陳可 ，劉忠法 ，邵擁軍 ，劉清泉

（1.中南大學有色金屬成礦預測與地質環(huán)境監(jiān)測教育部重點實驗室，湖南 長沙 410083；2.中南大學地球科學與信息物理學院，湖南 長沙 410083）

0 引言

冬瓜山是銅陵礦集區(qū)內規(guī)模最大的銅（金）礦床，為長江中下游成礦帶的重要組成部分，礦區(qū)中心點坐標為：東經117°53′06″～117°53′40″，北緯30°54′47″～30°55′17″。受地層層位、巖性、背斜及層間構造的控制，主礦體呈層狀賦存于石炭系中—上統(tǒng)黃龍—船山組地層中，冬瓜山銅（金）礦床以其獨特的地質特征，長期以來受到地質學者的廣泛關注，取得了一系列科研成果，提高了本區(qū)的研究程度。但對于其礦床成因，地質學者仍有不同的認識，主要包括以下3種觀點：①層控矽卡巖型礦床（常印佛和劉學圭，1983；常印佛等，1991；翟裕生等，1992；黃許陳和儲國正，1993；凌其聰和劉從強，2003；毛景文等，2009；徐曉春等，2010）；②同生沉積-熱液疊加改造型礦床（徐克勤和朱金初，1978；劉裕慶和劉兆廉，1991；謝華光等，1995；王文斌等，1995；李文達等，1997；唐永成等，1998；徐兆文等，2000；陳邦國等，2002；陸建軍等，2008；曾普勝等，2005；劉經華等，2009；郭維民等，2011；侯增謙等，2011；曹毅等，2016）；③噴流沉積型（顧連興等，2002；徐九華等，2004；徐文藝等，2004；李紅陽等，2006）。成礦地質條件的分析能為礦床成因提供宏觀和地球化學方面的重要信息。本文在前人研究基礎上，對冬瓜山礦床成礦地質條件進行了分析，結合礦化特征、圍巖蝕變及巖石特征、巖漿活動、成礦作用及成礦階段、成礦物質來源及成礦流體來源等方面，對礦床成因進行了探討，指出該礦床為同一熱液系統(tǒng)形成的斑巖-矽卡巖型礦床。

1 礦床地質特征

冬瓜山銅（金）多金屬礦床位于安徽銅陵礦集區(qū)內的獅子山礦田，研究區(qū)位于揚子克拉通東北部、秦嶺-大別造山帶東南部，屬于下?lián)P子臺坳繁昌-貴池斷褶帶的一部分（唐永成等，1998）。

冬瓜山礦區(qū)內地表主要出露三疊系中下統(tǒng)地層，自泥盆系至三疊系地層在鉆孔和井下巷道中可見，其中與成礦關系密切的主要為中—上石炭統(tǒng)黃龍組和船山組（C2+3）不純碳酸鹽巖，礦體頂板地層為下二疊統(tǒng)棲霞組（P1q）生物碎屑灰?guī)r、瀝青質灰?guī)r夾硅質巖，底板地層為上泥盆統(tǒng)五通組（D3w）粉砂質頁巖和石英砂巖，其次有上二疊統(tǒng)大隆組（P3d）硅質、鈣質、泥質頁巖，下三疊統(tǒng)殷坑組（T1y）不純碳酸鹽巖（圖1）。燕山期形成的近SN向、近EW向、NE向斷裂構造以及層間虛脫空間疊加在印支期NE向褶皺構造、斷裂構造之上，構成了該區(qū)復雜的網狀構造格局，NE向青山背斜和發(fā)育于石炭系與泥盆系地層之間的層間滑脫構造是本區(qū)最主要的控礦構造。本區(qū)復雜的網狀構造系統(tǒng)是燕山期巖漿上升侵位的通道，巖漿上升至淺部冷卻形成巖枝狀小型中酸性侵入體，燕山期巖漿侵入活動與本區(qū)銅（金）成礦作用有十分密切的關系，巖漿熱液在上升侵位的過程中，與圍巖發(fā)生交代反應，在不同的空間位置形成不同類型的礦體，在層間破碎帶及接觸帶內形成矽卡巖和矽卡巖型礦體，在早期矽卡巖退化過程中，形成退化蝕變巖型礦體，在巖體內部及其與圍巖的內接觸帶形成斑巖型礦體。

矽卡巖型礦體和退化蝕變巖型礦體共同構成了冬瓜山礦床上部的層狀主礦體。層狀主礦體主要產于青山背斜軸部及兩翼，賦存于中上石炭統(tǒng)黃龍—船山組層位中，受青山背斜及層間滑脫構造控制（圖2）。層狀主礦體走向NE，具有往北東傾伏的趨勢，其產狀與圍巖產狀基本一致，局部具跨層現(xiàn)象，其上部邊界跨棲霞組的底部，北西翼礦體底部邊界延至高驪山組頂部，在背斜隆起部位跨層幅度較小，而在巖體與圍巖接觸帶部位跨層幅度較大，成為礦體厚大部位。退化蝕變巖型礦體主要分布在矽卡巖型礦體底部局部地段，呈紋層狀薄層，主要為鎂質矽卡巖在退化蝕變過程中經自組織作用形成的。根據(jù)礦石礦物組合，礦石類型可分為矽卡巖型礦石、退化蝕變巖型礦石、斑巖型礦石等幾類。矽卡巖型礦石和退化蝕變巖型礦石之間沒有明顯的界限，為漸變關系，二者主要分布于層狀礦體內部。矽卡巖型礦石主要分布于中上石炭統(tǒng)黃龍組和船山組（C2+3）層位中，金屬礦物主要為磁鐵礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦等；次為斑銅礦、輝銅礦、閃鋅礦、黝銅礦、輝鉬礦、方鉛礦、自然金、赤鐵礦等；非金屬礦物主要為石英、方解石、石榴子石、透輝石、綠簾石等、次為陽起石、透閃石、硬石膏等。矽卡巖可分為鈣質矽卡巖和鎂質矽卡巖，毛景文等（2009）認為區(qū)內鎂質矽卡巖退化蝕變形成蛇紋石、透閃石、滑石、黃銅礦、黃鐵礦和磁黃鐵礦組合，并經自組織作用形成具紋層狀或曲卷狀構造的退化蝕變巖型礦石，該類礦石主要分布于層狀礦體的底部。矽卡巖型礦石和退化蝕變巖型礦石構造主要為塊狀構造、脈狀構造、條帶狀構造、浸染狀構造、曲卷狀構造等；礦石結構主要為自形粒狀結構、他形-半自形粒狀結構、交代結構及固溶體分離結構（圖3）。層狀礦體的圍巖蝕變發(fā)育，蝕變類型主要包括矽卡巖（石榴子石、透輝石、鎂橄欖石、蛇紋石等）化、硅化、綠泥石化、碳酸鹽化，金屬礦物的富集主要與矽卡巖化、硅化及早期矽卡巖的退化蝕變關系密切。

圖2 冬瓜山礦床50線地質剖面圖（a）及其深部礦化放大圖（b）（據(jù)郭維民等，2010修改）

圖3 冬瓜山銅（金）礦床典型礦石標本（a～c）及顯微照片（d～f）

斑巖型礦體主要位于層狀礦體的下部，受巖體以及巖體和圍巖之間的接觸帶控制，礦體主要產于巖體頂部及內接觸帶中，黃鐵礦、黃銅礦主要呈細脈狀及浸染狀產出，磁鐵礦主要呈團塊狀產出，在角巖帶和大理巖帶內可見細脈狀金屬硫化物。斑巖型礦石中的金屬礦物主要為黃銅礦、黃鐵礦，其次為磁黃鐵礦，磁鐵礦、斑銅礦等；非金屬礦物主要為石英、方解石、綠泥石及絹云母等，次為少量的蛇紋石。礦石結構主要為半自形-他形粒狀結構和交代結構；構造主要以細脈狀、浸染狀及其二者的復合型細脈浸染狀為主，團塊狀次之。斑巖型礦體的圍巖蝕變主要有石英-鉀長石化、石英絹云母化、青盤巖化及角巖化、硅化等，從巖體到圍巖蝕變分帶依次為：巖體→石英-鉀長石化帶→石英-絹云母化帶→泥化帶、青盤巖化帶→矽卡巖化帶→角巖化帶→大理巖化帶。其中石英-鉀長石化和石英-絹云母化帶與斑巖型礦體的形成關系最為密切。

2 成礦地質條件

2.1 地層與成礦的關系

礦區(qū)內與成礦較為密切的地層主要為上泥盆統(tǒng)五通組（D3w）石英長石砂巖、硅質巖、泥質角巖及頁巖，中—上石炭統(tǒng)黃龍—船山組（C2+3）碳酸鹽巖及下二疊統(tǒng)棲霞組（P1q）碳酸鹽巖夾硅質巖。層狀主礦體主要產于中—上石炭統(tǒng)黃龍—船山組地層中，上泥盆統(tǒng)五通組地層為其底板，下二疊統(tǒng)棲霞組地層為其頂板。

地層樣品分別采自-850 m中段59線（DGS1-1）、-790 m中段63線（DGS8-1）和67線（DGS9-2）以及ZK33 171.5 m處，均為礦體的直接圍巖。由地層微量元素地球化學特征（表1）可知，灰?guī)r、砂巖及大理巖中成礦元素Cu的平均含量分別為7.5×10-6、20×10-6、14×10-6，F(xiàn)e含量分別為1500×10-6、4100×10-6、4600×10-6，Cu、Fe含量均遠遠低于克拉克值，可見地層不具備提供形成大規(guī)模工業(yè)礦體的成礦物質的能力。杜軼倫（2014）對區(qū)域上各時代地層中的成礦元素做了高分辨率電感耦合等離子質譜（ICP-MS）分析，認為區(qū)域上地層中成礦元素含量較低，沒有形成具有規(guī)模礦體的潛力。

表1 冬瓜山銅礦床微量元素含量表

雖然礦體的產出與礦區(qū)內特定的層位有關，地層與礦體之間的這種空間關系是由地層巖性、層間構造及巖漿侵入活動共同作用的結果，并非是地層本身成礦元素的聚集而造成的。印支運動形成了本區(qū)石炭系與泥盆系地層之間規(guī)模較大的層間滑脫構造；燕山期強烈的構造運動引發(fā)了強烈而廣泛的中酸性巖漿侵入活動，導致巖漿熱液沿層間滑脫構造充填、侵位，并與石炭系中上統(tǒng)黃龍—船山組碳酸鹽巖地層發(fā)生接觸交代作用。頂?shù)装骞栀|巖、石英巖及頁巖地層滲透性差，阻擋了成礦熱液的擴散，促進了成礦熱液與石炭系碳酸鹽巖之間接觸交代作用的發(fā)生。本區(qū)石炭系中上統(tǒng)黃龍—船山組地層作為良好的容礦層位，幾乎完全被層狀礦體所取代，層狀礦體內石榴子石、透輝石、蛇紋石以及綠簾石等矽卡巖礦物發(fā)育，說明巖漿與圍巖之間的接觸交代作用較為強烈。

由此可知，地層對成礦的控制作用主要表現(xiàn)在以其有利的巖性以及活潑的化學性質和屏蔽作用為礦質的就位、沉淀和礦體的定位提供了良好的空間位置。

2.2 構造與成礦的關系

礦區(qū)出露構造主要包括NE向青山背斜、近SN向、近EW向、NE向斷裂構造及層間滑脫構造。印支期以褶皺變形運動為主，形成了本區(qū)NE向大通-順安復向斜及其次級褶皺青山背斜。由于各地層（泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系）之間巖石巖性及厚度存在較大的差異，在青山背斜在褶皺變形過程中，在鈣-硅界面及厚度差異較大界面部位容易形成受力薄弱面，形成層間滑脫空間，為成礦物質的聚集、沉淀成礦提供供良好的容礦空間。層間滑脫構造作為本區(qū)重要的控礦構造控制了礦體的產出狀態(tài)及規(guī)模大小。

燕山期區(qū)內構造運動以斷塊變形為主，引發(fā)大規(guī)模的構造-巖漿事件及成礦事件。本區(qū)近南北向、東西向基底斷裂是巖漿熱液上侵的通道，也是巖體定位的有利空間，是本區(qū)重要的控巖構造和導礦構造，控制著成礦物質、成礦流體的運移和侵位。區(qū)內輝石閃長巖、閃長巖及石英閃長巖等中酸性巖漿巖均是巖漿沿近南北向、東西向斷裂侵位、冷凝固結而形成的。

近SN向、EW向及NE向及層間滑脫空間等構造對成礦巖體的形成和就位、成礦流體的運移和聚集以及礦體的形成和定位均起到了至關重要的作用，是成礦最重要的控制因素。

2.3 巖漿巖與成礦的關系

銅陵地區(qū)巖漿活動強烈，巖漿巖發(fā)育，且成巖與成礦關系密切（周濤發(fā)等，2008）。起源于巖石圈地幔和下地殼的混合巖漿（黃順生等，2004；徐曉春等，2012；郭維民等，2013；周濤發(fā)等，2016），在由擠壓向拉張過渡背景下，演化過程經歷了分離結晶和同化混染作用（Liu et al.,2016），在上部地殼形成深部巖墻，在淺地表形成巖枝。由于外界流體的逐漸混入和自身物理條件與化學條件的改變，在侵入體內部發(fā)生鉀化、青盤巖化、泥化以及金屬硫化物礦化，形成斑巖型礦體；在侵入體與圍巖接觸帶及層間滑脫空間內巖漿熱液與圍巖發(fā)生交代作用，形成矽卡巖、矽卡巖型礦體及退化蝕變巖型礦體。

本次測試樣品均采自-850 m中段及部分鉆孔，巖石新鮮未蝕變。由青山腳巖體微量元素組成（表1）可知，本區(qū)巖體中成礦元素Cu的含量平均值為328×10-6，最高可達1030×10-6，高于克拉克值近兩個數(shù)量級；Fe的平均含量為35190×10-6，遠大于灰?guī)r、砂巖及大理巖中Fe的含量（分別為1500×10-6、4100×10-6和4600×10-6），說明本區(qū)巖體富集Cu、Fe等成礦元素，具有提供成礦物質的能力。巖體SHRIMP和LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡主要集中于135～140 Ma之間（徐曉春等，2012；郭維民等，2013），黃鐵礦Re-Os模式年齡為137.4 Ma（蒙義峰等，2004），可見成巖與成礦具有一致的形成時代。矽卡巖型礦石、斑巖型礦石、層狀礦石及脈狀礦石的S、Pb、H-O同位素組成表明，本區(qū)礦石硫同位素組成與巖體硫同位素組成一致，而與圍巖硫同位素組成明顯不同；鉛主要與巖漿作用有關，來自地幔源區(qū)，但可能有部分地殼鉛的混入；成礦流體主要來源于巖漿水，后期有大氣降水的混入（劉忠法等，2014a）。綜合以上特征可知，本區(qū)礦體的形成與巖漿活動有密切的成因聯(lián)系。

綜合以上分析可知，燕山期巖漿侵入活動為本區(qū)成礦提供了大量的物質和能量，是成礦的首要因素；近南北向、東西向斷裂是成礦物質、成礦流體運移的通道，是本區(qū)的導礦構造；青山背斜及石炭系地層中發(fā)育的層間滑脫構造控制了礦體的形態(tài)、產狀及規(guī)模大小，是本區(qū)的控礦構造。冬瓜山礦床是在巖漿侵入活動、不同類型構造及地層的聯(lián)合控制下形成的。

3 礦床成因

礦化特征：冬瓜山礦床層狀主礦體位于青山背斜軸部及兩翼的地層虛脫空間內，即石炭系上統(tǒng)船山—黃龍組碳酸鹽巖石層位中，受巖體的影響，層間矽卡巖厚度以及礦體厚度的橫向變化均自巖體向兩翼逐漸變薄并尖滅，并且靠近巖體，礦石品位變高，說明本區(qū)巖漿巖與成礦關系密切。礦石中金屬礦物主要有黃銅礦、磁黃鐵礦、黃鐵礦、磁鐵礦等金屬硫化物和氧化物；非金屬礦物主要有石榴石、透輝石、鎂橄欖石、粒硅鎂石、綠簾石、透閃石、蛇紋石、石英、方解石等，次有陽起石、石膏、綠泥石等。礦石結構主要包括中粗粒結構、交代結構等，其次為自形晶結構、包含結構等。礦石構造主要為塊狀構造、脈狀構造、條帶狀構造、浸染狀構造等。從礦體形態(tài)、產狀、礦物組成及礦石結構構造等方面來看，冬瓜山礦床符合矽卡巖型礦床的基本特征。另外，層狀礦體底部五通組砂巖地層中礦化強度較弱，未見大規(guī)模的網脈狀礦體，也未見筒狀含礦蝕變體，不具有噴流沉積礦床的“雙層結構”。

圍巖蝕變及巖石特征：該區(qū)圍巖蝕變發(fā)育，主要包括矽卡巖化、硅化、鉀化、碳酸鹽化、絹云母化及較弱的泥化、硬石膏化等，未見電氣石巖、重晶石巖等典型的噴流沉積巖及薄層狀凝灰?guī)r。

巖漿活動：冬瓜山礦區(qū)燕山期巖漿侵入活動強烈，中酸性巖漿巖廣泛出露，與冬瓜山銅礦床有密切成因聯(lián)系的巖漿巖主要為青山腳石英二長閃長（斑）巖體。青山腳巖體Rb-Sr等時線年齡為（135.8±1.1）Ma（Xu et al.,2005），鋯石SHRIMP U-Pb年齡為（135.5±2.2）Ma（徐曉春等，2008）；Xu et al.（2005）對冬瓜山層狀礦體中的脈狀石英體進行了包裹Rb-Sr法定年，得出成礦時代為（134±11）Ma。輝鉬礦Re-Os成礦年齡、流體包裹體Rb-Sr等時線成礦年齡分別與巖漿巖的鋯石U-Pb成巖年齡年齡、全巖Rb-Sr成巖年齡較為相近，約135～140 Ma（劉經華等，2009）。說明本區(qū)成巖、成礦是燕山期巖漿-構造事件的統(tǒng)一產物。

成礦地質條件：燕山期巖漿侵入活動為本區(qū)成礦提供了主要的成礦物質及成礦流體。EW向、SN向及NE向各類型構造為含礦熱液提供了運移通道，也為成礦提供了有利空間。石炭系中—上統(tǒng)黃龍—船山組碳酸鹽巖地層以其有利的巖性條件為成礦物質的聚集、沉淀成礦提供了有利的空間；泥盆系上統(tǒng)五通組硅質巖、頁巖及二疊系下統(tǒng)棲霞組硅質巖滲透性差，起到了良好的圈閉作用，阻擋了成礦熱液的散失。

成礦作用及成礦階段：本區(qū)鈣質及鎂質矽卡巖礦物發(fā)育，矽卡巖礦物與金屬礦物共生，形成矽卡巖型礦石，體現(xiàn)了接觸交代作用的特征。冬瓜山銅礦床主要成礦階段包括斑巖成礦階段、矽卡巖階段、退化蝕變成礦階段及石英-碳酸鹽階段，形成斑巖型礦體、層狀矽卡巖型礦體，該礦床不同類型的礦體為同一熱液成礦系統(tǒng)不同演化的結果。

成礦物質來源：微量元素地球化學特征表明，區(qū)域地層中成礦元素的含量較低，不具有形成有規(guī)模礦體的能力，更不具備形成冬瓜山大型礦床的能力；由稀土元素地球化學特征可知，礦石與巖體稀土元素均表現(xiàn)出幔源性質（劉忠法等，2014c）；淺成熱液充填礦床或噴流沉積礦床礦石稀土元素通常表現(xiàn)出正Eu異常（肖榮閣等，2008），該區(qū)礦石δEu值為0.85，為負異常（Liu et al.,2016），表現(xiàn)出與噴流沉積礦床相反的特征，因而本區(qū)礦石并非是經噴流沉積作用形成的。各類礦石δ34S同位素組成為+4.10‰～+5.70‰，與圍巖硫同位素組成（-4.6‰～-79.5‰）明顯不同，與巖體的δ34S 值（-2.2‰～+5.2‰）基本重疊（劉忠法等，2014a），均落入典型巖漿熔體硫同位素組成（-3‰～+7.0‰）范圍內（Oberthur et al.,1997），表現(xiàn)出巖漿硫的特點；各類型礦石鉛同位素組成一致（劉忠法等，2014a），與區(qū)域上的中酸性侵入體具有相同的鉛同位素來源。

成礦流體來源：流體包裹體液相成分表明，本區(qū)成礦流體陽離子中Ca2+含量最高，Na+和K+含量較少；陰離子中Cl-和含量較高，F(xiàn)-含量最少（劉忠法等，2014b），與典型巖漿熱液矽卡巖礦床成礦流體富Cl-、Mg2+和Ca2+，而貧K+和Na+（姚鵬等，2006）的特征一致；另外，本區(qū)成礦流體不含或含極少量的Mg2+，而本區(qū)卻存在白云巖、白云質灰?guī)r等含鎂地層，說明冬瓜山礦床成礦流體并沒有地層水的混入（劉忠法等，2014c）。各成礦階段石英δDV-SMOW=-71.5‰～-84.0‰，δ18OV-SMOW=-15.5‰～-20.1‰，δ18OH2O=4.51‰～8.97‰；方解石δDV-SMOW=-60.9‰～-70.7‰，δ18OV-SMOW=-18.1‰～-18.2‰，δ18OH2O=4.41‰～4.91‰（劉忠法等，2014a），暗示成礦流體主要為巖漿來源。

綜上所述，在地層巖性與不整合面、層間滑脫空間及巖體與圍巖間各類接觸帶等構造聯(lián)合控制作用下，NE向青山背斜的核部及兩翼虛脫部位發(fā)生大規(guī)模的銅、金（硫）礦化。礦體產出形態(tài)主要以層狀、似層狀為主，透鏡狀次之，少數(shù)為不規(guī)則狀，從上至下構成了礦區(qū)獨特的“多層樓”狀結構（黃許陳等，1993），形成層狀矽卡巖型銅金礦床。在巖體的形成過程中，礦質發(fā)生沉淀，呈浸染狀、網脈狀等產于巖體內，形成斑巖銅、鉬、鐵礦化巖體，形成本區(qū)斑巖型礦化巖體與層狀礦體共存的格局。綜合以上特征認為，冬瓜山銅（金）礦床是受巖漿活動、地層巖性及不同類型構造聯(lián)合控制的斑巖-矽卡巖型礦床。

4 結論

（1）冬瓜山銅（金）礦床主要賦存于石炭系中、上統(tǒng)黃龍—船山組地層中，圍巖地層不具備提供大量成礦物質的能力，為成礦物質的就位、沉淀和礦體的定位提供了有利的巖性及屏蔽作用。

（2）近南北向、東西向深斷裂為成礦物質及成礦流體的提供了通道，是本區(qū)重要的控巖構造及導礦構造；青山背斜、層間滑脫構造帶控制了礦體的產出狀態(tài)及規(guī)模，是本區(qū)的控礦構造。

（3）微量元素及穩(wěn)定同位素組成顯示，燕山期青山腳巖體富集Cu等成礦元素，為本區(qū)提供了大量的成礦物質、成礦流體，是冬瓜山礦床的成礦母巖。

（4）冬瓜山礦床的形成是地層、構造、巖漿巖多種地質要素綜合作用的結果，礦床的形成與燕山期巖漿侵入活動關系密切，礦床成因為與燕山期巖漿侵入有關的斑巖-矽卡巖型銅（金）礦床。

致謝本論文在發(fā)表過程中，編輯部老師及審稿人對本文提出了有益的修改意見，作者在此表示誠摯的謝意！