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（一）区域塞浦路斯型VHMS矿床成矿特点

北祁连山与弧后盆地扩张脊型蛇绿岩套火山岩系有关的块状硫化物金属矿床，已知西段有错沟、九个泉、石居里沟、大岔西沟等中小型矿床，东段有银硐沟、猪咀哑巴等小型矿床等（图4-14、4-17）。

图4-17 北祁连山弧后盆地火山岩系西段地质图及块状硫化物矿化分布图

九个泉铜矿床，有明显的混杂角砾岩带，内有脉状与角砾状矿石，所形成的透镜状矿体，顶板蚀变强烈，有碧玉岩伴生。矿区内断裂构造发育，局部片理化强烈。矿区断层主要为北西西和北西向，具逆冲推覆性质。直接含矿围岩主要为蚀变玄武岩。矿体的顶底板常有厚层绿泥石片岩、碧玉岩和片理化强烈的玄武岩。沿东西方向约长430m的矿带，分东西两段。西矿段长280m，宽约20m，矿体在此段内多呈右行雁列，透镜状，以浸染状矿石为主，块状矿石较少；东矿段长约150m，宽十余米，且多为块状富矿，膨大、尖灭者常见，也有长轴为北东向矿柱。矿体中局部含锌高，可达工业品位。矿石矿物组合简单，矿物种类较全。金属矿物以黄铁矿、黄铜矿为主，其次为磁铁矿和闪锌矿，少量的赤铁矿、斑铜矿、蓝辉铜矿、铜蓝、孔雀石、蓝铜矿等。脉石矿物主要有石英、方解石、绿泥石，以石英为主。金属矿物组合以铁-铜-锌的硫化物为主，其次有铁氧化物。未见方铅矿和磁黄铁矿。矿石构造主要有块状、条带状和浸染状，也见有少量角砾状构造矿石。块状矿石主要由黄铁矿和黄铜矿组成，铜品位可达1.14%～18.86%，平均3.34%，条带状矿石主要黄铁矿、黄铜矿与石英，或者不同金属矿物相间排列而成，铜品位为0.31%～2.60%，平均0.66%。沿裂隙有黄铜矿充填交代，反映后期构造运动中矿质的活化与迁移。

错沟铜矿，赋存于下奥陶统阴沟群上部千枚岩及火山碎屑岩内。含矿围岩为钠长石化安山岩、安山玄武岩、细碧岩和安山凝灰岩等，其中主要为玄武安山岩及安山质凝灰岩。矿体呈扁平状、透镜状，与围岩产状一致，与围岩界线清楚。主矿体长51m，宽2.08～5m。矿石以黄铁矿、黄铜矿为主，含少量斑铜矿。铜品位最高达11.68%，一般2%～5.05%，平均5.66%；硫品位15.16%～40.46%，平均24.66%，伴生金0.1g/t，银0.5～2g/t。

肃南县大岔西沟、白泉河野马沟脑等矿点，其矿化围岩为玄武岩、安山岩、细碧玢岩及其凝灰岩，有1～3个矿化带，每带有若干个矿（化）体，呈似层状，矿石以浸染状、细脉状为主，一般为黄铁矿-黄铜矿组合。大岔西沟矿点在其中部矿带中伴有喷气-沉积型贫磁铁矿体，长180m，宽207.8m，TFe20.84%～28.89%，铜品位最高达5.03%，一般0.5%～0.9%；上下矿带相对较低，分别为0.2%～0.4%、0.5%。

分布于北祁连东段的银硐沟、猪咀哑巴等小型铜矿床，矿体产于早奥陶世细碧质岩层夹含铁硅质岩、红碧玉的层位，以块状矿石为主。一般为富铜矿，地表有较明显的层控标志。

（二）矿区构造-火山岩相

石居里沟作为典型地区，大比例尺构造-岩相填图发现（图4-18），以沿Ⅷ号沟弧形展布的韧性剪切带为界，南部为裂隙式喷溢的基性熔岩流，主要由枕状、块状基性熔岩和凝灰熔岩等组成；北部为中心式喷发的火山碎屑岩和基性熔岩，主要由凝灰质板岩、凝灰质砂岩、凝灰熔岩、凝灰岩、基性熔岩和硅质岩等组成。北部Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号沟交汇的位置一带有基性火山角砾岩、集块岩产出（图4-19A）。

图4-18 肃南石居里沟矿区构造-岩相及矿化示意图

图4-19 石居里沟矿区构造-火山岩相地质剖面图（A、B）和蛇绿岩综合序图（C）

南、北火山岩最大的差异是北部发育大量的火山碎屑岩，南部少见，北部基性熔岩较南部蚀变明显强烈，绿泥石、绿帘石化明显，并具硅化，岩石呈墨绿色。南部基性熔岩枕状构造极其发育，北部基性熔岩中仅Ⅰ号沟一带局部见到。反映了南部裂隙式喷溢、北部中心式喷发火山作用的特点。

南部基性熔岩根据火山枕判断，熔岩倾向北东约30°～50°，倾角25°～60°。沿韧性剪切带（局部已脆化）分布有全岩蛇纹石化的变质橄榄岩，在石居里主沟分布有较多均质辉长岩和手指状的辉长-辉绿岩墙，指状岩墙与枕状玄武岩界线不清，局部界线互为主岩，反映了前者为后者岩浆通道的特点，为较典型的洋壳结构剖面。基性熔岩流以灰黑色-墨绿色块状基性熔岩、枕状基性熔岩为主，上部夹有凝灰熔岩。灰黑色-墨绿色枕状基性熔岩，岩石主要为粒玄岩、辉石粒玄岩和细碧岩。块状基性熔岩，主要为细碧岩和粒玄岩。

北部基性熔岩大致围绕火山角砾岩、集块岩分布，火山角砾岩、集块岩集中出现于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号沟交汇位置，为受后期构造改造、压扁了的北西向长轴状火山喷发中心（图4-18、4-19A）。以火山角砾岩、集块岩出露处为中心相，垂直沿构造延长方向剖面测制结果表明：向北东方向有两层熔岩出现；向南西方向，由于后期构造错动，仅Ⅵ号沟等局部地段出现熔岩，余为断层错动。北部中心式喷发火山岩，应先为火山碎屑岩，之后基性熔岩，再后火山碎屑岩，最后为基性熔岩的喷发韵律特征。

火山碎屑岩中出现大量的凝灰质砂岩等火山沉积碎屑岩，并夹有较多青灰、黑灰色硅质岩，局部以硅质岩为主。野外调查发现，硅质岩可分为两类：一类为与火山作用有关的正常沉积的化学岩；另一类为与火山期后的海底裂隙循环对流的热卤水有关，分布不规则，表面有油脂状黑色戈壁漆，多重结晶呈次生石英岩，常与紫红色碧玉岩共生。基性熔岩主要为墨绿色-暗绿色蚀变块状基性熔岩，局部发育枕状构造。蚀变明显，片理化发育。墨绿色-暗绿色蚀变基性熔岩，呈变余间隐-间粒结构，由钠质斜长石组成格架，其间充填隐晶质和绿帘石、钠长石等。隐晶质量占30%，绿帘石为35%±。一般沿着岩石片理化裂隙和破碎带发育有硅化、绿泥石化、碳酸盐化及黄铁矿化。主要为细碧岩、钠长粒玄岩和辉石钠长粒玄岩。辉石细碧玢岩，块状构造，斑状结构、基质间隐结构，斑晶为钠质斜长石和单斜辉石，粒径0.3～3.0mm和0.1～0.5mm，基质，钠长石微晶间充填脱玻化细微矿物组合和细粒单斜辉石。

中心相火山角砾岩、集块岩，火山集块呈不规则状，大小10～60em，镜下为破碎的闪长岩，其原岩由半自形角闪石与斜长石组成，碎块间由细碎的角闪石、斜长石和绿泥石组成，并有较多金属矿物，胶结物为基性火山角砾凝灰岩；火山角砾岩，具火山角砾状构造，凝灰结构，角砾含量为20%左右，主要由玄武岩质角砾组成，少量石英砂岩砾，角砾粒径大小不一，大者达20mm，小者仅2mm左右。胶结物由绿帘石、绿泥石及斜长石组成，呈碎屑镶嵌状态，含量为20%～30%。在集块岩附近岩石中发现有火山弹，呈不规则纺锤状，长10cm左右，直径4cm，具代表快速冷凝状态的球颗结构，并愈向中心愈密集，放射状脱玻化的斜长石球颗粒径1～2mm。反映了中心式爆发火山作用的特点。这与一般火山岩相学的研究认识不同，基性火山岩多认为是裂隙式喷发产物，少有中心式喷发的特征，而石居里沟矿区北部火山喷发中心相火山集块、角砾构造特征明显，并有快速冷凝成因的球颗结构发现，火山爆发特征显著。表明该地区弧后盆地扩张环境基性火山岩浆含有较多的流体，并导致易于成矿热液系统的发育，循环形成矿化，因此矿化受火山机构控制。应于提出的是，弧后盆地扩张增生的洋壳可能会形成新的局部俯冲消减，造成多级微相构造环境火山喷发物质的叠置。矿区北部分布的凝灰质砂岩具片理状构造，主要由火山灰、岩屑及陆源碎屑组成，岩屑多为基性熔岩、凝灰熔岩及火山碎屑岩，火山灰构成岩石的胶结物，均已蚀变为绿帘石、绿泥石，陆源碎屑以石英为主；凝灰质板岩，主要分布在构造断裂带附近，岩石具板状构造，成分与凝灰质砂岩类似。

以韧性剪切带为界，南、北部火山岩的相对新老关系，目前还没有同位素年龄资料予以判断。但从北祁连山弧后盆地区域上已建立的蛇绿岩层序来看，北部中心式喷发的火山岩应晚于南部裂隙式喷溢基性熔岩，北部基性熔岩蚀变强于南部基性熔岩的特点，可能与中心式爆发火山作用具较多水有关（图4-19B）。当然，也有次生岛弧或残留岛弧的可能，需进一步研究。因此，就目前认识，石居里沟地区火山岩同于区域上的蛇绿岩层序：底部变质橄榄岩，向上均质辉长岩、席状岩墙杂岩、枕状、块状基性熔岩（裂隙式喷溢），再向上火山碎屑岩与基性熔岩互层（中心式喷发）及硅质岩（图4-19C）。中心式喷发火山作用的产物叠置于裂隙式喷溢火山岩之上。

（三）Ⅵ号、Ⅷ号和V号沟矿体地质特征

Ⅵ号沟矿床，位于石居里沟北部中心式喷发穹状火山岩西北翼的原生裂隙系统中。由北东-南西走向的东、西两个矿化带组成（图4-20）。原生硫化物矿化为黄铁矿和黄铜矿，地表风化呈褐铁矿与孔雀石等，与矿化密切伴生的岩石为次生石英岩、紫红色碧玉岩等。东矿化带地表圈出5个小矿体，20世纪60年代受层控观点束缚，深部钻探评价失败。近年，地方探矿发现地表出露很少的富铜盲矿体，目前已工程控制矿体深度近百米有中型工业铜矿床远景规模。

图4-20 石居里Ⅵ号沟铜矿地质平面草图

富铜矿体直接围岩为熔岩和凝灰岩，围岩青磐岩化发育。矿体两侧为碧玉岩所围，呈陡立的不规则板柱状，总体倾向南东，与北西倾向的火山碎屑岩层相向分布（图4-20、4-21）。矿体大致呈北东走向，延深大于延长，向南东东方向倾伏，向北北东方向侧伏。矿体控制长60m，深度97m，可控源大地电磁测深剖面显示，矿体所在区电性异常延深达300m以上，仍未尖灭（图4-22）。

主要为块状、角砾状矿石和网脉浸染状矿石两大类矿石组成。前者控制厚度达20m，下延有变厚趋势，矿石矿物以黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、黝铜矿、黄铁矿为主，闪锌矿、赤铁矿、磁铁矿次之，脉石矿物有石英、绿泥石、方解石、铁白云石等；网脉浸染状矿石分布在块状、角砾状矿的边部，膨缩变化较大，控制厚达15m以上，主要分布于块状、角砾状矿的西北侧。块状、角砾状矿石拣块样分析，铜品位较高，达14.07%～29.18%，锌含量0.05%～3.01%。用方格法连续采样分析，矿体上部铜含量为3.64%～12.81%，加权平均8.48%。矿体向下，铜含量增高，但无定量分析数据；网脉浸染状矿石个别拣块样分析铜品位0.96%～6.56%。方格法连续采样分析，矿体上部铜含量为0.47%～2.16%，平均1.45%，向下略变富，为0.46%～4.51%，平均1.55%。

伴生元素分析有益组分金含量0.038～0.21g/t，钴含量0.0063%～0.873%，个别高于可利用伴生金、钴边界品位；银含量7.5～8.5g/t、硫含量12.56%～25.59%、大于可利用伴生硫、银边界品位。伴生金，网脉浸染状矿石明显较块状角砾状矿石富集（表4-4）。

图4-21 石居里Ⅵ号沟铜矿地质剖面图

图4-22 石居里Ⅵ号沟铜矿体空间立体示意（A）及纵横地质剖面图（B、C）

表4-4 石居里沟Ⅵ号沟矿床主矿体矿石金属元素平均含量

Ⅷ号沟矿床，位于石居里沟南部基性熔岩平行扩张脊裂隙系统中，1997年在原57号矿点硐探而发现（图4-17）。矿体产于基性熔岩中，顶板为碧玉岩，矿体自上而下由块状、角砾状矿石和网脉状矿石组成。矿体顶界平缓，总体倾向北东45°，延长和延深均未控制。矿体形态呈顶部较规则面状，向下不规则延深状（图4-23）。块状、角砾状矿石拣块样分析，铜品位1.83%～13.44%，网脉状矿石多在2.0%以下。

图4-23 石居里Ⅷ号沟铜矿体空间分布示意及纵地质剖面图

（四）矿床地球化学

据夏林圻等（1998b）研究黄铁矿微量元素特征，样品主元素质量分数均＞99%，具有标型意义，属亏硫富铁，Co/Ni比值≥1；Se含量高，S/Se为5200万～12900万，显示热液成因；Ge＜2×10-6，Tl含量低，类似于黄铁矿型的多金属矿床；Zn高达2300×10-6，而Pb仅n·10-5，明显贫铅富锌；Ag为（10+n）×10-6，Au5×10-6。黄铁矿、黄铜矿热电系数测定，各样品的P-N导型全为N型，即空穴导型。补偿热电动势的变化范围为-16.66～-26.4mV，平均-18.0mV。各样品变化不大，并且黄铜矿和黄铁矿无太大差异。这些特征反映热液成因，表明形成温度较高。

本区碧玉岩常与块状硫化物矿石相伴，并作为重要的找矿标志，其分布比矿石更广。碧玉岩为含有赤铁矿微粒的硅质岩，是典型的含铁硅质岩，是最常见的喷流岩之一。矿石中的石英是矿液中沉淀出的主要脉石矿物。对石居里Ⅵ、Ⅷ号沟矿体紧依的碧玉岩和矿石中的石英进行硅同位素测定（表4-5），δ30Si值变化于-0.1‰～-0.9‰之间，平均为-0.4‰。据丁悌平（1994）研究，玄武-安山岩类样品（36个）δ30Si值分布于-0.1‰～-1.0‰的范围内，平均值为-0.58‰；花岗岩类样品（50个）δ30Si值数据分布于-0.4‰～0.4‰的范围内，平均值为-0.12‰。经对马里亚纳海“黑烟筒”的硅质沉淀物进行研究，高于100℃采样点的黑色硅质沉淀物δ30Si值（-0.4‰～-0.6‰）接近玄武岩-安山岩类δ30Si值，证明其硅质来源为海底中基性火山岩。看来δ30Si值越大负值越倾向于与幔源有关的基性火山岩，壳源熔融岩浆δ30Si值越高。

表4-5 石居里铜矿区碧玉岩和石英的硅同位素组成

由此认为，石居里沟矿区铜矿碧玉岩和石英的δ30Si值（-0.1‰～-0.9‰）与玄武-安山岩类δ30Si值近似，硅质可能应主要来源于喷发的基性火山岩。事实上，前人在区域地质调查过程中已认识了碧玉岩表现为“岩脉”的特征。硅质岩则主要为壳源物质的化学沉淀。

夏林圻等（1998b）曾对石居里沟外围火山岩和侵入中基性岩脉进行了全岩同位素铅测试研究，并对石居里沟、九个泉矿区矿石中黄铁矿铅同位素进行测试对比，发现全岩和单矿物黄铁矿铅同位素特征一致。206pb/204Pb，207Pb/204Pb，208pb/204Pb的变化范围分别为17.902～19.567，15.485～15.785，37.75～39.936，平均值分别为18.573，15.639和38.450。对石居里Ⅵ、Ⅷ号沟矿体矿石中黄铜矿、黄铁矿进一步进行同位素铅测试（表4-6），其结果与夏林圻等（1998b）认识一致，石居里沟矿石铅同位素组成与区内玄武岩的铅同位素组成相近，成矿金属来源同于玄武岩。

石居里Ⅵ号沟黄铁矿、黄铜矿表明年龄为485～595Ma，石居里Ⅷ号沟为382～674Ma，与成岩年龄（469～454Ma，夏林圻等，1998b）相比较为接近，但多数样品的黄铁矿、黄铜矿铅模式年龄要早于对区域火山岩的形成时期，可能示踪了成矿物质的起源。

表4-6 石居里铜矿体矿石中黄铜矿和黄铁矿铅同位素组成

以往研究（夏林圻等，1998b）该地区VMS矿床（点）矿石硫同位素δ34S为+1.58‰～+6.3‰，与陨石硫值接近，在玄武岩质硫的范围为（-0.3‰～+7.8‰），故普遍认为硫是幔源来源。对石居里Ⅵ号沟和Ⅷ号沟黄铁矿、黄铜矿硫同位素测定，Ⅵ号沟δ34S值变化于+7.61‰～+8.09‰之间，Ⅷ号沟δ34S值+4.95‰～+8.88‰（表4-7），表现出有海水硫酸盐还原硫的趋向（奥陶纪海水硫酸盐δ34S值为+27.5‰，Sangster，1976），因此，推测可能代表了海水硫酸盐还原硫和玄武岩中幔源硫两端元不同比例的混合特点，为先成岩石中分散的硫化物或先期矿石中硫化物迁移沉淀的结果。

氧同位素δ18O=+11.1‰～+18.6‰（表4-7），高于塞浦路斯矿带石英同位素结果（+10.5‰～+14.13‰），比新鲜大洋玄武岩高得多（+6.0‰），类似于蚀变玄武岩，换算出的δ18OH2O=+0.65‰，与聚敛型板块边界中岩浆流体（+2.7‰～+8‰）相近，差别于离散型板块边界中岩浆流体（-2.5‰～+2.4‰）值。氢同位素δDH2O（石英）=-75.2‰，与海水（-68.9‰）有较大偏差，并显著高于岩浆流体（-40‰～+1.7‰）（Yang and Scott，1996）。

表4-7 石居里铜矿体矿石中黄铜矿、黄铁矿铅同位素和石英氧同位素组成

石英中流体包裹体研究（夏林圻等，1998b），石居里Ⅵ号沟矿床样品均一法测温变化范围为140～302℃，反映了多阶段形成之特征。流体包裹体中气相成分由H2O（1144.5×10-6）、CO2（17.21×10-6）、H2（0.04×10-6）、N3（3.06×10-6）组成，液相成分为：F-（0.03mg/g）、Cl-（1.66mg/g）、（0.23m g/g）、（0.53mg/g）、K+（0.09mg/g）、Na+（0.44mg/g）。表明成矿时较高的H2O、低的CO2和低盐度的特点，为典型聚敛型板块边界岩浆作用流体成分的特征（Y ang and Scott，1996）。

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