武山銅礦床Cu同位素組成初步研究

李明駿 ，李維靜，歐陽學(xué)財，艾昔文

（1.江西銅業(yè)集團有限公司 武山銅礦，江西 瑞昌 332204；2.江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 贛西北大隊，江西 九江 332000；3.江西省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院 二六六大隊，江西 南昌 330038）

1 引言

武山銅礦位于江西省西北部瑞昌市境內(nèi)，是長江中下游鐵銅成礦帶中的大型礦床之一，累計探明銅資源量192萬t。武山銅礦可分為北礦帶和南礦帶。北礦帶礦體主要賦存于泥盆系五通組（D3w）與石炭系黃龍組（C2h）之間石炭系黃龍組（C2h）至二疊系棲霞組（P1q）的層間破碎帶中；南礦帶礦體主要賦存在燕山期的花崗閃長斑巖體與二疊系至三疊系的碳酸鹽巖地層接觸帶。長期以來，關(guān)于北礦帶的成因一直存有爭議，相繼有同生沉積、同生沉積+后期巖漿熱液疊加改造、海底噴流沉積、海底噴流沉積+后期巖漿熱液疊加改造、巖漿熱液成因等學(xué)說，相關(guān)學(xué)說是依據(jù)傳統(tǒng)的C、H、O、S等同位素地球化學(xué)證據(jù)而建立的，只能間接推斷成礦元素的來源［1］。近年來，隨著過渡族金屬元素同位素分析技術(shù)的飛速發(fā)展，已證實可利用精確測定銅同位素的變化，直接示蹤成礦物質(zhì)Cu的來源［2-4］。本次工作在前人研究的基礎(chǔ)上，使用多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜（MC-ICP-MS）測定了武山銅礦床的銅同位素，通過對武山銅礦床δ65Cu同位素的分析研究，進一步為武山銅礦的成因提供強有力的證據(jù)。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

武山銅礦區(qū)位于江西省西北部瑞昌市白楊鎮(zhèn)境內(nèi)。屬濱太平洋成礦域之長江中下游鐵銅成礦帶西段的九瑞礦田中部，大地構(gòu)造位于揚子板塊之下?lián)P子地塊之長江中下游坳陷帶之九江坳陷。該區(qū)域內(nèi)的鄂州—九江斷裂、麻城—幕阜山斷裂、贛江斷裂和修水—德安斷裂，交織成菱形網(wǎng)狀斷裂格局，沿網(wǎng)格結(jié)點有燕山期深源淺成中酸性巖漿侵入活動，為該區(qū)域內(nèi)銅礦床的形成提供了有利的地質(zhì)條件。見圖1。

礦區(qū)位于九瑞礦田中部，地層由志留系紗帽組（S3s）石英砂巖，泥盆系五通組（D3w）含礫石英砂巖，石炭系至三疊系碳酸鹽巖類地層組成。斷裂以北東東向、北北西——北西向及北東向較發(fā)育，同期不同階段多次侵入的閃長巖、次英安斑巖、花崗閃長斑巖、石英閃長玢巖、花崗細晶巖、煌斑巖組成的雜巖體，呈似桶狀的巖株侵入于志留系至三疊系碳酸鹽巖類組成的向斜北翼地層中［5］，出露面積約0.6km2。丁昕等（2005）、蔣少涌等（2008）曾對與成礦有關(guān)的花崗閃長斑巖體進行了成巖年代學(xué)和地球化學(xué)方面的研究，確定了巖體年齡為145±3Ma［6-7］。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

武山礦區(qū)屬大型銅、硫礦床，伴生有益組份有金、銀、鉛、鋅、鎢、鉬、鎵、硒等。銅金屬量192.45萬t，硫量1565.74萬t，由南、北兩個礦帶158個礦體組成，其中主礦體有4個。

按礦體控制因素及空間展布特征，武山銅礦可分為南礦帶和北礦帶（圖2a）。北礦帶全長2700m，位于巖體北側(cè)接觸帶外的地層圍巖中，泥盆系五通組與石炭系黃龍組之間,黃龍組及二疊系棲霞組等層位為該礦帶的容礦空間［8］。礦體受假整合面及層間斷裂帶控制，呈北東東向帶狀展布（圖2b），其中69-100線范圍內(nèi)長約1700m為工業(yè)礦體分布地段。有銅礦體20個，硫礦體5個，鉛鋅礦體2個，金礦體2個，銀鉛鋅礦體1個，其中以1Cu礦體規(guī)模最大，礦石類型主要為含銅黃鐵礦、含銅碳酸鹽巖、含銅矽卡巖等。主要礦產(chǎn)銅、硫，伴生有益組份金、銀、鎢、硒、鎵、鉬、鉛、鋅、硫等。南礦帶礦體直接受花崗閃長斑巖體控制，呈半環(huán)狀（圖2c），成礦圍巖為二疊系茅口組至三疊系碳酸鹽巖類，礦體主要賦存于巖體與圍巖的接觸帶上，其次為巖體內(nèi)圍巖捕虜體。礦石類型以含銅矽卡巖為主，少量含銅碳酸鹽巖及含銅花崗閃長斑巖。南礦帶共有礦體128個，其中銅礦體127個、硫礦體1個，以產(chǎn)于接觸帶的8Cu、9Cu礦體規(guī)模最大。

圖2 武山銅礦礦體三維模型圖

3.2 礦石特征

武山礦區(qū)主要的礦石礦物達到70余種，其中金屬礦物55種，脈石礦物20余種。金屬礦物主要有黃銅礦、黃鐵礦、針鐵礦、水針鐵礦、輝銅礦、斑銅礦、黝銅礦、白鐵礦、膠狀黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、輝鉬礦、磁鐵礦、菱鐵礦等；脈石礦物主要有石榴石、方解石、白云石、石英、高嶺石、綠泥石、長石等。

北礦帶似層狀硫化物礦體中的主要金屬礦物有黃鐵礦、黃銅礦、白鐵礦、膠黃鐵礦等，南礦帶矽卡巖型礦體中主要金屬礦物有黃銅礦、黃鐵礦、斑銅礦等。武山礦區(qū)礦石構(gòu)造主要有塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、團塊狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、膠狀構(gòu)造。其中北礦帶主要有塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造及膠狀構(gòu)造，南礦帶主要有浸染狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、團塊狀構(gòu)造等（圖3）。

3.3 圍巖蝕變

礦區(qū)主要的圍巖蝕變有大理巖化、角巖化、硅灰石化、矽卡巖化、鉀長石化、黑云母化、綠泥石化、綠簾石化、硅化、方解石化等，大理巖化、矽卡巖化，其中北礦帶的層間破碎帶組成硅化帶與成礦關(guān)系密切，南礦帶以接觸帶為中心的矽卡巖蝕變與成礦關(guān)系密切。

圖3 武山銅礦各類黃銅礦礦石特征

4 樣品的采集及分析方法

本次擬測試分析的銅礦物為武山銅礦各類礦石中均能普遍見到的黃銅礦礦石，在深部地質(zhì)勘探地質(zhì)鉆孔中采集了10件樣品。為保證樣品的代表性和可靠性，所采集樣品均為-400m標高以下的新鮮原生礦石標本，未受到后期氧化作用影響，其中北礦帶采集8件，南礦帶采集2件。

所采集樣品經(jīng)廊坊尚藝巖礦檢測公司完成粉碎后從中挑出黃銅礦單礦物，再送至美國亞利桑那大學(xué)地質(zhì)系同位素實驗室采用Nu Plasma HR型多接受電感耦合質(zhì)譜儀（MC-ICP-MS）完成Cu同位素的測定。

首先在實驗室完成了Cu溶解、淋洗等處理措施，將重約0.5g的黃銅礦，用HNO3將樣品完全溶解后，放置于加熱板上蒸干，再采用鹽酸將燒杯中的殘留物加入6N濃度的HCL和+0.001%雙氧水作為淋洗液，完成Cu淋洗后，用2%的超純硝酸溶解待測介質(zhì)，進樣濃度為200μg /L( EPA)。標準樣品采用NIST976，用“SSB”法進行儀器質(zhì)量歧視校正和同位素分餾校正。得出的測試結(jié)果以相對于國際標準物質(zhì)（NIST976）的千分偏差表示，即：δ65Cu（‰）=[（65Cu/63Cu）樣品/（65Cu/63Cu）標樣-1]*1000，測試精度為NIST976±0.15‰。詳細方法見引用文獻［9-10］。

5 黃銅礦Cu同位素分析結(jié)果

通過分析測試得到10件黃銅礦樣品的Cu同位素組成（詳見表1）。

表1 武山銅礦礦床黃銅礦Cu同位素組成測試結(jié)果表

6 討論

在武山礦床中，不同空間位置的黃銅礦銅同位素組成呈現(xiàn)出一定的分布特征（圖4）。如距離成礦主巖體較近的矽卡巖型礦體銅同位素分布在-0.38～0.66‰的范圍內(nèi)，均值為-0.03‰，分布是較輕的；而在北礦帶距離成礦主巖體較遠地層破碎帶間的含銅黃鐵礦及含銅大理巖礦體的銅同位素分布范圍為0.04～0.82‰，均值為0.46‰，銅同位素分布的組成出現(xiàn)變重的趨勢。在ZKS1010鉆孔不同位置所采集的4件樣品也能體現(xiàn)：距離巖體較近的含銅矽卡巖礦體的銅同位素為-0.38‰，稍遠的矽卡巖化含銅白云巖銅同位素為0.04‰，更遠的含銅黃鐵礦銅同位素為0.2‰，其銅同位素的組成也出現(xiàn)明顯變重的趨勢。在空間上隨著距離成礦巖體越來越遠，黃銅礦的Cu同位素組成逐漸變重的特征，這一趨勢與前人對矽卡巖型礦床的研究成果也相吻合［10-12］。

圖4 武山銅礦各類礦石類型δ65Cu分布特征圖

前人對全球范圍內(nèi)的銅礦床曾做了大量的銅同位素研究工作，發(fā)現(xiàn)不同類礦床具有不同的δ65Cu同位素變化組成［13］，火山氣液型銅礦床銅同位素分布范圍較廣，變化范圍較大，δ65Cu值總體在-4.82‰～11.71‰，極差為16.53‰，均值為-2.36‰；斑巖型銅礦床δ65Cu值總體在-2.56‰～3.61‰，極差為6.17‰，均值為0.27‰；接觸交代型銅礦床銅同位素變化范圍較窄，富集較重的銅同位素，其δ65Cu值總體在-0.23‰～1.19‰，極差為1.42‰，均值為0.36‰；巖漿型銅礦床δ65Cu值總體在-0.62‰～0.40‰，極差為1.02‰；低溫巖漿熱液型礦床δ65Cu值總體-3.70‰～0.30‰，分布范圍較寬，且多偏負值，均值為-1.992‰；高溫巖漿熱液型銅礦床銅同位素組成相對均一，變化范圍分布很窄，其δ65Cu值總體在-0.23‰～0.13‰，極差為0.36‰，均值接近于0值附近；沉積型銅礦床銅同位素組成基本小于0值，富集較輕銅同位素，其δ65Cu值總體在-3.44‰～0.45‰，極差為0.3.896‰，均值為-0.9‰；

武山銅礦床各礦石類型中的黃銅礦δ65Cu值分布范圍為-0.38‰～0.82‰，變化范圍很窄，極差僅為1.2‰，均值為0.264‰（圖5）。其中南礦帶矽卡巖礦體及北礦帶深部靠近南礦帶的矽卡巖銅礦石的銅同位素組成特征與前人研究的矽卡巖型銅礦組成特征吻合；北礦帶含銅黃鐵礦及含銅碳酸鹽巖類礦石的黃銅礦銅同位素富集組成分布范圍很窄，且多為正值，平均值為0.46‰從銅同位素組成特征可以排除北礦帶是海底噴流或同生沉積成因的可能。同時表明武山銅礦與巖體接觸或靠近于巖體的碳酸鹽巖類地層形成了矽卡巖型銅礦床，而巖體北部的似層狀硫化物礦床應(yīng)屬于高溫熱液成因的銅礦床。

圖5 各類型銅礦床及武山銅礦δ65Cu組成特征圖（據(jù)李振清等，2009）

7 結(jié)論

（1）武山銅礦床的各類銅礦體中黃銅礦δ65Cu的分布范圍為-0.38‰～0.82‰，其變化范圍較窄，為1.2‰，平均值為0.264‰，表明成礦物質(zhì)銅主要來源于深部巖漿，具有高溫成礦體系中的銅同位素分餾特征。

（2）武山銅礦的銅同位素的分布特征顯示，該礦床類型明顯不同于火山氣液型銅礦或沉積型銅礦，而與巖漿有關(guān)的高溫熱液礦床相似。南礦帶礦體及北礦帶深部的矽卡巖礦體的分布范圍與接觸交代型銅礦床相吻合，北礦帶似層狀的含銅黃鐵礦礦體、含銅碳酸巖礦體與高溫巖漿熱液銅礦相吻合。

（3）雖然高溫成礦作用的銅同位素分餾要比低溫成礦作用的分餾程度要小，但在武山銅礦不同空間位置采集的樣品其銅同位素在空間上仍然出現(xiàn)了明顯變化，距離成礦巖體較近的礦床富集較輕的銅同位素，而距離成礦巖體較遠，則富集了較重的銅同位素，根據(jù)這一特征也可以根據(jù)銅同位素的組成反演成礦流體的遷移通道及方向。