峨眉山玄武岩型铜矿的后生特征 与Keweenaw玄武岩铜矿床对比
Keweenaw玄武岩铜矿是目前全球最大的自然铜矿床。早在公元前3000年，印第安人即在此采铜; 近代采铜始于 19 世纪 40 年代，仅 1845 ～ 1968 年间，在 Painesdale 至 Mohawr东 45km 的矿带中，就采出精铜 5. 013Mt。滇黔交界地区玄武岩中的自然铜矿化与Kew eenaw 玄武岩铜矿有许多类似之处。因此，对 Kew eenaw 玄武岩铜矿的基本特征加以了解及与本区对比，对本区玄武岩铜矿的成矿预测具有启示意义。
一、Keweenaw 玄武岩铜矿床
据 Bornhorst T J et al. ( 1992，1988) 、Cannon W F( 1994，1992) 、Cannon W F et al.( 1992) 、Cox D P( 1986) 、Hinze W J et al. ( 1990) 、Hutchinson D R et al. ( 1990) 、Nicholson SW et al. ( 1990) 、Kindle E D( 1972) 、Theodore J. Bornhorst et al. ( 1988) 、Eileen S. Ho et al.( 1990，1996) 、D. W. Davis et al. ( 1990) 、Stanley K. Hanmilton( 1967) 和 Norman K. Grantet al. ( 1988) 等的文献，将 Kew eenaw 玄武岩铜矿床的主要特征介绍如下。
( 一) 勘查开发历史
Kew eenaw 玄武岩铜矿床位于美国密歇根州、苏必利尔湖南岸 Kew eenaw 半岛。该半岛自然铜的开采历史十分悠久。大约在最近一次冰期末即约 3 ～ l 万年前，印第安人通过白令海峡( 当时是陆峡) 由西伯利亚进入阿拉斯加并扩散到美洲其他地区，他们当时并不掌握冶金技术，而苏必利尔湖区有自然铜，因此他们利用该区的自然铜来制造工具。
早期欧洲探险家曾发现一些裸露在湖边的大块自然铜有印第安人取用的痕迹，例如现藏美国华盛顿史密斯自然历史博物馆的那块重 5 吨、名为“安托纳冈巨块”( Ontonagon Boulder) 的自然铜就是印第安人经过千百年砸取而剩下的，当初在这块大自然铜周围曾发现无数的石器。古印第安人所用的铜多为“漂铜”( driftcopper) ，即是由冰川自岩石中搬运出来，而后卸载于冰川碎屑物中。在密歇根州卡鲁梅特( Calumet) Keweenaw 历史公园中展出有一块大的漂铜巨砾，其重达 9392 磅。由于从大铜块上砸取小铜块很困难，印第安人转而开采小块自然铜。近代开采在湖区发现了 1 万多处独立的采矿遗迹，其中有些在坚硬的围岩中延伸了 20 多米长，5 ～10 m 深。所有矿坑都是以石器开采的，在一处采矿遗址中发现了 1000 多件石锤，每枚石锤重 2 ～5 公斤，其中一些石锤磨成了亚腰形以便于捆扎手柄。据美国密歇根技术大学的工程师估算，古印第安人采矿遗迹的开掘量，需要 1000 个矿工工作 1000 年才能完成; 在白人探矿者到来之前，至少有 2000 吨自然铜被开采。这些铜被制成小刀、箭头、斧子、鱼钩等工具，项圈、手镯等装饰品、日常用品和武器，成为古印第安人生产、生活必需品。
古印第安人穿戴的铜项圈、手镯激发了白人探矿者的兴趣。他们知道印底安人发现有自然铜散布于地表，但尚未采矿。尽管法国探矿者在 17 世纪初就从印第安人那里知道存在铜矿床，但直到 18 世纪晚期仍无法开展采矿活动。
第一个铜矿山于 1771 年正式成立，其业主亚利桑德·亨利( Alexander Henry) 将“安纳托冈巨块”( OntonagonBoulder) 自然铜送至底特律，以证明半岛的富有。1841 年密歇根州第一位地质学家道格拉斯 . 休顿( Douglass Houghton) 发表了描述 Keweenaw 半岛有铜矿的报告。这些均刺激成千上万的人们开始于 1843 ～1846 年间从美国东部西移至这个地方，掀起了比更著名的加利福尼亚找金热还早数年的找铜热。自那时起，采铜在 Keweenaw 半岛地区持续了 150 年。采矿始于 1844 年，而真正获利的开采从 1845 年开始。有的矿硐垂深可达 1 英里，斜深超过 9000 英尺。1857 年 3 月 7 日，在明尼苏达( Minesota) 矿山发现了最大的铜块，其重愈 500 吨、长 14m、宽 5. 6m、厚约 2. 5m。矿石较纯，易于分离，用简单的捣矿即可选出精铜。
1847 ～ 1887 年间，密歇根州是全美产铜最大的州，随着铜产量的增长，北半岛尤其是Kew eenaw 半岛的人口也随之增多，逐渐形成休顿( Houghton) 、赫可拉( Hecla) 和卡鲁梅特( Calumet) 等矿业城镇。
随着物价的上涨和其他更易开采铜矿的发现，迫使较小的矿业公司关闭或合并，到1936 年，甚至使两家余下的矿业巨头卡鲁梅特( Calumet) 和赫可拉( Hecla) 公司合并，而铜岭公司也举步维艰。
目前，在 Keweenaw 半岛，基本已无采铜业，所有的矿坑多已关闭，包括怀特潘( WhitePine) 也于 1999 年闭坑。人们已将古采坑、矿硐、选矿场、自然铜标本、地质和自然风光结合在一起，开始发展旅游业。
( 二) 矿床产出的地质背景
Kew eenaw 半岛属加拿大地盾南延部分，其地壳厚 40 ～ 50km。苏必利尔湖盆地的基底由广泛变形、变质的太古代和早元古代绿岩、花岗片麻岩、石英岩和云母片岩等组成，并有 Peno-kean 造山期( 约 1850Ma) 的花岗岩侵入。盆地属陆内裂谷性质，形成于中元古代( 1225 ～1100Ma) ，由玄武岩和相伴的辉长岩及少许流纹岩和沉积碎屑岩组成。由地震、重力和航磁等资料看，裂谷宽 100km，从苏必利尔湖向南西方向可延至堪萨斯。盆地的南、北均以陡倾的逆断层为界，说明为大陆裂谷的一部分。
区内出露的中、晚元古代地层称 Keweenaw 群，自上而下由 Jacobsville 砂岩、Freda 砂岩、Nonesuch 页岩、Copper Harbor 砾岩和 Portage 湖火山岩组成。各单元的特征为:
Jacobsville 砂岩: 厚逾 1000m，由晚元古代长石砂岩、粉砂岩和红褐色砾岩组成。
Freda 砂岩: 厚逾 3600m，由河流相红层砂岩、页岩( 淡红色细粉长石砂岩、粉砂岩和云母粉砂质页岩的交互层) 组成。
Nonesuch 页岩: 厚 40 ～ 220m，由灰色、灰褐色、页黑色、粉砂岩页岩和砂岩组成。为潟湖相沉积，含有细粒浸染状的黄铁矿和少许 Cu 的硫化物。在该组下部 30 米范围内主要为灰-暗灰色粉砂岩。怀特潘( White Pine) 铜矿床和 Preque 岛地区的含铜矿层位于本层底部约 6 ～18m 的范围内。矿石主要由辉铜矿等硫化铜和少许自然铜组成。
Copper Harbor 砾岩: 厚 100 ～ 1800m，属冲积扇红层。由浅红-褐色、浅灰-褐色细粒砂岩、砾岩及少许淡红褐色粉砂岩组成，局部夹基性熔岩流。在大部分地方，该组地层正位于Portage 湖熔岩系的基性熔岩流之上，但在有些地方，其位于约 600 ～ 900m 厚的流纹岩之上。砾石成分主要为流纹岩、长英质砂岩，其次为基性火山岩。
Portage 湖火山岩: 厚逾 9000m，以溢流玄武岩流为主，同时见流纹岩流和熔结凝灰岩质的流纹岩流。熔岩往往发育多边形裂隙。在熔岩流之间发育厚 3cm ～ n ×10m 的砾岩和砂岩层，而且往上，砾岩和砂岩增加，砾石成分以玄武岩为主。该层总体含 200 多层熔岩流和20 余层层间砾岩。岩层走向北东，倾向北西，在地表熔岩流可出露长逾 65km，为 Kew eenaw自然铜矿床的赋矿层位。
岩石变质作用为埋藏变质作用。
区内岩浆活动有流纹岩、岩墙、岩床状侵入体和石英斑岩等。
Kew eenaw 群的区域地质发展可以归纳为 4 个阶段: ①地壳裂开，深部岩浆沿断裂上涌; ②地壳大部因地壳拉张、变薄或者因厚达 12km 的熔岩流自重下陷，形成地堑; ③地壳继续拉张，火山活动结束，沉积作用开始: ④东西向的挤压使地堑及其中的熔岩和沉积物褶皱形成向斜。同时，向斜两翼出现逆断层，砂、砾石继续在苏必利尔湖向斜内沉积。
( 三) 区域矿床类型
该区矿床类型有四种: 一是产于 Portage 湖火山岩系玄武岩中的自然铜矿床，为层控型;二是产于 Nonesuch 页岩组砂页岩中的硫化铜 + 自然铜矿床，为层状矿床，如怀特潘铜矿床( 矿石吨位 560Mt，品位 1. 2% ) ; 三是产于 Duluth 侵入杂岩体中的铜镍矿床; 四是产于玄武岩中的辉铜矿矿床。
Duluth 侵入杂岩体侵入于 Kew eenaw 群中，由橄长岩、辉长岩和花岗岩等组成，其中橄长岩一辉长岩杂岩体有 4 种岩浆矿化: ①大规模、低品位浸染状 Ni-Cu 矿化，其中局部富集铂族元素; ②局部高品位块状 Ni-Cu 硫化物矿化，局部富集铂族元素; ③与特定类型相界过渡带相关的层控铂族元素富集层; ④含 V、Ti 的富氧化物超铁镁质岩。第一类和第二类矿化只出现于杂岩体接触带底部或附近。
玄武岩中的辉铜矿矿床品位高、规模小，出露于 Keweenaw 半岛东端 Portage Lake 火山岩段底部，矿带长 13km，宽 2km，总矿石量约 700 万吨，平均品位 2. 3% Cu。其中最大的543S 矿床有可采储量约 110 万吨，平均品位 4% Cu。铜矿化产于角砾状和杏仁状玄武岩熔岩流顶部，矿石主要由辉铜矿和极少量的自然铜组成，呈脉状产于玄武岩和安山岩岩墙的裂隙中。
( 四) 玄武岩中自然铜矿床的特征
1. 蚀变矿物分带
Kew eenaw 湖火山岩中显示有明显的蚀变矿物的垂直分带，体现为杏仁岩和脉状充填物以及全岩交代作用。蚀变矿物集合体分别与绿帘石带( 形成温度 > 280℃) 、绿纤石带( 210 ～ 280℃ ) 和浊沸石带( 210℃ ) 相关。未见阳起石，说明岩石变质未达绿片岩相。有关玄武岩的研究表明，铜和其他金属是自绿帘石带中淋滤出来，经搬运至较高构造部位，并在绿纤石带中沉淀。
2. 矿体特征
铜矿体产于 Portage 火山岩系玄武岩熔岩流顶部角砾岩或熔岩流层间砾岩中，矿层长可达 7km，主要有 13 个矿层。已知主要铜矿床的特征见表9-2。其中各矿床中含 Ag 25 ～100g / t。
主要类型矿体特征为:
( 1) 杏仁状矿体: 全区产铜量约 58% 来自这类矿体。矿体产于玄武岩熔岩流，尤其是熔岩流顶部角砾岩、杏仁状玄武岩中。杏仁体的大小和丰度向下降低，因而熔岩流中部呈块状，很少矿化。熔岩流顶部玄武岩粒度很细，因含细粒赤铁矿，其颜色呈暗紫色。当主岩被次生矿物交代，剔除大量赤铁矿后，岩石变为黄绿色。在上盘接触带附近矿石品位较高，其原因在于接触带渗透性较高以及与下状熔岩流的截然接触，易于成为含矿流体的运移通道。
表9-2 Keweenaw 半岛玄武岩中主要自然铜矿床规模及主岩
( 2) 砾岩型矿体: 全区铜产量约有 40% 采自此类矿体。矿体产于熔岩流之间的砾岩中。当砾岩层较薄时，整个砾岩层可被矿化; 当砾岩层较厚时，铜矿化集中于一个或多个顺层砾岩透镜体中，当粒度减小，沉积物变为砂岩时，尽管会有少许矿化砂岩存在，但铜品位一般会降低。自然铜和其他蚀变矿物产于碎屑之间的基质中。在高品位地段，铜可完全交代基质，使长英质火山碎屑为自然铜胶结物所包围。
( 3) 裂隙型矿体: 除上述两类矿体外，尚有少量铜矿体沿高角度切穿层理的裂隙呈脉状产出。这些矿体可含达数吨的自然铜块体，但矿床规模有限。
铜矿石的矿物组合为自然铜、自然银、钾长石、绿泥石、方解石、绿帘石、石英、葡萄石、皂石、绿纤石、浊沸石等。
3. 成矿控制因素
( 1) 蚀变: 据研究，铜起初存在于 Fe-Ti 氯化物中，后在玄武岩发生埋深变质时经氧化( 磁铁矿氧化为赤铁矿) 时析出，形成富铜贫硫的含矿流体。流体来自裂谷中央部位的 Port-age 湖火山岩系的脱水作用，而被圈闭集中于含矿层中。
( 2) 渗透性: 矿床主要就位于可渗透的熔岩顶部角砾岩和熔岩流层间砾岩中，说明岩石的渗透性对成矿起重要作用。渗透通道主要由网络状的断层-裂隙系统和熔岩流顶部的角砾状组成复式泵吸系统，从而促使含矿流体朝上运移。
( 3) 构造: 构造的作用也主要体现在渗透性方面。断层、破碎带、裂隙带是主要的流体运移通道，往往赋有大量自然铜富矿体。
( 4) 古地理: 有证据表明，有些砾岩型矿体的分布与古河道有关。
4. 成矿机制
Kew eenaw 自然铜矿床的形成时间估计约为 1060Ma( Bornhorst 等，1988，1992) ，这与裂谷晚期挤压相关的断层作用时间相一致。
一般认为，自然铜矿床中铜等成矿物质来自巨厚的 Portage 湖火山岩系; 埋深变质作用，磁铁矿氧化为赤铁矿，使铜析出，形成含铜贫硫流体; 挤压变形形成断裂-裂隙网络，与熔岩流顶部的角砾岩杏仁状玄武岩和层间砾岩共同组成复式泵吸体系，促使含矿流体向上运移;在构造减压扩容部位，因流体混合、冷却和相关的水岩作用，促使自然铜沉淀，形成工业矿床。
二、滇黔交界地区玄武岩型铜矿与 Keweenaw 玄武岩铜矿对比
峨眉山玄武岩铜矿与美国 Keweenaw 玄武岩铜矿的成矿地质背景、矿化特征、矿物组合、围岩蚀变等均十分相似( 表9-3) ，二者的差别仅在于: ①成矿时代不同; ②峨眉山玄武岩铜矿有机质更发育; ③除玄武岩外的成矿主岩在 Keweenaw 为砾岩，而在本区则为含碳凝灰质砂岩、粉砂岩。因此，与超大型的 Keweenaw 玄武岩铜矿类比，峨眉山玄武岩铜矿的成矿潜力和找矿前景巨大。峨眉山玄武岩铜矿受古油藏控制的特征更明显。
表9-3 峨眉山玄武岩铜矿与美国 Keweenaw 玄武岩铜矿特征对比
采用ICP-MS方法对铜矿石的铂族元素进行了测试。结果见表8-7。由于Os对容器壁的渗透性及样品制备过程中可能有部分Os的丢失，因此该方法不能给出Os的分析数据。
表8-7 玄武岩铜矿石中铂族元素含量(ng/g)
注:分析方法:ICP-MS;测试仪器型号:美国TJA公司生产的PQEXCELL;分析单位:中国地质科学院测试所;水城峨眉山玄武岩平均值据李晓敏等(2003a，b)，C1球粒陨石据AndersEetal.(1989)。
从表8-7可见，沥青铜矿石的铂族元素含量分别为Ru0.17×10-9～1.25×10-9，Rh0.34×10-9～5.14×10-9，Pd11.18×10-9～62.84×10-9，Ir0.03×10-9～0.29×10-9，Pt3.27×10-9～11.07×10-9;炭质铜矿石的铂族元素含量分别为Ru0.42×10-9～0.81×10-9，Rh0.26×10-9～1.67×10-9，Pd13.55×10-9～245.10×10-9，Ir0.13×10-9～0.27×10-9，Pt5.25×10-9～44.26×10-9;沥青化玄武岩的铂族元素含量分别为Ru0.15×10-9～0.19×10-9，Rh0.16×10-9～0.45×10-9，Pd4.48×10-9～12.25×10-9，Ir0.08×10-9～0.10×10-9，Pt5.44×10-9～7.22×10-9。可见沥青铜矿石和炭质铜矿石的铂族元素含量类似，而沥青化玄武岩的铂族元素含量略低于铜矿石。除Lyy12外，其他铜矿石和ML19沥青化玄武岩与未蚀变矿化的峨眉山玄武岩相比，Rh、Pd富集，而Ru、Ir、Pt贫化。LYY-12铜矿石与未蚀变玄武岩相比，Rh、Pt、Pd富集，其中Pd含量达245.10ng/g，PGE总量达292.11ng/g，表明铜矿石中铂族元素可发生矿化。XTC23沥青化玄武岩与未蚀变玄武岩相比，5个铂族元素均贫化。
铜矿石中铂族元素以熔点较低的Pt、Pd含量最高，相对配分模式为Pt-Pd型;铂族元素含量变化顺序为Pd>Pt>Rh>Ru>Ir;Pd比Pt含量高，Pd/Pt比值为0.82～6.86，平均3.66;Pd/Ir比值为27.66～163.93，平均69.24;(Pd+Pt)/(Ru+Rh+Ir)比值为9.42～105.11，平均33.11。与球粒陨石类比，铜矿石及玄武岩的铂族元素均贫化。
滇黔交界地区玄武岩型铜矿化具有明显的层控特征，主要赋存于火山喷发晚期的上二叠统峨眉山玄武岩组第四岩性段下部，给人以火山喷发晚期同生火山热液成矿的印象。但是通过深入研究发现，该类铜矿化具有明显的后生热液成矿特征:
(1)时间上，主要铜矿化晚于有机流体的残留物沥青，而沥青则呈网脉状穿插玄武岩及其中充填状晶洞石英;朱炳泉等的同位素定年也表明成矿比玄武岩晚15～90Ma(图9-1)。
(2)区域上，滇东北昭通地区相邻的多个向斜中均发育玄武岩，这些向斜中玄武岩第四岩性段的厚度差别不大，含矿层位(第四岩性段下亚段)的厚度和喷发旋回也无明显差别，但它们的含矿性则差别很大，茂林向斜和小寨向斜含矿性很好，而其他向斜含矿性很差(表9-1)，表明成矿与火山岩浆演化无关，不是同生火山热液型矿化;
(3)剖面上，峨眉山玄武岩第二、三岩性段中Cu含量稳定，第四岩性段中Cu含量变化较大，既有背景含量，又有受后生热液矿化蚀变影响的高值点，自下而上从第二岩性段到第四岩性段的Cu背景含量无明显富集趋势(图2-2)，更深入的研究表明，第四岩性段中既有铜含量高达4532×10-6的矿石，也有Cu含量低至54～198×10-6的杏仁玄武岩、块状玄武岩及凝灰岩，而且总体上第四岩性段中Cu含量有自下而上降低的趋势(表3-1及图3-2)，这也表明铜矿化与火山岩浆演化无关。因此，本区玄武岩型铜矿不是同生火山热液型矿化，而是后生热液型矿化。
表9-1 滇东北部分向斜中含矿层位玄武岩厚度、喷发旋回及含矿性
根据实测地质剖面总结。
图9-1 玄武岩型铜矿化年龄(据朱炳泉等，2005)
铜矿化明显的层控特征是受特殊的岩石建造———玄武岩流顶部淬碎玄武质角砾岩及含碳沉积岩夹层控制的结果。淬碎玄武质角砾岩具有丰富的空隙，既是有机流体的有利储集层，又是成矿流体的有利赋存空间;有机流体的有机质及含碳沉积岩中的炭质为成矿流体中Cu以自然铜形式沉淀提供了有利的还原条件。因此，形成于海陆过渡浅水体环境的淬碎玄武质角砾岩和含碳沉积岩组合构成了铜矿化最主要的两类主岩。
有机质在成矿过程中的作用
本区玄武岩型铜矿主要为后生热液型铜矿,铜矿石中大量发育高成熟的沥青和炭质,因此沥青、炭质及甲烷气的还原可能在成矿过程中起了重要作用,本区Cu以低价的自然铜形式沉淀证明了这一点。 控制油气藏形成的圈闭构造同样也是控制铜矿化的圈闭构造,铜矿化与古石油一样,也主要发育于玄武岩组第四岩性段下段的角砾状玄武岩...
矿区地质特征
1.矿区地层 矿区出露地层简单，主要为峨眉山玄武岩（P2β），区域上又称龙舟山玄武岩；矿区内出露厚度可达1600～2700m。由一套巨厚的深灰色、灰绿色大陆喷发玄武岩组成，以熔岩为主，次为火山碎屑岩及潜火山岩，自下而上为玄武质火山角砾岩→致密状玄武岩→斑纹状、气孔状玄武岩，属于中心式－裂隙式...
云南铂族元素找矿方向
包括海相喷发者）在康滇地轴中分布较广，大红山铁矿中伴生有PGE，虽然品位过低，但至少提供了元古宙有PGE富集的信息；寒武系黑色岩系及其他时代的黑色岩系分布广泛，有的地区已有所发现；峨眉山玄武岩分布区可能出现多种类型的热液型铂族元素矿床，包括煤岩型、构造控制的热液型、玄武岩型自然铜矿床中的...
峨眉火成岩省及其成矿作用
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学习任务认识辉长岩-玄武岩类的岩石
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贵州铂族元素找矿方向的思考
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谁知道峨眉山的具体地层,及特点,急急急!!!
其中保留了典型的沉积相标志的大量的生物化石，为研究沉积相、复原古环境、进行全球生物地层学及生物地理学研究提供了重要的地史资料，麦地坪剖面对前寒武系－－寒武系界线的研究，碳酸盐台地沉积相的研究，中、下三叠统龙门洞剖面对潮坪沉积相的研究，晚二叠世基性岩浆喷溢的峨眉山玄武岩对大陆裂谷作用，上...
有色金属矿产
此外,各类型矿床往往相伴而生,如斑岩型多与脉型、夕卡岩型伴生,砂页岩型常与自然铜型、铜-铀-金型一起产出,海相火山岩型往往与铜镍硫化物型产在同一个地质单元内。因此,象夕卡岩型铜矿在许多国家将其储量计入斑岩型矿床中而未单独列出。 据芮宗瑶等(1997)对铜金属大于5×104t的矿床统计,我国铜资源量在5...
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产于黑云母斜长花岗岩中的钼矿成矿年龄181Ma、含矿石英脉187Ma(李华芹等,2006)属板内后造山期产物。 蒙古国等的主要斑岩铜矿;蒙古国最重要的斑岩型铜、钼、金矿化,集中于三个近东西向分布的火山岩带;即北蒙古色楞格火山岩带、中蒙古火山岩带和南蒙古火山岩带,南蒙古火山岩带近年有重大突破,中蒙古含矿性较差...
