（构造地质学专业论文）中条山铜矿峪铁氧化物型矿床地质地球化学特征研究.pdf

硕士学位论文摘要 摘要 中条山铜矿峪矿床是该铜矿区一特大型铜矿床，由于地质情况相 当复杂，该矿床成因类型一直存在争论。本文通过详细研究矿区火山 岩、侵入岩的地球化学特征以及矿床的蚀变类型和分带性特征，并探 讨了其矿床的控矿构造型式及空间分布规律，初步确定了铜矿峪矿床 为铁氧化物铜一金矿床类型。本文着重分析了区域成矿地质背景和控 矿因素；探讨了火山岩与成矿的关系、火山( 岩浆) 成矿作用、成矿地 球化学环境、控岩及控矿构造等方面的特征；依据矿床地质地球化学 特征重新探讨了铜矿峪矿床成因。论文取得以下几点新的认识： ( 1 ) 简要介绍了中条裂谷带的区域构造特征，探讨了裂谷系的演 化关系，认为裂谷构造是成矿的基础地质背景。 ( 2 ) 详细分析了矿区火山岩、侵入岩的岩石地球化学特征，探讨 了火山岩形成的大地构造背景。重新厘定了有利的含矿岩性为碎斑熔 岩。提出矿区与成矿有关的花岗岩为非造山a 型花岗岩，对应于裂 谷张性构造背景。 ( 3 ) 综合分析了矿床的蚀变类型及分带特征，矿石矿物组合及矿 石结构构造特征，提出了铜矿峪铁氧化物铜一金矿床类型，并建立了 新的矿床成因模型。 ( 4 ) 在研究了铜矿峪外围黑崖底一密岔沟地区的火山岩特征、小型 构造特征后，认为黑崖底一密岔沟矿区为薪的找矿靶区。 关键词铜矿峪铜矿，碎斑熔岩，铁氧化物铜一金矿床，a 型花岗岩 中条山 硕士学位论文a b s t r a c t s t u d i e s0 1 1g e o l o g i c a l g e o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f t o n g k u a n g y u i r o no x i d e c o p p e r - - g o l dd e p o s i ti nz h o n g t i a o m o u n t a i n s ，s h a n x ip r o v i n c e a b s t r a c t t o n g k u a n g y ud e p o s i ti s a ne x c e p t i o n a ll a r g eo r ed e p o s i ti nt h e z h o n g t i a om i n e r a l i z a t i o nz o n e b e c a u s eo f i t sg e o l o g i c a lc o m p l e x i t y , t h e o r e g e n e s i s h a sb e e nd i s c u s s e df o r m a n yy e a r s a c c o r d i n g t o c o m p r e h e n s i v e l ya n a l y s e st h eg e o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i co fo c c u r e n c e d v o l c a n i cr o c k sa n di n t r u s i v eg r a n i t i cr o c k sa n dt h eo r ed e p o s ka l t e r a t i o n z o n i n gc h a r a c t e r i s t i c d i s c u s s e st h es t y l eo f i t ss t r u c t u r ea n dt h er o l eo fi t s s p a c i a ld i s t r i b u t i n g ，t h eo r ed e p o s i ti sc l a s s i f i e da s t h ei r o n - o x i d e - c o p p e r - g o l dd e p o s i t ( i o c g ) t h em a i nm e t h o d sa r eu s e di nt h i sp a p e ra sf o l l o w s ：f i r s t , r e g i o n a l g e o l o g i c a lb a c k g r o u n da n dm a i no r e - c o n t r o l l i n gf a c t o r sa r ea n a l y s e d ； s e c o n d l y , t h er e l a t i o nb e t w e e nv o l c a n i cr o c k sa n dm i n e r a l i z a t i o n i s d i s c u s s e d ：t h i r d l y , g e n e s i so fo r ed e p o s ri sd i s c u s s e d ，n e wo r e - f o r m i n g m o d ei sp u tf o r w a r d a c c o r d i n gt oc o m p r e h e n s i v ea n a l y s i s ，t h ea u t h o ro b t a i n e dt h e f o l l o w i n gn e wu n d e r s t a n d i n gt ot o n g k u a n g y u o r ed e p o s i t ： ( 1 ) r e g i o n a lt e c t o n i cs e t t i n g a n di t se v o l u t i o nh i s t o r ya r e i n t r o d u c e db r i e f l y , t h ea u t h o rp o i n to u tt h a tt h er i f ts t r u c t u r ei st h eb a s i c g e o l o g i c a lb a c k g r o u n do f o r ed e p o s i t ； ( 2 ) o c c u r r e dv o l c a n i cr o c k sa n di n t r u s i v eg r a n i t i cr o c k si nm i n i n g a r e aa r ei n v e s t i g a t e d ，s o m eg e o l o g i ca n dg e o c h e m i s t r yc h a r a c t e r i s t i c so f i g n e o u sr o c k s a r ed i s c u s s e di n d e t a i l ，i nc o n c l u s i o n , t r a c ee l e m e n t s d i a g r a m e sd i s p l a yv o l c a n i cr o c k sf o r m e di ne x t e n s i o n a lr i f tt e c t o n i c b a c k g r o u n d ，a n dp r o g r e s s i v e l yt h ea v a l a i b l eo r e - b e a r i n gr o c k si sr e d e f m e d a sp o r p h y r o c l a s t i cl a v ad u et oi t s h i 【g hp e r m e a b i l i t yc o m p a r e dw i t h c o m m o nl a v a s o m eg r a n i t i cr o c k sa r ei n t e r p r e t e da sa - t y p en o n - o r o g e n i c 硕士学位论文a b s t i t a c r g r a n i t e ，a n dt h e ya r ec o r r e s p o n d i n gt or i f te x t e n s i o n a le n v i r o n m e n t ( 3 ) t h eo r ed e p o s i ta l t e r a t i o nz o n i n gc h a r a c t e r i s t i c sa r ed e s c r i b e d ， c o - e x i s t i n go r em i n e r a l sa n do r et e x t u r ea n ds t r u c t u r ea l s oa r es t u d i e di n d e t a i l ，t h e s eg e o l o g i ca n dg e o c h e m i c a lf e a t u r e si m p l i e st h a to r ed e p o s i t t y p ei sc l a s s i f i e da si r o no x i d e c o p p e r - g o l dd e p o s i t ( i o c g ) ，a n dc a nb e c o m p a r e d w i t ht h eo l y m p i cd a mc u a uo r ed e p o s i ti na u s t r a l i a ( 4 ) o nt h eb a s i so fs t u d i e sa b o u tv o l c a n i cr o c k sa n ds m a l l s c a l e a t r u e t m eo fh e i y a d i - m i e h a g o ua r e an e i g h b o u r e dt o t o n g k u a n g y uo r e d e p o s i t ，t h e a u t h o rc o n s i d e rt h i sa r e ai sa p r o s p e c t i v e a r e ab e c a u s e o r e f o r m i n gc o n d i t i o ni ss i m i l a rt ok n o w nt o n g k u a n g y uo r ed e p o s i t k e yw o r d s t o n g k u a n g y uo r ed e p o s i t , p o r p h y r o c l a s t i cl a v a ，i r o n o x i d e - c o p p e r - g o l dd e p o s i t ，a - t y p eg r a n i t e ，z h o n g t i a om t s m 硕士学位论文 第一章前言 1 1 课题来源 第一章前言 本项目来源于山西省地质调查院承担的国家地质大调查项目。山西中条山地 区铜矿资源评价”中的一个子课题“山西中条山铜矿区带地质成矿规律和找矿方 向研究”，项目编码：1 2 1 2 0 1 0 5 3 2 1 0 2 ，项目起始于2 0 0 4 年1 0 月。项目实施为山 西省地质调查院、中南大学地学与环境工程学院、山西省2 1 4 地质队等单位。 1 2 论文选题依据 中条山铜矿区多年来一直是我国主要的铜矿生产基地，矿床类型多、含矿层 位多、成因复杂，成矿条件有利。但经过近半个世纪的开采，储量已明显减少， 同时也不能适应现在国家建设快速发展的需要，因此在中条山铜矿区开展新的找 矿研究和勘探是一项重要而迫切的任务。中条山铜矿峪矿床是该区一个特大型铜 矿床，该矿床属斑岩型铜矿床还是火山喷气沉积变质矿床等等其它矿床类型，一 直以来存在争论。由于其地质情况相当复杂，通过现场的调查研究发现与典型的 斑岩铜矿床类型的地质特征等许多方面存在很大的差异。本文主要通过从铜矿峪 铜矿床的地质特征及地球化学特征、成矿流体的来源等等方面与近2 0 年来国际 上提出的热液铁氧化物铜一金矿床的地质特征各方面进行对比，来探讨铜矿峪铜 矿床的成因。旨在通过研究铜矿峪铜矿床的成因，探讨其矿体的空间分布规律。 从而更有效地指导黑崖底一密岔沟矿区的成矿预溯。 1 3 研究现状 中条山铜矿峪矿床形成的构造背景为元古宙的中条裂谷，其矿床的形成时代 为元古宙。众所周知，元古宙是世界范围内重要的成矿期之一，许多大型一超大型 矿床都赋存于元古宙地层中，而且这些矿床绝大多数形成于古老克拉通基底背景 硕士学位论文 第一章前言 上发育起来的裂陷槽或裂谷构造环境中，主要分布于克拉通的边缘地带“1 。元古 宙的成矿具一定的特点，成矿类型有条带状铁建造、层状铜矿和块状硫化物矿床 等。而元古宙裂谷阶段的另一种类型为热液铁氧化物铜一金矿床类型。该类型其 成矿时代主要在元古宙，这与元古宙地壳演化特征( 地壳厚度增大，地壳演化趋 于成熟) 有关。其形成的构造环境是以伸展构造为主，而在元古宙的大陆内部的 伸展构造又主要是裂谷带，裂谷带的发育是元古宙大陆构造运动的基本方式。具 体到铜矿峪矿床，裂谷活动期具“双峰式”火山岩与岩浆岩侵入体的特征，经初 步研究认为其成矿可能与中酸性岩浆岩侵入体有关，应属于磁铁矿系列的花岗岩 ( 石源舜三嘲“”) ，这是符合热液铁氧化物铜一金矿床形成的地质条件的。可是铜 矿峪矿床范围附近并没有大的岩体出露，但据t m 遥感影像的地质解译“”可得知 铜矿峪矿床正处于区内北东向和北西向两组断裂的交汇处具有小型的环形影像 分布，可能有深部隐伏岩体活动而构成的环形构造，故推测成矿与岩体可能为远 程关系。对于花岗岩体的岩石地球化学特征可参考矿区附近的北峪奥长花岗岩以 及预测区附近的横岭关花岗岩体( 见第二章第三节) 。通过研究发现该矿床其矿体 形态、矿石矿物组合、蚀变分带性等地质方面与世界典型斑岩型矿床的地质特征 并不相符，而且前人提及的矿床成因类型均有些勉强。因此作者初步认为铜矿峪 矿床更应符合于热液铁氧化物铜一金矿床类型“ h i t z m a n 等于1 9 9 2 年提出了铁氧化物c u - u a u r e e 矿床这个概念，并将澳大 利亚的奥林匹克坝矿床、加拿大的韦尔内克( w e r n e c k e ) 山和大熊河( g r e a tb e a t ) 矿区、瑞典的基鲁纳( k i r u n a ) 铁矿、美国密苏里( m i s s o u r i ) 东南铁矿区和我国白 云鄂博矿床都归入了这一松散的类型中。 热液铁氧化物铜一金矿床( 英文为i r o no x i d e c o p p e r - g o l dd e p o s i t s ，缩写为 i o c g 矿床) ，是一组近年认识并颇受矿业界、勘查界和学术界重视的矿床，此类矿 床曾被称为奥林匹克坝矿床。铁氧化物铜一金矿床是一类具许多共同特征但成因 联系不太密切的矿床类型，近来已成为国外铜一金勘探的主要矿床类型之一。 在过去的十多年中，已有多个该类铜一金矿床被发现或已投入生产，如1 9 9 1 年发现的澳大利亚欧内斯特一亨利( e r n e s th e n r y ) 矿、1 9 8 7 年发现的智利坎德拉里 亚( c a n d e l a n a ) 矿、澳大利亚克朗克里( c l o n c u r r y ) 地区的一些铜一金矿床、巴西的 s a l o b o 、i g a r a p eb a h i a a l e m a o 、s o s s e g o 和c r i s t a l i n o 矿床等。该类矿床具有与斑岩 铜金矿体系相似的矿石资源和铜、金品位。它们最基本的共同点是富含有铁氧 化物矿物组合，即作为黄铜矿斑铜矿伴生矿物的热液磁铁矿和( 或) 赤铁矿( 镜 铁矿) 含量高而归为一组的。除含大量铁氧化物和富c u 、a u 夕 ，这类矿床还可不 同程度地富集钴、铀、稀土、钼、锌、银和其他元素。可以产于元古宙克拉通内 或新生代大陆边缘岛弧环境，其周围具火成岩或含蒸发盐层，时空上与之有关的 2 硕士学位论文第一章前言 侵入岩多为磁铁矿系列花岗岩，矿化主要产于近区域主断裂的羽状次级断裂中 部分该类矿床的形成与一定的主岩类型有关，而多数矿床可能由高盐度 h 2 0 - c 0 2 - 盐混合流体的不混溶作用形成，且矿化通常与钾化有关。其矿床与地 层、构造、岩浆岩侵入体，蚀变分带和矿化分带的关系见模型图( 图1 - 1 ) 。值得 注意的是在对该类矿床进行地球物理勘探时需要考虑磁铁矿、硫化物和c u - a u 矿化之间的相互关系。深入研究这类矿床不仅有重要的理论意义，而且具重要的 经济意义。在我国开展对该类矿床的研究将有益于发现新的铜资源基地。 现就热液铁氧化物铜一金矿床的地质背景和特征、有关的侵入体特征、构造 和主岩对矿化的控制作用、矿体特征、矿物和金属组合、围岩蚀变特征、地质一 地球化学特征、矿床成因等方面来分别进行讨论： 囵花琳岩羹琶兰习铰镶质火山糟回幢生花瑚糟荚回r 律 ：刁古考熊密隧鞲西瓤奢厦获岩囹长其震范一者煎圃劈协带，新翟莆 图i - 1 铁氧化物型铜金矿床综合模型图( 据k e r r i c h c ”j 等) r 糖 存铸矿 c m l n k i i i i 疆姥r 卉铁圹 最“避 阳越葛 i ( 1 ) 地质背景和特征 大多数铁氧化物铜一金矿床形成于元古代，该类矿床通常位于克拉通内部或 是大陆边缘环境中，并被认为形成于裂谷阶段几乎所有元古代铁氧化物型矿床 所处的地质环境，都是处于矿化期间或矿化开始之前存在裂谷作用或夭折裂谷作 用的大陆拉张区。与斑岩型铜一金矿床显著不同，铁氧化物铜一金矿床不具与次火 山相侵入杂岩有稳定和紧密的联系，该类矿床往往可以形成在比典型斑岩铜一金 矿化体系范围大得多的地壳中，同时矿化蚀变缺乏清楚的面型蚀变分带，或许是 原生分带性不明显该类矿床具有如下最基本的共同特征： 矿化作用，特别是地壳深部的矿化是受早期存在的构造而由岩浆结晶和热 液形成阶段的构造所控制 3 蕊；|，。；，化；。，i他。!叫；，钟；：i铺； 硕士学位论文第一章前言 矿石中金属矿物以铁氧化物( 磁铁矿和或赤铁矿) 为主，而铁硫化物的含 量较低，一般为铁氧化物的1 2 1 1 0 ，基本不含铅锌的硫化物。 除铜、金外，矿床中常( 但非一定) 富集有钴、钼、铀、稀土、钡和氟。 矿石中常含磷灰石、萤石与菱铁矿等富含p 、f 和c 0 2 的矿物，矿石以浸染 状构造为主。 伴随矿化作用发生强烈的碱交代，尤以钠交代为特征。 此外，绝大多数铁氧化物铜一金矿化区有大量约与矿化年龄相当时间侵入的 镁铁质一中性一长英质侵入岩，且有证据表明这些侵入体为矿化提供了主要的流体 和金属来源。该类矿床通常发育在侵入杂岩体外缘较老的变火成岩或变沉积岩中， 并发育有以钠长石、方柱石、阳起石和单斜辉石为主要矿物组合、早于铜一金矿 化的区域性钠质和或钠一钙蚀变。 ( 2 ) 有关的侵入体特征 与铁氧化物铜一金矿床在时空上有关的侵入岩是磁铁矿系列花岗岩类( 成分 从闪长岩到花岗岩) 。它们通常为多期次侵入的大花岗岩类岩基，有时与玄武质或 超镁铁岩有联系在克拉通内，岩浆是由中下地壳较老火成岩的部分熔融并混入 部分地幔物质而成，这将利于形成低s 、高f 、高c 0 2 h 2 0 比值的岩浆。黑云母和角 闪石分解所需的高温将使难熔矿物如铁钛相矿物和锆石具较高的溶解性，从而导 致岩浆中富集厅、t i 、u 、r e e 等组分，u 和r e e 被强烈分配到富f 的热液中，这可 能是这些元素在克拉通内该类矿床( 如e m e gh e n r y ) 富集的原因。在克拉通内，花 岗岩的侵入和与之相关的铜一金矿化通常发生在高温低压变质过程或在变质高峰 期稍后的阶段。因此，一个侵入体的成矿远景取决于该侵入体的水和其它挥发份 的含量、分异程度、性质及流体释放时间和机制的综合作用 ( 3 ) 构造和主岩对矿化的控制作用 铁氧化物铜一金矿床的矿化作用常受矿化阶段活动的、切穿地壳的区域性深 大断裂构造所控制。这些断裂构造在较深部常同时具有脆性和韧性构造部分，有 时则代表了较老韧性剪切带的活化结果。矿化作用通常发生于区域主构造附近的 羽状次级断裂中，如澳大利亚克朗克里s t a r r a 、m o u n td o r e 、m o u n te l l i o r 等中至 小型的矿床分布区以及智利北部的阿塔卡马( a t a c a m a ) 地区。在相对较小范围内， 矿床可产于如断层错位带、断层接合部、断层和岩层接触带、主断层与次断层结 合部等构造中。热液型侵入角砾岩、破碎角砾岩、破裂带和热液脉体等是相对较 小范围内常见的流体通道。一定类型的主岩可能对矿石形成起了化学控制作用， 如澳大利亚滕南特克里克地区的铁氧化物铜一金矿床和克朗克里地区的s t a r r a 矿 硕士学位论文第一章前言 床似乎是形成在引起岩浆流体还原、进而导致铜和金沉淀及蚀变交代的铁建造部 位。 ( 4 ) 矿体特征 铁氧化物铜一金型矿床的矿体形态比较复杂，主要有三种：第一种是不整合矿 体和角砾岩矿体，受构造控制特别明显。如加拿大育空地区维克多山的角砾岩矿 体呈岩墙状或岩盆状带；澳大利亚的奥林匹克坝矿床是由许多陡倾斜角砾岩矿体 组成，这些角砾岩矿体是延伸状和岩墙状。第二种是整合矿体，产在层状火山岩 和( 或) 沉积岩中的许多铁氧化物矿床，其矿体呈层状或枕状，与围岩呈整合状 最明显的实例为瑞典基鲁纳瓦拉矿体，长4 k m ，厚9 0 m ，向下延伸至少1 5 k m 。第 三种是块状和脉状矿体，这种不规则的矿体，在加拿大大熊岩浆带的铁氧化物矿 床中是很常见，在瑞典北部板状整合矿体下也很发育 ( 5 ) 矿物和金属组合 矿床的不透明矿物以铁氧化物为主，有丰富至少量的磁铁矿和( 或) 赤铁矿 ( 镜铁矿) ，有少量的黄铜矿斑铜矿辉铜矿磁黄铁矿黄铁矿。铜矿物是低 硫的铜矿物，通常是黄铜矿、斑铜矿和( 或) 辉铜矿。铜矿物含量低( 常 o 9 ) ，c u a u 比值变化范围有限 ( 1 0 1 5 x1 吩。有些矿床具金属分带现象。早期的矿物共生组合大都以铁氧化 物为主，接着是铜的硫化物和金为主的晚期组合。 ( 6 ) 围岩蚀变特征 铁氧化物铜一金矿化区多发育有区域性的富n a 、c a 和c l 矿物组合的钠一钙质 蚀变，这些蚀变矿物包括钠长石、阳起石、单斜辉石、方柱石、不定量的磷灰石、 榍石、绿帘石、磁铁矿、赤铁矿和硫化物等。具体到某个矿床可能仅有一种或两 种蚀变，有些矿床早期蚀变可能受到后期次生蚀变的影响这种区域性钠( 一钙) 质蚀变作用可在几十至几百平方公里的范围内强烈发育并与大量不同类型的脆 性和韧性构造有关，有时可有多期蚀变叠加 与铁氧化物矿床伴生的蚀变组合具有明显的分带性。在火成岩为围岩的矿床 中，如瑞典的基鲁纳矿床、美国密苏里东南部的该类矿床等，其蚀变分带从下往 上是：在深部是钠质蚀变，以钠长石一磁铁矿阳起石组合为主：中部是钾质蚀变， 以钾长石一绢云母一磁铁矿一石英黑云母、阳起石、绿泥石组合为主；上部是绢 ， 硕士学位论文第一章前言 云母蚀变，以赤铁矿一绢云母一碳酸盐一绿泥石石英组合为主。在以沉积岩为围 岩的矿床中，其蚀变分带是，深部是钠质蚀变，以钠长石一磁铁矿、钠长石一钠角 闪石组合为特征。在泥质岩中，其向上和向外变为钠长石一绢云母( 一钠云母) 一磁 铁矿组合。钠蚀变带往上为钾蚀变或绢云母蚀变组合，或是被钾蚀变或绢云母蚀 变所包围。 矿化的围岩蚀变多为弥漫型的、强烈的、原有矿物结构破坏的碱金属和铁质 ( 交代) 蚀变作用，典型的是富钾近源蚀变。虽然不同矿床的蚀变矿物组合与它们 的形成深度和主岩有关，但蚀变类型总的具有从较深部的钠质蚀变，到中至较浅 部的钾质蚀变，及到浅部的绢云母化和硅化的变化趋势。 ( 7 ) 地质一地球化学特征 元古代的矿床具有如下几个主要特征，而许多显生代以来形成的矿床不具备 所有这些特征，反映出该类矿床能形成于较宽的地质环境中。 出现岩浆的或热液沉积的铁的高度富集： 主岩通常是长英质到中性火山岩及相应的浅成侵入，并具有准或过铝质和 中等到强碱性特征。 矿床与形成主岩的火山侵入活动同期，并且晚于1 9 0 0 m a ； 与磁铁矿和赤铁矿共生的铜，金、银、铀、稀土元素的含量各不相同； 主岩的赤铁矿化、绿帘石化、碳酸盐化和碱交代作用是矿床共同的原生蚀 变特点。 澳大利亚v i ew a l l 对此类矿床的地质一地球化学特征进行过综述，认为主要 有三种类型：( 1 ) 高温氧化性的富磁铁矿的，如欧内斯特一亨里矿床；( 2 ) 高温还原 性的贫磁铁矿的，如芒特罗斯比矿床；( 3 ) 低温氧化性的，主要是赤铁矿的，如奥林 匹克坝矿床和m a n t o sv e r d e 矿床。 ( 8 ) 矿床成因 此类矿床主要是在上部地壳环境( 4 6 k m ) 中形成，其形成与全球裂谷事 件有关，并多产于早元古代一中元古代的围岩中。成因上主要是由于上地壳环境中 热液作用的产物，热液可能源自深部富挥发份的火成一热液系统，由于地壳的板 底作用、或深部地壳构造作用，热液沿裂隙而上升，从而形成了铁氧化物型铜一 金矿床。 此类矿床一般不见与之邻接的成因上有关的长英质岩石，这有别于斑岩型铜 金矿床和矽卡岩型铜金矿床。此类矿床可能通常产在与矿化有空间和成因关系的 侵入体顶板带( 图1 - 2 ) ，受明显的构造控制既与基性一中性，也与中性一酸性高温 6 硕士学位论文第一章前言 含水的侵入岩有关。通常存在结晶分离作用的证据。由于有丰富流体和压力大， 导致已有构造的再活动及花岗岩类等侵入岩和围岩的广泛交代蚀变一高温系统的 特征性蚀变型式包括：早期高n a k 比值交代作用( 钠长石+ 角闪石+ 磁铁矿+ 石英) 和晚期低n a k 比值的通常少石英的交代作用( 黑云母+ 钾长石+ 磁铁矿+ 黄铁矿+ 黄铜矿) 矿化与晚期蚀变有关。两种型式蚀变在一起的也不少见。低温赤铁矿 系统反映为低温蚀变组合，一般重叠在早期的磁铁矿事件上。这种蚀变通常见于 经再活动磁铁矿期构造中。 由于热液铁氧化物铜一金矿床的研究仍处于较早期阶段，对于它的成因模式 相对较新，目前主要的争论焦点是热液流体的来源和流体中的不同组分的来源问 题。据前人的研究资料表明，主要存在三种矿床成因模式：( 1 ) 蒸发盐来源模式”1 ； ( 2 ) 外来流体加热模式阻1 ；( 3 ) 岩浆一热液流体模式明“” 团i - 2 世界一些最著名铁氧化物铜童矿床相时于岩浆岩体的住王( 据v j w a l l ，2 0 0 0 ) i 4 研究目的及意义 中条山是我国主要的铜矿生产基地，由于经过近半个世纪的开采，储量已明 显减少，同时也不能适应现今国民经济建设快速发展的需要，因此在中条山地区 开展新的找矿研究和勘探工作是一项重要且迫切的任务中条山铜矿区带具有广 阔的范围。找矿空间很大，找矿潜力是很大的，但其地质研究程度又是相当高的 因此要求在找矿研究工作上要有新的思路，要在原来工作的基础上有所深入和突 7 硕士学位论文第一章前言 破。本项目的任务是配合中条山铜矿区带新一轮的找矿勘探工作，进行矿区成矿 地质条件的研究，注重提出新的研究思路，发现新的找矿线索，在基础地质和成 矿模型的研究上取得新的进展，指出矿区的找矿方向和找矿前景。 通过对铜矿峪矿床的工作研究，作者认为该矿床其成因类型更符合近2 0 年 来得到国际上公认并颇受矿业界、勘查界和学术界重视的矿床类型：热液铁氧化 物型铜一金矿床。此矿床类型在该区的首次提出具有创新性的理论意义，同时为 该区及周边地区成矿预测与找矿工作坚定了信心，对促进国民经济的快速发展具 有重要的现实意义。 1 5 技术路线及实施方案 3 硕士学位论文第一章前言 1 6 完成的主要工作量 项目起始于2 0 0 4 年1 0 月，野外工作于2 0 0 5 年5 月开展。经过两年连续的 野外和室内工作，项目进展迅速，并取得了非常可喜的研究成果。项目两年来总 共完成区域地质调查约3 0 0 k m 2 ，地质路线调查1 7 条，矿点调查共1 4 处，采集 岩石标本和样品三百多件，野外地质照片二百多幅，实溺地质剖面1 5 条，野外 地质素描3 0 幅，岩石标本的加工磨制、鉴定6 1 片，岩石化学分析标本1 4 件， 分析元素( 包括常量、微量和稀土元素) 共4 3 种；完善和编制各类地质图件1 5 幅。 9 硕士学位论文第二章中条山铜矿峪矿床区域地质概况 第二章中条山铜矿峪矿床区域地质概况 中条山铜矿区位于山西省南部垣曲县境内，北纬3 0 。4 07 3 5 。3 0 ，东 经1 1 0 。1 5 1 1 2 。2 07 ，整体呈北东一南西向延伸。铜矿峪矿区距县城约1 0 k i n , 交通较为方便。其交通位置图( 略) 。 2 1 矿区地质构造背景 2 1 1 中条裂谷构造特征 中条山铜矿区处于鄂尔多斯地块与河淮地块接合带的南端，该接合带是在中 朝克拉通前寒武纪三叉裂谷的基础上形成的，前人( 马杏垣，1 9 8 5 ；郑超文，1 9 8 6 ) 认为它起始于新太古代一元古宙。 邢集善等( 1 9 8 9 ) 将山西结晶基底克拉通古构造，自北向南划分为：保德一右玉 构造带、五台一吕梁古裂谷、系舟山古裂谷( ? ) 、离石一阳泉古裂谷、中条三叉古 裂谷及左权一安阳古裂谷等，对山西后期构造具一定的控制作用。 从区域资料来看，据李继宇( 1 9 8 3 ) 晋南一秦岭地域的莫霍界面的梯度特征分 析中条裂谷正处于伊陕莫霍界面隆起的南部，在临汾凸起与富平凸起、沁阳凸起 之间的凹陷带内。垣曲附近为莫霍界面等深线的弯曲部位，其凹陷的延长方向近 于东西，与秦岭的构造线趋于一致；孙继源等( 1 9 9 2 ) 的华北地台地震层析( c t ) 资料来分析中条地区及豫北三门峡地区，地震波速的低速体为软流圈呈上涌柱状 出现。该“柱”宽约9 0 1 0 0 k m ，深度f 1 6 0 1 5 0 k m ( 尚未见底) 。其低速体的出 现为裂谷的形成奠定了一定的基础；又据区域内的地球物理场，表现为负布格重 力异常和负磁异常，明显的重、磁梯度带与t m 遥感影像线性构造和区域深大断 裂相吻合，主要为n e 向( 解州一磨里) 与n w 向( 桑林一古朵地) 两条断裂构造相交呈 近似直角，构成三叉型裂谷的边界断裂。 很显然，中条山铜矿区的基本构造格局和地质特征是与华北地台整个前寒武 纪构造活动及演化是具有密切的内在联系的。华北地台发展到新太古代或古元古 代进入到一个全新时期。基于太古宙克拉通基底为刚性，由于地壳拉张断陷和下 伏软流层的底辟上侵( k c r a 地，1 9 7 8 ) 形成了某些张性裂谷，中条山铜矿区就是 硕士学位论文 第二章中条山铜矿峪矿床区域地质概况 典型的裂谷之一 2 1 2 中条裂谷的演化与成矿 中条山铜矿区带分布于中条裂谷构造带中。中条裂谷位于华北古板块的南 缘，为晋、陕、豫裂陷槽的北部，和嵩箕地块相毗邻，向南紧接纬向秦岭褶皱造 山带。以河南黑沟一栾) q - 确山深大断裂带为界，北为古大陆，南为古大洋，即扬 子古板块“。据前人多年来对秦岭造山带的地球物理研究得知“。，它是华北与扬 子两大板块仰冲与俯冲相向的构造带。中条裂谷即处于秦岭俯冲带北部，相距仅 2 0 0 k i n ，正处于我国华北、扬子两古板块以及欧亚板块和太平洋板块相互作用和 影响的关键地区“。在动力学极不稳定的背景下，必然会导致形成以近东西向和 ：i l ：i i ；东向断裂组成的构造框架。 太古宙是大陆地壳的形成和拼合期，华北地台也是在太古宙晚期拼合成统一 大陆的，是华北地台作为统一大陆的形成期，在中条山地区涑水杂岩代表着统一 大陆的太古宙基底。进入元古宙( 或从晚太古宙开始) 华北地台以内部发生裂陷带 为主要构造运动方式，可以划分为早元古代早期，早元古代晚期和元古宙中期三 期构造运动，在中条山地区分别对应于绛县群，中条群和西阳河群三套地层。至 元古宙中期以后裂谷封闭，构造和成矿活动都相继停止。显生宙的构造成矿活动 以燕山期较为明显。 绛县群代表的早元古代早期构造运动是统一的华北地台最早的构造运动，使 大陆发生裂陷。“双蜂式”火山岩代表地幔活动形成的大陆裂谷，是地幔柱隆升 的结果，缘由早元古代还不具有现代板块活动机制，而地幔柱隆升是大陆伸展运 动的基本方式这一期裂谷活动应该经历了从裂谷早期到裂谷晚期的发展过程， 这在绛县群地层中可以表现出来。绛县群的下部地层是砂岩等碎屑沉积岩，代表 裂谷早期的特点，上部的双峰式火山岩代表裂谷后期的活动。绎县群形成后裂谷 受挤压褶皱回返( 五台运动) ，根据元古宙早期构造运动的环境分析，这一期构造 运动很可能是在深部发生壳幔拆沉作用，引起地壳的收缩，而不是大陆裂陷作用 的终止。 接着发生的早元古代晚期裂谷活动，可能是在壳幔拆沉之后恢复的伸展运 动，沉积了中条群地层。从中条群主要为沉积岩地层的特点，可以看作这一时期 是冒地槽性质的裂谷，但是在中条期的岩浆岩活动是十分发育的，这与冒地槽的 特征并不完全相符。对于中条裂谷的形成环境可以设想为以下的特征( 图2 1 ) ： 在绛县期末的造山运动中地壳挤压增厚，在随后的伸展运动中，使造山带根部地 壳抬升，是有利于岩浆岩活动的环境，同时形成沉积地层，是造山后伸展运动中 变质核杂岩“螂的构造模式，这里以中酸性岩浆岩侵位为主，火山岩不发育 1 1 硕士学位论文第二章中条山铜矿峪矿床区域地质概况 中条期裂谷的封闭使中条群发生褶皱变形( 吕梁运动) ，这可能意味着元古宙早期 裂谷活动的结束，也就是在非板块机制下大陆伸展运动的结束。当地幔柱停止活 动或活动减弱后，地壳陷落而挤压变形。担山石群代表了裂谷封闭后的盖层沉积， 它可能与中条裂谷的奥拉槽的演化有关系，因为这一层位的砾岩层只出现在中条 山地区，而且担山石群随后也发生挤压变形，说明变形在向陆内推进。 图2 - 1中条山裂谷带构造运动演化阶段 根据元古宙岩石圈构造的特点，坤中奈裂备带各阶段构造运动的设想：- 蜂县期裂谷伸展运动，雌 地幔柱隆升使裂谷拉伸：h 蜂县期火山活动，裂谷强烈拉伸，岩石田地幔发生拆离；c 蜂县晚期 挤压遣山运动，与岩石圜拆离地幔的断裂下沉相关；d 中务期裂备伸展运动，与连山后的伸展运动 有关，有变质棱杂岩活动的性质；e 中条期末的违山运动，与地幔拄的活动停止相对应，是裂谷活 动的姑束：f 西阳河群火山岩活动期，具有岛孤活动性质，与南部秦岭洋的俯冲有关，但仍有三联 裂答形态，说明裂答的继承性活动 关于中条裂谷的演化，从前人的研究积累的资料证明n 3 “嘲，中条山矿区 具典型的变质核杂岩构造，强烈而广泛的混合岩化、花岗岩化、片麻岩( 热) 穹隆、 高温低压变质带等特征，特别是大规模的早元古宙基性岩的喷溢，都充分说明本 区在晚元古代已为大陆裂谷环境，实际上也是前寒武纪超大陆的解体、聚合的结 果，亦可视为地幔热柱一大陆裂谷活动的成因“”中条地幔热柱裂谷按其规模， 又可称为幔枝构造呻“”。随着超大陆地壳裂解与闭合，其与地幔热柱“脉动式” 活动息息相关，不仅和“三叉”裂谷的形成有着千丝万缕的联系，而且相继发 生了剧烈的火山一岩浆作用和成矿作用，形成不同成因的铜矿床 硕士学位论文 第二章中条山铜矿峪矿床区域地质概况 2 i 3 褶皱构造 从区域地质构造位置来看，铜矿峪地区主要为铜矿峪弧形复向斜，位于中条 山北段园头山及其以东的铜矿峪一陈村峪等地，是由绛县群铜矿峪组地层组成的 紧闭倒转同斜复向斜构造。该复向斜她轴线及岩石片理自南而北，由北东向逐渐 向北东东向偏转，形成一向北西突出的弧形构造。该弧形复向斜槽部为铜矿峪亚 群的骆驼峰组变石英晶屑凝灰岩及其间夹或相交的绢云石英( 片) 岩，两翼依次为 变钾质基性火山岩( 绿泥片岩等) 、变富钾流纹岩和绢云石英片岩所组成。南东翼 至小竖井附近，以变富钾流纹岩为核心的背斜构造所过渡，后者因中条期担山石 群覆盖而显露不全。按地层产状来说，南面岩层倾角较陡，向北到园头出一带则 变缓。 作者通过实地的地层分布和地层产状研究：出露不全的北东东褶皱构造还受 到了后期北西西向褶皱的叠加改造，分析表明后期叠加褶皱在绛县群中部是背斜 构造，在南北两侧是向斜构造。 2 1 ，4 断裂构造 中条山地区裂谷带是基本成矿构造环境，大陆裂谷带发育正断层，以正断层 的活动形成地壳的裂陷，并以正断层组合的地堑系为裂谷构造型式。在裂谷带中 成矿，正断层是最基本的构造通道，也是主要的容矿构造之一，因此在裂谷带中 应该表现为正断层构造的控矿作用，是裂谷带内生成矿的基本构造型式。由于中 条裂谷的多期次褶皱回返和伸展运动，造成矿区的断裂构造变形强烈。而依据断 层两侧地层岩相的变化这一判断标志也受到了构造变形的破坏改造，但是裂谷系 中正断层控矿是应该可以肯定的。因此认为断裂构造在本区是比较发育的，只是 由于后期的构造改造破坏而难以发现，并多为区域变质作用晚期和以后的断层， 而且这些断层可能具有多次活动性，所以具有更大的复杂性。 区内仅可见两条较大的断层：一条是成近南托的大豹沟一铜矿峪平移正断层， 延长大于2 5 0 0 米，断层面倾向西，水平断距2 0 0 米，垂直断距1 6 0 米。该断层切过 矿区的主矿体一五号矿体，使矿体在断层面两侧的岩层产状发生了错动，如断层 以西产状为倾向北西3 2 0 。3 3 0 。，倾角4 5 6 0 。矿区以北倾角逐渐变缓， 断层以东岩层产状为倾向接近北，倾角3 5 。4 5 。；在区段的西南，在变富钾流 纹岩层与变钾质基性火山岩之间有一条近东西向的断层，为区内的第二条大断 层，两侧岩石破碎挤压甚至发生糜棱岩化，这组东西向或近于走向断层在各井下 坑道内经常可以见到，斯距往往不大，因此对各矿体的破坏作用并不很大 硕士学位论文 第二章中条山铜矿峪矿床区域地质概况 2 2 矿区地层 中条山地区地层以前寒武纪地层为主，从下至上依次为新太古界涑水杂岩、 绛县群，古元古界中条群、担山石群、西阳河群及中新元古界( 图2 - 2 ) 。矿区地 图2 - 2中条山地区地质略图( 据孙继源等) 1 ，新生界；2 ，中生界古生界：3 中新元古界；4 古元古界西阳河群；5 4 - 元- # 界中奈群：6 新 , k 4 - 界绛县群；7 新太古界津水杂等；8 花岗岩；9 断屡；l o 铜矿床( 矿床名称：1 横岭美；2 、 铜矿峪；3 篱笆沟；4 虎坪；5 落家河；6 芦家坪；7 ，小沟；o 笼子沟；9 桐木沟；l o ，胡寥 峪， 层构造单元绎县群和中条群其分布明显受中条裂谷的控制，它们在裂谷南北两端 都被较新的地层覆盖。在南端的神仙岭一带中条群被新生代地层所覆盖，在北端 的徐茂公殿一带绛县群被西阳河群覆盖。但根据区域地质研究表明，中条裂谷的 活动不是孤立的，而是属于华北地台元古宙裂陷构造带活动体系中的一部分，反 映了元古宙地壳构造运动的基本特征。绛县群下部为横岭关亚群，上部为铜矿峪 亚群，铜矿峪矿区地层主要属于下元古界绛县群铜矿峪亚群变质火山岩组的中上 部 关于绛县群铜矿峪亚群的地层层序问题：因该区以火山岩地层为主，目前其 1 4 硕士学位论文第二章中条山铜矿峪矿床区域地质概况 地层层序的划分和命名仍具有很大的分歧作者通过实地的调查分析，在确定标 志层的基础上来划分层序关系，形成了一套新的对地层层序的的命名和划分方 案。铜矿峪亚群中圆头山组砂岩和西井沟组基性火山岩是特征观显、延伸稳定的 标志层，它们可以表示地层的层序，从而把不容易区分的酸性火山岩分开如果 以铜矿峪地区的地层命名为准，从下至上地层为后山村组、圆头山组、骆驼峰组、 西井沟组、竖井沟组，以此为标准适当调整铜矿峪亚群中地层的命名。作者划分 地层的原则是以基性岩为标志层把酸性岩分开，根据与底部较老的圆头山组砂岩 的接触关系决定地层层序。地层的这种划分表明裂谷环境的“双峰式”火山岩活 动的性质，是符合实际的。但就骆驼峰组和竖井沟组酸性火山岩来说，各层中的 岩性略有变化，这一方面是因为火山活动的不稳定性和局部性，在同一层位中岩 性有变化是正常的，另一方面火山岩的有些部分，如火山碎斑岩( 奚小双，2 0 0 6 内部资料) 可能属于后期的活动形成，不可作为绛县群的层位。其各群的特征分 述如下： ( 1 ) 横岭关亚群：下部为平头岭组石英岩，底部含砾石，厚1 0 8 9 m ；上部为 铜凹组含碳十字石榴绢云片岩、含碳绢云片岩( 横岭关型铜矿床含矿层位) 、二云 片岩、绢云石英片岩、斜长角闪岩、石榴二云片岩( 含矿层位) ，厚度可大于l l o o m 。 ( 2 ) 铜矿峪亚群：前面已提及在此将按照新的层序划分，自下而上分别为后山 村组、园头山组、骆驼峰组、西井沟组、竖井沟组、宋家山组。其中铜矿峪变质 火山岩组由老到新分为骆驼峰组变凝灰质半泥质岩层、西井沟组变钾质基性火山 岩层和竖井沟组变富钾流纹岩层。 后山村组石英岩，黄白色，底部见薄层砾岩，不稳定，厚7 4 2 5 6 m ； 园头山组绢英片岩、绢英岩，底部有磁铁绿泥片岩，厚1 6 9 5 7 0 0 m ； 骆驼峰组变凝灰质半泥质岩层，主要分布于矿区及其东、西、北三方面的 广大地区，总厚约1 3 0 0 m 。按其岩性可分为三层：下部绢云石英岩，中部为绢云 石英片岩，上部为绢云石英岩，均系陆源碎屑沉积及火山碎屑沉积经由区域变质 而成。总起来可称为绢云石英片岩层岩石均由浅灰色到灰色，薄层一略厚层具 较发育片理，主要矿物成分为细粒绢云母( o o l m m ) 和石英( 0 0 3 o 1 m m ) 。 绢云石英片岩层多数与上伏的变钾质基性火山岩为平行接触关系。该层中主要的 岩石都具比较明显的沉积特征，最常见的具有层理、韵律和沉积条带，有时还可 以见到交错层和波痕，并在几处见有厚层石英岩的夹层，局部石英岩夹层的底部 还具有透镜状砾岩，表明绢云石英片岩层的当时沉积环境为浅水相。 西井沟组变钾质基性火山岩层，主要分布在变富钾流纹岩岩层以北，沿走 向延伸很远，过去统称为变质中基性火山岩主要由两种岩石组成：黑云片岩和 绿泥片岩，厚1 8 8 8 0 0 m ；黑云片岩一般为黑绿色、