淺談陸緣弧環境斑巖型銅礦成礦系統

高 創

（陜核集團二一一大隊，陜西西安710024）

淺談陸緣弧環境斑巖型銅礦成礦系統

高 創*

（陜核集團二一一大隊，陜西西安710024）

作為銅的最主要來源，金、鉬等金屬的重要來源，斑巖型銅礦在過去的百年中為世界提供了超過50%的銅與大量的金與鉬。因此，斑巖銅礦的勘查工作在金屬礦產開發利用中有著舉足輕重的地位。斑巖型銅礦主要產出于陸緣弧環境，本文以構造—巖漿—成礦作用為主線，重點闡述該類斑巖型銅礦的構造地質背景、巖漿演化與圍巖蝕變特征，以及成礦金屬元素的來源、活化、遷移及卸載機制，綜述典型陸緣弧環境斑巖型銅礦床的成礦要素，為該類礦床的科學勘查提供指導。

陸緣弧環境；斑巖型銅礦；成礦模式

1 構造地質背景

據統計，目前已探明的大型—巨型斑巖銅礦約有97%產出于弧環境[1]。弧環境分為島弧和陸緣弧2種。前者主要分布于太平洋西岸，包括印度尼西亞島弧、菲律賓島弧；后者主要分布于太平洋的東岸，即智利北部和中部。而全球有超過76.5%的超大型斑巖銅礦產出于太平洋東岸，即陸緣弧環境，現已探明儲量超過1.5× 108t。超大型斑巖型銅礦顯著地區性的產出，與其形成的構造地質背景緊密相關。

太平洋東岸屬大陸邊緣型巖漿弧，洋殼俯沖結構為海溝→火山弧；而太平洋西岸屬大洋火山島弧，其俯沖結構為海溝→前弧→前弧盆地→火山弧→弧后盆地→大陸。其中，火山弧在形成演化過程中具有從張性弧向中性弧、壓性弧轉化的特征[2]。現有研究表明，張性弧形成于太平洋西岸，壓性弧形成于太平洋東岸。從而造就了在太平洋西岸的成礦空間關系依次為淺成低溫熱液型金礦、黑礦，與花崗巖有關的鎢錫礦、斑巖型銅礦；而在太平洋東岸，從海岸向內陸分別產出斑巖型銅(鉬)礦、斑巖型鉬礦、與花崗巖有關的鎢錫礦、淺成低溫熱液金礦。在太平洋東岸，大洋板塊的俯沖是一種快速擠壓的低角度、淺俯沖形式。在這種俯沖機制下，由于俯沖速度快，下插的大洋板塊與上沖陸塊發生了強烈的摩擦，從而沿俯沖板塊產生巨大能量，使大洋板塊及其上覆沉積物發生部分熔融。這些沉積物中富含的水分和金屬物質，特別是銅，為陸緣型斑巖銅礦的形成提供來成礦物質和流體保障（圖1）。

Sillitoe[3]首先意識到匯聚板塊邊緣的擠壓構造背景對形成斑巖銅礦床的重要作用，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，如：擠壓環境可有效地阻止巖漿直接穿過上地殼形成火山巖，從而形成比伸展環境更大的淺部巖漿房；擠壓環境的淺部巖漿房很難噴發，從而促進了巖漿房的結晶分異，進而導致了揮發分的飽和以及大規模巖漿熱液的形成；擠壓環境下很難發育陡立的張性斷裂，從而有效地限制了在巖漿房頂部形成巖株(枝)的數量，有利于巖漿熱液的聚集。同時，現有研究表明，構造體制的轉換，如擠壓向伸展的轉換、或俯沖角度的變化，亦是有利于斑巖型銅礦形成的關鍵因素。在找礦勘查實踐中，Richards[4]通過對智利北部Escondida地區斑巖銅礦的研究，總結了有利于斑巖銅礦形成的構造背景因素：①上地殼處于較長時間的擠壓狀態后應力應力轉換為松弛；②成礦域早期深大斷裂發育，并在應力松弛期活化張開。擠壓向伸展轉變的過程是減壓—增溫的過程，有利于物質熔融和流體產生，可誘發大規模構造—巖漿活動、巖漿—熱液演化體系及成礦物質運移和卸載成礦機制[5]。

2 斑巖銅礦巖漿特征

2.1 巖漿性質

與銅礦化相關的斑巖主要為中性—中酸性的鈣堿性或高鉀鈣堿性花崗質巖漿巖，少部分為堿性系列巖漿巖，巖石類型可以是石英閃長巖、花崗閃長巖、二長花崗巖、花崗巖等，及其淺成相。產出于陸緣弧環境的含礦斑巖主要為鈣堿性系列，少量為高鉀鈣堿性系列，巖石類型以花崗閃長巖和石英二長巖為主。

2.2 巖漿演化特征

斑巖型銅礦主要與俯沖背景下部分熔融出的鈣堿性侵入巖有關。鈣堿性巖漿中除具埃達克巖親和性的巖漿是年輕大洋板片直接熔融的外，絕大多數都是洋殼板片部分熔融釋放熱流體交代上地幔楔形區部分熔融的產物。Hildrethet[6]提出，要形成這些中酸性的鈣堿性巖漿，楔形地幔部分熔融產生的玄武質巖漿需要在下地殼底部經歷MASH過程(MASH，熔融、同化、存儲、均一)（圖1）。

圖1 俯沖帶及陸緣弧環境下含礦斑巖形成的深部過程[4]

3 成礦物質來源與卸載

銅是中度不相容元素，在大洋玄武巖和島弧巖漿巖演化過程中，其不相容性與重稀土相似。在洋殼中銅的含量一般為60～125ppm，平均為74ppm，遠高于地幔(30ppm)和陸殼(27ppm)，所以洋殼部分熔融形成的巖漿具有系統偏高的銅含量，有利于成礦[7]。洋殼板片的脫水熔融不僅把大量的水、硫、鹵素、金屬以及親流體的LILE輸送到地幔楔，同時還因水的大量加入使得地幔楔熔融產生的巖漿具有較高的氧逸度。在高氧逸度條件下，S主要以硫酸鹽的形式溶解于巖漿之中，導致硫化物分配的Cu、Au等作為不相容元素向硅酸鹽熔漿中富集，隨巖漿一起上升到淺部地殼，并在有利的容礦部位因壓力和溫度的改變而卸載成礦。

近年來，地幔作為Cu和Au的來源越來越受到重視。俯沖洋殼所釋放出的流體或熔融所產生的巖漿富含Fe3+，當這些流體或巖漿與上地幔發生相互作用時，Fe3+會氧化地幔中富含Cu和Au的硫化物，硫化物分解后，Cu和Au釋放出來進入巖漿并與巖漿一起到達地殼淺部卸載成礦。

4 熱液蝕變與礦化

4.1 熱液蝕變

依據礦物組合，斑巖型銅礦床的圍巖蝕變可劃分出4種類型，鉀硅酸鹽化、絹英巖化(似千枚巖化)、泥化及青磐巖化(圖2)。

鉀硅酸鹽化發育于斑巖體中心或附近，以鉀長石-黑云母-石英等蝕變礦物組合發育為特征。鉀長石和石英既可形成于成巖過程之中，也可作為脈體的充填組分。次生黑云母常由巖漿黑云母、角閃石等礦物蝕變而成。該蝕變過程中，常釋放少量的鐵，形成磁鐵礦、黃鐵礦和黃銅礦等含鐵礦物。青磐巖化常與鉀硅酸鹽化蝕變呈同心環狀分布，但遠離斑巖中心產出，以綠泥石-綠簾石-方解石等蝕變礦物組合為特征，硫化物不發育。絹英巖化常疊加在鉀硅酸鹽蝕變與青磐巖化蝕變之間，以絹云母—石英—黃鐵礦等蝕變礦物組合為特征。該蝕變過程中，原巖遭受強烈的淋濾，Na、Ca、Mg等元素被大量帶出，有時鋁硅酸鹽礦物被絹云母、石英等礦物完全替代。泥化常呈補丁狀產出，受裂隙控制，分為泥化和高級泥化2種類型。前者以粘土類礦物(如高嶺石、伊利石)蝕變為特征，黃鐵礦是該蝕變階段的主要硫化物類型；后者以水鋁石—紅柱石—明礬石蝕變礦物組合發育為特征，硫化物除黃鐵礦外，還常伴生有少量的黃銅礦、斑銅礦、硫砷銅礦及砷銅礦等。

圖2 弧環境下斑巖銅礦床成礦模型[11]（其中a、b、c分別為蝕變、礦化及硫化物分帶模式）

4.2 礦化特點

斑巖中的深成礦化既可產于斑巖體之中，也可產于圍巖之中。在較大范圍內，金屬的含量較為均一，所以，斑巖中的深成礦化常被描述成“浸染狀”。實際上，大部分“浸染狀”礦化均呈微裂隙控制的網脈狀產出。深成礦化與熱液蝕變密切相關，黃鐵礦是斑巖礦床中最為常見的硫化物。含銅礦物主要為黃銅礦以及少量的斑銅礦，有時還可見少量的輝銅礦、銅蘭等礦物。銅礦化主要產于鉀硅酸鹽化帶內(圖2)，含銅硫化物的沉淀略晚于鉀硅酸鹽化，或形成于鉀硅酸鹽化蝕變向絹英巖化蝕變轉化階段。

斑巖型銅礦床的礦化類型、礦石組分及結構構造與蝕變圍巖類型間的相互關系歸納如表1所示。

表1 斑巖型銅礦床的蝕變類型和礦化關系[11]

5 結論

基于前人研究成果，本文將陸緣弧環境斑巖銅礦成礦要素總結如下：

（1）長時間的擠壓背景。擠壓背景是形成斑巖銅礦的最關鍵因素，長時間的擠壓環境可有效地阻止巖漿直接穿過上地殼噴發，從而可在上地殼深部形成大的巖漿房，并因此促進巖漿的結晶分異和揮發分的過早飽和；可控制巖漿房頂部形成巖株的數量，有利于熱液的聚集；同時，擠壓背景下常發生快速的抬升與剝蝕，由此產生的減壓作用可有效地促進巖漿熱液的出溶和運移等。

（2）在洋陸俯沖條件下在軟流圈形成一個大量的巖漿熱液來源，多期次的軟流圈上涌，上涌的軟流圈物質在殼幔界面處形成MASH帶，為含礦斑巖源區物質部分熔融提供了熱源兼成礦物質。

（3）陸緣弧環境中，在擠壓的構造作用下，應力場內同時會出現應力擠壓區和應力松弛地帶，即地殼擴張地段和構造弱化帶，這將有利于巖漿熱液的上涌和礦液沉淀。

（4）斑巖型銅礦典型的礦化蝕變分帶是該類礦床勘查實踐中重要的找礦標志。

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P618.41

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2015-07-29

2015-07-29

高創（1987-），男（漢族），陜西西安人，助理工程師，現從事固體礦產勘查工作。