内蒙古陈台屯铜矿区斑岩型铜矿化的形成与分布

内蒙古陈台屯铜矿区斑岩型铜矿化的形成与分布

内蒙古陈台屯铜矿带是一个带斑岩铜矿的矿区。位于内蒙古突泉县莲花县以北2公里（东经1152，北纬4537）。20世纪70～80年代,吉林省第三地质调查所(1981)在对莲花山脉状铜银矿床的外围开展勘查工作的过程中,首次在陈台屯附近发现了具有斑状、似斑状结构的中酸性侵入体和浸染状、细脉浸染状的铜矿石。由于斑岩型铜矿体的品位较低,考虑到当时铜金属的价格,后续的勘查和矿山开发工作主要集中于莲花山脉状铜银矿床,而没有继续针对斑岩型铜矿体开展更多工作。2010年,中铁资源地质勘查有限公司在前人工作的基础上开展了系统性的地质、地球物理勘查工作,分别从水平方向和垂直方向上查明了矿区的地球物理特征,并通过施工钻探,控制了斑岩型铜矿体的规模,明确了陈台屯矿区斑岩型铜矿床的找矿前景。本文综合研究了陈台屯斑岩铜矿区的地质、地球物理特征,论述和提出了矿区找矿方向,为进一步勘查工作提供了科学依据。1区域地质背景和矿床地质特征1.1区域地质格局矿区位于大兴安岭中段东缘,东距嫩江大断裂和松辽盆地约30km(图1)。区域地层包括古生界二叠系火山岩,中生界侏罗-白垩系火山沉积岩系和新生界第四系,整体缺失三叠系。区域侵入岩以二叠-侏罗纪的中酸性侵入岩为主,局部有规模较小的基性-超基性岩体出露。受北北东向的嫩江断裂和大兴安岭-太行山断裂的影响,区域构造格局总体上为北北东向(吉林省地质矿产局,1989;内蒙古自治区地质矿产局,1991;王京彬等,2000;刘建明等,2004;),而局部发育的北西向次级断层及裂隙则控制了脉状矿体的产状和分布(刘光海等,1994;肖丙建等,2008)。1.2陈台斑岩体矿区全为第四系所覆盖,地层和岩浆岩均是由钻探工程揭露的。矿区地层自下而上包括古生界下二叠统大石寨组(P1d)灰黑色凝灰岩、深褐色安山岩、角砾状安山岩、安山质角砾岩等,中生界侏罗系万宝组(J2w)灰白色砂砾岩、凝灰质砂岩、变质粉砂岩等,侏罗系呼日格组(J2h)灰白色英安质凝灰熔岩、流纹斑岩和第四系(吉林省第三地质调查所,1981)。其中,大石寨组火山岩是含矿斑岩体的围岩,也是部分浸染状、细脉浸染状和部分脉状矿体的赋矿围岩,万宝组碎屑沉积岩则是脉状铜矿体的主要赋矿围岩。矿区内中酸性岩浆侵位活动较为频繁,但均未出露于地表,是通过钻探工程揭露的,其主要岩性包括闪长岩、闪长玢岩、斜长花岗斑岩、石英闪长玢岩和蚀变石英斑岩。其中闪长岩和闪长玢岩呈岩基状产出,与二叠系大石寨组火山岩为侵入接触关系,斜长花岗斑岩、石英闪长玢岩和蚀变石英斑岩则组成了陈台斑岩体(图1)。陈台斑岩体是一个侵入于闪长岩岩基、具斑状结构的花岗质侵入岩岩株,位于矿区中部的陈台屯北侧,与矿区斑岩型铜矿化作用的关系最为密切,从交切关系来看,陈台斑岩体的形成略晚于闪长岩岩基。其中,蚀变石英斑岩是最主要的赋矿岩石,位于石英闪长玢岩的顶部,灰白色-灰黄色,斑状结构,斑晶主要由石英组成,直径约3～5mm,基质主要由隐晶质石英和长石组成,暗色矿物较为少见,岩石具强烈的黄铁-绢英岩化蚀变。蚀变石英斑岩常被复杂的、网脉状交错的石英细脉和硫化物细脉所穿插。石英闪长玢岩位于蚀变石英斑岩的下方,灰白色,斑晶为石英及斜长石,基质为隐晶质斜长石和石英,斜长石常被蚀变为高岭石,局部见少量黄铜矿化;斜长花岗斑岩中未见矿化,肉红色,斑晶以石英为主,基质由隐晶质钾长石、斜长石和石英等矿物组成,暗色矿物以角闪石和黑云母为主;前人测得陈台斑岩体的同位素年龄为～171.7Ma(吉林省第三地质调查所,1981;方法不详)。1.3脉状矿化作用目前矿区内发现了两种铜矿化类型,一种是分布于矿区中部的斑岩型铜矿化,另一种是位于矿区西部的脉状铜矿化(王京彬等,2000;冯建忠等,2000;高友库等,2005;肖丙建等,2008),由于这两种矿化作用所形成的围岩蚀变类型和分带特征有所不同,以下分别介绍这两种矿化类型的矿化特征与围岩蚀变。斑岩型铜矿化分布于矿区中部的陈台屯以北,分布于陈台斑岩体与大石寨组火山岩的内外接触带内。黄铜矿是最主要的矿石矿物,另有少量黝铜矿、斑铜矿、辉铜矿等。在斑岩型铜矿体中,铜的硫化物主要以浸染状、细脉浸染状和星点状赋存于陈台斑岩体的蚀变石英斑岩中,其次见于石英闪长玢岩和大石寨组火山岩中。黄铜矿等硫化物或赋存于石英细脉中,或呈细脉状、浸染状直接赋存于围岩中。与斑岩型矿化相关的围岩蚀变作用强烈,蚀变类型包括绿泥石化、方解石化、硅化、绢云母化、黄铁矿化、高岭石化、黑云母化、钾长石化等。若以陈台斑岩体为中心,各种不同的蚀变作用从上到下、由外及内具有明显的分带现象:(1)最外层为青磐岩化带,主要蚀变矿物为绿泥石和方解石,绿泥石和方解石常以错综复杂的细脉状穿插于大石寨组火山岩中,部分斑岩型矿体已经延伸到青磐岩化带中;(2)第二层为泥化带,主要表现为围岩中的斜长石被蚀变为高岭石等粘土类矿物,泥化带多分布在黄铁-绢英岩化带的外围,但局部地段青磐岩化带直接与黄铁绢英岩化带相接,缺失泥化带;(3)第三层为黄铁-绢英岩化带,主要蚀变矿物为石英、绢云母和黄铁矿,其中石英含量可超过50%,以网脉状穿插于围岩中,黄铁矿与黄铜矿以浸染状和细脉浸染状分布于围岩中。黄铁-绢英岩化带是斑岩型铜矿体最主要的赋矿层位,围岩岩性主要为石英斑岩;(4)最底层为钾化带,主要蚀变矿物为钾长石和黑云母,钾化带内基本上不含铜的硫化物,原岩为斜长花岗斑岩、闪长岩或闪长玢岩。上述4条蚀变带基本上按照青磐岩化带、泥化带、黄铁-绢英岩化带和钾化带的顺序,由上到下、由外及内形成于陈台斑岩体的围岩和内部,但受岩性变化及岩浆和热液的多期活动影响,局部有某些蚀变带的缺失,各蚀变带之间也有相互穿插的现象。脉状矿化见于矿区西部陈台屯的西北方向,围岩为侏罗系万宝组沉积岩和二叠系大石寨组火山岩,其矿化特征表现为含黄铜矿、黄铁矿、白铁矿、闪锌矿和毒砂等硫化物的石英脉充填于围岩的构造裂隙中。与脉状矿化作用相关的围岩蚀变同样具有分带特征,但与斑岩型矿化的蚀变类型和分带规律则完全不同,具体表现为:(1)在紧邻脉状矿体两侧的围岩,形成了强烈的黄铁-绢英岩化蚀变,蚀变矿物为大量绢云母、黄铁矿和少量石英;(2)在绢云母化带外围的无矿化段,则以弱的绿泥石化和方解石化蚀变为主,表现为弱青磐岩化的特征。前人研究表明,脉状矿化应该与斑岩型矿化属于同一期斑岩成矿作用在不同空间位置的产物(内蒙古自治区115地质队,1991;刘光海等,1994)。1.4矿体及产状控制目前的勘查工作已经发现5个斑岩型铜矿体(①～⑤)、3个脉状铜矿体(⑥～⑧)和其他一些小矿体。斑岩型矿体位于矿区中部,呈似层状产出于陈台斑岩体的蚀变石英斑岩、石英闪长玢岩和大石寨组火山岩中,而蚀变石英斑岩是最主要的赋矿围岩。矿体走向全为NNW-SSE向,略向南端倾伏,矿体沿走向方向长约200～360m,倾向南东,倾角较缓0～10°,沿倾向方向延深约160～230m(两端未封闭),矿体真厚度为2～25m,平均厚度约10m。脉状矿体位于矿区西部,以较薄的平直的脉状产出于万宝组沉积岩和大石寨组火山岩中,矿体的产状严格受构造裂隙产状控制,对围岩岩性没有选择性。矿体走向为NW-SE向,长190～280m,倾向南东方向,倾角40°～45°,沿倾向方向延深约150～200m,矿体真厚度在2～5m之间。2矿区的地球物理特征2.1岩石电阻率特征矿区各类岩石和矿石电性参数的测定结果如表1所示。从极化率数据可见,浸染状铜矿石的极化率最高(40.6%),星点状铜矿石次之(11.0%)。而无论是浸染状铜矿石或是星点状铜矿石,其极化率明显高于其他各类未矿化的岩石(1.0%～6.1%),因此,高极化率异常在本矿区可以作为指示隐伏矿体的一项重要依据。电阻率方面,石英斑岩、凝灰质砂岩、变质硅质粉砂岩和凝灰岩的电阻率相对较低,而浸染状铜矿石和星点状铜矿石并没有体现出低电阻率特征,与部分电阻率较低围岩相比,星点状铜矿石的电阻率更高,这是因为在浸染状和星点状铜矿石中,硫化物的含量低且连通性较差,不能形成矿石的低电阻率。在本矿区各类岩石中,闪长玢岩、安山质角砾岩和角砾安山岩的电阻率最高。从矿区各类岩矿石电性参数测量统计结果可以总结出以下几个特征:(1)极化率的高低与岩石的含硫化物的程度具有较好的正相关性,因此,应用高极化率异常寻找隐伏矿体将成为一种有效的找矿手段;(2)由于本区未见连通性较好的块状硫化物矿石,电阻率的高低并不能完全代表岩石的矿化程度,反之,矿区内广泛存在的凝灰岩、凝灰质砂岩、变质硅质粉砂岩等火山碎屑岩和沉积岩,因其具有较高的孔隙度,透水性较好,具有更低的电阻率;(3)不含矿的闪长玢岩、安山质角砾岩和角砾状安山岩常常具有非常高的电阻率,开展勘查工作时可以用高电阻率异常帮助排除一些不具有找矿潜力的区域。2.2极化率异常地质背景及地质意义矿区采用时间域中间梯度激发极化法(简称“激电中梯”)完成了1∶10000平面极化率和电阻率测量,供电电极AB=2400m,测量电极MN=40m,数据接收点间距a=20m,测线间距100m,测线布设方向为NE43°,测量面积约3km2。结合矿区钻探工程的见矿效果,可将异常下限设为4.5%,以圈定异常范围。视极化率平面等值线图显示出矿区内存在两处较为明显的高极化率异常η1和η2,分别位于矿区的西部和中部,矿区东北部和其他地区则为低极化率区(图2)。η1异常呈不规则带状沿NW-SE向展布,长约830m,宽约150～320m,极化率最高值为8.6%,位于钻孔ZK7300西侧。通过对η1极化率异常施工钻探进行验证,在异常下方发现了I-1、I-2和I-3等脉状铜矿体,矿体的走向方向与η1极化率异常的延伸方向一致,同为NW-SE向。据此推测,矿体中的细脉状和浸染状的黄铜矿、黄铁矿等金属硫化物应该是引起η1异常的主要原因。η2异常由一个不规则的主异常和两个小异常沿NW-SE向串珠状分布,总体长约1080m,宽100～330m,北西端略窄,南东端稍宽,极化率最高值为6.0%,位于钻孔ZK5303和ZK74/72之间(图2和图4)。钻探结果表明,η2异常与该区发现的斑岩型铜矿体具有很好的对应关系,多数见矿钻孔位于极化率异常范围以内,而视极化率最高值刚好对应于钻孔ZK5303、ZK74/72和ZK5302深部所控制的①～⑤号斑岩铜矿体。而在极化率异常的范围之外所施工的钻孔则多数为不见矿孔,如ZK6107、ZK70/71、ZK76/71、ZK5715等。由此可见,在激电中梯的有效测量深度范围内,低极化率区推测为不含矿的地质体。2.3小尺度岩石结构平面视电阻率数据是在激电中梯测量的过程中获得的,从视电阻率平面等值线图来看,矿区从南西到北东总体表现为电阻率逐渐升高的特征(图3)。矿区西南部为低电阻率区,视电阻率测量值在270～1000Ω·m之间。钻探结果显示,该地区的岩性为侏罗系万宝组的砂砾岩、凝灰质砂岩、变质粉砂岩等,而该处发现的脉状铜矿体并不在低电阻率异常中心处,矿体的位置、形态和产状等也与低电阻率没有直接关联,这与岩矿石电性特征的测量结果是一致的。由于侏罗系万宝组的凝灰质砂岩、变质粉砂岩、砂砾岩等岩石的孔隙度较高,岩层的含水性和透水性较好,形成了规模较大的低阻体,而该处的脉状矿体由于规模较小、连续性较差、厚度相对较薄等原因,并不能造成明显的低电阻率异常,这一点在CSAMT测深中也得到了证实(见2.4)。矿区中部大面积地区表现为中-低电阻率特征,视电阻率变化在1000～2000Ω·m之间,对应的岩性为二叠系大石寨组矿化或未矿化的安山质火山岩及火山碎屑岩,以及深部隐伏的陈台斑岩体。受岩性变化、岩石中硫化物的含量、岩石裂隙发育程度和蚀变作用的不同,局部可见视电阻率的高低起伏变化。例如,在钻孔ZK5303、ZK74/72和ZK5302之间,视电阻率相对较低(图4),而此处深部刚好为斑岩铜矿体之所在。推测由于斑岩铜矿体发育于陈台斑岩体上方,围岩裂隙较为发育,并伴有强烈的黄铁-绢英岩化蚀变作用,从而形成了较低的电阻率。矿区东北部为高电阻率区,视电阻率测量值在2000～4000Ω·m之间(图4),钻探结果表明,该处高电阻率代表了致密的、不含矿的安山岩、角砾安山岩等火山熔岩和闪长岩、闪长玢岩组成的侵入岩岩基,这与岩石电性参数测试的结果一致。由此可见,由于陈台屯矿区缺少规模较大的块状硫化物矿体,视电阻率的高低主要受岩石孔隙度、裂隙发育程度和硫化物含量三方面因素的影响,低电阻率异常并不一定全由铜矿体所引起。在陈台屯矿区,侏罗系万宝组的沉积地层和斑岩型铜矿体及围岩均可以造成相对低电阻率异常。然而,由于未矿化的、致密的安山质火山熔岩和闪长岩、闪长玢岩岩基常常具有较高的电阻率,因此可以将高电阻区看做不含矿的区域。2.4剖面位置和导矿体的测量结果剖面电阻率测量采用可控源音频大地电磁测深(CSAMT)的方法,由于该方法使用人工场源,具有信号强度大、工作效率高、探测深度大等优点(Sandbergetal.,1982;Zongeetal.,1986;Zoneetal.,1988;李金铭,1996;汤井田等,2005;何梅兴,2009;于泽新,2009;汤井田,2010),近年来已经成为金属矿产、煤、石油、地热的勘查以及深部构造研究的一种常用方法(Parketal.,2007;于昌明等,1998;余传涛等,2010;马振波,2011)。本次工作使用仪器为加拿大凤凰地球物理公司生产的V8多功能电法仪,供电极距AB=1000m,测量电场分量的电极MN平行于AB,收发极距r为7km,其有效探测深度>800m。为全面了解矿区的垂向电阻率特征与各类地质体和矿体的对应关系,沿53和69号勘探线(NE43°)布设了两条CSAMT测量剖面,基本上贯穿了整个矿区,并穿过了陈台斑岩体(图1、图2和图3)和矿区西部及中部的铜矿体。测量结果使用恒达新创地球物理技术有限公司(2010)开发的Pioneer4软件进行一维反演和二维反演。从53线和69线的剖面电阻率二维反演结果来看(图4和图5),矿区深部存在两个低电阻异常(Lρ1和Lρ2)和两个高电阻异常(Hρ1和Hρ2)。Lρ1位于矿区西南部,呈向南西倾斜的板状低电阻体,倾角为20°～35°,平均厚度约为150m,视电阻率值小于300Ω·m之间。经钻探验证发现,Lρ1异常代表了向SW倾斜的万宝组砂砾岩、凝灰质砂岩、变质粉砂岩地层,异常的规模与产状与万宝组地层的产状基本吻合,而与脉状铜矿体的位置、产状和形态没有对应关系(图5)。前文已述及,万宝组砂砾岩等岩石的孔隙度较高,含水性较好,与其他相对致密的火山熔岩和侵入岩相比,可形成较为明显的低电阻异常,这与对平面电阻率特征的地质解释相一致。Lρ2位于矿区中部的浅处,是一个产状近水平状的低电阻体,视电阻率变化在50～300Ω·m之间。钻探验证结果表明,Lρ2低阻体与该处的①、②和③号斑岩型铜矿体的位置和产状大致相同,所对应的岩性为矿化蚀变程度不同的安山质火山岩、石英斑岩、石英闪长玢岩等。岩矿石的电性参数测试结果也表明(表1),含浸染状、星点状硫化物的铜矿石与石英斑岩和斜长花岗斑岩等围岩相比并不具有明显的低电阻率特征,但其电阻率仍明显低于无矿化的角砾状安山岩、安山质角砾岩、闪长玢岩等。因此,Lρ2低电阻率异常很可能是由斑岩型铜矿体和一些矿化、蚀变程度不同的围岩所共同导致的。CSAMT二维电阻率反演剖面上还显示出两个高电阻体Hρ1和Hρ2。Hρ1规模较大,整体位于矿区深部,并在矿区东北部延伸出地表(图4)。钻探结果显示,该高阻体与矿区深部的闪长岩-闪长玢岩岩基的位置和形态大致吻合,而闪长岩或闪长玢岩因岩石结构致密,具有较高的电阻率,据此推测,Hρ1可能代表了矿区深部的闪长质岩基。Hρ2位于矿区西南部的浅处,Lρ1低阻体的上方,其位置和产状刚好与侏罗系呼日格组流纹岩的层位相一致,结合岩石电性测试结果分析(表1),Hρ2应该是由呼日格组流纹岩层所引起。从以上的分析可以看出,在陈台屯矿区,侏罗系万宝组的地层和具斑岩型矿化的石英斑岩、斜长花岗斑岩等均可以形成低电阻率异常,因此,根据低电阻体推测隐伏矿体的位置时要首先区分是哪种地质体造成的低电阻率异常。然而,不含矿的、致密的中酸性侵入岩或火山熔岩往往具有很高的电阻率,可以用高电阻率异常来排除无矿的区域。3寻求创新方向的探索3.1陈台斑岩体岩石学和矿体对于斑岩型铜矿床,具有斑状结构的岩株顶部常常是寻找斑岩铜矿的有利部位(Lowelletal.,1970;Cookeetal.,2005;芮宗瑶等,2006;高合明,1995;冯建忠等,2000;芮宗瑶等,2006;杨志明等,2009),铜的硫化物常呈浸染状、细脉浸染状分布于斑状侵入岩与围岩的内、外接触带中,而斑岩成矿系统的外围则常常发育脉状的铜-铅-锌-银多金属矿体(Panetal.,1999;刘洪文等,2002;叶会寿等,2010)。陈台斑岩体就是侵位于大石寨组火山岩之中的一个具有斑状结构的岩株,矿区内目前已经发现的斑岩型铜体主要集中于陈台斑岩体的顶部,因此,查明陈台斑岩体的形态、产状和延伸方向是在本区寻找斑岩型铜矿体的重要手段。而对于脉状铜矿体,则应根据已知矿体的产状追踪其在走向和倾向方向上的延伸。在矿区中部,陈台斑岩体及外围地区,围岩蚀变具有明显的分带现象,斑岩型铜矿化主要集中于黄铁-绢英岩化带中,泥化带和青磐岩化带则分布于斑岩型矿体的上方或外围,钾化带位于底部,因此,黄铁-绢英岩化带是斑岩型铜矿化作用的重要指示标志,同时,黄铁-绢英岩化也可以作为在成矿斑岩体外围寻找脉状矿体的标志,而钾化带可以作为矿化终止的标志。3.2有关地质意义的测量通过对极化率特征的研究发现,目前矿区内的高极化率异常经过钻探验证多数为含铜硫化物所引起,无论是与斑状侵入岩有关的斑岩型矿化还是充填于构造裂隙的脉状矿化,均与视极化率的高低呈现明显的正相关性,极化率异常可以作为下一步找矿工作的重要目标。在陈台屯矿区的中北部和西部,仍有多处未经钻探验证的高极化率异常,均有可能代表了隐伏的斑岩型铜矿体或脉状铜矿体。此外,由于中梯激电扫面测量的探测深度有限,无法了解矿体或高极化体向深部的延伸情况,可以补充一些频谱激电测深剖面,从垂向上了解高极化体的埋藏深度、形态和延伸方向,从而指导深部找矿工作的开展。在陈台屯矿区,低电阻率异常和高电阻率异常具有不同的找矿指导意义。(1)导致低电阻率异常的原因有二:一是孔隙