武夷山成礦帶桃溪環(huán)形構造區(qū)銅金礦的成因研究

武夷山成礦帶桃溪環(huán)形構造區(qū)銅金礦的成因研究

1桃溪環(huán)形構造區(qū)礦床特征桃溪被稱為桃溪旋卷構造、桃溪拱結構、會昌環(huán)形結構、桃溪變質核混合巖、桃溪提升區(qū)等。武夷山成礦帶已發(fā)現(xiàn)110多種礦產(chǎn),探明儲量礦產(chǎn)60多種,大中型礦床數(shù)百處。武夷山成礦帶南段桃溪環(huán)形構造區(qū)是錫、鎢、銅、銀、鉛、鋅、金成礦富集區(qū),已知有金、銀、銅、鉛、鋅、鎢、錫、鉬、錳、鈹、鈾、鈮鉭、稀土等金屬礦產(chǎn),其中金、銅、錫、鎢等形成大型或特大型礦床,如紫金山銅金礦、巖背錫礦、紅山銅礦等礦床。這些礦床是武夷山成礦帶(圖1),乃至東南沿海地區(qū)具有代表性的礦床。桃溪環(huán)形構造區(qū)已發(fā)現(xiàn)銅、金、鉛、鋅、鐵、錳礦床(點)50余處,其中特大型銅金礦床1處(紫金山)、錫礦1處(巖背)(圖2)。該區(qū)內銅金礦主要礦床類型有高硫淺成低溫熱液型銅金礦床、斑巖型銅金礦床、中低溫熱液型銅金(銀)礦床和矽卡巖型鐵銅多金屬礦床。礦床具有成群分布的特點,最典型的礦化富集區(qū)為紫金山礦田,礦化以紫金山超大型銅金礦床為中心,周邊有銅礦溝、羅卜嶺、中寮、五子騎龍、新屋下、二廟溝、龍江亭、悅洋、大岌崗等一系列中小型礦床和礦(化)點,它們之間存在密切的成因聯(lián)系,現(xiàn)已成為一個整裝勘查區(qū)。紫金山銅金礦礦田位于桃溪環(huán)形構造東側。紫金山在1993年探獲銅資源量129萬t,平均品位1.08%,達特大型;1994年批準金儲量5.45t,平均品位4.24g/t。1995—2006年,礦區(qū)屬開采為主、勘查為輔階段。2006年底,按0.15×10桃溪環(huán)形構造區(qū)礦床多分布在老變質巖附近,并表現(xiàn)出與燕山晚期巖漿活動密切相關的特征。部分礦體分布在巖漿隱爆角礫巖中(如紅山、紫金山、銅坑嶂),部分與火山機構關系密切(如巖背、中寮),部分與巖漿熱液活動關系密切(如紫金山、銅礦溝、古石背)。部分礦體受斷裂控制,但流體和成礦物質都有巖漿活動的痕跡(如牛轱遠、麻州)。該區(qū)部分典型礦床進行了較多的成因研究。如紫金山銅金礦研究表明,東南沿海成礦帶內生礦床分布與前泥盆紀基底地層分布關系緊密,因此前震旦紀結晶基底及前泥盆紀變質褶皺基底地層常被認為是區(qū)內主要的礦源層,但是這些巖層大都是陸源碎屑巖變質而成2桃溪環(huán)形構造區(qū)地質背景武夷山成礦帶地處歐亞大陸東南緣的華南大陸東部,其西北側緊鄰揚子板塊東南緣的江南古島弧。大地構造分區(qū)屬古華夏構造域,主體位于華夏板塊中、浙閩粵活動帶西部、武夷—云開褶皺帶的北段,夾持于羅霄褶皺帶和東南沿海中生代斷陷之間,其北側為欽(州)—錢(塘)結合帶。武夷—云開褶皺帶總體屬構造隆起區(qū),以前寒武紀結晶基底(變質核雜巖構造)廣泛出露為特征。它是在華夏古陸基礎上逐步演化而來的,經(jīng)歷華夏古陸的形成與裂解、揚子與華夏板塊的碰撞拼合、太平洋板塊向歐亞大陸板塊的俯沖作用。中新生代強烈的構造、巖漿、成礦作用,使其成為環(huán)西太平洋構造-巖漿-成礦帶的重要成礦區(qū)帶之一。武夷山成礦帶南段桃溪環(huán)形構造區(qū)(圖2)位于江西瑞金、會昌、尋烏,福建長汀、武平、上杭,廣東平遠等地。地質上位于武夷山隆起帶南段,與南嶺東西向印支隆起帶重疊,東鄰永(安)—梅(州)坳陷帶,西鄰贛南古生代被動陸緣。桃溪環(huán)形構造區(qū)曾被劃為“桃溪旋卷構造”、“桃溪穹隆”桃溪環(huán)形構造區(qū)核部主要由元古宇桃溪巖組變質巖、少量古生代地層和中—新元古代、加里東期、印支期、燕山期侵入巖組成。桃溪巖組分布于長汀、會昌、武平一帶,多被中生代復式巖體侵入或被中生代沉積盆地覆蓋,大致圍繞桃溪隆起呈半環(huán)狀展布。武夷山成礦帶以基底變質巖大量出露(出露于石城、建寧、邵武和建甌一帶)為重要特征。這些變質巖一般被認為具有角閃巖相-綠片巖相的變質級桃溪環(huán)形構造區(qū)四周環(huán)形凹陷分布于會昌、瑞金、長汀、上杭等地,空間展布大致呈弧形,斷續(xù)環(huán)繞內核展布,主要由中生界組成。部分早、晚白堊世地層呈弧形圍繞基底巖層邊部展布,中心隆起區(qū)東西兩側由中新生代斷陷沉積盆地組成。這些盆地相對于環(huán)內下降幅度較大,如連城黃坊白堊紀—新近紀地層厚1229m;連城廟前第四系厚240m;會昌周田盆地地層厚3700m。環(huán)形南部由扭性、壓扭性弧形斷裂組成,北部亦由一系列斷裂呈北西向弧形展布。組成外環(huán)邊界的構造對現(xiàn)代河流具有明顯的控制作用,使主要河道繞環(huán)分布。沿弧形斷裂還見有數(shù)個溫泉出露。同時,據(jù)地震資料,環(huán)形構造周圍地區(qū),特別是沿環(huán)體西部邊緣的環(huán)形斷裂帶弱震比較頻繁3巖漿巖區(qū)及巖漿礦床成因武夷山成礦帶位于環(huán)太平洋構造巖漿帶西帶,自晚太古代開始,各個地殼演化階段均有巖漿活動。巖漿活動由老至新可以劃分為7個主要期次:古元古代巖漿巖(2500~1800Ma)、中元古代巖漿巖(1800~1000Ma)、新元古代巖漿巖(1000~800Ma)、加里東期巖漿巖(570~375Ma)、海西—印支期巖漿巖(375~208Ma)、燕山早期(208~145Ma)和燕山晚期巖漿巖(145~65Ma),特別是燕山期巖漿活動更為強烈,構成西太平洋中新生代火山巖帶與華南花崗巖巖區(qū)的一部分。巖石類型包括超基性、基性、中性、中酸性、酸性巖石。區(qū)內構造-巖漿巖行跡基本以NE-NNE向展布?？傮w上看,除零星出露的元古宙花崗巖表征前寒武系結晶基底的存在外,古生代花崗巖和早中生代花崗巖呈面式分布于區(qū)內。古生代的加里東期,以及早中生代的印支期花崗巖均缺乏同期的火山作用伴生,表明它們的成因與洋陸俯沖之間沒有密切關系。而中侏羅世的火山巖漿作用拉開了華南晚中生代大規(guī)模巖漿作用的序幕,這一大規(guī)模巖漿作用,噴出和侵入相伴隨,與區(qū)內很多礦床成礦活動相關,至晚白堊世告一段落。而新生代巖漿作用則僅僅表現(xiàn)為火山巖漿作用。燕山晚期巖漿巖主要分布于政和—大埔斷裂帶以東的沿海地區(qū),在其西部呈零星分布,桃溪區(qū)就是這些分布區(qū)之一。巖漿活動與晚侏羅世末期至早白堊世初期強烈側向擠壓轉變?yōu)槔瓘堧A段的斷陷或塌陷作用有關。侵入活動相對較弱,常與早白堊世火山巖伴生,巖體受深部構造控制多呈復式巖體,常有較完整的由超基性—基性—酸性—堿性的巖漿演化系列,巖石類型復雜,有中酸性、酸性及超酸偏堿性,以酸性巖為主。分布上往往與NW、NE向斷裂有關,多出現(xiàn)在構造結合部位。多呈復式巖體(深成巖體)產(chǎn)出或與同期火山巖共生,與其環(huán)狀侵入體或中心侵入體共同組成火山-侵入雜巖。武夷山成礦帶內銅多金屬礦床大多與燕山期的巖漿活動有著密切關系。銅礦和鉛鋅礦與殼幔同熔形成的花崗巖有關,如紫金山礦田和紅山銅礦;另一部分礦床例如巖背錫礦則與地殼重熔型花崗巖有關。與巖漿有關的礦床成因類型有:斑巖型、火山熱液型、火山沉積變質-熱液改造型和接觸交代型等。不同礦種和不同成因礦床常組成一個成礦系列。現(xiàn)對桃溪隆起區(qū)東部上杭中生代火山盆地中紫金山成礦巖體和隆起區(qū)西部會昌中生代火山盆地中紅山成礦巖體與巖背成礦巖體進行分析研究。3.1酸性巖系特征紫金山高硫淺成熱液礦目前已知延深超過1500m,礦田巖石普遍遭受蝕變,世界罕見,預示著深部巨大的找礦前景。紫金山高硫型(五子騎龍)、低硫型淺成低溫熱液礦床(碧田)和斑巖礦床(羅卜嶺)共存于同一礦田的現(xiàn)象在中國尚屬首例,也是世界首次發(fā)現(xiàn)。礦田位于上杭縣城北34km處,處于永梅坳陷西南,上杭白堊紀陸相火山斷陷盆地東緣。紫金山火山-沉積地層主要是白堊系陸相火山沉積建造,沿北西向火山斷陷盆地分布。高天鈞等對紫金山巖漿巖前人進行了大量的研究。福建省第八地質大隊(1991)(福建省上杭縣紫金山地區(qū)地質成礦預測報告)在野外填圖和鉆孔資料的基礎上,對紫金山各期次侵入巖進行了系統(tǒng)劃分(表1,2),本文在此基礎上進行了補充。紫金山酸性復式花崗巖體(四坊復式巖體)呈北東向沿桃溪核部分布,并遭受后期強烈的熱液蝕變,是銅金礦主要容礦圍巖,主要為中細粒花崗巖,是礦區(qū)分布最廣的侵入體,也是最主要的賦礦圍巖,中粗粒碎裂花崗巖和細粒白云母花崗巖零星出露。燕山晚期中酸性次火山相英安玢巖、隱爆角礫巖(圖3-A,B)、花崗閃長斑巖(羅卜嶺巖體),沿紫金山火山通道侵位于早期的復式花崗巖體中,形成長1.5km,寬0.5km,長軸走向呈NE向的橢圓形復式巖筒;其頂部發(fā)育環(huán)狀隱爆角礫巖帶和震碎花崗巖帶,兩側沿北西向裂隙帶發(fā)育英安玢巖脈和熱液角礫巖脈群。近火山口為受英安玢巖及隱爆角礫巖控制的大型紫金山銅金礦床;礦田的NE端和SW端,有受遠離火山口的英安玢巖控制的中低溫熱液型銅金礦床;在火山機構的外圍,如碧田地區(qū),還有受淺成侵入體控制的銀多金屬礦化,包括受花崗斑巖控制的上杭古石背鈾礦床。銅、金礦化主要分布于火山中心的頂部。英安玢巖深部過渡為花崗閃長斑巖,與斑巖型銅礦化關系密切。由它們組成的紫金山火山機構在平面上總體呈“蟹形”,是一個較完整的巖漿-氣液活動體系。四坊花崗閃長巖巖石稀土元素總量為124.65~136.71μg/g,LREE/HREE比值為9.95~8.96,屬輕稀土元素富集型,反映稀土元素分餾程度的(La/Yb)紫金山銅金礦床與中酸性次火山巖有密切的時空關系:時間上,成巖(花崗閃長斑巖Rb-Sr等時線年齡105.1~110.9Ma)與成礦(K-Ar同位素年齡:絹云母94Ma,明礬石82~112Ma,蝕變鉀長石88.3Ma,蝕變黑云母117.3Ma)時間相近;空間上,蝕變礦化緊緊圍繞次火山巖體分布。這表明成巖與成礦是巖漿演化產(chǎn)物,即它們具有物源的一致性,Cu、Au主要由中酸性巖漿帶入。同時紫金山巖體、構造和礦體關系反映了成礦環(huán)境主要是拉張環(huán)境(表2)。3.2成礦巖體及地球化學特征紅山銅礦為斑巖-隱爆角礫巖型銅礦,以往已作了較系統(tǒng)的研究。紅山斑巖-隱爆角礫巖筒內的銅礦化十分普遍。據(jù)采場揭露,礦體主要分布在斑巖、隱爆角礫巖與圍巖接觸破碎帶處紅山礦區(qū)內巖漿活動頻繁,主要表現(xiàn)為一系列淺成-超淺成侵入的酸性-中酸性侵入體及部分基性巖脈,早期為中細粒斑狀黑云二長花崗巖、中粒斑狀黑云二長花崗巖等(中)酸性巖株侵入;晚期為花崗斑巖、花崗閃長斑巖以巖脈、巖瘤形式定位,還伴隨多期巖漿熱液隱爆發(fā)生,大量出露于隱爆角礫巖筒內的自碎花崗斑巖角礫巖是主要成礦巖體;后期石英閃長(玢)巖和輝綠巖以脈巖形式出露,另外還見酸性的細?；◢弾r、花崗斑巖、石英斑巖脈。含銅成礦巖體花崗(閃長)斑巖分布在紅山隱爆角礫巖筒中和外圍,沿環(huán)狀和放射狀斷裂分布。巖石呈現(xiàn)高硅、高鉀和過鋁的特點。巖石地球化學特征顯示虧損Sr、Ba、Nb、P、Ti、Y等元素,富集Rb、Th等元素,Rb/Sr及Rb/Ba比值高,具有殼幔混合的特征。含銅成礦巖體花崗(閃長)斑巖鋯石晶形發(fā)育良好,長寬比約2∶1,有清晰的生長環(huán)帶,呈現(xiàn)巖漿鋯石的特征(圖4),再生邊弱。經(jīng)測定,巖石鋯石核部的Th/U比值為0.37~0.65;其SHRIMP年齡一致性很高(圖5,表3),在(102.5±1.2)Ma,與早-晚白堊世間燕山晚期巖漿侵入和隱爆作用有關。3.3成礦巖體及構造環(huán)境會昌縣巖背錫礦位于桃溪環(huán)形構造的西南緣,礦床產(chǎn)于中生代陸相火山斷陷盆地邊緣的火山機構中。礦體賦存于燕山晚期花崗斑巖侵位凹部的內外接觸帶。斑巖體呈巖瘤狀,侵入于粗粒黑云母花崗巖中,為主要成礦巖體。礦田花崗巖在火山活動稍后呈多次侵入,成礦花崗巖屬火山活動后第三次淺成侵入體。巖背錫礦的圍巖為密坑山巖體,它是一破火山口中央的巖株侵入體。該巖體在地表表現(xiàn)為密坑山、巖背和苦竹崠三個巖體(圖6),在深部連成一片,它們是同一巖漿分別沿火山口的環(huán)狀或放射狀斷裂侵入而成。巖背、鳳凰崠、淘錫壩、苦竹崠、礦背、上灣等一批大、中型錫多金屬礦床或礦點分布在該巖體與流紋質凝灰熔巖的內外接觸帶,表明這一巖體對成礦具有重要的制約作用。邱檢生等研究表明,密坑山巖體主體巖性為鉀長花崗巖,Rb-Sr全巖等時年齡為(124.5±0.6)Ma根據(jù)花崗斑巖的(4桃溪環(huán)形構造區(qū)目前,有關中生代的中國東南部大地構造演化和巖漿演化存在其他觀點,如:陸間碰撞與洋殼消減兩種動力學體系控制下的巖漿作用,既不是島弧環(huán)境,也不屬于板內裂谷,而屬于過渡性質燕山晚期,中國東南部由板內環(huán)境轉變?yōu)榛顒哟箨戇吘壄h(huán)境,巖石圈伸展走滑,形成了早白堊世高鉀鈣堿性英安質-流紋質火山-侵入巖帶;至晚白堊世區(qū)域廣泛分布低鈦雙峰式玄武巖-英安巖-流紋巖及其淺成巖帶,并形成A型晶洞花崗巖和基性巖脈群等桃溪環(huán)形構造區(qū)紫金山、巖背和紅山等典型成礦巖體與其邊部白堊紀火山盆地雞籠嶂組、蓮花寨群、版石群和贛州群火山巖一致,為同一巖漿演化的產(chǎn)物。如會昌中村橄欖玄粗系列的巖石,其Rb-Sr等時線年齡值為108Ma。橄欖玄粗巖系列的形成代表著在早白堊世末期拉張體系的形成和殼幔物質的交換。徐夕生等通過Sm-Nd同位素定年顯示,中國東南大陸邊緣底侵作用物質在地殼底部的結晶年齡為(112.3±17.8)Ma,屬晚中生代時期桃溪環(huán)形構造區(qū)與中國東南部一樣,出露白堊紀斷陷盆地、A型花崗巖、堿性巖、基性巖脈及雙峰式火山巖許志琴等在研究川西丹巴和雅江地區(qū)的地質構造中,也提出了熱隆伸展構造的論點,強調逆沖收縮事件后大量印支期及燕山期地殼重熔及S型花崗巖侵位,使地殼變熱,出現(xiàn)以上升的深熔花崗巖體為中心或古老變質雜巖重熔而上隆所造成的熱隆構造桃溪隆起部位是深成巖漿活動區(qū)和深部熱柱的活動部位,伴隨有基性及堿性巖漿活動。伴隨的巖漿巖以非造山期巖漿巖為特點,出現(xiàn)A型花崗巖及堿性、亞堿性花崗巖。桃溪環(huán)形構造區(qū)銅多金屬礦以90~130Ma為主要成礦期,100Ma的巖漿巖以雙峰式為特點,是巖石圈拆沉和地殼深層次拆離作用的結果。桃溪環(huán)形構造區(qū)成礦作用與武夷山成礦帶一致,主要以斑巖-隱爆角礫巖型銅多金屬成礦作用為主。成礦時代主要為中生代晚期,與被稱為中生代巖漿-成礦大爆發(fā)的中國東南沿海一致。由地殼重熔形成的花崗質巖漿經(jīng)過多期次和多階段分異演化,抑或在最晚階段富集成礦,抑或在主要階段均伴隨有礦化,還可能巖體僅作為能源加熱,形成熱液對流循環(huán)系統(tǒng),從下部及周圍巖石萃取礦質,最后于上部有利空間卸載成礦。5成礦斑巖的形成時代及成礦時代(1)武夷山成礦帶南段發(fā)育桃溪環(huán)形構造區(qū)