銅陵安徽銅陵冬瓜山銅礦床中磁黃鐵礦的成因研究

銅陵安徽銅陵冬瓜山銅礦床中磁黃鐵礦的成因研究

0冬瓜山銅礦床安徽銅銅是中國(guó)重要的銅、鐵、金、硫礦床遺址。冬瓜山銅礦床位于銅陵地區(qū)獅子山礦田的中部,是獅子山礦田內(nèi)埋藏最深、儲(chǔ)量最大的大型銅礦床。前人對(duì)冬瓜山銅礦床進(jìn)行了大量的礦床學(xué)和礦床地球化學(xué)研究,認(rèn)為冬瓜山銅礦床是海西期同生沉積的塊狀硫化物礦胚受到燕山期巖漿熱液疊加改造而形成的層控矽卡巖型礦床[8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21]。本文在前人研究的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)開展了冬瓜山銅礦床主要礦石礦物磁黃鐵礦的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和成分研究,旨在為深入了解礦床的形成過(guò)程提供一些新的證據(jù)。1切的巖體及控礦地質(zhì)特征獅子山礦田位于銅陵地區(qū)的中西部(圖1(a)),礦田內(nèi)巖漿巖廣泛發(fā)育(圖1(b)),出露面積約3km2,多為小型侵入體。與冬瓜山銅礦床關(guān)系最密切的巖體是青山腳巖體,巖性為石英閃長(zhǎng)(斑)巖,鋯石U-Pb年齡為(135.5±2.1)Ma,屬于燕山期產(chǎn)物。礦區(qū)內(nèi)出露有泥盆紀(jì)—三疊紀(jì)的地層。與冬瓜山銅礦床成礦關(guān)系最密切的地層有二疊系下統(tǒng)、石炭系以及泥盆系上統(tǒng)。礦體主要賦存于石炭系中上統(tǒng),礦體分布在區(qū)域上受地層層位控制明顯。冬瓜山銅礦床是層控矽卡巖銅礦床。在礦床主礦體中,脈石礦物主要有蛇紋石、滑石等蝕變礦物和石榴石、透輝石等矽卡巖型礦物;礦石礦物主要為磁黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦。2樣品采集與測(cè)試2.1礦化石榴石本文研究的樣品采自冬瓜山銅礦床-730m和-760m中段的兩條48線穿脈的剖面。-730m中段選取的樣品包括礦化石榴石矽卡巖(DG013,DG019)、礦化石英閃長(zhǎng)巖(DG022)和含銅磁黃鐵礦礦石(DG23-2,DG025,DG024)(圖2);-760m中段選取的樣品包括含銅蛇紋巖(DG034,DG048)、礦化石榴石矽卡巖(DG041)、含礦巖脈及含銅磁黃鐵礦礦石(DG027),被包裹的黃鐵礦變斑晶(DG028)(圖3)。2.2主量元素分析及儀器選型所用樣品經(jīng)處理加工成薄片,用于礦相顯微鏡的觀察和拍照。選取具有典型特征的磁黃鐵礦光薄片進(jìn)行電子探針的主量元素分析,電子探針?lè)治鲈诤斯I(yè)北京地質(zhì)研究院完成。儀器型號(hào):日本電子JXA-8100電子探針?lè)治鰞x;測(cè)試條件:加速電壓20kV,束流1×10-8A,束斑直徑2μm,定量分析ZAF校正。3結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征通過(guò)野外調(diào)研和室內(nèi)礦相顯微鏡的觀察,筆者發(fā)現(xiàn),在冬瓜山層控矽卡巖銅礦床中的磁黃鐵礦礦石具有原生沉積、多期熱液交代和變質(zhì)3種不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征。3.1生長(zhǎng)和沉積相的關(guān)系前人曾對(duì)冬瓜山層狀礦體的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征做過(guò)大量描述,礦體產(chǎn)于晚泥盆世五通組砂巖與石炭紀(jì)黃龍組碳酸鹽巖之間,受地層控制明顯,呈層狀或似層狀產(chǎn)出,這種形態(tài)是長(zhǎng)江中下游和華南塊狀硫化物礦床的重要特征之一。冬瓜山層狀硫化物礦石具有典型的沉積結(jié)構(gòu)構(gòu)造,多見紋層狀構(gòu)造,礦石形成后由于受到后期應(yīng)力,發(fā)生變形而演變成揉皺狀構(gòu)造或馬尾絲狀結(jié)構(gòu)。本文作者在層狀礦體-760m中段48線穿脈含銅蛇紋巖礦體中發(fā)現(xiàn)的礦石多呈條帶狀或紋層狀沉積構(gòu)造特征(圖4A,B),由硫化物與蛇紋石、滑石等構(gòu)成互層,交替分布。在礦相顯微鏡下,層狀礦體的下部-760m中段48線穿脈中的含銅蛇紋巖呈紋層狀、多期熱水回旋的原生沉積結(jié)構(gòu)(圖4A)。3.2礦物學(xué)和礦物學(xué)特征燕山期巖漿熱液作用不僅形成了典型熱液成因的矽卡巖型和斑巖型礦體,而且對(duì)層狀硫化物礦體進(jìn)行了改造和疊加,形成了脈狀、浸染狀等具典型熱液成因特征的結(jié)構(gòu)構(gòu)造。冬瓜山銅礦-730m中段48線穿脈的層狀礦體中,發(fā)育有大量巖漿熱液成因的矽卡巖型礦體。在靠近巖體附近和矽卡巖中,常常見到細(xì)脈狀的由磁黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦和脈石礦物組成的含銅硫化物脈(圖4C),晚期硫化物呈脈狀穿插于早期硫化物礦石中,最后交代矽卡巖形成浸染狀礦石。圖4D顯示了矽卡巖里發(fā)現(xiàn)的被后期熱液交代而形成的殘余狀的鮞狀黃鐵礦。此外,在-730m中段48線穿脈含銅磁黃鐵礦礦體中,黃鐵礦被磁黃鐵礦交代成港灣狀(圖4E);在-760m中段48線穿脈中的磁黃鐵礦被黃銅礦交代后呈不規(guī)則殘余狀(圖4F)。3.3退變質(zhì)過(guò)程特征前人研究證實(shí),含銅磁黃鐵礦礦體在進(jìn)變質(zhì)過(guò)程中形成的結(jié)構(gòu)主要為膠黃鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)辄S鐵礦以及進(jìn)一步變質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榇劈S鐵礦、磁鐵礦;而退變質(zhì)過(guò)程則以磁黃鐵礦的退火、黃鐵礦變斑晶的生長(zhǎng)和單純六方磁黃鐵礦的形成為特征。本文研究表明,磁黃鐵礦在變形之后發(fā)生重結(jié)晶和初期退火時(shí),黃鐵礦與磁黃鐵礦的接觸邊界平直,呈共生邊結(jié)構(gòu)產(chǎn)出(圖4G);在進(jìn)一步變質(zhì)和退火過(guò)程中,磁黃鐵礦產(chǎn)生了退火平衡結(jié)構(gòu)———三晶嵌接顯微結(jié)構(gòu)(圖4H),這顯示了磁黃鐵礦經(jīng)歷了顯著的退火及重結(jié)晶作用。4fe含量測(cè)試本文選取了礦體中-730m和-760m中段的48線穿脈中部分樣品對(duì)磁黃鐵礦的元素賦存狀態(tài)進(jìn)行了電子探針測(cè)試分析(表1)。由分析測(cè)試結(jié)果可知,測(cè)試樣品中的磁黃鐵礦Fe含量范圍為57.78%~60.67%,S含量范圍是37.99%~39.51%,Mo類質(zhì)同像置換Fe。依據(jù)前人研究[25,26,27,28,29,30],Fe原子百分比大于46.5%的磁黃鐵礦結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定,在46.5%~48.0%之間的磁黃鐵礦存在很好的晶型對(duì)應(yīng)關(guān)系。結(jié)合成因礦物學(xué)研究,本文將磁黃鐵礦晶型與其成分之間存在的對(duì)應(yīng)關(guān)系分類,并將磁黃鐵礦的晶型及成分特征與生成溫度進(jìn)行了高低溫劃分(表2)。5磁黃鐵礦的形成過(guò)程礦相學(xué)研究表明,冬瓜山銅礦床中的主要礦石礦物磁黃鐵礦兼有沉積、熱液交代和變質(zhì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征,反映了冬瓜山銅礦床的形成經(jīng)歷了沉積作用階段、熱液交代成礦階段和熱變質(zhì)作用階段。蛇紋巖中的紋層狀構(gòu)造和熱水回旋結(jié)構(gòu)都是典型的沉積成因結(jié)構(gòu)構(gòu)造;在熱液交代過(guò)程中,出現(xiàn)了黃鐵礦被磁黃鐵礦交代而形成的港灣狀(圖4E)新生結(jié)構(gòu),當(dāng)交代作用強(qiáng)烈時(shí),形成了具有交代殘余的特征結(jié)構(gòu)(圖4F)。圖4D中的黃鐵礦雖然被后期熱液交代破壞了原有的形貌,但仍清晰可見部分保存下來(lái)的鮞狀特征,它既保留了早期的部分沉積結(jié)構(gòu)特點(diǎn),也顯示了后期多次熱液交代的過(guò)程。冬瓜山銅礦床屬于華南型塊狀硫化物礦床,在長(zhǎng)江中下游地區(qū)的同類型層狀硫化物礦床中普遍存在膠黃鐵礦→黃鐵礦→磁黃鐵礦→磁鐵礦這種從低溫到高溫的變質(zhì)反應(yīng)順序。冬瓜山礦床在變質(zhì)作用期間退變質(zhì)作用顯著,退變質(zhì)初期,出現(xiàn)了大量的黃鐵礦與磁黃鐵礦平直的接觸邊界(圖4G);進(jìn)一步退變質(zhì)后,達(dá)到了退火平衡,形成三晶嵌接結(jié)構(gòu)(圖4H)。礦床從深部至淺部,磁黃鐵礦含量增多,礦石構(gòu)造由紋層狀變?yōu)橹旅軌K狀,分析原因可能是磁黃鐵礦在燕山期巖漿作用過(guò)程中,由深部靠近巖體的大規(guī)模層狀黃鐵礦礦體變質(zhì)脫硫的產(chǎn)物。此外,在野外工作中也發(fā)現(xiàn),在大理巖中發(fā)育有順層侵入的含銅磁黃鐵礦礦體,它與大理巖呈整合關(guān)系,且接觸界線截然(圖3),這種現(xiàn)象與曾普勝描述的特征相似,大理巖中未見明顯的脈體穿插顯現(xiàn)和熔融的重結(jié)晶現(xiàn)象,表明變質(zhì)作用的溫度并未高到使方解石熔化的程度,與大理巖整合接觸的磁黃鐵礦,所需的熔化溫度更高。由此判斷,這種整合產(chǎn)出的塊狀磁黃鐵礦不是熔融態(tài)形成的,而是原地物質(zhì)固態(tài)條件下遭受熱變質(zhì)的“角巖化”的結(jié)果。綜合磁黃鐵礦成分范圍(表1)和晶系及溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系(表2),在冬瓜山銅礦床的矽卡巖礦石及其圍巖中的磁黃鐵礦多以單斜相形式存在,表明矽卡巖及圍巖中的磁黃鐵礦形成于較低的溫度階段;與此不同的是,在含銅磁黃鐵礦礦體中磁黃鐵礦則以單斜相與六方相混合存在,反映了冬瓜山-760m、-790m中段主礦體中的磁黃鐵礦形成于兩個(gè)不同階段,即低溫階段和高溫階段。同時(shí),位于-760m中段48線穿脈中靠近大理巖附近的磁黃鐵礦以高溫六方相為主。在變質(zhì)作用過(guò)程中,高溫的六方相磁黃鐵礦形成于早期重結(jié)晶階段和初期退火階段,而退變質(zhì)后期則不僅出現(xiàn)了高溫的六方相磁黃鐵礦,也出現(xiàn)了低溫的單斜相磁黃鐵礦。依據(jù)Arnold的研究表明,六方磁黃鐵礦在高溫條件下緩慢冷卻會(huì)使磁黃鐵礦有足夠的時(shí)間出溶黃鐵礦,在過(guò)剩的硫完全以黃鐵礦出溶后,溫度下降將不能再出溶單斜磁黃鐵礦,形成單純的六方磁黃鐵礦;但如果經(jīng)歷了高溫時(shí)的快速降溫,六方磁黃鐵礦中多余的硫未能以黃鐵礦的形式完全出溶,那么當(dāng)溫度下降到254℃以下,將會(huì)有單斜磁黃鐵礦的出溶。所以,冬瓜山銅礦床中的低溫?zé)嶙冑|(zhì)成因單斜磁黃鐵礦的存在,表明礦床形成不僅經(jīng)歷了一段緩慢的降溫過(guò)程,局部也出現(xiàn)了快速降溫過(guò)程。6層控礦礦的形成時(shí)代及形成階段3(1)冬瓜山礦床-730m中段和-760m中段48線穿脈中的磁黃鐵礦礦石具有沉積、熱變質(zhì)、多期熱液交代結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征。(2)冬瓜山層控矽卡巖銅礦床的形成過(guò)程為早期經(jīng)歷了沉積作用,在礦床底部形成了大量具有紋層狀構(gòu)造的礦體;后經(jīng)燕山期巖漿侵入,溫度升高,變質(zhì)作用發(fā)生;變質(zhì)作用之后,巖漿熱液疊加對(duì)早期形成的產(chǎn)物進(jìn)行了多期次的改造,最終形成了層控矽卡巖銅礦床。(3)冬瓜山層