Question

模型十三 铁氧化物铜金型矿床找矿模型

Answer 1

一、概 述

铁氧化物铜金型矿床 ( Iron Oxide － Copper － Gold Deposits，IOCG 矿床) 是指铁氧化物 ( 低钛磁铁矿和赤铁矿) 含量在 20% 以上的多金属富集 ( Cu、Au、U、REE、Ag、Bi、Co、Nb) 矿床。该类型矿床一般规模大，品位较高，所含元素多，埋藏浅且易采选，是 Fe、Cu、Au、U、REE ( LREE) 、F 及蛭石的主要来源，也是 Ag、Nb、P、Bi 和 Co 的重要来源。其副产品很多，包括 PGE、Ni、Se、Te、Zr。另外，还伴生多种元素，如 As、B、Ba、Cl、Mo、Mn 和 W 等。IOCG 矿床以其显著的地球化学特征和多样化的矿物学、容矿岩石和局部地质背景等特征区别于其他矿床类型。

事实上，关于 IOCG 矿床的发现史，需追溯到 20 世纪 70 年代中期。最开始，人们没有意识到这是一种新矿床类型，只是在预期成矿类型之外 “偶然”发现了奥林匹克坝铜金铀矿床，其类型十分独特，曾被称为世界上独一无二的矿床，即 “独生子”矿床。然而，随着大量类似矿床的发现，以及对该类矿床研究的不断深入，矿床学家们发现，这些矿床构成了一个新的类型，且将其统称为IOCG 矿床 ( M. W. Hitzman 等，1992) 。该类型矿床可谓是一个全新的矿床家族，以前很多看似没有多大共性的大型—超大型矿床都逐渐被吸收进来，其重要性、实用性和合理性完全可与火山成因块状硫化物矿床 ( VMS) 、喷气沉积型矿床 ( SEDEX) 、浅成低温热液型金矿床及斑岩型矿床等概念相比，是矿床学研究领域的又一个新高潮 ( 毛景文等，2008) 。

然而，由于 IOCG 矿床在产出环境、地质特征和形成机理等方面存在多样性、复杂性等因素，学术界尚未对 IOCG 矿床的准确界定形成统一认识。一种观点认为，单一铁矿床和含铜、金等元素的铁矿床均属氧化型成矿体系，因此可全部划归 IOCG 矿床范畴; 另一种观点则认为，单一铁矿床和IOCG 矿床是氧化型成矿体系的两个端员组分，其大、中型矿床几乎不可能在同一地域或地段同时产出，因此，单一铁矿床不应归为 IOCG 矿床的范畴。这些争议导致了两种主要的亚型分类方法。根据第一种观点，可将 IOCG 矿床分为 6 个亚类: 矽卡岩铁 ( Iron Skarn) 型、基鲁纳 ( Kiruna) 型、奥林匹克坝 ( Olympic Dam) 型、克朗克利 ( Cloncurry) 型、帕拉博鲁瓦 ( Phalaborwa) 型和白云鄂博( Bayan Obo) 型。按照第二种观点，IOCG 矿床应去除单一铁矿床的矽卡岩铁型和基鲁纳型，划分为奥林匹克坝型、克朗克利型、帕拉博鲁瓦型和白云鄂博型等 4 个亚类。

IOCG 矿床在全球分布广泛，涉及南美洲、北美洲、非洲、亚洲、欧洲及大洋洲等主要大陆板块。图 1 和表 1 示出了世界范围内主要 IOCG 矿床的分布及其他重要信息。代表性的 IOCG 矿床有澳大利亚的奥林匹克坝、欧内斯特亨利矿床，智利的拉坎德拉里亚、曼托威尔德矿床，巴西的萨洛博、克利斯塔利努、索塞克矿床，瑞典的基鲁纳、艾迪克矿床，以及中国的白云鄂博等。需要指出的是，中国的白云鄂博是否应划入此类型，目前尚存在较大的争议。

二、地 质 特 征

1. 构造背景

关于 IOCG 矿床的成矿背景，M. W. Hitzman 等 ( 1992) 最早提出该类型矿床产于克拉通或古大陆边缘与伸展构造密切相关的地区 ( 图 2) 。伸展拉张环境，如走滑断裂，通常是深源岩浆及其相关流体上涌和大气降水下渗的有利通道; 而构造应力转换部位，如中上地壳韧 － 脆性转换带，常因物理 －化学条件的突变，使得成矿物质更容易聚集成矿 ( 图 3) 。因此，沿古大陆向拉张性大陆弧的转换带常常是矿床产出的最有利部位。

图 1 世界重要 IOCG 矿床分布示意图( 引自 L. Corriveau，2006; P. Cox 等，2007; M. W. Hitzman 等，1992; 聂凤军等，2008，修改)

表 1 世界部分典型铁氧化物 － 铜 － 金矿床

续表

资料来源: L. Corriveau，2006; 张兴春，2003

图 2 IOCG 矿床的构造环境及容矿岩石序列示意图( 引自 M. W. Hitzman 等，1992; 毛景文等，2008)

根据近年来对 IOCG 矿床产出的大陆动力学构造背景的研究结果，至少可将其构造环境归纳为 3类: ①与非造山岩浆有关的大陆地块内部，如元古宙大陆裂谷盆地中经过流体叠加改造形成的奥林匹克坝矿床; ②与中性岩浆有关的较年轻大陆边缘弧，如与洋壳俯冲背景下岛弧造山带伸展环境相关的智利 － 秘鲁 IOCG 成矿带; ③褶皱和推覆带，如澳大利亚芒特艾萨线形褶皱带内的斯坦、奥斯本、蒙特艾洛特、欧内斯特亨利等矿床。

从不同时代成矿的 IOCG 矿床来看，很多前寒武纪大型—超大型 IOCG 矿床都形成并分布于太古宙大陆边缘 100km 以内或靠近太古宇与元古宇岩石界面附近。它们在时空分布上都与克拉通内部非造山型花岗岩或 A 型花岗岩有关，与板块俯冲有关，或与由地幔柱导致的次大陆岩石圈部分重熔有关。而相对较年轻的 IOCG 矿床在时空分布上则与次碱性和碱性花岗岩有关，其构造环境是与板块俯冲相关的大陆边缘弧，矿床产于长期活动的平行断裂带内，受压扭性构造和盆地反转所支配。

2. 矿床地质特征

( 1) 控矿构造

各种不同级序和不同形式的断裂构造，如断层与高渗透性底层岩石交汇处、张裂断层的凹凸部位、逆掩断层内部及旁侧、韧脆性剪切带分支处、各种褶皱核部以及高、低渗透性底层岩石的接触部位等，是控制 IOCG 矿床的产出深度和空间展布的主要因素。例如，在构造交汇或构造与岩性界面相交部位形成了拉坎德拉里亚矿床; 在走滑断层的膨胀啮合部位形成萨洛博矿床; 在走滑断层主线之间构造连接线沿线部位形成了曼托威尔德矿床; 当矿床在浅部产出时，在热液型角砾岩和脉体中发生矿化形成矿床，如奥林匹克坝、阿莱毛 ( 图 4) 。所以，从某种程度上说，靠近深大断裂及其次级构造是形成 IOCG 矿床的必要条件之一，多期次活动的条带状断裂控制着矿床的空间展布。

图 3 中上地壳 IOCG 矿床成矿环境示意图( 引自 G. J. Davidson，2002)

图 4 部分 IOCG 典型矿床的控矿构造示意模型( 引自 P. J. Pollard，2006; 毛景文等，2008)

( 2) 容矿岩石

IOCG 矿床可在不同地质时代和各岩层或岩体中产出，岩层或岩体的成矿专属性不明显。代表性的容矿岩石有低品位的铁矿层、条带状铁质建造或富铁岩石，也有镁铁质到长英质火山岩或深成侵入岩，还可能是片麻岩和片岩。

无论是哪种岩石，若要成为 IOCG 矿床的成矿主岩，必须具备下述几个条件: ①渗透性好和易发生化学反应; ②靠近深大断裂及其次级构造; ③与侵入岩体具有密切的空间关系; ④角砾岩化和热液蚀变十分发育; ⑤地处明显的氧化环境。

( 3) 热液蚀变

IOCG 矿床热液蚀变分布很广泛，且不同岩性对应着不同的蚀变组合 ( 表 2) 。具代表性的热液蚀变类型有钠 ( － 钙 － 铁) 化蚀变、钾 ( － 铁) 化蚀变和绢云母化蚀变。一般来说，在较深部位的蚀变为钠 ( － 钙 － 铁) 质或钠 ( － 铁) 质，向上至浅层过渡为钾 ( － 铁) 质，近地表则表现为绢云母化和硅化，在围岩局部多发生强烈的铁质蚀变 ( 图 5) 。在横向展布上，IOCG 矿床周围多发育形成广泛分布的蚀变晕。

图 5 典型 IOCG 矿床 3km 深度范围内热液蚀变分带关系示意图( 引自 G. J. Davidson，2002)

从热液蚀变类型及其特征来看: ①钠 ( － 钙 －铁) 化蚀变最早形成，分布范围较广，一般大于1km2，属于一种区域性热液蚀变带，其产出方式可以是单一的钠化蚀变带，主要由斜方辉石和榍石组成，也可以是富钠的钙 － 碱性蚀变带，主要由斜方辉石、铁闪石、绿钙闪石、角闪石和石榴子石组成; ②钾 ( － 铁) 化蚀变带与铜、铁和金硫化物集合体具有密切的时空分布关系，代表性的矿物有钾长石、黑云母、磁铁矿或赤铁矿、绢云母、绿泥石、碳酸盐岩、铁 － 铜硫化物、铀和稀土矿物，局部地段见有钠 － 钾化蚀变带，代表性矿物组合有钠长石、钾长石、阳起石、磁铁矿、磷灰石、绿帘石、黄铜矿、黄铁矿和斑铜矿; ③铁化蚀变主要是指那些与氧化物集合体密切共生的热液蚀变，代表性矿物组合为磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿、铁白云石、绿泥石、角闪石和磷灰石，如果在成矿区范围内分布有富钙的火山 － 沉积岩，那么，受构造 － 岩浆活动影响，完全有可能形成矽卡岩化带，代表性矿物组合为磁铁矿、石榴子石、斜方辉石和方柱石。

( 4) 矿体形态

IOCG 矿床是一种后生矿床，其矿体产出形态复杂多样，有不规则管状、漏斗状、 ( 似) 层状、脉状、条带状、角砾筒状、透镜状及不规则块体等。与其他类型矿床相比，IOCG 型矿床的最大特点是广泛发育角砾岩筒矿体。例如，奥林匹克坝矿床的主矿体位于一个巨大的角砾岩筒中，加拿大育空地区韦尔内克 ( Wernecke) 山一带矿床的主矿体也受控于角砾岩筒，瑞典基鲁纳地区出露 40 个铁 － 磷矿床，其矿化主要呈角砾岩状，也包括层状或层控型。在南美安第斯成矿带中，除脉状矿体之外，局部可见独立存在的角砾岩筒矿体和矽卡岩矿体。当多个类型的矿体存在时，就构成超大型复合矿床。

表 2 典型 IOCG 矿床中岩性与常见蚀变组合的关系

资料来源: G. J. Davidson，2002

( 5) 矿石矿物组合

IOCG 矿床的主要矿物有赤铁矿 ( 镜铁矿、赤铁矿和假像赤铁矿) 、低钛磁铁矿、黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿和黄铁矿; 次要矿物有铜 ( 银、镍、钴和铀) 砷化物、钙铀云母、氟碳铈矿、辉铋矿、钛铀矿、铈磷灰石、硫铜钴矿、辉钴矿、硅铀矿、铜蓝矿、蓝辉铜矿、磷铝铈矿、斜方砷铁矿、孔雀石、辉钼矿、独居石、沥青铀矿、晶质铀矿、磷钇矿、金 ( 银、铋和钴) 碲化物、自然铋 ( 铜、金和银) 和蛭石。脉石矿物有钠长石、钾长石、绢云母、碳酸盐、绿泥石、石英、角闪石、辉石、黑云母和磷灰石。另外，可能还有褐帘石、重晶石、绿帘石、萤石、黑柱石、石榴子石、钙钛矿、金云母、金红石、方柱石、榍石和电气石。

IOCG 矿床的元素组合变化范围较大，代表性元素组合有 Fe － REE － Nb、Fe － Cu － Au 和 Fe －Cu － Au － U － Ag － REE。另外，此类 矿床 含 量较 高的 元 素 还 可 能 有 Co、F、B、Mo、Y、As、Bi、Mn、Se、Ba、Pb、Ni、Zn。

( 6) 成矿时代

矿床可见于太古宙至上新世的岩石中，以形成于古元古代至中元古代的矿床较多 ( 表 1) 。例如，瑞典、南非、加拿大等国主要的 IOCG 矿床多集中形成于古元古代; 澳大利亚 IOCG 矿床多形成于中元古代。巴西的萨洛博矿床，赋存在太古宇萨洛博群的变质火山 － 沉积岩系里，是巴西新太古代至古元古代 IOCG 矿床的典型代表，而智利 IOCG 矿床相对较为年轻，多形成于中生代。

三、矿床成因和找矿标志

1. 矿床成因

IOCG 矿床的成因模式很多，争议也很大，但它们都有一个共同之处，即所有的模式都需要有盐度较高、贫硫、相对氧化的流体，以解释成矿系统中存在的丰富的铁氧化物和少量的硫化物。这些模式争论的焦点在于流体来源与形成机理，其实质就是岩浆成因与非岩浆成因之争。对此，主要形成了3 种不同的认识论，即岩浆流体说、地表 / 盆地流体说和变质流体说。前者属岩浆成因论，而后两者则属非岩浆成因论 ( 图 6 和表 3) 。

岩浆成因假说认为，IOCG 矿床的形成与花岗岩或是其他火成岩，抑或是与亲碱性的较基性岩浆有关。该模式中涉及的氧化贫硫含金属卤水从同时期的岩浆中析出，此后的矿质沉淀则受多种作用的综合驱动。对于以岩浆热液成因为主的高温深成矿石，各种低温热液事件或低温表生事件会使其品位上升或下降。至于岩浆流体的具体来源有多种推断。其中，流体源含 CO2是岩浆成因模式中的一个重要因素，这是因为在与矿化有关的流体包裹体中普遍存在 CO2，而且在与 IOCG 成矿深度相应的较广的压力范围内，CO2对流体从岩浆中析出起着控制作用。此外，CO2的存在还可以影响硅酸盐熔融体与流体之间的碱质配分，有可能生成具有高 Na/K 比值的卤水，这种卤水可能是许多 IOCG 矿床中广泛发育和分布的钠质蚀变作用的主导因素。

非岩浆成因假说的两类模式: 一是流体主要派生于地表或浅部盆地的模式，即地表/盆地流体说;二是在下地壳到中地壳变质环境中演化的流体模式，即变质流体说。两类模式都需要能提供非岩浆氯化物的专属环境。在地表/盆地流体模式中，侵入体的主要作用是驱动非岩浆卤水的热对流。流体的含盐性可能来自温暖、干旱环境中蒸发过的地表水，或来自循环水与先存蒸发盐沉积物的相互作用。变质流体模式不需要火成热源，尽管同期侵入体可能存在并且向流体提供了热量和组分 ( 如 Fe、Cu) 。

图 6 IOCG 矿床 3 种成因模式的流体路径和热液特征示意图( 引自 M. D. Barton 等，2004; 李友枝等，2007)

表 3 IOCG 矿床 3 种成因模式对照表

资料来源: M. D. Barton 等，2004; 李友枝等，2007

另外一些研究结果显示，IOCG 矿床可能是由一种以上的岩浆或非岩浆成因热液流体混合形成的。据称，奥林匹克坝、萨洛博、拉坎德拉里亚、欧内斯特亨利、斯坦、曼托斯布兰科斯等矿床的成矿作用就属于这种类型 ( 图 7) 。例如，在奥林匹克坝矿床形成过程中，一方面深部较热、还原性的富金属循环热液流体或岩浆源热液流体上升，另一方面较高盐度干盐湖水产生的较冷、氧化性热液或大气水下渗，二者间持续不断地进行周期性的混合，并发生氧化还原作用生成 Cu － Au － U 矿质沉淀，形成从下部黄铜矿 ± 黄铁矿到上部斑铜矿 ± 辉铜矿的分带 ( 图 8) 。但是，对于较高温热液流体的来源，若只根据稳定同位素、矿物共生组合和地球化学特征所作的解释，目前难以准确界定，只能说它是岩浆成因，或 “深循环地壳水成因”。

图 7 与花岗岩相关的 IOCG 矿床流体混合示意图( 引自 D. Haynes，2002)

综上所述，关于 IOCG 成因的主要问题在于，矿床究竟是通过岩浆与地幔或下地壳有直接联系( 特别是对非常大的矿床而言) ，还是完全形成于地壳内部巨大的能够有效富集先前分散于大范围岩石内的金属的热液系统。要解决这个问题，尚需开展进一步的研究，以获取更多的关键性资料。

2. 找矿标志

( 1) 区域地质找矿标志

1) 沿克拉通或古大陆边缘向拉张大陆弧的转换带通常是 IOCG 矿床产出的有利部位。

2) 与非造山带岩浆有关的大陆地块内部裂谷盆地、与中性岩浆有关的较年轻大陆边缘弧拉伸环境以及褶皱和推覆带等是 IOCG 矿床产出的 3 大动力学构造背景。

3) 构造应力转换部位，如中上地壳韧脆性转换带，是成矿物质聚集成矿的良好场所。

4) 靠近深大断裂及其次级构造的位置是形成 IOCG 矿床的必要条件之一。

图 8 奥林匹克坝型 IOCG 矿床形成机制示意剖面图( 引自 R. G. Skirrow，2002)

5) 存在大面积的岩浆岩，包括与地幔底侵有关的岩浆作用。

( 2) 局部地质找矿标志

1) 多期次活动的断裂是控制矿床空间展布的重要因素。

2) 破碎的火山岩或火山碎屑岩，可能是大型—超大型复合性 IOCG 矿床的成矿围岩，当具有深穿透断裂存在时，其成矿可能性更大。

3) 地表可能有呈脉状和不均匀浸染状产出的 Cu 或 Cu － Au 小矿点。

4) 渗透性较差的岩层 ( 如块状大理岩化碳酸盐岩) 有助于流体汇集，其下面可能发育有 IOCG矿床。

5) 当浅部存在矿化热液角砾和 ( 或) 磁铁矿被交代形成大量镜铁矿时，深部可能存在 IOCG矿床。

6) 粗晶方解石 － 铁白云石构成的铁锰碳酸盐化脉带区，在矿床顶部或远端可能伴有的褐铁矿和黄铁矿晕，可作为深部隐伏 IOCG 矿床的指示标志。

7) 磁铁矿 － 磷灰石系统组合，是指示 IOCG 矿床的一项重要标志。

( 3) 蚀变找矿标志

1) 在辉长闪长岩体或闪长岩体接触带内，强烈发育的热接触变质角岩带和接触交代岩 ( 钠钙质或钾质蚀变) 带，是大型复合型 IOCG 矿床很好的指示标志。

2) 火山 － 沉积岩中广泛发育的硅化、绢云母化、黄铁矿化以及高级 泥 化 蚀变 组 合，可 能 是IOCG 矿床的指示标志。

3) 大多数 IOCG 矿床具有 “上部钾化、下部钠化” 的蚀变特征，属较为典型的碱质钾钠硅酸盐化蚀变相。脉状和面状产出的钙质矽卡岩与硅质矽卡岩常位于碱质钾钠硅酸盐化蚀变相之上，密集脉带型和面状钙质矽卡岩与硅质矽卡岩可作为寻找隐伏 IOCG 矿床的找矿标志。

4) 绢云母 － 绿泥石 － 碳酸盐蚀变晕，是以赤铁矿为主的矿床 ( 如奥林匹克坝) 很好的指示标志。

5) 钾长石 － 黑云母或钠长石 － 黑云母或绿泥石 － 黑云母蚀变晕，是以磁铁矿为主的矿床的重要指示标志。

( 4) 地球物理找矿标志

1) 成矿区具有较显著的磁场和重力异常，尤其是区域性的磁异常。

2) 以磁铁矿为主的成矿系统通常显示出较强的磁异常。

3) 金属硫化物矿物相对于容矿岩石通常会显示出较强的电导特征，因此，可采用激发极化法( IP) 和电阻率测量法寻找大型的矿化体 ( 甚至是低品位矿化) ; 电磁法 ( EM) 对高电阻差最有效，它可以用于寻找 IP 和电阻率测量无法获得响应的小型高导矿化体。

4) 可采用放射性法 ( 如 K 和 Th / K 测量) 进行岩性填图，有时还可以识别地表或地表 10 ～ 20cm以内的钾化蚀变带 ( 晕) 。

( 5) 地球化学找矿标志

1) 矿石中含 Fe、Cu、Co、Mo、Au、Ag、As，有时还含 Bi、Te、Hg、U、Pb、Zn; 在非硫化物蚀变带，含 Mn、Bi、P、LREE、F、K 或 Na、Ca、Ba、W、Th、Sn，但没有 Nb 和 Zr。

2) 土壤中可能存在 Cu、Au、Hg 金属活动态异常，且 Cu、Au 异常呈带状分布。

3) 地球气中可能存在 Au、Ag、Ir 和 Ta 异常。依据铂族元素和稀土元素与 IOCG 矿床伴生的特点，该异常具有与成矿元素一样的指示作用。

( 周 平 唐金荣)