张华添，李江海*，李洪林，王洪浩

（1.北京大学地球与空间科学学院造山带与地壳演化教育部重点实验室，北京 100871）

慢速扩张洋中脊热液成矿的典型实例
——青藏高原北部德尔尼铜矿地质对比研究

张华添1，李江海1*，李洪林1，王洪浩1

（1.北京大学地球与空间科学学院造山带与地壳演化教育部重点实验室，北京 100871）

青海德尔尼铜矿是发育在青藏高原北部的块状硫化物矿床，其赋矿围岩为阿尼玛卿蛇绿岩套中的超基性岩，代表了古特提斯洋的残骸。通过对德尔尼铜矿的详细地质解剖，认为其保留了大量海底热液喷流的地质记录，包括：矿体上部普遍发育的薄层喷流岩；多孔状硫化物中保留下来的胶状结构、草莓结构和角砾结构；矿石的主要矿物组成；与黄铁矿碎屑同期形成的方解石、长英质胶结物；与大西洋Rainbow、TA G热液硫化物矿床相似的矿体分带性。根据洋脊玄武岩中TiO2全岩含量估算德尔尼蛇绿岩所代表的这一段古特提斯洋洋中脊为慢速－超慢速扩张洋中脊，半扩张速率为1.1～2.5 cm／a。类比现今洋中脊热液硫化物成矿过程，认为德尔尼铜矿经历了海底喷流、冷却保存和俯冲侵位等3个阶段，其中海底喷流阶段可能与洋底核杂岩具有成因联系，俯冲侵位过程中的矿体和超基性岩、玄武岩受逆冲断层控制。与世界上其他陆地上保存的类似矿床相比，德尔尼铜矿时代年轻（石炭纪），矿床结构和构造及其围岩蚀变特征保存完整，是慢速－超慢速洋脊超基性围岩热液成矿作用的典型实例，可以称之为德尔尼型成矿作用，研究其成矿过程，对研究和理解现今洋中脊超基性岩系统热液成矿作用（尤其是深部成矿作用）具有重要的意义。

德尔尼铜矿；海底热液硫化物矿床；慢速－超慢速扩张脊；超基性岩围岩；洋底核杂岩；地质对比；成矿模式

1 引言

德尔尼铜矿为独特的铜矿类型成矿，围岩为蛇绿岩套的超镁铁岩，全球无论在陆上还是在洋底，这类已知的硫化物矿床都非常罕见。前人围绕矿床地质特征开展了许多研究［1—5］，普遍认为德尔尼铜矿为海底热液硫化物矿床，类似塞浦路斯型热液硫化物矿床［6］。通过对全球大洋中脊的勘察，发现了数量众多的热液活动区约有554处（包括已勘探证实和待证实的）［7］。开展对德尔尼铜矿床深入研究，特别是与现代大洋中脊环境热液成矿的对比，将有助于认识其独特的成矿模式。

自20世纪90年代以来，在大洋底超基性围岩内不断发现热液活动系统，它们常出现于慢速到超慢速的扩张洋脊上，并与洋底核杂岩相关［8—9］。在大西洋中脊陆续发现多处黑烟囱热液活动区，主要实例有Logatchev、Rainbow、Ashadze热液成矿区等［10—18］。这些现代热水成矿区以铜矿为主，伴随锌、钴、金、镍、银等富集［13—18］，出现于超基性岩洋壳上，矿体形成受超基性岩蛇纹石化过程影响，并受下伏岩浆活动热源供给的控制［13，18］，明显区别于其他大洋中脊上的热水成矿，引起学术界的广泛关注［19—21］。现代热水活动为观测和研究成矿过程提供了理想的天然实验室，对认识超镁铁岩环境下热液活动系统至关重要。国外认为地史上很少或没有这类成矿实例［22］，地史上是否在有类似成因矿体及其古今对比研究对于认识超基性岩热液成矿具有重要意义。开展对它们与陆上地史时期超基性岩块状硫化物地质研究对比，对于研究和理解现今洋中脊超基性岩系统热液成矿作用（尤其是深部成矿作用）具有重要意义。

本文在野外调研的基础上，以青海德尔尼铜矿为实例开展超基性岩热液成矿的对比分析，探讨慢速扩张的大洋中脊超基性岩内的热液成矿过程。

2 大地构造背景与矿区地质特征

图1 德尔尼地区区域地质概况

阿尼玛卿蛇绿岩带位于青藏高原北部，呈WN W－ESE向延伸约400 km，处于塔里木板块、华北板块、扬子板块和羌塘－昌都地块等汇聚的结合部，地质构造复杂（图1）。前人将阿尼玛卿与其西部的布尔汗布达、阿尔金及喀喇昆仑统称为昆仑造山带，由此阿尼玛卿亦被称为东昆仑［24］。一般认为阿尼玛卿蛇绿岩带为古特提斯洋壳标志［25］，阿尼玛卿东段德尔尼蛇绿岩玄武岩全岩40Ar-39Ar坪年龄为（345.3± 7.9）Ma［26］，德尔尼矿床深部玄武岩锆石S H RIMP UPb年龄为（308.2±4.9）Ma［27］，指示阿尼玛卿蛇绿岩在早石炭世就已经形成。

德尔尼铜矿位于青海省果洛州玛沁县西南，构造上处于阿玛尼卿蛇绿岩混杂带内，与其西北方向的玛积雪山、下大武、布青山蛇绿岩断续相连。德尔尼蛇绿岩带长约80 km，宽10～20 km，主要由变质橄榄岩（方辉橄榄岩、少量纯橄岩、二辉橄榄岩）、基性超基性堆晶岩（变质辉长岩、辉石岩）、辉绿岩墙群和基性喷出岩等组成［26－28］，以构造岩块、岩片的形式产于晚石炭世、早二叠世地层中。在地表玄武岩分布较少，但在钻孔Z K1303内发现200余米厚的变质玄武岩［27］。

围绕本矿体开展反复的地质勘探［1－2，29－30］，在此基础上总结如下：德尔尼大型块状Cu-Co-Zn硫化物矿床似层状、透镜状或褶皱形态产于超基性岩、角砾状碳酸盐化蛇纹岩、片状蛇纹岩围岩中，长17 km，最宽处1 km［6］，已识别出4个主要矿体和32个附属小矿体。矿体与围岩接触界线清楚，无渐变过渡关系，并保持特定的空间关系：矿体上覆一层“碳质（砂）板岩”，面理方向平行于接触界面，与矿体同褶皱产出；与矿体接触的蛇纹岩往往片理化，呈皮壳状包裹相对刚性的矿体，向外变质变形程度逐渐减弱为角砾状蛇纹岩［5］（图2）。钻孔ZK1303揭示的深部结构显示超基性岩厚度可达600 m，并发育数层黄铁矿矿体，之下为150 m厚的碳酸盐化炭质板岩，玄武岩出现于770 m深处，厚度大于200 m，其中并未发现矿体。

图2 德尔尼铜矿床13号勘探线I号矿体矿石类型分布图（左）和Z K1303钻孔（右）

3 德尔尼铜矿海底热液活动的地质记录与古今对比

在现今活动的洋中脊热液硫化物矿床中对超基性岩围岩的Rainbow和玄武岩围岩的TA G热液硫化物矿床的研究程度较高，在矿石类型、矿体结构等方面认识较深入。通过对比发现，德尔尼铜矿保留了许多可以与Rainbow、TA G等热液硫化物矿床类比的特征，总结如下：

（1）在德尔尼矿体顶部发育的板岩具有喷流岩的典型特征。喷流岩是与火山岩型块状硫化物（V MS）矿床相关的一种层状或透镜状岩石［31—32］，在V MS相关的热液喷口附近沉淀形成，一般为板状，层理与下伏火山岩或沉积岩层整合接触。在德尔尼铜矿矿体上部普遍发育一层板岩（见图2），片理方向与矿体平行［29］，但无法判断其原始层理与矿体的关系。产于矿体上盘的“炭质板岩”以闪石、白云石、方解石、磁铁矿组合为特征，而且在Al-Fe-Mn三角图解上位于热液区内［33］。岩石镜下可见岛状的黄铁矿等硫化物，发生刚性旋转并形成压力影等显微构造（见图4g），这些硫化物颗粒被推测为原岩形成时期沉积形成的，为喷流岩的典型特征。

（2）在矿体的上部一般发育疏松多孔的块状硫化物（见图2），保留了丰富的流体运移通道及通道内部的方解石、石英等透明矿物。该硫化物主要由碎屑状的黄铁矿组成，代表样品经历了海底破碎作用，并发生了轻微的重结晶和成岩作用。但是，镜下仍可见破碎的黄铁矿中保留的胶状结构（见图4a，b），结晶黄铁矿呈环带状，外围发育垂直于球面的毛发状黄铜矿和闪锌矿，相似的特征在乌拉尔地区海底热液硫化物矿床［34］和大西洋Rainbow热液硫化物样品［11］中均有发现，研究认为松散粒状和胶状黄铁矿指示硫化物在过饱和条件下的沉积，可能由热液流体在海底地表或地表以下混合形成［34］，与固结粒状黄铁矿分属不同矿化阶段［35］。因此，德尔尼铜矿矿体上部疏松多孔的块状硫化物是海底表层热液－海水相互作用的指示。

图3 德尔尼铜矿与Rainbow硫化物矿床样品对比

图4 德尔尼铜矿与其他海陆热液硫化物矿床的硫化物等样品显微照片对比

（3）德尔尼铜矿矿体下半部分以条带状矿石为主［2，5］（见图2），在矿体边部和围岩包体附近一般发育网脉状矿石［2］，在野外可见碳酸盐脉贯入蛇纹岩中，黄铁矿、黄铜矿以浸染状或脉状产于碳酸盐脉中（见图3e，f）。该条带状和网脉状构造在现代海底热液硫化物矿床中也广泛发育，烟囱体和块状硫化物之下往往产出网脉状矿石［36—43］，是海底以下海水受热源驱动与围岩相互作用的产物［44—45］。在Rainbow热液活动区，网脉状硫化物矿石产于蛇纹岩（以利蛇纹岩为主）中，并伴随文石脉体的沉淀，代表了地表以下最早期硫化物的形成［18］。

（4）一个典型的海底热液硫化物矿体自上而下通常分别为热液沉积物和烟囱体、固结的硫化物丘、网脉状矿石［36—43，46］，这些特点在地史上的V MS矿床中也有发现。德尔尼铜矿在空间上的矿石分带性恰能与之一一对应（表1），即：矿体顶部的板岩为经历变质作用的喷流岩或热液沉积物，疏松的块状硫化物为硫化物丘体浅层部分，块状硫化物为硫化物丘较深部分，条带状和网脉状矿石为地表以下的网脉状矿体。因此，德尔尼铜矿保留了许多可以与现代海底热液硫化物矿床类比的特征，是陆上保存的地质历史上海底热液硫化物成矿的一个代表。

表1 德尔尼铜矿与Rainbow、TA G热液硫化物矿床矿体空间分带性对比

4 讨论

4.1 德尔尼蛇绿岩的构造含义——慢速-超慢速扩张的大洋中脊残余

现今活动的海底热液硫化物系统一般发育在大洋中脊和弧后盆地两类构造环境中［7］。地质历史上的弧后盆地V MS矿床实例包括乌拉尔Ivanovka、Ishkinino铜钴镍硫化物矿床［34，48—49］、塞浦路斯Troodos铜镍钴硫化物矿床［50］、秦岭造山带刘山岩铜矿［51—52］等，它们普遍具有高铅、砷，低锌的特点，且常与重晶石矿共生，从而与德尔尼铜矿区别开来。因此，前述德尔尼铜矿与慢速扩张的大洋中脊热液硫化物矿床的诸多相似性表明，德尔尼蛇绿岩为大洋中脊环境下形成的蛇绿岩（MO R型）而非弧后盆地蛇绿岩（SSZ型），这从另一个方面佐证了前人通过德尔尼玄武岩的岩石地球化学特征得出的结论［27—28］。

洋中脊热液硫化物成矿作用受到洋脊扩张速率的显著影响［22，43］。快速扩张洋脊赋矿围岩一般为玄武岩，发育多而小的硫化物矿体；中－慢速扩张洋脊硫化物矿床在玄武岩和超基性岩中均有发现，矿体规模一般较大，并常与洋底核杂岩相关［9］。因此，德尔尼蛇绿岩所代表洋中脊的扩张速率对于德尔尼铜矿的成矿机制具有重要意义。前人曾进行阿尼玛卿洋扩张速率的讨论，我国研究者杨经绥等通过研究地表及钻孔中已知的200余米厚的玄武岩熔岩并未发现枕状熔岩，认为这种洋脊玄武岩中较高的熔岩流比例是洋脊快速扩张的特征［27，55］。由于德尔尼地区地表玄武岩产出很少，地下也仅在Z K1303这一个深钻中取得玄武岩样品［27］，因此目前获得的玄武岩资料是否具有代表性、通过玄武岩中枕状熔岩比例推测洋中脊扩张速率的方法能否在此使用都是值得商榷的。Konstantinovskaia等通过阿尼玛卿蛇绿岩中尖晶石橄榄岩的岩相学和地球化学研究，认为其特征与现今慢速扩张洋脊背景下弱亏损的地幔残余橄榄岩相似，但这种方法并没有给出确切的洋中脊扩张速率［56］。

前人对现今活动大洋中脊附近洋脊玄武岩的全岩TiO2含量进行统计，建立了其与洋脊扩张速率之间的指数关系（见图5）［53］。统计前人发表的德尔尼地区洋脊玄武岩样品全岩数据（见表2），在所有21个数据中17个数据投在曲线范围内结果显示洋中脊半扩张速率为1.1～2.5 cm／a（图5），表明德尔尼蛇绿岩所代表的洋中脊为慢速－超慢速扩张洋中脊。

图5 洋脊玄武岩中TiO2含量与洋中脊扩张速率指数关系投影图［53］

德尔尼铜矿作为较大型海底热液喷流成因的硫化物矿床也支持了德尔尼蛇绿岩为较慢速的扩张洋中脊。在现代大洋中脊中海底热液硫化物矿床规模与洋中脊扩张速率密切相关：快速扩张洋中脊上的热液硫化物矿床往往总量大，个体小，相反，大型的硫化物矿床大多发育在慢速扩张洋中脊上［7］。如慢速扩张的中大西洋TA G和Rainbow热液区，预测储量分别为2.70 Mt和1.00 Mt，而德尔尼铜矿储量0.80 Mt［5］，如此规模的海底热液硫化物矿床目前还未在现今快速扩张洋中脊上发现。因此，德尔尼铜矿是一个发育在慢速－超慢速扩张背景下的海底硫化物热液矿床，其原始围岩为地幔超基性岩，与现今活动的海底热液硫化物矿床类比，推测德尔尼铜矿的形成可能与古特提斯洋洋中脊附近的洋底核杂岩有关。

表2 德尔尼蛇绿岩套中玄武岩全岩TiO2含量

4.2 陆上保存的超基性岩内热液硫化物矿床案例对比

世界范围内在陆地上发现围岩为蛇纹岩化超基性岩的硫化物矿床至少有5处，包括：芬兰古元古代造山带的Outokumpu Cu-Co-Zn-Ni-Ag-Au矿床［57］、俄罗斯乌拉尔造山带南段的Ivanovka和Ishkinino Fe-Cu-Ni-Co硫化物矿床［48－49］、加拿大阿巴拉契亚造山带的Eastern Metal Ni-Cu-Zn硫化物矿床［58］、美国阿巴拉契亚造山带的Sykesville Fe-Cu-Co-Zn-Ni硫化物矿床［59］、摩洛哥Bou Azzer Co-As-Au硫化物矿床［60］等。

芬兰古元古代Outoku mpu Cu-Co-Zn-Ni-Ag-Au矿床围岩为高度亏损的变质橄榄岩，海底热液成矿时间为早元古代（距今约1950 Ma），时代久远，经历了角闪岩相变质及后期强烈变形变质原生结构构造强烈破坏［57］。俄罗斯乌拉尔造山带南段的Ivanovka和Ishkinino Fe-Cu-Ni-Co硫化物矿床围岩为变质的超基性岩、基性岩等，矿体规模较小（厚1～10 m，长100～200 m［49］），且发育环境很可能为弧后盆地，而非大洋中脊［48］。加拿大阿巴拉契亚造山带的Eastern Metal Ni-Cu-Zn硫化物矿床产于St.Daniel蛇绿混杂岩带中碳酸盐化的方辉橄榄岩边缘，北部为富Ni硫化物矿体，南部为富铅的Cu-Ni-Zn-Co-Au块状硫化物矿床，表明南部受一定程度的地壳物质影响［58］。美国阿巴拉契亚造山带的Sykesvi lle Fe-Cu-Co-Zn-Ni硫化物矿床围岩为蛇纹岩化超基性岩与变质混杂岩之间的条带状铁建造中，可能与喷流－沉积作用有关［59］。因此，对比以上4处超基性岩相关的热液硫化物矿床，我国青海德尔尼Cu-Co-Ni块状硫化物矿床的典型性和代表性尤为突出，表现在：（1）矿体产于蛇绿岩套中的超基性岩中，代表了慢速－超慢速扩张洋脊超基性岩热液成矿作用；（2）矿体及其围岩未经历强烈的变质与构造改造，原生构造保存较好；（3）矿体铅含量低，反应成矿过程受陆壳影响小，保留了海底热液活动的地球化学记录。

4.3 成矿模式探讨

通过以上对比和讨论，德尔尼铜矿是发育在慢速－超慢速扩张洋中脊的海底热液硫化物矿床，其原始的赋矿围岩为地幔超基性岩，可能与洋底核杂岩相关。据此，认为德尔尼铜矿经历了海底喷流、冷却保存和俯冲侵位等3个阶段（图6）：

（1）海底喷流阶段。由于慢速－超慢速扩张洋中脊岩浆供给的阶段性不足，洋中脊两侧发生不对称扩张，形成低角度拆离断层，使得地幔超基性岩暴露于海底［61－62］，海水通过玄武岩和／或超基性岩围岩的空隙下渗，之后受到岩浆房加热，产生上升流，完成对流［46］。在对流的过程中，流体与围岩发生物质交换，引起超基性岩和／或超基性岩的蚀变（玄武岩的绿泥石化与钠长石化［43，46］；超基性岩的蛇纹石化［21］，见图6注释），导致流体中富集钙、镁、硅、硫及铜、铁、锌、钴等金属离子。当流体上升至海底，流体与海水发生混合，使海水温度升高，硬石膏沉淀并形成烟囱壁，其他金属硫化物在烟囱内壁沉淀形成烟囱体［42］，或喷出形成喷流岩（图6中的阶段1）。

图6 德尔尼铜矿成矿模式

（2）海底冷却保存阶段。洋中脊持续发生扩张，硫化物矿体逐渐远离洋中脊，随着温度下降，硬石膏被海水溶解，金属硫化物保留在超基性岩中，上部保留了部分薄层喷流岩，并可能含有少量远洋沉积物（图6中的阶段2）。

（3）俯冲侵位阶段。当洋壳俯冲于北侧陆块时，部分洋壳物质发生仰冲或板块刮擦作用，侵位到大陆上，对德尔尼矿体矿石分布所保持的特定空间关系可知，矿体及其超基性围岩并没有发生空间位置的倒置，仅仅发生了轻微的褶皱作用，但矿区Z K1303显示有部分玄武岩位于超基性岩之下，本文将这种倒置的空间关系解释为由逆冲断层控制（图6中的阶段2、3中的断层F2）。此外，在矿体上覆板岩的上部发育一条断层破碎带，推测为超基性岩内部的调整性逆冲断层（图6中的阶段2、3中的断层F1）。

5 结论

（1）德尔尼铜矿保留了大量海底热液喷流的地质记录，包括矿体上部普遍发育的薄层喷流岩，多孔状硫化物中保留下来的胶状结构、草莓结构和角砾结构，硫化物矿石的主要矿物组成，网脉状矿石的结构构造与矿物组成以及与Rainbow、TA G相似的矿体分带性。

（2）德尔尼地区洋中脊玄武岩全岩TiO2含量显示，德尔尼蛇绿岩所代表的这一段古特提斯洋洋中脊为慢速－超慢速扩张洋中脊，半扩张速率为1.1～2.5 cm／a，指示德尔尼铜矿为发育在慢速－超慢速扩张洋中脊背景下的超基性岩中的热液硫化物矿床。

（3）通过类比现今洋中脊热液硫化物成矿过程和德尔尼铜矿陆上保存情况，认为德尔尼铜矿主要经历了海底喷流、冷却保存和俯冲侵位等3个阶段。海底喷流阶段可能与洋底核杂岩的发育有关。俯冲侵位过程受逆冲断层控制，矿体和超基性岩围岩整体以逆冲岩块的形式侵位，内部保存了原始层位。

（4）与世界上其他陆地上保存的类似矿床相比，德尔尼铜矿时代较晚，矿床及其围岩未经历强烈的构造变形和变质作用改造，矿床结构和构造及其围岩蚀变特征保存完整，是慢速－超慢速洋脊超基性围岩热液成矿作用的典型实例，可以称之为德尔尼型成矿作用，对于研究和理解现今洋中脊超基性岩系统热液成矿作用（尤其是深部成矿作用）具有重要的指导意义。

致谢：感谢朱立群、刘广弟对野外工作的支持和帮助！

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A comparative study of the geology of Dur'ngoi copper massive sulfide deposit northern Qinghai-Tibet Plateau——A typical example of hydrothermal metallogenesis in a slow spreading mid-ocean ridge

Zhang H uatian1，Li Jianghai1，Li H ongl in1，Wang H onghao1

（1.Key Laboratory of Ministry of Education of Orogenic Belts and Crustal Evolution，School of Earth and Space Science，Peking University，Beijing100871，China）

Qinghai Dur'ngoi Cu Massive Sulfide Deposit is located in Northern Qinghai-Tibet Plateau.Its country rock is ultramafic rocks of A'nyemaqen Ophiol ite，which represent rel icts of Paleo-Tethys Ocean.Dur'ngoi Cu massive sulfide deposit is analyzed in detail，and considered it to preserve an abundance of geology record of sub marine hydrothermal activities，which include：thin layers of exhal ite on the top of the ore body；colloidal，framboi-dal，and brecciated textures preserved in porous sulfides；major minerals components；calcite or felsic minerals cementing pyrite breccia；and similar zonation with the Atlantic hydrothermal complex rainbow and TA G.We estimated the spreading rate of the segment of Paleo-Tethys Ocean represented by Dur'ngoi Ophiol ite is through the bulk TiO2composition of basalts.Result turns out to be 1.1—2.5 cm／a.By analogy of the modern hydrothermal sulfide fields，it is put forward that Dur'ngoi Cu massive sulfide deposit experience three major steps：sub marine hydrothermal metallogenesis，sub marine coll ing，and subduction emplacement.The first step is supposed to be genetically related to oceanic core complex.In the third step，emplacement of ore body，ultramafic rocks，and basalts are controlled by thrust faults.Compared with similar deposits on land，Dur'ngoi Cu massive sulfide deposit is younger（carboniferous）and much better preserved.It's a typical example of hydrothermal metallogenesis in slow spreading mid-ocean ridge，and can be called Dur'ngoi type.

Dur'ngoi Cu massive sulfide deposit；sub marine hydrothermal sulfide deposit；slow-ultraslow spreading mid-ocean ridge；ultramafic-hosted；oceanic core complex；comparative study of geology；metallogenic model

P611；P67

A

0523-4193（2014）04-0040-12

张华添，李江海，李洪林，等.慢速扩张洋中脊热液成矿的典型实例——青藏高原北部德尔尼铜矿地质对比研究［J］.海洋学报，2014，36（4）：40—51，

10.3969／j.issn.0253-4193.2014.04.013

Zhang H uatian，Li Jianghai，Li H ongl in，et al.A comparative study of the geology of Dur'ngoi copper massive sulfide deposit northern Qinghai-Tibet Plateau——A typical example of hydrothermal metallogenesis in a slow spreading mid-ocean ridge［J］.Acta Oceanologica Sinica（in Chinese），2014，36（4）：40—51，doi：10.3969／j.issn.0253-4193.2014.04.013

2013-04-17；

2013-09-01。

大洋“十二五”印度洋脊多金属硫化物成矿潜力与资源环境评价（DY125－12－R－03）；大洋“十二五”西南印度洋脊合同区多金属硫化物资源评价（D Y125－11－R－01）。

张华添（1989—），男，山东省淄博市人，构造地质学专业。E-mai l：htzhang＠pku.edu.cn

李江海，博士生导师，从事我国北方区域构造、全球构造、洋中脊成矿研究。E-mai l：jhl i＠pku.edu.cn