海底喷流成矿讲座.ppt

海底喷流成矿作用,杨合群 2010年3月,矿产讲座,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。,第一部分基本理论体系,1、喷流矿床相关概念“喷流矿床”过去称为“喷气矿床”(Exhalation deposits).“Exhalation”eksh len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”。,Hutchinson(1973)对喷气矿床分类,Hutchinson(1988)总结的喷气矿床特征,Hutchinson(1988)总结的喷气矿床时代分布,2、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。,4、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。,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。,SiO2 和Fe的饱和度轨迹图(据 Davidson,1992)条件：NaCl=3M,S=0.001M,P=200ba,5、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）,6、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。基性火山岩有关喷流矿床，成矿金属组合主要为Cu或Cu-Zn；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。,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220 78210 81，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,7、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),8、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,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),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，石居里号沟中型铜矿、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,石居里铜矿化集中区地质略图,1-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；九个泉矿床；石居里VIII号沟矿床；石居里VI号沟矿床；石居里V号沟矿床；石居里VIII号沟北矿点；石居里I号沟矿点；石居里VI号沟I矿点；塔洞沟矿点,石居里矿田地质矿产图,I,V,VI,VIII,VII,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。,石居里式铜矿床地质模型,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。,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。,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,石居里号沟铜矿床,号沟号矿体纵剖面图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,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。,石居里号沟铜矿床的矿石成分,PD5,PD1,PD2,PD3,PD4,PD5,回顾论证思路,局部放大：Cu/Zn分布变化,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527m，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。,石居里号沟铜矿床,S6PD4,S6PD5,S7PD7,S7PD11,S6PD9,S6PD8,1998年通过可控源音频大地电磁测深发现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、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）,PD5,PD6（3527m）,PD7,PD8（3439m）,号沟PD1,石居里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,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。,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1122m，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。,石居里号铜矿床的矿石成分,注：组合样分析结果（据杨合群等2000）,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。,石居里号沟铜矿床,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,PD6A,PD6B,石居里号沟铜矿床的矿石成分Tab.3 Ore composition of ravine 5 copper deposit in Shijuli,测定者：西安地矿所测试中心,石居里号沟铜矿床的矿石成分,从已有资料看，石居里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。,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。,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：大陆裂谷；大洋扩张脊；岛弧裂谷或扩张脊；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，30Si值变化于-0.1-0.9之间，平均为-0.4（表4）。,表4 石居里铜矿区碧玉岩和石英的硅同位素组成,据丁悌平（1994）资料，玄武-安山岩类样品（36个）30Si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）30Si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30Si值（-0.4-0.6）接近玄武岩-安山岩类30Si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30Si值（-0.1-0.9）也近似于玄武岩-安山岩类30Si值，推断其硅质与中基性火山岩有密切关系。,（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,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。,（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,九个泉、石居里和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34S值变化于1.58.88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。,据Sangster（1976）研究资料，奥陶纪海水硫酸盐34S值为27.5,该时期海水沉积硫化物34S值比海水硫酸盐低约15.6，可推算海水还原硫的34S值约为12；幔源硫的理论值为34S=0。将上述1.58.88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”。,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。,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。,S=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,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。,（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，例如在石居里号沟铜矿床，矿体四周几乎被碧玉岩包围；在石居里号沟铜矿床，矿体顶板为碧玉岩。,3 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号沟和号沟铜矿床地表显示零星铜矿化。,4 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，号沟和号沟（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,5 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。,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),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”。,北祁连西段地质矿产图,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,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。,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）,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。,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。,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0.130cm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。,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)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56010-6。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。,桦树沟镜铁山群各岩性段的铜含量(10-6),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。,条带状铁建造的含铜性(资料来源：何昌荣，1992；酒泉地调队，1995；1：20万祁连山幅说明书，1974)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。,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=17.0864.98%)、高硅(SiO2=28.4872.66%)、高锰(MnO=0.0584.14%)、低铝(Al2O3=0.126.32%)为特征.,镜铁山式条带状铁建造的AlFeMn成因判别图解(分区据M Adachi等,1986)-生物沉积硅质岩-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。,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,3.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34S()变化于+8.114.0,平均+12；条带状铁建造中同生黄铁矿的34S()变化于+9.3216.7,平均+13.29；与其共生的层状硫酸盐重晶石的34S()变化于+19.733.9,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。,4.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Zartman and Doe,1981),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147Sm=6.5410-12，求得等时线年龄值为 t=130980Ma。,根据上述测试结果，我们认为130980Ma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）。,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SmNd等时线年龄为1770330Ma；俞伯达(1997)发表肃北县大泉一带基性火山岩SmNd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18401784Ma；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SmNd等时线年龄1810290Ma。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SmNd等时线年龄为1032.764.9Ma，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。,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SmNd等时线年龄为130980Ma，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。,2.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8010-6，安山玄武岩(8个样平均)为10110-6，细碧岩(8个样平均)为5410-6。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(Cu 8010-610010-6)，超基性岩(Cu 1010-62010-6)、中性岩(Cu 510-63510-6)及酸性岩(Cu 1010-63010-6)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。,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),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019.8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。,3.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。,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Fe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