关于峨眉山溢流玄武岩省资源勘查的几个问题
第30卷第4期2003年11月
‘
中国地质
vol30.No4
GEoLoGYINCHINA
Nov..2003
关于峨眉山溢流玄武岩省资源勘查的几个问题
朱炳泉
(中国科学院广州地球化学研究所.广东广州510640)
提要:通过全球资料对比表明峨眉山溢流玄武岩省具有较完整的岩浆一热液成矿系列。峨眉山玄武岩裂隙式喷发的溢
流通道受地球化学边界所揭示的岩石圈不连续界面所控制。这些地段存在完整的古火山口相岩石组台,为找矿提供了重要线索。溢流通道岩浆房存在贫硫低氧逸度、贫硫高逸度和富硫3个岩浆分异趋向.构成3个岩浆成矿系列(Cu—Nl—PGE,cu—Ag—Pd与Fe—T1一v)。同生火山热渡活动形成丁从低绿片岩相、葡萄石相到沸石相(400。c至100。c)的铜成矿系列。热液组成的不同控制自然铜、氧化铜和铜硫化物的形成。反射率资料对比表明对自然铜形成起重要制约作用的沥青来自P2-T。界面地层有机质的热液裂解,并处于生油成熟期。因此和Kewecmw大陆裂谷一样,应开展铜、镍、铂钯、油气一体化的勘查。
关键词:大陆溢流玄武岩;地球化学急变带;cu、Ni、Pt—Pd成矿作用中圈分类号:P55814+5
文献标识码:A
文章编号:1000—3657(2【)()3)04一0406一07
由于铜、镍、铂钯资源的紧缺,近来对峨眉山大火成岩省的资源勘查工作引起了各方面的关注。但目前对溢流玄武岩省成矿的有利和不利因素,它们的成矿体系,以及找矿中要注重的问题还缺少全面系统的认识。由于近来滇黔边境自
属元素不易以硫化物形式分离,而在岩浆液相中高富集。在
地壳岩浆房形成时,这些金属元素也在地壳岩浆房中富集.因此溢流玄武岩分布区存在普遍的铜、镍、铂钯高异常”。同时有些溢流玄武岩省在喷发的结束阶段持续了相对较长
时间的间隙式喷发,使古火山通道的中上部在从封闭到开放的岩浆房,可以出现高的岩浆分异作用。如峨眉山玄武岩的主溢流期短于3Ma.它的上部层位存在多个
然铜一氧化铜矿床的研究进展旧.峨眉山大火成岩省已构成
一个较完整的岩浆一热液成矿系统。这在全球溢流玄武岩省中不多见。因此开展峨眉山大火成岩省成矿系统的综合研究具有重要的理论和现实意义。笔者将对有关共同关心的问题作以下讨沦.
气孔状熔岩与火山碎屑岩一碳泥质岩的互层,持续时间达15Ma(25卜236Ma)‘叫,岩浆分异可以从苦撖质列安山质。
相伴随的镁铁一超镁铁侵人岩活动则持续到更晚( ̄210Ma)。
1全球溢流玄武岩省溢流与成矿时限
全球从新元古宙到新生宙的溢流玄武岩(暗色岩系、大火成岩省)在大陆与海洋均有广泛分布(图1、表1).约占全球1/8的表面积。虽然与大陆溢流玄武岩有关的金属矿产已有不少发现.如俄罗斯的Noril’sk的铜镍铂钯矿.美国的Keweemw铜矿床,加拿大volsey湾Ni—cu—co矿床以及与峨眉山玄武岩有关的钛铁钒、铜、镍、铂钯矿,但与这一火成岩类的分布面积相比,发现的资源量相对较少。不少溢流玄武岩省没有发现具规模的矿床。一个主要的原因是巨
Keweemw大陆裂谷溢流玄武岩主滥流期为2Ma,而上部
存在的多个气孔状熔岩与火山碎屑岩一碳泥质岩的互层.
持续时间长达22MaH,岩浆分异从玄武质到流纹质。西伯利亚溢流玄武岩的晚期岩浆分异相近于峨眉山玄武岩。当地壳岩浆房从地壳中吸取硫时,则金属元素与硫结合而析离出,形成硫化物矿床。当地壳贫硫而富有机质时.则可以形成自然铜矿床。因此加强溢流玄武岩上部层位的古火山
口相及其相伴的侵入岩形成环境和持续时间研究对于资源
寻找是十分重要的。
量溢流玄武岩在相对很短时间内喷发出(约占90%的熔岩
体积.在1~2Ma溢出)“,因此难于产生充分的岩浆分异.
2峨眉山玄武岩溢流通道与岩石圈结构
通过同位索填图确定的地球化学急变带(边界)标志着
导致成矿物质的富集。然而溢流玄武岩浆体系贫硫,因此金
收稿日期:2002—10一28;改回日期:20∞一05—12
基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G1999n432)和中国科学院知识创新项目(Kzc)‘2一sw一125)资助。
作者筒介:朱炳泉,男,1940年生,研究员.主要从事同位紊地球化学、壳幔相互作用与成矿作用研究;E—maⅡ:bqzhu《虱gigac
cn。
第30卷第4期
朱炳泉:关于峨眉山溢流玄武岩省资源勘查的几个问题
407
图】全球溢流玄武岩省及主要类型矿床的分布
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古新世,始新世弘8(579)
白垩缈占近纪65.0±o.1
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板块之问的拼接线.或具有不同岩石圈结构块体之间的结合
线。隐性地球化学边界出现于造山作用弱的地区,地球化学
以下,而二叠系底部茅口组灰岩厚度急剧增加,标志着沉积环境的急剧改变也是受岩石圈不连续界面所控制。峨眉山大
边界可以与地表不明显的地幔深断裂有关。有时甚至不能确
定是否有重要的构造线,如滇黔边界存在一条北西走向构造隐性(无明显的主构造线)的地球化学急变带’”(网2),该带两
陆镒流玄武岩古火山口的分布及其对应的沉积环境急尉改变是滇黔边境铜成矿带的一级控制因素。
同位索体系填图表明印支与扬子块体之间的地球化学
边界并不足哀牢山造山带(新生代左旋走滑带),而是穿过楚雄盆地,沿双柏、姚安、宾川、丽江一线,与扬子块体向印支块
侧从滇东至黔西岩石圈厚度从薄((150km)至厚()150k神,丽
地壳厚度从厚(>47km)至薄(<47km),表明岩石圈存在着明娃
的不连续面。约占2/3面积的东区峨眉山大陆滥流玄武岩正是沿着这一岩石圈结构的薄弱带.形成火山口分布呈线性排
列(云南鲁甸、宣威和贵州威宁、盘县等地)的裂隙式喷发。在
体陆一陆深俯冲的启始位置相一致㈣。这一地球化学边界穿过了西区峨眉山玄武岩,同样也标志着裂隙式喷发的古火山
口通道的走向。由于康滇古陆南北岩石圈结构性质也存在显
滇东至黔西峨眉山玄武岩厚度从1500m急剧下降至200m
著差异,因此在会理一宾川之间也存在一个岩石圈不连续
中
国
地质
2003年
图2滇黔地区地球化学块体、地球化学急变带(虚线)、峨眉山溢流玄武岩喷发通道
(阴影区)及其相关矿产(图中等值线为铅同位素矢量值)
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面。从图2可见.这一不连续面已被同位索填图初步证实。因火山弹和抛射岩块:火山喷发时.由于高的气体压力使
此在鲁甸一金阳一会理之间和姚安丽江一攀枝花之问形成了三叉拼接位。两个三叉拼接位恰好位于东区和西区峨眉山玄武岩的中心部位,可能代表了两个主要的喷发中心。
目前已发现与峨眉山大火成岩省及其上覆地层有关的
铜、钒钛铁、铂一钯、镍、铅锌银、锰等矿床明显位于由地球化
岩浆团块以及携带的岩石圈岩块,或两者的结合体被抛射到
空中再降落形成火山弹和抛射岩块(>32衄至米级巨块)。在
偏中酸的火山岩浆喷发时,由于岩浆黏度大,含气体量多易
形成旋卷式火山弹。对于偏基性的溢流玄武岩则常形成由内胀外缩机制产生的胀裂式(火山学上称面包壳式)火山弹.即具有近垂直交错深裂纹的熔岩椭球体,以单独的大岩块出现
在凝灰岩层中。由于裂纹很深.切至椭球体中心部位,因此明显区别于枕状熔岩和玄武岩球状风化体。
学急变带所揭示的岩石圈不连续界面上.特别是三叉拼接位
区(图2)。
’
3古火山口相岩石组合特征
由于滥流玄武岩省的主要成矿作用与古火山岩浆通道
火山角砾岩:早期阶段形成的火山岩或围岩的角砾碎
块(4n珊)被后期的火山喷发带出,并被凝灰质、碳泥质细碎屑物质胶结.形成火山角砾岩。它们与火山弹和抛射岩块一样均位于火山喷发通道附近,并不受地貌限制,无定向排列
性和分选性。火山爆发形成的角砾岩区别于熔岩流上部和前缘由于气体释放、固结挤碎或进入水体冷却形成的角砾岩。这些角砾岩成分均一,基质也仍然是熔岩物质,角砾有定向排列性。
火山集块岩:火山集块岩类同于火山角砾岩,古火山角砾、岩块和火山弹,但角砾有一定的磨圆度,堆积较密集。腔
密切相关.因此识别火山口将是资源勘查的首要任务。虽然卫片和地貌特征分析可以提供古火山口的一些证据.但对于
前中生代的古火山口的确定,更主要的是靠火山口相岩石组合(火山碎屑岩和气孔状熔岩)特征识别叫。有人认为蛾眉山
溢流玄武岩喷发没有确定的火山口。这种看法是不正确的。野外观察表明峨眉山玄武岩表明裂隙式喷发产生的火山口
证据是十分明显的。滇黔边境离火山口近处(鲁甸向斜、茂林
向斜、迤车向斜和乌蒙山向斜)的火山碎屑岩均普遍存在H
下的岩石组合。
结物主要为火山灰。在火山口附近的集块岩的集块无定向性
第30卷第4期
朱炳泉:关于峨眉Ⅱj溢流玄武岩省资源勘查的几个问题
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排列性和分选性。远离火山口的地方分选性增加。
熔结凝灰岩:含气体多和处于热牯结状态的角砾凝灰岩(以火山灰、玻屑为基质),在气体浮力作用下可从火山口运移到周边的低洼地,形成熔结凝灰岩。由于气体的析出,形成特征的拉长的气孔通道和杏仁状气孔。由于含有微细的火
山角砾和火山灰.因此区别于气孔状熔岩。
火山灰和尘埃沉积:由微细粒的火山碎屑(0
1
n埘)沉降
形成的堆积物,能用手指压成粉末,无颗粒感。虽然火山灰可以漂移到离火山口上百千米的地方,但厚层的纯火山灰沉积一般
均在火山口附近,并被其他火山碎屑岩覆盖而保存下来。
4古火山通道的岩浆分异与不同的成矿类型
与溢流玄武岩有关的铜镍铂钯硫化物矿床形成过程已被广泛研究和得到共识旧。成矿经历以下过程:(1)热地幔柱上涌;(2)产生贫硫富集金属的玄武岩质岩浆.并上升到地壳
中形成岩浆房;(3)岩浆房中岩浆与地壳物质混台,硫从围岩
中加入到岩浆中;(4)当硫饱和时,产生液相硫化物,由于硫化
物液滴密度比玄武岩浆大而下沉到岩浆房底部;(5)硫化物藏滴分离使N卜cu—PGE从岩浆中析出,形成硫化矿床。
在间隙式火山喷发期间,当地壳环境仍然贫硫时,火山
通道内从封闭到开放的岩浆房具有很高的岩浆分异作用。在
低氧逸度的封闭岩浆房,岩浆向高铁、高钛、贫硅方向演化(F黜n盯趋向)。但在高氧逸度的开放岩浆房,岩浆向低铁、低
钛、富硅方向演化(Bowen趋向)旧。因此火山口附近的火山熔岩与角砾岩在小范围内岩石化学组成变化可以很大。如鲁甸地区火山通道s102含量37% ̄63%,与Tio:(1.2% ̄54%)、TFco(全铁)(2
6%~22栅)之间存在好的线性反相关,具有从
苦橄质到安山质岩石的化学组成变化。滇黔边境非矿化区的
峨眉山玄武岩则具有较稳定的化学组成(Sio:为483%~
494%,Ti02
3.9盼43%、TFeo33%一138%),位于反相关趋
向线的中心。高钛高铁系列岩石为形成钒钍磁铁矿提供丁
成矿条件。而低钛的拉斑~安山质岩石可以使铜发生高度富
集”Hq.部分岩石可以成为舍粒状铜的富矿石(铜含量可高达3盼一14%)。为自然铜~氧化铜一银矿床形成提供了条件田目。
5火山热液交代变质现象和同生热液成矿作用
虽这一类型矿床的形成存在红层淋滤、变质热液和火
山同生热液说之争,但对于围岩蚀变现象是存在共识的。变质热液说认为可以划分出变质相带,而同生热掖说认为是快速不平衡的热渡交代作用.不存在相带。作者认为铜矿化主
要与火山喷发后的同生热液活动有关。系统认识火山热液交
代变质现象是找矿勘查工作中另一个需要关注的重要问题。Kewecnaw半岛的P0rcage火山岩存在典型的低级交代变质
作用,也是最早确定低级变质岩相划分指标(低绿片岩相、葡
萄石/绿纤石相和沸石相)的地方州Ⅵ。滇黔边境铜矿化区与溢流玄武岩有关的铜矿化一样.也出现温度从高到低.即从低绿片岩相到沉积成岩阶段的热液交代变质作用.可以分以下4个阶段.但在地域难于划分出变质相带。
低绿片岩相:在二叠纪玄武岩和宣威组地层之间出现了阳起石化、绿泥石化、绿帘石化和沥青化等,表明热液交代
变质在350q50。c州。沥青的反射率在l
6%广1
9%,表明变质
温度Trn缸也在4(n。450。CI”。美国Kewcemw铜矿也广泛存
在绿泥石化、绿帘石化和沥青化;沥青的Tm缸在41㈣O。c田.
与滇黔边境铜矿床十分相似。显然.这样的温压条件是30p
500m的上覆三叠系地层埋深变质不能达到的。
变质温度制约在27岫350。c。美国哪EEN^w铜矿有广泛
葡萄石一绿纤石相:这些矿物也属于沸石类,但它们的
的葡萄石一绿纤石化和玉髓化。在鲁甸地区铜矿床中存在绿
纤石化.丽在富源一盘县一带的铜矿化带中可以观察到强的
葡萄石化。滇黔边界浸染状浊沸石化和硅化则很普遍。浊沸石的形成温度范围在180 ̄350。cp”。与葡萄石一绿纤石处于
相近的温压条件。
沸石相:这一低温蚀变相在10(J吨700c,主要是指片沸石、方沸石等的形成温度。在火山碎屑岩和气孔状熔岩中呈
不规则脉体、晶洞状或浸染状出现的褐红色片沸石化代表了
晚期阶段的交代作用。
碳酸盐相:在更低温的条件下(<100。C)则出现菱铁
矿~方解石化。在地层有一定量硫时形成辉铜矿、黄铜矿、黄铁矿等硫化物。
前3个阶段均伴随着自然铜一氧化铜矿化。自然铜与沥青密切共生.而沥青的R0在手标本范围变化很大,显然不是
埋探变质所产生的。因此,第一阶段和第二阶段形成程染状自然铜一氧化铜矿石,是较短时间内在强烈的高温高压热液作用下产物,与火山喷发后的同生热液活动是密切相关的。
在第三阶段则形成板片状和网脉状自然铜,是较长时间内低温成矿作用的产物。在第四阶段可以形成块状自然铜、辉铜
矿脉状矿石。在滇黔边境和Keweemw半岛,这几个阶段的成矿十分相似。自然铜、氧化铜与铜硫化物矿化的出现与不
同的类型的蚀变矿物密切共生。这与不同的热液组分密切相
关。有机介质导致的强还原环境产生自然铜矿化,并伴随沥
青化、浊沸石化与绿泥石化;硅酸介质导致氧化铜沉淀,与阳
起石化、沸石化和硅化相伴随;而少量铜硫化物的出现常伴随着碳酸盐化、硅化和绿帘石化,标致着热液中有时有s,、co产、a一等负离子的存在。
6铜矿床的类型问题
与溢流言武岩省有关的铜矿床一类是大家较熟悉的铜
镍硫化物型(基性一超基性侵入相中),另一类是Kc叭emw
自然铜型(中、基性火山岩相中,。密歇根Kcweenaw铜矿具有以下主要特征.在全球具独一无二性:(1)以自然铜为主要
矿石,并含自然银;(2)产于裂谷环境大陆溢流玄武岩与上覆
410
中国
碎屑岩之间的向斜构造;(3)成矿与从低绿片岩相至沉积成
岩阶段(400~100。c)的热液交代变质存关;(4)有圭IE质对戚矿
起着重要作用。滇黔边境的铜矿化明显具有以上4个特征。因此Keweenaw铜矿应作为一个特定的类型来看待,即大陆
溢流玄武岩型自然铜矿床。
1996年加拿大Lefebure与cburch等人将火山岩与陆相或浅海相红层沉积接触带之间的铜矿化(包括Keweenaw
半岛的铜矿)统称为火山红层型铜矿嘞。这一类型的划分虽对
与火II】岩和沉积岩接触带的铜矿形成的地质环境和产状作
了归纳.但没有限定火山岩的成因类型,沉积岩的沉积环境
以及铜矿物的产出形式。因此他们除了将K洲nzw半岛的
自然铜矿床作为该类型划分的基础外.还将智利与大陆边缘
矿岛弧火山岩(安山岩一流纹岩)有关的铜一银矿(M柚tos,I啪
与Al协Ⅲn等)划为此类矿床。这些均为开采中的大型矿床,
因此也是该类型矿床确定的主要依据对象。但这些矿床矿石为硫化物一氧化物型.无自然铜,产出的地质环境也不是大陆
溢流玄武岩。因此多数学者仍将它们视为斑岩型或非典型斑
岩型铜矿。其他的一些矿床实例来自加拿大应属哥伦比亚和美国阿拉斯加的一些中、小型矿床或矿化点。这些矿床中
su咖s正在进行勘探,目前已探明储量为22 ̄30万c,为中型
矿床。但该矿床以辉铜矿为主,自然铜极少,上覆地层为浅海
相泥质一碳酸盐沉积.因此与KEwEENAw半岛的铜矿有显
著差别。其余只是具有勘探远景,均未进行勘探。同时对这一娄型铜矿铜的来源认为是来自红层.而不是火山岩。因此火山红层矿类型的提出是不很恰当的。
产于东欧克拉通volyno—PodohaIl新元古代大陆溢流玄武岩巾的铜矿床以自然铜为主,含矿地质特征与Kcweemw
和滇黔边境则卜分相似,但矿床规模较小,品位也低吲。
7铜一镍一铂一钯一油气一体化勘查
美国地质凋查局1997年以来在密西根中大陆裂谷开展
了两个资源勘查计划;一个是铜、镍、铂、钯勘查.另一个是油
气勘查。由于近期发现的西伯利亚No同’skNj—cu—PGM以及加拿大拉布拉多voisey湾Ni-cu—co大型硫化物矿床均与地幔柱环境下溢流玄武岩有关。Kcwccmw大陆裂谷不但
具有形成自然铜矿床(地壳贫硫,并富有机质)的条件.同时也
具有形成地壳富硫形成N广cu—PGM硫化物矿床的条件洲。
在Keween州半岛w11ite
PiIle铜矿的钻探中已发现了
油气。密歇根中大陆裂谷溢流玄武岩卜部的Nonesuch组黑
色页岩富含有机质。沥青反射率确定的Tnl缸为418叫27。c,
表明生油进入成熟期驯,具有油气勘探前景。
峨眉山溢流玄武岩省铜、镍、铂、钯找矿已取得了一定的进展,如金宅山、杨柳坪的铂、钯,力马河的镍矿,滇黔边境的铜矿床(图1)。它们均与玄武岩喷发的通道有关。应注重在火
山胫相侵入岩和具有F蛐ner岩浆分异趋向的火山岩找镍、
铂、钛,而在具有Bowell趋向的火山岩找铜、银、钯。在滇黔边
地质2003年
境峨眉山玄武岩与宣威组之问铜副化地段有大量的沥青化出
现。沥青反射率f凡,=1.6%一1
9%)所I豆映的n…为350q500c
与K㈨㈣w铜矿区相致.也处在生油成熟期。在威宁峨眉
山玄武岩所构成的乌蒙山向料中出现很厚的油页岩一沥青砂岩层。楚雄盆地“砂岩型铜矿”中(大姚、牟定)也存在涮青化.反射率与滇黔边境一致。Tmax表明这螳沥青是由干酪根热渡
裂解形成(壳幔柑互作用,20肛550。c),而不是从三叠纪至白垩纪地层埋深地温产牛的干酪根蒸馏沥青(50心00。c)囝。这
些铷青也不大可能来自早于早二叠纪以前的地层中。因为在
巾国南方和西南地区,这些古生代地层所含沥青的反射率‰
均在22啼岬6%之间11q.为过成熟沥青,也不易于运移。因此峨眉山玄武岩喷发产生的同生热液活动既导致了铜的成矿.叉导致了界面地层中处于油气的成熟期沥青的形成,两者的结合为自然铜形成提供了充分必要条件。楚雄盆地中“砂岩型铜”的原生矿石富铜贫硫.自深至浅有辉铜矿一斑铜矿一黄铜矿的垂向分带阳,吻合红层淋滤模式,铜源应来自玄武岩。楚雄盆地的油气勘探表明深部有处于成熟期的厚层沥青.并有油气显示。楚雄盆地是覆盖在蛾眉山玄武岩省上最大的盆地,为金属成矿和油气存藏提供了良好的储层和圈闭层。同时地球化学急变带已反映出楚雄盆地位于岩石圈峨眉山溢流三叉通道上。楚雄盆地的资源潜力应引起充分重视。在楚雄盆地探
郭勘探中应将油气和铜资源勘查结合起来。
东区(滇黔川接壤区)与西区(丽扛地区)玄武岩相比.成矿有各自的有利和不利因素。东区低钛高硅系列岩石相对
较少,表明富铜岩石占的比例较少。但东区上覆地层为陆相
沉积,富含有机质,有利于Kcwccn州式铜矿的形成。西区低
相,出现锰矿沉积,缺少有机质,不利于Kcwccnaw式铜矿的
形成,然而具有形成susnH式铜矿的条件。
根据云南、贵州、四川省地质调查院有关负责人在蛾眉
山玄武岩区资源勘查、填图中提出的问题,在作者与他们进
行了有益的讨论后,并听取了涂光炽、陈毓川院士、毛景文研究员、冯瑞博士的宝贵意见,写成此文。在此一并致谢。
…朱炳泉,张正伟,胡耀国滇东北发现具工业价值的火山凝灰角砾
岩层控型铜矿床Ⅱ】地质通报,2002,21(7):450
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钛高硅系列岩石(富铜系列)相对较多,但上覆地层为浅海
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朱炳泉:关于峨眉山溢流玄武岩省资源勘查的几个问题
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【41成抗新.谢学锦.严光生,等中国泛滥平原沉积物中铂、钯丰度bf憎惴)Yu力刀柚如d
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值及地球化学省的初步研究Ⅱ】.地球化学,1998,27(2):l
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Keywords:noodbasalt;gcoche嘶calste印gradient
zone;Cu,Ni,Pt—PdIllineraliz描on
关于峨眉山溢流玄武岩省资源勘查的几个问题
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
朱炳泉
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