礦床礦物學(xué)和硫同位素特征范文
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《礦床地質(zhì)雜志》2016年第一期
摘要
樺樹溝銅礦床位于北祁連加里東造山帶西段。銅礦體賦存于鏡鐵山BIF型鐵礦床樺樹溝礦區(qū)FeⅤ礦體下盤，礦體受斷裂構(gòu)造控制，礦化巖石主要為鐵碧玉巖、石英絹云母千枚巖和碳質(zhì)千枚巖，圍巖蝕變可見硅化、碳酸鹽化、絹云母化和綠泥石化。文章對塊狀銅礦石(富銅礦體)和脈狀銅礦石(千枚巖型銅礦體)進行了野外地質(zhì)特征、礦物學(xué)和硫同位素對比研究。富銅礦體與地層產(chǎn)狀基本一致，塊狀礦石礦物組合為黃銅礦+少量黃鐵礦+石英+碳酸鹽礦物+重晶石，黃銅礦低S、Cu，高Fe。脈狀礦石主要表現(xiàn)為石英-碳酸鹽-硫化物脈沿千枚理或裂隙產(chǎn)出，礦石礦物組合為黃銅礦+黃鐵礦+黝銅礦+鏡鐵礦+石英+碳酸鹽礦物+絹云母+綠泥石，黃銅礦低S高Fe。塊狀銅礦石中黃銅礦的δ34S變化范圍為15.6‰～17.4‰，暗示硫主要來自同期海水。脈狀礦石中硫化物的δ34S值低于塊狀礦石中黃銅礦的δ34S值，黃銅礦、黃鐵礦的δ34S值變化范圍分別為13.2‰～16.2‰和9.3‰～13.4‰，暗示硫可能主要來自受還原的硫化物和硫酸鹽礦物。以上研究表明塊狀銅礦石和脈狀銅礦石可能為不同熱事件的產(chǎn)物，結(jié)合前人研究成果，筆者認為樺樹溝銅礦床為海底噴流沉積疊加后期熱液改造成因。綠泥石溫度計指示后期熱液成礦溫度為222℃左右。
關(guān)鍵詞
地質(zhì)學(xué);礦物化學(xué);硫同位素;銅礦床;樺樹溝;北祁連
北祁連造山帶是中國典型的加里東造山帶，同時也是備受關(guān)注的鐵銅金成礦帶(毛景文，2003)，產(chǎn)出有著名的鏡鐵山式鐵礦床、白銀廠式和石居里式銅礦床。20世紀80年代后期，冶金工業(yè)部西北地質(zhì)勘查局第五地質(zhì)隊在鏡鐵山鐵礦床樺樹溝礦區(qū)FeⅤ鐵礦體之下發(fā)現(xiàn)了銅礦體，引起礦山與地學(xué)界的高度重視，已探明銅金屬儲量達20萬噸，平均品位1.82%(毛景文等，1997;Sunetal．，1998;夏林圻等，1999)。前人對樺樹溝鐵礦進行了大量的研究(楊化洲等，1991;周濤發(fā)等，1997;劉華山等，1998;薛春紀等，1997;Sunetal．，1998;毛景文等，2003)，鐵礦石具有明顯的條帶狀構(gòu)造，主要由碧玉、鏡鐵礦(赤鐵礦)、菱鐵礦和重晶石組成，礦石具有明顯的Eu正異常，大多數(shù)學(xué)者認為樺樹溝鐵礦為海底噴氣成因的條帶狀鐵建造(BIF)(Zhangetal．，2014;Lietal．，2014;Yangetal．，2015)。但是對于樺樹溝銅礦的成因還存在爭議，有層控同生熱液改造型(楊化洲等，1991)、海底熱水沉積(變質(zhì))-后期熱液改造型(黃永平等，1992;周濤發(fā)等;1997)、噴流沉積型(Sedex)(薛春紀等，1997;劉華山等，1998;Sunetal．，1998)、加里東巖漿熱液型(趙東宏等，2002;2003;毛景文等，2003;張?zhí)m英等，2008)等。但歸納起來，主要是同生海底噴流成礦和后生熱液成礦兩種爭議。前人研究表明，與條帶狀鐵建造(BIF)有關(guān)的銅礦床與BIF可能為同期形成，例如巴西Carajás省IgarapéBahiaCu-Au礦床(Dreheretal．，2008)，也可能為后期熱液成因，例如中國海南石祿BIF中的銅鈷礦(許德如等，2012)。最新工作表明，北祁連西段鏡鐵山式鐵礦床的下盤普遍發(fā)育銅礦化，可能具有較大的找銅礦潛力。因此深入研究樺樹溝銅礦床，對理解北祁連該類型銅礦床成因及礦產(chǎn)勘查至關(guān)重要。樺樹溝地區(qū)銅礦石類型較多，不同銅礦石類型可能代表了不同的成因信息。本次研究在樺樹溝銅礦床發(fā)現(xiàn)一層富銅礦體(塊狀)，顯示與其他銅礦體不同的野外地質(zhì)特征。結(jié)合以往研究資料以及最新發(fā)現(xiàn)的野外地質(zhì)現(xiàn)象，本文補充分析了不同類型銅礦石中硫化物的成分和硫同位素數(shù)據(jù)，結(jié)合蝕變礦物的成分特征，為重新探討礦床成因及成礦過程提供更多依據(jù)。
1區(qū)域和礦區(qū)地質(zhì)特征
北祁連造山帶是一個典型的加里東造山帶。該區(qū)自元古宙以來經(jīng)歷了大陸裂谷、板塊作用(俯沖和閉合作用)和陸內(nèi)造山3種構(gòu)造體制(夏林圻等，2003;Songetal．，2013)，主要出露元古宙到新生代地層(楊化洲等，1991)。樺樹溝銅礦床位于鏡鐵山鐵礦樺樹溝礦區(qū)西段。礦區(qū)出露地層主要為中元古界鏡鐵山群下巖組，地層由新到古依次是雜色千枚巖、石英巖、石英絹云母千枚巖、碳質(zhì)千枚巖、鈣質(zhì)千枚巖、灰綠色千枚巖、鐵礦床和黑灰色千枚巖，變質(zhì)程度為低綠片巖相(圖1)。銅礦床位于鏡鐵山礦樺樹溝礦區(qū)西部的Ⅴ號鐵礦體下盤(圖2a和圖3a～e)，礦化巖石或賦礦圍巖由上而下依次是鐵碧玉巖、灰綠色石英絹云母千枚巖和黑色碳質(zhì)千枚巖(圖2)。區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造為加里東期NW向緊密向斜褶皺和逆沖斷層，局部發(fā)育NNW向剪切斷裂。樺樹溝鐵銅礦床中F10斷裂是最主要的控礦斷裂，位于Ⅴ號鐵礦體的底板，斷層走向與巖層走向基本一致，傾角75～80°(毛景文等，2003)。銅礦體賦存于FeⅤ礦體下部和底板圍巖中，礦體受多層地層控制，主要包括鐵碧玉巖、灰綠色千枚巖層和碳質(zhì)千枚巖層(圖2b)，產(chǎn)狀基本與地層產(chǎn)狀一致，礦體主要由CuⅠ和CuⅡ和6個小礦體組成。CuⅠ主要為鐵碧玉巖容礦銅礦體，長1010m，厚0.94～34.49m，延伸200～470m，呈似層狀和透鏡狀，礦體傾向210～230°，傾角60～85°，平均品位2.97%。CuⅡ礦體分布于礦體下部的蝕變千枚巖中，礦體呈層狀或透鏡體狀，最大延長大于600m，厚度1～23.1m，平均厚6.17m。
礦體傾向210°，傾角60～75°，平均品位2.77%(毛景文等，2003)。其余銅礦體多呈透鏡狀產(chǎn)出。礦石自然類型主要有鐵碧玉巖型(圖3a、3e)和千枚巖型(圖3c、3d)。本次發(fā)現(xiàn)的富銅礦體主要位于鐵碧玉巖型銅礦底板，屬于CuⅠ礦體。礦石組構(gòu)比較復(fù)雜，主要有脈狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造，少見條帶狀構(gòu)造，半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)。礦石礦物主要為黃銅礦和黃鐵礦，少量的斑銅礦、黝銅礦、鏡鐵礦、菱鐵礦和孔雀石等，脈石礦物主要為石英、碳酸鹽礦物(鐵白云石和白云石)、重晶石、絹云母和綠泥石等。條帶狀礦石多分布在礦體上部或中上部(該類礦石目前大多已被采完，前人研究認為這類礦石可能為原始噴流沉積成因，黃永平等，1992)，塊狀礦石多分布于礦體的中部(富礦銅石主要為塊狀構(gòu)造)，脈狀構(gòu)造的礦石多分布于礦體的中部或下部;角礫狀礦石主要分布于鐵碧玉巖內(nèi)，浸染狀礦石多分布于礦體的邊部(黃崇軻等，2001)。銅礦體圍巖蝕變主要為中低溫?zé)嵋何g變，可見硅化、碳酸鹽化、絹云母化和綠泥石化，以前3種蝕變?yōu)橹鳌Ｎg變分帶清晰，其中內(nèi)帶主要為硅化和絹云母化，外帶為綠泥石化。礦區(qū)內(nèi)侵入巖主要為輝綠巖和加里東期石英閃長玢巖(圖3f)，沿礦區(qū)內(nèi)斷裂帶分布，其中石英閃長玢巖在空間上與銅礦化關(guān)系密切。
2樣品描述和分析測試
樺樹溝銅礦石類型較多，本次研究發(fā)現(xiàn)一層富銅礦體沿黑色碳質(zhì)千枚巖邊部產(chǎn)出，其上盤巖石為碧玉巖，礦層厚約2～4m，產(chǎn)狀與黑色碳質(zhì)千枚巖基本一致，局部為斷層接觸，屬于CuⅠ礦體(圖3b)。銅礦石主要呈塊狀構(gòu)造，礦石礦物主要為黃銅礦，含量較高，高達75%，黃銅礦呈他形，顆粒較粗。其次可見少量黃鐵礦，黃鐵礦呈渾圓狀，可見溶蝕現(xiàn)象。脈石礦物為石英、重晶石和碳酸鹽礦物(圖3g)，這類銅礦石顯示出明顯不同于千枚巖型銅礦的特征。千枚巖型銅礦中石英-碳酸鹽-硫化物脈主要沿千枚理和千枚巖中的裂隙分布，其黃銅礦含量變化較大，金屬礦物主要為黃銅礦、黃鐵礦、黝銅礦和鏡鐵礦等，脈石礦物主要為石英、碳酸鹽礦物、絹云母和綠泥石等(圖3h、3i)。其中黃銅礦為細粒他形，通常交代黃鐵礦，黃鐵礦自形-半自形，常伴隨有碎裂結(jié)構(gòu)。本次研究將上述塊狀礦石(富銅礦體)與脈狀礦石(千枚巖型銅礦)兩類銅礦石進行了系統(tǒng)的礦物學(xué)和硫同位素對比研究。塊狀礦石采自樺樹溝CuⅡ礦體2860水平黑色碳質(zhì)千枚巖邊部，礦石品位較高，可達20%以上(圖3b)。脈狀礦石采自樺樹溝CuⅡ礦體2760水平處，為千枚巖型銅礦石，礦石品位較低(圖3d)。礦物電子探針分析測試在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所JEOLJXA8230型電子探針完成，加速電壓20kV，電流20nA，束斑直徑5μm。前人對樺樹溝銅礦床已做了大量的硫同位素研究，但是缺少不同類型銅礦石的對比分析，本文補充測試了上述兩類銅礦石中硫同位素組成。礦石樣品主要采自樺樹溝礦區(qū)井下，樣品新鮮，未見風(fēng)化蝕變。硫同位素測試在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院測試研究中心儀器型號為FinniganMAT-251型質(zhì)譜儀上完成，以Cu2O做氧化劑制備測試樣品，測試結(jié)果采用國際標準CDT表達，分析精度優(yōu)于±0.2‰。
3測試結(jié)果
3．1電子探針測試結(jié)果
3．1．1黃鐵礦用于電子探針測試的黃鐵礦均為脈狀礦石(石英-硫化物脈)中的黃鐵礦，黃鐵礦半自形-自形，可見明顯的碎裂結(jié)構(gòu)，被黃銅礦交代。黃鐵礦的w(Fe)46.35%～47.54%，平均46.86%;w(S)51.87%～53.59%，平均52.98%，S/Fe比值為1.90～2.01，平均1.97(表1)。與黃鐵礦理論值(Fe46.55%，S53.45%)相比，鐵含量較高，硫含量較低。Co和Ni含量都很低，w(Co)＞w(Ni)。
3．1．2黃銅礦本文測試對象為塊狀銅礦石和脈狀銅礦石中的黃銅礦。脈狀礦石中黃銅礦含w(S)33.87%～34.85%，平均34.51%;w(Fe)30.41%～31.49%，平均30.68%;w(Cu)34.43%～34.73%，平均34.58，其次含少量的Pb(0～0.16%，平均為0.07%)，Co和Ni含量都很低，w(Co)＞w(Ni)(表1)。塊狀礦石中黃銅礦含量較高，可高達75%，w(S)33.67%～34.90%，平均34.18%;w(Fe)30.39%～31.44%，平均30.97%;w(Cu)33.96～34.75，平均34.38%，Pb含量很低(0～0.05%，平均0.02%)，Co和Ni含量都很低，Co＞Ni(表1)。與標準黃銅礦理論值(S34.92%，F(xiàn)e30.52%，Cu34.56%)相比，脈狀銅礦石中黃銅礦S含量明顯較低，F(xiàn)e含量較高，銅含量接近理論值;塊狀礦石黃銅礦S明顯低于脈狀礦石，F(xiàn)e含量明顯較高，Cu含量明顯低于理論值。
3.1．3黝銅礦黝銅礦主要產(chǎn)于脈狀銅礦石中，在銅礦體上部略多，呈他形粒狀集合體、細脈狀嵌布在黃銅礦石英脈中，也有與黃銅礦連生嵌布于石英晶隙中。w(S)為25.13%～25.71%，平均25.52%，w(Sb)為24.57%～25.64%，平均25.07%;w(Cu)為41.57%～42.19%，平均42.00%;w()為2.67%～3.20%，平均3.00%;w(Fe)為3.78%～3.97%，平均3.91%，w(Zn)為0.74%～1.25%，平均1.09%(表1)。與理論值(S25%，Sb29%，Cu46%)相比，S含量略高，Sb和Cu含量略低，這是由于Sb和Cu被、Fe、Zn替代。
3．1．4絹云母絹云母主要賦存在脈狀銅礦石中，是千枚巖中常見的變質(zhì)/蝕變礦物組分。本區(qū)絹云母均有不同程度的綠泥石化，以致大多絹云母電子探針數(shù)據(jù)獲得的是混合信息，3個未見綠泥石化的數(shù)據(jù)見表2:w(SiO2)46.43%～48.02%，w(Al2O3)35.08%～37.02%，w(K2O)9.06%～9.77%，其他氧化物含量較低，w(Cl)為0.01%～0.02%，F(xiàn)含量很低。3．1．5綠泥石綠泥石化呈不規(guī)則狀或細脈狀，主要為交代絹云母形成(圖3i)，部分綠泥石也混有絹云母的信息(K2O含量較高)，本次測試的綠泥石均為脈狀銅礦石中的綠泥石，五個有效點測試數(shù)據(jù)結(jié)果見表2，w(SiO2)變化范圍為25.60%～26.55%，w(FeO)為23.00%～24.84%，w(Al2O3)18.81%～19.49%，w(MgO)為15.16%～17.11%，其他元素含量較低，w(Cl)為0～0.02%，基本不含F(xiàn)。在綠泥石分類圖解中(趙杏媛等，1990)投影，全為鎂鐵綠泥石。Fe2+/Fe2++Mg2+比值為0.43～0.48(平均0.46)。根據(jù)公式d001=14.339(0.1155AlⅣ(0.0201Fe2+，t(℃)=(14.379－d001)/0.001(基于14個氧原子數(shù)，Nieto，1997;Battaglia，1999)，獲得綠泥的石形成溫度為216.67～227.72℃，平均222℃。
3．2硫同位素本次測試的黃鐵礦和黃銅礦硫同位素值變化范圍相對較小，不同于前人所得的硫同位素值(具有較大的變化范圍，例如薛春紀等，1997;劉華山等，1998;毛景文等，2003)，這可能是由于本次測試的銅礦石類型比較單一(塊狀礦石和脈狀礦石)。硫同位素測試結(jié)果見表3和圖4，塊狀礦石中黃銅礦δ34S值變化范圍為15.6‰～17.4‰，平均為16.7‰;脈狀礦石中黃銅礦低于塊狀礦石中黃銅礦δ34S值，變化范圍為13.2‰～16.2‰，平均為15.1‰，脈狀礦石中黃鐵礦δ34S相對較低，變化范圍為9.3‰～13.4‰，平均值為11.2‰。
4討論
4．1銅礦成因前人對樺樹溝銅礦床成因爭論的焦點主要集中于是同生海底噴流成礦還是后期熱液成礦。結(jié)合前人研究成果，本次研究表明，樺樹溝銅礦床塊狀銅礦石和脈狀銅礦石在野外地質(zhì)特征、礦物組合、礦物化學(xué)和同位素等方面具有明顯的差異性:①塊狀礦石主要產(chǎn)出于富銅礦體中，其產(chǎn)狀與地層基本一致，而本次研究的脈狀礦石(千枚巖型)，主要呈脈狀賦存于千枚巖中，顯示后期熱液成礦的特點;②塊狀礦石礦物組合為黃銅礦+少量黃鐵礦+石英+碳酸鹽礦物+重晶石，脈狀礦石礦物組合為黃銅礦+黃鐵礦+黝銅礦+鏡鐵礦+石英+碳酸鹽礦物+絹云母+綠泥石。脈狀礦石中含有大量的黃鐵礦、黝銅礦以及絹云母、綠泥石等蝕變礦物，而塊狀礦石中未見到這幾種礦物;③塊狀礦石中黃銅礦低S、Cu而高Fe，而脈狀礦石中黃銅礦低S高Fe。與塊狀礦石相比，脈狀礦石中黃銅礦更接近理論值;④本次測試結(jié)果表明脈狀礦石中黃銅礦硫同位素值(13.2‰～16.2‰，平均為15.1‰)高于黃鐵礦硫同位素值(9.3‰～13.4‰，平均值為11.2‰)，上述二者硫同位素值均低于塊狀礦石中黃銅礦硫同位素值(15.6‰～17.4‰，平均為16.7‰);⑤毛景文等(2003)和周濤發(fā)等(1997)對黃銅礦中的鉛同位素研究發(fā)現(xiàn)，異常富集放射成因的206Pb、207Pb和208Pb，而黃永平等(1992)研究則表明黃銅礦中的鉛同位素含放射成因Pb低，屬正常Pb。這可能是由于前人所測銅礦石類型不同，不同類型礦石顯示不同鉛同位素特征。上述差異性表明塊狀礦石和脈狀礦石可能是不同時期熱事件的產(chǎn)物，或者是經(jīng)歷了不同的熱液改造過程。
本次研究的塊狀礦石硫同位素值變化范圍為15.6‰～17.4‰，與中元古代海水硫同位素值比較一致(17‰±3‰，Strauss，1993)，暗示硫主要來自海水。其次，塊狀礦石黃銅礦顆粒較粗，發(fā)生了明顯的變質(zhì)重結(jié)晶現(xiàn)象(圖3g)，表明其形成于變質(zhì)作用之前。薛春紀等(1997)對于網(wǎng)脈狀礦石研究認為其顯示Sedex礦床的特征，也表明銅礦具有海底噴流沉積的特征。塊狀礦石品位較高，主要產(chǎn)于黑色碳質(zhì)千枚巖和鐵碧玉巖的過渡部位，礦物成分比較簡單，主要為黃銅礦，其次含少量的黃鐵礦、石英、碳酸鹽礦物和重晶石，與其他VMS型礦床礦石礦物組成比較相似(Zaccarinietal．，2008)。因此，筆者認為塊狀銅礦石主要為海底噴流沉積成因。脈狀礦石主要呈石英-硫化物脈沿千枚理灌入或充填在千枚巖裂隙中，黃銅礦大多細粒、他形，未見變質(zhì)重結(jié)晶現(xiàn)象，大多顯示交代結(jié)構(gòu)，且礦(巖)石發(fā)生了明顯的硅化、碳酸鹽化、絹云母化和綠泥石化，表明其形成時代晚于千枚巖，為后期熱液成因。同時，脈狀礦石中硫化物硫同位素具有較大的正值(9.3‰～16.2‰)，低于塊狀礦石，表明脈狀礦石中硫同位素受到了后期熱液的改造發(fā)生了明顯的分餾作用。同時，黃永平等(1992)通過對條帶狀、浸染狀千枚巖型銅礦石和(網(wǎng))脈狀千枚巖型銅礦石黃銅礦硫同位素對比研究，表明前者為同生沉積成因，而后者為后生熱液成因。在Zartman等(1981)全球鉛構(gòu)造模式演化線中，高放射性鉛端員位于上地殼鉛演化線之上，顯示典型的殼源鉛性質(zhì)，而低放射性鉛端員(后者)位于地幔與造山帶之間，表現(xiàn)為幔源鉛同位素組成特征。前者測試對象主要是脈狀礦石，為后期熱液成因，在熱液改造過程中有大量放射成因鉛加入，而后者可能顯示海底噴流沉積Pb同位素特征。同時，脈狀礦石黃銅礦Pb含量(平均為0.072%)高于塊狀礦石Pb含量(平均0.016%)，也可能是由于脈狀礦石黃銅礦有放射成因鉛加入造成的。上述表明，樺樹溝銅礦同時存在有海底噴流沉積銅礦石和后期熱液改造銅礦石。徐衛(wèi)東(2006)對CuⅠ和CuⅡ礦體地球化學(xué)研究表明，這兩類銅礦體受后期熱液改造作用明顯不同，也認為樺樹溝銅礦屬海底噴流沉積疊加后期熱液改造成因。前人研究表明沉積巖容礦層狀銅礦可以形成于成巖作用的早期、成巖作用晚期或成巖作用之后(Chartrandetal．，1985)。樺樹溝銅礦主要賦存于BIF型鐵礦底板，產(chǎn)狀與地層一致(Sunetal．，1998;毛景文等，2003)，與BIF有關(guān)的銅礦床，銅和BIF成礦物質(zhì)都來源于海底熱液系統(tǒng)，部分銅礦床與BIF同期形成，例如巴西CarajásProvinc地區(qū)BIF中Cu-Au礦床(Dreheretal．，2008)，而部分銅需要后期熱液活化才能成礦，例如中國海南石祿BIF中的銅鈷礦(許德如等，2008)。樺樹溝銅礦床具有明顯的層控的特點(Sunetal．，1998)。本次研究結(jié)果表明海底熱液噴流沉積時期已有一定規(guī)模銅礦形成(例如塊狀銅礦石)，而更大規(guī)模的銅礦體(例如千枚巖中脈狀銅礦石)主要為受后期熱液改造形成，為海底噴流沉積疊加后期熱液改造成因。
4．2銅成礦過程研究區(qū)內(nèi)塊狀礦石黃銅礦低S和Cu而高Fe，表明其可能形成于硫逸度相對較低、富鐵的環(huán)境中，與BIF形成環(huán)境比較一致(Bekkeretal．，2010)。本次研究表明樺樹溝銅礦床更大規(guī)模的礦化作用主要發(fā)生于后期熱液改造階段，未礦化的BIF中w(Cu)高達897×10－6(Yangetal．，2015)，未礦化的千枚巖中w(Cu)高達1876×10－6(Sunetal．，1998)，這些礦源層在有利的地段受后其熱液活化形成具有工業(yè)品位的銅礦體。對于后期改造階段熱液性質(zhì)有不同認識，楊化洲等(1991)和黃崇軻等(2001)根據(jù)鐵礦體內(nèi)石英脈中包裹體化學(xué)成分及氫同位素測定結(jié)果，認為是具有熱鹵水性質(zhì)的地下水熱液Sun等(1998)根據(jù)部分銅礦體普遍經(jīng)歷了變質(zhì)作用及片理化，認為其主要是變質(zhì)作用引起的后期熱液活化;趙東宏等(2002;2003)、毛景文等(2003)和張?zhí)m英等(2008)根據(jù)銅礦化與石英閃長玢巖脈關(guān)系密切且圍巖蝕變發(fā)育，認為熱液主要為巖漿熱液。前人發(fā)現(xiàn)一個脈狀礦石的硫同位素值為－1.9‰(毛景文等，2003)，顯示巖漿硫的特征(鄭永飛等，2000)，表明硫同位素受到了巖漿熱液的還原作用。本次野外觀察表明，脈狀銅礦石賦礦圍巖(千枚巖)主要發(fā)生硅化、碳酸巖化、絹云母化和綠泥石化，表明熱液流體主要為酸性熱液。艾永富等(1998)認為在綠泥石成分中，若Fe取代Mg，表明其形成于相對酸性環(huán)境，反之，Mg取代Fe，則表明相對堿性環(huán)境。本區(qū)綠泥石主要為鎂鐵綠泥石(表2)，表明其形成于酸性環(huán)境。
薛春紀等(1997)獲得黃銅礦包裹體水pH=4.87，但是黃銅礦鉛同位素特征(富集高放射性成因鉛，毛景文等，2003;周濤發(fā)等，1997)明顯不同于石英閃長玢巖鉛同位素特征(張?zhí)m英等，2008)，暗示其形成還可能與地層中高放射性成因鉛的加入有關(guān)。由于數(shù)據(jù)有限，還需要進一步研究。本區(qū)綠泥石主要為鎂鐵綠泥石，主要為交代絹云母形成，F(xiàn)、Cl含量也與絹云母比較相似，因此主要為繼承絹云母中的F、Cl。在綠泥石交代絹云母的過程中還涉及MgO和FeO帶入，K2O帶出過程。這可能是由于絹云母與碳酸鹽礦物(主要是白云石和菱鐵礦)反應(yīng)而成，即絹云母+白云石(或菱鐵礦)+水→綠泥石+CO2。前人對黃鐵礦和黃銅礦中的包裹體水研究表明，其陽離子主要為Ca2+，Mg2+，Na+，K+(張連昌等，1997)，其中Ca2+和Mg2+可能主要來自碳酸鹽，K+主要來自綠泥石化過程從絹云母中帶出的K+，陰離子主要為Cl－，與綠泥石和絹云母中含有相對較高的Cl－一致，而F含量很低，表明銅主要以氯化物的形式搬運，例如與酸性侵入體有關(guān)斑巖銅礦以及IOCG礦床，富Cl硅酸鹽是常見的礦物。脈狀銅礦石中與黃銅礦共生的石英流體包裹體均一溫度為115～260℃(毛景文等，2003)，與利用綠泥石獲得的溫度216.67～227.72℃(平均222℃)比較一致，這可能表明在巖漿熱液演化早期階段Cu主要以氯化物形式搬運，當(dāng)巖漿熱液演化到晚期，溫度降低，有利于銅在有利部位卸載而形成熱液銅礦。綜上所述，前人研究認為后期熱液改造作用可能與區(qū)內(nèi)中酸性巖脈有關(guān)(圖1)，礦區(qū)內(nèi)石英閃長玢巖脈主要為加里東造山作用的產(chǎn)物(趙東宏等，2003;毛景文等，2003;張?zhí)m英等，2008)，加里東期北祁連西段洋盆收縮，洋殼向陸塊下俯沖，華北板塊與柴達木、中祁連板塊發(fā)生碰撞，樺樹溝銅礦床以及淺成侵入相閃長玢巖巖脈形成(張?zhí)m英等，2008)。本次研究推測，可能是后期熱液通過水-巖交換反應(yīng)，萃取了鏡鐵山群中的Cu，Cu主要以氯化物形式搬運，同時使圍巖發(fā)生硅化、碳酸鹽化、絹云母化和綠泥石化，當(dāng)熱液演化到晚期，由于溫度降低，成礦物質(zhì)在有利地段卸載，形成后期熱液銅礦，同時海底噴流沉積期形成的銅礦石可能也受到后期熱液的影響使其品位升高。
5結(jié)論
(1)北祁連山西段樺樹溝銅礦賦存于鐵礦體底板，產(chǎn)于碎屑巖-碳酸鹽巖建造之中，礦體具有明顯的層控特點。銅礦石類型較多，對新發(fā)現(xiàn)的富銅礦體的塊狀礦石和千枚巖容礦的脈狀礦石進行了對比分析，認為它們可能為不同熱事件的產(chǎn)物。(2)硫同位素表明塊狀銅礦石硫主要來自同期海水，后期熱液銅礦石硫可能主要來自受還原的硫化物和硫酸鹽礦物。(3)銅礦體圍巖可見硅化、碳酸鹽化、絹云母化和綠泥石化，蝕變礦物(絹云母和綠泥石)礦物學(xué)特征，暗示后期熱液可能與區(qū)內(nèi)中酸性熱液活動有關(guān)(有待進一步研究)，綠泥石溫度計指示后期熱液成礦溫度為222℃左右。(4)北祁連西段鏡鐵山式鐵礦下盤普遍發(fā)育銅礦化，綜合研究表明，樺樹溝銅礦床為海底噴流沉積疊加熱液改造型銅礦床。
作者：楊秀清 張作衡 段士剛 趙辛敏 田宏海 楊作華 單位：北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院 中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所 國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室 中國地質(zhì)科學(xué)院
