斑巖型銅礦床研究現狀與進展

陳軍強，張 超，李志丹

(天津地質礦產研究所，天津 300170)

目前世界上已知的銅礦類型主要有：砂巖型銅礦、火山巖型銅礦、矽卡巖型銅礦、斑巖型銅礦、變質巖層狀銅礦和超基性巖銅鎳礦，斑巖銅礦作為一種最重要的銅礦類型，為世界提供了50％以上的金屬銅資源。美國、智利、秘魯三個主要產銅國家的銅礦儲量的80％～90％來自斑巖型銅礦床[1]。鑒于其在科學和經濟上的重要性，近百年來，許多學者對斑巖銅礦的構造環境、成礦物質來源、礦床成因等方面進行了大量的研究工作，并取得了豐碩成果。在查閱大量斑巖銅礦相關文獻的基礎上，本文對斑巖型銅礦床的時空分布特征、形成的構造環境、礦化蝕變特征、礦床類型和礦床成因進行了總結，供找礦實踐和成礦理論研究參考和完善。

1 概念

斑巖銅礦，最早源于20世紀初，美國人開采亞利桑那州和新墨西哥州石英二長斑巖和花崗閃長斑巖中的大規模銅礦時采礦工人的叫法。1904年，Ransome通過對美國亞利桑那州“浸染狀銅礦”的詳細野外考察，提出了浸染狀銅礦化與斑巖體成因有關的學術思想，從而拉開了斑巖銅礦研究的大幕。1918年，Emmons正式把這種與斑巖體有關的“浸染狀銅礦”定名為斑巖銅礦。

通過近一個世紀的研究，目前大多數學者認可的斑巖銅礦的定義可以描述如下：是指在時間上、空間上、成因上與斑狀結構的鈣堿性、堿性、中酸性淺成或超淺成小侵入體(花崗閃長斑巖、石英二長斑巖、石英斑巖等)有關，并具有鉀、氫蝕變礦物暈和銅、鉬、金、銀、鉛、鋅、硫等地球化學暈的巖漿期后中―高溫熱液階段形成的細脈浸染狀硫化物銅礦床[2-3]。斑巖型銅礦床的主要特征可以概括為“埋藏淺、品位低、規模大、露天采”，銅品位通常在0.4％左右，少數可達0.8％。礦石中除銅外，還伴生鉬、金、銀等元素，可綜合利用。

2 時空分布特征及構造環境

2.1 時代分布

斑巖銅礦的形成時代主要集中在新生代，約占59.5％，其次是中生代，約占35％，再次是古生代，前寒武紀斑巖銅礦床目前發現較少(表1)。形成這種時間分布特征的原因有兩種觀點：一種認為斑巖銅礦多形成于板塊匯聚區，而在前寒武紀全球板塊活動機制尚未完善，大規模板塊活動尚未形成，斑巖銅礦化自然較少。而中新生代是板塊活動的最強烈時期，也是斑巖銅礦形成的高峰期；另一種觀點則認為，斑巖銅礦主要形成于板塊俯沖帶，而這些帶后期往往發育成造山帶，成為主要的剝蝕區，且斑巖銅礦多賦存于淺成―超淺成侵入體中，巖體及圍巖節理、裂隙發育，有利于剝蝕作用形成，隨著時間推移古老的斑巖銅礦很難保存。

表1 世界超大型斑巖銅礦床(銅儲量>500t)的時代分布[1]

2.2 空間分布

眾所周知，世界上有三大成礦帶，分別是環太平洋成礦帶、特提斯-喜馬拉雅成礦帶、古亞洲洋成礦帶(中亞成礦帶)[4]。據戴自希(1996)統計，世界上銅儲量超過500萬t的斑巖銅礦共34處，在空間分布上主要集中于環太平洋帶(28處)、特提斯-喜馬拉雅成礦帶(3處)、古亞洲洋成礦帶(1處)和印度克拉通(1處)。

環太平洋斑巖銅礦帶分東西兩帶[5]：東帶包括阿拉斯加、北美西部向南經墨西哥、巴拿馬、厄瓜多爾、玻利維亞、秘魯、智利、阿根廷，超大型斑巖銅礦有智利的楚基卡馬塔等；西帶又分內帶和外帶，內帶從俄羅斯鄂霍次克北緣，經中國東北東部、長江中下游及華南地區；外帶從日本列島經中國臺灣、菲律賓、加里曼丹島、巴布亞新幾內亞、所羅門群島等，超大型斑巖銅礦有中國的德興銅廠、印尼的格拉斯貝格等。

特提斯-喜馬拉雅斑巖銅礦帶西起西班牙，經原南斯拉夫、羅馬尼亞、保加利亞、土耳其、亞美尼亞、伊朗、巴基斯坦，東到中國西藏和緬甸等地，超大型斑巖銅礦床有原南斯拉夫的麥丹佩克、伊朗的薩爾切什梅和中國的玉龍等。

古亞洲洋斑巖銅礦帶西起烏茲別克斯坦和哈薩克斯坦，經中國的新疆、甘肅和內蒙古，東到中國的黑龍江多寶山等地，大型斑巖銅礦有烏茲別克斯坦的阿爾馬累克、哈薩克斯坦的科翁臘德和蒙古的歐玉陶勒蓋等。

2.3 構造環境

前人的大量研究資料表明，板塊構造對全球斑巖型銅礦床的形成有重要影響，不同的大地構造單元及其火山-深成巖建造對斑巖銅礦床的成礦具有明顯的控制作用。主要有兩種構造環境，一種是由大洋板片俯沖產生的陸緣弧和島弧環境，另一種是與大洋板片俯沖作用無關的大陸環境。Sillitoe(1972)建立了經典的斑巖銅礦板塊構造模型，提出斑巖銅礦主要在板塊俯沖背景下的主動陸緣鈣堿性火山巖帶中形成，金屬來源與板塊俯沖作用導致的巖漿活動有關[6]，并在后來環太平洋成礦帶斑巖型礦床的勘查中取得重大突破，成為科學理論指導礦床勘查的典范。Sillitoe(1997)最早提出匯聚板塊邊緣的擠壓構造背景對斑巖銅礦的形成有重要作用，并識別出擠壓環境有利于斑巖型礦床形成的一些關鍵因素：①擠壓環境能形成比伸展環境更大的淺部巖漿房；②擠壓環境能夠促進巖漿房的結晶分異，進一步導致揮發份飽和及形成大規模巖漿熱液；③擠壓環境下很難發育陡立張性斷裂，有利于巖漿熱液的聚集[7]。

大陸環境斑巖銅礦研究起步較晚，隨著近年來大陸環境斑巖銅礦的大量發現，研究程度在逐漸加深。Hollister(1974)首次開展碰撞鑿山環境斑巖銅礦的研究，拓展了經典斑巖銅礦的成礦模型[8]。近年來，中國的礦床學家也發現，斑巖銅礦不僅產于島弧和陸緣弧環境中，還可以產于碰撞鑿山帶中(如青藏高原)，甚至可以形成于陸內環境中(如江西德興)。芮宗瑤(2002)研究認為，有些斑巖銅礦的形成于板塊的俯沖作用沒有明顯的成因聯系，可能是由板內構造巖漿活化作用或走滑斷裂帶作用導致深源花崗質巖漿作用上侵形成。侯增謙等(2007)認為中國大陸內部斑巖銅礦產出的背景與大洋板塊俯沖無關，至少有四類構造環境：晚碰撞走滑環境，后碰撞伸展環境和非造山崩塌環境。

3 圍巖蝕變特征和礦化分帶

3.1 圍巖蝕變特征

斑巖型銅礦床的圍巖蝕變具有非常明顯的分帶性[9](包括水平分帶和垂直分帶)，而且蝕變范圍可達數百米至數千米，不同環境下斑巖銅礦的圍巖蝕變分帶大體一致。根據礦物組合可將斑巖銅礦床的蝕變分為4個帶，從內向外分別是：①鉀化帶：屬于早期蝕變階段，一般分布在蝕變帶的內部，又稱內帶，主要蝕變礦物有鉀長石、石英、黑云母等。②石英―絹云母化帶：又稱“千枚巖化帶”，屬中期蝕變階段，通常賦存在鉀化帶和青磐巖化帶之間，故又稱中間帶，是斑巖銅礦的主要賦存部位，主要蝕變礦物有絹云母、石英、水化白云母、水化黑云母等。③泥化帶：也稱為高嶺石―蒙脫石化帶，多斷續分布在石英―絹云母化帶的外側，亦屬于中期蝕變階段，主要蝕變礦物有高嶺石、蒙脫石、伊利石等。④青磐巖化帶：屬晚期蝕變階段，通常分布在最外邊，故稱外帶，主要蝕變礦物有綠泥石、綠簾石、方解石、黃鐵礦等。

上述四個蝕變帶在同一個礦床中不一定都存在，可以是其中一兩個帶較發育，最重要的是鉀化帶和石英―絹云母化帶，礦體一般出現在這兩個帶之間。

3.2 礦化分帶

斑巖型銅礦床也具有礦化分帶，硫化物在殼狀蝕變帶中亦劃分為4個帶，從內向外依次是低品位核部、主礦帶、黃鐵礦帶及貧黃鐵礦殼。各帶的礦物組合特征如下：低品位核部在鉀化帶內，品位較主礦帶低，出現輝鉬礦化、黃鐵礦化和黃銅礦化，其中輝鉬礦化較強；主礦帶位于鉀化帶外圍與石英—絹云母化帶接觸部位，礦物組合有黃鐵礦、黃銅礦、磁鐵礦；黃鐵礦帶位于石英—絹云母化帶外側及泥化帶中，主要出現黃鐵礦化，而銅鉬礦化較弱；貧黃鐵礦殼則位于青磐巖化帶內，發育少量黃鐵礦化。

礦物在各帶的賦存狀態由內向外依次為：浸染狀―浸染狀+微細脈―浸染狀+細脈狀―細脈狀。

4 斑巖型銅礦床的成因

關于斑巖型銅礦床的成因，目前大致有以下幾種觀點。

1) 巖漿熱液說，也稱為正巖漿成因模式，是目前國內外多數學者所認同的學說，以C.M.伯納姆[10]、R.L.尼爾森[11]及J.D.勞維爾為代表。該學說認為斑巖銅礦的礦質、成礦熱液及其相伴生的中酸性巖體都來自上地幔(或下地殼)。礦質和成礦熱液是由中酸性巖漿在上侵過程及侵位后的結晶過程中，依次出現鉀化帶、石英―絹云母化帶、泥化帶和青磐巖化帶，由于溫度、壓力等物理化學條件的改變而析出，并在有利部位富集成礦。

2) 板塊構造成礦說，也稱為洋殼重熔成礦，國外以R.H.西利托[6]為代表。該學說認為斑巖銅礦是含銅的大洋殼沿消亡帶俯沖到地幔中發生局部熔融，在熔化過程中析出金屬，并同鈣堿性巖漿一起上升，然后在巖體的頂部富含氯化物的液相中富集成礦。

3) 活動轉移說。在國外以D.E.懷特為代表，他在1968年提出了“多層對流循環模式[12]”，中國學者以季克儉為代表，他于1989年提出了“三源”成礦說[13]，二者具有異曲同工之妙。該學說認為高侵位的中酸性斑巖體含水量較小，在溫度下降、巖漿結晶過程中不會析出流體，礦質與成礦熱液主要來自圍巖，巖漿巖主要起熱動力源的作用。即由于巖漿的活動，使原賦存于地層中的地下水或層間裂隙水活化，并萃取圍巖中的有用組分成為含礦熱液，在巖漿熱動力源的帶動下，沿著一定的構造系統循環，并在有利部位成礦。

4) 變質巖漿成礦說。該學說應追溯到19世紀60年代美國人亨特提出的“花崗巖的變質成因說”，他認為金屬富集成礦是含金屬的沉積物轉變為花崗巖的伴生現象。1963年史奈德指出所有的內生礦床(包括斑巖銅礦)都是再生礦床。陳文明(1980,1984)[14]支出斑巖銅礦也具有“層控”的特點，它保留了原層狀礦床的很多特征，如礦床在一定區域內產生于一定時代地層一定的含銅巖石建造中，礦體主要產于含銅建造中兩種巖相的過渡部位。礦床的產出還受巖相古地理(指含礦斑巖體賦存的最老圍巖時代的古地理)控制。

5 結語

斑巖型銅礦床作為世界范圍內的熱門研究對象，歷經上百年的歷史，已經取得了長足的進展。對斑巖型銅礦床在全球范圍內的時空分布特征，形成的構造環境和地球動力學背景，斑巖的巖漿性質及巖漿起源，圍巖蝕變特征和礦化分帶等問題有了較為深刻的認識。但是有些方面還應該進一步加強，諸如斑巖銅礦的物質來源、成因機制、含礦巖漿中礦質的析出過程等等。任何科學都是在矛盾中發展，在實踐中不斷完善，地球科學更是如此。人類的歷史相對于地球只是一瞬間，人們所觀察到的地質過程只是滄海一粟，因此地質科學中的各種理論、觀點往往受到歷史、科技水平等條件的限制，具有一定的片面性和局限性，爭論是不可避免的，然而正是這些爭論推動著地球科學的發展，斑巖型銅礦床的成巖成礦理論正是在這樣的過程中建立、發展起來的，還會在爭論中不斷完善。

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