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中国斑岩铜矿研究

发布时间:2019-04-25 浏览数:992

中国斑岩铜矿的勘査历史十分悠久,自20世纪50年代以来,先后探明了中条山铜厂裕、江西德兴、黑龙江多宝山等斑岩铜矿床。70年代在全球斑岩铜矿勘査热潮影响下,相继发现了西藏玉龙、江西城门山等矿床,斑岩铜矿成为我国最主要的铜矿类型。80年代,中国斑岩铜矿勘査没有重要的成果,当时最主要的发现之一是福建紫金山斑岩铜金矿,但当时探明的资源量有限。进入21世纪,中国的斑岩铜矿找矿获得了持续的突破,相继发现了新疆土屋、延东斑岩铜矿,云南普朗、西藏驱龙斑岩铜矿和雄村、甲玛斑岩铜(金)矿等超大型矿床。

 

全球环太平洋、古亚洲、特提斯-喜马拉雅三大成矿域都进入中国境内(如图)。中国以往发现的斑岩铜矿,虽然分布广泛,但是一般规模偏小,已发现的几个规模大的矿床,品位偏低,缺少次生富集,或者地理位置不利。因此,除德兴斑岩铜矿外,仅有的几处大型斑岩铜矿床长期没有得到开发,影响了对寻找大型斑岩铜矿的热情。

20世纪90年代以来,受Sillitoe.R.H (1972)提出斑岩铜矿的板块构造模型的影响,在很长时期认为斑岩铜矿主要产于汇聚板块边缘的岛弧带,并且认为斑岩铜矿是地幔与地壳物质交换的产物,因此,我国的斑岩铜矿找矿与勘査未予足够重视,研究进展不大。进入21世纪,随着新疆东天山土屋-延东、云南普朗斑岩铜矿等的发现,有关部门开始关注斑岩铜矿,对一些重要成矿区带安排斑岩铜矿找矿和研究, 随着找矿的不断突破和研究的深入,逐步认识到三大成矿域中斑岩铜矿在中国具有很好的找矿条件,这些成矿带岩浆岩活动频繁,矿化蚀变强烈,找矿潜力很大。前已述及,全球铜资源量(斑岩及沉积岩铜矿)评估项目(USGS)这三大成矿域斑岩铜矿找矿潜力为现有资源量的3.4~29.5倍,由于特提斯-喜马拉雅成矿域5.1亿t的未发现铜矿资源潜力和普朗等印支期及铜厂沟等燕山期斑岩铜(钼)矿带的发现(李文昌等,2005,2007,2010,2012;孟健寅等,2013),该带成为找矿重点。

中国东部是环太平洋成矿域斑岩铜矿的重要组成部分,其内带为太平洋板块西缘岛弧带,其成矿时代主要为新生代;外带属离板块俯冲处较远的弧后一侧大陆(亚洲板块)边缘成矿带,其成矿时代主要为燕山期。

特提斯成矿域东西向延入我国的青藏高原、滇西以至缅甸,全长7000km以上,成矿时代为中-新生代,明显分为3个主要的成矿时间:古特提斯洋关闭形成的义敦印支期岛弧型斑岩铜矿(213~249Ma),新特提斯在班公湖-怒江带燕山期岛弧型的斑岩铜矿(150~180Ma)和冈底斯喜马拉雅期碰撞造山带造山型斑岩铜矿(10~60Ma)及金沙江结合带走滑拉分富碱斑岩铜金矿(30~50Ma)。这种小范围内发育多期多类型斑岩铜矿的现象,全球独有。

古亚洲成矿域在我国的天山、内蒙古到大兴安岭地区,成矿时代主要为晚古生代(华力西期)。

在全球70个铜金属量大于500万t的斑岩铜矿统计中,形成时代以新生代(喜马拉雅期)为主。而在中国,成矿时代因产出地不同,时代跨度较大,但各成矿带成矿环境的一致性和时空分布规律性较强。如西藏冈底斯斑岩铜矿带形成与碰撞造山地壳增厚熔融上升的岩浆有关,形成时代集中在10~20Ma;西藏玉龙斑岩铜矿带、云南北衙斑岩铜金矿带则与后碰撞阶段沿走滑断裂上升的岩浆岩有关,其成矿主要集中在35~50Ma,均属喜马拉雅期;新疆土屋-延东斑岩铜矿带成矿环境尽管有不同认识,但通常认为岛弧环境,成矿时代主要为华力西期;江西德兴斑岩铜矿带为陆缘成矿,也有观点认为板内环境,形成时代为燕山期;新近发现的云南普朗斑岩铜矿带形成于岛弧环境,成矿时代为印支期。

1999年中国地质调查局实施新一轮国土资源大调査以来,把铜矿的找矿列为固体矿产资源勘査的重要矿种进行安排部署,并以我国西部为重点积极开展区域矿产评价工作,取得了十分喜人的找矿成果,其中,最有愿景的是斑岩铜矿。先后发现和评价了新疆东天山土屋-延东斑岩铜矿、云南普朗斑岩铜矿、北衙斑岩金铜矿、西藏驱龙斑岩铜矿、甲玛和雄村铜金(钼)矿等。近几年来,对斑岩铜矿成矿作用研究也有较大的进展,造山型斑岩铜矿成为中国最具特色和潜力的铜旷类型。中国的斑岩铜矿不仅产于岛弧环境中,在陆缘、稳定克拉通内部以及造山带,也同样形成规模巨大的斑岩铜矿床。

20世纪80年代以来,相继出版了一系列总结我国斑岩铜矿地质、成矿研究成果的有关专著,其中具有代表性的有:《中条山铜矿地质》(天津地质矿产研究所等联合编写组,1978),《德兴斑岩铜矿》(朱训等,1983),《多宝山斑岩铜矿》(杜琦等,1988),《中国斑岩铜(钼)矿床》(芮宗瑶等,1984),《西藏玉龙斑岩铜(钼)矿带地质》(唐仁鲤等,1995),《中国铜矿床》(黄崇轲等,2001)。

近年来研究表明,有些斑岩铜矿与板块消减作用没有直接的成因联系,可能由板内构造岩浆活化作用或走滑断裂作用导致深源花岗质岩浆上侵形成(芮宗瑶,2002,李文昌等,2009),或因陆陆碰撞增厚地壳拆沉引发壳幔岩浆上侵形成。2004年,芮宗瑶等又提出斑岩铜矿可以形成于大洋消减期,也可形成于大陆碰撞期,是板块聚合时期局部拉张条件下的产物。张洪涛等(2004)认为斑岩铜矿主要形成于聚合板块(陆块)活动时期靠近活动大陆一侧的边缘构造-岩浆活动带。

侯增谦等(2004, 2007, 2009, 2010)在研究西藏冈底斯中新世斑岩铜矿时空分布时,认为在大陆碰撞造山带同样可以形成大型斑岩铜矿,这些斑岩铜矿形成于造山后伸展环境,受垂直造山带的正断层系统控制。赵振华等(2004)在研究了新疆西天山莫斯早特斑岩铜矿实例后指出,该矿床形成于后碰撞阶段,由碰撞、挤压向伸展、拉张转变的构造动力学环境转折期。由此看来,中亚斑岩铜矿的形成与大洋消减、大陆增生、碰撞和后碰撞与新陆壳区稳定阶段的构造岩浆活动有密切关系。尤其,西藏冈底斯碰撞造山带中驱龙斑岩铜矿的发现与研究,提出了碰撞造山型斑岩铜矿新认识(侯增谦,2007)。

美国地质调査局(USGS)全球矿产资源评估项目(GMRAP),中国专家参与了有关工作,2013-2014年陆续发表了冠以2010-509O-A~M多项科学研究报告,选圈了矿集区(带),并预测了未发现资源量(如表)。

通过斑岩铜矿已知矿床品位吨位模型,预测了约812个未发现矿床,并用蒙特卡洛模拟法(MonteCarlo simulation)估算铜资源量,总计中值31亿t,为2012年全球铜产量的180倍(Hammarst.rom et al.,2013)。这也就是现流行的“三步式”固体矿产资源潜力评价方法(three-part form of mineral-resources assessment),方法本身科学客观,不同信任度(概率)还留有各人看法想象的余地。

除南美外,东南亚和印支矿集区为最具潜力的地区(中国西藏髙原斑岩铜矿的评价报告。Scientific Investigations Report 2010-5090-F,Zientek et al.,2012),这个东南亚和印支最主要的矿集区,划分了玉龙、大理和冈底斯3个矿集区,已知铜资源量为2670万t,未发现矿床铜资源量中值为1.45亿t。由于未列入普朗矿集区,未发现矿床铜资源量应当更大。由于印支期普朗、雪鸡坪等斑岩铜矿的发现,岛弧-陆缘孤-陆陆碰撞-走滑剪切这一系列的动力学演化,都体现在矿集区斑岩铜(钼金)矿床的成矿上,有30个500万t级(1.5亿t)的未发现矿产地,将是我国斑岩铜(钼金)矿最重要的成矿区。

而东亚-中国、越南、朝鲜、蒙古和俄罗斯中生代斑岩铜矿的评价报告(Scientific Investigations Report 2010-5090-G,Zientek et al.,20!2),也划分了满洲里、滨太平洋、东秦岭3个矿集区,已知铜资源量为2260万t,未发现矿床铜资源量中值为1.98亿t。满洲里矿集区 8100万t,涉及朝鲜、蒙古和俄罗斯不计外,滨太平洋、东秦岭2个矿集区,未发现矿床铜资源量中值为1.17亿t、钼资源量中值为420万t,应予重视。涉及我国新疆、内蒙古、黑龙江古生代古亚洲域的中北亚矿集区(带)未发现矿床铜资源量中值为4.4亿t,证实资源量为1.3亿t,是世界仅次于南美最有远最的地区,说明古生代斑岩铜矿还有极大潜力。

总之,通过近30年来研究,对斑岩铜矿形成环境的认识逐步深化,我国斑岩铜矿的成矿环境主要为岛弧带(古亚洲、义敦)、板内构造岩浆活动带(滨太平洋)、碰撞造山带(冈底斯)、板内走滑断裂带(玉龙、扬子西缘)等。即以新疆华力西期土屋-延东斑岩矿带310~369Ma (成矿时代,下同);Shen,et al.,2010)和云南印支期普朗斑岩铜矿带(213~216Ma;Li et al.,2010)为代表的斑岩铜矿,成矿环境为岛弧带,以江西德兴斑兴铜矿(157~112Ma;侯增谦等,2009)为代表的中国东部燕山期斑岩铜矿带,形成环境为板内构造岩浆活动带;以冈底斯驱龙铜矿(10~20Ma;侯增谦等,2010)为代表的斑岩铜矿,形成环境为碰撞造山带;以玉龙斑岩铜矿(30.9~57.9Ma;侯增谦等,2010)、鹤庆北衙斑岩金铜矿(30~50Ma,Lu et al.,2010,2013)为代表的喜马拉雅斑岩铜矿带,形成环境为板内走滑断裂带。

最近,以西藏驱龙斑岩铜矿为代表的大陆碰撞造山带型斑岩铜矿成矿环境研究及矿床模型的建立,将不断充实和完善斑岩铜矿成矿理论。近期出版的《西南“三江”多岛弧盆-碰撞造山成矿理论与勘査技术》(李文昌等,2010),对西南“三江”地区成矿作用进行了全面、系统的总结,提出了“多岛弧盆成矿” 和“陆内构造转化成矿”新理论和针对不同矿床类型用不同勘査技术组合的找矿集成技术。《青藏高原碰撞造山与成矿作用》(侯增谦等,2008),系统阐述了造山型斑岩铜矿的成矿作用。最近张洪涛等在《中国大陆斑岩铜矿若干问题》中提出三大成矿域、七大成矿区和陆缘增生-陆内深熔成矿作用概念(张洪涛等,2013);熊欣等就斑岩铜矿经典的岛弧、陆缘弧发展到碰撞造山带的陆内环境成矿的认识进行了全面评述(熊欣等,2014),国外学者也有持相似观点的(Richards et al.,2009,2011,2013),从而丰富了大陆斑岩铜矿成矿理论。

此外,围绕对义敦岛弧带构造演化及普朗铜矿、冈底斯带碰撞造山成矿背景及驱龙铜矿的研究,发表了许多高水平的文章,代表性的有:《中国大陆环境斑岩型矿床:基本地质特征、岩浆热液系统和成矿概念模型》、《大陆碰撞成矿论》(侯增谦等,2009,2010),《青藏高原的斑岩铜矿及其成矿机制》(芮宗瑶等,2005),《斑岩铜矿床在东特提斯成矿域中的时空分布特征》(张洪瑞等,2009),《大型斑岩型铜矿成矿的深部构造岩浆活动背景》(赵文津,2007),《俯冲、碰撞、深断裂和埃达克岩与斑岩铜矿》(芮宗瑶等,2006),《云南普朗印支期超大型斑岩铜矿床岩石学及年代学特征》(曾普胜等,2006),《云南普朗超大型斑岩铜矿特征及成矿模型》(李文昌等,2007),《特提斯成矿域主要金属矿床类型与成矿过程》(张洪瑞等,2010),《西南‘三江’格咱岛弧斑岩成矿系统》(李文昌等,2013)。这些论文,基本反映了我国特提斯成矿域斑岩铜矿研究的新进展。

对滨太平洋成矿域有重要的创新认识,如《洋脊俯冲与斑岩铜金矿成矿》(孙卫东等,2010),《洋脊俯冲与斑岩铜矿》(孙卫东等,2009),《发展板块构造:从洋壳俯冲到大陆碰撞》(郑永飞等,2009),《华南地区中生代主要金属矿床模型》(毛景文等,2009),《华南地区中生代Cu-(Mo)-W-Sn矿床成矿作用与洋岭/转换断层俯冲》(李晓峰等,2008),《中国东部中生代岩石圈演化与太平洋板块俯冲消减关系的讨论》(肖庆辉等,2010),《中国侏罗纪构造变革与燕山运动新诠释》(董树文等,2007),并就长江中下游铜矿找矿召开多次国际及全国性学术研讨论。

新近名列斑岩型矿床金矿资源储量第一(金3033t)和铜矿资源储量第五(铜3629万t)的佩帕(Pebble}斑岩铜-金-银矿床专辑(A Special Issue Dedicated to the Giant Pebble Cu-Au-Mo Deposit and Surrounding Region,Southwest Alaska,2013)的出版,阐明矿源来自加厚地壳陆下岩幔层(subcontinental lithospherc mantle SCLM)。之所以成矿,是由于左旋Denali-Farewell断层系转换扭压作用(Transpression)透壳造就MASH (储集-再熔-混合-均一)层并激活它使然(Goldfarb et al.,2013)。

智利铜矿带受West Fault -Domeyko-Sierra Castillo右行走滑断层系控制(Ossandon et al.,2001,Richards et al.,2001);我国西藏 冈底斯斑岩铜矿带受左行印度-雅鲁藏布江断裂带控制,金沙江-红河斑岩铜矿带受左行金沙江-红河断裂带的控制,且与主碰撞期滞后30~60Ma,皆属碰撞后斑岩铜矿床,都隶属于“多岛弧盆成矿”向“陆内构造转化成矿”过程的转化成矿作用(李文昌等,2010),从而大大地提髙了我国斑岩铜矿的找矿前景。

我国斑岩钼矿之储量与产量均居世界之首,近年储量居于世界之首或前列的单个钼矿也相继出现,如沙坪沟(张怀东等,2012)、岔路口(刘翼飞等,2011)、曹四夭(李香资等,2012)等超大型钼矿床。这些围绕华北板块发育的燕山期斑岩型钼矿均为碰撞后斑岩钼矿床,受深大断裂控制明显,并与碰撞造山后的伸展背景有关(杜保峰等,2010;王晓霞等,2011;李俊平等,2011;黄凡等,2011),从而丰富了斑岩系列大陆成矿理论。

总之,围绕斑岩及斑岩铜矿成矿的研究,中国取得的进展与成果为世界斑岩铜矿研究做出了要贡献,并且正处在不断发展和创新之中。

1)系统研究与阐述了斑岩铜矿的岩石学和岩石化学特征,以及岩石稀土元素和微量元素特点,斑岩铜矿的蚀变与矿化类型及其对应关系;斑岩铜矿成矿结构模式:从含矿岩体中上部到顶(边)部到围岩中,矿体从细脉浸染型矿体→网脉浸染型矿体→大脉型矿体变化,对斑岩成矿机理及其成矿作用的认识也逐步深化,形成了经典斑岩铜矿成矿作用及蚀变分带模式。

2)阐述了斑岩矿床的主要控矿因素:①地层及岩性条件(时代、封闭性与化学活泼性、物理性质等),②中酸性斑(玢)岩(含次火山岩)(复式岩体、斑岩体的大小和类型、岩体演化,时代、产出环境等);③构造条件(构造环境、深大断裂、构造部位、各类小型控矿构造)等。

3)矿床的时间分布规律:古生代-中生代早期多岛弧系统、活动边缘阶段、板内裂陷带(含板内隐伏裂陷及隐伏斑岩侵入),中生代早期裂谷阶段、中-晚期碰撞造山;新生代陆内转换造山阶段、板内走滑断裂带和拉分盆地演化阶段。成矿期次主要为:华力西期(石炭纪-二叠纪,甘蒙北山带主要形成期),印支期(义敦岛弧南段格咱岛弧斑岩铜矿带),燕山期(滨太平洋斑岩铜矿带、班公湖-怒江斑岩铜矿带)和喜马拉雅期(冈底斯斑岩铜矿带、扬子西缘斑岩铜矿带)等4个主要成矿期。印支期普朗铜矿带、喜马拉雅期的冈底斯斑岩铜矿带和金沙江-红河斑岩铜矿带,也是从多岛弧盆系起步,到陆缘弧环境乃至转换碰撞造山环境的演化形成(李文昌等,2011)。

4)揭示了斑岩铜矿成矿系统特征及演化规律:俯冲岛弧岩浆-热液成矿系统、碰撞造山岩架-热液成矿系统、碰撞走滑壳幔混源岩浆-热液成矿系统和板内裂谷(陷)岩浆-热液成矿系统等。

5)总结了斑岩铜矿床(体)的空间分布规律:产于斑岩体内部的斑岩型铜钼矿→斑岩体与碳酸盐岩等围岩接触带的矽卡岩型铜多金属矿→外接触带中大脉型铜矿→远离斑岩体的围岩中的热液脉型铅锌多金属矿→浅成低温金矿等,成矿主要元素为铜、钼、金、铅、锌、银,及其具有由深→浅部,从中心→外围,由高温元素成矿组合→中低温元素成矿组合特征。斑岩型矿床已经扩展到斑岩锡矿、斑岩钨矿、斑岩银矿和斑岩铅锌矿等矿床。矿体从星点浸染型矿体→细(网)脉浸染型矿体→大脉型的“三层楼”式构造。

6)总结了斑岩铜矿蚀变类型与分带:由中心向两侧可划分出强硅化(核)、钾化带、石英-絹云母带、黏土化(泥化)带、青磐岩化带、角岩(矽卡岩)化带等。

7)认为成矿构造环境主要有4个类型:岛弧型、碰撞造山型、陆(板)内构造岩浆活化带、陆缘活动带。进一步探讨了造山型斑岩铜矿,有主碰撞期加厚地壳拆沉岩浆上侵的斑岩铜矿和后碰撞构造转化期大规模走滑剪切及拉分的斑岩铜矿等类型。

8)分别进行了诸如驱龙斑岩型铜矿床、玉龙斑岩铜(钼)矿、雄村铜金矿床、厅宫斑岩型铜矿床、甲玛斑岩-砂卡岩型铜多金属矿、多不杂斑岩-砂卡岩铜矿、哈腊苏铜矿、玉勒肯哈腊苏铜矿、阔尔真阔腊金矿、呼的合铜矿,土屋铜矿床、包格图铜钼(金)矿、小西弓金矿,公婆泉铜矿,纳日贡玛铜钼矿、昌达沟铜矿、红卓铜矿、羊拉铜矿、普朗铜矿、西范坪铜矿、德兴铜厂铜矿等次火山-斑岩型铜、斑岩-矽卡岩型及斑岩型铜典型矿床的研究,对指导全球和我国的斑岩找矿与勘査具有理论和实际意义。

2002年以来,我国斑岩钼矿的资源储量已跃居世界首位(Magyar,2003),本报告也对兴安-延吉成矿区之岔路口斑岩钼(锌银)矿,燕辽成矿区曹四夭钼矿,东秦岭成矿带之金堆城钼(铜)矿、三道庄钼(钨)矿、南泥沟-上房沟钼(钨铁)矿、雷门沟钼矿、东沟钥矿、母山-千鹅冲钼矿、汤家沟钼矿、沙坪沟钼矿等超大型斑耑(矽卡岩)型矿床,进行了讨论。

9)对中国三大成矿域的斑岩铜矿成矿区带作了进一步划分,探讨了各自形成规律。古亚洲成矿域的天山及兴蒙地区占生代斑岩铜矿的找矿;滨太平洋成矿域的钦杭地区的中生代斑岩铜矿的找矿;特提斯成矿域的靑藏-云贵高原中一新生代斑岩铜矿的找矿。中国具有得天独厚的成矿条件和多个成矿时代斑岩铜矿找矿前景。