东天山红山高硫型浅成低温铜-金矿床氧化带的形成机理和硫酸.doc
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1、1东天山红山铜金矿床氧化带硫酸盐矿物的系列发现、形成时限、机理及意义东天山红山铜金矿床氧化带硫酸盐矿物的系列发现、形成时限、机理及意义许英霞 秦克章 丁奎首中国科学院矿产资源研究重点实验室,中国科学院地质与地球物理研究所,北京:100029东天山红山、梅岭铜-金矿床为卡拉塔格铜-金成矿带上所新发现的两个铜-金矿床之一,在大地构造位置上处于大南湖突苏泉晚古生代岛弧带北段的中生代上叠火山盆地。红山矿区容矿岩主要为流纹英安质火山碎屑岩,矿化与石英斑岩、流纹斑岩、次花岗斑岩密切相关(秦克章等,2001,2006) 。围岩蚀变主要为硅化、绢云母化、伊利石化、粘土化、明矾石化、叶蜡石化和绿泥石化。铜、金矿
2、化主要呈细脉浸染状和细脉状,偶见网脉状。该矿床处于东天山极端干旱少雨且稳定的荒漠地带,是东天山最炎热的地区之一,最高温度达到 60,现年降水量平均只有 34.1mm,干旱少雨和极大的蒸发作用造成其氧化带极其发育,厚达 5060m,产有一系列复杂罕见的硫酸盐矿物,并且以硫酸盐矿物为主。通过对本矿床火山次火山岩石组合、热液蚀变组合及矿石结构构造与矿化类型研究得出,红山铜-金矿床为高硫型浅成低温与斑岩型铜金矿之间的过渡类型,相当于福建紫金山式;构造、地层、岩浆活动与火山机构热液蚀变为主要控矿因素,金矿化作用在空间上与火山机构、次火山岩相石英斑岩、流纹斑岩及热液活动形成过程的微细粒黄铁矿化有关,铜矿化
3、与石英斑岩及热液爆破角砾岩有关(秦克章等,2001;方同辉等,2002;许英霞等,2006,2007) 。通过目前竣工的 4 个钻孔岩芯矿化蚀变情况和激电剖面、激电测深以及 Eh-4 剖面资料分析表明红山矿床深部 450m 以下可能存在有隐伏的斑岩体,因此在卡拉塔格成矿带上具有寻找大型浅成低温热液-斑岩 Au-Cu 矿床的潜力。在野外工作的基础上,通过 XRD、TA 和湿法化学等方法对红山铜-金矿床氧化带作了系统研究,识别出 23 种硫酸盐矿物(许英霞等,2006,2007) ,且高铁叶绿矾、铜叶绿矾、板铁矾、副基铁矾、钾铁矾、斜钾铁矾、变纤钠铁矾、柱钠铜矾和副针绿矾 9 种系在我国首次发现,
4、副针绿矾矿物为世界上继智利后的第二次报道。通过对 8 种硫酸盐矿物的穆斯堡尔谱分析和 6 种硫酸盐矿物的红外光谱分析,确定了矿物中铁的氧化态和配位数以及不同基团的存在,进一步保证了硫酸盐矿物系列研究的准确性。对呈多型的针绿矾和副针绿矾的电子探针分析表明,在其环状生成过程中,不仅堆垛层错起着主导作用,Al 杂质在矿物晶格中有规律的分布亦为重要因素之一。红山矿床具有代表性蚀变矿化的原生硫化物样品的 34S 值为+1.86+5.69,平均值为 3.70;氧化带八种硫酸盐矿物的 34S 值变化在 2.156.73之间,平均值为 3.74,与本矿床原生硫化物的 34S 值非常接近,说明该矿床的硫源主要来
5、自深源岩浆热液流体,硫酸盐继承了母体硫化物的同位素组成,且后期形成的高铁硫酸盐和早期结晶的低铁硫酸盐的 34S 值变化不明显,因此推测硫酸盐矿物的形成是一个结晶、沉淀、再结晶的多期次重复的漫长过程。氧化带形成大量硫酸盐的过程中,除黄铁矿和黄铜矿外,源源不断从地面喷出的热泉和从火山口喷气孔喷发后覆盖在表层的自然硫对其提供了水介质和 S 元素。2通过对矿床中黄铁矿和黄铜矿样品的电子探针分析,其 Co/Ni 比值 0.9834.72,大部分集中在 5 左右,说明红山铜-金矿床是一个典型的陆相火山成因岩浆热液矿床;且 Au 与Ag、Zn、Te、Bi 呈正相关,Cu 与 Hg、Se、Sb 呈正相关,说明
6、金、铜没有处于同一矿化簇团的矿化因子中。氧化带中金的富集主要原因是氧化还原电位的改变、pH 的改变和金的可溶性络合物易被吸附。对卡拉塔格成矿带的三期石英闪长岩黑云母花岗岩二长花岗岩,测得其角闪石、黑云母 K-Ar 年龄在 296.536.69Ma、231.993.45Ma、217.106.41Ma,区间为296Ma217Ma,相当于晚石炭世末三叠纪产物。且由于含矿火山岩含有花岗岩的角砾,表明其形成明显晚于上述花岗岩,即与成矿密切相关的火山-次火山岩晚于晚三叠纪,为中生代的产物(秦克章等,2006;许英霞,2007,博士论文) 。东天山区域上的三亚、白石泉花岗岩、红柳构花岗岩年龄(秦克章等,20
7、06)以及白山钼矿获得辉钼矿铼-锇同位素等时线年龄(Zhang et al., 2005)均为三叠纪,表明东天山地区的确存在中生代火成成岩成矿事件。我们首次尝试对氧化带中三种含钾的硫酸盐矿物进行了 K-Ar 年龄测试,结果表明赋存在氧化带下部 1m 的绿钾铁矾 K-Ar 年龄为 56.023.98Ma,位于氧化带下部 1.5m 的高铁叶绿矾的 K-Ar 年龄为 8.621.12Ma,位于氧化带下部 14m 的斜钾铁矾 K-Ar 年龄为4.070.39Ma,位于氧化带下部 10m 的绿钾铁矾 K-Ar 年龄为 14.731.73Ma,因此红山铜-金矿床氧化带生成年龄分布在 603.38Ma 之间
8、;通过与不同类型矿床氧化带年龄对比,确认氧化带的风化氧化作用主要发生在新生代(65Ma 以来) 。而新生代以来全球构造事件与气候变化事件的耦合对地球表层系统的影响,同样会作用于矿床表层氧化带。现初步推断认为,上述年龄与印度-亚洲大陆碰撞及随后青藏高原的多期幕式隆升不谋而合,系青藏高原碰撞隆升远程效应的表现和记录,古新世/始新世极热事件(PETM)时期全球性大幅度增温所导致地表堆积层化学风化作用的加强是 1m 深度绿钾铁矾含钾量突增的原因之一。氧化带 1.5m 深度的高铁叶绿矾(绝对年龄 8.621.12Ma)较低的钾含量(0.28%)则是由于 8Ma 左右的全球性的气候变干冷所致。前人对于 P
9、ETM 事件的研究主要依赖于生物群、同位素和磁化率等参数,本研究初步提出了使用不同种类硫酸盐矿物作为气候变化替代指标的可能。关键词:关键词:高硫型浅成低温热液矿床,氧化带,K-Ar、Ar-Ar 定年,S 同位素,穆斯堡尔谱, 红外光谱,多型性,红山铜-金矿床,卡拉塔格,极端干旱区,东天山Series Discovery of Sulfate Minerals, Formation Duration and Mechanism of Oxidization Zone in Hongshan HS-epithermal Cu-Au Deposit, Eastern Tianshan, and Th
10、eir SignificanceXu Yingxia, Qin Kezhang and Ding Kuishou(Key Lab. of Mineral Resources, Institute of Geology and Geophysics, CAS, Beijing 100029)Located in the Paleozoic uplift along the southern margin of Tu-Ha basin in eastern Xinjiang, the 3newly discovered Hongshan and Meiling Cu-Au deposits occ
11、ur in the superimposed Kalatage Mesozoic volcanic basin upon the north section of later Paleozoic Dananhu-Tousuquan accretionary arc (Qin et al., 2001,2006). Kalatage Cu-Au orebelt is controlled by NWW-trend faults. The host rocks of Hongshan ore district are mainly rhyolitic-dacitic ignimbrites, wh
12、ereas Cu-Au mineralization is closely related to quartz porphyry, rhyolitic porphyry and granitic porphyry. Mineralization styles are dominantly veinlet-disseminated and veinlet, occasionally stockwork. The mineral association is chalcopyrite, pyrite, bornite, chalcocite and sphalerite. The hydrothe
13、rmal alteration consists of silicfication, sericitization, illitization, hydromuscovitization, alunitization, pyrophylitization, and chloritization. Hongshan Cu-Au deposit, on the edge of the desert, is one of the driest areas in eastern Tianshan. Moreover, the highest temperature can be up to 60, a
14、nd the average rainfall receives only 34.1mm/y. The light rainfall and rapid evaporation in the vicinity of this deposit have allowed the formation of a great variety of water-soluble sulfates. Oxidization zone of this deposit lies on the upper part of primary sulfide orebody appearing with a depth
15、of 50-60m, which is dominant in sulfate minerals.Based on the field observation, the volcanic and sub-volcanic rock composition, hydrothermal alteration, ore structure and mineralization characteristics, this paper proposed that the Hongshan Cu-Au deposit belongs to a transitional type from high-sul
16、fide epithermal to porphyry Cu-Au deposit, which corresponds with the typical HS-epithermal deposit such as Zijinshan Au-Cu deposit in Fujian Province, SE-China. The tectonic, stratum, magmatism and volcanic apparatus control the ore formation, whereas Au mineralization is closely related to quartz
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