Question

砂页岩型铜矿床

Answer 1

一、内容概述

砂页岩型铜矿在国外也称“沉积岩容矿的层状铜矿床”（Sediment-hosted Stratiform Copper Deposits），泛指不同时代沉积岩、沉积变质岩中的层状和层控的铜矿床（Kirkham，1989），简称SHSC。该类矿床规模大（最大矿床的铜储量约3500×10⁴t），矿体形态稳定，易于开采，矿石品位高，往往受后期地质改造作用富集，主要伴生矿产为钴、镍、钼、铅、锌、金、银、铀，甚至铂族金属等，具有巨大的经济价值。国外海相砂页岩型大型铜矿特别是超大型铜矿多形成于新元古代时期的裂谷盆地环境中，与新元古代各大陆裂谷活动活跃而强烈关系密切（沈保丰，2006）。海相砂页岩型铜矿多发育在稳定大陆内部裂谷或类似张裂构造环境的早期阶段。含矿岩系沉积期的古构造环境和古地理条件对含铜建造的位置和含矿量有决定性的影响。砂页岩型铜矿大都形成在长期隆起剥蚀区边缘，一般分布在台地边缘部分、边缘坳陷和台地内部坳陷，以及褶皱带的山前断陷或山间盆地中，这些构造位置为铜沉积物的聚集创造了最有利的环境。含矿层集中在陆海过渡带海进或海退地区，大多数矿床产在红层沉积结束之后的首次海侵形成的地层里，即向海相过渡的粉砂岩、页岩、钙质页岩及碳酸盐岩建造中，或与红层互层，其上大都覆盖有蒸发岩。大型矿床多为海岸-浅海相、潟湖三角洲相（Cox，1986；Kirkham，1994）。显然，该类矿床的理想沉积环境是浅边缘海区的还原性盆地。

沉积岩容矿的层状铜矿床成矿系统必须具备金属源、金属运移流体、硫源和硫运移流体，另外，还必须具备适当的化学和物理条件，这样才能有效地将金属以硫化物的形式沉淀于地层中的某个特定部位（Hitzman，2005）。目前，多数人认为铜主要来源于陆源剥蚀的产物（碎屑）。一般是指在下伏岩石与赋矿岩石之间的古风化壳或不整合面上，由各种富铜（高背景值）岩石，尤其是花岗岩类、玄武岩类、（变质）火山岩类在氧化干旱的条件下风化的产物——红层和磨拉石建造（Hitzman，2005）。赋矿层与矿源层往往不是同一层位，最常见的情形是：矿源层是位于海进顺序底部的粗碎屑岩、红层或火山碎屑岩等，而赋矿层是具有较还原地球化学性质的泥质粉砂质岩石或生物碳酸盐岩。

在沉积岩中能够形成层状铜矿床，源岩层的金属必须运移至硫化物沉淀部位。已有大量研究表明（Hayes T A，2003；Selley，2005；Koziy，2009），流体是海相砂页岩型铜矿床形成过程中起非常重要作用的成矿因素。沉积岩系中的孔隙流体可能包括：从海水演化来的卤水；残留的苦卤水；蒸发岩溶解形成的卤水；在烃类物质成熟、石膏脱水、蒙皂石向伊利石转化时和在低级的埋藏变质脱水反应时产生的水溶液流体；液态烃类物质和气体（甲烷和CO₂）。此外，大气降水沿盆地边缘渗入（地形重力驱动流体流动）时也可能提供了大量的流体，这些流体在淋滤蒸发岩时可能达到了高的盐度。该类铜矿床的形成，从早期成岩到盆地反转和岩石变质，成矿作用可以发生于这一过程的各个时期。成矿流体一般处于氧化环境，含多种化学成分，包括主要的金属阳离子（Na^＋、Ca^2＋、K^＋、Mg^2＋）。Cu元素溶解状态下主要是以Cu、Cl络合物方式迁移的，或呈矿物微粒被悬浮状态的黏土矿物等吸附，在沉积层-海水界面附近，这些氧化性流体与还原剂相互作用，导致Cu的硫化物沉淀。

二、应用范围及应用实例

阿富汗境内规模最大也最有名的沉积层控型（SHSC）铜矿床——安纳克（Aynak）铜矿是该类型矿床的代表。它距喀布尔市南南东方向30km，一直延伸到洛加尔Logar的铜矿带，长达110 km，其储量大、品位高，可与赞比亚铜矿带相媲美。矿床位于喀布尔断块内，该断块为一复式背斜，被帕格桑和阿里基穆尔深大断裂切成3个区块。赋矿地层由新元古代变质火山沉积岩、侵入杂岩和不同时期的沉积岩组成（图1）。

图1 安纳克铜矿区域地质图（a）、矿区地质略图（b）和矿区剖面图（c）

（据高辉等，2012）

安纳克背斜是该矿床的主体构造，控制了矿床（体）的空间分布，矿体分布于背斜翼部，呈雁行排列，产状基本吻合，且随着产状变化而变化，背斜轴部和倾伏端矿体厚度增大。铜矿体赋存于受绿片岩相变质的前寒武系—文德系（Vendian-Lower Cambrian，（680±20）～（570±10）Ma）洛伊赫瓦尔组白云质大理岩和黑云母长石石英片岩中（图1）。洛伊赫瓦尔组含铜沉积物上覆古勒哈米德组火成岩杂岩。矿区侵入岩有角闪石辉长岩，切穿基底结晶岩系。洛伊赫瓦尔组厚880m，分3个亚组：下亚组和上亚组以碳酸盐岩为主，中亚组含矿，以陆源物质为主。中亚组岩相变化大，从上到下依次为：黑云母碳酸盐石墨石英片岩、白云石石英长石岩交互层及碎屑岩。中亚组集中了该矿床铜矿资源储量的80%左右。矿化产在一定层位，在剖面上呈多层分布，铜矿层主要集中在洛伊赫瓦尔组中亚组的下部和下亚组的上部。铜矿物主要为斑铜矿和黄铜矿，矿化以斑铜矿为主。主矿体核部矿石矿物以斑铜矿为主，周围为黄铜矿，此外还有黄铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿、辉钴矿、镍黄铁矿等，氧化物有辉铜矿、铜蓝、自然铜及孔雀石、硅孔雀石等。从成矿流体的性质及其参与成矿的过程来看，安纳克铜矿更多地具有“沉积-变质”矿床的特点，被认为是循环海水从下伏火山岩中浸出和萃取金属而形成的。图2表示流经下伏火山岩的卤水循环，从下伏火山岩中浸出、萃取金属，形成沉积层控矿床的过程。

图2 安纳克铜矿床成因模型

（据高辉等，2012）

总之，该矿床具有如下特征：①矿床产于陆内裂谷、三角洲沉积环境；②安纳克铜矿体与围岩整合接触，含铜硫化物顺层分布表明矿化明显受地层控制；③铜矿石以浸染状、条带状、层纹状构造为主，角砾状和脉状金属硫化物以胶结物形式存在。从主矿体中心向两侧，由斑铜矿石—黄铜矿石—黄铁矿—磁黄铁矿，似对称分布；④近矿围岩蚀变为硅化、碳酸盐化；⑤成矿物质来源于下伏火山岩，由循环海水和卤水中和反应沉淀成矿。

三、资料来源

高辉，裴荣富，王安建等.2012.海相砂页岩型铜矿成矿模式与地质对比——以中国云南东川铜矿和阿富汗安纳克铜矿为例.地质通报，31（8）：1332～1351

沈保丰等.2006.中国前寒武纪成矿作用.北京：地质出版社

张蕾.2011.阿富汗安娜克铜矿矿床地质特征及成因分析.资源环境与工程，25（6）：582～589

Hayes T A，Rye R O，Whelan J F et al.2003.A review of the geology and genesis of the Spar Lake stratabound Cu⁃Ag deposit，Belt Supergroup，Montana：Mineral Deposits of the Western Belt Basin.Northwest Mining Association Annual Meeting，109th，Exposition and Short Course：3

Hitzman M W.2000.Source basins for sediment⁃hosted stratiform copperdeposits⁃implications for the structure of the Zambian copper belt.Journal of African Earth Sciences，30：855～863

Hitzman M W，Kirkham R，Broughton D et al.2005.The sediment⁃hosted stratiform copper ore system//Jeffrey H W，Thompson F H，Goldfarb J et al.Economic Geology，One Hundredth Anniversary Volume：609～642

Koziy L，Bull S，Large R et al.2009.Salt as a fluid driver，and basement as a metal source，for stratiform sediment-hosted copper deposits.Geology，37（12）：1107～1110

Selley D，Broughton D，Scott R et al.2005.A new look at the geology of the Zambian copper belt//Hedenquist W，Thompson F H，Goldfarb J，et al.Economic Geology，One Hundredth Anniversary Volume：965～1000