再論大興安嶺中東部六九山銅礦床成礦地質特征、成因與成礦地質背景

宮永吉 ，孫景貴 ，劉 陽

1.黑龍江陸玖礦業有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161100；2.吉林大學地球科學學院，吉林 長春 130061

0 引言

眾所周知，銅礦作為有色金屬礦產資源的重要組成部分之一，廣泛用于電子、軍工領域和機械制造等領域。據統計我國1986年銅消費量約為75萬噸，2009年達553萬噸，2013年飆升到883萬噸，成為名符其實的全球第一大消費國。然而，我國的銅礦資源量僅占世界總量的5.5%，據統計2010年我國查明銅儲量為8 040萬噸，但其產量逐年增加，由1998年的121萬噸逐漸增加到2006年的304 萬噸，其缺口高達100萬噸以上。據海關統計，2012年前8個月共進口銅礦砂 319.2萬噸，價值60億美元以上，而若按2013年的消耗量，國內資源最多可維持 10 年左右。2010年國土資源部的《中國國土資源公報》公布，我國銅的對外依存度高達 80%以上[1]，嚴重威脅了國家的經濟安全。

中國東北部大興安嶺地區是我國重要的銅(鉬)多金屬熱液礦床的發育區，至今已發現大中型銅礦近20座，現已成為我國重要銅金屬礦產勘查戰略選區[1，2]。六九山銅礦位于黑龍江省齊齊哈爾市龍江縣杏山鎮境內，處于中亞造山帶東部的興安地塊與松嫩地塊之間的嫩江—八里罕斷裂西側的突泉—龍江銅(銀)多金屬成礦帶上(圖1A)。該帶自20世紀80年代以來，相繼勘探出布敦化、陳臺屯斑巖型和蓮花山、鬧牛山等淺成熱液銅多金屬礦床(圖1C)。近期隨著對該區勘探和研究深入，相繼在鬧牛山礦區東山勘探出小型斑巖型銅(鉬)礦床、蓮花山礦田勘探出聚寶小型斑巖型銅(鉬)礦床[3]以及本文所及的六九山銅礦床[4]，使得該區成為倍受關注的斑巖型銅鉬-淺成熱液型銅多金屬礦集區。六九山銅礦床是近年來在突泉—龍江銅(銀)多金屬成礦帶或礦集區發現并勘探出的一座中大型銅礦床(1)黑龍江省礦業集團有限責任公司. 黑龍江省龍江縣后六九山地區銅金礦詳查報告[R]. 2011.，前人通過礦床地質特征研究先后提出斑巖型銅鉬礦床[3]、淺成熱液銅礦床[5]的認識。但是，從其論述的內容來看，成礦作用主要發生在角礫巖內部，礦化蝕變既具有斑巖型礦床特征，同時又呈現淺成熱液高硫化型礦床的基本特征。那么，六九銅礦床是斑巖型？還是淺成熱液高硫化型銅礦床？還是低硫化型還原型銅礦床？亟待深入研究。為此，近期協同礦山工作人員對正在露天開采的礦段和典型鉆孔進行了二次編錄，將所獲礦床地質特征與典型斑巖型、淺成熱液礦床作對比，結果顯示其工業類型為角礫巖型，而成因類型更傾向于淺成熱液高硫化型。

1 區域地質背景

研究區地處古亞洲洋構造域、蒙古—鄂霍茨克洋構造域和西太平洋構造域的疊加部位(圖1A，B)，是一個經歷了古亞洲洋閉合(>251 Ma)、伸展(T)和陸內地體拼貼(J1-J2)以及后續晚侏羅世以來的斷裂伸展復合地質作用的構造、巖漿、成礦區(圖1C)。地質研究揭示，區域出露的地層有古生界早二疊統大石寨組和中生界早白堊統龍江組、光華組。其中，大石寨組為一套中酸性熔巖安山巖夾流紋巖、其次凝灰熔巖與細碎屑巖互層，為海相中酸性火山沉積建造。龍江組是一套以陸相中性火山熔巖為主的中酸性火山沉積建造。光華組是以陸相火山沉積建造為主。發育的侵入巖主要是晚古生代輝長巖-閃長巖-花崗巖(326～301 Ma、287～251 Ma)[6，7]、中生代花崗巖(250～214 Ma、182～160 Ma和146～116 Ma)[7-13]以及花崗正長巖、花崗斑巖、正長斑巖、石英斑巖、閃長巖、石英閃長巖等，具有多期巖漿火山噴發、淺成與深成過程(P1、J2、J3、K1等)[14]。發育的區域斷裂構造主要是八里罕—嫩江超殼斷裂和近東西向罕達罕河斷裂、北西向的寶泉子—西六九斷裂、樂業—茶壺嘴東山斷裂及其次級近東西向與北西向斷裂(圖1C)。受近東西向與北西向斷裂兩組斷裂的影響，北東向、北西向、近南北向和近東西向次級構造發育。產出的內生金屬有色、貴金屬礦產資源類型有與中生代火山作用有關的淺成熱液銅多金屬礦和銀鉛鋅礦、與斑巖作用有關的斑巖型銅多金屬礦、與深成巖作用有關的矽卡巖型鐵銅多金屬礦、銅錫礦等[1](圖1C)。

圖1 A.中亞造山帶大地構造位置圖；B.中國東北地區構造位置圖；C.大興安嶺區域地質簡圖

2 礦區及礦床地質特征

2.1 礦區地質特征

礦區出露的地層主要是白堊系光華組和第四系沉積物。前者為一套酸性火山巖建造，巖性由流紋巖、流紋質角礫凝灰巖、晶屑凝灰巖等組成(圖2)，厚度在走向上變化較大；在六九山銅礦區及其外圍現已發現了9個大小不等的鏈狀火山群，在礦區附近有7個火山口出現，被北東向西六九斷裂切錯，均為中心式噴發，地表形成火山碎屑巖及火山熔巖錐形火山口地貌(圖2)。六九山銅礦位于火山鏈群東南部，賦存于光華組或白音高老組酸性次火山巖和花崗閃長巖體內部。第四系沉積物沿現代河流分布，由復成分砂礫巖構成。侵入巖主要為呈不規則狀或巖柱產出的花崗閃長巖，伴有呈脈狀產出的正長斑巖、閃長玢巖等。礦區構造以北東向和北西向斷裂發育為特征，兩者聯合控制著該區火山機構分布，六九礦床發育在礦區東南側火山口的一側(圖2)。

2.2 礦床特征

目前，六九山礦床地質勘探揭示，礦體賦礦圍巖主要是似層狀流紋巖，花崗閃長巖以下伏侵入巖或角礫形式存在礦體或礦石中。該礦床礦體為超淺成盲礦體，工業類型為熱液充填角礫巖型，礦化發生在角礫巖裂隙和角礫之間。礦體主要分布在六九山南東坡75～88線之間，礦帶東西長約1 200 m，南北寬約 500 m，主要賦存水平標高0～300 m；共發現24條礦體，其中工業礦體19條，低品位礦體5條。編號分別為Ⅰ、Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅱ、Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅴ-1、Ⅴ-2d、Ⅴ-3、Ⅴ-4、Ⅴ-5d、Ⅵ、Ⅶ、Ⅶ-1、Ⅶ-2d、Ⅶ-3d、Ⅷ、Ⅷ-1、Ⅷ-2、Ⅸ、Ⅹ號(圖3)。整體呈不規則脈狀、透鏡狀產出，總體走向北東61°，傾向北西，傾角20°～30°。礦體長度不大于780 m，一般在300 m左右，平均厚度7.18 m。礦體Cu品位為0.59%～1.0%，伴生Ag為(3～5)×10-6；礦床Cu平均品位0.73%，伴生Ag平均品位為5.87×10-6。礦體在+200 m標高上呈近東西走向、北傾展布，長約1 025 m，寬約290 m(圖4)。在標高-80～300 m，礦體向西側伏，傾角約12°(圖4)；礦體由中心到邊部品位逐漸降低，中心部位平均品位0.68×10-2，伴生銀4.63×10-6；邊部銅平均品位為 0.38×10-2、伴生銀3.91×10-6。其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ號礦體規模較大，為主礦體。現將六九山銅銀礦段(D76～D89線)的主礦體特征敘述如下。

圖2 光華組火山鏈分布圖

Ⅰ號礦體：位于76～83線之間，賦存在隱爆角礫巖中，呈不規則脈狀、囊狀產出。走向45°～95°，傾向北西—北，傾角0°～34°，西部較緩，東部較陡。最大控制長度700 m，最大控制垂深205 m，平均寬度50 m，平均垂直厚度13.46 m。77線ZK7701孔礦體規模最大，最大控制垂直厚度107 m，賦存標高120～280 m。礦體Cu平均品位為 0.70%，伴生Ag品位為4.68×10-6(圖4)。

Ⅱ號礦體：位于78～83線之間，賦存在隱爆角礫巖中，呈不規則脈狀產出。走向60°～75°，傾向北西，傾角20°～30°，西部較緩，東部較陡(圖4)。最大控制長度500 m，最大控制垂深165 m，平均寬度23 m，平均垂直厚度8.85 m。80線和81 線礦體規模最大，最大控制垂直厚度32 m，賦存標高120～268 m。礦體平均品位：Cu 0.72%，伴生Ag 4.79×10-6。

Ⅳ號礦體：位于77～85線之間，賦存在隱爆角礫巖中，呈不規則脈狀、囊狀產出。走向60°～85°，傾向北西，傾角25°～27°。最大控制長度780 m，最大控制垂深170 m，平均寬度19 m，平均垂直厚度6.13 m。83線ZK8301孔礦體厚度最大，最大控制垂直厚度38 m，賦存標高140～250 m。礦體平均品位：Cu 0.74%，伴生Ag 6.80×10-6。

圖3 六九山銅礦區200標高中段地質圖

圖4 Ⅰ和Ⅱ號礦體形態剖面圖

2.3 礦石結構構造

野外露天采場和鉆孔二次編錄顯示，礦石由角礫和膠結物組成。角礫主要是蝕變花崗閃長巖或流紋巖，呈棱角狀、次棱角狀和部分呈渾圓狀，體積分數在50%～80%之間， 大小變化較大，粒徑一般在0.20～10.0 cm之間，大者可達10.0 cm以上，它們均發生不同程度礦化蝕變，呈硅化流紋巖、硅化花崗閃長巖以及硅化蝕變巖形式產出。小者在角礫邊部呈棱角狀或次棱角狀的硅化巖屑、蝕變巖屑產出，粒徑一般在小于0.3 mm，體積分數大約占15%。膠結物以石英、黃鐵礦、黃銅礦為主，少量輝銅礦、斑銅礦、絹云母等(圖5)。硫化物呈團塊狀、細脈狀、浸染狀產出(圖5A，B，C)；結構呈自形、半自形晶、反應邊結構、包含結構等(圖5G，H)。從空間結構上看，主礦體在礦體中心部位為熱液膠結隱爆角礫巖(圖5B)，向外依次是熱液填充角礫巖(圖5C，D)。

2.4 蝕變礦化類型與成礦階段

宏觀和顯微觀察鑒定揭示，礦區范圍內與成礦有關的圍巖蝕變有鉀化、硅化、絹英巖化、泥化、青磐巖化、碳酸鹽化以及石膏、螢石化等。其中，鉀化較發育，主要發生在圍巖花崗閃長巖中，與早階段黑云母硅化相共生(圖5A)。青磐巖化較發育，與鉀化銜接產生，呈浸染狀或細脈狀發育在花崗閃長巖和閃長玢巖內部或裂隙中(圖5A)。泥化較發育，主要發生在礦區賦礦巖石或圍巖流紋巖以及花崗閃長斑巖角礫中。硅化發育，可劃分早階段硅化、成礦階段、晚成礦階段硅化。早階段硅化疊加在泥化之上，使流紋巖、花崗閃長巖形成不同程度的弱中強硅化蝕變巖，成礦階段硅化呈膠結狀產在角礫巖之間或膠結角礫形式存在，晚成礦階段硅化主要白色細脈狀或晶洞狀產出(圖5F)。絹英巖化是在高嶺土化之后產生，在空間上與早階段硅化重疊，是斜長石蝕變的產物，呈鱗片狀、條帶狀，局部可見放射狀集合體。石膏、螢石、碳酸鹽化呈細脈狀產在裂隙或浸染狀產在圍巖或角礫中。在時間上從早到晚依次是鉀長石-黑云母化→青磐巖化→泥化→絹英巖化→早階段灰白色硅化(面狀)→成礦階段灰白色硅化(充填狀)→晚階段白色硅化(梳狀+晶洞狀+晶簇)→螢石+石膏(浸染狀+晶洞+細脈狀)→碳酸鹽化。

在礦化方面，伴隨上述圍巖蝕變過程，從早到晚可見磁鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦等礦化。其中：磁鐵礦礦化伴生普通角閃石的黑云母化形成，它多呈浸染狀、局部細脈狀(磁鐵礦+石英)分布在鉀化蝕變巖或裂隙中；可見成礦早階段、成礦階段和成礦晚階段三個階段的黃鐵礦。其中早階段黃鐵礦呈黃白色粗粒立方體浸染狀或沿早期裂隙形成細脈(石英+黃鐵礦)(脈寬2 ～4 cm)，結晶程度較高，晶紋清晰可見，粒徑一般0.3～5 cm 者為多；成礦階段的黃鐵礦多半為細粒浸染狀、團塊狀集合體產出，與成礦階段石英相伴生，粒徑0.01～0.8 mm；成礦晚期多呈晶洞或細脈狀與晚階段石英相伴生產出，粒徑1 mm左右。閃鋅礦微量，呈他形粒狀產出，與黃銅礦連生或包裹于黃鐵礦中，粒徑大多在 0.02～0.18 mm，少數達 0.45 mm。此外，可見表生過程形成的斑銅礦、銅藍、褐鐵礦等蝕變。因此，就內生成礦過程而言，可劃分為細脈浸染狀石英+黃鐵礦階段(Ⅰ)、乳白色脈狀黃鐵礦+石英±黃銅礦階段(Ⅱ)、膠結狀石英+黃鐵礦+黃銅礦階段(Ⅲ)、細脈或晶洞狀石英+黃鐵礦階段(Ⅳ)、浸染或細脈狀石膏—石膏階段(Ⅴ)。其中：(Ⅰ)階段是階礦化發生在鉀長石+黑云化+磁鐵礦和和青磐巖化(綠簾石、綠泥石)蝕變礦化之后產生的裂隙內部(圖5A)。熱液以充填形式進入裂隙形成細粒狀黃鐵礦石英脈和浸染狀圍巖中的黃鐵礦，并被隨后的熱爆作用在角礫狀蝕變巖內呈細脈狀產出(圖5B)。(Ⅱ)階段是熱液進一步充填作用形成的乳白色黃鐵礦石英脈，被隨后的熱爆作用呈次棱角狀角礫塊體或巖屑產出(圖5B)。(Ⅲ)階段是指含礦流體發生引爆作用，導致早期形成的蝕變巖或礦化體發生不同程度爆裂，熱液在爆破裂隙、角礫之間發生充填膠結作用，在隱爆中心形成熱液膠結隱爆角礫巖，向外依次形成熱液膠結可拼角礫巖和網脈狀熱液膠結角礫巖，在膠結過程形成粒狀石英、碎裂狀、粒狀黃鐵礦和半自形黃銅礦以及黃銅礦集合體。(Ⅳ)階段是熱液膠結作用晚期，在礦脈中部或有效的空間部位形成對稱梳狀、晶洞狀石英集合體，并含少量自形黃鐵礦顆粒。(Ⅴ)階段為成礦流體演化到晚階段形成的低溫酸性流體在晶洞和晚期裂隙內充填結晶形成(圖5E，F)。

圖5 六九山銅礦床礦石結構構造特征

3 礦床成因和成礦地質背景探討

如前所述，該礦床是20世紀初發現并勘探認為有望成為大中型銅礦床，礦體類型以隱爆角礫巖型為主(2)黑龍江省礦業集團有限責任公司. 黑龍江省龍江縣后六九山地區銅金礦詳查報告[R]. 2011.,[4]，有關礦床成因雖有研究，但存在較大爭議[4，5]；最早李德勝(2003)在《礦產與地質》期刊上撰文提出該礦床為斑巖型銅礦床，成礦作用經歷氧化物階段、硫化物階段和表生階段，推測成礦作用與燕山期花崗閃長巖侵入巖有關；近期王筱箏等(2016)在《地質與資源》期刊上撰文提出該礦床為淺成熱液銅礦床，成礦過程經歷硅質交代階段、石英-硫化物階段和玉髓-綠泥石-碳酸鹽化階段，成礦與火山-次火山作用有關，成礦發生在早白堊世。本文通過礦床地質研究認為礦體為角礫巖型，按構造可分熱液膠結爆發角礫巖型、可拼熱液膠結角礫巖型和網脈狀熱液膠結震裂型三類，前者在整個礦床礦體中間部位(礦化富或高品位礦)，后者在礦體邊部(礦化低或低品位礦)；可拼熱液膠結角礫巖型介于之間(礦化中等)。蝕變過程從早到晚經歷鉀長石-黑云母化→青磐巖化→泥化→絹英巖化→早階段灰白色硅化(面狀)→成礦階段灰白色硅化(充填狀)→晚階段白色硅化(梳狀+晶洞狀+晶簇)→螢石+石膏(浸染狀+晶洞+細脈狀)→碳酸鹽化；伴生礦化過程從早到晚經歷(Ⅰ)細脈浸染狀石英+黃鐵礦階段、(Ⅱ)乳白色脈狀黃鐵礦+石英±黃銅礦階段；(Ⅲ)膠結狀石英+黃鐵礦+黃銅礦階段、(Ⅳ)細脈-晶洞狀石英+黃鐵礦階段和(Ⅴ)細脈浸染、晶洞狀螢石+石膏階段。因此，礦床特征顯示該礦床不大可能是淺成熱液低硫化型礦礦床[15，16]，一定程度上具有與火山-次火山作用有關的斑巖型[17]和淺成熱液高硫化型銅礦床基本特征[16]。本文將六九山銅礦床的地質特征與典型斑巖型銅(鉬)礦床和淺成熱液高硫化型礦床作對比(表1)；對比結果發現：

(1)在成礦背景方面，六九山銅礦賦存在嫩江—八里罕斷裂西側的光華組或白音高老組發育的火山機構體系(圖1C，2)，賦礦圍巖為花崗閃長巖(鋯石 U-Pb 年齡：155.49 Ma[4])和光華組或白音高老組酸性火山—次火山巖(134～130 Ma)[18]就位時間為早白堊世，顯示形成環境與古太平洋板塊俯沖作用有關或形成環境適值早白堊世庫拉板塊向歐亞大陸俯沖的大陸邊緣火山弧環境，這一點與淺成熱液高硫化型銅礦床和火山—次火山作用有關的斑巖型[17]形成構造環境基本一致。

(2)在巖漿組合特征上，六九山銅礦床巖漿組合與高硫化型銅礦床和斑巖型銅礦床相似，但以缺少巖筒、巖頸、巖漏斗狀淺成花崗閃長斑巖巖相區別于與火山—次火山巖有關的斑巖型銅礦床。

(3)在礦體特征方面，六九山銅礦床礦體與高硫化型銅礦床類似，發育在中粒花崗閃長巖和流紋巖內部，以就位淺(<300 m)隱爆角礫巖型為主，伴生熱液膠結角礫巖型和熱網脈狀熱液膠結震裂型為特征；而斑巖型銅礦床礦體則發育在斑巖體內部和邊部，以細脈浸染型礦體為主，中心部位可發育隱爆角礫巖型礦體(2～3 km)，在隱爆角礫巖型礦體與細脈浸染型礦體之間可發育硫化物石英脈型礦體。

(4)在圍巖蝕變方面，六九山銅礦的圍巖蝕變類型、分布形式與高硫化型銅礦床基本一致，以缺少石英核區別于斑巖型銅礦床。

(5)在礦化方面，六九山銅礦床主要礦化類型與高硫化型銅礦床基本一致，主要礦化類型是黃鐵礦、黃銅礦，其次是閃鋅礦、斑銅礦等，成礦過程大致經歷細脈浸染狀石英+黃鐵礦階段、乳白色脈狀黃鐵礦-石英±黃銅礦階段、膠結狀石英+黃鐵礦+黃銅礦階段、細脈-晶洞狀石英+黃鐵礦階段和浸染細脈-晶洞狀螢石+石膏階段五個階段；其中流體沸騰作用形成的膠結狀隱爆角礫巖或石英+黃鐵礦+黃銅礦階段為主要成礦階段；而斑巖型銅礦床以明顯的熱液充填交代形成的細脈浸染狀構造為特征，其次是流體沸騰作用和充填成礦作用。

以上論述可知，就六九山銅礦床的整體成礦特征而言，其成因類型更接近于高硫化型礦床，至于該區是否能夠勘探出斑巖型銅礦床尚待研究。

4 結論

本文通過對六九山銅礦床的礦床地質特征研究，結合相關研究成果，初步得出一下幾點結論：

(1)該礦床是以熱液膠結隱爆角礫巖角礫巖型礦體為主，其次是熱液膠結可拼角礫巖型，熱液膠結網脈狀震裂(碎)巖型礦化較弱。

表1 六九山銅礦床與典型淺成熱液高硫化型銅金礦床、斑巖型銅礦床成礦地質特征對比表

(2)該礦床應為與酸性火山、次火山作用有關的淺成熱液高硫化型礦床，成礦過程經歷細脈浸染狀石英+黃鐵礦階段、乳白色脈狀黃鐵礦-石英±黃銅礦階段、膠結狀石英+黃鐵礦+黃銅礦階段、細脈-晶洞狀石英+黃鐵礦階段和浸染細脈-晶洞狀螢石+石膏階段五個階段。

(3)從區域地質背景角度出發，成礦作用適值早白堊世庫拉板塊向歐亞大陸俯沖的大陸邊緣火山弧環境。