中条山的铜矿是如何形成的?

zhongtiao山西省中条山铜矿集区是我国北方最大的铜矿床之一,早在唐、宋时代就进行过开采和冶炼。矿集区内的铜矿床主要赋存在华北克拉通中部南缘古元古代沉积-火山变质地体中。但这些矿床的形成过程与变质作用的联系仍缺乏细致深入的研究,尤其是铜成矿与变质作用的时间先后关系尚未完全厘定清楚。铜成矿过程若是发生在变质作用之前,则会经历变质作用的强烈变质变形改造,为变质改造型矿床;若铜成矿过程是伴随着区域变质作用进行,则为变质成因的矿床。

为厘定上述铜成矿与变质作用的时间先后关系,中国科学院地质与地球物理研究所固体矿产资源研究室博士研究生邱正杰在其导师范宏瑞研究员的指导下,选取赋存在古元古代沉积地层内的胡家峪铜矿床作为研究对象,对其进行矿相学、硫同位素、黄铜矿Re-Os同位素等综合研究,最终限定该矿床为古元古代变质成因铜矿床,铜可能来自富含有机物的沉积地层,在区域变质作用过程发生活化迁移,在退变质阶段形成热液脉状矿化。

在峰期变质作用阶段,含铜的沉积地层变质为石墨片岩并形成同变质期浸染状矿化。激光拉曼石墨温度计表明石墨化的温度变化范围为486—596 °C,可近似作为浸染状矿化的温度,估算的硫逸度为-4.8;在退变质阶段,形成热液脉状铜矿化切割围岩片理,依据热液钴黄铁矿中的钴含量估算热液白云石化阶段的温度为350—400 °C,石英-硫化物阶段形成大规模铜矿化,闪锌矿矿物温度计约束成矿温度为256±9 °C (1 sigma, n=7),依据矿物共生组合关系所计算的硫逸度范围为-18.7到-11.7。该阶段大规模的铜沉淀造成硫逸度骤降,从同变质期的-4.8降为-11.7。硫同位素研究表明,同变质期的细脉浸染状硫化物的硫来源单一,来自海相硫酸盐地层或富集34S的储库;热液阶段的硫化物硫来源较为复杂,存在多解性。他们对胡家峪铜矿床白云石-石英-硫化物脉中的黄铜矿进行Re-Os同位素分析,获得平均模式年龄为1952 ± 39 Ma。黄铜矿Re-Os年龄可以直接代表胡家峪铜矿床退变质阶段脉状铜矿化的时代。因此,容矿围岩(中条群地层)的峰期变质时间应早于~1.95Ga,随后发生铜成矿过程。

论文链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169136816300646

(据中国科学院地质与地球物理研究所)

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