鐵氧化物銅—金礦床簡介

李洋　李強

摘要：賦鐵氧化物的銅-金礦床大多數分布于早一中古生代巖石中，含有一套伸展構造背景下形成的低Ti、富Fe巖石，礦體受鐵氧化物控制，鐵氧化物可以是磁鐵礦也可以是赤鐵礦。礦床受構造控制，通常含有一定量的角礫巖。成礦主巖可以是變質沉積巖，也可以是變質火成巖。礦石具有高鐵低硫的特點，鐵氧化物普遍發育。礦化區多發育有區域性的富Na、Ca和Cl礦物組合的鈉質一鈣質蝕變。成礦流體特征中一高溫、寬泛的鹽度范圍、含C02、具氧化性質。成礦流體來源主要有與巖漿作用有關的、與非巖漿作用有關的和混合熱液，成礦物質來源分別為與成礦關系密切的圍巖，火成巖和沉積巖。

一、礦床類型簡介

Hitzman等提出了鐵氧化物Cu-U-Au-REE礦床這個概念，將澳大利亞的Olympic Dam、加拿大的Wernecke山和Great Bear礦區、瑞典的Kiruna鐵礦、美國Missouri東南鐵礦區和我國白云鄂博礦床歸為這一類型。此類礦床大多數分布于早一中元古代（1.1～1.8 Ga）巖石中，含有一套伸展構造背景下形成的低Ti、富Fe巖石，礦體受鐵氧化物控制，鐵氧化物可以是磁鐵礦或者赤鐵礦，CO3、Ba、P、F礦物通常發育普遍并且多數情況下礦床中都富集這些礦物。此類型礦床受構造控制、通常含有一定量的角礫巖，區域上沒有廣泛發育的石英脈或硅化作用翻，除此之外，還有一些區域上廣泛的蝕變特征。

鐵氧化物銅-金礦床（IOCG）近年來才被認知，在國外已經成為一種重要的銅-金礦床勘探類型。在過去的十多年中，已有多個該類型銅-金礦床被發現或已投入生產，如澳大利亞的Ernest Henry礦、Cloncurry地區的一些銅-金礦床、智利的Candelaria礦、巴西的Igarape Bahia礦床等。在銅和金資源上，前寒武紀占IOCG礦床中的主要部分。該類礦床具有與斑巖Cu-Au礦體系相似的礦石資源和Cu、Au品位。一些國外鐵氧化物Cu-Au礦床的簡要特征如下。

本文主要對一些國外鐵氧化物Cu-Au礦床的地質特征和研究現狀作一個簡要介紹，增進我們對該類礦床的總體特征、產出的構造背景、形成年齡、與侵入巖的時空關系、與區域性鈉（-鈣）質蝕變和鉀質蝕變的關系、構造和主巖對礦化的控制作用、可能的流體和金屬來源、該類礦化與其他類型礦化（特別是斑巖型Cu-Au礦化）的異同點等的了解，加深對其認識。

1.成礦構造背景

鐵氧化物銅-金礦床產出于中元古代、晚元古代晚期和太古代的克拉通內或大陸邊緣環境中（12個大于100噸資源量的IOCG礦床處于克拉通內構造環境，在距太古代或晚元古代克拉通邊緣或其他巖石圈邊界100Km范圍之內），在許多情況下與伸展構造有顯著的空間和時間聯系。它們的形成深度不同，可以從中深地殼環境變化到淺部地殼的環境（澳大利亞Olympic Dam）。大部分礦區沿主要的構造帶分布，其中許多礦床呈帶狀平行區域或局部構造走向。成礦主巖可以是變質火成巖，也可以是變質沉積巖；多數礦床分布于非造山型硅質-中性火成巖中。但是，許多礦化作用與礦化時期構造相伴生的巖漿活動聯系并不緊密。

2.基本成礦地質特征及地質因素對礦化的控制作用

（1）成礦主巖

礦床一般形成于一套變質巖中，成礦主巖可以是變質沉積巖、也可以是變質火山巖。澳大利亞Eloise礦床成礦主巖主要由受不同蝕變作用的變質長石石英砂巖、黑云母石英片巖和斜長角閃巖組成。由其中斜長角閃巖中普通角閃石+中性長石±石英礦物組合和變質沉積巖中石英+黑云母+十字石+紅柱石±石榴石礦物組合，變質溫度達到500℃～600℃、壓力小于3.5Kbar。巴西北部Amazonian克拉通東南部的Igarape Bahia礦床賦存于太古代鎂鐵質變質火山巖、變質火山碎屑巖和變質沉積巖中，其中還有條帶狀鐵礦床和熱液角礫巖，Cu-Au礦體在鎂鐵質變質火山巖和變質火山碎屑巖（變質沉積巖）之間的角礫巖中發育最好。通過礦化年齡和圍巖形成年齡的對比，認為同沉積的火山作用和Cu-Au礦化作用過程具有成因聯系。

（2）構造對成礦的控制作用

礦床受構造控制明顯，并且通常含有大量與礦化相關的角礫巖。蝕變和礦化的分布范圍及其形態學特征表明，它們在很大程度上受透人性裂隙、剪切帶和侵入體接觸帶，或者透人性層理面（如結晶程度差的凝灰巖）等構造因素控制”。澳大利亞Olympic Dan Cu-Au礦床賦存于構造一熱液角礫巖集合體（被中元古代花崗巖所包圍）中，角礫巖集合體中角礫的類型有富赤鐵礦角礫、花崗巖角礫和石英一赤鐵礦角礫。具棱角狀（或大小混雜）、蠕蟲狀、和趾狀形態巖屑的存在表明，脆性斷裂和圍巖交代在成礦中都具有重要作用。

在地殼不同深度層次上，構造對礦化控制的形式也有差異。在地殼深層次，巖漿一流體系統沒有足夠的機械能量使圍巖破裂，因此IOCG礦床形成于各種與斷層有關的構造空間中，在這些空間中，巖漿流體可以與其他形式的流體混合形成礦床；在地殼淺層次，和斑巖型Cu-Au礦床中形成熱液侵入角礫巖和硫化物脈系統一樣，IOCG礦床形成角礫和斷裂控制的礦化類型。

（3）礦石特點及礦化與圍巖蝕變特征

礦石通常具有高鐵低硫的特點，鐵氧化物（磁鐵礦和/或赤鐵礦）在礦石中很普遍。除Cu、Au外礦床中常（但非一定）富集有Co、Mo、u、REE、Ba、F。澳大利亞Eloise礦床處于一條至少2km長的礦化帶上的局部地段，在中部主礦體礦石中含有豐富的磁黃鐵礦、黃銅礦以及少量的磁鐵礦和黃鐵礦；在南部礦體礦石中主要含磁鐵礦、黃鐵礦；在北部礦體礦石中主要硫化物為磁黃鐵礦，沒有磁鐵礦出現。Mark等對澳大利亞Cloncurry地區金屬活動能力、鐵氧化物和硫化物的相對形成時間和Cu/Au比率之間進行研究后，認為鐵氧化物和Cu-Au礦化之間具有廣泛的聯系。根據鐵氧化物的含量、鐵氧化物與Cu-Au礦化的形成時間關系以及Cu-Au礦化的形成環境，可以將它們分為四類：（1）貧磁鐵礦和（或）赤鐵礦礦石；（2）鐵氧化物中的Cu-Au礦化，其中與黃鐵礦和赤鐵礦有關的相對富Au的礦化疊加于富磁鐵礦的礦化巖石中；（3）鐵氧化物Cu-Au礦化，其中鐵氧化物和Cu-Au礦化是同成因沉積的；（4）貧鐵氧化物礦石的Cu-Au礦化，其中相對富Cu的礦化與磁黃鐵礦和少量磁鐵礦有關，并且賦存于相對還原性的巖石中，比如含碳質的變質沉積巖石。

鐵氧化物Cu-Au礦化區多發育有區域性的富Na、Ca和Cl礦物組合的鈉質-鈣質蝕變，這些蝕變礦物包括鈉長石、陽起石、單斜輝石、方柱石、磷灰石、榍石、綠簾石、綠泥石、磁鐵礦、赤鐵礦和硫化物等。這種區域性鈉（-鈣）質蝕變作用可在幾十米至幾百平方公里的范圍內強烈發育并與大量不同類型的脆性和韌性構造有關，有時可有多期蝕變疊加。實驗表明，與兩種堿性長石處于平衡狀態的含CO2流體中Na/（Na+K）比率明顯比純粹的含Cl流體（高鹽度流體）要高，這種流體可以引起圍巖早期的鈉長石化作用，這與已經觀察到的深層次的IOCG礦床完全一致；受堿性長石緩沖的含Cl流體中Na/（Na+K）含量的升高所引起的溫度降低，可以引起晚期的鉀長石化，這兩種流體的性質使得IOCG礦床的這種蝕變形式成為可能。

澳大利亞南部Gawler克拉通東部Olympic Dam地區工業價值不高的Cu-Au礦床中存在兩種礦物蝕變組合，磁鐵礦-鈣硅酸鹽-堿質長石±Fe-Cu硫化物組合和赤鐵礦-絹云母-綠泥石-碳酸鹽±Fe-Cu硫化物±u和稀土礦物組合。對其中的Au含量分析表明，含磁鐵礦組合中沒有明顯的Cu-Au礦化顯示，含赤鐵礦組合與Cu-Au礦化關系密切，并且后期的赤鐵礦在蝕變過程中交代早期磁鐵礦，形成Cu-Au礦體。

二、鐵氧化物銅-金礦床其他特征

鐵氧化物銅-金礦床的研究還處于早期階段，它的成因模式相對較新，還沒有形成一致的觀點，目前的爭論焦點是熱液流體的來源和流體中的不同組分的來源問題網。總體來說，IOCG礦床成礦流體特征為中-高溫、寬泛的鹽度范圍（鹽度可在10%以下，也可高達60%）、含CO2、具氧化性質。目前的研究認為流體來源具有多樣性，主要有巖漿作用來源和非巖漿作用來源，以及混合來源；對于不同來源流體（或者是混合流體），流體性質都有較大差別。Barton等認為相對高溫的礦化作用和蝕變礦物中相對高K/Na、Si/Fe含量比值，可以作為巖漿流體來源特征；而富氧、貧硫礦化、低Si/Fe含量比值、大量堿性蝕變礦物并且鈉質礦物種類通常多于鉀質礦物種類等主要特征反映了非巖漿鹵水參與成礦作用。Mark等認為，在熱液體系中，相比于冷卻、稀釋、與圍巖反應造成pH改變等方式，流體混合是大量礦質沉淀更加有效的方式，并且只需伴隨少量的流體一圍巖反應。

（1）與巖漿作用有關流體特征

Perring等認為Lightning Creek Cu-Au礦床中層狀復合體（sill complex）中不同的球粒結構是短暫的流體作用結果。這種巖漿流體主要含H2O、CO2和Cl，并且經過相態分離形成富C02的氣相和高鹽度（相當于33-55wt%NaCl）的鹵水。這種高鹽度的鹵水富集Fe（～10wt%，PIXE分析結果）和Cu（～1wt%，PIXE分析結果），另外還富集Na、K和Ca。流體在層狀（sills）巖石中引起Ca-Fe±Na蝕變，對層狀巖石蝕變帶出物和組分形成石英一磁鐵礦±單斜輝石±鈉長石脈。這種流體盡管富集Cu元素，但是不能形成明顯的Cu（-Au）礦化。而較晚階段的方解石±綠泥石±黃鐵礦±黃銅礦脈有Cu-Au礦化的痕跡。流體包裹體和穩定同位素研究表明，這種脈的形成可能與較冷的（<200%）、中等鹽度（相當于15-28wt%NaCl）的流體有關，可能還有其他成分的混合。花崗巖類鈉質一鈣質自交代作用蝕變可能是礦化作用重要的初期形式，可以為巖漿作用形成的流體提供Fe、K、Cu和Cl。Pollard認為鈉質（-鈣質）蝕變礦物和與其相關的IOCG礦床中礦物具有一致的高鹽度流體和富CO2流體共存，是H2O-CO2-NaCl±CaCl2-KCI巖漿流體分離作用的結果，并認為晚期與礦化有關的鉀長石化和早期的鈉長石化分別與兩種流體有關。

（2）與非巖漿作用有關流體特征

David對加拿大Wernecke山流體包裹體研究結果表明，熱液流體總體特征為中-高溫（110℃～400%）、中-高鹽度（相當于15～45wt%NaCl）、富Na、Ca流體（6～10wt%Na、可達9wt%Ca）、中-低K含量（一般1～3wt%）和Fe含量（大多低于0.5wt%）。該地區所研究流體的總體特征與中等鹽度、中等溫度、鈣質沉積巖中分離的盆地鹵水有更多的相同之處，與高溫、高鹽度、富K和Fe的巖漿中分離的流體沒有可比性。Fisher等認為流體中極低的Br/CI、I/CI值和極高的鹽度，用蒸發巖的溶解可以很容易進行解釋。在溫度特征方面，Hunt等認為Wernecke Breccias礦床形成地區下伏的一套局部含蒸發巖（Cl和S的可能來源）的沉積地層，其厚度大，足夠形成高溫流體，而Fe、Cu、Co、u等金屬物質可能來自寄主巖層，在流體中以Cl的絡合物形式運移。David認為加拿大Wernecke山礦床在WSG（Wernecke Supergroup）巖石蝕變過程中，成礦元素主要從圍巖中提取出來，并且考慮到WSG沉積巖貧金屬元素的特點和地球化學結果表明次要的鎂鐵質侵入巖可能是成礦元素主要的提供者。

三、總結

鐵氧化物銅-金礦床產出于中元古代、晚元古代晚期和太古代的克拉通內或大陸邊緣環境中。礦床受構造控制明顯，往往產出于構造角礫巖中，成礦主巖可以是火成巖，也可以是沉積巖。礦石通常具有高鐵低硫的特征，并富含鐵氧化物（磁鐵礦、赤鐵礦）。其中磁鐵礦形成于早期階段，與礦化作用關系不明顯；礦化主要與晚期的赤鐵礦化作用相關。早期區域性的鈉質-鈣質蝕變發育普遍，而較晚的鉀質蝕變與礦化關系密切。

目前研究認為流體來源具有多樣性，主要有與巖漿作用有關和與巖漿作用無關，以及混合來源三種。與巖漿作用有關流體來源于含H2O、CO2和Cl巖漿流體不混溶分離作用，以及所分離出來的流體形成早期鈉質和晚期鉀質蝕變，成礦物質主要來源于Cu-Au礦化的成礦圍巖火成巖。與非巖漿作用有關的流體來源認為部分礦床流體性質特征可以用盆地熱鹵水以及蒸發巖的溶解來解釋，成礦物質主要來源于成礦流體流經的鎂鐵質侵入巖。