曾瑞垠 ，祝新友，张雄，吕晓强，黄建业，谭康雨，姜华，田犁平

（1.昆明理工大学国土资源工程学院，昆明 650093；2.中色紫金地质勘查（北京）有限责任公司，北京 100012；3.中色地科矿产勘查股份有限公司，北京 100012；4.云南铜业股份有限公司，昆明 650000；5.云南省有色地质局三〇六队，昆明 650217）

0 引言

东川铜矿是我国著名的铜矿区之一，铜资源量达到500万t以上（代鸿章等,2018），中元古界落雪组白云岩中广泛发育有东川式铜矿体。马尾丝状铜矿石是东川式铜矿体的典型矿石，指铜矿物沿砂质白云岩纹层面或叠层石微层呈浸染状、细脉状密集分布，形似“马尾丝状”的铜矿石。前人对马尾丝状铜矿石做了大量的研究，提出了岩浆热液交代（李洪谟和王尚文,1941）、生物化学沉积（曹仁关,1986）、沉积成因（龚琳等,1996;冉崇英和吴鹏,2014）、海底热水沉积（吴健民和黄永平,1995）、后生成矿（阮惠础等,1988;华仁民,1989;祝新友等,2017）等观点。其中沉积成因观点最为普遍，认为藻类在生长过程中吸附粘土和硅质细砂等形成硅质条带，同时也吸收了大量含铜质沉淀，由生物化学沉积作用形成马尾丝状铜矿石，属于同生沉积（曹仁关,1986;龚琳等,1996）。与同生沉积观点相对应的后生成因观点（李洪谟和王尚文,1941;华仁民,1989;祝新友等,2017），认为当成矿溶液沿着渗透率较高的泥砂质层流动条件适宜时，便沉淀出铜的硫化物，形成马尾丝状铜矿石。目前对于东川式铜矿体和马尾丝状铜矿石的成因仍存在较大争议，笔者通过东川矿田汤丹、因民、滥泥坪等矿区的野外调查、矿石显微结构构造观察、主量元素含量分析，结合收集的硫同位素特征，对其成因机制进行讨论，为东川地区同类型矿床的找矿工作提供新思路。

1 研究区地质背景

东川铜矿位于扬子板块西缘康滇构造带内（图1a），研究区出露地层主要为中元古界东川群因民组、落雪组、黑山组地层（图1b），为一套碎屑岩-泥质岩-碳酸盐岩组合的沉积建造，在新元古代受到绿片岩相变质作用（Zhao et al.,2012）。黑山组（Pt2h）主要为含炭质板岩和砂板岩，底部发育桃园式铜矿体。落雪组（Pt2l）主要为厚层状结晶白云岩、泥砂质白云岩，底部白云岩中含丰富叠层石，发育东川式铜矿体。因民组（Pt2y）为一套含铁粉砂岩、砂岩、板岩和角砾岩，铁质板岩中发育稀矿山式铁铜矿体。研究区由南北向与东西向两组主干断裂构造组成，西北和东南部呈近东西走向，中部呈南北走向，形成区域性的“Z”形构造（图1b）（Ruan et al.,1991）。东川矿田内基性侵入岩分布广泛，以辉长辉绿岩为主，主要沿断裂带分布，具有多期侵入特征。常见的围岩蚀变包括白云石化、褪色化、硅化、钠长石化、绿泥石化、绿帘石化等。东川矿田矿产资源丰富，包括铜、铁和铅锌矿等，主要分布在四棵树-面山断裂带、落雪-因民破碎带和滥泥坪-汤丹-新塘褶皱带中（图1b）。

2 矿床地质特征

东川铜矿田盛产沉积岩容矿层状铜矿床（SSC）（Zhao et al.,2012;曾瑞垠等,2020a），其中东川式铜矿体是东川矿田分布最广泛、最具代表性的层状铜矿体类型，在汤丹、因民、落雪、滥泥坪矿区均稳定发育，铜矿体呈层状、似层状，发育马尾丝状、条带状、脉状、网脉状铜矿石（图2a～d），主要矿石矿物为斑铜矿、辉铜矿、黄铜矿，铜氧化物为孔雀石和蓝铜矿，脉石矿物为白云石、石英、方解石等。

马尾丝状铜矿石发育在落雪组底部的砂质白云岩和叠层石白云岩中（图2），宏观特征表现为顺层细矿脉沿层理或波状叠层石微层平行发育，部分高角度含矿脉与这些平行细脉相交，顺层细矿脉的矿化强度由高角度矿脉向两侧逐渐减弱（图2a）。当高角度矿脉均匀分布时，在一定范围内顺层细矿脉普遍发育，可形成以马尾丝状铜矿石为主的层状铜矿体（图2b），矿化均匀，铜品位较高。当马尾丝状铜矿石发育于叠层石微层中，具有受构造或裂隙控制的特点，叠层石微层中矿化不均匀，主要围绕在裂隙两侧（图2c）。

镜下特征显示，马尾丝状铜矿石容矿岩石岩性主要呈现为砂质层与泥质层互层（图2e～f），砂质层由浑圆状石英组成，含少量它形白云石，泥质层为细-粉晶白云石条带。顺层细矿脉主要分布于砂质层中，金属矿物为斑铜矿、辉铜矿（图2g～h），局部矿区中以黄铜矿为主，含铜硫矿物主要充填于碎屑颗粒间或充填于砂质层与泥质层的接触面（图2g、图3）；当石英砂质层中白云石含量较高时，铜矿化程度较强，当砂质层分布不稳定时，顺层细矿脉呈断续分布（图2d），连续性差，具梳状、非状结构，局部呈斑点状、星点状、稀疏浸染状，与沉积成因的纹层状构造具有明显的区别，推测为含矿热液交代不充分所致。高角度含矿脉主要分布于裂隙构造中，其结构、构造和矿化特征与砂质层具有相似性（图2e～f），金属矿物与顺层细矿脉基本保持一致，脉石矿物中白云石含量较多，自形程度较高。顺层细矿脉的矿化强度往往受控于高角度含矿脉的分布，纵向上，高角度含矿脉两侧砂质层不连续（图2e），靠近高角度含矿脉砂质层中的顺层细矿脉矿化较强；横向上，顺层细矿脉由高角度含矿脉向两侧方向逐渐发生变化，由稳定的细脉状逐渐过渡为浸染状、星点状，矿化变弱，热液成因的白云石和石英逐渐减少，粒度也逐渐变小（图3）。综上所述，高角度裂隙在成矿过程中充当了含矿热液运移的通道，含矿热液沿裂隙两侧向砂质层顺层交代形成密集分布的细矿脉，当铜矿化较弱时，形成浸染状、斑点状铜矿化，当容矿白云岩中以细-粉晶为主时，沿局部砂质层形成细条带状铜矿化。

图2 马尾丝铜矿石野外及显微特征图

图3 马尾丝状铜矿石横向特征图

3 分析方法

本次选择11件落雪组白云岩进行主量元素分析。样品测试工作均在华北有色地质勘查局燕郊中心实验室进行，采用硅钼兰比色法测定SiO2，连续比色法测定FeO，采用供原子吸收法测定CaO、MgO、MnO，仪器为原子吸收分光光度计，测试精度均为≤5×10-2。

本次研究选取马尾丝状铜矿石中顺层细矿脉和高角度含矿脉的白云石进行主量元素分析（EMPA），高角度含矿脉中的白云石自形程度较好，解理清晰，而顺层细矿脉中的白云石粒度较细，多呈它形粒状。分析在核工业北京地质研究院分析测试研究中心利用JEOL-JXA8100电子探针完成。其加速电压为15 kV，电子束电流10 nA，束斑直径为3～5 μm，每个元素数据采集时间20～40 s，测试使用的标准样品为天然样品和人工合成氧化物。

4 分析结果

根据落雪组白云岩主量分析（表1），青灰色白云岩的CaO 含量为27.24%～28.33%，MgO 含量为19.01%～19.85%，SiO2含量为3.39%～7.26%，Mg/Ca 为0.57～0.59；砂质白云岩的CaO 含量为13.06%～16.28%，MgO 含量为9.29%～9.82%，SiO2含量为43.10%～51.59%，Mg/Ca为0.51～0.60；铜矿化白云岩的CaO含量为17.14%～27.66%，MgO含量为12.11%～19.98%，SiO2含量为6.50%～19.77%，Mg/Ca为0.59～0.61，其中马尾丝状铜矿石（强铜矿化白云岩）的SiO2含量为15.67%～35.84%，明显高于弱铜矿化白云岩，反映了铜矿化的强弱与硅质含量关系密切，即石英砂质层的含量越高矿化越强。根据白云石电子探针元素分析结果显示（表2），马尾丝状铜矿石中，高角度含矿脉中的白云石的Mg/Ca为0.55～0.58，顺层含矿白云石细脉的Mg/Ca为0.55～0.58，两者的Mg/Ca基本一致。

表1 落雪白云岩主量元素成分/%

表2 马尾丝状铜矿石中白云石的电子探针元素分析/%

5 讨论

5.1 有机质对成矿作用的重要影响

根据东川式铜矿体已有的硫同位素特征显示（王可南,1978;Zhao et al.,2012;Huang et al.,2013;朱文兵,2016），马尾丝状、纹层状铜矿石中的硫化物δ34S范围为-12.7‰～+18.8‰（图4a），高角度脉状铜矿石中硫化物的δ34S范围为-14.7‰～+19.5‰（图4b），由此可以看出层状硫化物与脉状硫化物的δ34S特征极为相似，说明硫的来源一致。普遍的观点认为东川式铜矿体硫的来源主要以海水硫酸盐为主，受到生物作用的影响（王可南,1978;朱文兵,2016）。Zhao et al.（2012）的研究指出生物作用在硫化物的沉淀中并不重要，硫主要来源于海水硫酸盐和蒸发岩，重硫同位素值来自有机质和硫酸盐的热化学还原反应（TSR）（McGowan et al.,2006）。落雪组底部发育有大量的叠层石，说明藻类生物丰富，藻类生物的死亡可产生大量有机质（Ruan et al.,1991），马尾丝状铜矿中细粒辉铜矿和斑铜矿呈散点状-层纹状与硅质、有机质纹层伴生（吴健民和黄永平,1995），反映了有机质与成矿的关系密切。根据东川式铜矿体的有机炭测试结果显示（阮惠础等,1988），凡有不同程度铜矿化的岩石，它们的有机炭含量均显著地高于未矿化者，越靠近矿化层位有机炭的含量越高，有机炭与铜硫化物的富集之间有着一定的成因联系。成都地质矿产所（1988）对东川式铜矿体进行包裹体成分测定分析，发现东川式铜矿体的包裹体中普遍含有CH4气体，说明有机质在成矿作用中起到了重要的作用。地层中有机质的热分解释放H2S和S2-，可以为成矿提供了丰富的硫源和还原剂①，热化学还原反应（TSR）对白云岩具有明显的溶蚀改造作用（张水昌等,2011），增大容矿岩层的孔隙度，为含矿流体运移和成矿作用提供更多空间，同时有机质的氧化造成的较低Ph值环境有利于铜的富集（阮惠础等,1988）。

图4 东川式铜矿体硫同位素直方图（数据引自王可南,1978；Zhao et al.,2012;Huang et al;2013;朱文兵,2016）

5.2 马尾丝状铜矿石的成因探讨

马尾丝状铜矿石宏观上表现为密集的细矿脉沿层理或叠层石微层平行分布，少量高角度含矿脉横切这些平行细脉。许多研究者将其与落雪组底部广泛发育的叠层石相联系，提出其为生物沉积作用所形成（曹仁关,1986;龚琳等,1996），将马尾丝状铜矿石作为东川式铜矿体“同生沉积”观点的主要证据（冉崇英和吴鹏,2014）。李洪谟和王尚文（1941）首次提出马尾丝状铜矿石由岩浆热液交代形成，阮惠础等（1988）认为马尾丝铜矿石的矿石与脉石矿物之间显示了后生的微观构造特征，华仁民（1989）指出东川式层状铜矿体主要与粗粒级的碎屑共生，而上部细碎屑部分，矿化明显减弱，具有后生的特征。本次研究发现马尾丝状铜矿容矿岩石在微观上主要呈现为砂质层与泥质层互层，顺层细矿脉主要分布于砂质层中，斑铜矿、辉铜矿等充填于石英、白云石砂粒间，具有明显交代结构，明显不同于沉积作用形成的条纹条带构造（祝新友等,2017）。砂质层的脉石矿物粒度明显大于围岩本身，其中浑圆状石英为重结晶的石英砂粒（图2e），根据落雪组白云岩主量元素分析结果，马尾丝状铜矿石的SiO2含量明显高于弱铜矿化的白云岩，反映了铜矿化的强弱与石英砂质层关系密切，石英砂质层的含量越高矿化越强，而石英砂质层的孔隙度和渗透性均较高，说明顺层细矿脉主要发育在渗透性较好的砂质白云岩层中。马尾丝铜矿石中不规则状的石英和半自形白云石粒度较大，明显具有重结晶结构（图3），沿层理逐渐渐变为微细粒白云石和浑圆状石英，铜矿化也逐渐由细脉状变为浸染状，矿化强度逐渐变弱，该类石英和白云石主要为热液成因，与沉积成因的结构特征不一致，具后生成因的特征。

岩相学特征表明，顺层细矿脉与高角度含矿脉的结构、构造、矿物组成基本一致，根据马尾丝状铜矿石的探针分析显示，高角度含矿脉的白云石Mg/Ca为0.55～0.58，顺层细矿脉的白云石Mg/Ca为0.55～0.58，两者的Mg/Ca基本一致，说明白云石化的热液来源是一致的，而白云石化是铜矿化的重要标志，反映了顺层细矿脉和高角度含矿脉的流体来源可能是一致的。含矿热液沿高角度裂隙运移，向两侧孔隙度较高的白云岩渗透，形成顺层细矿脉，高角度裂隙作为供给系统是马尾丝状铜矿成矿的必备条件。华仁民（1989）提出东川式铜矿体具有两种热液组成，一种是富铜贫硫热液，以富Cl-为特征，另一种是富硫贫铜热液，富含有机质和，两种流体混合发生氧化还原反应，还原流体起地球化学障壁的作用（华仁民,1994），使含矿热液中的铜金属元素沉淀形成顺层的细矿脉。祝新友等（2017）指出东川式铜矿体后生现象普遍，同生沉积成因的矿化不明显或证据不足，而与中非层状铜钴矿带具有明显的相似性（曾瑞垠等,2020b），近年来沉积岩容矿层状铜矿床（SSC）的矿床成因研究显示，层状矿床普遍具有后生成矿的特点，属于盆地卤水交代成因（Hitzman et al.,2010;祝新友等,2010,2017;祝新友和王京彬,2014;张洪瑞等,2020）。根据以往的东川式铜矿体流体包裹体研究显示，含矿流体为中低温、中盐度、中密度热卤水，包裹体液体成分中主要是Na+、K+、F-、Cl-和少量离子（冉崇英,1989），说明东川式铜矿体的成矿热液主要为Na-KCl型及硫酸盐型卤水（代鸿章等,2018），与中非铜钴矿带的含矿流体具有相似特征（McGowan et al.,2006;Hitzman et al.,2010）。根据马尾丝状铜矿石的显微特征和地球化学特征，其成因更符合盆地卤水交代成矿模式，含矿卤水沿断裂构造运移至落雪组白云岩中，向两侧渗透性较好、孔隙度较高的砂质白云岩和叠层石白云岩顺层交代，地层中的有机质为成矿提供了丰富的硫源和还原剂，形成以马尾丝状铜矿石为主的东川式层状铜矿体。

6 结论

（1）马尾丝状铜矿石由顺层细矿脉和高角度穿层含矿脉组成，二者在结构、构造、矿物组成、Ca/Mg比值等方面基本一致，容矿岩石在微观上主要呈现为砂质层与泥质层互层，顺层细矿脉主要分布于砂质层中，主量元素特征显示马尾丝状铜矿石的SiO2含量明显高于弱矿化白云岩，说明顺层细矿脉发育于石英砂质层占比较大、渗透性较好的白云岩中，具有明显的交代结构，反映了其后生成因特征。

（2）马尾丝状铜矿石属于盆地卤水交代成因，含矿卤水沿断裂构造运移至落雪组白云岩中，向两侧渗透性较好、孔隙度较高的砂质白云岩和叠层石白云岩顺层交代，有机质为成矿提供了丰富的硫源和还原剂，形成以马尾丝状铜矿石为主的东川式层状铜矿体。

注 释

①Cox DP,Lindsey DA,Singer DA,Moring BC,Diggles MF.2003.Sediment-hosted copper deposits of the world:Deposit models and database[R].USGS Open-File Report 03-107:1-53.