云南东川观音山铜矿成矿模式及找矿方向

杨金富 莫向云 李 星 张荣伟

（云南省有色地质局地质勘查院，云南昆明650216）

观音山铜矿位于滇中东川矿区落音矿带，是近年来发现的沉积—变质—改造型铜矿床，将东川矿区原有的“四层楼”铜矿组合刷新为“五层楼”铜矿组合，“观音山式”铜矿即为第四层成矿阶段的产物［1-2］。矿区以落音背斜为界可分为东、西两部分，东部盆地发育多个因民火山角砾岩为主的峰丛台地，使得盆地内可接纳沉积的范围缩小，加之后期地壳长期抬升和近SN向断裂的切割，东部地层普遍发生倒转，使得大营盘组地层多被剥蚀；西部沉积盆地较为完整，故而含矿层位保存完整，是“观音山式”铜矿的主要富集部位。东川矿田具有悠久的开采和研究历史，前人分别从成矿地质背景、矿床成因、控矿因素等多方面展开了深入研究，成果多集中于滥泥坪、落雪、因民等发现较早的矿床［3-9］，针对观音山铜矿的矿床成矿规律、矿床成因机制等方面仍缺乏系统认知。本研究以观音山铜矿矿床地球化学特征、流体包裹体研究成果为基础，对矿床成矿物质来源、成矿流体来源以及成矿构造背景进行探讨，厘定成矿机理，并提出找矿方向，为矿区后续找矿勘查工作提供有益参考。

1 区域成矿地质背景

东川矿区位于昆阳裂谷系会理—东川坳拉槽东段，受控于宝台厂—九龙断裂、普渡河断裂、小江断裂及麻塘断裂4条主干断裂，与四棵树—落雪—因民—九龙弧形构造带共同控制着区内地层、构造及矿产的分布。区内以中元古界昆阳群出露最为广泛，包含因民组、青龙山组、黑山组及青龙山组，共同组成裂谷盆地环境的沉积地层组，即“昆阳裂陷槽”［10-11］，局部地段出露震旦系地层。特殊的地质背景及构造环境，为成矿提供了有利条件，矿田经过40多年的地质勘查研究工作，目前已查明铜矿床（点）148个，不同的赋矿层位产出了不同成矿阶段、不同成因的矿床（表1）。

2 矿床地质特征

观音山铜矿严格受地层、岩性控制，矿化主要呈层状、似层状及透镜状产出，矿产产状与地层产状基本一致，主要赋存于大营盘组二段灰白色钙泥质绢云板岩与黑色碳硅质板岩互层，夹多个薄层晶屑凝灰岩、凝灰质粉砂岩，在碳硅质、凝灰质板岩中，岩层发育大量细脉状、星点状黄铁矿，局部见有黄铜矿、含铜黄铁矿呈团斑状分布，是“观音山式”铜矿的主要赋存部位（图1）。矿区铜矿化层自上而下可划分为上、中、下3段，分别发育浅红色铁质板岩盖层、赤铁矿层及含锰褐铁矿层。矿石中主要的金属矿物为黄铁矿、黄铜矿、赤铁矿以及闪锌矿，多见黄铜矿、黄铁矿与石英共生，矿石组构多见微粒—集合体结构，拉长散点状、细脉状、浸染状、条纹状等构造，围岩蚀变以硅化、碳酸盐化为主。

?

3 矿床地球化学特征

3.1 岩石地球特征

大营盘组不同层位及岩性的岩石化学成分分析结果见表 2［12-14］。分析表 2 可知：①Pt2d2中的 SiO2、Al2O3含量明显高于Pt2d1，反映陆源浅水向深水的沉积环境变化过程；②据吴懋德等［12］对因民组角砾岩、因民组火山熔岩的分析成果并结合本研究测试数据，投影得到w（K2O）/w（K2O+Na2O）、w（Al2O3+SiO2）/w（CaO+MgO）坐标图，可知大营盘组地层的岩性样品中除碳硅质板岩外，其余均处于火山熔岩区与因民组粒序层区之间，可明显划出大营盘组板岩区；③碳硅质板岩中w（FeO）＞w（Fe2O3），与大多数岩浆岩成分特征并不一致，表现出非正常沉积岩类的岩石地球化学特征，主要是受岩层中火山物质的加入或受区域变质作用、火山作用影响所致；碱金属中w（K2O）＜w（Na2O），与一般沉积岩特征并不吻合，表明沉积物中含钾物质偏少，钠质随着大营盘组早期地壳快速沉降进入岩石，表现出“低钾高钠”的特征；④根据沉积岩中MgO含量的亲海性及Al2O3含量的亲陆性，可构建镁铝含量比值m（100×w（MgO）/w（Al2O3）），主要用于反映沉积环境中水体的盐度特征，m值随水体盐度的增大而增大；⑤大营盘组地层总体属于以海相沉积为特征的沉积产物，海水呈现浅→深→浅的交替变化过程，反映出了矿区地壳在大营盘时期内的升降活动轨迹。

3.2 硫同位素分析

观音山铜矿产于黑色碎屑沉积建造中，铜矿体赋存于大营盘组二段黑色碳硅质板岩中，与地层产状一致，在地壳快速沉降的过程中，早期含铜岩系（落雪组、因民组等）由于风化剥蚀，铜质被带入沉积盆地沉积形成了矿床的初始矿源层。通常情况下，源自不同地质储库的硫同位素组成差别较大：陨石δ34S值集中于0附近变化；火山喷发携带的H2S或SO2的δ34S值为±10‰；前寒武纪海水硫酸盐的δ34S值则多集中于16‰～18‰。本研究在钻孔揭露的铜矿体中优选了5件样品，并进行了硫同位素测试分析，结果见表3。分析表3可知：观音山铜矿δ34S值为4.1‰～17.1‰，大部分样品的δ34S值小于10‰，极差达13.0‰，均值为8.04‰，表明矿石中的硫为多源的，主要表现为岩浆硫的特征，个别黄铁矿样品的δ34S值明显偏高（16‰～18‰），暗示其硫源混入了海水硫，与图2所得结果吻合。

3.3 流体包裹体分析

?

?

选用大营盘组碳硅质板岩中的石英为研究对象，精选出4件代表样品，在详细分析矿石样品赋存部位及产出特征的基础上，选取合适部位进行切片，厚度均控制在0.3～0.5 μm，以满足显微岩石学观察及测温要求。观音山铜矿矿物流体包裹体特征分析（表4）表明：矿石中的石英流体包裹体形态相对简单，常呈圆形、椭圆形产出，局部地段硫化物附近重结晶石英中包裹体形态清晰；包裹体体积细小，直径多集中于2～10 μm，类型单一，多为气液相包裹体，少数包裹体中可测得CO2。采用均一法测温获得的“观音山式”铜矿的成矿温度主要集中于182～238℃和 242～392 ℃，相应的成矿溶液盐度 w（NaCl）为5.7%～13.2%和18.2%～25.4%，表明成矿流体主要来源为海水，其次为CO2、N2和NH4。综上分析可知，观音山铜矿的成矿阶段可划分为中—低温中等盐度的沉积成矿阶段和后期中—高温低—高盐度的变质—改造—富集成矿阶段，与钻孔揭露的矿体矿石组构特征吻合。

?

4 成矿要素及成矿模式

4.1 成矿要素

关于“观音山式”铜矿成矿时代的探讨，前人进行了大量研究，早在20世纪80年代，吴根耀等［15］对东川三风口下伏大营盘组硅质岩进行了Rb-Sr测年，得出的时限年龄为（966±28）Ma；邱华宁等［16］对大营盘组5件板岩样品进行了Pb-Pb测年，得出的时限年龄为（1 258±70）Ma；晏建国等［2］通过40A～39Ar测年，得出含矿层大营盘组的同位素年龄为1 263～1 333 Ma，与前述研究成果吻合度较高。据此，可推测“观音山式”铜矿的成矿时代总体属中元古代晚期，与淌塘铜矿的形成时代十分接近。

观音山铜矿及其临近的淌塘铜矿的成矿地质背景均隶属于康滇基底断陷带落雪基底隆起会理—东川拗拉槽，两者在构造背景、含矿地层、岩性等成矿要素方面具有较好的对比性（表5）［17-19］。由表5可知：①两者含矿岩系均为地壳快速沉降的还原环境中沉积的黑色沉积岩系；②矿体的产出形态及矿石矿物组分相似度较高，矿石结构均以变晶结构为主，矿石构造主要为浸染状、团块状，围岩蚀变多发育黄铁矿化、硅化及碳酸盐化；③“淌塘式”铜矿上覆于“满银沟式”铁矿的含铁凝灰千枚岩中，与“观音山式”铜矿“上铜下铁”的矿化组合特征完全一致，在东川—会理成矿域上具有广大的区域性特征［20-21］。总体上，矿床经历了沉积成矿与后期构造2个地质演化过程：早期沉积形成的初始含矿层在大营盘时期受地壳抬升而成为陆地，经风化剥蚀搬运后，成矿物质在大营盘组沉积盆地的地壳快速震荡式升降运动环境下，铜质得以聚合富集为初始“观音山式”铜矿；在成矿后期，在地壳变动及区域变质作用的影响下，先期沉积的岩层被撕裂而形成裂纹、裂隙，铜质在构造及变质热液的驱动下进一步迁移、富集，形成了现今的层状及脉状铜矿（化）体。

综上所述，观音山铜矿与淌塘铜矿同属于中元古晚期（大营盘/淌塘中期）同一沉降盆地（老油房沟—基多向斜）不同部位的沉积—变质—改造型铜矿床。

?

4.2 成矿模式

前人对于观音山铜矿的成矿模式重点探讨了围岩蚀变分带等问题，认为该矿床具有与世界上绝大多数火山成因的块状硫化物矿床极为相似的结构模型［23］。矿床中发育的网脉状含铜方解石脉及部分角砾状铜矿石反映出矿床在成矿后期受构造及区域变质作用的影响较大，致使早期形成的沉积铜矿层局部破裂形成一系列裂隙，在变质热液或构造热液的驱动下，矿化进一步富化为沿裂隙或层面充填形成的脉状铜矿（图3）。观音山铜矿的成矿模式可概括为：①“观音山式”铜矿床赋存于黑色与灰色互层的黑色岩系中，含矿地层平行层理发育，反映矿床处于地壳快速震荡式沉降的浅海—半深海还原环境，形成半封闭的滞流海湾，铜质随着风化剥蚀、构造活动等因素进入海水中，沉积环境由氧化向还原转化，将沉积层位有机质中的SO42-转化为S2-，铜质被海水中的碳泥质吸附并进一步聚合沉积，构成矿床内的初始散点状、条纹—条带状矿体；②钻孔揭露的观音山矿床围岩中w（Cu）为0.06%～0.15%，与淌塘铜矿围岩中的Cu含量相近，为地壳元素丰度值（0.006 3%）的9.5～23.8倍，反映沉积原（母）岩中富含铜质成分，而在区内钙泥质及铁质沉积层位中未见矿化，表明地层中富含有机质的层位为Cu的沉淀、富集提供还原剂，大营盘组中、下段作为有利的固定还原层，控制着矿体的形成及产出；③矿床中发育的网状含铜方解石脉及部分角砾状铜矿石反映出矿床受后期改造作用明显，铜矿化带多局限于硅化带内，且与硅化和黄铁矿化关系密切，其在水平方向呈现出黄铁矿化带→黄铁矿、黄铜矿混合矿化带→赤铁矿化带的矿化分带现象；④受后期地壳运动和区域变质作用的影响，岩层内层间裂隙/裂纹、滑动微变形带等次生穿层裂隙发育，为后期构造热液及变质热液的运移及富集提供了有利通道及赋存空间，控制着脉状矿体的产出。

5 找矿预测

5.1 成矿预测证据

（1）矿床严格受地层控制的成矿机制反映了“观音山式”铜矿的形成不仅取决于岩相古地理环境，也与下伏铜矿床的规模及富集程度密切相关，观音山铜矿床即上覆于“东川式”落因大型铜矿床背斜西翼。因此，“东川式”铜矿体外围的大营盘组地层分布带为寻找“观音山式”铜矿床的最佳部位。

（2）东川地区大营盘组中的铜矿化总体可划分为4个片区，铜矿化点/床主要分布于西部的帽壳山—观音山—锅底荡及东部的老屋基—江西村—丫口村月一带，以帽壳山—观音山—锅底荡铜矿化带规模最大、连续性最佳。此外，区内大营盘组西部沉积盆地向北延入四川后，于淌塘一带发育中型铜矿床，反映大营盘组二段沿走向上的连续性，具有极好的找矿前景。

（3）Cu等量线沿大营盘期沉积盆地东缘呈带状高背景区分布，反映沉积盆地东缘Cu具有局部富集的态势。

5.2 找矿靶区

根据区内大营盘期的特殊地层沉积环境，分别将大营盘期西部沉积盆地及东部沉积盆地划分为I、II类成矿远景区，根据成矿条件及地质控制程度，进一步将找矿靶区划分为A、B、C 3个级别，进而优选出首/次选勘查区。其中：①首选勘查区为菜园子—观音山铜矿找矿靶区（A1区），该区位于大营盘西部沉积盆地东缘，呈NW向宽缓带状展布，南北延伸6.5 km，东西宽1.5～2.4 km，探明面积为13.04 km2，“观音山式”铜矿的含矿层位（大营盘组二段）矿化连续性好，找矿标志明显，预测铜矿资源量达24万t，找矿潜力良好，为矿床外围及深部的首选找矿靶区；②次选勘查区为小营盘—锅底荡找矿靶区（B1）及茂麓—帽壳山找矿靶区（B2），分别位于大营盘期西部沉积盆地东南缘及北东缘，均出露大营盘组板岩及下伏青龙山组白云岩，其中B2靶区面积较大（9.13 km2），B1区面积相对较小（3.25 km2），两者均具备“观音山式”铜矿的基本找矿标志，预测铜资源量分别达到19.40万t和6.68万t。

6 结语

详细分析了观音山铜矿矿床地质特征及地球化学特征，并对成矿模式进行了讨论，将成矿阶段划分为中—低温中盐度的沉积成矿阶段以及中—高温低—高盐度的变质—改造—富集成矿阶段。在上述分析的基础上，通过进行成矿预测，圈定了菜园子—观音山（首选勘查区）、茂麓—帽壳山及小营盘—锅底荡（次选勘查区）等找矿靶区，各区找矿潜力良好，值得进一步开展工作。