绪 论
1.1 研究背景
众所周知，矿产资源是国际社会经济发展的重要支柱，而铜矿资源是其中的重要组成部分，其在电气、电子、机械制造与军工领域具有无可替代的作用，是国家经济发展不可缺少的战略资源。据中国有色工业年鉴显示，1986 年我国铜消费量约为 75 万吨，此后逐年上升，2009 年达 553 万吨，而美国高盛集团则预测，2013 年中国的铜消费将再创新高，达到前所未有的 883 万吨，成为名符其实的全球第一大消费国。然而我国的铜矿资源量却相对稀缺，资源量约占世界总量的 5.5%，2010 年查明储量为 8040 万吨，铜的产量由 121 万吨（1998）逐渐增加到 304 万吨（2006），但是缺口仍高达 100 万吨以上，据海关统计，2012 年前八个月共进口铜矿砂 319.2 万吨，价值 60 亿美元以上，而若按 2013 年的消耗量，国内资源最多可维持 10 年左右。与此同时 2010 年国土资源部的《中国国土资源公报》显示，铜的对外依存度高达 80%以上，严重威胁了国家的经济安全，为此国务院总理温家宝主持召开了国务院常务会议，专门讨论通过了《找矿突破战略行动纲要（2011～2020 年）》，并明确提出和通过实施找矿战略，实现新的重大突破，形成一批重要矿产资源战略接续区，建立重要矿产资源储备体系。
1.2 研究现状及存在问题
世界范围内铜矿资源十分丰富，分布非常广泛，遍及五大洲 150 余个国家，据不完全同统计，全球铜矿资源量大于 500 万吨的矿床超过 50 个，2008 年的探明储量为 5.5 亿吨，而热液型铜矿床则是铜矿床中最重要的一个类型，储量约占全球铜矿的 60%左右（图 1.1）。
1.2.1 矿床分类
矿床分类是人们对成矿条件、成矿作用过程及成矿规律的概括和总结，自 16 世纪中叶 G. Agrjcola（1556）提出第一个分类方案以来，随着地质资料的增加，分类方案也愈加倾向于反映矿床成因。
1907 年 Lindgren 等率先提出了以物理化学为基础的比较系统的成因分类，八年后他又把矿床分为机械作用成因与化学作用成因两大类。目前国外学者一般把热液型铜矿床分为 4 个类型，分别为：①斑岩型，②矽卡岩型，③浅成热液型，④脉型（Sillitoe，2010）。我国对热液铜矿床的分类最早见于孟宪民等（1953）的文著，根据矿床的产出形态、元素组合、赋矿围岩等将热液型铜矿床分为斑岩型、黄铁矿型、接触交代型、石英含铜矿脉型等四个类型。1957 年谢家荣借鉴国外的分类方案，按照矿床成因将热液铜矿床划分为较高温深成热液矿床、中温中深成矿床、低温浅成矿床三大类、九个亚类。郭
文魁等（1959）根据工业要求将热液铜矿床划分为细脉浸染型、矽卡岩型、脉状铜矿床三种类型，1979 年又根据矿床成因在先前划分基础上，重新厘定为与火山作用有关的铜矿床、与中酸性火山岩-深成杂岩或侵入岩有关的铜矿床、与中酸性侵入岩有关的矽卡岩型铜矿床。李朝阳等（2000）、黄崇柯等（2001）将热液铜矿床划分为：①斑岩型，② 接触交代型，③ 陆相火山岩型，④脉型等四种类型。主要热液铜矿床的定义如下：
1．斑岩型 Cu（Mo-Au）矿床简称为斑岩铜矿床，是指与浅成-超浅成斑岩体具有成因联系，并发育钾化、绢英岩化等蚀变矿物晕和 Cu、Mo、Ag、Pb、Zn、S 等蚀变化学晕的产于斑岩体及内外接触带附近的细脉浸染状硫化物矿床，它是世界上最重要的铜矿床之一。
2．低温热液矿床是指产于陆相火山岩系中，成矿温度低于 200℃，少数情况下达 300℃的，并且集中形成于地下 1-2km 的，成矿流体主要为岩浆水与大气降水混合液的金、铜或银多金属热液矿床。矿体形态复杂，多以脉状、似层状及透镜状为主；金属矿物有辰砂、雄黄、雌黄、自然金、自然银、自然铜、黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、方铅矿及闪锌矿等；围岩蚀变主要为硅化、明矾石化、高岭土化、绢云母化、青磐岩化与碳酸盐化等。前人也称其为火山岩型、次火山热液型或热泉型，虽然仍有人在使用，但已经不很普遍了，目前通常使用 Hendenquist（1994）的分类：①高硫化型（High Sulphidation- HS），②低硫化型（Low Sulphidation- LS），前者相当于 Heald et al.（1987）的明矾石-高岭石型，由酸性、氧化流体形成；后者相当于冰长石-绢云母型，主要由近中性或还原的流体形成。3．接触交代型矿床是指产于中酸性侵入杂岩体与碳酸盐类或碎屑岩的接触带及其附近，由含矿热液交代形成的矿床，又称矽卡岩型矿床。矿体受断裂、地层、侵入体的形态及接触带的控制，形态比较复杂，常呈似层状、扁豆状、囊状和不规则状等。
1.2.2 成矿环境
全球范围内来看，热液铜矿床多产于区域挤压地带，斜向滑动或挤压机制下的中等伸展的岩浆弧及弧后环境，而强烈伸展区则不易形成重要的热液铜矿床，例如双峰式玄武岩-流纹岩岩浆区（Tosdal and Richards, 2001）。
1. 安第斯型挤压环境（图 1.2 a），此类环境在世界范围内产生了一系列巨大的斑岩型Cu-Mo 矿床、矽卡岩型多金属矿床（Sillitoe，1972；1997；Rush，1990； MacDonald，1994；Guilbert，1995；Camus et al.，1996；Richards et al., 2001；Richards，2003，2009），同时这些矿床顶部的火山岩中可发育浅成热液型贵金属矿床，而靠近洋壳的一侧则在花岗质岩石中形成硕大的 Sn-W 矿床。
2. 洋壳碰撞下的岛弧与弧间（图 1.2 b）或弧后盆地环境（图 1.2 c）：此构造环境与安第斯型类似，前者在岩浆演化的早阶段形成斑岩型铜金矿床，晚期则由于岩浆趋向于钙-碱性，而生成黑矿型 VMS 矿床；后者离陆壳较近（如日本岛弧），常见斑岩型、浅成热液型 Cu-Ag 矿床、豆荚状 Cr 矿床与 Besshi、塞浦路斯型 VMS 矿床。
3. 陆陆碰撞环境：由于岩浆弧与陆壳的持续增生，导致蛇绿岩套产生，陆壳直接碰撞。Mitchell 和 Garson（1981)认为这种环境下不利于成矿，但近年来在喜马拉雅地区发现了大量与碰撞相关的斑岩铜钼矿床（Hou ZQ et al.，2003，2007；侯增谦等，2006；曲晓明等，2006），从而证明该环境也是一个重要的有利成矿区域。19 世纪初 Bingham 铜矿床的露天开发利用逐渐拉开了热液铜矿床的研究序幕， 1970年 Lowell 与 Guilbert 在深入研究圣玛纽埃（Manuel）铜矿床热液蚀变与地质构造的基础上，建立了经典的斑岩型铜矿床的蚀变分带模式，并在该模式的指导下成功找到了被断裂错断的克拉玛祖（kalamazoo）矿体，极大的推动了铜矿床的勘探。1972 年 Sillitoe 根据斑岩矿床的地质特征、矿化蚀变及成因对比，提出了岩浆成因的假设，并建立了板块板块构造模式，同时发现了一系列构造成因的巨型矿床。1974 年 Hollister 提出了闪长岩模式，认为斑岩型矿床的形成主要与无石英的闪长岩类深成岩有关，因而仅发育钾化和青磐岩化，缺少千枚岩化带。上述模式的提出，深刻影响了世界各国斑岩型矿床的理论研究（Titley et al.，1981；芮宗瑶等，1984）和找矿勘查。
第 2 章 区域成矿地质背景..................13
2.1 地层发育状况................13
2.2 岩浆岩发育状况.................18
2.3 构造特征..................23
2.4 区域矿产资源概况................24
2.5 地球动力学过程..............25
第 3 章 区域热液铜矿床地质特征..............27
3.1 斑岩型铜矿床地质特征................27
3.2 浅成热液高硫化型铜矿床地质特征...............36
3.3 接触交代型铜矿床地质特征...............47
第 4 章 流体包裹体研究.............55
4.1 实验样品和实验方法.............55
4.2 实验结果...........56
4.3 小结..........72
结 论
本文基于大兴安岭中北部铜矿床现有资料的基础上，选取研究区内的典型铜矿床（多宝山、乌奴格吐山铜（钼）矿床，莲花山、闹牛山铜（银）矿床和小多宝山铜铁矿床）开展野外调查，通过对矿床地质特征、石英或方解石中流体包裹体、矿石 S、Pb 同位素测试以及成矿岩体的主微量、Sr-Nd 同位素和锆石 U-Pb 年代学研究，探讨了各典型铜矿床的成矿专属性、蚀变矿化、流体演化、物质来源和成矿过程，并按矿床类型分别建立了相应的成矿模式，同时对研究区内铜矿的资源潜力进行了预测，圈定了三个有利成矿区。取得的创新性成果和结论如下：
1．大兴安岭中北部的热液铜矿床主要存在三种类型：① 斑岩型以乌奴格吐山和多宝山铜（钼）矿床为代表，矿体多呈不规则状、扁豆状和透镜状，产于多宝山组与花岗闪长（斑）岩或二长花岗岩与黑云母花岗岩的断裂体系内；② 浅成低温高硫化型主要有莲花山与闹牛山铜（银）矿床，矿体以脉状、网脉状为主，其次为透镜状，产于火山岩区的断裂体系中；③ 接触交代型以小多宝山和三矿沟铜铁矿床为代表，矿体呈扁豆状、透镜状和脉状，产于花岗岩岩体与古生代地层接触带上。
2．流体包裹体测温、子晶矿物和拉曼分析表明：斑岩型铜矿床的初始成矿流体为高温、中高盐度、富 CO2的高氧逸度的岩浆流体，成矿阶段 CO2逃逸，氧逸度降低，流体具有贫 CO2的还原性质，晚期逐渐转为弱酸性（CO32-）。浅成热液高硫化型铜矿床初始流体为中高温、高盐度、含 CO2的高氧化性、酸性流体，成矿期演化为还原流体，晚期具有弱酸性（CO32-）的特征。接触交代型铜矿床初始流体为高温、高盐度、贫 CO2的岩浆流体，演化为弱酸性的还原流体。
3．成岩成矿年代学研究表明，斑岩型铜矿床有两个成矿期，分别是早古生代，成矿与花岗闪长岩岩浆作用密切相关（多宝山铜（钼）矿床）；早侏罗世，成矿与早侏罗世二长花岗斑岩岩浆活动密切相关（乌奴格吐山铜（钼）矿床）。浅成热液高硫化型铜矿床形成于三叠世，以莲花山、闹牛山铜（银）矿床为代表，成矿与花岗闪长斑岩和英安岩密切相关。接触交代型铜矿床的成矿与早侏罗世花岗闪长岩岩浆作用密切，以小多宝山和三矿沟铜铁矿为代表。
参考文献
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