云南东川铜矿成矿特征与找矿方向

张雄，祝新友，姜华 ，吕晓强，王云凤，刘文剑，田犁平，曾瑞垠，肖剑

（1.中色紫金地质勘查（北京）有限责任公司，北京 100012；2.昆明理工大学国土资源工程学院，昆明 650093；3.云南铜业股份有限公司，昆明 650000；4.云南金沙矿业股份有限公司，昆明 654100；5.云南铜业矿产资源勘查开发有限公司，昆明 650041；6.云南省有色地质局三〇六队，昆明 650217；7.中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京 100083）

0 引言

云南东川铜矿是我国最重要的铜矿田之一，自1952年正规勘查以来已有近70年的开发历史。东川铜矿以其独特的成矿地质条件及矿床特征区别于其他类型铜矿，是我国少有的沉积岩容矿的层状超大型铜矿床之一，铜储量390万t，占全国该类矿床铜总储量的约46%（Leach and Song,2019）。以往关于东川铜矿的矿床成因类型，主要有海相喷流沉积（Sedex）型、“沉积-改造”型以及后生热液交代成因（华仁民,1993;龚琳等,1996;邱华宁等,2002;Han et al.,2007;冉崇英和吴鹏,2014）。目前，多数学者认为东川层控铜矿与中非铜矿具有高度相似性，为SSC（Sediment-hosted Stratiform Copper Deposit）矿床（Zhao et al.,2010,2012,2013;高辉等,2012;Huang et al.,2013;刘玄等,2015;祝新友等,2017;Leach and Song,2019;Hayes et al.,2015①）。部分学者研究认为区内铁铜矿床与康滇构造带内发育的基性岩关系密切，将其归属为铁氧化物铜金（IOCG）矿床（Zhao,2010;Zhao and Zhou,2011;Zhao et al.,2013,2017,2019;Zhu and Sun,2013;方维萱等,2013;Zhou et al.,2014；Su et al.,2016）。大量的成矿流体研究显示，东川铜矿具有中低温、中高盐度特征（均一温度109～290℃，盐度10%～35.99%）（龚琳等,1996;叶霖,2004）。初始成矿流体为Na-Ca-C1型及硫酸盐型热卤水，富含有机质（阮惠础等,1988;龚琳等,1996;叶霖,2004）。海相硫酸盐的细菌还原作用、重硫同位素与热化学还原反应为主要硫源（龚琳等,1996;叶霖,2004;Zhao et al.,2012;Huang et al.,2013）。

东川铜矿矿床成因认识的争议，加之目前勘查开发的局限性、矿权分割严重以及一些历史问题等因素，一定程度上制约了对东川铜矿的宏观认识，进而影响勘查开发工作。本文以前人研究成果为基础，结合近几年对东川铜矿成矿规律与找矿预测研究的工作成果，重点阐述东川铜矿成矿特征，探讨其成因机制及下一步找矿方向，以期对东川铜矿找矿勘查工作起到借鉴作用。

1 成矿地质背景

东川铜矿矿集区位于云南昆明市北160 km处，交通便利，矿山建设相对完善。大地构造位于扬子板块西南缘的康滇构造带内（图1a），矿集区东西分别由小江断裂和茂炉断裂所挟持，南以宝九断裂为界，北以金沙江为界，构成东川断陷盆地（图1b）。该区出露地层主要为元古代地层和少量震旦纪陡山沱组地层，赋矿围岩以中元古代东川群为代表（图2），少量矿体发育于陡山沱组中。东川群包括因民组、落雪组、黑山组、青龙山组地层，主要为一套碎屑岩-泥质岩-碳酸盐岩组合的沉积建造，均含铜矿化，在新元古代受到绿片岩相低级变质作用（Zhao et al.,2010）。区内已探明的铜矿床主要有四棵树、一棵树、因民、落雪、石将军、白锡腊、滥泥坪、汤丹等（图1b），矿床受中元古代地层控制，呈“Z”字型展布。此外辉长辉绿岩较为发育，其中因民、滥泥坪、石将军等矿床中辉绿岩脉内见脉状“小而富”矿体。

图1 云南东川铜矿大地构造位置图（a），区域矿产地质图（b）（修改自曾瑞垠等,2020）

2 矿床特征

矿体主要赋存在中元古代东川群内，东川群由老到新包括因民组、落雪组、黑山组和青龙山组。矿体围岩以落雪组白云岩为主，次为因民组铁质砂板岩、黑山组底部炭质板岩和震旦系陡山沱组底部砂质白云岩。赋存在不同岩性段的矿体分别被命名为不同的矿化样式（图2），前人将其归纳为“四楼一梯”模式（龚琳等,1996），即赋存在因民组紫红色砂岩中的“稀矿山式”矿体、赋存在落雪组白云岩中的“东川式”矿体、赋存在黑山组碳质板岩底部的“桃园式”矿体、赋存在震旦系陡山沱组白云岩底部的“滥泥坪式”矿体作为“四层楼”，以及赋存在刺穿体角砾岩中的铜（铁）矿体作为“一梯”，刺穿体角砾岩往往从因民组底部刺穿至上部层位（图2）。

矿体常呈层状、似层状展布，矿石呈脉状、细脉状、浸染状构造（图3）。矿石矿物有黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、磁铁矿、镜铁矿和赤铁矿及少量黄铁矿，在地层垂向上（自下而上）具有辉铜矿-斑铜矿-黄铜矿的矿物分带，局部含少量黄铁矿。矿化组合以铜为主，含钴、银，不同于VMS或Sedex型矿床，很多矿床或矿石中几乎不含铅锌。脉石矿物主要为白云石、少量方解石及石英，矿体和矿石中常含有一定量的富钠矿物，部分矿床普遍发育钠长石化。此外在紫红色砂岩和白云岩接触带，或青灰色白云岩与灰白色白云岩接触部位，褪色化普遍发育，是氧化还原反应的直观表现，并与矿化紧密相关。普遍发育的蚀变还有白云石化、钠长石化，偶见硅化、绿泥石化等。矿体倾角较陡，总体在55°～75°之间，局部倾向反转。

图3 东川铜矿矿石、矿物特征

3 成矿特征

东川铜矿成矿总体表现为以因民组细碎屑岩及不整合面以下汤丹群为基底，以落雪组白云岩及其与碎屑岩接触部位为主要含矿层，以黑山组还原性炭质板岩为盖层，组成东川铜矿含矿建造系统。落雪组砂质白云岩具有良好的渗透性，是矿物沉淀最有利的层位，黑山组炭质板岩具有一定的还原性，同样可以导致硫化物沉淀。由于“滥泥坪式”矿体与下伏东川群内矿体呈不整合接触关系，因此推测其为另外一期成矿事件，其成矿机制可能与东川群内矿床相似，但由于成矿时间跨度大，本文不作讨论。东川群与汤丹群为不整合接触关系，而不整合面是导矿、储矿的良好场所,很多矿床存在于不整合面或不整合面附近（李朝阳等,2004）。

矿区断裂构造发育，主要表现为横向斜交地层小规模断层，也发育较大规模多产状断层，大多为破矿断层，也不乏成矿期容矿断层。在坑道地质填图工作中发现，矿化强度较强的部位，往往发育高角度斜交地层、受断层控制的含矿热液脉（图4），本文将此类横向脉体系列称之为成矿供给系统。脉体两侧低角度斜交层理或平行于层理的侧向脉体称为沉淀系统。需要指出的是两个系统并非切穿关系，而是相互贯通关系。

供给系统的主要特征为与地层高角度斜交，两侧利于成矿的岩性中往往具有脉状、浸染状铜矿化（图5b,c），脉体常发育原生铜硫化物，脉石矿物从因民组底部的钠长石+白云石脉转为落雪组的石英+白云石±钠长石脉，矿石矿物从底部黄铁矿+黄铜矿变为黄铜矿+斑铜矿±辉铜矿。宏观上供给系统可以贯通有利成矿层位，如落雪组和黑山组底部，因此东川铜矿显示出明显的多层位成矿特征（图4）。沉淀系统主要为具有良好渗透性的砂质层或硅钙面，如“东川式”矿体中典型的马尾丝构造（图5a），其主要特征为含矿脉体与主脉供给系统贯通，并与主脉呈一定角度斜交，主脉与侧向脉中矿物有过渡特征，并且侧向脉体中铜硫化物逐渐尖灭（图5a）。

图4 汤丹铜矿1770中段2#～ 4#绕道供给系统示意图（曾瑞垠等,2020）

图5 “东川式”矿体马尾丝构造矿石形态及矿物分布图

4 讨论

4.1 矿床成因机制

东川铜矿矿石构造主要呈脉状、细脉状、浸染状，成矿元素主要为Cu、Fe和少量Co，伴生有Ag和极少量Au，而Pb、Zn含量几乎近于或低于克拉克值，围岩蚀变中普遍发育的褪色化与铜矿化正相关，表明Cu矿化与热液蚀变直接相关，由此可以看出东川铜矿典型的成矿特征并非同生成矿机制可以解释，相反，不论从矿石结构构造、矿物组合、成矿元素以及多层位成矿特征来看，东川铜矿更多的显示出后生成因特征。尤其以赤铁矿-辉铜矿-斑铜矿-黄铜矿这样的矿物组合为特征，东川铜矿类似于典型的砂岩型铜矿成矿机制，只是其赋矿围岩多为滨海相紫色碎屑岩和碳酸盐岩，可以归纳为海相砂岩型铜矿。事实上，中非铜矿带、阿富汗安纳克铜矿与东川铜矿具有高度可比性，前人也对此进行了报道，指出东川铜矿与赞比亚穆富里拉铜矿床、阿富汗安纳克铜矿床成矿地质特征相似，成因类型相同，不同之处仅在于前者属于中元古代浅水碳酸盐湖坪沉积相沉积环境，后两者为新元古代陆内裂谷成矿，属泻湖-三角洲沉积相沉积环境（高辉等,2012）。此外，东川铜矿和中非铜矿带、阿富汗铜矿带与超级古大陆事件在时间上有很好的耦合性，元古宙—古生代出现的缺氧事件导致的巨量金属堆积对海相砂岩型铜矿床起到了重要的控制作用（高辉等,2012）。

东川铜矿的成矿机制与盆地卤水活动紧密相关，诸多证据如硬石膏假晶（龚琳等,1996）、电气石硼同位素数据（苏治坤和赵新福,2015;Su et al.,2016）等均显示因民组存在较厚的膏岩层，膏盐层的溶解导致流体系统盐度增高，更利于金属离子的迁移，同时因民铜矿发现的刺穿体角砾岩与膏盐层的溶解底辟作用直接相关，角砾岩压实作用之前的高孔隙度同样是很好的容矿空间，这也是在因民铜矿床和石将军铜矿床发育角砾岩型矿体的原因之一。高角度断层供给系统为流体提供了良好的运移通道，高渗透率砂质白云岩及砂岩是硫化物良好的沉淀空间，黑山组炭质板岩既作为良好的封闭层，也能起到还原作用。

4.2 找矿勘查建议

以碎屑沉积岩和不整合面构成的基底、高渗透率砂质白云岩为主的赋矿围岩、相对还原性的碳质板岩为封闭盖层构成了该区最基本的成矿地质条件，供给系统贯穿含矿建造，是重要的导矿、容矿构造，以此为基础，加之褪色化、白云石化和钠长石化等明显的蚀变，是该类型铜矿重要的找矿标志。

结合东川铜矿多数矿床现有生产勘查实际情况，应当注重新层位找矿潜力，如因民铜矿落雪组二段及黑山组底部、滥泥坪铜矿落雪组二段及因民组二段，这些层位均未有足够的工程控制。事实上，区域内如紧邻因民铜矿的落雪铜矿、一棵树、四棵树铜矿均已在上述层位实现找矿突破（杨金福等,2017）。此外，辉绿岩在该区域成矿潜力具有局限性，不建议投入过多工作量。当然，落雪组一段深部仍未控边，依然是就矿找矿的重点方向。

5 结论

（1）东川铜矿含矿建造以下伏不整合面为基底，以炭质板岩为盖层，以砂质白云岩和碎屑岩为容矿围岩为整个系统，高角度断层为供给系统，盆地卤水活动为成矿流体主要驱动、迁移机制。

（2）东川铜矿为后生成因矿床，其成矿机制与盆地卤水活动紧密相关，为海相砂岩型铜矿或沉积岩容矿的层状铜矿（SSC）。

（3）东川铜矿仍具有较大找矿潜力，应对新层位找矿予以重视，特别是对落雪组二段和黑山组底部的找矿勘查工作。

注 释

①Hayes TS,Cox DP,Piatak NM,Seal A.2015.Sediment-hosted stratabound copper deposit model[R].U.S.Geological Survey Scientific Investigations Report,1-147.