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2015 年 5 月 地 球 学 报 May 2015 第 36 卷 第 3 期 313-322 Acta Geoscientica Sinica Vol.36 No.3 313-322 www.地球学报.com 本文由中国地质调查局地质调查项目编号 12120113093600、中国地质调查局高层次地质人才培养计划编号 201309和青年地质英才 计划编号 201112联合资助。 收稿日期 2014-05-31; 改回日期 2014-10-29。责任编辑 张改侠。 第一作者简介 王辉, 男, 1987 年生。博士研究生。矿物学、岩石学、矿床学专业。Email wang_hui2007。 *通讯作者 丰成友, 男, 1971 年生。博士, 研究员, 博士生导师。主要从事矿床地质、地球化学研究。通讯地址 100037, 北京市西城区 百万庄大街 26 号。E-mail fengchy。 青海省兴海县赛什塘铜矿床矽卡岩 矿物学特征及地质意义 王 辉 1, 丰成友1*, 李大新1, 丁天柱2, 王洪庆2, 刘建楠1, 周建厚1 1中国地质科学院矿产资源研究所, 北京 100037; 2青海赛什塘铜业有限责任公司, 青海西宁 810003 摘 要 赛什塘铜矿位于东昆仑造山带东端的鄂拉山地区, 是中国西部重要的矽卡岩型铜矿之一。 矽卡岩形 成于印支期石英闪长岩与中下三叠统地层T b2 1-2岩性段的接触带, 矿体主要呈似层状、透镜状产于外接触带 矽卡岩中。T b2 1-2岩性段由中性火山岩、大理岩及变质粉砂岩构成, 其中变安山质凝灰岩及安山岩与铜矿化有 着密切的空间关系。岩相学研究表明, 含铜矽卡岩的形成经历了矽卡岩阶段、退化蚀变阶段、石英-硫化物 阶段及石英-碳酸盐阶段。矽卡岩阶段形成石榴子石、辉石及硅灰石, 退化蚀变阶段则形成绿帘石、角闪石 及磁铁矿, 石英-硫化物阶段大量金属硫化物发生沉淀。 电子探针分析表明, 石榴子石与辉石矿物组分分别为 Gro0.0091.00And7.02100.00PyrAlmSpe0.004.27与 Di12.8098.08Hd2.4179.80JoJdOpx0.0013.47, 表明其属于典型的 钙矽卡岩类。空间上, 靠近石英闪长岩与安山岩接触带处, 钙铝榴石和绿帘石更富集, 而向大理岩的一侧以 钙铁榴石为主, 并常见硅灰石及含 Mn 的钙铁辉石。矿物学特征及矿物成分的变化显示 从矽卡岩阶段到石 英-硫化物阶段, 流体性质呈幕式的变化, 成矿流体至少经历了2次氧化还原性质的转变, 这种变化可能与成 矿流体中大气降水的不断加入有关。 赛什塘铜矿属于矽卡岩型矿床, 以石英闪长岩为主的岩浆活动携带了大 量的热量及流体, 侵入到中下三叠统地层中, 与围岩地层发生物质交换的同时, 引起了大理岩、变质粉砂 岩与中性火山岩之间的双交代作用, 是导致矽卡岩和矿体形成的重要机制。 关键词 矽卡岩矿床; 矿物学; 成矿机制; 赛什塘铜矿; 鄂拉山; 青海 中图分类号 P618.41; P618.01 文献标志码 A doi 10.3975/cagsb.2015.03.06 Mineralogical Characteristics and Geological Significance of Skarn in the Saishitang Copper Deposit, Xinghai County, Qinghai Province WANG Hui1, FENG Cheng-you1*, LI Da-xin1, DING Tian-zhu2, WANG Hong-qing2, LIU Jian-nan1, ZHOU Jian-hou1 1 Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037; 2 Qinghai Saishitang Copper Corporation Ltd., Xining, Qinghai 810003 Abstract The Saishitang copper deposit is an important skarn deposit located in the Southeast of Ngola Mountain Area, Eastern margin of East Kunlun orogenic belt. The skarn occurs along the contact between Indosinian quartz diorite and middle-lower Triassic T b2 1-2 lithologic section. The ore bodies which are stratoid or lenticular mainly occur in exoskarn. The T b2 1-2 lithologic section consists of intermediate volcanic rocks, marble and metamorphic siltstone. Cu mineralization is adjacent to the metamorphic andesitic tuff and andesite spatially. Petrography studies of Cu-bearing skarn show four stages of skarn ation and ore development, including skarn stage, retrograde alteration stage, quartz-sulfide stage and quartz-carbonate stage. Skarn stage consists of garnet, pyroxene CAGS 314 地 球 学 报 第三十六卷 and wollastonite and retrograde alteration stage dominates by epidote, amphibole and magnetite. In quartz-sulfide stage a large amount of sulfides were precipitated. Electron microprobe analysis shows that components of garnet and pyroxene are Gro0.0091.00And7.02100.00PyrAlmSpe0.004.27 and Di12.8091.75Hd2.4179.80JoJdOpx0.0013.47, respectively. The result indicates that the skarn in Saishitang deposit belongs to typical calcic skarn. High concentrations of grossular and epidote are found in skarns located closer to the contact between quartz diorite and andesite. Andradite is richer near the marble with wollastonite and Mn-bearing hedenbergite. Mineralogical characteristics and compositional variations suggest from skarn stage to quartz-sulfide stage, the property of fluid changed episodically with two redox fluctuations at least, probably resulting from the influx of meteoric waters in ore-ing fluid. Saishitang copper deposit is a skarn deposit. The quartz diorite-dominated intrusions carrying plenty of heat and fluids intrude into middle-lower Triassic strata. The materials exchange between intrusions and wall rocks may be the mechanism of the development of skarn and ore bodies in Saishitang deposit, accompanying the bimetasomatism between marble and metamorphic siltstone and intermediate volcanic rocks. Key words skarn deposit; mineralogy; metallogenic mechanism; Saishitang copper deposit; Ngola Mountain; Qinghai Province 东昆仑构造岩浆岩带是青藏高原东北部的一 个典型的多旋回复合造山带, 区内构造-岩浆活动 频繁, 成矿地质条件优越, 是中国三叠纪金属矿产 最重要的分布区之一毛景文等, 2012; 丰成友等, 2012。 东昆仑多金属成矿带西起祁漫塔格向东延伸 至鄂拉山一带, 呈北西西向展布, 产出有赛什塘、 铜峪沟、日龙沟、乌兰乌珠尔、卡而却卡、虎头崖 等多个大中型铜多金属矿床, 是中国西部一条重要 的多金属成矿带丰成友等, 2004。 赛什塘铜矿位于东昆仑构造岩浆岩带东段的 鄂拉山地区, 行政区隶属于青海省海南藏族自治州 兴海县。 矿床自 1955 年发现以来, 开展了大量的找 矿评价及科研工作, 铜资源储量达中型规模。但随 着近年来采矿规模的不断扩大, 矿山资源危机日益 严重。赛什塘铜矿成矿地质条件十分复杂, 对矿床 成因及成矿模式的认识存在较大的争议, 20 世纪 70 年代之前大多认为其属于矽卡岩型青海省第三地 质队, 1983, 8090 年代以“喷流沉积-改造型”林 德经, 1983; 李福东等, 1993; 宋治杰等, 1995的观 点占主导地位, 近年来研究者又提出“热水沉积 斑岩复合型”李东生等, 2009、 “层控改造型、矽 卡岩型和斑岩型三位一体”朱谷昌等, 2010; 吴庭 祥等, 2010等观点, 也有研究者对矽卡岩型的观点 进行了进一步的认识辛天贵等, 2013。矿区内侵入 岩由同源演化的复式侵入体构成, 大致分为 4 个侵 入阶段, 产生多类中酸性侵入体, 其时代分布为 205.7248 Ma邱风歧等, 1978; 秦杰, 2010; 刘建 平等, 2012。前人研究工作主要集中于矿床地质特 征、矿床成因及成矿模式、成岩年代学等方面, 对 矿区内广泛出露的与成矿密切相关的矽卡岩研究则 相对薄弱。 本文在详细的野外地质工作和岩相学、矿相学 研究的基础上, 选择矽卡岩矿物作为重点研究对象, 对赛什塘铜矿矽卡岩矿物学特征进行了较系统的研 究, 总结了成矿流体的演化, 并对矿床成因与成矿 机制进行了初步探讨, 以期为赛什塘铜矿的找矿勘 查工作有所裨益。 东昆仑构造岩浆岩带是中国大陆中央造山带 之秦祁昆褶皱系的一部分殷鸿福等, 1998。赛什塘 铜矿位于东昆仑东段的鄂拉山地区的东南部, 东昆 仑与西秦岭的构造衔接转换部位图 1。 矿区出露中 下三叠统、古近纪新近纪及第四系地层。中 下三叠统地层为一套变质沉积-火山岩岩石组合, 分为 3 个岩性组。上岩组T c 1-2主要岩性为片岩; 中 岩组包括三个岩性段, 上部T b3 1-2为条带状大理岩、 变凝灰岩, 中部T b2 1-2为变凝灰岩、大理岩夹变质粉 砂岩, 下部T b1 1-2为变凝灰岩、变质粉砂岩; 下岩组 T a 1-2岩性为变质粉砂岩、变凝灰岩夹大理岩透镜体 图 1。矽卡岩及矿体主要赋存于中岩组 T b2 1-2岩性段 中。前人曾报道过在赛什塘铜矿区 ZK2306 钻孔中 发现了较厚的中酸性熔岩及火山碎屑岩李东生等, 2009, 然而, 矿区内火山岩与铜矿化的关系却没有 得到足够的重视和研究。本次对赋矿层T b2 1-2进行了 详细的研究, 发现其岩性主要为变安山质英安质 岩屑晶屑凝灰岩、大理岩夹变质粉砂岩, 及一定量 互层产出的安山岩。 靠近接触带的中性火山岩变安 山质凝灰岩及安山岩中普遍发育矽卡岩化, 其与 大理岩的层间接触带往往是矿体有利的赋存部位, 与铜矿化关系密切。 赛什塘矿区内主体构造体系呈北西向图 1, 以褶皱构造为主, 其次为断裂构造。雪青沟复式背 斜位于矿区东侧, 呈北西向延伸, 其西南翼次级的 赛什塘背斜控制着矿区赋矿地层的展布。在褶皱形 成过程中, 地层岩性的差异致使层间滑动及层间剥 离构造十分发育, 为含矿热液的流动及矿质沉淀提 供了良好的空间。 断裂构造主要呈北西北北西向、 CAGS 第三期 王 辉等 青海省兴海县赛什塘铜矿床矽卡岩矿物学特征及地质意义 315 图 1 赛什塘铜矿区地质略图据李领贵等, 2012 修编 Fig. 1 Geological map of Saishitang copper deposit modified after Li et al., 2012 东西向, 规模较小。侵入岩主体出露于赛什塘背斜 核部, 为同源岩浆演化形成的复式侵入体, 主体为 石英闪长岩, 岩石具有细粒花岗结构, 局部过渡为 似斑状结构, 主要由斜长石5055、钾长石 510、石英1520、黑云母1015及 角闪石510组成, 副矿物为磷灰石、榍石、锆 石及磁铁矿等。此外, 矿区内存在与石英闪长岩先 后侵入的各类脉岩, 岩性包括闪长玢岩、石英闪长 玢岩、 斜长花岗斑岩、 花岗斑岩及次流纹斑岩等, 构 成中性→中酸性→酸性的演化系列赖健清等, 2010。石英闪长岩及脉岩的 K-Ar、U-Pb、Rb-Sr 年代学研究基本确定了成岩时代为晚三叠世, 为高 钾钙碱性系列的 I 型花岗岩邱风歧等, 1978; 刘建 平等, 2012。 赛什塘矿区矽卡岩与矿体主要赋存于中下 三叠统 T b2 1-2岩性段中。该岩性段中性火山岩、大理 岩及变质粉砂岩均有不同程度的矽卡岩化。靠近接 触带石英闪长岩发生较强烈的绿泥石化和绢云母化, 并可见细网脉状的透辉石。剖面上图 2, 从石英闪 长岩向安山岩、大理岩一侧, 可见绿泥石化安山岩 →石榴子石辉石化安山岩→绿帘石石榴子石矽卡岩 →辉石阳起石矽卡岩→辉石石榴子石矽卡岩→硅灰 石石榴子石辉石矽卡岩→辉石化大理岩。 矿区目前共发现铜矿体 116 个, 铅锌矿体 32 个, 硫矿体 26 个, 铁矿体 2 个。 矿体主要分布于赛什塘 背斜西翼, 呈似层状、透镜状、细脉状产出, 矿体 受地层层位控制, 但空间连续性较差, 个体多表现 为不规则的囊状辛天贵等, 2013。矿体总体走向北 西, 倾向南西, 倾角 2040; 赛什塘背斜东翼矿体 倾向北东, 倾角 30, 厚度一般为 120 m, 最厚可 达 30 m, 铜品位一般为 0.32.7。铜矿化多产于 石榴子石矽卡岩中, 而铁矿化与角闪石矽卡岩有关 图 2。铜矿石类型主要为磁黄铁矿-黄铜矿型与磁 铁矿-黄铜矿型。 矿石以块状构造、 浸染状构造为主, 少量为条带状构造。矿石矿物主要为黄铜矿、磁黄 铁矿、黄铁矿及磁铁矿, 其次为闪锌矿、方铅矿、 黝锡矿、毒砂及少量的斑铜矿、辉钼矿、辉铜矿等。 脉石矿物主要为各类矽卡岩矿物, 包括石榴子石、 辉石、硅灰石、阳起石、绿帘石、绿泥石、绢云母、 石英、方解石、石膏等。 赛什塘矿区各类矽卡岩矿物以及与其伴生的 硫化物主要分布在外接触带矽卡岩中。从早到晚可 划分为 4 个演化阶段, 矽卡岩阶段主要形成石榴子 石、辉石及硅灰石等无水硅酸盐矿物; 退化蚀变阶 段产生绿帘石、角闪石闪石类矿物及大量的磁铁 矿, 交代早期形成的石榴子石、辉石; 石英-硫化物 阶段产生磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、闪 锌矿、黝锡矿、方铅矿、毒砂等硫化物及石英、绿 CAGS 316 地 球 学 报 第三十六卷 泥石等, 是主要的矿化阶段; 石英-碳酸盐阶段产生 晚期石英-碳酸盐脉及少量石膏, 伴生少量的硫化 物, 各类矽卡岩矿物及硫化物生成顺序见表 1。 1 矽卡岩矿物学矽卡岩矿物学 1.1 分析方法 本次研究在对赛什塘矿区典型坑道及岩芯进 行系统编录和取样的基础上, 选择代表性的岩矿石 样品磨制光薄片, 进行系统的鉴定, 挑选不同期 次、种类和结构构造的矽卡岩矿物及硫化物进行电 子探针分析, 进一步确定矽卡岩矿物的端元组分。 分析测试工作在中国地质科学院矿产资源研究所进 行, 所用仪器为 JEOL-JXA8230 型电子探针, 氧化 物加速电压为 15 kV, 硫化物为 20 kV, 束斑直径为 5 μm, 标样采用天然矿物或国家标准合成金属, 分 析误差小于 0.01。矿物阳离子数及端元组分使用 CALCMIN 软件Andreas, 2009计算。 1.2 矽卡岩矿物特征 石榴子石是赛什塘矿区最常见的矽卡岩矿物, 主要分布于外带, 多数呈暗红色, 粗粒-中细粒, 半 自形-自形结构。根据产状及镜下特征分为四类 I 类石榴子石半自形-自形、中粗粒, 具有明显的“核 边结构”, 可进一步分为两种类型, 一类石榴子石 核部成分均一, 边部具有明显的“振荡环带”, 石 英与硫化物多沿着边部环带进行充填交代图 3a, 另一类石榴子石常被细粒辉石交代, 边部具有弱非 均质性、 无明显环带图 3b; II 类石榴子石在各类矽 卡岩及矽卡岩化的围岩广泛存在, 呈他形-半自形, 中粗粒或呈集合体状, 无明显的分带特征, 常被细 粒硅灰石及辉石交代图 3c; III 类石榴子石为矽卡 岩阶段晚期呈脉状的石榴子石图 3d, 穿切早期形 成的矽卡岩及围岩地层。 图 2 赛什塘铜矿床 25 线 3250 m 中段穿脉地质剖面图 Fig. 2 Geological section of exploratory line 25 in 3250 m level of Saishitang copper deposit 表 1 赛什塘铜矿成矿阶段及矿物生成顺序 Table 1 Metallogenic stages and mineral ing sequence of Saishitang copper deposit 阶段 矿物 矽卡岩阶段 退化蚀变阶段 石英-硫化物阶段 石英-碳酸盐阶段 石榴子石 硅灰石 辉石 角闪石 绿帘石 绿泥石 磁铁矿 磁黄铁矿 毒砂 辉钼矿 黄铜矿 黄铁矿 斑铜矿 黝锡矿 方铅矿 闪锌矿 石英 方解石 CAGS 第三期 王 辉等 青海省兴海县赛什塘铜矿床矽卡岩矿物学特征及地质意义 317 代 表 性 的 石 榴 子 石 电 子 探 针 分 析 表 明 , 赛 什 塘 矿 区 石 榴 子 石 矿 物 组 分 为 Gro0.0091.00And7.02100.00PyrAlmSpe0.004.27, 属 于 钙铝榴石-钙铁榴石系列, 镁铝榴石Pyr等其他端 元组分均少于 5图 4。I 类石榴子石核部到边缘 的成分变化较大, 第一类石榴子石核部成分为钙铝 榴石, ωGro为 78.49～86.47, 而边部转变为钙 铁榴石, ωAnd为 76.88～82.88; 与此相反, 第 二类石榴子石核部成分为钙铁榴石, ωAnd为 83.9199.29, 而 边 部 为 钙 铝 榴 石 , ωGro为 82.0291; II 类石榴子石以钙铝榴石为主, 少部 分为钙铁榴石, 但总体上成分变化较大, ωGro为 086.46, ωAnd为 13.06100。绿帘石石榴 子石矽卡岩及矽卡岩化安山岩中石榴子石均为钙铝 榴石, 代表了火山岩富 Al 的特点; III 类晚期脉状石 榴子石属钙铝榴石, ωGro为 81.0281.44。 空间 上, 从侵入体向围岩地层石榴子石的成分也有着明 显的变化, 靠近安山岩的位置以钙铝榴石为主, 而 靠近大理岩的一侧钙铁榴石逐渐增多。 辉石在赛什塘矿区分布仅次于石榴子石, 呈浅 绿色或灰黑色, 中粗粒-细粒结构。依据辉石产状及 镜下特征, 至少可以识别出两个世代。少部分辉石 具有“核边结构”I 类, 以中粗粒为主, 单偏光镜 下核部颜色为白色或黄白色, 边部变为淡绿色图 3e; 多数辉石不具有 “核边结构” II 类, 其中早期 形成的辉石为中粗粒, 淡黄绿色, 干涉色为一级灰 或一级黄, 晚期辉石一般呈半自形自形粒状或细 粒集合体状分布, 单偏光镜下为无色, 干涉色可达 二级蓝绿或二级橙黄, 交代石榴子石、早期辉石及 粗粒硅灰石等早期矽卡岩矿物图 3f, 或在矽卡岩 图 3 赛什塘铜矿典型矽卡岩矿物显微照片 Fig. 3 Photomicrographs of typical skarn minerals from Saishitang copper deposit a-“核边结构”石榴子石, 核部为钙铝榴石, 边部具有“振荡环带”属钙铁榴石; b-“核边结构”石榴子石, 核部为钙铁榴石, 边部为 钙铝榴石; c-钙铝榴石集合体被细粒硅灰石、钙铁辉石交代; d-脉状钙铝榴石; e-“核边结构”辉石, 核部为透辉石, 边部为钙铁辉石; f-粗粒透辉石被晚期细粒钙铁辉石交代; g-粗粒硅灰石被钙铁辉石交代; h-绿帘石交代钙铝榴石; i-细鳞片状阳起石交代钙铁辉石矽卡 岩; Act-阳起石; And-钙铁榴石; Cal-方解石; Di-透辉石; Ep-绿帘石; Gro-钙铝榴石; Hd-钙铁辉石; Py-黄铁矿; Qtz-石英; Sp-闪锌矿; Wo-硅灰石 a-Compositionally-zoned garnet consisting of grossularitic core and andraditic rim with “oscillation zonation”; b-Compositionally-zoned garnet with andraditic core and grossularitic rim; c-Grossular replaced by fine-grained wollastonite and hedenbergite; d-The vein of grossular; e-Compositionally-zoned pyroxene with diopsidic core and hedenbergitic rim; f-Coarse-grained diopside replaced by fine-grained hedenbergite; g-Coarse-grained wollastonite replaced by fine-grained hedenbergite; h-Grossular replaced by epidote; i-Hedenbergite skarn replaced by actinolite flakes; Act-actinolite; And-andradite; Cal-calcite; Di-diopside; Ep-Epidote; Gro-grossular; Hd-hedenbergite; Py-pyrite; Qtz-quartz; Sp-sphalerite; Wo-wollastonite CAGS 318 地 球 学 报 第三十六卷 图 4 赛什塘铜矿床石榴子石a、辉石b成分特征 Fig. 4 Composition plots of garnets a and pyroxenes b from Saishitang copper deposit Alm-铁铝榴石; Pyr-镁铝榴石; Spe-锰铝榴石; Jo-锰钙辉石; Jd-硬玉; Opx-斜方辉石; 其他矿物缩写同图 3 Alm-almandine; Pyr-pyrope; Spe-spessartine; Jo-johannsenite; Jd-jadeite; Opx-orthopyroxene; other abbreviations as in Fig. 3 化的安山岩及变质粉砂岩中独立出现; III 类辉石呈 细网脉状产于蚀变石英闪长岩中。 代 表 性 的 辉 石 电 子 探 针 分 析 表 明 , 赛什塘矿区的辉石矿物组分为 Di12.8098.08Hd2.4179.80JoJdOpx0.0013.47, 属于透辉 石-钙铁辉石系列图 4。 I 类辉石核部成分为透辉石, ωDi为 91.7598.08, 向外过渡为钙铁辉石, ωHd介于 67.2067.97; II 类辉石中早期中粗粒 的辉石成分以透辉石为主, 而普遍分布的细粒辉石 多为钙铁辉石。矽卡岩化大理岩中辉石的 MnO 含 量较高, ωJo最高可达 11.88; 靠近接触带石英闪 长岩中细网脉状辉石III 类为透辉石, ωDi为 49.5682.17。 根据矿物结构特点和共生关系, 将 辉石及与其共生的石榴子石演化关系归纳如下 矽 卡岩早期阶段主要形成钙铝榴石, 中期阶段产生钙 铝榴石及透辉石组合, 晚期为钙铝榴石与钙铁辉石 组合。 硅灰石是矽卡岩早阶段的主要矿物, 代表了交 代作用的前锋, 主要见于靠近大理岩的矽卡岩中 CM25-10, CM25-11, 矿区内出露十分不均匀, 局 部位置可见较纯的硅灰石矽卡岩, 但宽度一般小于 0.5 m。按照粒度可分为粗粒、细粒两种类型, 见粗 粒板状硅灰石被钙铁辉石交代图 3g及细粒柱状硅 灰石交代石榴子石现象图 3c。 绿帘石是矽卡岩化火山岩中的常见蚀变产物, 黄绿色深绿色, 呈不规则的粒状或集合体状图 3h, 多产于辉石石榴子石矽卡岩中, 呈细脉状或粒 状交代钙铝榴石。其 ωSiO2为 37.0938.75, ωAl2O3为 24.3825.87, 与典型的绿帘石成分 相当。 角闪石闪石类矿物是赛什塘矿床退化蚀变阶 段的主要矿物, 分布较广, 呈深绿墨绿色, 形态 为长柱状、纤维状或集合体状, 交代石榴子石及辉 石, 与磁铁矿及硫化物常伴生图 3i。 角闪石具有富 铁贫镁的特点, ωFeOT为 20.8234.88, 属于钙 角闪石类中的铁角闪石和阳起石图 5。 2 讨论讨论 2.1 矽卡岩类型及成矿流体演化 交代成因的矽卡岩按照矿物成分的不同可分 为钙质矽卡岩、镁质矽卡岩、锰质矽卡岩以及碱质 矽卡岩Einaudi et al., 1982; 赵一鸣等, 1992, 2012。 赛什塘铜矿床矽卡岩矿物以石榴子石、辉石为主, 其次为硅灰石、绿帘石、角闪石, 石榴子石属于钙 铝榴石-钙铁榴石系列, 辉石属于透辉石-钙铁辉石 系列, 表明矽卡岩属于典型的钙矽卡岩。 矽卡岩矿物的化学组成记录了热液流体演化 的历史, 石榴子石和辉石成分上的变化可以为成矿 环境提供重要的信息, 如矽卡岩系统流体的循环与 停滞的状态、流体组成上的变化及氧化还原条件等 Crowe et al., 2001; Jamtveit, 1991; Clechenko et al., 2003。 赛什塘铜矿矽卡岩阶段较早形成的石榴子石 由核部向边缘 Al2O3与 FeO 含量变化较大, 核部为 钙铝榴石, 且成分较均一, 表明其是在渗滤交代作 图 5 赛什塘铜矿床角闪石分类 底图据 Leake et al., 1997 Fig. 5 Classification of amphiboles from Saishitang copper deposit basemap after Leake et al., 1997 CAGS 第三期 王 辉等 青海省兴海县赛什塘铜矿床矽卡岩矿物学特征及地质意义 319 用下缓慢结晶而形成的, 原岩矿物溶解对其成分影 响较大; 晚期“振荡环带”成分为钙铁榴石, 指示 了流体的快速流动状态, 其生长过程中可能受到大 气降水流入的影响Jamtveit et al., 1993, 1994。 前人研究表明, 钙铁榴石和透辉石常形成于氧 化环境, 而钙铝榴石和钙铁辉石则形成于还原环境 Kwak, 1994; 赵一鸣等, 1997; Misra, 2000。 氧化条 件下形成的矽卡岩具有较高的 Fe3/Fe2比值, 而还 原条件下矽卡岩的 Fe3/Fe2比值较低Sato, 1980。 赛什塘铜矿矽卡岩阶段早期主要为钙铝榴石, 中期 产生钙铝榴石和透辉石组合, 晚期为钙铝榴石与钙 铁辉石的组合, 反应了矽卡岩阶段成矿流体经历了 还原到氧化, 再到还原的过程。随着温度的降低, 从退化蚀变阶段高氧化状态的磁铁矿和绿帘石的出 现, 到石英-硫化物阶段大量的硫化物的沉淀, 代表 着成矿流体的氧化还原状态再一次波动, 绿帘石和 磁铁矿富 Fe3一般形成于较氧化的环境中, 而大 量的硫化物通常在富 S2-的还原性环境中发生沉淀 Hezarkhami et al., 1999。因此, 从矽卡岩阶段到硫 化物阶段, 随着温度不断降低及矿物的结晶, 流体 性质呈幕式的变化, 成矿流体至少经历了 2 次氧化 还原性质的转变, 这种变化可能与成矿流体中大气 降水的不断加入有关。 2.2 矽卡岩分带及指示意义 矽卡岩分带受形成深度、岩浆成分、岩浆流体 出溶时间、岩浆及围岩组成及氧化还原状态等多种 因素的控制, 一些矿床的矽卡岩可能无分带, 或者 多个分带交错共生Chang et al., 2008。赛什塘铜矿 以外接触带矽卡岩为主, 由流体交代围岩地层中的 中性火山岩、大理岩及变质粉砂岩而形成, 在几种 岩性层的层间或裂隙处最为发育。围岩成分上的复 杂性导致矽卡岩的分带性并不明显, 但总体上从岩 体、火山岩向大理岩一侧, 石榴子石有从钙铝榴石 向钙铁榴石转变的趋势, 中性火山岩中钙铝榴石、 绿帘石含量高, 而硅灰石及含 Mn 的钙铁辉石仅见 于大理岩一侧。这种分带特点与世界上典型的矽卡 岩分带模式一致Meinert et al., 1992, 2005。反应了 流体由侵入体向围岩运移过程中, 温度逐渐降低, 氧逸度逐渐升高的过程Jamtveit et al., 1995。 赛什塘铜矿石英-硫化物阶段产生磁黄铁矿、 黄 铁矿、黄铜矿、闪锌矿, 黝锡矿、方铅矿等硫化物 组合, 硫化物 S、Pb 同位素研究证明了其与石英闪 长岩的岩浆活动有关李东生等, 2009。石榴子石、 透辉石及石英中流体包裹体的均一温度、盐度等与 典型的矽卡岩型矿床成矿流体特征相似何鹏等, 2013。辛天贵等2013通过对含矿层形成的地质背 景、矿体形态特征、矿体与岩体的关系等方面研究, 否定了赛什塘铜矿喷流沉积成因的认识。上述证据 充分表明赛什塘铜矿属于矽卡岩型矿床。 2.3 成矿机制 赛什塘矿区目前发现的铜矿体主要局限于中 下三叠统地层 T b2 1-2岩性段中, 矿体与变安山质凝 灰岩或安山岩有着密切的空间关系。矽卡岩中石榴 子石含量多于辉石, 且富 Al 的钙铝榴石的含量较 高, 并含有一定量的绿帘石。 由于 Al 在热液流体中 的 溶 解 度 较 低 , 因 此 多 位 于 靠 近 侵 入 体 一 端 Tagirov et al., 2002, 钙铝榴石和绿帘石被认为是 内带矽卡岩的典型矿物赵一鸣等, 2012。然而, 赛 什塘铜矿内带矽卡岩不发育, 蚀变仅为细脉状的透 辉石化及绿泥石化、绢云母化, 暗示除石英闪长岩 的影响外, 富 Al 的火山岩在矽卡岩的形成过程中 也起了重要的作用。火山岩作为矽卡岩围岩或围岩 中的夹层出现, 且偏中性或基性火山岩常与矿体有 着密切的空间关系, 如距离赛什塘铜矿仅 10 km 的 铜峪沟大型铜矿床曾小华等, 2014、东昆仑造山带 西部祁漫塔格地区的卡而却卡铜矿床李大新等, 2011、 虎头崖铜多金属矿床丰成友等, 2011、 尕林 格铁矿床于淼等, 2013等矽卡岩型矿床均表现出 类似的特点。 赛什塘背斜的形成使中下三叠统地层的层 间构造十分发育, 以石英闪长岩为主的印支晚期岩 浆活动携带了大量的热量及成矿流体, 侵入到中 下三叠统地层中, 流体在不同岩性层的层间及裂隙 中流动, 与围岩地层发生物质交换的同时, 引起大 理岩、 变质粉砂岩与中性火山岩之间的双交代作用, 大理岩与变质粉砂岩提供了矽卡岩形成所必需的 Ca, 而中性火山岩提供了部分的成矿物质, 进而形 成了大规模的矽卡岩与铜矿化。综合分析赛什塘铜 矿成矿地质条件, 本文认为围岩地层中有利的岩性 组合对矿体的形成有着重要的意义, 石英闪长岩外 接触带的变安山质凝灰岩及安山岩可能会为赛什塘 矿区及外围的找矿工作提供新的线索和方向。 3 结论结论 1赛什塘铜矿矽卡岩与矿体产于石英闪长岩与 中下三叠统地层 T b2 1-2岩性段的接触带中, 该岩性 段由中性火山岩、大理岩及变质粉砂岩构成, 其中 变安山质凝灰岩及安山岩与铜矿化有着密切的空间 关系, 不同岩性层的层间位置是矿体的有利赋存部 位。 2赛什塘铜矿成矿阶段包括矽卡岩阶段、退化 蚀变阶段、石英-硫化物阶段及石英-碳酸盐阶段。 矽卡岩阶段形成石榴子石、辉石及硅灰石, 退化蚀 变阶段则形成绿帘石、角闪石及磁铁矿, 石英-硫化 CAGS 320 地 球 学 报 第三十六卷 物阶段大量金属硫化物发生沉淀。石榴子石属于钙 铝榴石-钙铁榴石系列, 辉石属于透辉石-钙铁辉石 系列, 角闪石属于钙质角闪石类, 属于典型的钙矽 卡岩。 3石榴子石和辉石“核边结构”发育, 从早至 晚矿物组合为钙铝榴石→钙铁榴石透辉石→钙铝 榴石钙铁辉石。 从矽卡岩阶段到硫化物阶段, 流体 性质呈幕式的变化, 成矿流体至少经历了 2 次氧化 还原性质的转变, 这种变化可能与成矿流体中大气 降水的不断加入有关。 4赛什塘铜矿属于矽卡岩型矿床。以石英闪长 岩为主的印支晚期岩浆活动携带了大量的热量及流 体, 侵入到中下三叠统地层中, 与围岩地层发生 物质交换的同时, 引起大理岩、变质粉砂岩与中性 火山