玻利維亞國拉巴斯省CRUZ銅礦床地質特征與礦床成因模型探討

曲志廣　申鵬良　王其才　劉華

[摘要]本文概述了玻利維亞國拉巴斯省CRUZ銅礦床的成礦地質背景和礦床地質特征，初步建立CRUZ銅礦的礦體成因模型，探討礦床的成礦物質來源、成礦條件及礦床成因，認為該礦床成礦環境為中溫、低壓、弱堿性、弱還原環境，礦質來源主要來自巖體本身，并受后期構造控制。CRUZ銅礦床成因類型為中溫熱液蝕變巖型礦床。

[關鍵詞]玻利維亞國；銅礦床地質特征；圍巖蝕變；礦床成因模型

玻利維亞同位于南美洲中部，是典型的資源型國家，礦產資源十分豐富，主要包括金、銀、銅、鐵、錫、鉛、鋅、銻、鎢、石油、天然氣等。玻利維亞同拉巴斯省CRUZ銅礦床位于玻利維亞首都拉巴斯市與奧魯羅市之間，其大地構造上處于北—北西向的玻利維亞東科迪勒拉古生代褶皺帶內，成礦區劃屬于玻利維亞錫多金屬成礦帶，該礦帶也是一條舉世聞名的多金屬礦化帶。

1 區域地質概況

該區出露一套古生代碎屑巖和變質巖，區域地層主要有奧陶系、志留系、泥盆系和第四系。主要巖性為經歷多期變形變質的奧陶紀和志留紀頁巖、粉砂巖、砂巖、板巖等及第四系殘坡積物；大地構造上處于北—北西向的玻利維亞東科迪勒拉古生代褶皺帶內是玻利維亞東安第斯山最大應變區。區域構造格局以北西向斷裂為主，北北西向斷裂次之，褶皺構造較發育。區域斷裂呈北西向波狀延伸，大致走向為300°～330°左右。區域內巖漿巖以侵入巖為主，噴出巖較少分布，相鄰的侵入巖主要是新生代的Quimsa Cruz巖體，巖體周邊分布有小侵入體和巖株，與成礦關系最為密切，如花崗閃長巖侵人體Santa Vera Cruz和流紋斑巖株Sayaquira和Parawi。

2 礦區地質特征

2.1 礦區地層

區內地層出露較復雜，出露自東往西依次由老到新出露奧陶系粉砂巖、砂頁巖互層，志留系的砂巖、頁巖、板巖以及第四系沉積物（圖1）。

奧陶系：位于礦區東部，一般走向102°～163°，傾向NE與NW，傾角12°～43°，本組地層未見底，地層厚超過所測的真厚度54m，巖性：底部為薄層淡灰色含云母粉砂質板巖夾砂巖；上部為中厚層淡灰色硅化石英砂巖、中層灰色砂巖、薄層暗灰色暗褐色薄層板巖夾粉砂巖。該段地層厚約54m。

志留系：位于礦區中西部，一般走向130°～188°，傾向NW，傾角12°～78°，地層總厚約476m，與下伏奧陶系整合接觸。巖性（粉）砂巖、頁巖、炭質板巖、石英砂巖。

第四系：大面積分布于礦區的山坡地帶，主要成分為腐殖土及殘坡積巖石碎塊。

2.2 構造

區內構造極發育，主要為斷裂和褶皺。與成礦關系最密切的是F1斷層。

（1）斷裂構造：F1斷層（圖2），該斷裂是礦區主要的賦礦斷裂，總體走向310°～320°，傾向南西，傾角40°～85°，出露長約840m，寬1～42m，斷裂帶內充填物總體呈長軸透鏡體狀，主要由含礦菱鐵礦、石英和圍巖角礫組成，透鏡體與圍巖可見平行光滑的擦痕，坑道內出現雁列的小菱鐵礦透鏡體群，指示右行走滑剪切，展現了張扭性的成礦期斷裂性質，局部透鏡體受后期北東向的張性斷裂切割，形成上下盤，其間為灰黑色塑狀斷層泥充填；斷裂兩側圍巖為志留系灰黑色頁巖和粉砂巖。斷裂多期復雜，賦礦以右行剪切的張扭斷裂為主，后期受到張性斷裂改造。

（2）褶皺構造：受區域構造影響，區內褶皺共22條，背斜和向斜各11條，褶皺大體軸向在316°～354°，長268～2086m，寬40～206 m，大褶皺樞紐波狀彎曲，小褶皺較平直，屬長軸狀斜歪褶皺。大褶皺的軸部常發育石英大脈，樞紐硅化強烈。

礦區構造總體演化過程大致是：早期壓性構造運動，形成了褶皺的基本格局，之后巖漿期后活動，形成含礦張性斷裂，期間發生稍弱的褶皺變形，導致部分含銅斷裂破碎彎曲，壓性構造導致地殼升高，剝蝕更加強烈，導致地層厚度變薄，恰抬升近至地表，地溫降低，地層巖石脆性更強，后期發生排硅的張性斷裂形成無礦石英脈，而無礦石英脈斷裂平直并切割褶皺。

3 礦體地質

3.1 礦體特征

區內所見礦體形態及產狀嚴格受F1斷裂構造控制，呈脈狀、似層狀、透鏡狀展布于破碎帶內靠底板一側，走向NW- SE，傾角60°～80°，傾向220°～235°（局部反傾20°～25°），礦體平均水平厚度4.30～6.70m，最寬21.01m，銅礦體平均品位0.61%～1.53%，銅最高品位3.96%、全鐵最高品位49.8%。礦體具黃鐵礦化、硅化、褐鐵礦化、高嶺土化、絹云母化蝕變，銅礦化以黃銅礦為主，有少量自然銅，地表見藍銅礦化。

3.2 礦石質量

CRUZ銅礦賦存在斷裂中，受褶皺和斷裂控制，形成了切割地層的含銅菱鐵礦透鏡體，其礦物組合為中低溫礦物，脈狀石英、黃銅礦、菱鐵礦、磁鐵礦和黃鐵礦等，表明這是一個與深成巖有關的熱液礦床。

深成熱液礦床礦物共生組合劃分為石英型、硫化物型、碳酸鹽型及其他類型，在CRUZ銅礦的礦石組合中，菱鐵礦的數量遠大于黃銅礦和黃鐵礦（表1），因此，本礦區礦石類型為碳酸鹽型。

3.3 礦體圍巖蝕變特征

礦區普遍發育硅化、黃鐵礦化、菱鐵礦化蝕變，黃鐵礦含量較低多呈白形晶立方體，主要以星散狀浸染在巖石中，在強硅化及小石英脈兩側部位形成稠密浸染狀和小脈狀；菱鐵礦化是與成礦關系最為密切的蝕變，發生在各個成礦階段和過程中，沿巖石的裂隙和節理充填交代。呈透鏡體、細脈或網脈狀，伴有黃銅礦、黃鐵礦等金屬硫化物，后期表生氧化為褐鐵礦。

4 礦床成因

4.1 成礦條件分析

4.1.1 成礦物質來源

從成礦地質背景上，CRUZ銅礦處于火山和巖漿活動區，熱液礦床發育，周邊礦床中的礦石礦物中普遍發育熱液菱鐵礦與黃銅礦伴生，與CRUZ銅礦相似。

CRUZ銅礦成礦物質為Cu、Fe、CO2和S。礦區發育富含炭質和鐵質的頁巖和砂巖，并未發現含有銅的巖性，但其周邊分布大量的中酸性花崗巖和花崗斑巖，在巖漿巖發育過程中，受到巖漿熱液作用，分異出CU、Fe、S，同時頁巖和砂巖受巖漿熱液影響，形成大量CO2流體，在適當的條件下形成菱鐵礦和黃銅礦。

4.1.2 成礦物理條件

（1）溫度

熱液菱鐵礦形成溫度為220～260℃，巖漿成因菱鐵礦的礦物標型是Ni/Co比值小于1，而沉積—熱液改造型大于1，其中河南某礦床巖漿熱液成因菱鐵礦Ni/Co值為0.44，貴州鐵山沉積-熱液疊加型的菱鐵礦Ni/Co值為5.3，而CRUZ銅礦菱鐵礦Ni/Co比值為4，由此看來CRUZ銅礦菱鐵礦為沉積-熱液疊加改造型，參考上述比值，結合礦物共生組合特點，成礦溫度為中等溫度條件。

（2）壓力

根據熱液菱鐵礦成礦溫度在220～260℃的范圍進行相圖投影，分別得到Dl、D2、D3、D4、D5等交點。A平衡線上的D1和D4交點代表了方解石形成壓力在202～220MPa，B平衡線上D2和D5點代表了白云石形成壓力在255～272MPa，C平衡線上D3點代表了菱鐵礦形成的壓力要大于303MPa（圖3）。

（3）介質的Eh及pH值

根據菱鐵礦形成的Eh-pH圖，可知其Eh值在0～0.4，pH值在6.5～8.5（圖4）。

菱鐵礦透鏡體中含硫的黃鐵礦和黃銅礦以層狀分布于靠近斷裂下盤的一側，此產狀說明了同一熱事件時，黃鐵礦和黃銅礦先于菱鐵礦形成，在重力作用下，下沉至斷裂附近形成層狀的堆積，隨后菱鐵礦結晶，早期含硫礦物形成于酸性環境，在黃鐵礦和黃銅礦結晶后，熱液pH值升高，鐵礦和黃銅礦結品后，熱液pH值升高，稍晚碳酸鹽化，形成菱鐵礦，說明在成礦晚期熱液變成了堿性環境。

根據圍巖存在的綠泥石化、黃鐵礦化，推斷為弱還原環境。

通過以上分析，礦床中菱鐵礦和硫化物沉淀的物理、化學條件為中溫、低壓、弱堿性和弱還原環境。

4.2 礦床模式

礦區存在多條與銅礦脈同方向的銻礦脈，野外地質觀察到了銅銻菱鐵礦脈同期生成的現象，因此判定銅銻為同一成因。

玻利維亞銻礦成因非常鮮明，銻礦成因特征有（1）巖性控制。奧陶和志留紀的粉砂巖、砂巖和混雜沉積巖，頁巖和石英巖；（2）構造控制。礦床顯示了強烈的構造控制特征，脈體位于次級構造單位，與區域性背斜有關的稍小的褶皺、鞍部和剪切帶賦存礦體；（3）礦化特征。板狀和線狀脈系統普遍含有礦石，包括角礫狀、浸染狀、巖脈、平行流理、石英脈、剪切帶和脈群；（4）礦物組合。金、黃鐵礦、磁黃鐵礦、針鐵礦，輝銻礦、閃鋅礦、方鉛礦、鎢鐵礦，黃銅礦和重晶石；（5）粗大晶體。石英和碳酸鹽（白云石，菱鐵礦，方解石）；（6）熱液蝕變。最普遍的類型是絹云母化、黃鐵礦化和硅化，類型差異在于溫度和圍巖成分。

CRUZ銅礦區中銻和銅成礦基本符合以上特征，綜合銻礦成因和CRUZ銅礦成礦特點，提出CRUZ銅礦成因模型（圖5）。

CRUZ銅礦成因模型解釋如下：

①含礦熱液的產生：受巖漿熱驅動及氣體的參與，富含CO2地下潛流水，形成酸性熱液，富含鐵質的沉積巖，在酸性溶液作用下，發生溶離等作用，Fe、Mn、Ca、Ba等元素進入氣液形成熱鹵水，在構造作用和重力作用下緩慢遷移并與孔隙及層間溶液和其他含銅溶液匯合在一起，構成含礦熱液。

②黃銅礦和菱鐵礦形成階段：含礦熱液以斷層為通道，不斷與周圍巖石和巖石碎塊發生作用，貫入構造面等薄弱部位，上有炭質頁（板）巖作為覆蓋形成圈閉，這種蓋層有強大的重壓力及有機碳酸的增補，含礦熱液的酸度能保持較低，形成了黃鐵礦、黃銅礦，在重力作用下沉淀在熱液空間的下部，當含硫的礦物結品消耗硫之后，熱液向堿性過渡，pH值升高，環境也處于還原條件。圈閉空間內，CO2分壓減少，物化和熱力學條件發生變化，膠狀鐵氫氧化物解體，并以菱鐵礦形式析出，并結晶沉淀，在區域斷裂內形成了含銅菱鐵礦透鏡體。

③殘余熱液中含有大量的銻，在熱和氣的驅動下，往淺部上升，在小背斜、鞍部、剪切帶等溫度更低的分壓空間里再度沉淀，形成少量含銅銻礦、菱鐵礦，同時熱液中的硅質也和周圍的巖石產生交代作用，在構造薄弱的軸面和鞍部形成脈體，在裂隙面、節理面、層間滑理面形成硅化面和席狀脈體。

④后期構造作用將上銻下銅的垂直分帶錯開，形成平面空間分布差異，后期正斷層作用將下部抬升并接受剝蝕，最終導致銅集中在區域斷裂中，而銻集中在區域斷裂的上盤。

⑤表生作用階段：含銅菱鐵礦形成后，遭受了風化淋濾及多次熱侵蝕改造作用，對銅進一步富集，在裂隙及空洞中形成了半透明菱鐵礦，地表氧化環境形成了褐鐵礦、針鐵礦、孔雀石、藍銅礦等。