Question

　安徽铜陵市铜官山铜矿床

Answer 1

一、大地构造单元

安微铜官山铜矿床位于扬于准地台下扬于坳褶带中部，夹持在两个前寒武纪变质岩系组成的大型隆起之间。

二、矿区地质

（一）地层

与矿化有关的地层见表2-87。

表2-87　铜官山矿区含矿地层特征表　Table 2-87　Characteristics of ore-bearing strata of Tongguanshan ore district

主要容矿岩层为石炭—二叠系碳酸盐岩层，其中最重要的是中石炭世黄龙组下部白云岩段，据矿区钻孔资料，白云岩段内及其与下伏五通组角岩间的假整合面上，出现1～3层铁矿，累计厚约5～6m。胶黄铁矿见草莓状、团球状结构，含白云石和菱铁矿，并可见白云石与胶黄铁矿间组成的层纹状构造。结合近接触带矿体内的黄铁矿、磁黄铁矿、磁铁矿矿石中见到此种莓球状胶黄铁矿变余结构和交代残余结构，以及磁黄铁矿、黄铁矿与胶黄铁矿在微量元素、物性参数、化学组成和硫同位素组成等方面均有一定差异等因素考虑，此种胶黄铁矿层有可能是同生沉积成因的。

（二）构造

铜官山矿区位于铜陵成矿区的西部。铜陵成矿区受铜陵-安顺北侧的东西向深断裂和贵池-木镇东西向深断裂与长江深断裂（NE向）和宣南盆地北西侧的NE向断裂所截，形成菱形断块控制。NE—NNE向压扭性构造和NW、近NW向张扭性构造的复合部位，控制区域侵入体和矿床。

（三）侵入岩

铜官山岩体为燕山早期浅成侵入体（148～150Ma），沿着区域NWW向构造与NE向纵断裂交汇处作半漏斗状岩株侵入于晚泥盆世-早三叠世间各地层（主要为石炭—二叠系）中。岩体平面略呈“磨圆”三角形，出露面积约1.5km²。南东侧超覆于D₃w—C₂h之上，以中等倾斜与围岩近正交接触（或以小角度斜交），向深部有变陡的趋势；北侧及西侧以陡倾斜与C₂h—P₂l各层接触（深部亦有D₃w）；除西南一隅与围岩走向交截外，其余大部分均因侵入-热动构造（或热变蠕动）而呈假整合接触。综合岩体产状特征，可以认为岩株深部基本上直立或略向南东倾斜，上侵至浅部相对张开环境中，则伴有偏向NEE方向贯入的趋势。岩体主体由石英闪长岩组成，但其中常见有角闪闪长岩包体和二长岩贯入体，反映主体岩浆活动前后尚分别有略偏基性的和更富钾的岩浆活动。主体石英闪长岩由中心向边缘，SiO₂含量递减，CaO及深色矿物增加。岩石总碱量＞7%,w（Na₂O）/w（K₂O）＞2,CA（钙碱指数）＝58，属较富碱的正常钙碱性系列。岩石的稀土分配曲线为下叠式，属轻稀土富集型。δEu=0.9302，显示弱负铕异常，全岩（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.7064，δ¹⁸O=0.71‰，表明岩浆具有深源同熔特征。AFM图解及K-Na-Ca图解显示岩浆向富钾方向演化，后期二长岩贯入体的出现以及主岩体深部边缘相的黑云母化，都可能显示此种演化趋势一直延续到晚期岩浆及热液活动。石英闪长岩含铜量较高，自中心向边缘由0.003%增至0.03%，一般0.01%左右。岩体岩石化学成分及微量元素见表2-88、表2-89。

表2-88　铜官山岩体岩石化学成分表（两个样品平均）　Table 2-88　Petrochemical composition of Tongguanshan intrusion

表2-89　铜官山岩体微量元素分析结果表（全定量，w_B/10^-6）　Table 2-89　Trace element content in Tongguanshan intrusion（w_B/10^-6）

三、矿床地质

矿田内各矿床严格受接触带（包括捕虏体接触带）和黄龙组白云岩段（及层间滑动构造）控制，分别形成了接触矿体和似层状矿体（图2-130）。西接触带产出白家山、罗家村二矿床。北接触带则有笔山和东石门。都以接触带矿体为主，呈似板状-透镜状-不规则囊状和受接触带、岩层界面及断层构造综合控制的柱状矿体。南接触带由南西向北东依次出现宝山、老山、小铜官山和老庙基山等矿段的接触带矿体与似层矿体同时并存，乃至合为一体。老庙基山再向北东，似层状矿体即离开接触带而沿层位继续延展，是松树山矿段，相应地岩体另一侧宝山矿段向西在白家山深部亦见有似层状矿体，但铜含量过低。综上所述，本区各矿段（床）在平面上略作一“Q”形[即所谓“一圈一带（层）”]，剖面上则作“L”形或“Y”形（即所谓“剪刀式”）（图2-131）。值得注意的是，无论接触带矿体或似层状矿体均受成矿期断裂构造的控制而加富加厚。除接触破碎带及五通组顶板层间滑动破碎带外，最重要的不在岩体北东前缘附近的各头旺北西向断层组，断层附近的似层状矿体可扩及船山组及至栖霞组中。该断层在成矿后继续活动，使松树山与老庙基山错开成两段。

图2-130　铜官山矿田地质略图　Fig.2-130　Schematic geological map of Tongguanshan ore field

1—第四系；2—三叠系；3—龙潭组砂页岩；4—孤峰组砂页岩；5—栖霞组灰岩；6—船山组灰岩；7—黄龙组白云岩；8—五通组上段砂质页岩；9—五通组下段石英岩；10—石英二长闪长岩；11—石榴子石夕卡岩；12—透辉石夕卡岩；13—磁铁矿矿石；14—磁黄铁矿矿石；15—含铜蛇纹岩；16—铁帽；17—断层；18—地层产状；19—地质界线；20—剖面线

图2-131　铜官山矿田剪刀式（“L”形）矿体示意剖面图　Fig.2-131　Schematic section of L-shape orebody in Tongguanshan ore field

1—第四系；2—栖霞组灰岩；3—黄龙组-船山组白云岩、灰岩；4—灰岩；5—大理岩；6—五通组石英岩；7—石英闪长岩；8—夕卡岩化闪长岩；9—蛇纹岩；10—块状石榴子石夕卡岩；11—铜矿体；12—磁黄铁矿

矿床矿石类型较复杂，就构成矿石的主矿物（或岩石）来划分，主要有①含铜夕卡岩，②含铜磁铁矿，③含铜磁黄铁矿-黄铁矿，④含铜滑石蛇纹岩。次要的有⑤含铜石英闪长岩，⑥含铜大理岩，⑦含铜石英脉-角岩。此外，还有含铜不够工业品位的黄铁矿-胶黄铁矿（单硫铁矿）。上述矿石类型之间，常因矿物含量的变化互相交替过渡。铜品位以②类矿石中最富，其次为①类及③类矿石，⑤及⑥类矿石中最贫，④及⑦类在次生富集带中很富，原生矿较贫。以白家山为代表的接触带矿体（白家山“亚式”）及以笔山为代表的接触带柱状矿体（笔山“亚式”）中主要为①②及③类矿石，其次为⑤及⑥类。在似层状矿体（松树山“亚式”）中主要为③及④类，近接触带处有①及②类。以小铜官山-老庙基山矿段为代表的复合矿体（即小一庙“亚式”），则①、②、③、④类均占重要地位，并且除胶黄铁矿单硫矿石外，各类矿石发育齐全。各头旺“亚式”中仅有第⑤类矿石。矿体规模以复合矿体和似层状体最大，由小铜官山-松树山连续长达千余米，延深达500m以下，厚度自10m以上至于100余米（复合矿体膨大部分），一般10～20m，构成本矿区的主体。铜矿体向外（北部）还可见黄铁矿-胶黄铁矿单硫矿体继续延展。单一的接触带矿体一般都不大，很少能达到中型规模。矿石中除铜、硫、铁等主要有用组分外，还伴有数量可观的金、银、硒、碲及少量铂族元素。②及③类矿石还含有相当量的钴，①及⑤类矿石中有极不均匀的钼矿化。全区铜品位平均1%。各类矿石中微量元素含量见表2-90。

矿石结构构造

夕卡岩型矿石呈交代熔蚀、固溶体分离和半自形粒状结构，脉状、块状构造；复合型矿则具草莓状、变晶残余和交代结构，层纹状、皱纹状、条带状和块状构造；老庙基山石英脉型矿则主要为粒状和固溶体分离结构，细脉浸染状构造。

矿石矿物　矿石金属矿物主要有磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、闪锌矿等。

围岩蚀变　围岩蚀变主要有夕卡岩化、滑石蛇纹石化、黑云母化和绢云母化。

四、成矿作用

（一）接触变质

本区各矿段（床）均产在广泛发育的接触变质岩中。区内各类岩石均经受不同程度热变质，形成各种大理岩，角岩、石英岩及重结晶灰岩（白云岩）、角岩化砂页岩、重结晶硅质岩等，并出现含量不等的硅酸盐矿物，基本上是一种等化学变质作用。变质晕最大的水平宽度可达500m以上。胶黄铁矿层可能也在此阶段向着热源方向递变为黄铁矿和磁黄铁矿。

表2-90　铜官山铜矿各类型矿体中微量元素含量表（w_B/10^-6）　Table 2-90　Average content of trace elements in different types of ore bodies in Tongguanshan Copper Deposit（w_B/10^-6）

（二）热液蚀变

接触交代作用取代了热变质作用，热流体沿黄龙组白云岩段（特别是其底部）生成镁夕卡岩。在灰岩与岩体接触带周围产生钙夕卡岩，环绕岩体周围呈环状分布，自内带向外带由夕卡岩化石英闪长岩—（内夕卡岩）—钙铁榴石夕卡岩—钙铁榴石、次透辉石夕卡岩—（透辉石±硅灰石夕卡岩）—夕卡岩化（硅灰石化-透闪石化）大理岩。早期夕卡岩化阶段矿化很微弱，但它对后续成矿作用的控制意义很大。

氧化物阶段：晚期夕卡岩化与磁铁矿化及白钨矿化相当。在钙夕卡岩中，阳起石、绿帘石等与磁铁矿（及少量硫化物）分别或集合充填于早期夕卡岩矿物晶隙间并交代它们。在镁夕卡岩中主要为金云母化、透闪石化-阳起石化及滑石化，亦有磁铁矿发育。磁铁矿体主要堆积在夕卡岩带外侧，交代或充填夕卡岩及大理岩而成。

石英硫化物阶段。硫化物阶段伴随的围岩蚀变很复杂，在岩体中表现为黑云母化、硅化（下部）及绢云母绿泥石化、硅化（上部），下部石英测温资料为380℃（均一法）。在钙夕卡岩中主要为绿泥石化、硅化，石英中包裹体测温资料为375℃（均一法）。碱性长石化（“红长石化”）在二者中均可见及。镁夕卡岩中蚀变较复杂，与早期蚀变叠加在一起自成一套组合，由接触带向外依次出现：（岩体边缘相）—金云母化—滑石化—蛇纹石化—未蚀变白云岩，相应的爆裂温度为（850℃）—540℃—380℃—340℃—无爆裂温度（以上测温资料均据黄华盛等，1984）。

石英硫化物阶段为本区硫化物的主要活动期，磁黄铁矿和黄铁矿为本阶段最主要的硫化矿物，分布于整个接触交代—热液蚀变相带中，但有一定的富集地段。在接触带矿体中它们主要堆积于外接触带近大理岩一侧，可组成块状硫化物矿石，其中黄铁矿的富集又常较磁黄铁矿更靠外侧一些。在似层状矿体中情况类似，在磁铁矿-金云母带的外侧，依次出现（磁铁矿带）-磁黄铁矿带-黄铁矿带（胶黄铁矿层），伴有（滑石化）-利蛇纹石化-叶蛇纹石化的蚀变，但其分带水平宽度要较接触带矿体大得多。黄铜矿的主要沉淀期在磁黄铁矿期之后，其分布范围与之大体相当或略小。无论是接触带矿体或似层状矿体，它都以近接触带的磁铁矿带最富，而两侧逐渐减弱。

碳酸盐化阶段：与岩浆作用关系不明显，矿区边缘有些铅锌矿化可能与之有关。

上述不同阶段变质交代产物有规律地交替和叠加，可归纳为一个理想的综合分带模式：岩体→蚀变石英闪岩带→夕卡岩化石英闪长岩带→内夕卡岩带→外夕卡岩带（或金云母滑石蛇纹石）带→磁铁矿带→磁黄铁矿带→黄铁矿带→（夕卡岩化大理岩带→大理岩带）/（黄铁矿、胶黄铁矿→胶黄铁矿带）→灰岩（白云岩）。Cu矿化主要分布在外夕卡岩带至黄铁矿带或夕卡岩化大理岩带中，其次在蚀变石英闪长岩中。Mo矿化出现于蚀变石英闪长岩至外夕卡岩各带，Pb、Zn矿化偶见于黄铁矿带至大理岩带间。在离开接触带的似层状矿体中，由底板至顶板出现：角岩→滑石蛇纹石岩→磁铁矿→（夕卡岩）→磁黄铁矿、黄铁矿→大理岩的分带特征。以上各带在不同地段发育程度不一，可相互重叠或缺失，尤以“小-庙亚式”的复合矿体中情况最复杂。

五、成矿物质来源及热液流体性质及成矿特征

（1）铜矿化都富集在接触带中或层间滑动带近岩体一侧及其与断裂带交汇部位，显示了矿质从下部带入的面貌。围岩胶黄铁矿层含铜很低（0.04%），也不存在热液淋滤迹象，相关分析表明铜矿体中Cu与Fe、S的相关性远不及胶黄铁矿层，由此可以推论铜的主要来源不是胶黄铁矿层，也不是下伏志留系及泥盆系砂页岩，而是Cu主要来自深部岩浆。根据铜矿化在空间上与岩体密切共生，且围绕岩体有分带趋势，时间上矿化紧接着夕卡岩化之后而伴有强烈热液蚀变，岩体本身含铜丰度亦高（可达119×10^-6）。铅同位素年龄值矿化（204～150.5Ma）与岩体（150Ma）相近。铅同位素组成较低的μ值（9.36），含放射性铅少，显示了深源特征，与岩体锶同位素初始比值所表示的深源特征相符。所有这些资料均表明岩体和铜都是来自同一深源的推论的正确性。

表2-91　矿体硫同位素组成表　Table 2-91　SUlfur isotope composition of ore bodies

（2）据硫同位素组成测定结果，并通过对矿液δ³⁴S∑s的推算，各种产状的矿体及不同硫化物有如下关系（表2-91）。直方图呈塔式分布，但松树山具分散较宽特征。总体上讲自岩体向外重硫有增加趋势，但具体情况仍很复杂。以松树山矿体中黄铁矿为例，平均δ³⁴S值依粗晶-细晶-胶状顺序递增，但有时在同一地点测得的顺序恰巧相反。单就胶黄铁矿来说，远离岩体的单硫矿石中一般为4‰～6‰左右，但向着岩体方向进入铜矿体中时急降为＋0.1‰～＋1.6‰，低于同一地段的细晶及粗晶黄铁矿，甚至低于岩体中黄铁矿。对此可能作出不同解释。据黄华盛等（1985）的意见，本区可能有两种成因硫，早期沉积硫以胶黄铁矿为代表，δ³⁴S在＋5‰～＋6‰，系海水硫酸盐（为石膏）还原产物，随着因接触变质而晶化增强，重硫递减；后期热液硫具较低的δ³⁴S值（石英闪长岩两个样平均值为＋2.35‰），两者相互叠加作用而出现复杂的过渡状况。这一解释似可得到蛇纹石包体

含量的佐证，但对Ca含量的变化仍不能充分说明（表2-92）。关于两种硫在矿区中各自所占的比重目前尚难测算，如仅根据胶黄铁矿层厚度，它在铜矿体中很难超过1/4～1/2；至于热液硫是否还包括因岩浆-热液硫体吞蚀或地下水转移的沉积硫，也不应排除，但它们无疑地都卷入同一的岩浆-热液系统。

（3）含矿流体性质　部分包裹体成分及氢氧同位素组成测定数据见表2-93。

表2-92　矿体流体包裹体成分表（mg/kg）　Table 2-92　Composition of fluid inclusion in ore

表2-93　矿体包裹体成分及氢氧同位素组成表　Table 2-93　Features of ore-bearing fluids

①离于包括K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺（液相）

含矿流体具还原-偏碱性（主要指硫化物阶段），碱金属量较高，w（CaO）＞w（MgO）,w（Na₂O）w（K₂O），并含多量的H₂O、CO₂及H₂、CH₄、N₂等。由下部向浅部，阳离子及CO₂渐减，H₂O渐增。水平方向上由岩体→夕卡岩→磁铁矿→热液蚀变矿物，温度递减，δ¹⁸O递增；垂直方向上由深部至浅部，同一期矿物中也出现同样趋势。根据δD_H2O及δ¹⁸O_H2O数据，深部点落在泰勒岩浆岩水范围内，浅部亦接近岩浆岩水范围，但具地下水（或建造水）混入性质。

六、成矿特征

（1）接触变质阶段开始形成的热流体（包括加热活化的建造水），逐渐聚集在接触带及相邻改造带中，即过渡到接触交代阶段。由于温度降低，硅酸盐的大量晶出，成矿组分的进一步富集，热流体逐渐进入到热液成矿阶段。这和Einaudi等（1982）对夕卡岩形成演化过程的描述大体相当，它们组成了本区完整的夕卡岩体系。

（2）整个热流体的活动过程既是连续的又是分阶段的。硅酸盐（夕卡岩）阶段形成于高温，向着高fs₂、低S₂、弱碱性介质方向演化。氧化物阶段在空间上相对收缩，并向着fs₂继续升高（但尚未达到赤铁矿大量堆积），fs₂略有升高，温度和碱度相对降低方向演化。硫化物阶段在空间上大规模扩展，并向着温度和fs₂降低，高fs₂，偏碱性方向演化。早期热液富铁、硫，不同形式的硫化铁矿物作前进式分带，但黄铜矿沉淀时则由退缩到以近接触带为中心。整个过程处于温度由高到低，空间上由收缩到扩展，中碱性到碱性，fs₂与fs₂交替变化的演化条件中，形成了一系列矿物组合的带状分布和相互叠加。以岩体为热源的温度和硫、氧逸度的变化起着控制作用。

（3）成矿物质主要来源于深部，与角闪闪长岩→石英闪长岩→二长岩钾质演化岩浆系列同源，部分硫铁矿及少量铜可能来源于黄龙组下部胶黄铁矿层。从早期到晚期，从内带向外带，从深部到浅部，含矿流体从以岩浆水为主到有部分地下水（建造水）的混入。石英硫化物阶段空间分布上的大规模扩展，可能与岩浆水大量进入围岩后与建造水的混合有关。晚期岩浆水逐渐枯竭，广泛存在的建造水乘虚而入，在碳酸盐阶段可能起着重要作用。但此时主要成矿期已经结束，因此就主矿体成矿作用而言，深源物质及岩浆水仍居主导地位，并以岩体为中心，以接触-断裂构造为通道，以有利岩层（包括胶黄铁矿层）为沉淀介质，形成了具有一定特色的“Q”—“Y”形交代矿化套。建造水及其携带物都卷入统一的热液系统中。但它的加入，对于改变系统的物理化学条件，促进矿石堆积可能有重要意义。

（4）从岩体向围岩方向，出现石英闪长岩中铜矿体→接触带铜（铁、硫）矿体→外接触带似层状铜、硫（铁）矿体的三元组合（套）：从深部向浅部，随着围岩层位及岩性的差异，则表现了石英闪长岩中及其与五通组接触带上的铜矿体（矿化）→中石炭统中铜、硫（铁）矿体→上石炭—二叠系中铜（铁、硫）矿体的三元组合（套）。这两种“三位一体”模式尽管顺序不同，其实质则一，均系以岩体为中心的成矿作用的一个侧面。

图2-132　铜官山成矿模式示意图　Fig.2-132　Scheme of ore-forming model in Tongguanshan copper deposit（据王之田等）（after Wang Zitian et al.）

1—块状矿体；2—浸染状矿体：3—脉状矿体；4—矿体类型：①沉积改造型：松树山、老庙基山、小铜官山、老山、宝山矿段；②夕卡岩型：笔山、罗村、白家山矿段；③斑岩型：东石门矿段；④石英脉型矿段：老庙基山矿段；其余为地层代号

（5）因而，本区是在典型夕卡岩体系中完成的成矿作用，在分类上置于夕卡岩型是合适的。

但这一作用不应孤立地局限于传统的岩浆-热液概念而排除成矿物质多源的可能性。相反地，应把此种多源性视为夕卡岩型矿化富集的正常途径，这已为许多矿床（包括某些接触式矿床）的研究所证实。同理，也不应因其多源而排斥其为夕卡岩型。从这一意义上讲，铜官山在夕卡岩型铜矿床成矿作用中也是具典型性的。其成矿模式见图2-132。