筏子坝铜矿床是近年来在陇南碧口群中新发现的与阳坝铜矿床特征相似,但规模较大、品位较富的铜矿床。由于其与磁铁石英岩型铁矿紧密伴生和锌矿化紧密共生,所以,确切地说它是一个含磁铁矿铜锌矿床。在碧口群阳坝-店坝铜锌钴金成矿带上,属于同类矿床者,除阳坝外,尚有杜坝、白皂、冯家里等矿床(点)(图5-1)。
图5-1 筏子坝铜矿外围地质矿产略图
一、成矿演化模式
根据对比,筏子坝铜矿床和阳坝铜矿床与日本、芬兰、挪威、南非、美国等国典型的别子型矿床有许多相似之处(表5-1)。这些共性归纳如下:
(1)矿体赋存于变基性火山岩与变细碎屑岩或变中酸性火山碎屑岩层之间;
(2)矿体多呈板状或似层状,厚度小(0.5~5 m),延深大(大于350 m);
(3)主要矿石矿物组合为黄铜矿+黄铁矿+闪锌矿+磁(赤)铁矿,主要脉石矿物为绿泥石+石英;
(4)矿石条带状构造发育,围岩蚀变以绿泥石化最为常见;
表5-1 筏子坝-阳坝式别子型矿床与其他别子型矿床的特征对比
续表
(5)矿石含钴较高(n×100×10-6);
(6)硫同位素组成变化范围较小,以幔源硫为主;
(7)铅同位素组成变化范围较大,投影点较分散且呈线性排列,模式年龄值大多比主岩年龄年轻;
(8)基性火山岩主岩稀土元素配分型式为平缓型或右倾平缓型曲线,δEu为0.65~0.83,δCe为1左右;
(9)矿床成带出现,但单个矿床规模较小。
鉴于筏子坝和阳坝矿床与典型的别子型矿床非相似,所以,提出将其归为别子型矿床,并且是我国别子型矿床之首例。又因其锌含量较高和储量较大,确切地说应称为别子型铜锌矿床。
1.筏子坝铜锌矿床形成的构造环境
别子型矿床形成的构造环境一直是一个颇有争议的问题。但一般认为其与俯冲作用有关的构造体制下形成的,并与岛弧有某种成因关系。Mitchell和Bell(1973)认为这些矿床是与黑矿型矿床同时,但是在比黑矿型矿床远离火山机构的背景下形成的。Mitchell和Garson(1981)把别子型和黑矿型矿床均归入与俯冲有关构造环境形成,并把二者分别列入弧间槽中和火山弧上的矿床。Klau和Large(1980)认为别子型与黑矿型也有成因关系,只不过是与岛弧发育的不同阶段有关。Hutchinson(1980)认为别子型矿床只产于弧前海槽或海沟中。然而,Fox(1984)和Breikopf等(1988)均认为别子型矿床形成于裂谷环境下,并将其与红海和加利福尼亚湾的现代海底热液沉积物相类比。那么筏子坝和阳坝等别子型铜锌矿床是在怎样的大地构造环境中形成的呢?
由于筏子坝和阳坝等别子型铜锌矿床以及刘家坪、东沟坝等黑矿型铜锌或铅锌(铜)钡金银矿床均产于碧口群火山-沉积岩系中,所以欲回答上述矿床的形成环境必先查明其主岩系,即碧口群的形成环境。
作者曾述及支持碧口群火山-沉积岩系产于扬子古板块西北缘中新元古代沟-弧-盆体系的火山岛弧带环境的看法。其主要理由如下:
(1)阳坝-碧口地区碧口群变基性火山岩的化学成分,大多投影于 Mullen(1983)的TiO2-10MnO-10P2O5 图解的岛弧拉斑玄武岩区(IAT)内;
(2)在 Miyashiro(1974,1975)FeO*/MgO-SiO2 图解上和在 Gill 等(1979)的 Al2O3-100 Mg/(Mg+Fe*)图解上,阳坝-碧口地区碧口群变基性火山岩大多落于岛弧拉斑玄武岩区(IAT)或岛弧拉斑玄武岩区(IAT)与大洋中脊玄武岩区(MORB)交接部位;
(3)阳坝-碧口地区碧口群变基性火山岩的 FeO*/MgO比值绝大多数在 1.79~2.78 之间,均大于1.7,按Miyashiro的判别法(1974)应属岛弧拉斑玄武岩;
(4)根据陶洪祥等(1988)计算,碧口群变基性火山岩的碱度系数(AR)为1.03~2.75,平均值为1.62,表明大多数岩石的碱度低,相当于岛弧低钾拉斑玄武岩;
(5)碧口群变基性火山岩具有平坦的REE配分型式,并呈现出明显的负铈和负铕异常;
(6)筏子坝矿床黄铁矿的铅同位素组成显示出壳-幔过渡性质,在铅大地构造图(208 Pb/204 Pb-206 Pb/204 Pb图上),投影于岛弧区及其附近;
(7)筏子坝和阳坝矿床黄铁矿的δ34S值为-1.7‰~2.0‰,具陨石硫特征,显为壳源硫混入很少的幔源硫;
(8)筏子坝和阳坝矿区磁铁石英岩层的石英的δ34O值为14.2‰~15.7‰,说明其属陆源碎屑成因,并且意味着当时岛弧后侧和弧后盆地除火山沉积岩外,还接受了来源于大陆的比较成熟的碎屑沉积。
至于筏子坝和阳坝矿床在古火山岛弧带上具体产出于部位,认为它们应产于火山岛弧与弧后盆地交接地带。最初,原始的含铁石英质岩层形成于基性火山喷出岩相与细碎屑沉积岩相的过渡部位。这一原始含铁石英质岩层,后经成岩、变形和变质作用而变为磁铁石英岩,在岛弧发育后期阶段磁铁石英岩又受火山成矿热液作用、改造变为含铜磁铁石英岩,在其下盘或附近的有利构造部位淀积了块状含锌黄铜黄铁矿石。除筏子坝和阳坝矿床外,在碧口古火山岛弧带的弧后盆地细碎屑岩相和白云岩相交接部位最初也形成了原始含铁岩层,后经变质改造而成为现在见到的铜厂式磁铁蛇纹岩型铁矿,而在火山弧上的火山机构附近或火山洼地则形成黑矿型刘家坪(燕子砭)式铜锌矿床和东沟坝式铅锌(铜钡)金银矿床。
2.筏子坝及区内其他矿床成矿演化模式
图5-2系碧口古沟-弧-盆体系构造演化图。由该图可以看出:
在中元古代中晚期(1400~1000 Ma,相当于蓟县纪),扬子板块西北边缘洋壳向华北板块下俯冲,碧口早期火山弧形成,基性到中酸性火山熔岩及火山碎屑岩大量发育,在弧后盆地有陆缘碎屑岩和碳酸盐岩沉积。关于成矿作用,在这一时期,首先在弧后盆地底部形成铜厂式铁矿的原始铁矿沉积层,稍后在火山弧与弧后盆地交接处形成筏子坝-阳坝式含铁含铜石英质岩层,最后在火山弧上火山机构附近的角斑质火山碎屑岩层内形成黑矿型刘家坪(燕子砭)铜锌矿床;
图5-2 扬子板块西北缘碧口沟-弧-盆体系构造演化及其与成矿的关系
在新元古代早期(1000~800 Ma,相当于青白口纪),洋壳继续俯冲,弧前盆地形成,并堆积了复理石建造,早期火山弧和弧后盆地的火山-沉积岩系褶皱变形,晚期火山弧和弧后盆地形成,并在晚期火山弧的角斑质火山岩系中形成黑矿型东沟坝式锌铅(铜)钡矿床,而早期岛弧岩系和早期弧后盆地的(火山)沉积岩系中,黑矿型刘家坪式铜锌矿床、铜厂式原始铁矿层和筏子坝-阳坝式含铁石英质岩层受到变形、变质和改造,特别是铜厂式原始铁矿层变为磁铁蛇纹岩型铁矿,筏子坝-阳坝式含铁含铜石英质岩石变质为含铜磁铁石英岩,叠加了火山热液铜、锌矿化、黄铁矿化和铁碧玉化,并在其下面或附近层间断裂内淀积了块状含磁铁矿黄铜闪锌黄铁矿石,即现在见到的别子型筏子坝-阳坝式铜锌矿床。
在新元古代晚期(800~700 Ma,相当震旦纪早期,亦即澄江期),扬子板块与碧口岛弧发生强烈碰撞,早期岛弧岩系进一步变形褶皱并产生一系列具逆冲性质的韧性剪切带,晚期岛弧岩系亦发生强烈褶皱,其中的东沟坝式锌铅(铜)钡矿床遭受改造,叠加了金银矿化,同时并有大量中基性、中酸性深成岩体和钠质辉绿岩脉侵入(其中与闪长岩相伴有铜厂式热液铜矿形成)。此时的沉积地层主要为滨浅海相和海陆交互相的冰碛层和砂岩、泥岩、砾岩等。
应该指出的是筏子坝-阳坝式别子型矿床与日本和挪威的别子型矿床还有一些不尽相同之处:①筏子坝和阳坝矿床形成于火山岛弧带环境,而日本和挪威的别子型矿床产于陆缘裂谷或坳拉槽环境;②筏子坝和阳坝矿床有磁铁石英岩发育,而且矿石不含磁黄铁矿;③筏子坝和阳坝矿床块状矿石占比例较大,矿石变质现象不显著;④筏子坝和阳坝矿床矿石Ag/Au比值远高于日本和挪威的别子型矿床,说明前二者Au很不富集。
此外,筏子坝和阳坝式别子型矿床与产于同一岛弧带的刘家坪式黑矿型矿床在主岩、控矿构造、矿物共生组合、Co含量与Co/Ni比值、硫同位素组成等方面均有差别,后者以主岩为角斑质凝灰岩,与火山机构关系密切、矿物共生组合包括方铅矿和重晶石、Co含量和Co/Ni比值偏低和较高的δ34S值(混合硫源)为特征。
二、综合定位模式
由于筏子坝矿床是一个含磁铁矿的铜锌硫化物矿床,并且与磁铁石英岩紧密相伴,所以磁法测量是对其寻找和定位的第一重要标志,尤其是对其矿化带或含矿带定位更是如此。
虽然由于其矿体厚度较小、矿体与顶底板岩石界限截然和蚀变晕很窄,但其铜、锌、钴、钼地球化学异常尚属明显,并且彼此之间套合较好,所以成矿和伴生元素原生地球化学异常亦是其寻找和定位的良好标志,但其原生地球化学晕范围较窄,用之进行地球化学勘查尚不易把握。不过以磁法为先导,选择磁异常明显地段以较大比例尺的岩石地球化学测量被证明还是行之有效的。
磁充电法在矿床勘探阶段,由已知矿体向外扩大寻找新的富矿体,效果亦较好。
有关物化探队在该成矿区带的阳坝和杜坝铜锌矿区的实践表明,除岩石地球化学和土壤金属量测量外,激发极化法、电阻率法和自然电场法等电法测量在矿床(体)定位方面亦有较好的效果。
现将筏子坝、白皂、阳坝和杜坝矿床综合方法定位模式分别论述如下:
图5-3 筏子坝铜锌矿床综合定位模式
1.筏子坝铜锌矿床
图5-3是筏子坝铜锌矿床的地质-矿物学-地球物理-地球化学综合定位模式。由该模式图可以看出:
(1)界限截然的板状含磁铁矿铜锌矿体与磁铁石英岩相伴而生,其直接顶底板围岩均为绿泥石片岩;
(2)矿体磁异常明显(ΔZ峰值约为2100 nT);
(3)矿体附近Cu、Zn、Co等元素原生地球化学异常明显,但晕带很窄(仅相当矿体宽度的2~3倍);
(4)矿床的矿物分带虽不十分明显,主要矿石矿物含量向深部有增加之势,但黄铁矿则相反;
(5)主要成矿元素(Cu、Zn)和矿化指示元素(Co、Mo)含量以及Co/Ni和Ag/Au比值均有虽深度而增加之势。
2.阳坝铜矿床
阳坝铜矿床位于阳坝-店坝成矿带的东北端,亦是一个别子型矿床,其与筏子坝略有不同的是其受后期岩浆热活动影响较明显,Au矿化较好,但锌矿化(尽管深部锌矿化亦较强)不及筏子坝强。
图5-4是阳坝铜矿床0号勘探线地质-地球物理-地球化学综合剖面图。由图5-4可以看出:
(1)含磁铁矿铜矿体赋存于中酸性凝灰质千枚岩与变质细碧质岩岩层之间;
图5-4 甘肃康县阳坝铜矿0号勘探线综合剖面图
(2)含磁铁矿铜矿体和含铁石英岩均有磁异常显示,以前者为著,ΔZ峰值亦大于2000 nT;
(3)变质细碧质火山岩亦具不明显的正磁异常,而有别于变质中酸性凝灰质岩石;
(4)矿体附近铜的原生地球化学异常亦很明显,只是其异常范围较大,并显示出矿致异常与绿片岩(变细碧质火山岩)异常叠加的特点。
图5-5为阳坝铜矿床铜矿坡矿段岩石地球化学异常剖析图,从该图可以看出,铜、锌、钴、钼原生异常呈近东西向围绕矿体呈条带状分布,形态规整,但垂直矿体走向,元素浓度梯度变化十分明显,反映出层控矿床的原生地球化学异常特征。
图5-5 阳坝矿床铜矿坡矿段岩石地球化学剖析图
3.杜坝铜锌矿床
杜坝铜锌矿床亦位于阳坝-店坝成矿带上,其成矿特征与筏子坝也相似,图 5-6 为杜坝铜锌矿床铜硐沟矿段Ⅲ线地质-地球物理-地球化学综合剖面图。该图表明,含磁铁矿铜锌矿体产于变安山质凝灰岩(相当绿色片岩)与凝灰质片岩(相当于绢云石英片岩)之间,与矿体对应的是低电位、低电阻率和高极化率异常。土壤金属量(铜)异常对应于板状矿体下侧的第四系覆盖物。由此可见,自然电场法、电阻率联合剖面法和激发极化中间梯度法等电法测量和土壤金属量测量法对杜坝铜锌矿床找寻定位是颇有成效的。
图5-6 甘肃康县杜坝铜硐沟Ⅲ线综合剖面图