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摘要:
由于超过20%的大型-超大型铜-金(钼)矿床与碱性岩浆有关,因此,该类矿床引起矿床学家的广泛关注。碱性岩有关的铜-金矿床的成矿岩体、物化条件及围岩种类各具特色,成矿成因类型多样,主要的成因类型为斑岩型铜-金(钼)、浅成低温热液脉型金-铜(钼)。总体上,该类矿床的矿化和蚀变具有一定的特征:该类矿床多产出在伸展环境下、均富碲化物矿化、有大量的钾质交代作用、含有氟矿物质和钒云母等,成矿蚀变亦有一定的规律。长英质岩石中经常发生钾长石蚀变,而绢云母、碳酸盐和钾长石的混合蚀变常出现在中基性侵入岩中,水热合成石英和酸性蚀变十分罕见。这种特征矿化可能与碱性岩浆流体演化有关,这种流体富含CO2,且在高氧逸度、低硫逸度条件下释放。在伸展背景下的碱性-钙碱性省寻找此类矿床具有巨大的勘查潜力,尤其在碱性岩体中心及其外围可能形成勘探的靶区。在中国与碱性岩有关的金矿床亦有广阔的找矿前景, 在借鉴国外寻找此类矿床经验的同时,仍需加强对与矿化作用有关的岩浆体活动的研究。
Abstract:Cu-Au (Mo) deposits related to alkaline rocks have attracted more and more attention throughout the world, because more than 20% of the world-class Au-Cu (Mo) deposits are associated with shoshonitic and alkaline rocks. Although they include most of the usual types of Au-Cu (Mo) deposits such as porphyry type and gold-rich epithermal deposits, they share the same characteristics of mineralization and alteration on the whole. As a group, these deposits are characterized by Te-rich mineralization, abundant K metasomatism and minerals such as fluorite and roscoelite. Most of these unique mineralization characteristics may be attributed to the evolution of composition of orerelated alkaline magmas, and the fluids were under the condition of CO2-richness, relative oxidation and low sulfidation. Most Cu-Au (Mo) deposits developed in alkaline provinces in a stretching environment also constitute exploration targets in and around alkaline igneous centers. The perspectives of Cu-Au (Mo) deposits related to alkaline rocks in China are tremendous. To better find new deposits of this type, researchers should pay more attention to petrogenesis and their relation to Cu-Au mineralization.
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自20世纪80年代以来,随着新技术和新手段在勘查工作中的应用,在碱性岩省的找矿勘查活动获得了巨大成功,其明显的标志就是在国内外找到了一大批铜-金矿床, 而且这些矿床具有规模大、品位高、贫硫化物、环境破坏小等特点,从而成为铜、金、钼、铀、钴、铋、铌、稀土元素及其他金属开发利用的重要对象[1-9]。
尽管与碱性岩有关的铜-金成矿系统类型多样,矿床的地球物理和地球化学特征迥异,但矿化和蚀变特征却具有一定的共同特征:①成矿岩体独特的构造背景和成分组成;②岩浆活动与矿化作用明确的成因联系;③斑岩型和热液脉型矿化特征的明确转变[5, 10-12]。因此,对碱性岩有关铜-金矿床地质特征和地质参数的研究尤为重要,甚至许多勘查学家认为[6, 9-11],“碱性岩型有关铜-金(银) 矿床”概念的重要性、实用性、合理性可与“火山成因块状硫化物矿床(VHMS)”、“密西西比河谷型(MVT)矿床”、“喷流沉积型(SEDEX)”等概念相比。
需要指出的是,本文涉及的碱性岩分类主要依据国际地科联提出的以钾碱和钠碱含量为基础的分类方案,即可分为碧玄岩、粗面玄武岩、橄榄安粗岩、粗安岩、粗面岩等主要岩类[12-14]。尽管碱性岩的种类数量约占岩浆岩的一半,但其出露的体积仅占岩浆岩的0.5%~10%。许多大型铜-金矿与玄钾质或碱性岩体密切相关。Richards等[4, 15]论述了碱性岩有关的浅成低温热液矿床与斑岩型矿化的联系;Cox等[16]总结了与碱性岩有关的浅成低温热液矿床的特点,提出一个经典成因模型;Semenov[17]和Pell[18]先后较系统地概括了碱性岩浆作用与铜-金矿化的内在联系,系统总结了矿床成因模型。诸多学者[4, 19-22]对碱性岩相关的铜-金(银) 矿床的国内外研究现状均进行了跟踪论评,一方面对其概念模型加以深入探讨;一方面侧重成矿理论研究或找矿勘查等方面的论述,尚缺乏对碱性岩有关铜-金矿床的系统论述和归纳总结。
鉴于此,本文在系统搜集、整理国内外与碱性岩有关的典型铜-金矿床的基础上,总结这些典型矿床的产出环境和岩体特征,主要论述与碱性岩有关的铜-金矿床的成矿系统特征、勘查特征、构造控制、流体来源、演化与成因机理,系统梳理寻找该类矿床的勘查经验,并阐明其在中国的前景与存在问题。
1. 概念的演变与确定
随着越来越多的与碱性岩有关的铜-金矿床的发现,该矿床类型引起了矿床学家的广泛重视[1-2, 4, 10, 12]。Bonham等[1]将该类富金高品位的热液脉型金矿床定义为“石英-萤石-冰长石为特征的浅成热液金矿床”。Mutschler等[2]和Bonham[6]基于岩浆活动与金矿化的成因联系,将该类矿床命名为“碱质岩类浅成热液金矿床”或“与碱性岩有关的浅成热液金矿床”。此外,Jaireth[23]则强调该类矿床的特定矿物,将其命名为与碱性浅成岩-喷出岩有关的金(银)-碲脉型矿床或含碲浅成热液金-银矿床。然而,上述学者发现与碱性岩有关的铜-金(银)矿床存在明显不足,主要表现在:①名称内涵不能给出较多的矿床地质特征或成因的信息,不利于指导成矿规律研究和地质勘查;②矿床类型的确定,应该依据多种地质因素的控制,不能仅强调其特定矿物(或元素)的特征。例如诸如钒云母、碲化物、萤石等特征矿物并非是所有与碱性岩有关的矿床独有的[12, 17]。
在总结前人研究的基础上,聂凤军等[9]丰富了该类矿床定义的内涵,认为与碱性岩有关的铜-金矿床是指在时间、空间、成因等方面与碱性-偏碱性或钙碱性火成岩有关的铜-金(银)矿床,又称为碱质类浅成热液型金矿床或碱质类金矿床。通常具有以下共同特点:①与高碱质(Na2O + K2O)和富挥发性组分的碱性岩(或碱性流体)有关的热液金矿床;②含Au-Ag碲化物;③高成色自然金,矿石Au/Ag值高;④具典型的石英+钾长石碳酸盐±萤石±冰长石±钒云母蚀变矿物组合;⑤贫矿床硫和贱金属元素(Cu-Pb-Zn)。综上所述,考虑到有关分类方案报道频率及概括程度,为方便讨论,本文沿用Mutschler等[2]、Bonham[6]和聂凤军等[9]已有的定义,将其统称为与碱性岩有关的铜-金(钼)矿床。
2. 典型矿床实例
广义上,世界范围内与碱性岩浆岩有关的铜-金矿床分布广泛,主要赋存在碱性岩浆岩省,其中最具代表的是北美西部和西澳大利亚的Yilgarn block碱性岩浆省。最具代表性的矿床主要有(表 1;图 1)科里普柯里可(Cripple Creek)、拉普拉塔(la Plata Mts)、拉杜拉姆(Ladolam)、亚波格尔(Porgera)、奥林匹克坝(Olympic dam)、帕拉博鲁瓦(Phalaborwa)、佐特曼-兰达斯基(Zortman-Landusky)、恩派尔(Emperor)、格奥克柯里可(Galore Creek)、金阳光(golden sunlight)、世纪城(central city)、塞拉布兰卡(Sirrra blanca)、古纳姆布拉(goonumbla)、东坪、科迪(Cadi)、瑞尔(Rea)、宾厄姆铜-金-钼(bingham)、奥卢姆布里拉铜-金矿床等。此外,还包括与碱性岩浆活动及亚碱性火成岩相关的大型铜-金(银)矿床,典型矿床主要有格拉斯伯格铜金矿床(Grasberg)、巴图-黑教铜-金矿床等。鉴于上述各种类型的金、铜和铀矿床大都与碱长正长岩、霓辉正长岩、碱性辉长岩、响岩、二长岩、霓霞正长岩、火成碳酸岩、碱性花岗岩和橄榄玄粗岩具有密切成因联系,因此,这些矿床又被称为碱质类金属矿床(或与碱性火成岩有关的金属矿床)[9, 12]。
表 1. 全球范围内与碱性岩有关的典型的铜-金矿床Table 1. Characteristics of selected gold and gold-bearing deposits related to alkaline magmatism矿床名称 所在国家 金属量/t 有关碱性岩石 年龄/Ma 构造背景 参考文献 科里普柯里
Cripple Creek美国科罗拉多州 Au: 834t 安山岩-碱性玄武岩(煌斑岩)火山杂岩 31~28 弧后伸展,在格兰特河陆内裂谷之前 [24] 拉普拉塔
La Plata Mts美国科罗拉多州 Cu (Au) +PGE 碱性闪长岩、二长岩,基性正长岩(+煌斑岩) 65~70 造山后伸展 [25] 拉杜拉姆
Ladolam巴布亚新几内亚 Au: 1300t 合粗面安山岩-粗安岩-成层二长闪长岩岩体 <1 俯冲后伸展 [26] 亚波格尔
Porgera巴布亚新几内亚 Au: 660t 小型碱性辉长岩和镁铁质斑岩体 6 与陆弧碰撞有关的逆冲褶皱带 [27-28] 奥林匹克坝
Olympic dam澳大利亚 Cu: 2000×104t; Au: 1200t; U: 100×104t 正长花岗岩岩体酸性和碱性镁铁质-超 1590 陆内裂谷 [27] 帕拉博鲁瓦
Phalaborwa南非 Cu-Au: 425×104t Foskorite和碳酸岩侵入体 2060 陆内伸展 [29] 佐特曼-兰达斯基
Zortman-Landusky美国蒙大拿州 Au: 120t 石英二长岩和正常岩岩盘,丁古岩岩墙 62 弧后伸展环境断坪 [30] 恩派尔
Emperor斐济 Au (Cu): 130t 碱性基性火山岩被二长岩脉 3.8~4.8 弧碎片和裂谷活动有关 [31] 格奥克柯里可
Galore Creek加拿大不列颠哥伦比亚省 Cu-Au-Ag: 125×104t, 0.4g/tAu; 1.06%Cu 碱性玄武岩、凝灰岩 三叠纪-早侏罗世 大陆增生之前或期间侵位到洋内岛弧 [32] 金阳光
Golden sunlight美国蒙大拿州 Au (Mo): 120t 石英二长岩,粗安岩,斑岩和煌斑岩 75~80 裂谷,深大断裂 [33] 世纪城
Central city美国卡罗拉多州 Au (Mo, U): 22t 淡色二长岩和正长岩,淡色二长岩脉,淡歪细晶岩 58~59 造山后伸展 [34] 塞拉布兰卡
Sirrra blanca新墨西哥州 Au-Cu-Mo 安山岩、粗面岩、二长岩、正长岩和粗安岩 新近世 瑞奥格兰德裂谷带边缘 [35] 古纳姆布拉
Goonumbla澳大利亚新南威尔士州 Cu (Au) -Zn: 15t Au 闪长岩,二长岩,石英二长岩和成矿后期的正长斑岩,晚期有基性岩脉 431~435 陆内伸展环境 [36] 东坪
Dongping中国华北克拉通 Au 正长岩岩体、粗安岩斑岩和煌斑岩岩脉 燕山期;140.3±1.4 陆内伸展环境 [37] 就碱性岩浆活动与铜-金矿化作用关系而言,上述矿床可以分为3类:①与碱性岩在空间上、时间及成因上具有密切的关系。其中,与碱性镁铁质和长英质斑岩有关的高温热液矿床(斑岩型-矽卡岩型)主要分布在北美和西南太平洋, 以澳大利亚新南威尔士科迪金-铜矿床、新墨西哥州卢卡斯峡谷金-铜矿床最为典型;与碱性侵入岩有关的中温热液金矿(造山型)在大陆裂谷分布广泛,以中国东坪最为典型。浅成低温热液金矿床包括许多世界级的超大型金矿,如科罗拉多州克里普尔溪金矿床、巴布亚新几内亚的波尔盖拉金矿、斐济恩派尔金矿等。此外,还存在一些数量较少,却存在广泛的矿化和金属含量的VMS型和角砾岩筒型矿床,以加拿大Rea和美国金阳光矿床为典型。②某些与碱性岩有关的大型-超大型金-铜矿床可能在时空上具有相关性,但鉴于成因的复杂性和独特性,这种类型的矿化显然是与亚碱性火成岩有关,并伴随着大量的碱性交代[38-39],例如奥林匹克坝矿床和帕拉博鲁瓦铜-金矿床,尽管某些作者将其归类于IOCG型矿床,在狭义上具有严格的分类依据,但却掩饰了这些矿床的独特性[40]。③与碱性岩在时空和成因上有联系,也与区域钙碱性岩有成因联系。例如格拉斯伯格铜金矿床和宾厄姆铜-金-钼矿床。一些不同寻常的火山岩类型在岩浆流体成分、盐度、温度等方面,以及在流体释放和随后的演化过程中,可能区别于更常见的地质体,而上述因素是决定矿床类型的重要因素。一般而言,碱性火山岩比钙碱性地质体更富SO2、CO2和卤素,而贫H2O[41]。
3. 产出环境和成矿岩体特征
3.1 构造背景
与碱性岩有关的铜-金矿床主要与伸展构造有广泛的联系,大多数产出在岛弧环境中和地壳的加厚地区(图 1),概括起来主要有2种类型:①大陆裂谷和板内碱性杂岩喷出带;②汇聚板块边缘。统计意义上,大多数含铜-金的碱性岩产出在弧地体,铜-金(银)矿化的碱性杂岩可能主要与一系列的弧岩浆作用有关。在岩体侵位时或随之发生俯冲,在弧后部位、伸展环境或后俯冲时期则更有利于这种矿化中心的形成。然而,少量与铜-金矿床有关的碱性岩也产出在前寒武纪非造山和陆内伸展环境内部,其次为裂谷伸展背景(表 1)。
(1)火山弧背景
与弧有关的碱性岩铜-金矿化作用复杂,就空间而言,其通常发育在弧岩浆作用的内侧[41-43],较少产出在弧前[43-44],经历了复杂的构造叠加,拥有复杂的俯冲几何形态[44-47],从汇聚构造背景向伸展构造背景转化特征明显。这些矿床主要产出在弧形成演化过程中和弧形成的初始阶段, 前者主要以拉普拉塔金矿床、波格尔金矿床、斐济恩派尔铜-金矿床为代表[3, 48];后者则以美国蒙大拿州和科罗拉多金-碲矿化带产出的矿床最为典型。许多学者认为,这些矿床与晚白垩世-早三叠世弧内侧碱性岩浆活动有关[49-53]。
(2)裂谷构造背景
该类铜-金矿化主要分布在非造山或后造山构造环境内,并在时空和成因上与碱性-钙碱性岩浆岩带有关。然而,这类与碱性岩有关的金矿床矿化形式更复杂,主要表现在:①高品位的脉状铜-金矿化、并伴随有金-银矿脉和浸染状、角砾状钼-银矿化;②铜-金-铀矿脉矿床;③含金-银-碲(钼族元素)矿脉矿化等。最具代表性的矿床主要有科里布柯里克金矿床、奥林匹克坝铜-金-铀和落基山东缘碱性岩省产出的Sirrra blance金-铜-钼矿床。
3.2 岩体的成矿专属性
碱性岩浆活动与许多贵金属、稀有稀土、放射性及铁磷矿床在空间上、成因上具有密切联系。就成分组成而言,这些岩体从碱性玄武岩(SiO2 < 40%)到碱性流纹岩(SiO2>75%)均有产出,其典型的铜-金矿床,与火山-次火山岩浆活动晚期有成因联系(图 2-a)。具体特征主要有:①几何形态和产出规模大都受继承性深大断裂及其次一级断裂控制,大都侵入到前期火山岩或侵入岩中,构成各种的复式岩体,岩脉群分布广泛、脉岩类型多种多样;②侵入岩分别形成于地壳拉张或拉张向挤压过渡的构造环境;③高碱质含矿岩体以富硅和碱,而贫铁镁为特征,经典式碱性岩体大都含有碱性镁铁质矿物,大多数侵入岩的εNd(t) 值较高,而εSr(t) 和δ18O值较低。
图 2. 与碱性岩有关的典型铜-金(钼)矿床及与之对应的成矿岩体硅碱图(a)和与碱性岩有关铜-金(钼)的成因类型中Au含量和Au/Ag值(重量比)对比图解(b)(还显示与碱性岩有关的铜-金矿化与传统矿床(其他矿化)的比较图)Figure 2. Total alkaline versus silica diagram showing the compositions of igneous rocks from alkali-associated Cu-Au (Mo) systems (a), and Au content and Au/Ag ratios (in weight) of alkaline-related Cu-Au (Mo) deposits and other types (b)尽管富金碱性杂岩显示出多侵入的阶段,并展现出复杂的演化历史, 但不同类型的碱性岩浆与矿化的专属性亦有所区别。聂风军等[55]、毛德宝等[19]将富金碱性杂岩分为8种:①产于造山带内的与环状超镁铁质杂岩(阿拉斯加型)有关的金-铂矿床;②与碱性玄武岩有关(橄榄粗玄质正长岩较为典型)的斑岩型铜-金矿床;③与煌斑岩、正长岩、粗面岩和响岩共生的浅成热液金矿床;④绿岩带内产出的长英质碱性侵入杂岩、碱性火山岩和煌斑岩有关的脉型金矿床;⑤产在其他建造如浊积岩系、优地槽火山岩系中与碱性长英质侵入体、煌斑岩有关的金矿床;⑥与碱性玄武岩、粗面岩和碳酸岩喷发岩和侵入岩共生的海底喷气有关的金矿床,包括黑矿型(铜-银-钡-锌-铅)、塞浦路斯型(铜-银-金、海山脉或裂谷型(锰-铜-金-汞)和耶洛夹克特型(钴-铜-金-镍)矿床;⑦与火成碳酸岩有关的金矿床,除上述与含有碳酸岩杂岩体有关的斑岩型、海底喷气沉积型外,还有与碳酸岩有关的金-稀土元素矿床。
4. 矿化系统
与碱性岩有关的铜-金矿床的成因类型可以涉及到斑岩型铜金矿床、富钙的矽卡岩型铜金矿床、与深成岩有关的脉型金矿床(中温或造山型)、角砾岩筒金矿、沉积岩型(卡林型)金矿、低硫热液脉型金矿和多金属的块状硫化物矿床。然而,最具经济价值的碱性岩浆矿化系统主要包括2种:温度小于300℃、深度为1~2km的浅成低温热液矿床系统和温度大于300℃、深度大于1km的斑岩型矿床系统。世界范围内典型的与碱性岩有关的铜-金矿床的地质特征详见表 2。
表 2. 典型的与碱性岩有关的铜-金矿床的地质特征统计Table 2. Basic geological features of selected gold and gold-bearing deposits related to alkaline magmatism4.1 浅成低温热液矿化系统
与碱性岩有关的浅成低温热液体系兼具温度低、埋藏浅的特点的,其富金,基本金属脉中的Au/ Ag值高,碲化物含量多于自然金(图 2-b)。金在蚀变晕中的赋存状态有2种,一种是弥散状的自然金颗粒,另一种是含金黄铁矿。部分矿床中的矿物学特征叠加了斑岩体系统的矿化特点,有更高的温度和更深的深度。
这类矿床在时空上与碱性岩浆有关,其矿化和蚀变特征主要表现为:①矿化主要是富碲金矿脉,脉石矿物主要有石英、萤石、碳酸盐、冰洲石、重晶石、天青石;②蚀变晕很大,以钾化、碳酸盐化矿物组合为特征,青磐岩可存在(拉杜拉姆金矿、波尔盖拉),也可不存在(克里普尔溪金矿)。其中,钾化在这类矿床中均有产出,以钾长石化为主,具绢云母化+碳酸盐化+钒云母化的组合,然而这些蚀变与金矿化并无直接的联系,部分强烈的钾化带是金矿化的基础,如恩派尔金矿(Kwak),而部分矿床则表现为钾化带是金的有利运移环境而非卸载环境;③载金矿物主要为黄铁矿、闪锌矿和方铅矿,其次为黝铜矿和黄铜矿,钼矿化较少。金一般出现在冰长石晕中,有自然金、银金矿、金碲化物和含金黄铁矿。分散在黄铁矿中的金一般是微米级的自然金。此外,部分碱性浅成低温热液系统中发育大量的泥化,包括拉杜拉姆金矿[26]、恩派尔金矿[31]和斐济的卡西金矿[57, 67], 该类蚀变的特征是高岭土化(叶腊石、地开石),明矾石和石英化叠加在早期的钾化带上。
就成矿流体而言,与碱性岩有关的低温热液矿床的流体包裹体的均一温度一般小于300℃,而且具有低盐度(NaCl<10%)和中-高CO2浓度的特点,如世纪城金矿[65]、波尔盖[55-56]、克里普尔溪[60]、金阳光[33]、恩派尔金矿[57]、科罗拉多[62]。O同位素显示,热液流体主要是岩浆流体组分,在矿化晚期趋向于贫重氧的方向[51, 55, 57],δD值变化较大,可能为大气降水和岩浆水混合的结果。
4.2 斑岩矿化系统
斑岩型碱性铜-金(钼)矿床一般产出在弧环境中,含矿母岩主要为碱性闪长岩、镁铁质正长岩和二长岩。斑岩型系统从富含铜到富含钼都有,发育大量的碱性蚀变,石英含量变化范围也大。虽然在一些矿床,如英国哥伦比亚戈洛尔格里克金矿,与贫石英矿化的亚碱性斑岩型矿床明显不同,其他特点显示矿物组合与亚碱性矿床类似(科罗拉多、世纪城矿床)。因此,碱性和亚碱性类型之间的区别不明显。典型的碱性斑岩型矿化主要特征为:①矿化中心主要为斑铜矿、磁铁矿、黄铜矿和斑铜矿,远端矿化主要为黄铜矿、黄铁矿,碲矿化可在远端矿化和晚期绢云母蚀变中发现;②自然金、碲化物或含金硫化物与斑铜矿伴生;③贫硫化物和黄铁矿,相对于浅成低温热液系统,碱性斑岩铜(金)矿床也表现出较低的Au/Ag比率(图 2-b);④蚀变类型包括钾、钠(有或无钠-钙)、青磐岩。相对于典型斑岩型矿床,蚀变的绢云母是次要或缺乏的。此外,碱性岩斑岩型铜(金) 矿床显示异常高的铂族元素含量[10],在某些情况下,铂族元素具有较高的经济价值,如阿拉德金矿矿床、帕拉博鲁瓦、宾厄姆金矿等。流体包裹体的证据表明,均一温度变化范围为400~700℃,并具有高盐性。
需要指出的是,部分矿床兼具2种矿化系统的特点,形成一个储量巨大、成矿作用复杂的成矿系列(表 2;图 3)。斑岩型矿化与热液型矿化的转化类型主要有4种:①在碱性火山岩中心形成高硫热液系统,其外围发育有泥质蚀变和上覆低品位的斑岩型铜金矿体(图 3-a)[31],此种转化类型最典型的矿床为斐济恩派尔碲-金矿床;②相比之下,在碱性火成岩中心,往往是斑岩型金矿化向低硫热液型过渡而不是向高硫热液型过渡,这种热液脉型矿化较斑岩矿化而言,具有相对浅或叠加的特征,如在巴布亚新几内亚和美国金阳光地区的与碱性岩有关的铜-金(钼)矿床,其蚀变和矿化方式不同(图 3-b~d)。
5. 与传统矿床的对比
许多碱性岩省产出的铜-金矿床容易被认为是与碱性岩有关,这些矿床主要包括斑岩型铜-金矿床、富钙的矽卡岩型铜-金矿床、与深成岩有关的脉型金矿床(中温或造山型)、角砾岩筒金矿、沉积岩型(卡林型)金矿、低硫热液脉型金矿和多金属的块状硫化物矿床(VMS型)。对比鲜明的是,碱性岩斑岩钼-金矿床一般位于碱性火成岩体的中心部位,高硫热液金矿床则较少赋存在碱性岩组及与其有关的晚期泥质地层中。与钙碱性岩相比,碱性岩中的硫化物更容易发生次生氧化,可能与相对高效的酸性流体的缓冲有关。需要指出的是,与侵入岩有关的各种类型的锌矿床在碱性岩省中不发育。与碱性岩有关的铜金矿床,包括帕拉博鲁瓦、克里普尔溪、拉杜拉姆、奥林匹克坝、亚波格尔等超大型-大型矿床,其矿床的特点和与其密切相关的其他矿床类型明显不同,这种特征矿化可能正是由于岩浆组分和与矿石有关的碱性岩浆流体释放有关。许多类型的铜-金矿床赋存在钙碱性岩省内,进而在碱性火成岩体中心或外围形成勘探的目标物。此外,基于传统矿床的分析对比,与碱性岩有关的岩浆热液矿床比与钙碱性有关的矿床产出更少的锌、铅锌可能比较合理。在某些碱性岩省,尚未发现以锌为主的矽卡岩型铜-金或钼-金矿床,可能是由于与碱性岩有关的热液矿床以低锌、铅及低Ag/Au值为特征。鉴于与碱性岩有关的热液矿床流体包裹体具有相对高盐的特征,因此相对于许多钙碱性岩浆系统而言,Pb、Zn、Ag等金属元素以氯化物形式运移的方式便不明显[4]。
聂凤军等[9]在前人成果的基础上,总结了国外碱性岩型铜-金矿床的标型特征:①金矿和碱性岩浆岩具密切的空间关系,碱性火成岩多以中、浅成小侵入体、岩脉为主, 并伴有喷出岩,矿化多发生在碱性岩浆作用晚期,与最晚期的、具斑状特征的侵入相有关;②与岩浆活动有关的金矿化多有2期,即深部斑岩型金或铜金矿化,浅部浅成含金碲石英脉。一般而言,此类矿床的早期矿化与岩浆热液流体有关,晚期矿化则与岩浆热液与大气降水混合热液有关;③成矿虽比成岩时间略晚(时差小于1Ma),应属同一期构造-岩浆热事件不同阶段的产物;④具特征的石英-萤石-碳酸盐-冰长石-钒云母蚀变矿物组合;⑤矿石矿物贫硫化物,发育特征的金碲化物, 自然金成色高;⑥矿石特征微量元素组合为Au、Ag、Te、V、F、As、Sb、Hg、Cu、Pb、Zn、Mo。
6. 矿床成因机理
许多学者认为,碱性岩浆是从地幔中分异出来的,尽管这些岩浆富含如Te、K、F等元素,但缺乏典型的地幔橄榄岩。一些证据显示,碱性岩浆活动的源区在形成金属之前经历了几次富集,这个多次富集金属元素的过程目前还不清楚[4, 68-69]。然而,许多学者认为,大多数与金矿有关的碱性岩缺乏Au元素的富集,Au含量只有n×10-9[69]。因此,碱性矿床中金属元素的富集不能简单地归结于岩浆组分的异常或是源区本身的富集,很可能是与一个有效的热液系统相关。碱性岩浆岩对产生热液金矿床最主要的贡献是其氧化性和挥发性的特点[4]。高氧化状态抑制了硫化物金属的形成[4, 70],因此亲铜元素和铂族元素保留在硅酸盐熔体中[71-72]。与铜-金矿化相关的碱性岩浆活动常是一个长期演化、多次脉动的热事件,其矿化一般发育在岩浆活动的晚期,并与多期热液蚀变有成因联系。无论演化途径是什么,这些浅部的小侵入岩很可能都来源于深部一个大的岩浆房,这就解释了金的富集和大量的蚀变[70]。
Mutschler等[2]研究北美科迪勒拉地区与碱性岩有关的铜-金矿床后, 首次提出了该类矿床的成矿模型,并系统地总结了矿床的矿化类型和产出的构造部位,Bonham等[1, 7]提出的碱质类金-银矿床成矿模型,系统总结了岩相、蚀变矿物组合及矿化分带三者之间的空间关系。Richards等[4, 74]提出了四阶段成矿模式,阐述了碱质类含金热液体系发生、演化和成矿的全过程。聂凤军等[9, 55]发展了该矿床的成因模型(图 4),指出:①在陆内裂谷热点或从造山到非造山环境的过渡环境(碰撞后)中,岩石圈地幔的隆起使区域性深大断裂形成或活化,形成了一个构造集区;②随着软流圈的隆起和构造系统的形成,浅成壳源物质首先发生重熔,岩浆分熔、上侵或喷出;随着深断裂切入上地幔, 地幔物质交代作用形成小批量、富水、富挥发性组分的碱性岩浆;③由于碱性岩浆活动方式和岩浆源区各有差异,可能主要分为2种情况:一种是壳源重熔区,另一种是壳幔同熔型。壳幔混熔形成高位岩浆层,岩浆分熔、运移到地壳浅部或地表,形成壳幔源钙碱性-偏碱性火山-侵入杂岩,或是幔源岩浆直接沿深大断裂运移到地壳浅部或地表定位,形成碱性火山-侵入杂岩;④深部幔源岩浆房或壳幔源高位岩浆房演化晚期阶段,含矿热液沿深大断裂上升、运移,在合适构造部位沉淀成矿, 或周期性与形成晚期(次火山)小岩体(岩脉)的熔浆分别远离源区上侵成岩、成矿方式主要有2种:一种是低品位的斑岩型矿化;另一种是高品位的热液脉型矿化。该成因模型阐述了碱性岩型金矿区成岩、成矿的整个演化过程。但由于地质作用的复杂性,碱性岩型金矿区金的成矿作用具体过程并不完全雷同,突出表现在上述几个演化阶段并不都出现。再者, 幔源或壳幔混源都是存在的。但必须强调指出的是,地幔来源的岩浆岩和成矿流体(幔汁?)在成矿中起着关键作用,尽管其上升过程并不完全一致(或直接运移到浅部,或与地壳物质混熔)。
7. 勘查的启示与在中国寻找该类矿床的前景
由于勘查工作的复杂性,寻找与碱性岩有关的大型矿床十分的困难。目前将碱性岩省作为重要的找矿靶区,尤其在显生宙的碱性岩浆岩带,因为国外大型的浅成低温热液矿床几乎都形成在白垩纪-新近纪。此外,在区域尺度,与碱性岩有关的铜-金矿化系统具有强烈的交代蚀变、多期次碱性岩浆带、构造发育集中等特征,这些都是寻找靶区的关键。某些大型-超大型矿床在勘查过程中也可能被遗漏,因为这些矿床并非产出于许多勘查工作集中、被公认的成矿域或成矿带内。在找矿勘查过程中,碲、钒地球化学异常不能有效地区分传统热液铜-金矿床和与碱性岩有关铜-金矿床,其独特的勘查经验主要有:①就地球化学关联性而言,金矿化可以与Au、Te、K、V具有密切的相关性,也可以与Cu、As具有关联性,同时也可以与Bi异常伴生;②就地球物理而言,大多数碱性岩有关的铜-金矿化具有低磁性和低重力的特点,在勘查过程中偏振测量是一种有效的测试方法[74];③矿物特征及碱性侵入物的蚀变组合是寻找这类矿床最有效的办法。
与国外碱质类金属矿床研究相比,中国该类金属矿床的理论研究和找矿勘查工作起步较晚,研究水准相对偏低。碱性侵入岩和火山岩长期被视为贫矿的地质体,其与金属矿床的成因联系更很少被论及。然而,20世纪80年代中期以来,新发现的几处大型金和铜矿床都产出在碱性侵入岩体内部或与碱性岩脉群有关[9, 75],代表性金属矿有内蒙古哈达门沟、东伙房和包头东金矿床,冀西北东坪、后沟和黄土梁金矿床,辽西沙果沟金矿床和子岭铜矿床,山西东峰顶-塔儿山金矿区和山东归来庄金矿床。近年来的找矿勘查实践和成矿理论研究成果表明,碱性侵入岩体与金、铜矿床的关系密切。中国典型的碱性岩金矿床, 以中、新生代与大陆拉伸断裂、裂谷碱性火山-次火山岩有关的金矿床最常见,可划分为2个亚类:①与大陆拉伸断裂碱性火山-次火山岩侵入岩(中浅成)有关的浅成热液型,如江苏溧水、铜井,山东平邑归来庄, 云南姚安、北衙, 冀南黑山门等金矿床;②与中深成二长岩-正长岩组合、碱性正长岩脉、碱性伟晶岩脉群有关的中深成脉型,如冀北张宣地区的东坪、后沟、黄土梁金矿床,内蒙包头市哈达门沟、乌兰不浪沟金矿床等[76-77]。因此,在中国的碱性岩省寻找与碱性岩有关的矿床的潜力巨大,尤其是在华北克拉通北部一系列碱性岩带。迄今为止,已在华北克拉通北部及邻区发现和圈定高碱质含矿侵入岩体126处,其中107处岩体的形成时代为中生代(印支期和燕山期侵入岩体分别为74处和33处)。考虑到上述中生代侵入岩体与大型金属矿床具有密切的时空分布关系,这些高碱质含矿侵入岩体分别出露在阿拉善、阴山、燕山、冀北和辽西及兴蒙造山带。岩体大多呈群或带分布,且构成若干岩体发育区,其中个别侵入岩发育区与钼、金(钼)、金、铌-钽和铀矿化集中区所在地域吻合,具有重要的经济意义。代表性含矿岩体发育区有小狐狸山、查干花-马尼图、哈达门沟-包头东、赵井沟-潘家沟、大苏计-羊场、金厂峪-峪耳崖、金厂沟梁-对面沟、车户沟-鸡冠山、河坎子和赛马-柏林川等。但这些碱性岩浆活动与成矿作用之间的成因联系尚待进一步研究,在勘查过程中应采用“地质先行,化探扫面,研究跟进,物探定位和钻探验证”的技术思路,进一步研究成岩与成矿的关系[78]。
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表 1 全球范围内与碱性岩有关的典型的铜-金矿床
Table 1. Characteristics of selected gold and gold-bearing deposits related to alkaline magmatism
矿床名称 所在国家 金属量/t 有关碱性岩石 年龄/Ma 构造背景 参考文献 科里普柯里
Cripple Creek美国科罗拉多州 Au: 834t 安山岩-碱性玄武岩(煌斑岩)火山杂岩 31~28 弧后伸展,在格兰特河陆内裂谷之前 [24] 拉普拉塔
La Plata Mts美国科罗拉多州 Cu (Au) +PGE 碱性闪长岩、二长岩,基性正长岩(+煌斑岩) 65~70 造山后伸展 [25] 拉杜拉姆
Ladolam巴布亚新几内亚 Au: 1300t 合粗面安山岩-粗安岩-成层二长闪长岩岩体 <1 俯冲后伸展 [26] 亚波格尔
Porgera巴布亚新几内亚 Au: 660t 小型碱性辉长岩和镁铁质斑岩体 6 与陆弧碰撞有关的逆冲褶皱带 [27-28] 奥林匹克坝
Olympic dam澳大利亚 Cu: 2000×104t; Au: 1200t; U: 100×104t 正长花岗岩岩体酸性和碱性镁铁质-超 1590 陆内裂谷 [27] 帕拉博鲁瓦
Phalaborwa南非 Cu-Au: 425×104t Foskorite和碳酸岩侵入体 2060 陆内伸展 [29] 佐特曼-兰达斯基
Zortman-Landusky美国蒙大拿州 Au: 120t 石英二长岩和正常岩岩盘,丁古岩岩墙 62 弧后伸展环境断坪 [30] 恩派尔
Emperor斐济 Au (Cu): 130t 碱性基性火山岩被二长岩脉 3.8~4.8 弧碎片和裂谷活动有关 [31] 格奥克柯里可
Galore Creek加拿大不列颠哥伦比亚省 Cu-Au-Ag: 125×104t, 0.4g/tAu; 1.06%Cu 碱性玄武岩、凝灰岩 三叠纪-早侏罗世 大陆增生之前或期间侵位到洋内岛弧 [32] 金阳光
Golden sunlight美国蒙大拿州 Au (Mo): 120t 石英二长岩,粗安岩,斑岩和煌斑岩 75~80 裂谷,深大断裂 [33] 世纪城
Central city美国卡罗拉多州 Au (Mo, U): 22t 淡色二长岩和正长岩,淡色二长岩脉,淡歪细晶岩 58~59 造山后伸展 [34] 塞拉布兰卡
Sirrra blanca新墨西哥州 Au-Cu-Mo 安山岩、粗面岩、二长岩、正长岩和粗安岩 新近世 瑞奥格兰德裂谷带边缘 [35] 古纳姆布拉
Goonumbla澳大利亚新南威尔士州 Cu (Au) -Zn: 15t Au 闪长岩,二长岩,石英二长岩和成矿后期的正长斑岩,晚期有基性岩脉 431~435 陆内伸展环境 [36] 东坪
Dongping中国华北克拉通 Au 正长岩岩体、粗安岩斑岩和煌斑岩岩脉 燕山期;140.3±1.4 陆内伸展环境 [37] 表 2 典型的与碱性岩有关的铜-金矿床的地质特征统计
Table 2. Basic geological features of selected gold and gold-bearing deposits related to alkaline magmatism
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