李建旭,方維萱

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；2.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心北京資源勘查技術(shù)中心，北京 100012)

鐵氧化物銅-金(IOCG)礦床提出以來，很快引起重視，因規(guī)模大(通常100萬～1000萬t)、品位高(Cu 1%～3%)、經(jīng)濟價值高成為重要勘查目標(biāo)，是繼斑巖銅礦、塊狀硫化物礦、淺成低溫?zé)嵋盒徒鸬V之后礦床學(xué)研究和勘查的又一個新高潮[1]。IOCG礦床與斑巖銅礦在全球都有廣泛的時空分布，但相對于斑巖銅礦，IOCG礦床研究程度相對偏低，在部分IOCG礦床中，礦化作用與斑巖銅礦具相似的巖漿活動及巖漿熱液流體特征[2-4]，智利IOCG礦床與斑巖銅礦礦床分布與構(gòu)造演化有密切關(guān)系。本文對智利斑巖銅礦和IOCG礦床的構(gòu)造、巖漿作用及其關(guān)系進行了初步探討，以期指導(dǎo)實際勘查工作。

1 鐵氧化物銅-金礦床與斑巖銅礦床概述

1.1 鐵氧化物銅-金礦床

IOCG礦床是含有大量鐵氧化物，并共(伴)生有Cu、Au、Mo、Ag、Co、REE等的一類礦床，形成于洋殼俯沖、陸內(nèi)裂谷等伸展構(gòu)造背景[5-6]，目前還沒有嚴格的定義。在全世界從太古代-新生代均有廣泛分布。礦床與基性-中性大規(guī)模侵入巖雜體有關(guān)，礦體賦存于巖體及接觸帶或圍巖中，形態(tài)復(fù)雜，呈脈狀、層板狀、透鏡狀、角礫狀、塊狀、群脈狀。堿質(zhì)蝕變發(fā)育，從下部到上部形成明顯的蝕變分帶。深部早期形成鈉鈣蝕變，礦物組合為鈉長石-磁鐵礦-陽起石-磷灰石；中淺部為鉀化蝕變，主要有黑云母+鉀長石+磁鐵礦+黃鐵礦+黃銅礦；淺表蝕變?yōu)殁涢L石-白云母±綠泥石±碳酸鹽(絹云母蝕變)，淺部常發(fā)育大量粗晶方解石脈(帶)。金屬礦物主要有磁鐵礦-赤鐵礦-黃銅礦-輝銅礦-斑銅礦。

雖然IOCG礦床究竟形成于巖漿作用[2-3]還是非巖漿作用[7]尚無定論，但侵入巖的作用是肯定的。不管是做為物源或是熱源，初始的流體相似于斑巖系統(tǒng)具有巖漿熱液特征[4,8]。氯和鍶同位素說明，IOCG流體源于巖漿分異過程并有少量混合成因(δ37Cl=+0.2‰～2.1‰) ，具有比斑巖銅礦更多的幔源組成(δ37Cl=0±0.5‰ )[9]。

1.2 斑巖銅礦

斑巖銅礦原意指與強烈絹云母和硅化、中酸性斑巖有關(guān)的細脈浸染型銅礦，以規(guī)模大、品位低為特征。主要分布于環(huán)太平洋成礦帶、特提斯-喜馬拉雅成礦帶和中亞-蒙古成礦帶。超大型礦床與小的斑巖淺成侵位隱爆作用有關(guān)。礦床賦存于含礦侵入斑巖、圍巖及后期的角礫巖筒，單個礦體形態(tài)簡單、規(guī)模巨大(如丘基卡馬塔：礦體長3500m，寬1200m，深大于1000m)；氧化礦物形成次生富集帶，紅帽及綠帽(次生淋濾帶)發(fā)育，銅品位1%左右,鉬0.3%～0.4%，還有少量的金、銀、鉑族元素。蝕變環(huán)繞含礦斑巖體，自內(nèi)而外依次為早期鉀硅酸鹽化帶→石英絹云母化→晚期的高級泥化帶。

普遍認為斑巖銅礦是巖漿成因，形成于洋殼俯沖或陸-陸碰撞造山過程[10-11]。但超大型斑巖銅礦形成于板塊匯聚縫合帶(如智利)并受大型基底構(gòu)造控制，巖漿來源于俯沖作用的洋殼板片、下地殼及上地幔的部分熔融，上侵過程中有地殼混染[12-14]。

2 智利IOCG礦床與斑巖銅礦時空分布

智利安第斯型活動大陸邊緣聚集了世界最大的超大型斑巖銅礦和IOCG成礦帶(圖1)，形成明顯的時空分帶。中生代強烈擴張下巖漿弧及弧后盆地阿塔卡瑪斷裂(Atacama)控制了IOCG礦床，新生代巖漿弧西部斷裂(Domeyko)控制了斑巖成礦帶。從西到東時代變新，形成磁鐵礦-磷灰石礦床、鐵氧化物銅金礦、斑巖銅金、斑巖銅鉬帶。IOCG礦床分布于西部海岸山帶的中生代巖漿弧-弧后盆地(12°S ～33°S)，分為中-晚侏羅IOCG帶和早白堊IOCG帶，新生代也有少量分布。斑巖銅礦主要分布于16°S ～39°S的五個南北向成礦帶：早石碳紀-晚二疊紀、晚白堊紀、古新世、上始新世-下漸新世、中-上中新世。大型斑巖銅礦主要產(chǎn)于上始新世-下漸新世及中-上中新世，有斑巖銅金、銅鉬礦床。礦床形成及成礦帶的分布與洋殼俯沖機制、構(gòu)造、巖漿演化有密切關(guān)系。

圖1 智利IOCG及斑巖銅礦分布圖(據(jù)Camos F,2003[15]修編)

3 構(gòu)造演化與成礦控制

智利從中生代開始經(jīng)歷了四個構(gòu)造演化階段，對應(yīng)四個巖漿?。嘿_紀-早白堊紀(200Ma～120Ma)、山間盆地(120Ma～80Ma)、晚侏羅紀-早第三紀(73Ma～35Ma)、位于前科底來拉的現(xiàn)代巖漿弧(<23Ma)。洋殼俯沖作用經(jīng)歷了從馬利亞那型到智利型的轉(zhuǎn)變，在約80Ma后成為轉(zhuǎn)折點，形成兩個構(gòu)造應(yīng)力階段：①侏羅紀-中白堊世(200Ma～90Ma)擴張-轉(zhuǎn)換擴張機制；②晚白堊世后(90Ma)匯聚速率或俯沖角度的變化及斜向俯沖作用形成復(fù)雜的變形機制，擴張及擠壓相間出現(xiàn)，以擠壓為主造成地殼增厚[16]。對應(yīng)巖漿弧及應(yīng)力變化，形成了IOCG成礦帶和斑巖型成礦帶。

礦帶分布與板塊俯沖及構(gòu)造演化相關(guān)，是不同階段、不同應(yīng)力下的結(jié)果。通常認為IOCG礦床形成于擴張機制，斑巖銅礦形成于擠壓機制，均產(chǎn)出于板塊俯沖帶上盤。在俯沖作用下，應(yīng)力場內(nèi)同時存在應(yīng)力擠壓和應(yīng)力松馳區(qū)，而非擴壓和松馳交替出現(xiàn)。擴張地段、構(gòu)造弱化帶是礦床形成的有利地段，礦床呈帶狀分布，成群集中于走滑斷裂旁側(cè)及兩組斷裂交匯處，如菲什爾斷裂，控制了潘帕諾特、阿布拉及魁北雷德布蘭卡等銅礦，斷層?xùn)|側(cè)破碎帶中形成丘基卡馬塔礦床，大型Candelaria-Punta del Cobre、Mantoverde礦田均位于阿塔卡瑪斷裂次級走滑斷裂，在科皮亞波(Copiaó)形成礦集區(qū)。

4 巖漿作用與成礦

智利安第斯邊緣的低角度俯沖、快速擠壓，深源巖漿強烈活動形成大量侵入巖及火山巖是礦床成礦重要基礎(chǔ)。礦床均明顯與侵入巖體有關(guān)，巖漿的高氧化性、侵位機制及流體演化使斑巖銅礦和鐵氧化物礦床有共同的成礦特征，但又明顯不同。

4.1 侵入巖及成礦時代

侵入巖體源于下地殼或上地幔并與礦化具同時代特征。與斑巖有關(guān)的成礦巖體為新生代酸-中酸性淺成侵入體，是由早期閃長巖、花崗閃長巖及花崗巖侵入后進一步演化而成，有花崗斑巖、石英二長斑巖、英安斑巖、粗安斑巖等。丘基卡馬塔礦床的成礦巖體為第三紀漸新世花崗斑巖，其底板巖石及圍巖也是一套酸性侵入巖。特尼恩特礦床的成礦巖體為第三紀上新世的石英閃長巖、英安斑巖，底板巖石為晚白堊世-早第三紀安山巖。IOCG礦床巖體主要為中基性輝長巖-閃長巖-花崗閃長巖-石英閃長巖-花崗巖等。礦床產(chǎn)出于同時代的巖體(Mantos Blancos,Olympic Dam)或圍巖中(Candelaria，Manto Verde)。如與Candelaria礦床有關(guān)的科波亞波巖體為輝長巖-花崗閃長巖-閃長巖-花崗巖-二長巖 (97Ma～119Ma)與礦化(～115Ma)有同時代關(guān)系，在Mantoverde礦床礦化發(fā)生于(117±3)Ma～(121±3)Ma與Sierra Dieciocho 深成閃長巖巖體 (120Ma～127Ma)同期。

4.2 侵入巖成分與礦化

重要礦床侵入巖體地球化學(xué)(Candelaria、Mantos Blancos和El Salvador、Chuquicamata)表明，深成巖體在SiO2-Na2O+K2O圖中，大都分為亞堿性，少部分為堿性(圖2A)；在SiO2-K2O圖中(圖2B)，大部分為鈣堿性-高鉀鈣堿性，科波亞波巖體部分為高鉀系列并有利于礦化，均屬磁鐵礦系列。斑巖成分屬準鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)，IOCG礦床為準鋁質(zhì)(圖2C)，說明侵入巖體具有相同的組成或來源，但斑巖銅巖體受到更多的地殼混染作用。巖石中有較多的普通輝石、角閃石和磁鐵礦。說明這種形成于俯沖過程的鈣堿性巖漿有較多的揮發(fā)份及高氧化態(tài)，是形成銅金礦化的有利條件，與礦床中較多磁鐵礦及石膏相吻合。據(jù)研究斑巖巖漿系統(tǒng)fo2=10-14～10-8，熱液系統(tǒng)fo2=10-24～10-11，高氧逸度是金、銅等成礦元素進入巖漿熔體的主要機制[17-18]。在演化初期，巖漿熱液系統(tǒng)中有大量的H2O及CO2，銅作為一兼容元素，容易產(chǎn)生富銅流體，高氧逸度下以SO3或者硫酸鹽存在的硫，有利于在低分異鈣堿性巖漿系統(tǒng)中形成銅金礦化。

4.3 巖漿侵位與礦化

IOCG礦床與斑巖銅礦因不同巖體侵位機制而具有不同成礦特征。巖漿侵位深部形成IOCG礦化，而在淺部呈部分斑巖礦化。IOCG礦床中，巖漿侵位深度2～15km，明顯大于超大型斑巖銅礦的淺成斑巖(2～3km)，深大斷裂貫通地表形成開放空間，斑巖銅礦在淺部形成封閉空間發(fā)生隱爆作用。早白堊世深成巖體靜巖壓力范圍1.5～3kbar[23]大于斑巖銅礦最大0.5～1kbar，釋放能量不足，難以破壞厚的上覆蓋層形成高裂隙帶(斑巖礦床裂隙密度>300條/m，IOCG礦床<50～100條/m)，所以流體可能沿先存的裂隙流出，在構(gòu)造的交叉口、構(gòu)造-巖性界面(Candelaria)、轉(zhuǎn)換斷層(Salobo)或壓性斷裂的層間構(gòu)造 (Manto Verde)產(chǎn)出。大型IOCG礦床淺部常有較多的熱液角礫巖筒或細脈，說明局部存在超壓力與斑巖銅礦有相似的構(gòu)造壓力條件，發(fā)生絹云母化、綠泥石化、綠簾石和碳酸鹽化及較多赤鐵礦和銅金礦化，但通常缺乏網(wǎng)脈狀石英脈。

4.4 流體與礦化

斑巖銅礦與IOCG礦床流體具有相似的巖漿來源，流體演化機制可能是造成其差異的重要原因。斑巖銅礦由富含揮發(fā)份的巖漿冷卻結(jié)晶產(chǎn)生巖漿熱液，由于減壓二次沸騰作用產(chǎn)生超鹽度流體和蒸汽相，后期外成流體加入混合[24]，是形成銅金礦化的主要機制。Pollard(2006)認為，IOCG礦床初始巖漿相似于斑巖系統(tǒng)，在流體出溶或巖漿結(jié)晶過程中不混溶作用形成高鹽度、高CO2、富銅的CO2-H2O-NaCl流體，流體包裹體數(shù)據(jù)說明有超鹽度流體的存在并含有較多磁鐵礦或石膏，大量CO2有利于流體中金的遷移，后期有盆地流體、蒸發(fā)鹽參與。這些流體成分和進化機制，導(dǎo)致斑巖銅礦和IOCG礦床之間呈現(xiàn)不同的蝕變特征，但同時又有一定的遺傳關(guān)系。斑巖銅礦經(jīng)歷了早期巖漿階段和晚期大氣水階段，早期主要為巖漿成分高鹽度的流體，含有較高濃度的銅等金屬，由于流體很難發(fā)生不混溶作用，難以形成銅的富集，隨流體向中性演化產(chǎn)生黑云母±鉀長石-云母±綠泥石(絹云母蝕變)和高級泥化蝕變的過渡。而在IOCG礦床，形成深部鈉鈣或鉀鈣硅酸鹽蝕變到淺部的非硅質(zhì)富含鐵氧化物和碳酸鹽的蝕變。銅金礦化形成及規(guī)模大小關(guān)鍵因素是硫來源[25]。IOCG形成于深部，深部磁鐵礦結(jié)晶可產(chǎn)生部分還原硫及銅金礦化，在上部外來硫的參與下形成赤鐵礦、銅金礦化。

圖2 巖石系列判別圖(數(shù)據(jù)引自參考文獻[19-22]

5 認識與結(jié)論

研究表明，富金斑巖型銅礦與高氧化、演化程度低的花崗質(zhì)、閃長質(zhì)巖漿及同期中基性火山巖有關(guān)[26]，與IOCG有相似的環(huán)境、礦物和蝕變及時空關(guān)系。IOCG成礦帶有部分斑巖銅金礦，在斑巖銅礦帶也有少量IOCG礦床，暗示有某種更為親近的過渡關(guān)系，晚白堊世-古新世成礦帶可能代表了這種過渡。賦存有大量電氣石化角礫巖富金的斑巖銅礦(如Inco de Oro)，相比于斑巖銅鉬礦，富金斑巖型銅礦硅化、絹英巖化發(fā)育較弱或者范圍較窄，礦化由上部較富的含銅赤鐵礦向下變?yōu)榇盆F礦，深部堿質(zhì)蝕變有較多的鐵氧化物[27]，蝕變規(guī)律由深到淺相似于IOCG礦床。斑巖深部為角閃石(陽起石)-鈉長石或奧長石及磁鐵礦±透輝石的鈣-鈉硅酸鹽蝕變礦物組合，鉀硅酸鹽蝕變伴生陽起石及綠簾石、碳酸鹽化并發(fā)育硬石膏及熱液磁鐵礦(體積3%～10%)。從時代上看，也更接近于IOCG礦床，如Andacollo斑巖銅金礦床賦存于閃長巖-花崗閃長巖(87Ma ～130Ma)，銅0.7%，金0.25g/t，與外圍的曼陀型銅銀礦床有密切關(guān)系[28]。Tropezón 礦床被認為可能是斑巖銅礦與IOCG礦床的過渡類型[29]。 礦床早期富含F(xiàn)e和Ca的巖漿熱液，具有斑巖銅礦的流體特征，并在下部形成K-(Ca)蝕變帶，由淺到深磁鐵礦增加；流體在淺部發(fā)生隱爆產(chǎn)生角礫巖筒及Ca-Fe-K礦化蝕變，流體不混溶形成銅-金-鉬礦化分帶，后期有盆地流體的疊加作用。

相比于斑巖銅礦，中生代海岸山帶IOCG礦床與磁鐵礦-磷灰石礦床(128Ma ～110Ma)[30]有更加密切的時空關(guān)系和相似的成礦特征，磁鐵礦-磷灰石礦床大部分含有少量銅金，形成于巖漿弧的偏基性侵入巖的巖漿噴溢作用，向上過渡為富含赤鐵礦的IOCG礦床。

總之，IOCG與斑巖銅礦均形成于板塊匯聚構(gòu)造巖漿演化過程，中生代處于擴張階段形成IOCG礦床，晚白堊紀-古新世擴張-擠壓轉(zhuǎn)換期弧后盆地抬升，IOCG礦床成礦作用減弱，向斑巖銅礦演化形成富金的斑巖銅礦，新生代強烈擠壓產(chǎn)生大規(guī)模的斑巖銅鉬礦化，最終形成磁鐵礦、磷灰石-IOCG-富金斑巖型-斑巖銅鉬礦床系統(tǒng)及分帶(圖3)。

圖3 IOCG礦床與斑巖銅礦的構(gòu)造演化過渡關(guān)系

由于巖漿弧快速抬升，Sillitoe認為IOCG礦床淺部的斑巖系統(tǒng)部分已剝蝕掉，缺少足夠證據(jù)，其遺傳關(guān)系目前尚不清楚。進一步研究鈣堿性巖漿形成機制、銅-金元素富集過程，從整個鈣堿性巖漿-熱液系統(tǒng)角度探討其與斑巖銅礦關(guān)系，重視巖體的特征及蝕變規(guī)律，對礦床勘查及預(yù)測有指導(dǎo)意義。

[1] 毛景文,余金杰,袁順達,等. 鐵氧化物-銅-金(IOCG)型礦床:基本特征、研究現(xiàn)狀與找礦勘查[J]. 礦床地質(zhì),2008,27(3): 267-278.

[2] Sillitoe RH. Iron oxide-copper-gold deposits:An Andean view [J].Mineralium Deposita,2003,38:787-812.

[3] Williams PJ,Barton MD,Johnson DA,Fontboté L ,Antone de Haller,Mark G,Oliver NHS,Marcshik R.. Iron Oxide Copper-Gold Deposits: Geology, Space-Time Distribution, and Possible Modes of Origin. Society of Economic Geologists, Inc. Economic Geology, 2005, 100th Anniversary Volume: 371-405.

[4] Pollard P J.An intrusion-related origin for Cu-Au mineralization in iron oxide-copper-gold (IOCG) provinces [J].Miner Deposita, 2006, 41:179-187.

[5] Hitzman MW, Oreskes N, Einaudi MT. Geological characteristics and tectonic setting of Proterozoic iron oxide (Cu-U-Au-REE) deposits [J]. Precamb Res, 1992, 58: 241-287.

[6] 方維萱,柳玉龍,張守林.全球鐵氧化物銅-金型(IOCG)礦床的3類大陸動力學(xué)背景與成礦模式[J].西北大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版, 2009,39(3):404-413.

[7] Barton MD, Johnson DA. Evaporitic source model for igneous-related Fe oxide-(REE-Cu-Au-U) mineralization [J]. Geology, 1996, 24: 259-262.

[8] Marschik R,Fontboté L.The Candelaria-Punta del Cobre iron oxide Cu-Au(-Zn-Ag) deposits, Chile [J]. Econ Geo, 2001, l96:1799-1826.

[9] Chiaradia M, Banks D, Cliff R, Marschik R, Antoine de Haller.Origin of fluids in iron oxide-copper-gold deposits: constraints from δ37Cl,87Sr/86Sri and Cl/Br[J]. Miner Deposita, 2006, 41: 565-573.

[10] 陳文明.論斑巖銅礦的成因[J].現(xiàn)代地質(zhì),2002,16(1):1-8.

[11] 芮宗瑤,張立生,陳振宇.斑巖銅礦的源巖及源區(qū)探討[J].巖石學(xué)報,2004,20(02) :229-238.

[12] 夏斌,涂光熾,陳根文,喻享祥.超大型斑巖銅礦床形成的全球地質(zhì)背景[J].礦物巖石地球化學(xué)通報, 2000 ,19(4):406-408.

[13] 侯增謙. 斑巖Cu-Mo-Au礦床:新認識與新進展[J].地學(xué)前緣,2004,11(1): 131-144.

[14] 趙文津.大型斑巖銅礦成礦的深部構(gòu)造巖漿活動背景[J].中國地質(zhì), 2007,34 (2):179-205.

[15] Camus F.Geología de los sistemas porfiricos en los Andes de Chile,Corporacion Nacional de Cobre de Chile,Servicio Nacional de Geologia Y Minenia,Sociedad geologíca de Chile,2003.

[16] Scheuber E.,Bogdanic T,Jensen A, Reutter K.-J.Tectonic development of the North Chilean Andes in relation to plate convergence and magmatism since the Jurassic. In:K-J. Reutter E. Scheuber and P. Wigger (Editors), Tectonics of the Southern Central Andes. Springer, 1994: 121-139.

[17] Burnham C W and Ohmoto H. Late-stage processes of felsic magatism. In Ishihora Sand Takenouchi S, (ed.)[J]. Mining Geology Special Issue, 1980(8):1-11.

[18] 李金祥,秦克章,李光明.富金斑巖型銅礦床的基本特征、成礦物質(zhì)來源與成礦高氧化巖漿-流體演化[J].巖石學(xué)報,2006,22(3):678-688.

[19] Ramírez L E, Parada M A, Palacios C, Wittenbrink J. Magmatic evolution of the Mantos Blancos copper deposit, Coastal Range of northern Chile: insight from Sr-Nd isotope, geochemical data and silicate melt inclusions [J]. Resource Geology, 2008, 58(2):124-142.

[20] Marschik R,Fontignie D,Chiaradia M,Voldet P. Geochemical and Sr-Nd-Pb-O isotope composition of granitoids of the Early Cretaceous Copiapó plutonic complex (27°30′S), Chile [J].Journal of South American Earth Sciences ,2003,16:381-398.

[21] Robert G Lee. Genesis of the El Salvador Porphyry Copper Deposit, Chile and Distribution of Epithermal Alteration at Lassen Peak [Phd].California, Oregon State University, 2008.

[22] Arnott A M.Evlution of the Hydrothermal Alteration Chuquicamata Porpyry Copper System Northen Chile [PhD].Dalhousie University Halifax, Nova Scotia,2003.

[23] Dallmeyer D, Brown M, Grocott J, Taylor G.Treloar P. Mesozoic magatic and tectonic events within the Andean plate boundary zone, 26°-27°30′,North Chile:Constrains from40Ar/39Ar mineral ages [J].Journal of Geology,1996,104:19-40.

[24] 張德會,張文淮,許國建.巖漿熱液出溶和演化對斑巖成礦系統(tǒng)金屬成礦的制約[J].地學(xué)前緣, 2001, 8(3):193-202.

[25] Halter W E, Heinric C A, Pettke T. Magma evolution and the formation of porphyry Cu-Au ore fluids: evidence from silicate and sulfide melt inclusions [J]. Mineralium Deposita, 2005, 39: 845-863.

[26] Blevin PL.Redox and compositional paramelers for interpreting the granitoid metallogeny of Eastern Australia: Implication for gold-rich ore systems [J].Resource Geology, 2004, 54(3):241-252.

[27] Sillitoe RH. Gold-rich porphyry copper deposits:descriptive andgenetic models and their role in exploration and discovery.In:Hagemann SG and Brown PE(eds.)Gold in 2000.Society of Economic Geologists Reviews in Economic Geology,2000,13:315-345.

[28] Reyes M.The Andacollos Strata-Bound Gold Deposit, Chile, and Its Position in a Porphyry Copper-Gold System[J].Economic Geology, 1991, 86:1301-1316.

[29] Tornos F, Velasco F, Barra F, Morata D.The Tropezón Cu-Mo-(Au) deposit, Northern Chile: the missing link between IOCG and porphyry copper systems? [J].Miner Deposita, 2010.

[30] Ramos V A.The tectonic regime along the Andes: Present-day and Mesozoic regimes [J]. Geol. J, 2010, 45: 2-25.