browns是什么意思wns在线翻译读音例句

第３０卷第３期

２０１１年９月

世界地质

ＧＬＯＢＡＬ ＧＥＯＬＯＧＹ

Ｖｏ１．３０ ＮＯ．３

Ｓｅｐｔ．２０１１

文章编号：１００４—５５８９（２０１１）０３—０３２３一ｌ２

沉积岩容矿的层状铜矿床成因

以澳大利亚布朗斯（ＢｒｏｗｎｓＪ铜多金属矿床为例

夏浩东 ，王明艳 ，邓会娟

１．国土资源实物地质资料中心，河北三河０６５２０１；２．湖南有色金属控股集团矿产资源部，长沙４１００１５

摘要：以澳大利亚布朗斯ｃｕ多金属矿床为例，研究了该矿床的地质与地球化学特征，认为该矿床是

在“饥饿”沉积阶段富集了ｃｕ、Ｐｂ、ｚｎ等金属元素，在后期盆地卤水作用下形成矿化的一个“沉积

一改造”矿床。在此基础上，对比分析了赞比亚铜矿带、波兰Ｋｕｐｆｅｒｓｈｉｅｒｆｅｒ铜矿带和中国云南东川铜

矿床，总结了该类铜矿床成矿的一般规律，认为该类矿床的金属物质一般来源于下伏红层／风化基底；

ｓ一般来自于蒸发岩和黑色页岩，个别矿床古油气藏也提供了Ｓ源；成矿流体为中一高盐度、中温的

氧化性盆地卤水，成矿物质主要以络合物（ＣｕＣ１３）的方式运移，流体驱动动力一般是区域性构造运

动，放射性衰变生热和盐丘底劈也能够导致流体运移；金属矿物沉淀的主要机理是还原反应，主要还

原剂是原地有机质；在盆地演化过程中，成矿金属元素在氧化还原界面上与ｓ结合沉淀析出，形成矿

化。

关键词：沉积岩容矿；铜矿床；矿床成因；布朗斯；澳大利亚

中图分类号：Ｐ６１８．４１ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４－５５８９．２０１１．０３．００２

Ｇｅｎｅｓｉｓ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ ｒｏｃｋ－ｈｏｓｔｅｄ ｓｔｒａｔｉｆｏｒｍ ｃｏｐｐｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔ

—ａ ｃａｓｅ ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｂｒｏｗｎｓ Ｃｕ－ｐｏｌｙｍｅｔａｌｌｉｃ ｄｅｐｏｓｉｔ，Ａｕｓｔｒａｌｉａ

ＸＩＡ Ｈａｏ—ｄｏｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｍｉｎｇ．ｙａｎ ，ＤＥＮＧ Ｈｕｉ－ｊｕａｎ

Ｊ．Ｃｏｒｅｓ＆Ｓａｍｐｌｅｓ Ｃｅｎｔｒｅ ＆Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＣＧＳ，Ｓａｎｈｅ ０６５２０１，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ；

２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆＭｉｎｅｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｈｕｎａｎ Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｓ Ｈｏｌｄｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００１５，Ｃｈｉｎａ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ Ｂｒｏｗｎｓ Ｃｕ－ｐｏｌｙｍｅｔａｌｌｉｃ ｄｅｐｏｓｉｔ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒｓ ｓｔｕｄｙ ｉｔｓ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｇｅｏ—

ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｉｔ ｉｓ ｂｅｌｉｅｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ Ｃｕ，Ｐｂ ａｎｄ Ｚｎ ｗｅｒｅ ｅｎｒｉｃｈｅｄ ｄｕｒｉｎｇ”ｈｕｎｇｅｒｙ”ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ，

ａｎｄ ｆｏｒｍｅｄ ａ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ—ｒｅｆｏｒｍｅｄ ｄｅｐｏｓｉｔ ｍｉｎｅｒａｌｉｚｅｄ ｂｙ ｂｒｉｎｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌａｔｅｒ ｂａｓｉｎｓ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒｓ

ｃｏｎｃｌｕｄｅ ｔｈｅ ｍｅｔａｌｌｏｇｅｎｉｃ ｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｉｓ ｋｉｎｄ ｏｆ Ｃｕ ｄｅｐｏｓｉｔ ｂｙ ｃｏｎｓｔｒａｓｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｚａｎｂｉａｎ ｃｏｐｐｅｒ ｂｅｌｔ（ＺＣＢ），

Ｋｕｐｆｅｒｓｃｈｉｅｆｅｒ ｃｏｐｐｅｒ ｂｅｌｔ ｉｎ Ｐｏｌａｎｄ，ａｎｄ Ｄｏｎｇｃｈｕａｎ ｃｏｐｐｅｒ ｂｅｌｔ ｉｎ Ｙｕｎｎａｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ．Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅ—

ｔａｌｌｉｃ ｍｉｎｅｒａｌｓ ａｒｅ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｓｏｕｒｃｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ ｒｅｄ—ｂｅｄ ａｎｄ ｗｅａｔｈｅｒｅｄ ｂａｓｅｍｅｎｔ；ｔｈｅ ｓｕｌｆｕｒ ｉｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ

ｅｖａｐｏｒｉｔｅ ａｎｄ ｂｌａｃｋ ｓｈａｌｅ／ｍｕｄｓｔｏｎｅ，ａｎｄ ｒａｒｅｌｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｎｃｉｅｎｔ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ．Ｔｈｅ ｍｅｔａｌｌｏｇｅｎｉｃ ｆｌｕｉｄ ａｒｅ

ｍｉｄ—ｈｉｇｈ ｓａｌｉｎｉｔｙ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｅ ｏｘｉｄｉｚｅｄ ｂａｓｉｎ ｂｒｉｎｅ．Ｔｈｅ ｍｅｔａｌｌｏｇｅｎｉｃ ｍｉｎｅｒａｌｓ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｍａｉｎｌｙ ａｓ

Ｃ１一ｃｏｍｐｌｅｘ（ＣｕＣ１３－），ａｎｄ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｆｌｕｉｄ ｆｌｏｗ ａｒｅ ｔｅｃｔｏｎｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｙ，ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｈｅａｔ ａｎｄ ｓａｌｔ ｄｉａｐｉｒ ｃａｎ ａｌｓｏ

收稿日期：２０１１－０４—１２；改回日期：２０１ｌ－０６－１０

基金项目：国土资源部“２００８年度境外矿产资源风险勘探财政补贴”项目、国家科技攻关计划课题（２００３ＢＡ６１２Ａ一０５）和国家自然科学

基金资助项目（４１００２０２７）联合资助．

世界地质 第３０卷

ｌｅａｄ ｔｏ ｆｌｕｉｄ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ．Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｍｉｎｅｒａｌｓ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ

，

ａｎｄ ｉｎ—ｓｉｔｕ ｏｒｇａｎｉｃ

ｍａｔｔｅｒ ｉｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ａｇｅｎｔ．Ｔｈｅ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｍｉｎｅｒａｌｓ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ Ｓ ａｎｄ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｅｄ ｏｎ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ—ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ

ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ａｎｄ ｍｉｎｅｒａｌｉｚｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｂａｓｉｎ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ ｒｏｃｋ—ｈｏｓｔｅｄ；ｃｏｐｐｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔ；ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ ｇｅｎｅｓｉｓ；Ｂｒｏｗｎｓ；Ａｕｓｔｒａｌｉａ

０ 引言

沉积岩容矿的层状铜矿床（Ｓｅｄｉｍｅｎｔ—ｈｏｓｔｅｄ

Ｓｔｒａｔｉｆｏｒｍ Ｃｏｐｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｓ）因其品位高、储量大，

伴生有巨大经济价值的ｃｏ、Ａｇ、ＰＧＥ等元素，一

直是矿床学家研究的重点ｌ２ Ｊ。世界上层状铜矿床

的资源量仅次于斑岩铜矿，是工业界找矿勘探的重

点。

对沉积岩系中的层状铜矿床研究由来已久，因

其成因复杂、争议很大，长期存在着“同生”和

“后生”两种观点的争论 。尤其是在研究德国

和波兰Ｋｕｐｆｅｒｓｃｈｉｅｆｅｒ盆地的铜矿床过程中，发现

了同生沉积构造及原生矿化，还存在黄铁矿被后期

黄铜矿交代及大范围蚀变的现象 ；在研究赞比

亚铜矿带的过程中，证明了大规模卤水运移的痕

迹，Ｋ化和Ｎａ化与铜矿化的关系等现象 ，种种

迹象表明，该类矿床具有成矿物质多来源、成矿多

期次等特点。

华仁民将层状铜矿床归纳为３种成因 ｊ，即

“沉乖只．成岩”、“沉积－喷气”和“沉积＿改造”，并

讨论了它们的不同特征和机制以及三者之间的相互

关系。“沉积＿喷气”成因的铜矿床一般归为Ｓｅｄｅｘ

型，该类矿床的成矿模式已有较成熟的研究 Ｊ，

是一个单独的类别，不在本文探讨范围内；“沉积

一成岩”成因的典型铜矿床目前发现的较少、规

模较小、争论较多，也不是本文讨论的重点。

涂光炽等对“沉积＿改造”型矿床有明确的定

义。川，并对成矿物质来源、流体性质、容矿岩

石的多样性等进行了详细阐述，尤其强调了断裂构

造在流体运移中的重要性。冉崇英等 在对滇中

大姚一牟定式砂岩铜矿研究的基础上，在强调

“沉积一改造”型矿床的基本特征外，还明确了

“改造成矿作用”的上下时限。

Ｋｉｒｋｈａｍ等人 分析此类矿床在全球的分布规

律及资源量，指出沉积岩容矿的铜矿床是仅次于斑

岩型铜矿的矿床类型，具有巨大经济价值；Ｂｒｏｗｎ

分析了该类矿床的分类和命名，重点阐述了古地理

位置对形成矿床的控制作用 ，Ｈ．２ ；Ｈｉｔｚｍａｎ等

人 详细论述了该类矿床的主要特征，认为矿床

的发展是随着盆地演化进行的，重点指出沉积的金

属矿物不仅取决于金属元素量的大小，还取决于还

原剂的多少，同时指出古油气藏是一种可能的还原

剂并提供硫元素，他认为蒸发岩和富含有机质的页

岩、泥岩是形成该类矿床的必要条件，蒸发岩和泥

岩提供了一部分还原剂；Ｓｅｌｌｅｙ等人 在详细地分

析赞比亚铜矿带矿化和蚀变的基础上，提出该铜矿

带经历了大规模的卤水活动，Ｋ和Ｎａ蚀变与铜矿

化密切相关；Ｋｏｚｉｙ等人 通过数值模拟，认为高

盐度的卤水在上部有封闭层的情况下，可以穿透红

层循环到结晶基底，萃取其中的金属元素，在上部

形成矿化。

中国云南东川铜矿是一个研究程度较高的沉积

岩容矿的铜矿床，冉崇英 在研究东川铜矿床过

程中，认为其成矿地质条件主要是矿源层、藻礁和

储矿层，并归纳了“红层汲取．藻控成岩成矿＿构造

富集”的成矿模式；华仁民、阮惠础等人 在

研究东川铜矿碳、氧同位素、矿化特征等基础上，

总结了东川铜矿的“沉积一改造”成因，提出了

“红层预集一改造热液转移一藻白云岩成矿”的模式；

高坪仙 在探讨铜元素活化的基础上，提出红层

是一个有效勘查此类矿床的找矿标志；李峰等

人 在研究中国云南兰坪一思茅盆地中铜矿成矿

规律过程中，认为区内铜矿床可以分为３个成因类

型，即沉积型、沉积＿改造型和改造型，其中改造

成矿是区内最主要的成矿过程；胡煜昭等人 对

楚雄盆地六苴铜矿含矿岩系沉积演化、成矿时代及

成矿深度进行了研究，认为成矿作用经历了成岩和

改造两个阶段；刘继顺等人＿２ 通过对东川矿田岩

石学、矿物学和地球化学的研究，提出了成矿物质

主要来自于地球深部，建立了东川铜矿的喷流沉积

成矿机制；杨牧和彭省临 探讨了扬子地台型铜

成矿作用，认为地台阶段形成的矿床都遭受了后期

热液作用的叠加和改造，使矿床发生叠加富化或者

改造富化；针对成矿流体在成矿过程中的作用，刘

第３期 夏浩东王明艳等：沉积岩容矿的层状铜矿床成因 ３２５

建明 从沉积盆地动力学的角度，分析了成矿流

体与成矿的关系，认为沉积盆地内油气成藏和金属

矿藏是有机联系的，含油气流体在金属矿化过程中

起到了重要作用；刘家军等人 注意到了盐类在

金属成矿过程中的作用，不仅提高了流体萃取金属

物质的能力，而且在金属的活化、迁移和沉淀过程

中也具有重要意义。

笔者以澳大利亚北领地布朗斯（Ｂｒｏｗｎｓ）铜

多金属矿床为例，通过对比分析其他典型“沉积＿

改造”型铜矿床，来探讨矿床的物质来源、流体

运移、流体驱动机制及成矿模式等规律，以期提高

对此类矿床认识。

１布朗斯（Ｂｒｏｗｎｓ）铜多金属矿床地质与

地球化学特征

布朗斯矿床位于澳大利亚北领地首府达尔文市

南约８０ ｋｍ处的白奇洛（Ｂａｔｃｈｅｌｏｒ）镇附近，处于

北澳克拉通Ｐｉｎｅ Ｃｒｅｅｋ造山带北西端拉姆丛林

（Ｒｕｍ Ｊｕｎｇｌｅ）成矿带（图１）。

１．１矿床地质特征

布朗斯矿床地层简单，主要出露地层是Ｃｏｏｍ．

ａｌｉｅ组白云岩和Ｗｈｉｔｅｓ组页岩，矿床北东部出露有

Ｇｅｌｓｅｅ组泥岩。矿化产出在Ｗｈｉｔｅｓ组页岩中，距

下伏白云岩约３０—４０ Ｉｎ。 ‘

整个矿床只发现一条层状矿体，处于Ｆ２向斜

的北西翼。 向斜被Ｇｉａｎｔ Ｒｅｅｆ大断裂的次级断裂

局部错断。截止目前，通过钻孔揭露，已经控制了

长约２ ５００ ｉｎ、厚４０ Ｉｎ、延深超过２５０ ｍ的铜多金

属矿体。矿体走向北东东，倾向南东，上部１５～

４０ ｉｎ为氧化矿，下部为原生矿，氧化矿和原生矿

界限明显，过渡带一般１ ｍ厚，很少超过２ ｍ。原

生矿体呈层状产出，连续性好，产状上缓下陡。近

地表处倾角约４０。；但到地表下５０ ｉｎ处，因为紧

闭向斜作用，倾角变陡为７５。～８５。。

通过矿体系统测试分析ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ和Ｐｂ元

素，发现矿体具有不明显的分带性。矿体的东部和

下部Ｃｕ相对富集，西部和上部Ｐｂ相对富集。Ｃｏ

和Ｎｊ在空间上没有明显的分带现象，但Ｃｏ和Ｎｉ

之间呈正相关关系（ｒ２：０．９９），Ｃｏ／Ｎｉ＞１，而与

Ｃｕ和Ｐｂ没有明显的相关性。

布朗斯矿床主要矿石矿物有硫钴镍矿、黄铁

矿、方铅矿、黄铜矿、白铁矿和闪锌矿等；次要矿

１２。

００

１４。

ｌ ５

４Ｎ

０ ５０ｋｍ

生代

医 －囝ｚ ， 圈ｓ田ａ

１．断层；２．中生代沉积盖层；３．古生代基底；４．Ｐｉｎｅ Ｃｒｅｅｋ造山

带；５．拉姆丛林花岗岩体；６．布朗斯矿床

图１布朗斯矿床所在大地构造位置简图（据澳大利亚

北领地地质调查局（ＮＴＧＳ）修改，２００４）

ｎ昏１ Ｌ￣ｆｉｏｎ ｍａｐ ｏｆ Ｂｒｏｗｎｓ ｄｅｐｏｓｉｔ

石矿物有辉铜矿、辉钼矿、水磷铝铅矿、雌黄铁矿

和辉钴矿等；脉石矿物主要为石英、高岭石、碳酸

盐和黑云母等。矿石矿物颗粒非常细小，单个直径

＜５０ ｔｘｍ。

根据矿石构造，可将矿石分为顺层细粒纹层状

和穿层脉状矿化两种，且以前者矿化为主，具典型

的沉积层控特征，即铜矿物主要呈微小颗粒（大

多＜０．０５ ｍｍ）细纹层状分散于页岩中；较粗的黄

铜矿、方铅矿颗粒形成脉状构造。矿石的主要结构

有结晶粒状结构和交代结构，前者主要是黄铁矿、

方铅矿，呈自形晶结构；后者为方铅矿交代早期的

黄铁矿、黄铜矿和闪锌矿。黄铁矿和硫钴镍矿呈带

状、斑状富集在先期形成的黄铜矿颗粒内部。这些

结构和构造特征反映了主要矿物由多期矿化作用形

成。

１．２地球化学特征

布朗斯矿床含矿层主要金属含量平均为ｃｏ：

２ ３３２．８１０一 、Ｃｕ：１０ ４６６１０一 、Ｎｉ：１ ８５隐天蔽日 ０

１Ｏ一、Ｐｂ：３ ５６１６．５１０ Ｉ；而围岩为Ｃｏ：７９．５

ｌ０—６

、

Ｃｕ：４９．２１０一、Ｎｉ： １３６．８１０＿。。、Ｐｂ：

一

一

３２６ 世界地质 第３０卷

４６．４１０。。。；含矿层相对于矿化围岩的富集系数分

别为：钴２９．３、铜２１２．７、镍１３．５和铅７６７．６。

ＥＲＥＥ含量变化范围为１４．８２１０～～２３２．４８

１０～，平均值为１０１．８９ｉ０一；ＬＲＥＥ／ＨＲＥＥ变

化范围为１．７６一ｌ６．７５，平均值为８．Ｏ０；（Ｌａ／Ｓｍ）

平均值为３．３２，（Ｇｄ／Ｙｂ） 平均值为１．１９，（Ｌａ／／

Ｌｕ） 平均值为８．０６；轻稀土元素相对富集，组内

分异作用较明显，而重稀土元素组内部分异作用不

明显，轻重稀土元素之间分异作用不明显。

王明艳 计算了布朗斯矿床中Ｅｕ异常系

数，８Ｅｕ为弱的负异常（０．５６～１．０３，平均为

０．８２５）；８Ｃｅ＝１．Ｏ１，黑色页岩具有微弱的Ｅｕ负

异常，说明属正常海水沉积；Ｃｅ基本无异常，反

映本区的热水沉积作用不明显 ｊ。

Ｈｏｇｄａｈｌ等 通过对海相沉积物中Ｌａ—Ｃｅ之・．

问关系的研究认为，ｃｅ在不同的沉积环境及氧化，

还原条件下富集程度不同，古代海水的Ｌａ／Ｃｅ比

值为２．８，Ｃｅ表现出相对Ｌａ亏损；而Ｆｅ—Ｍｎ热水

成因的沉积物中，Ｃｅ表现出相对Ｌａ富集，Ｌａｆ．Ｃｅ

比值通常＜１。布朗斯矿床中，Ｌａ／Ｃｅ比值为１．１２

～１６．７２，平均值为３．５７，均＞１，说明属正常海，

水沉积。

Ｕ／Ｔｈ比值常被用来判断正常海水和非正常海

水沉积环境。Ｂｏｓｔｒｏｍ和Ｒｏｎａ等人 的研究表，

明，热水沉积形成的沉积物Ｕ／Ｔｈ比值往往＞１，

而正常海洋沉积物的Ｕ／Ｔｈ比值往往＜１。在布朗

斯无矿化的黑色页岩和矿化层中绝大多数＜１（Ｕ／

Ｔｈ＝０．２３６～２．２３，平均０．６９５，１３个样品中有１１

个样品的Ｕ／Ｔｈ比值＜１），明显比典型热水沉积物

的Ｕ／Ｔｈ比值小。布朗斯矿床的Ｕ／Ｔｈ比值绝大多

数＜１，也说明主要是正常海水沉积 ， 。

方铅矿、黄铁矿和黄铜矿的硫同位素组成分析

结果显示，８弘ｓ值为一５．２１ Ｘ １０～～ｌ４．７８１０～。

从同位素直方图来看（图略），８ Ｓ的范围较大，

为一５．２１ ｘ １０～～ｌ４．７８１０～，平均值为２．３２

１０～。从硫同位素出现的频率统计来看，６ Ｓ主要

集中于一５．２１１０一 ～一２．４９１０一 、０１０一 ～４

１０一 、８１０一 ～１０１０一。

、

１３．４６６１０一 ～

ｌ４．７８ Ｘ １０ 四个区带内，且一５．２１１０～ ～一

２．４９１０ 占很大比重。有５个样品的８ Ｓ值为５

１０一～１５１０～，所有样品６ＭＳ均＜１５１０～。

从硫同位素组成看，生物成因硫占一定比例，后期

可能有细菌还原硫酸盐成因的硫参与成矿作

用［２７，２８］。凤凰台上凤凰游灯谜

在布朗斯矿床富矿岩层中，碳的含量为

１．０７％～７．５１％，平均为４．７％。Ｆｏｓｔｅｒ 报道了

在Ｐｉｎｅ Ｃｒｅｅｋ造山带内黑色页岩有机碳的含量为

１．５０％一８．８７％；ＭｃＣｒｅａｄｙ等 研究表明，该矿

床中有机碳主要以３种方式赋存：炭质纹层、矿物

颗粒表面的炭质及后期迁移进入的炭质，其中以纹

层状为主，与白铁矿密切共生。纹层呈极薄的、不

连续的条带状或者束状。无论是含矿层还是赋矿围

岩，ＣＯ 的含量都很少，一般＜０．２％；有机质主

要以干酪根的方式存在。黑色岩系为富有机质的沉

积岩层，富含多种形态硫是其显著的特点之一。因

此通过对硫和碳的分析，可以为讨论矿床成因提供

重要的基础信息。布朗斯矿床中有机碳含量与矿体

中Ｓ的含量具有明显的正相关关系（ｒ＝０．７５）。将

Ｓ含量和有机碳含量投影到Ｌｅｖｅｎｔｈａｌ总结的Ｃ—Ｓ

关系图上（图略） ，表明该矿床主要沉积于还原

环境下；有机碳含量与Ｓ具有明显的正相关关系，

从一个侧面说明有大部分的ｓ来源于生物降解硫酸

盐［２７，２８ １。

２典型矿床分析与对比

赞比亚铜矿带（Ｚａｎｂｉａｎ Ｃｏｐｐｅｒ Ｂｅｌｔ，ＺＣＢ）、

德国和波兰境内的Ｋｕｐｆｅｒｓｃｈｉｅｆｅｒ盆地内的铜矿床

和中国云南东川铜矿带与布朗斯类似，是产于沉积

岩系中的“沉积＿改造”型铜矿床。这些矿床具有

相似的特点：都产于陆内裂谷盆地的沉积岩系中，

盆地内的沉积序列都有完整的沉积旋回，矿化一般

产于页岩／泥岩的底部；矿体呈层状产出，产状稳

定，厚度几十米，伸展几百米至几千米；矿石既有

明显的同生沉积特征又有显著的后生改造痕迹，矿

化具有规律的分带现象；一般都可通过地质填图发

现有明显的区域性蚀变现象；地球化学特征类似

等。

将布朗斯、赞比亚铜矿带、Ｋｕｐｆｅｒｓｃｈｉｅｆｅｒ盆地

中铜矿床及中国云南东川铜矿床的主要特征归纳如

表１。

第３期 夏浩东王明艳等：沉积岩容矿的层状铜矿床成因 ３２７

表１布朗斯铜多金属矿床与其他典型层状铜多金属矿床特征对比

Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｂｒｏｗｎｓ Ｃｕ－ｐｏｌｙｍｅｔａｌｌｉｃ ｄｅｐｏｓｉｔ ｗｉｔｈ ｏｔｈｅｒ ｔｙｐｉｃａｌ ｌａｙｅｒｅｄ Ｃｕ－ｐｏｌｙｍｅｔａｌｌｉｃ ｄｅｐｏｓｉｔｓ

３成因探讨

３．１成矿物质来源

该类矿床中的成矿金属物质来源，主要取决于

沉积过程中的沉积响应。一般产出有铜矿床的沉积

盆地，都有一层或者多层红层沉积，这些红层的厚

度一般较大，如在布朗斯矿床中的Ｃｒａｔｅｒ组砾岩厚

度＞５００ ｍ，赞比亚铜矿带中红层厚度一般２００～

３００ ｍ ，局部厚度＞１ ０００ ｍ，Ｋｕｐｆｅｒｓｃｈｉｅｆｅｒ盆地

中平均沉积了６００ ｍ厚的下Ｒｏｔｌｉｅｇｅｎｄｅｓ组红层 ，

云南东川铜矿床中因民组砂岩最大厚度是

１ ３００ ｍ Ｌｌ

。这些红层沉积物颗粒较粗，孔隙率和

渗透率较大，成矿流体可以自由流动并萃取其中的

金属元素。同时，风化的基底具有良好的渗透率，

成矿流体容易通过，也能够提供部分金属物质来

源。

Ｈｉｔｚｍａｎ等人 曾经计算过，形成如美国

Ｗｈｉｔｅ Ｐｉｎｅ铜矿床，需要从下伏每吨红层地层中萃

取５．４ ｇ铜元素，而形成Ｋｕｐｆｅｒｓｃｈｉｅｆｅｒ盆地中的铜

矿床，需要从Ｒｏｔｅｌｉｅｇｅｎｄｅｓ地层中萃取８．５ ｇ铜元

素。在布朗斯矿床中，据Ｌａｌｌｙ等人＿３ 分析，Ｃｒａ—

ｔｅｒ组地层中铜含量为３７１０一；中国云南东川地

区因民组地层中铜含量为１３０１０一～３００

’１０ Ｌ１

。这说明，在流体运移过程中，对红层进

３２８ 世界地质 第３０卷

行铜元素萃取作用，是可以实现的，红层中的铜含

量也支撑这种比例的萃取作用。

关于该类矿床中Ｓ的来源，Ｈｉｔｚｍａｎ等 总结

了４种可能：①海水、泻湖和蒸发卤水中的硫酸

盐；②成岩过程中形成的硫化物；③蒸发岩溶解

形成的卤水；④油气藏中的Ｈ Ｓ。鉴于在布朗斯

矿床、Ｋｕｐｆｅｒｓｃｈｉｅｆｅｒ盆地和赞比亚铜矿带中都发现

了’相当厚度含有硫酸盐的蒸发岩地层 ，溶解

蒸发岩形成的卤水可能是形成铜矿床最主要的ｓ来

源，而作为封闭层的页岩、泥岩也提供了一部分

ｓ。油气藏中Ｈ：ｓ作为ｓ来源的直接报道较少，只

能根据Ｓ同位素进行推测。

３．２成矿流体性质

对东川矿床的研究表明。。 ，成矿流体主要来

源于落雪组和过渡层本身，以沉积物中的间隙水、

薄膜水、吸附水和结晶水等形式存在，其本质上还

是海水，没有岩浆水的加入。谭凯旋等人＿３ 在研

究川西盆地二叠系页岩铜矿床过程中，通过流体动

力学分析计算，认为形成一个１９．４万ｔ的铜矿床，

在２５％的孔隙度情况下（实际情况可能是孔隙度

远＜２５％），流体量是３１０ ｍ ；由此可见，形成

此类铜矿床需要巨量的成矿流体，经历漫长时间。

而流体的性质直接决定了流体萃取和运移金属物质

的能力，盐度和温度是影响流体萃取和携带金属元

素能力的主要因素 。

布朗斯矿床中成矿流体包裹体研究表明＿２ ，

成矿流体含有较多的ＣＨ ，包裹体的盐度较高，ｔｏ

（ＮａＣｌｅｑ）＞２３％，温度为１２０ｏＣ～１７０℃。对中非

铜矿带包裹体的最新研究显示 ，流体包裹体可

分为两种类型：①两相（液一气）：白云石或石英

内的小颗粒包裹体，含自由二氧化碳，形成温度约

为７０℃，盐度ｔｏ（ＮａＣｌｅｑ）为７％～１０％；②三相

（固一液一气）：蜂窝状硅质白云岩中白云石晶粒

内的包裹体有三种固相子矿物（氯化钠、氯化钾

和硫酸钙），并含有二氧化碳，其形成温度＞２００

℃，盐度 （ＮａＣｌｅｑ）约为４０％。低温低盐度流体

可能是早期成岩卤水，而高温高盐度流体则可能来

源于后期区域变质事件。高盐度的卤水，一般以富

氯贫硫为特征，能够提高流体对成矿元素的萃取和

运移能力，对成矿有利。流体在流经红层的过程

中，因为红层中含有较多的氧化矿物，成矿流体的

性质一般是氧化性的。

红层、蒸发岩和泥页岩之间的相互关系，可以

简单地总结成三种（图２）：蒸发岩在红层中，上

部是泥页岩作为封闭层；蒸发岩在红层的上部，顶

部是泥页岩；蒸发岩在红层的下部，泥页岩作为封

搴层在上部。在后两种情况下，断裂在沟通流体循

环的过程中起到了通道作用。

３．３金属元素运移机制

尽管在成矿流体中，Ｃｕ元素可以多种形式存

在，如ＣｕＳＯ 、Ｃｕ（ＯＨ） 等，但是主要还是以

铜氯络合物（ＣｕＣ１３－）的形式存在 。Ｈａｙｅｓｌ４ 通

过试验分析，认为在成矿流体中，以铜氯络合物方

式存在的铜离子浓度可以达到３５１０～～１００

１０～，并且络合物能够在比较广的ｐＨ值（３～９）

范围内保持稳定而不被破坏。在Ｒｏｓｅ提出的Ｅｈ—

ｐＨ相图中，铜氯络合物的稳定范围和赤铁矿的稳

定范围在很大范围内都重合，这说明在成矿流体流

经红层、砾岩层的过程中，ｓ元素主要是以ＳＯ：一

的形式存在，而不是以Ｈ ｓ或者ＨＳ一形式存在。

布朗斯矿床和赞比亚铜矿带中流体包裹体中含有较

高的Ｃｌ一并含有硫酸钙子晶 ，也从另外一

个侧面说明了成矿流体中ｃｕ元素主要是以铜氯络

合物的方式进行运移。

３．４流体驱动机制

沉积过程中的压实作用、地貌高差、地温梯

度、异常高压、地下水补给、做射性衰变放热、构

造运动、盐丘底劈、岩浆活动等都可以导致地下流

体的大规模运移，而无论是哪一种情况，都必须存

在孔隙率和渗透率的差异，这样才会存在驱动流体

运移的势能差。在沉积盆地中，底部的红层一般是

粗粒的砾岩、砂砾岩和砂岩等碎屑岩，上部的页

岩、泥岩和膏岩的孔隙率和渗透率都很低，构成封

闭层，如果下伏粗碎屑岩中因为温度／盐度的原因

引起局部势能差异，也能够使流体在沉积层序内循

环。

Ｈｉ．ｍａｎ等人 把沉积盆地内的流体系统分为

两大体系，即开放体系和封闭体系。他认为在开放

体系中，通过外来流体补给作用，可以驱动流体的

运移；而在封闭体系中，必须有额外的动力来驱动

流体。在Ｋｕｐｆｅｒｓｃｈｉｅｆｅｒ盆地中，流体的运移被认

为是与晚二叠世的伸展运动有关 ，盐丘底劈作

用在该区域也有发现（图３）；区域上的伸展运动

也为中非铜矿带的流体运移提供了驱动力川。在

世界地质 第３０卷

３．５金属矿物沉淀机制

已有研究表明，因为成矿流体一般是氧化性

的，金属元素主要以络合物的方式运移，导致流体

中金属沉淀，形成矿床的最主要因素是还原作

用 ，其还原剂一般有３种：原地的有机质、原

地或者运移的油气以及先期已经存在的硫化物

（主要是黄铁矿以及Ｈ，Ｓ）。

布朗斯矿床中，有机碳的含量为１．０７％～

７．５１％，平均为４．７％，流体包裹体中含有较高的

ＣＨ 等有机质。在成矿过程中，有机质起到了重要

作用，生物和有机质对一些元素的吸收、络合作用

足矿床中富集多种元素的主要原因，其中有机碳对

ｃｏ、Ｎｉ、ｃｕ、Ｐｈ、Ｖ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｚｎ等元素的搬运

富集具有积极作用；而成矿流体高ＣＨ 等有机质含

量对ｃｏ、Ｎｉ、ｃｕ等元素的进一步富集有重要作

用；同时，高含量有机质能够形成还原环境，在高

有机质含量的地层中一般黄铁矿的含量也很高，与

成矿流体作用形成地球化学障，导致金属矿物沉

淀、富集，布朗斯矿床中黄铁矿出现环带结构也从

一个侧面证明了黄铁矿充当了还原剂。在Ｋｕｐｆｅｒ—

ｓｃｈｉｅｆｅｒ盆地中，富含有机质的Ｚｅｃｈｓｔｅｉｎ组底部的

含碳酸盐岩的页岩（Ｋｕｐｆｅｒｓｃｈｉｅｆｅｒ页岩）中也含

有较多的有机质，Ｋｕｐｆｅｒｓｃｈｉｅｆｅｒ页岩厚３０～５０

ｃｎｌ，直接覆盖在Ｗｅｉｓｓｌｉｅｇｅｎｄｅｓ—Ｒｏｔｌｉｅｇｅｎｄｅｓ层序

卜，形成一个封闭层，矿化直接产生在Ｋｕｐｆｅｒ—

ｓｃｈｉｅｆｅｒ页岩的底部。在中国云南东川Ｉ矿床中也存

在同样的情况，凡有铜矿化的岩石，其有机碳含量

均显著高于未矿化者，且在落雪组中，有机碳含量

越接近矿化层位越高 ；在滇东北沉积型铜矿床

中也存在类似现象，有机质在成矿过程中也发挥了

重要作用 。

富含有机质的页岩、泥岩在埋深到一定深度，

温度达到１ｌＯＴ：以上时可以发生热降解作用，形成

还原氛围的同时还能释放出一定量的Ｈ：Ｓ，为成矿

提供一部分硫源 。

Ｂａｒｎｅｓ指出，络合物中金属元素沉淀主要是

Ｈ，Ｓ的含量增高 ，发生反应：

ＭｅＣ１３－（ａｑ）＋Ｈ２ Ｓ（ａｑ）＝ＭｅＳ（ｓｄ）＋

２Ｈ ＋３Ｃｌ

式中：Ｍｅ代表金属元素；ａｑ代表可溶；ｓｄ代

表沉淀。

从区域上看，一般矿化都产生在氧化＿还原界

面附近，或者在沉积相发生转变的层位 。如

在布朗斯矿床中，矿化发生在由海进序列转变为海

退序列的转换界面上；在中国云南东川铜矿成矿过

程中，有可能是向老马识途 下运移的“富硫贫铜”流体与

下部向上运移的“富铜贫硫”流体混合，发生金

属矿物沉淀 。

３．６成矿时间

对沉积岩容矿的“沉 改造”型层状铜矿床

的单个矿床成矿模式已有较多研究，且取得了一定

成果，但是因为成因复杂、多期矿化，对于该类矿

床的成矿作用准确定年目前还处在探索阶段。

Ｓｅｌｌｅｙ通过对赞比亚铜矿带中３个样品的Ｒｅ一

０ｓ同位素测年，得到５７６４１ Ｍａ的成矿年龄 ；

邱华宁等 对东川落雪组石英流体包裹体进行

。Ａｔ／ Ａｒ同位素定年分析，得到７１２ Ｍａ的等时线

年龄，认为该区强烈的晋宁运动和澄江运动在东川

铜矿的成矿过程中都起过重要作用；石英流体包裹

体富含过剩∞Ａｒ，其∞Ａｒ／鲫Ａｒ初始比值为９３５，远

远高于现代大气氩的比值，表明成矿流体可能来源

于深部；叶霖等人 对东川Ｉ桃源式铜矿中石英进

行 。Ａｒ／ Ａｒ同位素定年分析，得到７７０．００５．４４

Ｍａ的等时线年龄，并认为东川铜矿的形成可能是

在Ｒｏｄｉｎｉａ大陆裂解时，从深部带来大量成矿物质

改造成岩时期初始的矿化，形成矿床的叠加富集和

最终定位，晋宁一澄江期是东川Ｉ铜矿床的主成矿

期。但是对大多数该类矿床来说，很难直接测得成

矿年龄，只能通过间接法测定或者推测其成矿时

代。

４探讨与结论

布朗斯矿床岩矿鉴定过程中曾经发现过辉钼

矿，但在元素测试分析时，Ｍｏ的含量却在检测限

以下，“沉积一变质”作用很难解释Ｍｏ的来源；

布朗斯矿体存在不明显的分带现象，但是其分带情

况与东川等地的分带现象不同，暂时也很难解释，

因此布朗斯矿床仍需更多的研究。

在探讨流体与矿源层反应（即水一岩反应）过

程时，大多是推断性的阐述 ．４ Ｊ，尤其是在探

讨水一岩反应之前和之后矿源层和流体性质发生了

哪些改变、流体萃取成矿物质过程中的萃取方式与

机理等问题都尚待进一步研究 。

第３期 夏浩东王明艳等：沉积岩容矿的层状铜矿床成因 ３３ｌ

综合来说，沉积岩容矿的“沉积一改造”型

铜矿床的一般成矿规律为：

（１）矿床一般产出在具有多个沉积层序的沉

积盆地内，矿化一般产出在代表深海沉积的泥岩、

页岩的底部，原生沉积特征明显，同时又具有显著

的后生改造特征。

（２）金属物质来源是沉积盆地下部的红层或

者风化基底，硫物质来源主要为蒸发岩，泥岩、页

岩也能够提供部分硫，古油气藏提供的Ｈ：ｓ作为

硫来源较少见。

（３）成矿流体温度一般为１５０℃～２００％：，也

有超过４００％的高温流体，盐度较高，＞２３％

（ｅｑｖ１．ＮａＣ１），流体中还含有ＣＨ 等有机质，流体

一般是氧化性的。

（４）Ｃｕ等成矿元素主要是以络合物

（ＣｕＣ１；一）的方式运移，金属矿物沉淀的主要机制

是还原反应，原地的有机质是主要的还原剂，富含

有机质的页岩、泥岩不仅提供还原剂，所含的黄铁

矿还能够提供一部分硫源，页岩、泥岩还形成封闭

层，使成矿流体在沉积层序内循环，使矿化反应不

断进行。

（５）流体的驱动动力主要是区域构造运动，

尤其是区域伸展运动能够驱动流体大规模运移，盐

丘底劈和放射性衰变放热也能够为流体驱动提供动

力。 ’

（６）尽管已有部分矿床进行了间接法测年，

但是对该类矿床，仍缺乏准确的直接定年方法，只

能通过间接方法测定或者推断。

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ｌｉｃ ｄｅｐｏｓｉｔ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｂｌａｃｋ ｓｈａｌｅ ｈｏｓｔｅｄ

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ＴＡＮ Ｋａｉ—ｘｕａｎ，ＧＯＮＧ Ｇｅ－ｌｉａｎ，ＧＯＮＧ Ｗｅｎ－ｊｕｎ，ｅｔ

ａ１．Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｇｅｎｅ—

ｓｉｓ ｂｙ ｆｌｕｉｄ ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｐｅｒｍｉａｎ ｋｕｐｆｅｒｓｃｈｉｅｆｅｒ Ｃｕ—

Ａｇ ｔｙｐｅ ｄｅｐｏｓｉｔｓ ａｔ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈｗｅｓｔｅｒｎ ｅｄｇｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｉｃｈｕａｎ

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ｅｓｉｓ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔ－－ｈｏｓｔｅｄ ｓｔｒａｔｉｆｏｒｍ ｃｏｐｐｅｒ・－ｃｏｂａｌｔ ｄｅｐｏｓ・－

ｉｔｓ，ｃｅｎｔｒａｌ Ａｆｒｉｃａｎ ｃｏｐｐｅｒ ｂｅｌｔ［Ｃ］／／Ｒｏｂｂ Ｌ，Ｃａｉｈｅｕｘ

Ｊ Ｌ Ｈ．Ｓｕｔｔｏｎ Ｓ．Ｒｅｃｅｎｔ ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｙ ａｎｄ

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ＱＩＵ Ｈｕａ—ｎｉｎｇ，ＳＵＮ Ｄａ－ｚｈｏｎｇ，ＺＨＵ Ｂｉｎｇ－ｑｕａｎ，ｅｔ

ａ１．Ｉｓｏｔｏｐｅ ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｄｏｎｇｃｈｕａｎ ｃｏｐｐｅｒ ｄｅ—

ｐｏｓｉｔｓ ｉｎ Ｍｉｄｄｌｅ Ｙｕｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ＳＷ Ｃｈｉｎａ：ＩＩ．ｄａｔｉｎｇ

ｔｈｅ ａｇｅｓ ｏｆ ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎｓ ｂｙ Ｐｂ—Ｐｂ ａｎｄ Ａｒ一 Ａｒ

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一 Ａｒ ｄａｔｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｄｏｎｇ・

ｃｈｕａｎ－ｔｙｐｅ ｌａｙｅｒｅｄ ｃｏｐｐｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｓ，Ｙｕｎｎａｎ［Ｊ］．Ｂｕｌ—

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ＹＥ Ｌｉｎ，ＬＩＵ Ｙｕ－ｐｉｎｇ，ＬＩ Ｃｈａｏ－ｙａｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ Ａｒ—

Ａｒ ｉｓｏｔｏｐｉｃ ａｇｅ ｉｎ Ｄｏｎｇｃｈｕａｎ Ｔａｏｙｕａｎ ｔｙｐｅ ｃｏｐｐｅｒ ｄｅ－

ｐｏｓｉｔ，Ｙｕｎｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒ－

ｎａｌ ｏｆ Ｍｉｎｅｒａｌｏｇｙ ａｎｄ Ｐｅｔｒｏｌｏｇｙ，２００４，２４（２）：５７—

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