的伴生关的伴生关 系系 成分从闪长岩到花岗岩的高钾 氧化岩套;有些人提出与碳酸 岩和强碱性岩有联系 多样的火成岩(辉长岩到花岗 岩) ;已知存在无岩浆活动的实 例;在大多数情况下为关键热 源; 物质来源,反映于地球化学特 征的多样性 虽然通常存在联系,但这 种联系并非必不可少;在 某些环境中可能为热源, 可以是物质来源 含长石容含长石容 矿岩石的矿岩石的 热液蚀变热液蚀变 Na(Ca) ,另一些类型(K、 H)与岩浆有联系 K(类型Ⅰ) ,流体上升带内的 H Na (Ca) 补给带内的Na (Ca) K(类型Ⅱ) 与矿床伴生的主要为 K 和 H蚀变;区域性 Na(Ca) 组合反映来源 铁氧化物铁氧化物 与与 Cu ((-Au)的)的 关系关系 有些铁氧化物伴有 Cu(-Au) , 可能是较大深度或较高温度条 件下的相应产物;无矿铁氧化 物可能是由特殊流体形成的, 通常见于同一地区内较老的热 液系统 富磁铁矿(Me)者是成矿系统 较深、较早和较高温部分;磁 铁矿或赤铁矿(Hm)一般也伴 有 Cu; 无矿铁氧化物代表对 Cu 而言缺少 S 圈闭或缺少二次含 铜流体 铁氧化物存在但相对为少 量(黑云母(Bi)或绿泥 石(Chl)常见) ;铁氧化 通常是由镁铁质物质分解 而不是由铁的代入形成的 4 局部背景局部背景 深度深度/构造构造 浅到中地壳水平;通常沿区域 构造发育但产在成矿侵入体附 近 产于(主要为)脆性的上地壳; 区域或火山构造导致的倾伏 靠近或处在主要构造的中 到浅地壳水平;地表流体 要求浅的水平 全球背景全球背景 产生特征性岩浆(氧化的高钾 或碱性岩浆)的弧或拉伸环境 具有适当卤水源(干旱环境或 较老的富 Cl 物质) 、倾伏系统 和热驱动源的地区 具有富 Cl 低到中级变质 的源岩的地区;挤压构造 环境(例如盆地塌陷)或 前进变质作用 关键参考关键参考 文献文献 [21-24] [25-28] [29-31] 说到底,IOCG 成因的主要问题在于,矿床究竟是通过岩浆与地幔或下地壳有直接联系 (特别是对非常大的矿床而言) ,还是完全在地壳内部形成于巨大的热液系统,这些系统能 有效地富集先前分散于大范围岩石内的金属。 对这一问题的答案目前仍在不确定性之中, 这 是由于缺少关键性数据,而获取这些数据则是今后研究的重要方向。 3 找矿标志 3.1 地质标志 图 1 IOCG 矿床不同模式的流体路径和热液特征示意图 特征综合描述见表 1;箭头表示针对石英饱和岩石中不同流动路径预测的石英沉淀(形成石英脉) ,提供 了一种关于流体流动的有用的一级近似指示(修编自[32-33]) 5 大量已知大型矿床的对比研究表明,含大型、超大型氧化铁-铜-金矿的成矿省,无法与 只含小型矿床的成矿省区分开来。 这个结论与针对其他类型贱金属和贵金属矿床的研究结果 是一致的。不过,无论就“成矿省尺度”而论,还是就“矿床尺度”而言,某些重要的地质特征 都不是独一无二的,这将有助于确定更可能含有巨型和世界级氧化铁-铜-金矿床的地质环 境。 3.1.1 区域特征 ⑴有 Cu 或 Cu-Au 小矿点存在,呈脉状和不均匀的浸染状产出。 ⑵有老硅铝壳存在,有一个或几个酸性和基性岩浆旋回、沉积旋回、变质旋回和变形旋 回存在的证据。 ⑶产有基性或中性火山岩或其变质岩。 ⑷没有或只有少量还原性(含碳或硫化铁的)岩系产出。 ⑸有区域性 Na-Ca 矿物蚀变(产有钠长石和两种以上的下列矿物方柱石、绿泥石、 绿帘石、阳起石、磁铁矿、赤铁矿、碳酸盐和榍石) 。 ⑹有穿插在 Na-Ca 蚀变岩中的 A 型或 I 型花岗岩或基性岩侵入体。 ⑺在断层中普遍发生局部的 Na-Ca 或含水钾长石蚀变,断层有时沿走向延伸很长。 ⑻蚀变岩石组合、或 A 型或 I 型花岗岩、或基性岩侵入体,未发生明显的塑性变形或 变质作用。 ⑼如果有与 A 型或 I 型花岗岩或基性岩侵入体同时代的(未变形)火山岩存在,则在 局部上会没有 Na-Ca 蚀变,而有含水钾蚀变(含赤铁矿尘的绢云母、碳酸盐、氧化硅和绿 泥石)存在。 3.1.2 局部(近矿)特征 ⑴如果发生了 Na-Ca 蚀变,则会局部出现深粉色到红色钠长石和黑云母,或钾长石和 黑云母,以及一两种下列矿物绿泥石、绢云母、碳酸盐、方柱石、磁铁矿和赤铁矿;如果 有与 A 型或 I 型花岗岩或基性侵入岩体同时代的火山岩存在,则会局部产生含水 K 蚀变和 内嵌的及边缘的菱铁矿-赤铁矿-氧化硅脉。 ⑵火山岩与其他岩石接触,例如,酸性火山岩(或其变质岩)与沉积岩接触,或火山岩 与花岗岩接触。 ⑶如果发生区域性 Na-Ca 蚀变,则表明有背斜或背形构造存在。 ⑷如果有 Na-Ca 蚀变存在, 则会出现富含长石的岩石或含 Fe2矿物的“含铁层”; 如果有 与 A 型或 I 型花岗岩同时代的火山岩存在,则会出现富长石的岩石。 3.2 蚀变标志 ⑴以赤铁矿为主的矿床有绢云母、绿泥石和碳酸盐内蚀变晕。 ⑵以磁铁矿为主的矿床有钾长石和黑云母、 或钠长石和黑云母、 或绿泥石和黑云母内蚀 变晕。 ⑶局部产有阳起石、磁铁矿和石榴子石,一般产在以磁铁矿为主的矿床的矿体之下。 6 ⑷碳酸盐矿物,如菱铁矿和方解石,一般呈脉状产在蚀变晕内。 ⑸近矿蚀变叠覆在区域 Na-Ca 蚀变之上。 ⑹在以赤铁矿为主的成矿系统中,含水 K 蚀变晕离矿体 4 km 左右;在以磁铁矿为主的 矿床中,彼此相距较近。 3.3 矿物地球化学标志 具有稳定矿物磷灰石、电气石、独居石和石榴子石。矿石中含 Fe、Cu、Co、Mo、Au、 Ag、As,有时还含 Bi、Te、Hg、U、Pb、Zn。在非硫化物蚀变带,含 Mn、Bi、P、LREE、 F、K 或 Na、Ca、Ba、W、Th、Sn,但没有 Nb 和 Zr。 3.4 地球物理标志 由于 IOCG 矿床富含铁氧化物,常常缺失硫化物,而且蚀变范围广阔,因此,地球物理 是寻找 IOCG 的有效手段,尤其是在隐伏矿区,依磁场和重力场确定效果最好。成矿区的磁 场和重力效应明显,具有重力高。矿床以中等到高幅度磁异常为标志。找矿标志(如含水 K 蚀变)在地表有露头的矿区,使用放射性法找矿效果较佳。在奥林匹克坝、欧内斯利享利、 埃洛伊斯等矿床的发现过程中,地球物理起着关键性的作用。 需要指出的是,在众多构造环境下,由于地质结构复杂,成矿物质来源多样,致使地球 物理资料的解释复杂化。因此,应将地球物理资料与地质资料密切结合起来考虑。 3.5 矿床成因标志 如果矿床属岩浆成因的,那么,岩浆岩组合(例如,富钾或碱性岩浆)是成矿的关键因 素,它必须出现,而且要产在特定的构造环境(例如,大陆弧、弧后、非造山环境)中。由 于岩浆强烈贫硫,在金属受圈闭而沉淀的过程中,需要有外部的硫源。 如果是非岩浆岩起关键作用,流体可能来自近地表,或系盆地内流体,火成岩岩体只提 供热源和相关溶液。此时,火成岩的成分和古地理的控制就不那么重要了。这种情况下,变 质作用与造山崩塌具有自己的显著特征,它既不需要温暖的通道,也与组合无关。相反,取 决于最初始系统水的总体成分。这种系统需要在侧向和深部扩展更大的范围来探讨。 参考文献参考文献 [1] 王绍伟. 重视近 20 年认识的一类重要热液矿床铁氧化物-铜-金(-铀)-稀土矿床[J].国土资源情报, 2004, 2 45-51. 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