海底喷流成矿讲座课件

海底喷流成矿作用

杨合群2010年3月矿产讲座海底喷流成矿作用

杨合群矿产讲座1我认为：大区地调中心矿产资源领域的主要研究方向—将成矿理论转化为找矿理论,指导找矿预测及勘查评价。

今天讲座：对古海底喷流成矿作用形成的铜、铅、锌等矿床进行分类，对比其共性与差异，探讨古海底水-岩反应、喷流作用与地质信息间的关联，融合成因理论，优化找矿标志。

我认为：大区地调中心矿产资源领域的主要研究方向—2第一部分基本理论体系第一部分31、喷流矿床相关概念“喷流矿床”过去称为“喷气矿床”(Exhalationdeposits).“Exhalation”[ekshə‘leɪʃən]在英汉地质词典中词义:喷气。地学中最早用来描述火山活动,指火山气体逸出。随着研究深入，人们认识到，气相很难搬运众多的金属，海底的喷气实际上是一种富含金属的液体。因此许多学者提出海底喷流成矿。国内所称“热水沉积矿床”,强调“热水”溶液,不是“冷水”溶液,全称应该是“热水溶液沉积矿床”。由于纯净的热水沉淀不出固体物质，所以热水溶液还是简称热液比较恰当。因此，以往“喷气矿床”、“热水沉积矿床”的资料均可以继承到现在所说“喷流矿床”。

1、喷流矿床相关概念4Hutchinson(1973)对喷气矿床分类Hutchinson(1973)对喷气矿床分类5Hutchinson(1988)总结的喷气矿床特征Hutchinson(1988)总结的喷气矿床特征6Hutchinson(1988)总结的喷气矿床时代分布Hutchinson(1988)总结的喷气矿床时代分布7海底喷流成矿讲座课件8海底喷流成矿讲座课件92、现代海底喷流成矿作用“白烟囱”含重晶石和/或碳酸盐微粒，“黑烟囱”含硫化物微粒，均为多相流。喷流更恰当地体现了成矿作用的实质。“喷流型矿床”的提法概括程度更高一些。3、海水在成矿中的作用H2O海水下渗加热成为成矿溶液中水的主要来源；Cl-海水中Cl-对于形成金属络合物，提高溶解度起重要作用；SO42-还原后可为形成硫化物提供S2-；对于形成重晶石矿层则直接提供阴离子。2、现代海底喷流成矿作用104、主要金属来源海水下渗加热成为热卤水，水-岩作用使其演变为含矿热液，成矿金属来源于下伏火山系或沉积岩系。Rona（1983）曾对洋底热泉进行分析，并用海水在350°与玄武岩反应，将与玄武岩反应的热水同普通海水对比表明，Si、Fe、Cu、Zn、H2S、Mn等发生强烈富集。。细碧角斑岩系就是海水与火山岩作用的结果，水化+Na化。4、主要金属来源11海底喷流成矿讲座课件12

Cu、Zn、Pb、Au的氯络合物饱和度曲线图(据Davidson,1992)条件：PH=4.5.NaCl=3M，[SO4]/[H2S]=0.01，∑S=0.001M根据已有实验资料，Si、Fe、Cu、Zn、Pb等元素氯络合物的溶解度均与温度成正比，因此富含NaCl的海水渗滤加热后，可以有效地萃取矿质。Cu、Zn、Pb、Au的氯络合物饱和度曲线图根据已有实验资13

SiO2和Fe的饱和度轨迹图(据Davidson,1992)条件：NaCl=3M,∑S=0.001M,P=200baSiO2和Fe的饱和度轨迹图145、喷流岩（exhalite）

喷流岩是海底喷流热液流体或多相流沉积的岩石含铁（锰）硅质岩、（正常热液沉积岩石）重晶石岩（正常热液沉积岩石）铁镁碳酸盐岩例如铁白云石岩等（热效应沉积岩石）钠长石岩（热液交代岩石）5、喷流岩（exhalite）156、海底喷流矿床分类（1）海相火山岩有关喷流矿床：成矿金属来源于下伏火山系。①基性火山岩有关喷流矿床，成矿金属组合主要为Cu或Cu-Zn；②酸性火山岩有关喷流矿床，成矿金属组合主要为Cu-Pb-Zn。（2）海相沉积岩有关喷流矿床：成矿金属来源于下伏沉积岩系，成矿金属组合主要为Pb-Zn。6、海底喷流矿床分类16喷流岩实例

在北山麻黄沟发现的喷流岩系的上部以碧玉条带碳酸盐岩为主，宽度一般20-60米；下部以碧玉岩为主，局部夹薄层基性凝灰岩，出露宽度一般40-95米。碧玉条带碳酸盐岩层理非常清楚，产状陡立，大部分地段向南陡倾，层理产状为220º∠78º—210º∠81º，局部也有向北陡倾的现象。

碧玉岩碧玉条带碳酸盐岩

碧玉条带灰岩具条带状构造，粒状结构，经显微鉴定矿物组成为白云石、方解石、铁白云石、菱铁矿、石英、玉髓

碧玉岩具块状构造，粒状结构，经显微鉴定矿物组成以玉髓、石英为主，次有白云石、方解石、赤铁矿喷流岩实例碧玉岩碧玉条带碳酸盐岩碧玉条带灰岩具177、海底喷流矿床典型实例（1）火山有关喷流矿床甘肃石居里铜矿（蛇绿岩套之基性火山岩有关）；青海红沟铜矿（双峰式火山岩套之基性火山岩有关）；甘肃白银厂铜多金属矿（双峰式火山岩套之酸性火山岩有关）。（2）沉积有关喷流矿床甘肃厂坝铅锌矿床（碳酸盐岩-细碎屑岩有关）甘肃花牛山铅锌矿床（碳酸盐岩-细碎屑岩有关）陕西银硐子银铅矿床（细碎屑岩有关）陕西大西沟铁-重晶石矿床（碳酸盐岩-细碎屑岩有关）新疆乌拉根铅锌矿床(砂砾岩有关)海底喷流成矿讲座课件188、海底喷流沉积-再造矿床典型实例甘肃桦树沟铜矿陕西穆家庄铜矿9、海底喷流沉积–捕获侵位矿床典型实例青海德尔尼铜矿8、海底喷流沉积-再造矿床典型实例19第二部分典型实例分析1石居里式海相火山喷流型铜矿床(据杨合群李文渊赵东宏宋忠宝等)第二部分20北祁连山错沟-寺大隆铜矿带错沟地区北南矿大岔牧场地区北带南石居里大岔牧场错沟—寺大隆矿带可划分为两个矿化亚带）：（1）北矿化亚带，长约120Km，铜矿化密集区和铜异常沿错沟—石居里—长干河—桦木沟分布，带内已发现矿床有错沟小型铜矿，石居里Ⅵ号沟中型铜矿、Ⅷ号沟小型铜矿、V号沟小型铜锌矿，九个泉小型铜锌矿；（2）南矿化亚带，长约70Km，铜矿化密集区和铜异常沿大岔—寺大隆沟脑分布，带内已知矿床有大岔东山顶小型铜矿。错沟长干带北祁连山错沟-寺大隆铜矿带错沟地区北南矿大岔牧场地21石居里铜矿化集中区地质略图

石居里铜矿化集中区地质略图221-第四系冲洪积、坡积；2-第三系砾岩、粗砂岩；3-泥盆系砾岩；4-志留系砾岩；5-9奥陶系阴沟群：5-基性熔岩，凝灰熔岩；6-凝灰熔岩；7-基性凝灰岩；8-凝灰质砂岩、板岩；9-硅质岩；10-石英闪长岩；11-辉长岩类；12-蛇纹岩；13-铜（锌）矿床、矿点编号；14-中型矿床；15-小型矿床；16-矿点；17-断层；18韧性剪切带；①九个泉矿床；②石居里VIII号沟矿床；③石居里VI号沟矿床；④石居里V号沟矿床；⑤石居里VIII号沟北矿点；⑥石居里I号沟矿点；⑦石居里VI号沟I矿点；⑧塔洞沟矿点1-第四系冲洪积、坡积；2-第三系砾岩、粗砂岩；3-泥盆系砾23石居里矿田地质矿产图IVVIVIIIVII石居里矿田地质矿产图IVVIVIIIVII24海相火山喷流矿床模型宋叔和等（1994）根据国内外资料概括，块状硫化物矿床总的形态为蘑菇状，上部为由块状矿石的透镜体组成的顶盖，下部为与顶盖垂直交切的由细脉浸染状矿化组成的根部。夏林圻等（2001）指出，火山岩系中块状硫化物矿床通常由上下两部分组成：上部是层状和透镜状的块状矿体，下部为网脉状和浸染状矿体，以及被蚀变的岩筒状围岩。一般认为网脉带代表海底热液体系在靠近海底部分的流通通道，层状体或透镜体则是硫化物在海底或近热液喷口处沉淀堆积的产物。海相火山喷流矿床模型25石居里式铜矿床地质模型石居里式铜矿床地质模型26石居里式块状硫化物矿床总体符合蘑菇状模型，蘑菇茎沿热液通道呈柱状下延，柱状矿体上部和中心主要为块状、角砾状矿石，下部和边部为网脉浸染状矿石，其铜含量远远高于锌含量，表现为典型的富铜矿石；蘑菇伞在海底喷口周围展开，主要为块状矿石，近喷口铜含量高于锌含量，远离喷口渐变为锌含量高于铜含量；伞翼之下为基性火山岩，伞上常覆盖碧玉岩，成矿环境不稳定时，缺失碧玉岩。石居里式块状硫化物矿床总体符合蘑菇状模型，27例如，石居里VIII号沟矿床，为典型的蘑菇状形态实例；石居里VI号沟矿床，受后期褶皱改造变化较大，目前主要见富铜块状、角砾状矿石，已鉴别出其中角砾为基性火山岩；石居里V号沟矿床目前仅发现呈薄板状的远热液喷口块状矿石，锌含量高于铜含量；九个泉矿床为重叠的伞翼矿体，矿柱已被剥蚀，矿上缺碧玉岩，直接被火山岩或沉积岩覆盖。例如，石居里VIII号沟矿床，为典型的蘑菇状形态实例；石居里28Ⅷ号沟铜矿地质平面图1.残坡积砂砾层；2.碧玉岩；3.凝灰熔岩；4.玄武岩；5.隐伏铜锌矿体及编号；6.已施工平硐位置及编号；7.已施工探槽位置及编号；8.实测平推断层；9.实测地质界线；10.物探测线及编号①②石居里Ⅷ号沟铜矿床Ⅷ号沟铜矿地质平面图①②石居里Ⅷ号沟铜矿床29Ⅷ号沟①号矿体纵剖面图1.玄武岩；2.碧玉岩；3.矿体；4.正断层；5.推测界线；6.探硐及编号；7.导线编号Ⅷ号沟①号矿体纵剖面图30矿石类型按构造特征主要有块状矿石、角砾状矿石和网脉状矿石三种。块状矿石由含少量石英的硫化物集合体组成；角砾状矿石由含少量石英的硫化物集合体胶结蚀变的基性熔岩角砾组成；网脉状矿石由含石英硫化物集合体充填蚀变基性火山岩中网状裂隙构成。这三种矿石在矿体中由上向下，由中心向边部依次分布，并互为过渡关系。矿石类型按构造特征主要有块状矿石、角砾状矿石和网31石居里Ⅷ号沟铜矿床的矿石成分样号岩矿石名称S(%)Cu(%)Zn(%)Pb(%)Ag(10-6)现矿体中分布位置在成矿体系中位置S8PD0B1块状铜锌矿石41.881.832.200.01709.80南西段上部远热液喷口S8PD1B9碧玉岩（矿体顶板）2.440.300.200.10711.50北东段上部热液喷口上部S8PD1B2块状铜锌矿石28.327.441.440.01155.20S8PD1B8网脉浸染状铜矿石8.402.460.210.00501.15S8PD1B3网脉浸染状铜矿石15.580.390.240.00510.98S8PD1B4角砾状铜矿石28.3213.440.060.00752.40S8PD2B2块状铜矿石35.815.730.020.00101.80北东段下部热液喷口下部S8PD2B3网脉浸染状铜矿石6.370.240.0030.01450.70石居里Ⅷ号沟铜矿床的矿石成分样号岩矿石名称SCuZnPbAg32PD5PD1PD2PD3PD4PD5回顾论证思路PD5PD1PD2PD3PD4PD5回顾论证思路33局部放大：Cu/Zn分布变化局部放大：Cu/Zn分布变化34Ⅷ号沟矿体，目前已施工的探矿工程控制矿体延深约176m，长度>100m,厚度5～27m，Cu平均含量2.47(%)，Zn含量0.4(%)。主要矿石矿物有黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿等，脉石矿物主要为石英、绿泥石、次为黝（绿）帘石、方解石。围岩蚀变有绿泥石化，帘石化、硅化、碳酸盐化等，其中硅化与矿化关系最为密切。1号矿体估算Cu资源量约2万吨，Zn资源量约0.5万吨。Ⅷ号沟矿体，目前已施工的探矿工程控制矿体延深约176m35石居里Ⅵ号沟铜矿床S6PD4S6PD5S7PD7S7PD11S6PD9S6PD81998年通过可控源音频大地电磁测深发现Ⅵ号沟富铜矿体异常可延深达300m以上，近几年深部探矿向下垂深160m左右仍有铜矿体存在，但铜品位降低至2%左右。同时发现有新的矿体分布，在PD6、Ⅶ号沟PD1和PD11硐探中均发现新矿体，说明至少有两个矿体。PD2（3575.22m）PD4（3550.77m）PD1（3593.56m）PD3（3605.02m）PD11（3498m）PD5PD6（3527m）PD7PD8（3439m）Ⅶ号沟PD1石居里Ⅵ号沟铜矿床S6PD4S6PD5S7PD7S7PD1136石居里Ⅵ号沟铜矿床地质略图（据甘肃四队，1970修编）1-第四系；2-凝灰质砂岩；3-凝灰质板岩；4-硅质岩；5-细碧岩；6-碧玉岩；7-次生石英岩；8-铜矿化体；9-断层；10-产状；11-钻孔及编号；12-剖面线石居里Ⅵ号沟铜矿床地质略图37Ⅵ号沟桶状矿体可能是不发育翼部矿石,但红色碧玉岩包裹桶状矿体的特点,也可能是后期构造褶皱变形的结果后期构造变形变质作用对矿体的改造是十分强烈的该矿床成矿后受到过强烈改造，顶部碧玉岩褶皱后包于矿体周围，北西侧碧玉岩破碎非常强烈，改造热液活化部分矿质迁移，沿碧玉岩的网状裂隙充填与渗入，形成网脉浸染状矿石，碧玉岩也重结晶形成次生石英岩，局部仍有碧玉岩残块，此过程形成的次生石英岩型铜矿石，虽然铜品位远低于海底热液喷流形成的块状及角砾状矿石，但伴生金含量显著提高，达到综合利用指标。Ⅵ号沟桶状矿体可能是不发育翼部矿石,但红色碧玉岩包裹桶状矿体38矿石类型按构造特征划分为块状—角砾状和网脉状—浸染状两大类。矿体主要由块状—角砾状矿石组成，厚11~22m，平均16m，由上向下有变厚趋势，矿石中的岩石角砾鉴定为蚀变基性火山岩，靠近矿体边部见有碧玉岩团块。矿体南东侧局部分布碧玉岩型网脉状矿石或者碧玉岩；矿体北西侧分布破碎带蚀变型网脉浸染状矿石，最厚达15m，膨缩变化大，含矿岩石为次生石英岩，向外过渡为含碧玉岩残块的次生石英岩和碧玉岩，说明此处的次生石英岩是碧玉岩经热液蚀变改造的结果。矿石类型按构造特征划分为块状—角砾状和网脉状—39石居里Ⅵ号铜矿床的矿石成分矿石类型样号Cu(10-2)Zn(10-2)S(10-2)Pb(10-2)Ni(10-2)Co(10-2)As(10-6)Te(10-6)Ag(10-6)Au(10-9)块状角砾状矿ZH1ZH28.895.840.300.1225.5924.410.00520.00020.0000.0000.02790.087349.1879.665.006.307.57.088.1137.89网脉浸染状矿ZH3ZH41.491.160.060.0514.4112.560.00550.00200.0000.0000.01990.0063396.4144.84.903.907.08.0109.02210.36注：组合样分析结果（据杨合群等2000）石居里Ⅵ号铜矿床的矿石成分矿石样号CuZnSPbNiCoAs40根据上述资料分析，该矿床中块状—角砾状矿石为海底热液喷流成因，所含基性火山岩角砾指示形成于热液喷口位置，也指示成矿时矿体之下为基性火山岩。恢复近矿原始层序，从下向上为：基性火山岩—块状矿石—碧玉岩—凝灰质砂岩—基性火山岩—硅质岩，说明成矿环境比较稳定，具完整成矿过程。根据上述资料分析，该矿床中块状—角砾状矿石41石居里Ⅴ号沟铜矿床2001年我们在前人工作的基础上，通过1/2千地质草测和激点、高精度磁法测量，发现异常，经过槽探揭露发现11m宽铜矿化体，铜含量Cu0.20%～0.84%，但垂深62.5m处进行穿脉（PD6A）硐探揭露，未发现矿体。2003年进行可控源音频大地电磁测深物探，发现矿致异常下延并向NNW方向侧伏，仍在垂深62.5m处进行沿脉（PD6BB）硐探揭露，证实矿体侧伏下延，平均品位Cu2.48%，Zn0.57%。17线19线15线21线23线25线PD6APD6B石居里Ⅴ号沟铜矿床2001年我们在前人工作的基础上，通过1/42海底喷流成矿讲座课件43石居里Ｖ号沟铜矿床的矿石成分Tab.3Orecompositionofravine5copperdepositinShijuli位置样品编号岩矿石名称样长采样方法Cu（%）Zn（%）PD2硐口S5PD2H1块状铜锌矿石拣块0.694.0417线矿坑S5A-A′H40.8m刻槽0.433.55PD6平硐S5PD6H101m1.313.79S5PD6H111m1.058.23S5PD6H121m0.422.29S5PD6H131m3.771.69测定者：西安地矿所测试中心石居里Ｖ号沟铜矿床的矿石成分

从已有资料看，石居里Ｖ号沟矿床已发现矿体呈薄板状，产状与地层整合，主要为铜锌块状硫化物矿石，并且锌含量远高于铜含量，推断形成于远热液喷口位置。今后需注意追寻近热液喷口富铜矿体。石居里Ｖ号沟铜矿床的矿石成分位置样品编号岩矿石名称样长采44

九个泉铜矿床九个泉铜矿床位于该矿化集中区最南部，地表出露褐铁矿、孔雀石、蓝铜矿、铜蓝、胆矾等。含矿岩系为奥陶系阴沟群灰绿色细碧凝灰岩、细碧凝灰岩夹细碧岩、灰绿色细碧岩，局部夹碧玉岩透镜体。

九个泉铜矿床6线剖面图（据甘肃省第四地质队1970，修编）1-第四系残坡积物；2-细碧岩；3-绿泥石片岩；4-细碧岩夹凝灰岩；5-细碧质凝灰岩；6-硅质岩；7-铜矿体；8-铜锌矿体；9-锌矿体；10-钻孔编号该矿床已知矿体形成于远热液喷口位置，而近热液喷口位置的矿体尚未发现，很有可能已被剥蚀掉。恢复近矿层序，从下向上为细碧岩—矿层—细碧岩—矿层—细碧岩—矿层—硅质岩，说明当时海底火山喷发与热液喷流作用交替进行，每次都未能等碧玉岩形成就被火山岩掩埋。

45成矿环境分析

夏林圻等（1996，1998）总结指出，海底块状硫化物矿床的形成几乎无一例外地与拉张环境有关。因为拉张环境下由于地幔柱（或热点）上隆相应岩石圈减薄造成高热流背景，以及拉张环境下地表和浅部存在的巨大火山岩浆体，都可以作为“热引擎”或“热中心”诱发产生形成块状硫化物矿床所必需的海底热卤水对流循环体系。已知有利于海底块状硫化物矿床形成的地质构造环境主要有：①大陆裂谷；②大洋扩张脊；③岛弧裂谷或扩张脊；④弧后裂谷或扩张脊。不同地质构造环境发育不同火山岩，进而控制不同的成矿元素组合。众所周知，裂谷环境发育双峰式火山岩，即主要为基性火山岩和酸性火山岩；扩张脊环境发育蛇绿岩，其中火山岩主要为基性火山岩。以酸性火山岩为成矿母岩时，块状硫化物总体金属元素组合为Cu+Zn+Pb；以基性火山岩为成矿母岩时，块状硫化物总体金属元素组合为Cu+Zn，贫Pb。本区奥陶纪弧后扩张脊和岛弧扩张脊这两种拉张环境，十分发育基性火山岩，是形成铜—锌型块状硫化物矿床的有利背景条件。成矿环境分析46成矿物质来源分析火山成因块状硫化物矿床是海水与火山岩在高热背景下作用的产物，成矿物质必定来源于二者之中。Rona（1983）曾对洋底热泉进行分析，并用海水在350°与玄武岩反应，将与玄武岩反应的热水同普通海水对比表明，Si、Fe、Cu、Zn、H2S、Mn等发生强烈富集。近年，对本区硫化物矿床的研究，获得了相关的同位素信息，可以证明成矿热液与玄武岩、海水的密切关系。（1）硅同位素信息硅同位素对于硅的来源具有一定指示意义。碧玉岩为含有赤铁矿微粒的硅质岩，是典型的含铁硅质岩，属最常见的喷流岩之一。在本区，碧玉岩常与块状硫化物矿石相伴，并且比矿石分布更广。矿石中，石英是矿液中沉淀出的主要脉石矿物。我们曾对石居里典型铜矿床的碧玉岩和矿石中石英进行过硅同位素测定，δ30Si值变化于-0.1‰—-0.9‰之间，平均为-0.4‰（表4）。成矿物质来源分析47表4石居里铜矿区碧玉岩和石英的硅同位素组成样号样品名称产况δ30Si（‰）δ30Si平均值（‰）SD159B37S6PD1B02S6PD1B03S6PD2B02S6PD4B04S8PD1B09S6PD1B05碧玉岩碧玉岩碧玉岩碧玉岩碧玉岩碧玉岩石英远矿近矿近矿近矿近矿近矿矿石中-0.2-0.2-0.1-0.9-0.8-0.2-0.5-0.4据丁悌平（1994）资料，玄武-安山岩类样品（36个）δ30Si值分布于-0.1‰—-1.0‰的范围内，平均值为-0.58‰；花岗岩类样品（50个）δ30Si值数据分布于-0.4‰—0.4‰的范围内，平均值为-0.12‰。人们已对马里亚纳海底黑烟窗的硅质沉淀物进行研究，高于100℃采样点的黑色硅质沉淀物δ30Si值（-0.4‰—-0.6‰）接近玄武岩-安山岩类δ30Si值，证明其硅质来源为海底中基性火山岩。从上述资料对比看，本区铜矿有关碧玉岩和石英的δ30Si值（-0.1‰—-0.9‰）也近似于玄武岩-安山岩类δ30Si值，推断其硅质与中基性火山岩有密切关系。表4石居里铜矿区碧玉岩和石英的硅同位素组成样号48（2）铅同位素信息玄武岩中U和Th含量非常低，因此放射性成因铅非常少；硫化物有类似特点，形成后随时间变化不大。石居里、九个泉典型矿床铜矿石与矿区玄武岩铅同位素组成对比于表5。表5石居里铜矿化集中区硫化物和玄武岩的铅同位素组成序号样号样品名称产地206Pb/204Pb207Pb/204Pb208Pb/204PbμTh/U183106玄武岩九个泉18.40815.49938.2159.273.63290609玄武岩九个泉18.09915.54938.2159.393.79383105玄武岩九个泉18.34015.48538.0649.253.59490410玄武岩石居里17.90215.50837.9629.343.78672814黄铁矿九个泉18.0215.5537.399.393.61573116黄铁矿石居里Ⅵ沟17.5815.5037.329.373.817S6PD1B05黄铁矿石居里Ⅵ沟17.54415.42837.1679.233.608S6PD1B05黄铜矿石居里Ⅵ沟17.58515.41737.0949.203.549S6PD1B08黄铁矿石居里Ⅵ沟17.49915.40537.1109.193.5910S6PD1B08黄铜矿石居里Ⅵ沟17.70615.44037.3589.233.6011S8PD1B04黄铁矿石居里Ⅷ沟17.81415.49837.6029.333.6712S8PD1B04黄铜矿石居里Ⅷ沟17.50215.41037.0819.203.5813S8PD1B02黄铁矿石居里Ⅷ沟18.06815.57338.0929.453.7614S8PD1B02黄铜矿石居里Ⅷ沟17.35515.38336.9939.173.61由表5可知，石居里铜矿石和九个泉铜矿石中黄铁矿、黄铜矿的铅同位素组成同区内玄武岩的铅同位素组成相近，由此为线索推断本区成矿金属主要来源于玄武岩。（2）铅同位素信息序号样号样品名称产地206Pb/49（3）硫同位素信息硫同位组成可为硫的来源提供信息。石居里、九个泉的硫同位素分析结果列于表6。表6石居里铜矿化集中区硫化物的硫同位素组成序号样号矿物δ34S‰产地1S8PD1B02黄铁矿8.88石居里Ⅷ沟2S8PD1B02黄铜矿4.953S8PD1B04黄铁矿7.474S8PD1B04黄铜矿6.925S6PD1B05黄铁矿8.09石居里Ⅵ沟6S6PD1B05黄铜矿7.937S6PD1B08黄铁矿7.908S6PD1B08黄铜矿7.94973116黄铁矿5.61073116黄铜矿6.31172808黄铜矿+黄铁矿1.5九个泉1272814黄铜矿+黄铁矿3.21373107黄铜矿3.8石居里Ⅶ号沟九个泉、石居里Ⅵ和Ⅷ号沟块状硫化型铜矿，属弧后扩张脊火山活动有关的海底热液喷流成矿产物，黄铁矿和黄铜矿的硫同位素δ34S值变化于1.5‰—8.88‰之间。按地质环境考虑海水硫酸盐还原硫和玄武岩中幔源硫两端员不同比例的混合。（3）硫同位素信息序号样号矿物δ34S‰50据Sangster（1976）研究资料，奥陶纪海水硫酸盐δ34S值为27.5‰,该时期海水沉积硫化物δ34S值比海水硫酸盐低约15.6‰，可推算海水还原硫的δ34S值约为12‰；幔源硫的理论值为δ34S=0。将上述1.5‰—8.88‰的值解释为这两个端员的不同比例混合是合理的。总之，矿化剂硫来源于火山岩源与海水源的不同比例混合。

热动力来源奥陶纪岛弧扩张脊和弧后扩张脊，海底幔源火山岩浆活动不仅提供了物源，而且提供了热源。本区火山集块岩、火山角砾岩的存在，证明处于火山活动热中心。火山岩成分属分异型以及有关辉长岩、辉绿岩的存在，均显示有岩浆房存在，可以作为诱发产生形成块状硫化物铜—锌矿床所必需的海底热卤水对流循环体系的“热引擎”。据Sangster（1976）研究资料，奥陶纪海51

成矿作用讨论在奥陶纪弧后扩张脊和岛弧扩张脊环境，海底幔源基性火山岩浆喷发，带来丰富的成矿物质。喷发间歇期，海底的熔岩冷却过程，产生大量裂隙，可导致海水渗滤。扩张脊的高热流背景，特别是熔岩之下存在的浅部岩浆房作为“热引擎”可驱动海底热卤水对流循环。经水岩作用，可以浸出火山岩中多种元素。根据已有实验资料，Si、Fe、Cu、Zn、Pb等元素氯络合物的溶解度均与温度正相关（Davidson,1992），因此富含NaCl的海水加热后，可以有效地萃取矿质；渗滤的海水SO42-被大量地还原为HS-（Rona,1983）。同时，玄武岩发生蚀变，形成细碧岩或细碧质玄武岩。基性火山岩贫Pb，决定了成矿热液贫Pb。成矿作用讨论52含矿热液在“热引擎”推动下，沿熔岩中张断裂系统向上运移，随物化条件改变，在喷流裂隙上部和中心形成块状矿石，包裹断裂中角砾较多时形成角砾状矿石，喷流裂隙下部和边部形成网脉状矿石。如果有热液脉动性变化，可沉淀形成条带状矿石。由于温度控制，产生元素分带现象，从热液喷口由下向上、由近到远，Cu/Zn比值逐渐降低。成矿过程，热液既沉淀硫化物也沉淀硅质，因此石英是最常见的脉石矿物；热液对围岩作用，发生硅化、绿泥石化等蚀变。成矿环境稳定时，溶液中残余SiO2和Fe3+，最终可沉淀为含赤铁矿硅质岩——碧玉岩,覆盖于硫化物矿体之上，如石居里V、VI、VIII号沟矿床。成矿环境不稳定时，缺失碧玉岩，如九个泉矿床。热液缺硫时，直接形成铁矿和/或碧玉岩，不产生块状硫化物。含矿热液在“热引擎”推动下，沿熔岩中张断裂系统向上53

ΣS=10-2mol/kg，NaCl=1mol/kg铁质碧玉岩与硫化物关系图（引自R.R.拉奇，1997）碧玉黄铁矿磁黄铁矿

ΣS=10-2mol/kg，NaCl=1mol/kg碧玉黄54

找矿标志1背景标志海底各类扩张脊是形成塞浦路斯型块状硫化物矿床的有利构造环境，其标志是矿带范围断续出露有蛇绿岩套。例如石居里、九个泉、错沟矿床形成于弧后扩张脊环境；大岔矿床形成于岛弧扩张脊环境。2岩石标志（1）细碧岩类虽然塞浦路斯型块状硫化物矿床归属与海相镁铁质喷出岩有关矿床，但相对原始的玄武岩类一般与矿无缘，只有细碧岩类岩石与该类块状硫化物矿床有着密切的专属性关系。根据目前多数学者的意见，细碧岩类的出现，标志着海水与玄武岩之间水岩反应作用的存在。已研究确认，石居里、九个泉、大岔等矿区都存在有大量细碧岩类岩石。找矿标志55（2）喷流岩类塞浦路斯型块状硫化物矿床为海底喷流成因，而喷流岩与喷流矿常有一定相伴关系，前者比后者在时空分布上范围更大，目标更明显。喷流岩类的出现，标志着喷流活动的存在。本区喷流岩主要为含微细粒赤铁矿硅质岩——碧玉岩,大体有二种产态：一种是脉状碧玉岩，分布于火山—沉积岩裂隙之中；另一种是层状碧玉岩，在火山—沉积岩系中呈透镜状夹层。有些矿床，碧玉岩就是矿体的直接围岩，例如在石居里Ⅵ号沟铜矿床，矿体四周几乎被碧玉岩包围；在石居里Ⅷ号沟铜矿床，矿体顶板为碧玉岩。（2）喷流岩类563矿化标志矿体剥蚀出露时，地表存在硫化物氧化带。氧化带主要矿物为褐铁矿、黄钾铁矾、孔雀石、铜蓝、蓝铜矿、胆矾、石膏等，由硫化矿石氧化淋滤而成，是最直接的找矿标志。本区早期发现的几个矿床均有硫化物氧化带，如错沟、九个泉、大岔东山顶矿床。矿体浅隐伏时，地表常有零星铜矿化与碧玉岩相伴分布。这些矿化，通常是矿体受晚期改造时部分矿质再活化外迁扩散造成的。例如本区规模最大的石居里Ⅵ号沟和Ⅷ号沟铜矿床地表显示零星铜矿化。3矿化标志574化探标志区域或矿区化探测量，存在以铜为主的铜锌套合异常、铜异常；或者重砂测量存在铜矿物异常。例如：在区域水系沉积物测量中，石居里和九个泉铜矿区均位于摆浪红沟—峡沟大山之间的铜异常内；在石居里沟矿区沟系分散流测量中，Ⅵ号沟和Ⅷ号沟（南）矿床之下沟系均有铜、锌分散流异常相伴出现

石居里沟水系分散流Cu、Zn分布图（据甘肃省地质局物探队1972修编）IV号沟铜矿VIII号沟铜矿4化探标志石居里沟水系分散流Cu、Zn分布图585物探标志（1）电法异常硫化物矿体赋存地段，存在低电阻、高激化率异常。这在错沟、九个泉、石居里Ⅵ号沟铜矿床均已得到证实。在有炭质岩石分布的矿区，须注意结合地质情况、基岩原生晕异常或者其它类型（例如重、磁等）异常排除多解性。（2）磁法异常碧玉岩分布地段，一般显示有磁异常。原因在于本区碧玉岩中除含赤铁矿外，还常常含有很少量磁铁矿。高精度磁测在物探勘查中可起一定辅助作用。例如在石居里VI号沟，隐伏矿体分布区存在电、磁组合异常；炭质板岩分布区只有电异常，没有磁异常。5物探标志59海底喷流成矿讲座课件60第三部分典型实例分析2镜铁山式喷流沉积-再造型铜矿(据杨合群赵东宏等)第三部分61早在20世纪50年代，地质工作者们就在北祁连山西段发现和勘查了一批“镜铁山式铁矿床”，例如镜铁山矿田中桦树沟和黑沟大型铁矿床，外围的柳沟峡和白尖中型铁矿床等；八十年代末和九十年代初，又在桦树沟和柳沟峡矿区分别找到了与铁矿共生的中型和小型铜矿床，从而又有了“镜铁山式铜矿床”。这二者由于天然组合关系，也被合称为“镜铁山式铁铜型矿床”。早在20世纪50年代，地质工作者们就在北祁62北祁连西段地质矿产图

北祁连西段地质矿产图63镜铁山式铁矿床（点）：1-柳沟峡；10-桦树沟；12-黑沟；13-小柳沟；14-头道沟；16-上白土湾；17-白杨沟；18-下白土湾；20-西柳沟；21-白尖；23-小柳沟口东；24-金儿泉；25-夹皮沟；26-黄沙泉；29-道龙要公马；31-古浪峡；36-呼兰台；37-南呼兰台沟；38-九个青羊；40-小龙孔；44-龙孔北；45-头道清水。沙龙式铁矿床：34-小沙龙西铁矿床；35-小沙龙铁矿。镜铁山式铜矿床(点)：2-柳沟峡；11-桦树沟；15-头道沟；22-白尖。钨矿伴生铜矿床：19-小柳沟；其它热液铜矿床（点）：3-大洪沟；4-石油河脑；5-石油河上游；6-吊大坂；7-磨石沟;8-磨石沟东岔；9-磨石沟口；27-大拉排；28-班赛尔沟；30-小张龙沟；32-马氏河；33-金龙河;39-南呼兰台;41-小龙口;42-小龙口沟;43-小龙口沟脑镜铁山式铁矿床（点）：1-柳沟峡；10-64研究工作概括：镜铁山式铜矿床是北祁连山西段中元古界地层中条带状铁建造控制的破碎带蚀变岩型铜矿床，对含矿岩系而言属后生矿床。该类矿床从区域范围看具有层控性；从矿田和矿区范围看，矿体赋存部位为构造破碎蚀变带。这类铜矿床的形成经历中元古代裂谷期铜的预富集和加里东造山期铜的再富集作用。研究工作概括：镜铁山式铜矿床是北祁连山西段中65中元古代裂谷期铜的预富集作用—含铜条带状铁建造的形成中元古代裂谷期海底热液沉积作用形成条带状铁建造并使铜预富集其中，为期后的破碎带蚀变岩型铜矿床的形成奠定了物质基础，故此对条带状铁建造的研究有助于查明铜的预富集作用。条带状铁建造的分布在北祁连山西段，中元古界镜铁山式条带状铁建造赋存于镜铁山群的下部层位，以镜铁矿+赤铁矿+菱铁矿+红碧玉的共生组合为特征，沿龙孔大坂——桦树沟——柳沟峡一带断续分布，其中产有镜铁山式铁矿床，镜铁山式铜矿床(点)也受此建造层的控制。（说明：后面会提到继续沿用镜铁山群的原因，可以讨论）中元古代裂谷期铜的预富集作用66若借助铁矿石量(表内+表外)衡量，镜铁山式条带状铁建造在各处发育程度，排序依次为：桦树沟、黑沟(大型)；夹皮沟、柳沟峡、九个青羊、白尖、古浪峡、西柳沟、金儿泉(中型)；头道沟、小柳沟、龙孔(小型)。应当指出，夹皮沟、九个青羊、古浪峡、金儿泉、道龙要公马及龙孔铁矿因多为表外贫矿，目前尚难以利用，在矿产资料中一般将它们列为矿点。若借助铁矿石量(表内+表外)衡量，镜铁山67条带状铁建造的赋存层位

1.镜铁山式镜铁山式条带状铁建造赋存于镜铁山群，在桦树沟矿区研究得最为详细，其岩性主要为一套含有热水沉积物的碎屑岩沉积建造,厚约1700m左右。

条带状铁建造：主要由镜铁矿、菱铁矿、赤铁矿、碧玉、重晶石、铁白云石组成，具纹层状、条带状构造。在整个岩性段中，岩石均不同程度含有铁白云石斑点或结核，也有从底部向上增多的特点，特别是到了顶部出现含铁白云石结核千枚岩。一般认为铁白云石应属于一种热水环境的产物。条带状铁建造的赋存层位条带状铁建造：主要由镜铁矿、菱铁矿、赤68镜铁山条带状铁建造中以碧玉---赤铁矿层为主,向下部菱铁矿层趋于增多,在顶部有较多的重晶石层出现,目前仅在桦树沟矿区重晶石已构成大型工业矿床。整体上，条带状铁建造系由铁碧玉岩、铁白云石、镜铁矿（赤铁矿重结晶产物）、菱铁矿及重晶石等形成的成分层构成，这些成分层又规律地相间排列形成十分典型的层纹状律层构造，层纹宽约0.1—30cm不等，这些沉积韵律在产状上与上下围岩中的层理十分一致，反映出它们系同一沉积环境中的产物。柳沟峡、白尖等矿区条带状铁建造与桦树沟特征类似；夹皮沟、古浪峡、九个青羊等矿区，条带状铁建造与桦树沟矿区的差别主要在于因变质较浅，赤铁矿未能重结晶为镜铁矿。镜铁山条带状铁建造中以碧玉---赤铁矿层为主,向69条带状铁建造的含铜性对于镜铁山式条带状铁建造的含铜性，前人在勘探白尖、桦树沟等铁矿时已有所注意，在当时所采岩芯中，发现有浸染状的黄铁矿、黄铜矿等硫化物，但限于当时工作性质，并未引起足够的重视。直到九十年代，何昌荣(1992)③等在研究桦树沟铁铜矿床时，才对镜铁山群下部层位各岩性段的含铜性进行了定量统计，发现镜铁山群下部层位各地层的含铜性均较高，是世界页岩和深海粘土的几倍至几十倍，并且在各地层中，尤以条带状铁建造的含铜量最高，平均含量可达560×10-6。

③何昌荣，1992，桦树沟铁铜矿床的成矿作用及成因，西北冶金地质科技情报，总第4期。条带状铁建造的含铜性70

桦树沟镜铁山群各岩性段的铜含量(10-6)岩性碳质千枚岩铁碳酸盐千枚岩绿泥石英千枚岩条带状铁建造石英绢云母千枚岩石英岩世界页岩样数7442601758211Cu412.16269.52394.50560.45182.8118.1845据何昌荣(1992)据我们对条带状铁建造观察，发现在条带状铁建造的菱铁矿层中，黄铁矿、黄铜矿等硫化物特别丰富，硫化物呈微层状、微细浸染状或星散状分布于菱铁矿层中，与菱铁矿呈共生关系，显然系同生沉积成因。在区域上也发现各铁矿床(点)的条带状铁建造中的铜含量也相对较高，这表明铜在镜铁山式条带状铁建造中已预富集(见下图)，为破碎带蚀变岩型铜矿床的形成准备了充分的物质基础。桦树沟镜铁山群各岩性段的铜含量(10-6)碳质铁碳酸71条带状铁建造的含铜性

(资料来源：何昌荣，1992；酒泉地调队，1995①；1：20万祁连山幅说明书，1974)

①酒泉地调队王方成等，1995，甘肃省肃北蒙古族自治县柳沟峡铜矿普查报告。条带状铁建造的含铜性72含铜条带状铁建造的地球化学特征

1.主元素条带状铁建造主要由高铁质和高硅质的成分组成，因而也称铁硅质建造。化学成分以高铁(Fe2O3+FeO=17.08％—64.98%)、高硅(SiO2=28.48％—72.66%)、高锰(MnO=0.058％—4.14%)、低铝(Al2O3=0.12％—6.32%)为特征.

镜铁山式条带状铁建造的Al—Fe—Mn成因判别图解(分区据MAdachi等,1986)Ⅰ-生物沉积硅质岩Ⅱ-热水沉积硅质岩从元素地球化学方面分析，Fe、Mn的集中主要与热水沉积作用有关，而铝的富集多属陆源物质参预的结果；对现代洋底热水沉积物的研究也发现其中Fe、Mn含量较高，两者密切伴生。含铜条带状铁建造的地球化学特征从元素地球化学方面732.稀土元素镜铁山式条带状铁建造的稀土元素配分曲线图

条带状铁建造上下围岩的稀土元素配分曲线图铁建造与上下围岩的稀土元素地化特征对比可以发现：它们不论在稀土总量上、分馏程度上还是配分模式上都存在着显著的差异，表明它们并非同一地质作用过程的产物，也说明条带状铁建造不是形成于正常浅海陆源沉积环境2.稀土元素镜铁山式条带状铁建造的稀土元素配分曲线图条743.硫同位素镜铁山式条带状铁建造及其围岩的硫同位素数据列于下面表中。千枚岩中硫化物的δ34S(‰)变化于+8.1—14.0,平均+12；条带状铁建造中同生黄铁矿的δ34S(‰)变化于+9.32～16.7,平均+13.29；与其共生的层状硫酸盐—重晶石的δ34S(‰)变化于+19.7—33.9,平均为+29.76。

在各类层状硫化物矿床中,硫化物的同位素组成与同期海水硫酸盐的硫同位素组成具有一定的差值,这种差值系由硫化物与海水硫酸盐之间的硫同位素分馏造成,前人资料(张理刚，1995)表明,前寒武纪沉积型矿床中的差值为+14.1‰。据此可说明,条带状铁建造及围岩中硫化物的硫主要应来源于同期的海水硫酸盐的还原,但也不排除少量幔源硫的加入。3.硫同位素754.铅同位素镜铁山式条带状铁建及朱龙关群基性火山岩的铅同位素组成对比：表明铅的来源较为单一，在铅构造模式图上，样品投点主要集中于造山带与地幔区,与朱龙关基性火山岩的全岩投影点比较接近，由此可以认为条带状铁建造中的铅应为深部来源铅，与中元古代朱龙关群基性火山岩的关系较密切。镜铁山式条带状铁建造及朱龙关群基性火山岩的铅同位素组成(底图据ZartmanandDoe,1981)4.铅同位素镜铁山式条带状铁建造及朱龙关群基性火山76含铜条带状铁建造的年龄

关于镜铁山群的时代归属几经变动，俞伯达(1997)在参与甘肃省多重地层划分对比研究中，取消蓟县系镜铁山群，将含铁岩系划归长城系朱龙关群的上部，命名为桦树沟组。我们采用Sm-Nd同位素对条带状铁建造进行了测年。据上述研究可知，浅变质的镜铁山式条带状铁建造为海底热液沉积成因，其形成具有同时性和同源性。测年所用样品采自镜铁山矿田条带状铁建造，对所采样品在室内通过显微镜挑选出无陆源碎屑、无微细脉穿插和无明显蚀变的样品作测试对象，构成一条较好的等时线，用λ147Sm=6.54×10-12，求得等时线年龄值为t=1309±80Ma。

根据上述测试结果，我们认为1309±80Ma可代表该区含铜条带状铁建造的原始形成年龄，另外也可重新考虑镜铁山群应属蓟县系（这也是暂时还提镜铁山群的原因）。含铜条带状铁建造的年龄测年所用样品采自镜铁山矿田条带状铁建造77铜的预富集作用讨论

对于镜铁山式铜矿床而言，铜的预富集指的就是含铜条带状铁建造的形成。许多线索表明，该建造是海底热液沉积作用的产物。1.地质构造环境本区中元古界地层，记载了两期火山喷发活动。

早期为朱龙关群火山岩，系拉斑玄武质岩浆喷发产物：徐晓春等(1996)在托勒峡谷北大河剖面采玄武岩和细碧岩，测得Sm—Nd等时线年龄为1770±330Ma；俞伯达(1997)发表肃北县大泉一带基性火山岩Sm—Nd等时线年龄值为1529Ma；毛景文等(1999)从熬油沟采辉绿岩脉，测得其中单颗粒锆石年龄为1840—1784Ma；西安地矿所区调队在柳沟峡北侧红坑子幅(1:5万)区调测得基性火山岩Sm—Nd等时线年龄1810±290Ma。这些数据说明，本区在中元代长城纪时，幔源岩浆喷发活动非常强烈。

晚期火山岩为碱性玄武质岩浆喷发产物,根据从东水峡地区采样分析所获得Sm—Nd等时线年龄为1032.7±64.9Ma，时代应为蓟县纪末期。夏林圻、夏祖春等(1999,2000)已论证指出，北祁连西段元古宙火山岩为大陆裂谷火山作用产物，属大陆溢流玄武岩系。

铜的预富集作用讨论78镜铁山群含铁复理石碎屑岩系沉积于上述两期火山岩喷发之间。镜铁山式条带状铁建造形成于早期火山活动之后不久，其Sm—Nd等时线年龄为1309±80Ma，虽然桦树沟、黑沟、柳沟峡、白尖等矿区没有发现可清楚确认的火山物质，但与之相同层位的夹皮沟、九个青羊、古浪峡条带状铁建造中均发现有凝灰质(杨化洲等，1991)从上述关系可知，条带状铁建造有关铜的预富集作用也应发生于中元古代裂谷构造环境。根据已有资料分析，在当时的裂谷盆地内，朱龙关群火山岩沿陆壳拉张减薄程度最大（甚至出现洋壳）的海槽中心地带喷发分布。

镜铁山群碎屑岩系上覆于朱龙关群火山岩之上，在沉积盆地中心为连续沉积关系，但分布范围大于火山岩，在盆地边部可直接超覆于陆壳基底上，据桦树沟矿区钻孔资料(毛景文等,1999)，镜铁山群含铁碎屑岩之下，有北大河群变质岩系。从镜铁山群地层陆源碎屑中锆石特征看,按桦树沟小柳沟和夹皮沟九个青羊和古浪峡的方向，其磨圆度变化为:半浑圆柱状—半浑圆——浑圆状(杨化洲等，1991)，也可证明含铁岩系下伏朱龙关群火山岩发育的地段近裂谷盆地中心，火山岩缺乏的地段为盆地边缘。镜铁山群含铁复理石碎屑岩系沉积于上述两期火山792.物质来源

中元古代早期火山岩为矿质来源提供了物质条件。据1:20万祁连山幅区域地质调查报告(1974)统计数据，朱龙关群火山岩的铜含量，玄武岩(68个样平均)为80×10-6，安山玄武岩(8个样平均)为101×10-6，细碧岩(8个样平均)为54×10-6。安山玄武岩与玄武岩对比表明，火山岩分异程度越高，铜含量也越高。细碧岩同前二者相比，铜含量明显降低，可知本区火山岩在细碧岩化过程中，铜可以活化迁出。世界各类岩浆岩的铜含量，以基性岩最高(Cu80×10-6—100×10-6)，超基性岩(Cu10×10-6—20×10-6)、中性岩(Cu5×10-6—35×10-6)及酸性岩(Cu10×10-6—30×10-6)均较低。因此，海底基性岩浆喷发作用也是铜从地幔向海底最有效的迁移过程。裂谷内同生断裂比较发育，有利于形成深循环的水—热系统。深循环的水热流体，经水岩作用，可以浸出火山岩中多种元素。根据前述实验资料，Si、Fe、Cu、Zn、Pb等元素氯络合物的溶解度均与温度成正比，因此富含NaCl的海水渗滤加热后，可以有效地萃取矿质。2.物质来源80由于温度梯度和氧化还原条件的控制，喷流成矿的元素分带，自热中心向外依次为CuZnPbFeBa。本区条带状铁建造，以Fe、Ba为主要成矿元素，属远喷流中心沉积相，因而Fe、Ba矿层规模较大、品位较高的矿床往往并不在火山岩最发育的地段，而是分布于其外围。同时，由于物化条件的波动变化，碧玉、赤铁矿、重晶石、铁碳酸盐条带交替沉积，硫化物相分散于铁碳酸盐条带中或呈纹层出现，Cu初步富集其中，未能形成独立的块状硫化物矿床。王军升(1995)研究发现，镜铁山式条带状铁建造层位，具有Co、Ni、Cr、V、Ti等基性火山岩特征元素组合异常；周涛发等(1997)研究证明，镜铁山式条带状铁建造与朱龙关群火山岩之间的微量元素配分曲线十分相似。这些线索都说明，海底热卤水活化了朱龙关群火山岩中多种元素，迁移富集于条带状铁建造中。镜铁山式条带状铁建造(A)与朱龙关群火山岩(B)微量元素配分曲线图(据周涛发等，1997)由于温度梯度和氧化还原条件的控制，喷流成矿的元81

关于硫化物中硫的来源，按地质环境考虑海水硫酸盐还原硫和基性火山岩中幔源硫两端员混合模型。已知本区层状产出的重晶石34S变化于19.7‰-33.9‰，平均29.8‰，按前寒武纪沉积硫化物与海水硫酸盐的差值14.1‰(张理刚，1985)推算，当时海水还原硫的34S值变化于5.6‰-19.8‰，平均15.7‰；基性火山岩中幔源硫的理论值为34S=0。这两端员以不同比例混合，所产生硫化物的34S值不超出0—19.8‰的范围，平均值不超15.7‰。根据镜铁山式条带状铁建造中黄铁矿34S值变化于9.32‰-16.7‰，平均13.3‰，千枚岩中黄铁矿34S变化于8.1‰-14.0‰，平均12‰，判断其硫的来源以海水硫酸盐还原硫为主，但有幔源硫加入。关于硫化物中硫的来源，按地质环境考虑海水硫酸823.热动力来源不论是幔源岩浆喷发将铜从地幔迁向海底，还是海底热卤水再萃取火山岩铜沉积于条带状铁建造，热动力都至关重要。夏林圻、夏祖春等(1999，2000)运用同位素和微量元素方法揭示本区元古宙裂谷火山岩派生于岩石圈之下的地幔柱源，同时显示有大陆岩石圈组分卷入。朱龙关群火山岩Mg/(Mg+Fe2+)原子比值变化于0.42-0.61之间,显著低于人们通常认为的原生玄武岩浆比值(0.68-0.75),表明喷发的为已分异岩浆。这种分异说明有中间岩浆房存在。中元古代早期火山活动之后，尽管幔源岩浆的喷发暂时停止了，但热的作用并未停止。炽热的火山岩、未完全固结的岩浆房、潜伏的地幔热柱都在散热。镜铁山群地层中热水活动指示矿物铁白云石比较普遍就是热异常环境的证明，条带状铁建造更是海底热液强烈喷流活动的表现。

归根到底，中元古代裂谷期铜预富集的热动力总来源为地幔热柱。3.热动力来源83加里东造山期铜的再富集作用

—镜铁山式破碎带蚀变岩型铜矿床的形成20世纪80年代中后期，西北冶金地勘局第五地质队对镜铁山桦树沟铁矿西段进行补充勘探时，在条带状铁建造层位附近FeⅤ矿体北侧发现铜矿体，初步探明铜金属储量22万吨，已达中型规模；随后甘肃地矿局也在该层位发现了柳沟峡小型铜矿床。这些发现使得北祁连山西段找铜取得了一定的突破，引起了地学界的极大关注，先后有多家生产、科研单位对矿床进行了工作，积累了丰富的地质资料。我们通过研究，将该类矿床确定为条带状铁建造有关的破碎带蚀变岩型铜矿床。加里东造山期铜的再富集作用84

(一)镜铁山式铜矿床的分布镜铁山式铜矿床(点)均分布于中元古界蓟县系镜铁山群地层中，与条带状铁建造的关系密切，已知的桦树沟中型铜矿床、柳沟峡小型铜矿床、白尖铜矿点无一例外，在区域上具有明显的层控性。(二)矿床地质特征在北祁连山西段，镜铁山式铜矿床以发现最早、规模最大的桦树沟铜矿床为典型代表。1.桦树沟铜矿床(1)赋矿地层桦树沟铜矿床赋存地层为中元古界镜铁山群的下部层位，矿区地层以条带状铁建造为标志构成一个较大型的复式主向斜褶皱，其南翼又形成两个次级向斜和次级背斜。铜矿主要分布于主向斜北东翼，受走向断层F10控制，其赋矿围岩为此断裂带穿过的地层，主要有炭质千枚岩、灰绿色千枚岩和铁碧玉岩。赋矿岩石均不同程度地发生破碎及热液蚀变，炭质千枚岩变为石墨(炭质)石英绢云母千枚岩，灰绿色千枚岩和钙质千枚岩变为碳酸盐化石英绢云母千枚岩。(一)镜铁山式铜矿床的分布85桦树沟铁铜矿区地质略图(据甘肃冶金五队，1996；毛景文等，1999；修编)黑灰色千枚岩；2-灰绿色千枚岩；3-钙质千枚岩；4-炭质千枚岩；5-绢云母千枚岩；6-石英岩；7-铁矿体；8-铜矿体；9-石英闪长斑岩脉；10-断层编号；11-勘探线及编号桦树沟铁铜矿区地质略图86

桦树沟铜矿床剖面略图（据西北冶金地勘局，1992）1.含铁白云石千枚岩；2.含碧玉条带千枚岩；3.铁矿体；4.铜矿体；5.石英闪长斑岩；6.断层及编号注意：F10控矿；石英闪长斑岩相伴注意：87(2)控矿构造矿区断裂构造比较发育。早期压扭性的走向断层,规模最大,与地层走向近于平行,但在倾向上,多与地层斜交,属压扭性推覆逆断层或逆冲断层,这类断层多形成于褶皱作用的晚期,并为铜的再富集所利用，其中以F10断裂为代表。F10属矿区早期压扭性断层，走向约300°—310°，与区域构造线相一致，和地层走向大致平行，规模较大，长度大于1400m，宽2.8—64.6m,倾向210°—220°，倾角60°—85°，断面呈波状，在倾斜方向上与地层斜交，且造成地层局部缺失，使条带状铁建造与不同地层接触。(2)控矿构造88(3)岩浆岩矿区内岩浆活动以脉岩显示，仅发育石英闪长斑岩脉及辉绿岩脉。石英闪长斑岩脉沿北西向断裂侵入于条带状铁建造及千枚岩中，且引起条带状铁建造局部重结晶和围岩蚀变。斑岩脉长约10—820m，厚0.5—12m,在控矿断裂破碎带中往往平行铜矿体分布。辉绿岩脉多产于矿区两侧的断裂带中,早期呈细粒状,晚期为粗粒状。从空间关系看，前一类脉岩与铜矿化关系密切。(3)岩浆岩89(4)矿体特征

桦树沟铜矿床沿F10断裂构造破碎蚀变带分布，已知矿化范围东西长1010m，宽12—60m，延深约500m。根据赋矿主岩及矿石结构构造，可划分出两个铜矿化带，即破碎铁碧玉岩型铜矿化带和蚀变千枚岩型铜矿化带，两者紧密相邻，组成一整体。目前在两矿化带中共圈出8个铜矿体，其中前一矿化带中6个，后一矿化带中2个。(4)矿体特征90海底喷流成矿讲座课件91(5)围岩蚀变桦树沟铜矿床在宏观上最引人注目的是矿床的退色化蚀变极为强烈，蚀变带与F10断裂带相吻合，宽约12—70m，长可达2000m以上，成为最直接的找矿标志。蚀变在破碎铁碧玉岩型矿化带中主要表现为硅化、铁碳酸盐化等；在蚀变千枚岩型矿化带内，表现为强烈的绢云母化、硅化和相对较弱的绿泥石化、铁碳酸盐化。(5)围岩蚀变92(6)稀土元素将铜矿石的稀土元素特征与条带状铁建造及其顶底板千枚岩的相比,可以获得如下信息:铜矿石的稀土元素配分型式与条带状铁建造的极为相似，而与千枚岩的差别较大，这种特点，反映了铜矿石对条带状铁建造具有明显的继承性，暗示成矿物质主要来源于条带状铁建造，或者说条带状铁建造是铜的矿源层。铜矿石与条带状铁建造的稀土元素总量具有明显的差别，前者稀土总量可达后者的数～数十倍，这种差别说明它们的稀土元素经历了不同的演化历史，是不同地质作用的产物。

镜铁山式条带状铁建造有关的铜矿石，稀土元素特征具有明显的相似性，吻合于这些矿床均属于同一类型的矿床，即破碎带蚀变岩型矿床。(6)稀土元素93桦树沟铜矿石稀土元素配分曲线图

镜铁山式条带状铁建造的稀土元素配分曲线图

在破碎碧玉岩型铜矿石中,从细脉、网脉状→脉状→团块状矿石，这种稀土元素增高趋势更为明显，部分团块状矿石中发现有稀土元素矿物(磷钇矿)存在(袁万春，1998)。桦树沟铜矿石稀土元素配分曲线图镜铁山式条带状铁建造的稀土元94(7)硫同位素桦树沟铜矿床已积累了许多硫同位素数据，铜矿石中硫化物的δ34S(‰)的变化范围较大，一般变化于7‰—26‰之间,且以9‰—19‰之间为主,平均15.8‰，矿石以富34S为特征。硫同位素这种大范围的变化,表明矿石中的硫并非单一来源。与条带状铁建造硫化物δ34S变化于9.32‰—16.7‰和平均13.29‰相比，大致接近，但重硫比例进一步增高，尤其是个别值达23‰和26‰，已知附近特别富重硫的物质只有重晶石，由此推断再造成矿过程，硫除了主要来源于条带状铁建造的硫化物，还有重晶石中的硫被还原参与成矿。(7)硫同位素958.氢氧同位素杨化洲等(1991)，姬金生等(1996)，周涛发(1999)分别对桦树沟矿床晚期热液再造过程形成的脉状产出的石英进行过氢氧同位素测定，18D(‰)为直接测定结果，变化于-57~-69.8之间，18O利用Clayton(1972)提出的石英与水氧同位素分馏公式计算获得。薛春纪等(1997)对桦树沟铁铜矿床中主要脉石矿物(石英、铁白云石、重晶石等)进行流体包裹体均一法测温研究后指出，在均一温度—频率曲线图上显示出主次两个众数峰：主峰温度在100-200C，平均175C，代表了主期沉积成岩成矿温度；次峰温度在290-300C之间，平均为294C，代表后生再造成矿温度。据此求得18O(‰)变化于+2.29-+9.17之间。8.氢氧同位素96桦树沟铜矿再造成矿流体D-18O(‰)图解

桦树沟铜矿再造成矿流体D-18O(‰)图解975.氦同位素由于地壳(3He/4He＝0.01～0.05Ra，Ra为空气的3He/4He值)和地幔(3He/4He＝6～9Ra)的3He/4He值存在高达近1000倍的差异，因此，即使地壳流体中有少量幔源He的加入，用He同位素也易于判别出来(胡瑞忠等，1997)。我们从桦树沟矿区破碎铁碧玉岩型铜矿石(样号7J－14)中选取黄铁矿单矿物，送中国地质科学院矿床所进行包裹体He同位素组成测定，获得3He/4He＝0.3×10-8，4He(cm3STP/g)＝11.58×10-6(测定者：李金城)。从已发表数据看，地球各圈层的3He/4He值，大气圈为1.40×10-6，地壳为4×10-8，上地幔为1.16×10-5，下地幔4×10-5(孙明良等，1997)。据此推断，桦树沟铜矿再造成矿的流体为壳源流体，没有幔源流体显示。氢氧同位素信息已表明，该矿床再造成矿流体以岩浆水为主。已知桦树沟矿区范围的岩浆岩有两类，一类为辉绿岩脉，由中基性岩浆侵入形成，应为幔源产物；另一类为石英闪长斑岩脉，由酸性岩浆侵入形成，应为壳源产物。由此推断成矿流体中的岩浆水与石英闪长斑岩脉相联系的中酸性岩浆有关。5.氦同位素98成矿时代虽然该类铜矿床赋存于中元古界地层，并与条带状铁建造关系密切，但铜矿体明显受褶皱相伴的断裂构造控制，围岩蚀变强烈。根据杨化洲等(1991)研究，桦树沟典型矿区发育三期构造面理(片理S1,褶劈理S2，膝折S3)，并认为其反映了加里东旋回构造作用。在蚀变千枚岩型铜矿石中最常见的就是石英与硫化物细脉沿千枚理(S1片里)贯入，同时又可观察到后来又受到褶劈理(S2面理)的改造，矿脉随千枚理一起被褶皱，说明铜矿就位于加里东造山期。在桦树沟矿区，石英闪长斑岩脉沿S1片理方向的断裂侵入，并受S2片理化作用(杨化洲等，1991)与铜矿的形成在同一时间段。根据氢氧同位素和氦同位素信息，成矿流体中的岩浆水与壳源岩浆有关。说明铜矿床矿化期与石英闪长斑岩脉的侵位时间基本吻合。因此我们首选石英闪长斑岩脉进行测年。成矿时代99

桦树沟石英闪长斑岩脉锆石U-Pb同位素年龄谐和图

由图可见，下交点主要由1、2组锆石的数据点所确定，且很接近谐和曲线，1、2组锆石的自形度最好，表面看不到磨蚀痕迹，说明它们绝大部分系岩浆锆石，由此确定的下交点年龄可比较准确地代表岩脉的侵位年龄，3、4组锆石的晶形相对较差，其中可能有捕获下部老地层中的锆石，或继承性锆石，由此确定的上交点年龄应代表捕获锆石的生成年龄或下伏地层的年龄。采用单颗粒锆石U—Pb法所测岩脉年龄为476±15Ma。桦树沟石英闪长斑岩脉锆石U-Pb同位素年龄谐和图100热液再造成矿作用讨论1.成矿环境镜铁山式蚀变岩型铜矿床位于北祁连山西段加里东褶皱带内，赋存于中元古代镜铁山群中，由含铜条带状铁建造再造形成破碎带蚀变岩型铜矿的时代为加里东期，t=476±15Ma。关于北祁连山构造演化历史，夏林圻、夏祖春等(1999)对其作了精辟的论述：自元古代开始，在古陆壳基底上发生裂谷拉张，到寒武纪形成完善的裂谷，裂谷作用的进一步加强，至寒武纪末期到早奥陶世，大陆发生裂解形成洋盆，随着洋盆扩张，大洋板块冷却，逐渐变得致密起来，继而自南西向北东方向华北大陆板块之下俯冲，这种俯冲作用几乎穿了整个奥陶纪始末(486—445Ma)。镜铁山—柳沟峡地区处于俯冲形成的增生杂岩带内的前寒武纪变质块体上(许志琴、1997)，在俯冲过程中，产生一系列中酸性岩浆侵位，镜铁山式破碎带蚀变岩型铜矿床就形成于上述地质构造环境中。热液再造成矿作用讨论1012.成矿物质来源镜铁山式破碎带蚀变岩型铜矿床的成矿物质主要来源于有关含铜条带状铁建造，但活化再造过程，也有少量其它来源物质加入，其依据如下：①镜铁山式条带状铁建造中初步富集铜、硫等矿质，含量显着高于上下地层，并多呈易活化状态，有能力提供矿质；②镜铁山式铜矿床对条带状铁建造具有明显的依赖性，只产于该建造内部和邻近的破碎蚀变带；③铜矿围岩蚀变以硅化、铁碳酸岩化、绢云母化最为常见，除绢云母为原地组份的重结晶，硅质和铁碳酸盐正是条带状铁建造中含量丰富且易活化的主要组份；④铜矿石与含铜条带状铁建造相比，稀土元素配分型式相似，多为中稀土上凸型，总量明显增大；硫化物δ34S相近，但重硫比例增高，甚至有高达26%的值，黄铜矿—黄铁矿间分馏很小，只有用重晶石硫的还原加入解释；硫化物铅同位素比值部分地相近，部分地有放射成因铅加入。这些特点均反映成矿物质一定的继承性和活化再造双重信息。2.成矿物质来源1023.热源条件加里东运动不仅造成了区域地层的动热变质，而且使得地热梯度增高，这应为成矿的热源之一；另据遥感影象解译资料，在小柳沟--镜铁山地区发育有大型环形构造，已证实小柳沟地区有花岗岩体隐伏于地下约450m的深处，在地表仅见少量石英闪长斑岩和花岗斑岩脉发育；那么与小柳沟毗邻的镜铁山地区的地质情况与小柳沟极为类似，推断其下也存在大型中酸性岩体。由此认为隐伏的中酸性岩体应为矿床形成的主导性热源。

3.热源条件1034.构造条件对蚀变岩型铜矿床来讲，构造属成矿的重要条件之一，它不仅为成矿热液提供了循环通道和成矿空间，而且使矿源中的Cu处于高位能状态，有利于被浸出进入成矿热液中，只有在物源、热源、构造条件三者有机地配合在一起时，才可能成矿；在矿区沿条带状铁建造内部及旁侧发育的压挤性断裂带，为成矿的有利构造条件，这种断裂构造的活动，有利于含矿热液就近浸出条带状铁建造中的Cu等成矿物质并沿断裂带循环，在合适的部位沉淀下矿质，形成铜矿床。4.构造条件104镜铁山式铜矿床成矿模式图

镜铁山式铜矿床的形成经历了两个阶段的演化过程：第一阶段，中元古代裂谷期铜的预富集作用：形成富含Fe、Cu、Si、Ba的条