湖南车江铜矿的成因及成矿模式_钟建华

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主题词: 铜矿 有机质 红色建造 矿床成因 成矿模式 车江
铜矿是我国的紧缺矿种之一。近年来我国在铜矿的研究方面取得了许多重要成果[ 1, 3, 12] , 但也存在一些问题, 尤其是对一些中、新生代砂岩型铜矿的成因有不同看法。本文拟从多种角 度简要介绍车江铜矿的研究结果。
1 概述
车江铜矿位于湖南省东南部的衡阳盆地内。衡阳盆地是一个中新生代盆地, 面积约 7000 km2, 其中沉积了厚约 5000 m 的红色砂泥岩建造。
samples f rom the Chej iang copper deposit
样品
时代 铜矿岩性
有机碎屑 形态特点
反射率 R °/ %
t max / ℃
主要铜矿 物类型
显微定量分析
铜矿物 有机碎屑
(%)
(%)
CJ-1
E1
砂岩 细粒状、火焰状 0. 621 86~90 辉铜矿
1. 54
5. 32
1997 年
其最大的特点同样也是有机质含量很高( 照片 2, 3) , 多在 10% 以上, 见表 1。照片 4 及图 2a 中 所示的是鲕状泥岩中的环状( 腐泥) 有机质, 是一种含铀很高的沥青。铜矿物与有机质碎屑之间 也具有很好的正相关关系( 图 1) , 无疑反映了二者在成因上的联系。
表 1 车江铜矿显微定量分析结果及其 最高成矿温度 Table 1. Microscopic quantitative analyses and maximum temperatures of
2. 2 车江铜矿的铜矿物类型及其产出特征 ( 1) 铜矿物类型: 车江铜矿中的铜矿物主要是辉铜矿, 占铜矿物总量的 75% 以上, 其次为
斑铜矿、铜蓝、黄铜矿、孔雀石、自然铜及赤铜矿。 ( 2) 铜矿物产出特征: 因为辉铜矿是主要铜矿物, 有必要介绍之。从观察结果看来, 辉铜矿
的产出几乎总与有机质有关。图 2 b 所示的微粒状辉铜矿产在一碳化植物小根外缘( 照片 5) 。 在一些结构镜质体内的残留细胞腔中也常常充填了微粒状辉铜矿, 这些辉铜矿的成因可能与 植物初生富集和沉积富集有关。图 2 c 所示的是产在腐泥基质中的不规则片状辉铜矿, 该图中 的黑色方块可能是石盐晶体溶解后留下的假晶, 其后被腐泥所充填( 照片 6) , 在显微镜下还能 见到许多方解石假晶被腐泥所充填( 图 2 d) , 而外缘则常被辉铜矿所包围。这些现象说明了辉 铜矿是在沉积或早期成岩阶段形成的, 如辉铜矿形成于晚期成岩或表生阶段, 这时腐泥基质已 成固体, 不可能再穿过辉铜矿去充填方解石所溶解而形成的晶洞。石盐和方解石假晶的大量存 在及铜矿层中偶见的石膏晶体印痕说明了“萨勃啥”作用的存在。腐泥与蒸发矿物的共生说明 了当时的蒸发强度非常大, 否则难以发现这种“深水相”的腐泥与蒸发矿物共生的局面, 但也有 人认为腐泥可以是潮上坪的产物。图 2 e 所示辉铜矿产在有机质碎屑( 镜质体) 的成岩收缩裂 隙中, 显然这种辉铜矿是在成岩或其后的表生成岩阶段中形成的。图 2 f 、g 及 h 所示的是辉铜 矿产在有机质碎屑( 镜质体) 的后生裂隙中( 照片 7) 。这种裂隙是构造作用所形成的, 其共轭性 可以说明这一点, 因此, 充填于其中的辉铜矿是表生成岩阶段形成的。图 2 g 中的辉铜矿仅交 代了裂隙下壁的镜质体, 这可能是含矿地下流体仅沿裂隙下壁流动造成的, 表明了流体不足而 未充填满整个裂隙, 导致矿化仅发生在下壁, 而上壁则丝毫未染。许多证据表明, 车江铜矿中的 辉铜矿其产出总与有机质有关, 其成因联系应当说是密切的。
第 15 卷 第 3 期
钟建华等: 湖南车江铜矿的成因及成矿模式
2 47
表 2 车江铜矿的化学组成( % ) 及微量元素含量( 10- 6) 一览表 Table 2. Chemical composition and trace element contents of samples from the Chejiang copper deposit
0. 621
86~90 铜蓝
2. 97
8. 35
细条 带状、细脉
辉 铜 矿、
E1
泥岩
状、碎片状
0. 601
81~86 铜蓝
4. 24
18. 95
辉 铜 矿、
E1
泥岩
细条带状, 脉状 0. 620
85~89 黄铜矿
3. 97
18. 11
第 15 卷 第 3 期
钟建华等: 湖南车江铜矿的成因及成矿模式
过 93℃. ×110
( 3) 铜矿的地球化学特征: 对车江铜矿的 11 个样品进行了化学分析( 表 2) 。车江铜矿的化 学组成有下列特点: ¹ 与一般砂、泥岩相比, 其 CaO 含量明显偏高。含铜砂岩的 CaO 含量介于 4. 59% ~8. 66% 之间, 含铜泥岩在 9. 86% ~15. 79% 之间( 表 2) 。后者明显高于前者, 其原因是 含有更多量的石膏和方解石这一类含钙蒸发矿物, 也反映了后者相对靠近湖心, 有更多的机会 接触咸化的湖水和经受更多的蒸发泵流作用, 所以其中的方解石和石膏相对较多, 因而导致 CaO 含量相对偏高; º 灼失量非常大。含铜砂岩的灼失量在 4. 06% ~10. 37% 之间, 含铜泥岩 高达 8. 06% ~17. 95% , 造成这种结果的根本原因是含有大量的有机质、方解石及水等易挥发 性矿物。
2 45
图 1 铜含量及铜矿物与有机碳及有机质 碎屑之间的关系 F ig . 1. Relationships betw een co pper content and o rg anic carbo n ( 0) and betw een co pper
miner als and or g anic fr ag ments ( x ) in the Chejiang copper depo sit.
车江含铜建造位于红色砂泥岩建造的中上部, 形成于早第三纪。含铜建造厚数十米至百余 米, 为一套含铜的碎屑岩系, 顶部往往有石膏层。以红色和灰色色调为主, 夹黄色、黄褐色或灰 黑色。根据岩性及旋回特点可以分为 12 层。含矿层位于下部, 有 1~3 层, 主矿层呈层状或似 层状, 分布稳定, 在矿区施工的数百个钻孔中绝大多数可以见到。主矿层厚 0. 5~6. 0 m , 一般 在 1~2 m , 铜含量多在 1% ~2% , 最高品位可达 4% ~5% , 以辉铜矿为主。
样 号
C J-1 CJ -2 CJ -3 CJ-4 CJ-7 CJ-8 C J-9 CJ -10 CJ -11 CJ-12 CJ-13
岩性 参数
砂岩 铜矿
砂岩 铜矿
砂岩 铜矿
砂岩 铜矿
砂岩 铜矿
泥岩 铜矿
泥岩 “鲕”状泥“鲕”状泥 泥岩 铜矿 岩铜矿 岩铜矿 铜矿
泥岩 铜矿
SiO 2 A l 2O 3 T iO 2 T F e2O3 M nO 2 P 2O 5
此外, 很有必要提及的是, 在辉铜矿内有时可以见到不规则片状、多角片状、网格状或文象 状产出的蓝紫色辉铜矿、铜蓝和桔红色的斑铜矿( 图 2 i) 。这一现象表明其成矿温度不超过 90℃ª 。
ª 徐一仁、张素华, 论砂岩型铜矿的成因机制在找矿中的指导作用
24 6
矿 床 地 质
1997 年
图 2 车江铜矿中的辉铜矿产出特征 Fig . 2. M odes o f occurr ence o f chalcocite in the Chejiang copper depo sit. a—鲕状含铜泥岩, 辉铜矿主要产在鲕粒之 间, 黑色物质为沥青铀矿 . ×10; b—辉铜矿矿化 沿碳化植物体外 缘发 生 . ×70; c— 辉铜矿产在腐泥基质中, 其中的石盐 和方解石假晶已被腐泥充填。表明其形成于沉 积阶段 . ×70; d —辉铜矿内有一被腐泥置换的方解石假晶。表明辉铜矿形成于沉积阶段 . ×110; e—辉铜矿充填于有机质成岩裂 隙中。表明其形成于成岩过程中 . ×2; f —有机质的共轭剪切裂隙中充填了辉铜矿。表明辉铜矿形成于表生成岩阶 段 . ×1; g—辉铜矿仅沿共轭剪切裂隙的下壁富集, 与表生成岩阶段地下流体的半充满 有关 . ×70; h —辉铜矿充 填在雁行状的剪张裂隙中, 系表生成岩阶段所形成 . ×100; i—辉铜矿、斑铜矿、蓝铜矿共生。表明成矿温度不超
2 车江铜矿的特征
2. 1 车江铜矿的岩石学特征 车江铜矿在岩石学上明显可以分为两类: 一类是含铜砂岩; 另一类是含铜泥岩。 含铜砂岩一般为灰色, 多以细砂岩为主, 其中常见各种小型交错层理及缓波状或脉状层理
( 照片 1) , 层理由黑色的有机质或富含有机质的碳质泥岩条带所显示。含铜砂岩有机质含量较 高, 碳化植物碎屑多在 5% 以上, 最高可达 21. 0% ( 表 1) , 比 Kupferschief er 页岩型铜矿中的有 机质含量( 2% ~10% , 平均 6% , H L O Huyck and R W Chorey , 1991) 还高[ 4] 。定量分析表明, 有机质碎屑( 腐植碎屑+ 腐泥碎屑) 与铜矿物之间具有明显的正相关关系, 如图 1 所示, 反映了 铜矿在成因上与有机质有关。
E1
泥岩 状
0. 640
88~94 铜蓝
2. 29
4. 82
E1
泥岩 粗粒状
0. 623 86~90 辉铜矿
5. 39
20. 04
辉 铜 矿、
“鲕”状 细碎 片状, 含多
E1
泥岩 量腐泥
0. 618 85~89 斑 铜 矿、 3. 89
10. 11
铜蓝
“鲕”状 细碎 片状, 含多
辉 铜 矿、
E1
泥岩 量腐泥
1997 年
矿 床 地 质
M IN ERA L DEPO SIT S
第 16 卷 第 3 期
湖南车江铜矿的成因及成矿模式X
钟建华
李自安
( 中国石油大学, 山东东营) ( 中国科学院大地构造研究所, 长沙)
提 要: 对湖南衡阳盆地的车江铜矿进行了较为 深入的研究。研究结果表明, 车江铜矿是一 种低温沉积型铜矿, 其成因与有机质密切相关, 经历 了沉积富集、成岩富集和表生富集三个阶段。
辉 铜 矿、
CJ-2
E1
砂岩
细粒状、碎片状 0. 638
88~94 铜蓝
2. 10
7. 49
细条 带状、碎片
辉 铜 矿、
CJ-3
E1
砂岩
状、火焰状
0. 642
89~95 斑铜状
2. 10
7. 45
辉 铜 矿、
CJ-4
E1
砂岩
碎片状、粗粒状 0. 612
83~87 斑铜矿
8. 40
21. 08
CJ-5
E1
砂岩 碎片状、脉状


辉铜矿
3. 38
13. 47
车 CJ-6 江
CJ-7 铜
CJ-8 矿
CJ-9
CJ-10
CJ-11
CJ-12
CJ-13
E1
砂岩 碎片状, 细粒状


辉铜矿
3. 49
11. 66
E1
砂岩 细粒状、丝发状 0. 608 82~86 辉铜矿
2. 18
6. 13
细条 带状、碎片
辉 铜 矿、
在车江铜矿含铜泥岩也是一种重要的含铜岩石, 其外观上多为灰至深灰色, 少数灰黑色。
X 中国科学院资助重点课题部分成果 钟建华, 男, 1957 年生, 博士后, 副教授, 从事构造及沉积研究。邮政编码: 257062 1996-07-02 收稿, 1996-10-08 修4) 铜矿的微量元素特点: ¹ U 含量明显偏高。含铜砂岩的 U 含量介于 38. 5×10- 6~ 146×10- 6 , 含铜泥岩在 105×10- 6~842×10- 6, 后者明显高于前者, 尤其是“鲕”状含铜泥岩, 其 U 含量已达铀矿的最低品位( 表 2) ; º Sr 含量在“鲕”状泥岩铜矿中明显偏高。这可能是由 于鲕状泥岩铜矿中具有相对更高的硬石膏的原因; » Cr 、Co、Ni 及 Co / Ni 比值。车江铜矿中的 Cr 含量介于 26×10- 6~38×10- 6之间, 含铜砂岩略高于含铜泥岩; 含铜泥岩的 Co 含量明显高 于含铜砂岩: 前者在 29. 6×10- 6~92. 4×10- 6 之间, 后者仅 7. 9×10- 6~8. 7×10- 6 ; N i 含量也
61. 36 13. 29 0. 70 1. 16 0. 020 0. 111
62. 42 12. 48 0. 64 1. 30 0. 038 0. 120
60. 82 8. 65 0. 62 1. 07 0. 054 0. 120
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