白银厂铜矿床的成矿模型

一、矿床成矿模式

矿床成矿模式是矿床赋存的地质环境、内外部特征、控制因素、矿化的时空演化规律、矿化标志、成矿物质来源、成因机制和找矿标志的系统描述和解释，是当代成矿理论的表达式，对发展矿床学理论和指导找矿预测工作有着重要的意义和作用，受到矿床学家的高度重视（D.P考克斯、D.A.辛格，1986；朱裕生，1992；陈毓川、朱裕生，1993；彭礼贵、任有祥等，1995；彭礼贵、李向民等，1998），近些年来有着重要的发展。

白银厂矿田矿床成矿模式的研究始于80年代初（万冠儒，1982；宋志高，1982；陈文森，1982；边千韬，1989；邬介人等，1991），由于受研究程度、矿床成矿条件及控矿因素等认识所限，多数仅属成因模式的简略概述，缺少建模所需的实际依据，很难达到建立成矿模式的目的，特别是在指导找矿预测上显得苍白无力。

“八五”以来，通过对白银厂矿田古火山机构与成矿关系和热液对流循环成矿作用的重点研究，尤其是控矿因素及矿体在空间产出规律的研究，建立了白银厂矿田黑矿型白银厂式矿床成矿模式和折腰山矿床三维空间鼎式成矿模式，在指导找矿预测中发挥了重要作用，使找矿取得了重大进展。

在重点研究了白银厂矿田东部地区成矿地质背景，东部火山中心喷发口周边成矿，火山喷口型和火山喷口斜坡型矿床，成矿断裂系统，已知工业矿体空间产出特征与成矿蚀变作用的基础上，建立了白银厂矿田东部地区矿床成矿模式。现列述如下。

白银厂矿田东部地区矿床成矿模式显示，白银厂矿田东部地区矿床含矿火山-沉积岩系是前寒武基底在加里东早期的早中寒武世大陆边缘裂谷早期的产物。矿床主要产于具“双峰式”细碧角斑岩系的石英角斑岩类的火山碎屑岩中，其上覆盖有酸性细火山碎屑岩-沉积岩和角斑岩。矿床受白银厂矿田东部火山中心喷发口构造及其呈NW向链式排列的火山喷口及斜坡继承性断裂系统控制，具火山中心喷发口周边成矿特征。矿床可分为火山喷口型及火山喷口斜坡型矿床；矿床是海底热液对流循环成矿作用的产物，矿床矿体成群产出，分段集中，主金属元素具由下向上富集成矿模式；成矿作用发生于酸性火山作用晚期次火山相石英钠长斑岩侵入和管道相石英角斑碎斑熔岩侵出之后，中性火山岩作用开始之前相对宁静期；矿床矿体主要定位于海底水岩界面之下，剥蚀较浅，多为隐伏矿床。浅部岩浆房（1800～1900 m深，包括酸性火山岩）不仅提供了成矿热源，也是成矿物质主要来源和汇聚库。其特征列于表4-2。

白银厂矿田东部地区成矿模式和白银厂矿田东部地区矿床成矿模式表（表4-2）显示，白银厂矿田东部地区矿床成矿地质环境，矿床特征、成矿作用及成矿机理与世界上产于海相酸性火山岩中的黑矿型矿床一样同属黑矿型矿床，是业已建立的白银厂矿田黑矿型白银厂式矿床模式（彭礼贵、任有祥等，1995）在东部地区矿床的补充和深化。

研究显示，白银厂矿田东部地区矿床是在酸性火山作用的晚期，随着浅成或超浅成次火山相石英钠长斑岩的侵入和管道相石英角斑碎斑熔岩沿火山通道缓慢侵出，下渗海水因火山喷发后的浅部岩浆房（1800～1900 m深处）的降温减压作用而被抽吸进入岩浆房，汇聚岩浆房的已含成矿物质热流体，经加热与晚期富含成矿物质的岩浆热液混合（部分不混溶）平衡，在高温高压下与岩浆房中的岩浆反应，萃取成矿物质形成成矿热流体，并被泵送沿着火山喷口通道继承性成岩断裂系统，及其受东部火山中心喷发口周边断裂影响的火山喷口斜坡继承性成岩断裂系统交汇部位（具开放性或半开放性）为中心，形成多个主次喷流通道向上喷流，沿途继续萃取交代喷流系统周围火山岩中的成矿物质，并发生有关物质的代入代出，当喷流至喷流口或浅部时，随着成矿热流体的降温减压作用，于低氧逸度的碱性或弱碱性还原环境中，在水岩界面附近或其下部沉淀出大量成矿金属形成矿体，并对周围火山岩进行热液蚀变作用，形成成矿蚀变岩筒；由于断裂系统随深度不同围岩压应力的变化，其张性程度和开放性也不同，以及沿火山喷发通道继承性成岩断裂系统喷流的热流体的温度、盐度和水岩比值（粗火山碎屑岩）比沿火山喷口斜坡继承性成岩断裂系统（细火山碎屑岩）的热流体高和大，从而形成矿床浅部或上部因断裂贯通性好，矿体（群）相互交接连成一体，深部则只在交汇部位成矿的空间产出，分别形成Cu-Zn型或 Zn-Pb-Cu和 Pb-Zn-Cu型系列矿床，从而形成白银厂矿田东部地区矿床与西部地区矿床既具一致性，又具差异性的特征。它们的共性是均产于白银厂矿田古火山穹隆中心的酸性火山岩中，都与火山机构有密切关系，都是海底热液对流循环成矿作用的产物，有着基本一致的矿床特征和成矿机理，从而共同构筑了白银厂矿田矿床的黑矿型白银厂式矿床模式（彭礼贵、任有祥，1995）。它们的差异性主要表现在与成矿密切相关的火山中心喷发口构造上，尤其是中心喷发口内的火山喷口构造，构成东部火山中心喷发口的呈NW向链式排列的中小型火山喷口构造与由大中型火山喷口构成的西部火山中心喷发口有着明显的差别，从而形成白银厂矿田东部地区矿床以火山喷口斜坡 Pb-Zn-Cu型矿床为主，火山喷口 Zn-Pb-Cu型矿床为辅的成矿模式。

表4-2 白银厂矿田系部地区矿床模式综合表

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二、矿床找矿模式

随着找矿主体对象由地表、浅部、易识别矿向隐伏矿、深部矿、难识别矿的转移，隐伏矿和矿床深部矿体定位预测理论与方法研究已成为当前成矿学与成矿预测学领域的前沿与热点，从而引起国内外学者对找矿模式研究的重视（张均等，1998）。

（一）白银厂矿田东区矿床找矿模式

白银厂矿田东部地区矿床成矿模式为建立该地区矿床地质找矿模式奠定了基础。矿床地质找矿模式是矿床地质学家以该类矿床的最新成矿理论为指导，在一定阶段研究该类矿床形成的主要控制因素和特征所获得的认识，在应用于找矿预测时的概括反映，也是在研究矿床赋存条件、成矿规律、产出特征和物化探异常过程中提炼出的行之有效的找矿标志的综合表达。白银厂矿田东部地区矿床找矿模式综合表达如下。

（1）白银厂矿田东部地区矿床的形成与具“双峰式”特征的海相细碧角斑岩系发育有关，矿床产于火山岩系下部的酸性火山岩-石英角斑岩类的火山碎屑岩中。这是白银厂矿田东部地区矿床生成的首要岩石组合控制条件。

（2）矿床及其赋存的岩石组合形成于张性的大陆边缘裂谷-岛弧环境的裂谷早期阶段，是矿床形成的板块构造条件。

（3）矿床产于白银厂矿田古火山穹隆东部火山中心喷发口内，卫片具复合环状构造交切的微形环状构造，矿床受火山中心喷发口周边及其内部呈NW向链状排列的铜厂沟小型火山口、拉牌沟中型火山口、四个圈小型火山口通道和斜坡继承性成岩断裂系统控制，形成火山中心喷发口周边成矿和火山喷口型及火山喷口斜坡型矿床。这是矿床形成的重要构造条件。

（4）火山喷口型矿床含矿围岩以粗碎屑火山岩为主，直接含矿围岩主要为石英角斑碎斑熔岩和石英角斑晶屑凝灰岩；火山喷口斜坡型矿床含矿围岩为细碎屑岩，大型矿床相伴有规模大的次火山岩-石英钠长斑岩墙产出，是找矿的特殊岩相标志。

（5）火山喷口型矿床蚀变岩筒在平面上呈面状产出，空间上呈筒状体延深，且绿泥石化带居中，绢云母硅化带分布在外，表现为明显的水平分带；火山喷口斜坡型矿床蚀变岩筒在平面上呈带状产出，垂深上呈板柱体延深，重晶石化和绢云母硅化产于浅部和上部，绿泥石化体在深部增强变大，尤其是含钛磁铁矿绿泥石化是深部找寻富铜矿体的标型蚀变矿物组合，是矿床深部找矿的重要标志。

（6）矿床矿体成群产出，分段集中，矿体（群）在浅部和上部相互交接连为一体，在深部矿体产于喷流中心，矿群间有“马鞍形”贫矿或无矿地段，是矿床深部找矿的最直接依据。

（7）矿床成矿主金属元素 Cu、Pb、Zn趋势面分析（火山喷口斜坡型小铁山矿床）显示，矿床东部具漩涡状富集中心，并有正异常与之重叠，是主喷流富集中心；西部具港湾状富集中心，在东、西两富集中心之间深部有一丘状贫化区，在丘状贫化区之上和两富集中心间，呈NW-SE和 NE-SW向的交汇等值区将东、西两富集中心连为一体，显示出主金属元素由下向上富集模式，为深部找矿提供了依据。

（8）热水沉积岩——（含）铁硅质岩的出现是找矿的重要标志。

（9）白银厂矿田东部地区具Zn-Pb-Cu型（或Cu-Zn型）→Pb-Zn-Cu型系列成矿，其热水沉积岩铁锰硅质岩和铁锰结核是其系列成矿的延伸，是新区缺位找矿的重要依据。

（10）火山岩中的Cu、Pb、Zn、Au、Ag等金属元素原生晕异常是找寻铜多金属矿床的地球化学标志。

（11）可控源音频大地电磁测深（CSAMT）、高精度重力测量、大极距激发极化法及大功率充电法测量所获的低电阻、高极化、高密度和深部成矿区低电阻相互重叠、相互印证的综合异常体，是白银厂矿田深部找矿的重要物探依据，尤其是深部找矿目标定位预测。

综上所述，白银厂矿田东部地区矿床成矿模式显示，矿床是受白银厂矿田古火山穹隆东部火山中心喷发口及其中呈NW向链式排列的火山口构造和继承性成岩断裂系统控制，形成火山中心喷发口周边成矿，且以火山喷口斜坡型矿床为主，火山喷口型矿床为辅，与矿田西部地区以火山喷口型矿床为主体有明显不同的成矿格局，反映白银厂矿田东、西两个火山中心喷发口构造的不同和差异。通过矿田东、西两地区矿床成矿的差异性研究，不仅是对白银厂矿田矿床成矿模式的深化，更为重要的是为本地区找矿预测提供了更为实际的指导，具有重要的实际应用价值。

在成矿模式研究的基础上建立的白银厂矿田东部地区矿床找矿模式，主要针对该地区找矿目标为隐伏矿和已知矿床深部（400～500 m以下）找矿，在重视成矿地质环境的同时，重点对成矿控制因素、矿床矿体空间产出特征、找矿标志和有效物化综合异常进行研究和提炼，为实现找寻隐伏矿床和深部矿体目标定位预测这一难度极大的目标服务。

（二）黑石山地区找矿模式

1.黑石山地区矿化类型及特征

尽管黑石山地区尚未发现具有工业意义的块状硫化物矿床，但此类矿化点并不少见。此外，热液型Cu、Pb、Zn、Au和次生Cu矿化点也较多。

主要矿化点简要特征见表4-3。

表4-3 黑石山地区金属矿（化）点特征

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成矿预测的目标是第二类与海相火山岩有关的块状硫化物矿床，分析比较其成矿条件最为有利，是最有希望实现找矿突破的研究方向。

2.典型矿床模型

石青硐-白银厂区域火山岩带产出与酸性火山岩有关的黑矿型块状硫化物矿床。目前发现的矿床有折腰山、火焰山、小铁山、四个圈、铜厂沟、石青硐等6个矿床。按照矿石成矿元素组成分类，折腰山、火焰山为Cu-Zn 型；小铁山、四个圈为 Zn-Pb-Cu 型；铜厂沟为 Zn-Cu-Pb 型；石青硐为 Pb-Zn-Cu型。在 Cu-Pb-Zn 三角图上，折、铜、小、石矿床位置有所区别（图4-5）。随着与火山喷口距离的加大，矿床主元素成分呈有规律性的变化。折腰山及火焰山火山喷口型矿床以 Cu为主，含少量 Zn；小铁山和四个圈火山喷口斜坡型矿床以 Zn、Pb 为主，Zn 大于Pb，含少量 Cu；而石青硐火山穹隆斜坡型矿床为 Pb-Zn-Cu型，Pb大于 Zn。大体上看，随着与火山喷口距离的加大，出现 Cu减少，Pb增多的趋势。

图4-5 白银厂-石青硐矿床Cu、Pb、Zn吨位三元图

针对黑石山地区具体成矿地质条件，选择火山喷口型的折腰山矿床及火山穹隆斜坡型石青硐矿床为代表，研究其特征并借鉴彭礼贵等（1995）对白银厂矿床模式的研究结果，分别建立两个典型矿床模型（表4-4）。

表4-4 折腰山、石青硐成矿模型

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折腰山、石青硐矿床均产于寒武纪裂谷海相火山-沉积岩系中，它们的矿体形态、矿石类型和矿物组合、矿石结构和构造、矿物分带、蚀变体、伴生铁镁硅质岩和主元素富集模式等特征都显示它们具海底热液对流循环喷流沉积成矿特征。两者的主要区别为以下几点。①产出的火山构造部位。折腰山矿床产于古火山喷口内，石青硐矿床（图4-6）产于古火山穹隆斜坡上。关于火山构造部位与黑矿型矿床的关系，Colley（1976）和 Larqe（1997）的研究表明：折腰山、石青硐矿床都归入其“近侧的”矿床，但具体来说，折腰山矿床属类型Ⅲ（喷流中心侧喷口黑矿），而石青硐矿床则属类型Ⅳ（喷流中心内海底上的黑矿），考虑到火山穹隆中心至沉积盆地是逐渐降低的，因此，这种“近侧的”海底实际上是火山穹隆斜坡。②岩石组合。折腰山矿床为以酸性火山岩为主的火山-沉积岩组合，而石青硐矿床是以酸性火山岩（主要是碎屑岩）和以沉积岩为主的酸性火山岩-基性火山岩-中性火山岩-沉积岩组合，它们之间常以互层产出。③含矿围岩。折腰山矿体不受单一火山岩地层控制，但含矿围岩主要是石英角斑质碎斑熔岩，石英斑晶粒度大且数量多。而石青硐矿床受层位控制明显，矿体产于大理岩层下部的石英角斑凝灰岩中，石英晶屑粒度小且数量少。④矿体形态。折腰山矿床的矿体有扁豆状、透镜状、筒状、脉状等复杂形态，而石青硐矿床为扁豆状、似层状等。⑤矿石成分。折腰山以 Cu为主，含少量 Zn，无独立Pb矿体及探明储量。石青硐矿床为Pb—Zn—Cu矿床，Pb＞Zn＞Cu。⑥矿石结构、构造。折腰山矿床以含大量块状构造的矿石为特征，而石青硐以浸染状、条带状构造矿石为主，仅局部见块状矿石。折腰山矿石结构复杂，有胶状结构、交代结构、碎裂结构、粒状结构等。而石青硐矿床相对简单主要是粒状结构和交代结构。⑦成矿物化条件。折腰山矿床成矿温度为中高温，石青硐矿床为中低温。⑧蚀变体形态。折腰山矿床为椭圆形筒状体，而石青硐呈带状。⑨伴生硅质岩。折腰山矿床为含锰铁硅质岩，石青硐为锰硅质岩。

图4-6 石青硐矿床地质略图

由两矿床模型决定的找矿标志有所不同（表4-4）。

3.综合信息找矿模型

模型是按照实物的形状和结构比例制成的仿真品。上述折腰山、石青硐两矿床模型即是将两个矿床复杂特征简化描述的结果。将其用于找矿还必须以矿床模型为依托转化为找矿模型。综合信息找矿模型则是从早期（20 世纪60 年代末）的地质-磁法模型、地质-电法模型、地质-地球物理模型、地质-地球化学模型发展起来的，它最为全面系统，又具最强的客观性和实用性，可有效地用于白银厂这样的老矿区及周围的二轮找矿工作。

综合信息找矿模型的基本内容应包括地质模型、地球化学模型、地球物理模型和综合标志集合以及综合数据集的观测和分析系统的优化组合。

（1）折腰山火山喷口型矿床综合信息找矿模型的地质模型参见表4-4；地球化学异常模型的成矿元素组合为 Cu、Pb、Zn、Co、Au、Ag、Sb、Hg、As等。在主矿体上形成由强-弱的内、中、外带异常，在矿体的上盘围岩更富集 Pb、Zn、Ag、Hg 等，下部围岩富集Cu、As。由于 F、C1、Ⅰ等以络合物形式参与成矿物质的搬运，Hg 为高挥发元素，它们能形成更广泛的分散晕，F、C1、Ⅰ、Hg等元素可离开矿化围岩，进入盖层及土壤，而成为远程找矿指示元素；

地球物理模型是以酸性火山岩为主要围岩的白银厂矿床，其矿体与围岩存在明显的密度、电性差异（表4-5），因此具备利用地球物理异常找矿的基本条件。

块状矿体与围岩存在较大的密度差。通过荣克量板进行正演计算（据上表①资料），在折腰山V行矿体上部可产生Δg_max为4.5 mGal异常。若上述矿体埋深加大200 m，只产生Δg_max为1.83mGal的异常。浸染状矿体与酸性火山岩密度差为0.6g／ cm³。因此也可直接利用重力法寻找埋藏很浅的矿体。但铁锰矿石与其密度相当，是其干扰因素。

块状矿石与浸染状矿石电阻率很低、极化率很高，可产生低电阻率、高极化率异常。但黄铁矿化的岩石、含水破碎带、碳质千枚岩等也可产生低电阻率异常；碳质千枚岩、铁锰硅质岩、铁锰矿石等则可产生高极化率异常。可见电法测量存在诸多干扰因素。

由上可知，可以利用常规电法寻找埋藏较浅的矿体。但仍然需要其他方法如重力、化探配合，才可确定电法获得的异常是否为矿致异常，进而综合分析引起异常的矿体空间位置、结构和规模。对于埋藏较深（300 m以下）的隐伏矿体，常规物探基本无效。必须使用分辨力强、探测深度大的高技术、新方法及其组合才能取得找矿成效。本专题研究成果显示，可控源音频大地电磁法（CSAMT）、高精度重力+（钻探验证）大功率充电法组合对于寻找隐伏矿床（体）是行之有效的。

图4-7 折腰山火山喷口型矿床综合信息找矿模型

表4-5 白银矿区及小外围岩、矿石物理参数统计表

图4-8 石青硐火山穹隆斜坡型矿床综合信息找矿模型

综合上述地质-地球化学-地球物理模型的研究结果，建立折腰山火山喷口型矿床综合信息找矿模型，该模型有两套方法组合即埋藏浅的常规方法组合和埋藏深的新技术、新方法组合（图4-7）。

（2）石青硐火山穹隆斜坡型矿床综合信息找矿模型，石青硐矿床成矿元素与折腰山矿床基本相同，只是 Co富集不明显而含较高的 Ba。矿体以浸染状矿为主，矿化引起范围较大的 Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Ba、As等异常。但大而完整的异常分带并不明显，这是由于矿体数量多、单个矿体小而分散所致。

石青硐矿床主要由浸染状矿体组成，其地球物理参数如表4-5。浸染状矿体密度较低，与围岩密度差仅为0.6 g/cm³。通过荣克量板进行正演计算，铜厂沟Ⅱ行主矿体（浸染矿）上部可产生（Δg _max为1.76 mGal异常，其异常1 mGal幅宽为150 m左右。可见用重力法寻找一定规模的浸染矿还是有效的。但石青硐矿床的矿体一般长100～200 m，厚度只有1～4 m，因此还必须利用高精度重力才可能奏效。浸染状矿体可产生高极化、低电阻异常，同样规模较小的浸染状矿体，也只能用高密度电法来寻找矿体或矿体群位置。

浸染状矿体若埋深较大（300 m以下），上述高精度重力或高密度电法找矿效果不明显。只能利用钻探及井中物探法直接寻找矿体。

综上所述，建立针对石青硐型矿床的综合信息找矿模型（图4-8）。