中新元古代裂解成矿系统和矿床实例(镜铁山-柳沟峡铁矿成矿组合)

长城时期，柴达木-中祁连板块北缘是一个活动大陆边缘。在活动大陆边缘西段，形成了朱龙管群底部的中基性火山岩，即皂荚沟组火山岩。如前所述，这些火山岩中既有洋岛蛇绿岩，也有岛弧火山岩。东部形成了皋兰群和兴隆山群火山岩。西段弧后裂谷盆地中的正常碎屑岩建造——桦树沟组(Chh)和南白水河组(Chn)(图3-11)与上述火山岩同时或晚于上述火山岩形成，铁铜矿体产于桦树沟组上部层位，伴生岩石组合为碳酸盐岩、变质应时砂岩、火山碎屑岩及重晶石、火山碎屑岩等喷出岩。其中重晶石形成工业矿床。

活动大陆边缘弧后裂谷盆地形成的铁铜矿床(点)有数十个，其中镜铁山矿床(由桦树沟和黑沟两个矿床组成)规模较大，柳沟峡矿床和白碱峡矿床规模中等，其余为小型或矿点。以上矿床(点)均较集中，但桦树沟、黑沟、白涧较为集中(图7-65438+)镜铁山矿床铁矿石储量6.396亿吨，含铜中等。柳沟峡铁矿储量76178700吨，铜8000多吨。

图8-33甘肃镜铁山桦树沟铁铜矿区地质示意图(根据《铁铜矿》专辑第二集1974修改)

1-第四系覆盖率；2-硅质白云石大理石；3—黑灰色千枚岩；4-铁矿床；5-灰绿色千枚岩；6-钙质千枚岩；7-碳质千枚岩；8-石英岩；9-杂色千枚岩；10-铁矿石夹层；11-岩层产状；12-晚期走向逆断层；13-早期走向逆断层；14—斜断层；15-正常故障；16—推断断层和性质未知的断层；17—桦树沟西矿区；18—桦树构造矿区；19—黑沟矿区；20-铜矿产地

上述弧后裂谷盆地的环境一直维持到新元古代，震旦系白羊沟群再次经历火山作用(甘肃区域地质，1989；左1998)和铁矿床。加里东期花岗岩类随着板块的进一步俯冲而形成，与之相关的应时闪长玢岩脉是铜矿床形成的主要原因。铜矿体主要位于铁矿体底部或下部的破碎带中。华力西期后，矿床主要受构造挤压而褶皱变形。

2.桦树沟铁铜矿床地质

1.矿体特征

矿体产于喷发-沉积旋回或韵律上部的火山-沉积岩系及相关沉积岩中，为复理石状碎屑岩。含矿围岩多为泥质钙质板岩，少量矿体产于硅质岩和石灰岩底部。矿体多呈层状、扁豆状，产状与围岩一致(图8-34、图8-35)。矿体和围岩同时发生变质变形。矿体规模变化很大，单个矿体一般长100米，厚几十米，深几十到几百米。

图8-34桦树沟铁铜矿区地表矿体分布示意图(根据酒泉冶金地质五队，1996)

图8-35甘肃镜铁山(桦树沟)铁铜矿床剖面示意图(根据西北冶金地质勘查局余寿南，1992)

1-含铁白云石千枚岩；2-含碧玉千枚岩；3-铁矿体；4-铜矿体；5-闪长玢岩；6-故障

褶皱带中西部复背斜带轴部有7个矿(体)带，含铁矿层和岩层。矿体呈层状，长450 ~ 1600米，厚14 ~ 150米，深30 ~ 400米..铁矿石由菱铁矿、镜铁矿、碧玉、重晶石和白云石组成，呈条带状，含少量黄铁矿、黄铜矿、方铅矿及少量应时、绢云母和绿泥石。主要矿石类型有:镜铁矿、菱铁矿-镜铁矿、镜铁矿-菱铁矿、块状铁矿和黄铜矿-镜铁矿。一般属于中贫铁矿，TFe为30% ~ 40%，W (SiO _ 2) > 30%。黄铜矿-镜铁矿、菱铁矿-镜铁矿、镜铁矿-菱铁矿的主要矿物组合相同，只是铜含量有所变化，变化范围为0.1% ~ 2%。

近年来，甘肃冶金地质五队在矿山铁矿补充勘探中，圈定了原钒铁矿床下的工业铜矿床。主要为细脉浸染型黄铜矿-黄铁矿矿石。煤层东部平均品位为1.6%，平均倾斜厚度为28米。在6线剖面的钻探中，平均铜含量为2.8%，倾斜厚度为49米。仍有铜矿变富并向西北延伸方向扩大储量的前景。现在已经达到中等规模。铁矿层一般含有微量黄铁矿、黄铜矿等硫化物，与下盘铜层非常接近。铜矿床含碧玉和铁白云石，硅化作用强。矿区构造线方向为NW-SE，矿体方向与构造线一致。根据铁矿体的产状和分布，以12 ~ 14线为界，将桦树沟矿区分为东、西两段。铜矿体分布在桦树沟矿区西段北部的铁矿体下盘，与铁矿体平行(图8-34、图8-35)。仅在6号线附近地表出露一条长140米，宽1 ~ 6米，品位0.22% ~ 0.98%的铜矿化带。矿体呈透镜状，深部矿化层位多，初步圈定3条主矿带和8个铜矿体，最大厚度为18.36m，具有尖灭和再现扩张收缩的特点。铜矿石的平均品位从东到西显著增加。矿石的主要金属矿物为黄铁矿-黄铜矿和黄铁矿，其次为辉铜矿和少量黝铜矿、斑铜矿、天青石和孔雀石。脉石矿物有应时、铁白云石、白云石、方解石、绢云母和重晶石。1998期间，Xi地质矿产研究所杨合群、赵东红发现桦树沟矿区东部也有铜矿体产出，不受铁矿体位置限制，与蚀变带关系密切，在铁矿体上下壁均有产出。

铁矿石结构以半自生粒状结构和叶片状结构为主，偶见残余鲕状结构。层状-条带状结构是最常见的结构，其次是块状结构、浸染状结构和角砾岩结构。铜矿石的结构主要是半自生粒状结构和异形粒状结构，包括结构、交代结构、交代残余网状结构等。偶见自形粒状结构。构造包括块状构造、细脉状构造、浸染状构造、网状脉状构造、角砾岩构造和条带状构造。其中，块状构造是由黄铜矿、黄铁矿和脉石矿物组成的较为均匀的块状矿石，多分布于矿体中部；脉状或点状浸染状矿石多分布在矿体边缘；由黄铁矿和黄铜矿组成的网脉状构造或碎铁碧玉胶结的密细脉状构造的矿石多分布在矿体的中下部。角砾岩结构主要见于含铜铁碧玉带中。由黄铜矿、黄铁矿、碧玉或应时组成的条带状构造矿主要分布在矿体的上部或中上部。应时(硅质)、碳酸盐和绢云母与铜矿化关系密切而广泛。所有有益矿物在宏观上与碳酸盐、黄铁矿和应时密切相关，在微观上主要嵌布在由碳酸盐、应时和黄铁矿以不同比例组成的各种矿物颗粒之间，尤其是碳酸盐颗粒之间。一方面，黄铜矿充填、交代并胶结应时和黄铁矿的裂隙(脉)和破碎颗粒；另一方面，由细粒碳酸盐、应时、绢云母和绿泥石组成的骨料边界两侧的矿物颗粒被分散。

铜矿主要容矿岩石灰绿色千枚岩岩石化学数据投影在原岩恢复图上，为中酸性-凝灰岩，以火山物质为主。含铁碧玉呈细而稳定的带状产出，主要矿物为应时和含铁矿物，后者常被前者包裹，应时多为异形粒状，边界不清，粒度细。

2.矿床地球化学

微量元素特征:围岩和矿石类型的微量元素组成明显不同。含矿岩系中铜含量普遍较高，而铅、锌含量较低。灰绿色绢云母应时千枚岩中Cu含量高于灰黑色碳质千枚岩，二者的Co/Ni值均大于1，表明矿区Cu元素主要来源于灰绿色绢云母应时千枚岩(原岩为应时斑状凝灰岩)。根据微量元素特征，铜矿石中Co、Ni含量低于克拉克值，Ni含量高于Co含量，Co/Ni值低于1，而铜矿体上部镜铁矿则相反。造成这种情况的原因可能是矿区先变成铁，再变成铜。

硫同位素特征:黄铁矿的δ34S变化为+8.1 ‰ ~+31.706 ‰，偏差为23.6‰，平均值为+18.9‰，黄铜矿的δ34S变化范围为+14.0 ‰~+23.65438+矿化硫主要来自海水硫酸盐。硫酸盐硫同位素δ34S大于127.3 ‰，表明重晶石的硫也来源于海水硫酸盐。

稀土元素特征:矿石的∑LREE/∑HREE变化为1.96 ~ 6.57，其中铜矿石为2.75 ~ 3.13；La/Yb = 2.71 ~ 13.87，铜矿石la/Yb = 2.32 ~ 3.91，均分布在铁矿和翡翠范围内。Eu异常或不明显，铁矿石和翡翠的δ eu为0.92 ~ 1.61；铜矿δ EU = 0.93 ~ 0.95，弱负异常。矿石稀土元素浓度变化较大，铜矿明显高于铁矿，铜矿中部向上抬升(中部稀土元素相对富集)。一般来说，铁矿石沉淀富含轻稀土元素，而重稀土元素相对缺乏。配分模式与海水中稀土元素的配分模式明显不同，揭示了成矿作用不是海水中正常的沉积成矿作用。

3.围岩蚀变

矿床围岩蚀变的主要类型有硅化、绢云母化、碳酸盐化、重晶石、黄铁矿和黄铜矿。在绿泥石化中隐约可见，矿化与蚀变有一定关系。硅化与铜矿化密切相关。越靠近矿体，硅化程度越高，而远离矿体的应时含量明显降低。蚀变大致呈带状，矿石附近有黄铁矿化，下盘被硅化和绢云母化所取代。碳酸盐化和绿泥石化离矿体较远。

4.成矿模式

目前，矿床的成因和时代仍有争议。自20世纪50年代开始勘探以来，成矿类型一直被认为是沉积变质铁矿。甘肃省酒泉市地质调查队和长春地质学院(1991)从区域地质、地球化学背景、铁矿类型和特征、铁矿形成机制和分布规律等方面对镜铁山铁矿进行了研究，将铁矿归类为海相陆源-火山成因变质同生矿床，铜矿为与层状铁矿共生并经同源热液改造的层控矿床。还认为铁铜矿床是同一成矿过程的产物，属于火山喷流-沉积成因矿床。

根据矿床矿石和地球化学特征，认为矿石经历了沉积、变质和热液叠加改造过程，成矿后的叠加改造可不同程度地影响早期成矿产物。推断铁、铜矿床具有相同的成因，但成因不同。首先形成海底沉积喷流铁矿床，经过一定程度的表生改造，后期叠加热液铜矿床。

5.找矿预测

详细研究北祁连西部(可能包括中祁连部分地区)的陆块沉积、火山作用、构造特征和范围，并在桦树沟组、敖油沟组和部分北大河岩组开展地质勘探；对上述地层中现有的铁矿矿点或小型铁矿床进行详细研究，有望在这些矿体(矿点)中发现铜矿体和金矿体，有望将其转化为具有工业意义的铜金矿床。

三。柳沟峡铁铜矿床地质

1.矿区位置

矿区位于甘肃省肃北蒙古族自治县雨尔洪乡，距蓝欣线玉门站160km，有公路相连。地理坐标:东经96° 55′09″~ 97° 04′00″，北纬39° 25′04″~ 39° 32′08″(图7-1)。

2.采矿地层

柳沟峡铁铜矿区的地层为中元古代长城系朱龙管群上部的桦树沟组，即现已废弃的原镜铁山群。地层单一，岩性简单，主要为千枚岩和碳酸盐岩，夹铁矿层。主要矿段的地层序列自上而下(图8-36)。

图8-36柳沟峡铁铜矿区ⅰ-ⅳ矿段地质图(基于甘肃省地质局第二地质队(1973)和甘肃省酒泉地质矿产调查队(1994)综合改编)

1—硅化石灰岩；2-泥质千枚岩；3-绢云母千枚岩；4-钙质千枚岩；5-钙质泥质千枚岩；6-碳质千枚岩；7-石英岩；8—含铁石英岩；9-辉绿岩；10—闪长玢岩；11-铁铜矿体；12-铜矿体；13-铁矿体；14-真实和假定的正常故障；15—实际和推测的推力故障；16—实际和假定的平移断层；17-性质不明的故障；18-地质边界

(9)灰绿色绿泥石绢云母千枚岩、灰黄色白色白云岩，厚度> 348.8+0m。

(8)深灰-灰黑色细粒灰岩，厚度252.18m。

(7)灰绿色-绿色绢云母千枚岩夹绿灰色粉砂岩，厚度> > 31m。

(6)灰-浅灰色绢云母千枚岩夹浅色硅化白云石、钙质千枚岩、灰白色变色砂岩、深灰色灰岩，厚99m。

(5)黑-灰-黑色碳质绢云母千枚岩、碳质绢云母应时千枚岩、浅灰色白云质绢云母应时千枚岩和白云石大理岩，厚度35m。

(4)灰-浅灰色绢云母钙质千枚岩、绢云母千枚岩、大理岩、石英夹少量钙质绿泥石、石英岩、棕褐色含铜菱铁矿层、含铁硅质岩(或石英岩)等不稳定层，厚度> > 21.5m。

(3)浅黄绿色白云石绢云母千枚岩、白云石千枚岩、浅灰色-浅灰色绿色绢云母千枚岩、绢云母应时千枚岩、夹板千片白云石大理岩、绿泥石绢云母千枚岩、绢云母应时千枚岩及不稳定褐铁矿、赤铁矿、铁千枚岩(贫铁矿)、含铜菱铁矿等。厚度为41m。该层千枚岩中含铁白云石颗粒较多，经后期构造作用，呈长条形、弯曲状产出，定向排列，形成线状构造。

矿体厚50米。主要由褐(赤铁矿)铁矿、褐铁矿和黄铜矿组成。

(2)灰-灰绿色绢云母千枚岩、应时绢云母千枚岩和含铁绢云母千枚岩，含铁绢云母白云岩夹褐色灰-褐色含铁绢云母千枚岩。厚度> > 17m。

(1)灰黑色钙质碳质千枚岩，上部夹碳质灰岩和硅质碳质页岩，厚度191m。

断层还没有见底。

所有上述层都是整体接触的。

3.矿区结构

矿区总体构造形态为褶皱冲断构造样式。根据各层反映的构造特征，可分为早期和晚期。早期以塑性变形为主，表明中深层构造变形使矿区地层和煤层强烈变形，形成褶皱、片理、千片劈理、拉伸线理、软褶皱和粘性石香肠。矿区地层局部无序，总体有序。晚期以脆性变形和剪切变形为主，形成近东西向、北西向和北西向三组断层。其中逆冲断层以近东西向为主，总体倾向北，局部倾向南，倾角陡，断距大(断距F1 > 200 m)，对矿体的破坏也最大。正断层也呈东西向展布，倾向西北，倾角较陡。其中，F12断层错列矿体，并将铜矿体限制在下盘。走滑断层为NW-SE和NE-SW向，部分近南北向，切割早期构造和矿体。

4.矿区岩浆岩

矿区岩浆岩较少，仅见到少量辉绿岩脉和应时闪长玢岩脉，但后者与铜矿化关系密切。研究表明，它是加里东期岩浆作用的产物。

5.铁矿床的地质特征

铁矿体主要产于千枚岩中，大小铁矿体30余个，其中ⅱ-ⅳ矿段为主要矿段(图8-36)。该矿段铁矿体上盘为灰绿色、浅绿、浅黄绿色绢云母千枚岩，下盘为深绿色、深灰绿色、紫色绢云母千枚岩。

矿体一般呈层状或似层状，少数呈平凸镜状和扁豆状。它们的产状与围岩一致。它们是完整的，走向近东西，倾向北北东，倾角陡，范围从53°到81。矿体长度一般在300米以上，最长为1318m。厚度8 ~ 11m，最大厚度21.06m，其中1号铁矿体呈大扁豆状产出，走向NWW，倾向北北东向，倾角53°。长度346m，平均厚度8.62m，沿走向和倾向变化较大，东西两端被平移断层切割。

1号矿体平均铁品位TFe31.5%。主要矿物为镜铁矿和赤铁矿，含少量含铁重晶石。脉石矿物有重晶石、应时和方解石。矿石中有一些碧玉带。重晶石局部富集，硫酸钡超过30%。

铁矿石有四种基本类型:镜铁矿-赤铁矿、磁铁矿-赤铁矿、赤铁矿和钙质千枚岩矿石。各种矿石的特性简述如下:

镜铁矿-赤铁矿:主要见于1号和2号矿体。金属矿物主要为镜铁矿和赤铁矿，少量磁铁矿、褐铁矿和黄铁矿。镜铁矿通常以定向方式排列，具有叶子结构，一些镜铁矿呈块状。矿石中脉石矿物以碧玉为主，可见少量重晶石、方解石、绢云母和绿泥石。矿石呈条带状结构，由碧玉、镜铁矿和赤铁矿互层形成。这种矿石的平均品位为TFe35.55%。

磁铁矿-赤铁矿:主要分布于3、4、6号矿体和5号矿体西段。矿石矿物主要由赤铁矿组成，其次是磁铁矿和镜铁矿，脉石矿物为应时。此外，矿石中还含有少量黄铜矿、黄铁矿、孔雀石、重晶石和绢云母。

赤铁矿:主要分布在1号和5号矿体中，以紫红色为主，主要由赤铁矿和应时组成，少量低品位的重晶石和褐铁矿。

钙质千枚岩矿石:主要分布在III、V、VI矿段。由赤铁矿、绢云母、绿泥石和黄铁矿组成，局部有碧玉和含铁硅质岩。

晚期构造运动对矿体的影响主要表现为矿体的变质变形、多期褶皱叠加、错动和剪切破碎。

6.铜矿床的地质特征

发现柳沟峡铁铜矿田的铜矿体分布在桦树沟组各种千枚岩中，有的还分布在碳酸盐岩中。共圈出12号矿体，主要分布在主铁矿体的北部(图8-36)，主铜矿体(1号和8号矿体)分布在铁矿体的中下部。一般来说，它与应时闪长玢岩脉关系密切。

铜矿体呈层状、分枝状、凸镜状，受围岩岩层层间破碎带控制，其走向与围岩岩层及破碎带基本一致。矿体长度一般为69～260米，平均厚度为0.26～3.48米。矿体走向NWW，倾向北北东向，倾角40～78°。

矿石类型复杂，有7种类型:赤铁矿-褐铁矿-黄铜矿型、应时脉-黄铜矿型、应时-菱铁矿-黄铜矿型、绢云母应时千枚岩-黄铜矿型、含铁碧玉型铜矿、矽卡岩型铜矿和破碎蚀变岩型铜矿。

铜的品位一般在0.21% ~ 2.75%，大多在0.55% ~ 1.48%之间。

矿石构造主要有块状、浸染状、脉状、千片状、片层状等，构造主要有断裂构造、半自生、自生颗粒状构造、异形粒状构造、交代假象构造等。

矿石的矿物组成主要为黄铜矿、斑铜矿、蓝铜矿、孔雀石和天蓝色，伴有镜铁矿、赤铁矿、褐铁矿和黄铁矿。脉石矿物包括应时、方解石、白云石、绿泥石、阳起石、钙铁榴石、绢云母和长石。

铜矿体不仅分布在铁矿体的中下部，而且分布在铁矿体南部的闪长玢岩脉接触蚀变带中。蚀变闪长玢岩中的铁矿-闪长玢岩-赤铁矿带粗粒方解石条带-硅化赤铁矿带应时和碳酸盐-应时(少量碳酸盐矿物)红色(镜面)也可见于地表勘探沟中。铜矿体围岩热液蚀变强烈，主要有硅化、碳酸盐化、绢云母化、绿泥石化、矽卡岩化和黄铁矿化。上述现象表明铜矿与岩浆热液活动密切相关。

7.围岩和矿体的地球化学特征

先前的研究发现:

(1)铁铜矿体周围的千枚岩具有SiO2、al2o 3、TiO2、K2O和H2O+含量高，而MnO、Fe2O3和fe2o 3含量低的特征。铁矿石的特征是高Fe2O3、FeO、MnO、MgO、Ba和低al2o 3、SiO2、K2O、TiO2和H2O+。铜矿石具有高二氧化硅、铜、硫和低氧化铝、二氧化钛、氧化镁、氧化钙、三氧化二铁、氧化铁和K2O的特征。上述地球化学特征包含了丰富的成因信息。围岩的地球化学特征表明其来源于陆源，陆源物质一般高Si、al、Ti、K，而铁矿的来源与之完全不同，一般认为Ba来自火山物质。铜矿石的低钾特征也表明其非陆源性。

(2)根据杨化洲(1991)的研究，利用桦树沟组岩石化学成分恢复了原岩，铁矿围岩千枚岩原岩为泥质岩，有少量火山物质加入；利用变分组构回收的石英岩为应时砂岩，大理岩属于碳酸盐岩，原铁矿岩石为碧玉赤铁矿和菱铁矿。总的来说，矿体围岩由含铁碧玉-碎屑岩-碳酸盐岩组成，夹杂少量火山物质。

(3)柳沟峡矿区辉绿岩中铬、镍、钴、钒含量高于世界玄武岩平均值；除Ni外，千枚岩中的Cr、Co、V均高于世界页岩平均值。柳沟峡矿区应时闪长玢岩的Cr和Co高于世界闪长玢岩的平均值，V和Ni低于世界闪长玢岩的平均值。铁矿石和铜矿石中Ni、Co、V含量均低于地壳克拉克值，表明矿体与围岩不同源。与世界玄武岩相比，柳沟峡矿区辉绿岩铜含量高，铅含量低，锌含量相近。在世界范围内，千枚岩中的铜、铅、锌含量低于页岩，但铅、锌含量较高。铁矿石中铜、铅、锌含量高于围岩；铜矿石中铜、铅、锌、砷含量高于围岩。应时闪长玢岩中铜含量极高，而铅、锌含量较低，表明应时铁矿体和铜矿体中铜的富集可能与闪长玢岩脉有关。

(4)柳沟峡铁矿直接围岩(千枚岩和板岩)稀土总量为61.87×10-6 ~ 182.53×10-6，平均值为134× 10。LREE/HREE = 5.62 ~ 12.21，(La/Yb) n = 6.19 ~ 13.90，稀土元素分布曲线为右倾型(图8-37)，δ EU = 0.70 ~。柳沟峡铁矿的∑REE/∑HREE为1.13 ~ 4.19，(La/Yb) n = 0.87 ~ 5.66，δEu为1.24 ~ 1.92，δ Ce为0.65 ~。何瑞芳和安三元(1990)在LREE-HREE对比图上布点，结果显示(图8-39)千枚岩和板岩均落在上地壳附近，表明其物源来自地壳；而条带状镜铁矿、碧玉和重晶石位于球粒陨石区和下地壳区附近，表明成矿物质来自地幔源区。

图8-37柳沟峡铁矿千枚岩稀土元素配分模式

1—钙质千枚岩；2-铁石板；3-灰色千枚岩；4-黑色石板；5-绿色石板

图8-38柳沟峡铁矿床铁矿石稀土元素分布模式

1—镜铁矿；2-含有应时脉的镜铁矿；3-带状碧玉镜铁矿；4-菱镁矿

图8-39柳沟峡铁矿床岩石和矿石的HREE-LREE图(根据何瑞芳和安三元，1990)

1—千枚岩；2-镜铁矿

(5)柳沟峡铁矿床菱铁矿δ13CPDB为-3.9 ‰，δ18OSMOW为17.6‰，地幔源区估算δ13C为-7 ‰ (Faure，1986)，火成碳酸盐区δ 65446。正常海相碳酸盐岩中，δ13C为-2 ‰ ~+4 ‰，δ δ18O20‰~30‰ ~ 30 ‰(年龄越大，δ18O越低，平坦，1980)。通过对比，不难看出铁矿石中的C来自地幔。

(6)柳沟峡矿床流体包裹体研究表明，应时均一温度为280 ~ 340℃，流体δ18O范围为8.4 ‰ ~ 11.7 ‰，平均值为10.3‰，普通岩浆水δ18O为5.5 ‰。

8.矿床成因及找矿预测

根据上述资料，柳沟峡矿床与桦树沟矿床具有相似的地质成矿特征。成矿物质来自地壳深部，属于海底热液喷射沉积铁矿床。在形成铁矿床的同时，热液喷流使铜初步富集，加里东期中酸性岩浆热液活动使铜进一步富集。这些铜矿床通常与小型中酸性岩石和岩脉有关，在空间上与铁矿体重叠。

阐述了桦树沟铁铜矿床地质剖面的找矿预测要点。