摘要
层状硫化物矿床是长江中下游成矿带内一种重要的矿床类型，具有重要的地质和经济意义，但其成因长期存在争议。成矿带中部铜陵矿集区内的新桥矿床是一座大型铜-硫-金多金属矿床，其成因一直没能得到很好的解决，矿区是否存在晚古生代海底喷流沉积成矿作用是争论的焦点。本文在查阅大量地质资料和进行详细地质观察的基础上，对新桥矿床及区域上层状硫化物矿床赋矿层位的岩性特征、岩相古地理和构造背景进行了系统分析，探讨了地层、古沉积环境和构造等与成矿的关系。通过野外地质调查及详细的室内矿相学观察初步查明了矿物共生组合，划分了成矿期次和成矿阶段。通过岩、矿石全岩微量元素化学分析和黄铁矿LA-ICP-MS原位微量元素分析，较系统地研究了矿床内矿石、围岩、岩体和黄铁矿的微量元素特征，探讨了成矿元素的相关性、赋存状态和可能的来源。通过矿物流体包裹体研究初步查明了流体包裹体的类型、组合、均一温度和盐度，结合前人的包裹体研究，探讨了新桥矿床的成矿流体特征、性质和来源。根据新桥矿床的成矿构造背景、古沉积环境、矿床特征、元素地球化学特征、成矿流体特征和成矿时代，并与典型海底喷流沉积矿床(SEDEX型矿床)特征进行对比，探讨了新桥矿床的成因类型。 对现有区域构造和岩相古地理资料的综合分析表明，铜陵矿集区在晚古生代位于中下扬子坳陷和江南隆起的接触部位，属于活动的陆内沉陷盆地构造环境。新桥矿床在中石炭世以前处于剥蚀状态，中、晚石炭世为海水极浅的滨海环境，地壳升降运动较频繁，发生多次沉积间断，总体来讲新桥矿床晚古生代位于“古铜陵岛”之上或水下隆起区。极浅的海水和频繁的地壳升降运动表明石炭纪铜陵和新桥地区不具备热液喷流沉积的构造和沉积环境(海底喷流沉积矿床要求被动大陆边缘稳定和较深的海水沉积环境)。 新桥矿床层状硫化物矿体主要赋存在石炭系黄龙组和船山组灰岩、白云质灰岩中，而泥盆系五通组和二叠系栖霞组等地层内层状矿体一般规模很小，不具工业价值。五通组砂页岩与黄龙组灰岩(或白云质灰岩)之间的不整合面是矿区内和区域上最重要的层间破碎带(滑脱构造)，矿区出露的矶头岩体沿舒家店和大成山背斜交汇区的挠曲虚脱部位侵位，沟通了矿源场和储矿场，岩浆分异出的成矿热液沿破碎带充填和交代形成层状硫化物矿体。破碎带内似层状的硫化物矿体和闪长玢岩岩脉相伴产出，并伴随破碎带的产状变化具有明显的穿层现象。黄铁矿(硫)、黄铜矿、磁铁矿和铅锌矿矿体围绕矶头岩体里环带状分布，显示了岩浆热液矿床的分带特征及成矿与矶头岩体的密切关系。 新桥矿床原生金属矿物为黄铁矿，其次是黄铜矿、磁铁矿、磁黄铁矿、菱铁矿等，少量为闪锌矿、方铅矿等；脉石矿物主要为方解石、白云石、绿泥石、石英等，次为矽卡岩类矿物等。菱铁矿常被磁铁矿和黄铁矿交代，而磁铁矿和黄铁矿石常被后期方解石和细粒黄铁矿脉、磁铁矿-闪锌矿脉穿插切割。新桥矿床成矿作用经历了四个成矿期，分别为同生沉积期(形成菱铁矿层)、第一热液成矿期(矽卡岩阶段、磁铁矿阶段、石英硫化物阶段、碳酸盐阶段)、第二热液成矿期(磁铁矿-赤铁矿-闪锌矿-方解石)、表生成矿期(次生矿化阶段)。其中，第一热液成矿期的磁铁矿阶段和石英硫化物阶段是主要的成矿阶段，形成层状矿体的主体。矿床围岩蚀变作用较弱，主要为硅灰石化、矽卡岩化、钾长石化、硅化、绿泥石化、碳酸盐化(方解石化)等；与成矿作用密切相关的围岩蚀变是矽卡岩化、硅化和碳酸盐化。野外和显微镜下观察到两期磁铁矿和赤铁矿化，并且晚期磁铁矿和赤铁矿特征与早期显著不同，叠加在早期矿化之上，联系区域上岩浆活动的多期性，暗示第二热液成矿期的存在，可能反映了岩浆的多次脉动侵位。 前人将新桥矿床和其他层状硫化物矿床中胶状黄铁矿作为这类矿床是海底喷流沉积成因的证据之一。新桥矿床胶状黄铁矿呈厚层状产出，连续分布，未见成分上的韵律变化，主要分布在层状矿体远离岩浆岩的部位(黄铁矿矿体的边部)，与结晶黄铁矿呈渐变接触关系。其隐晶质、纹层状构造和环带构造等特征曾长期被认为是沉积成因胶黄铁矿的标志，而本文作者通过偏光显微镜和扫描电镜观察证实，胶黄铁矿是成矿热液在层间破碎带边部迅速冷却形成的微细粒黄铁矿，其中的纹层状和环带状构造并非原生沉积构造，而是由后期热液沿平行裂隙边缘形成的显微环带状构造。胶状黄铁矿经热液强烈改造后可形成结晶黄铁矿，并常见交代残余结构。研究区晚古生代沉积环境频繁变化，也不可能形成成分均一的厚层胶状黄铁矿沉积。 矿区铁硅质岩和蓝(白)色软泥的成因也是争议的焦点之一。新桥矿床铁硅质岩与海底热液喷流形成的铁碧玉在地质和化学特征方面具有明显的区别，是矿体围岩在后期流体作用下发生硅质和铁质交代形成的。蓝(白)色软泥内含有大量上下底板围岩的角砾，表明其形成时代晚于围岩，并非同沉积成因。其他研究者通过X射线粉晶衍射研究测算出其形成温度在300℃以上，进一步证明是蚀变热液作用的产物。 岩、矿石微量元素化学全分析结果显示，矶头石英二长闪长岩成矿元素(Cu、Pb、Zn、Ag)相对富集，Mn和As含量高，矿石与岩体的成矿元素含量具有类似的消长关系，成矿元素组合相似。典型SEDEX型矿床一般富集Pb、Zn、Mn、Tl、As、Ba、Bi、Ge、Hg、Ni、P、Sb和Tl等元素，而新桥矿区的近矿围岩中通常不出现这些元素的富集，特别是Tl的含量一般小于1.0 ppm。矿石中成矿元素Cu、Pb、Zn、Ag在层状矿体中的含量一般高于矽卡岩和矽卡岩型矿石，与典型的矽卡岩型矿床矿化分带一致。Cu、Pb、Ag元素在黄铜矿矿石、胶状黄铁矿矿石和黄铁矿矿石中的含量依次降低，而Zn元素在胶黄铁矿中含量最高，在黄铁矿中含量最低；但从矿体底部到顶部并没有发现明显的元素垂向分带现象。矿石微量元素相关性分析表明，成矿元素Cu与Ag在两类矿体中的相关性都比较密切，Cu与Pb和Zn在两类矿体中相关性有较大差异，在矽卡岩矿体中与Pb和Zn相关性密切，而在层状矿体中与Zn相关性不明显。 黄铁矿LA-ICP-MS微量元素原位分析表明，Cu、Pb、Zn、Au、Ag在胶状黄铁矿(PyⅠ)、块状结晶黄铁矿(PyⅡ)、镶嵌黄铁矿(PyⅢ)和晚期自形黄铁矿(PyⅣ)中依次降低，成岩元素和亲铜亲硫元素变化趋势则具有不同规律。Cu、Pb、Zn、Ag等成矿元素和Fe、Co、Ni在四种黄铁矿中的信号强度特征表明，Co、Ni在胶黄铁矿和镶嵌黄铁矿中与Fe可能以类质同像的形式存在于黄铁矿中；Cu、Pb、Ag在胶黄铁矿中可能存在于包裹体或者晶体缺陷中；Cu、Pb、Zn、Ag在镶嵌黄铁矿和块状黄铁矿中可能主要以黄铜矿、闪锌矿、方铅矿和银铋铅矿矿物包裹体的形式存在。典型SEDEX型矿床中靠近矿体的黄铁矿中Tl和Ag含量较高(可达几百ppm)，而新桥矿床矿体中黄铁矿的Tl和Ag含量较低，最高8.95 ppm。 层状矿体中石英和方解石的流体包裹体研究表明，矿床内主成矿阶段流体包裹体以气液两相包裹体为主，层状矿体底板(五通组砂岩)石英-黄铁矿网脉的石英中发现沸腾包裹体，矽卡岩阶段发现含子晶的三相包裹体。主成矿阶段成矿温度集中在240～350℃之间，盐度集中在4.5～13 wt% NaCl equiv.之间；而典型SEDEX型矿床成矿热液温度一般在120℃-200℃之间，盐度一般<23 wt%，二者之间具有较大的差异，表明新桥矿床不是喷流沉积成因，而是岩浆热液成因，属于广义的矽卡岩型矿床。 综合研究表明，新桥矿床的矿化特征有别于SEDEX型矿床，而与接触交代(矽卡岩)型矿床一致，本文认为新桥矿床是与燕山期岩浆热液活动有关的层状矽卡岩型矿床。铜陵矿集区及长江中下游成矿带内众多“层状硫化物矿床”可能与新桥矿床类似，是受层间破碎带和岩浆作用共同控制的层状、似层状广义矽卡岩型矿床。
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