0 引言

云南东川铜矿带位于扬子板块西南缘康滇构造带中，带内发育大量沉积岩容矿的层状铜矿床 （SSC）。过去 50 年来，对于东川铜矿带的成因认识经历了较大的变化，先后提出了岩浆热液交代成因、同生沉积成因、沉积-改造成因、后生成因等多种观点（阮惠础等，1988；华仁民，1989；龚琳等， 1996；冉崇英和吴鹏，2014；祝新友等，2017），成矿机制一直存在争议。前人已对东川铜矿带进行了大量的碳、氧同位素测试分析（华仁民等，1988；冉崇英，1989；龚琳等，1996；叶霖，2004；Zhao et al.， 2012；朱文兵，2016），分析结果显示碳源主要来源于海相碳酸盐，前人的数据中含有部分低碳同位素，说明有机质在成矿过程中也提供了部分碳源。本文通过总结东川铜矿带的碳、氧同位素地球化学特征，结合盆地卤水交代成矿的条件，对东川铜矿带的成矿机制进行了探讨，以期为该类型铜矿床的找矿勘查工作提供新思路。

1 地质背景及矿床概况

云南东川铜矿带位于扬子地块西缘的康滇构造带内，西部为青藏高原（图1a）。东川盆地位于普渡河断裂带和小江断裂带之间（图1b），区域构造由南北向与东西向两组主干断裂组成，形成区域性的 “Z”形构造（Ruan and Hua，1991；图1c），主要出露地层以汤丹群和东川群为代表。东川群包括因民组 （Pt₂y）、落雪组（Pt₂l）、黑山组（Pt₂h）、青龙山组 （Pt₂q），主要为一套碎屑岩-泥质岩-碳酸盐岩组合的沉积建造，在新元古代受到绿片岩相浅变质作用 （Zhao et al.，2010）。其中因民组（Pt₂y）地层为一套紫红、灰紫色含铁碎屑岩、板岩和一套角砾岩。落雪组（Pt₂l）地层主要岩性为青灰色、灰白色、肉红色厚层状结晶白云岩、泥砂质白云岩。黑山组（Pt₂h） 地层主要为黑色炭质板岩夹灰绿色砂板岩、炭质白云岩等。青龙山组（Pt₂q）地层主要为青灰、浅灰至深灰色中厚层状白云岩，夹绢云板岩、硅质白云岩和泥质灰岩等。东川地区矿产资源丰富，东川群地层中赋存大量沉积岩容矿的层状铜矿床（Zhao et al.，2012；Huang et al.，2013；图1c），东川铜矿带长约 40 km，其铜资源量达到 500×10⁴ t 以上（代鸿章等，2018）。

2 矿床地质特征

东川铜矿带中元古代地层中发育有多种类型铜矿体，由老到新分别发育因民组稀矿山式铁铜矿体、落雪组东川式铜矿体、黑山组桃园式铜矿体，具有多层位成矿特征。稀矿山式铁铜矿体在空间上位于东川铜矿带最底部，矿体产在因民组紫红色铁质板岩中。东川式铜矿体是东川铜矿带最有代表性的矿体类型，赋存于落雪组白云岩中。桃园式铜矿体位于东川铜矿带最顶部，赋存于黑山组下部炭质板岩中，规模较稀矿山式铁铜矿体及东川式铜矿体都小。

稀矿山式铁铜矿体的矿石类型主要为层状铁矿石、块状铁铜矿石和脉状铜矿石，具有先铁后铜的特征。铜矿石主要呈自形—半自形、交代结构和脉状、网脉状、块状构造，金属矿物由黄铜矿、斑铜矿、赤铁矿等组成，铁铜矿石中可见斑铜矿交代赤铁矿（图2a，2g），脉石矿物为白云石、石英、方解石、钠长石等。

a—东川铜矿带大地构造位置简图；b—东川铜矿带构造位置图；c—东川铜矿带地质矿产图

东川式铜矿体的矿石类型主要为细条带状（图2b）、马尾丝状（图2c）和脉状铜矿石（图2d），矿石主要呈半自形—他形、交代、共边、固溶体分离等结构和马尾丝状、条带状、浸染状、脉状等构造。金属矿物由黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿等组成，脉石矿物为白云石、石英、钠长石、方解石等。马尾丝状铜矿石是东川式铜矿体最典型的矿石类型，由密集分布的顺层细矿脉和少量的高角度穿层含矿脉组成。顺层细矿脉主要分布于砂质层中，金属矿物为斑铜矿、辉铜矿，局部以黄铜矿为主，含铜硫矿物主要充填于碎屑颗粒间或充填于砂质层与泥质层的接触面 （图2h）；高角度含矿脉主要分布于裂隙构造中，其结构、构造和矿化特征与顺层细矿脉具有相似性，脉石矿物中白云石含量较多，自形程度更高。

桃园式铜矿体发育条带状、角砾状铜矿石和脉状铜矿石。矿石具半自形—他形结构、交代结构和脉状、网脉状、条带状构造（图2e，2f），金属矿物主要由黄铜矿组成（图2i），含少量斑铜矿、黄铁矿，一般不含辉铜矿，脉石矿物为白云石、石英、方解石等。

3 分析方法及结果

3.1 分析方法

本次研究选取东川铜矿带因民铜矿床 10 件样品进行碳、氧同位素测试，其中桃园式脉状铜矿石2 件，东川式脉状矿石 6 件，东川式层状铜矿石 2 件。对采集的样品进行白云石和石英单矿物挑选，白云石进行单矿物碳、氧同位素测试，共 7 件；石英样品进行包裹体碳、氧同位素测试，共 3 件，测试工作在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成，采用MAT-253气体同位素质谱计，碳同位素数据采用 PDB标准，氧同位素值采用SMOW标准。

a—铁矿体中的黄铜矿-白云石脉；b—东川式细条带状铜矿石；c—马尾丝状铁矿石；d—东川式热液脉状铜矿石；e—桃园式条带状铜矿石；f— 桃园式热液脉状铜矿石；g—铁铜矿体中斑铜矿交代赤铁矿；h—砂质白云岩中的顺层细矿脉；i—炭质板岩中的黄铜矿化石英细条带 Hem—赤铁矿；Bn—斑铜矿；Cc—辉铜矿；Cp—黄铜矿；Dig—蓝辉铜矿；Py—黄铁矿；Dol—白云石；Q—石英

3.2 分析结果

本次研究共完成东川式、桃园式铜矿体碳、氧同位素测试 10 件，另外收集了相关样品数据 32 件 （华仁民等，1988；冉崇英，1989；叶霖，2004；Zhao et al.，2012；朱文兵，2016），其中落雪组白云岩数据 12 件，白云石数据 8 件，铁铜矿石数据 6 件，方解石数据3件，包裹体数据2件（表1）。

综合本次研究完成的7件白云石碳氧同位素数据及前人报道数据可知，东川式铜矿体中层状矿体的碳酸盐矿物δ¹³C_PDB值为-0.20‰～0.40‰，δ¹⁸O_SMOW 值为+14.40‰～18.83‰，脉状矿体的碳酸盐矿物 δ¹³C_PDB值为-4.24‰～0.73‰，δ¹⁸O_SMOW值为+12.55‰～21.60‰；桃园式铜矿体的碳酸盐矿物δ¹³C_PDB值为-8.50‰～-1.90‰， δ¹⁸O_SMOW 值为 +16.80‰～19.10‰；稀矿山式铁铜矿体的 δ¹³C_PDB值为-5.28‰～1.70‰，δ¹⁸O_SMOW 值为+13.40‰～17.40‰。综合本次研究完成的3件石英包裹体碳氧同位素数据及前人报道数据可知，东川式铜矿体的包裹体 δ¹³C 值为-16.40‰～-0.20‰，δ¹⁸O_SMOW 值为 +18.73～27.70‰；桃园式铜矿体的包裹体δ¹³C值为-18.40‰～-4.20‰，δ¹⁸O_SMOW值为19.40‰。

4 讨论

4.1 东川铜矿碳氧同位素特征

综合本次研究完成的7件白云石碳氧同位素数据，东川式、桃园式、稀矿山式铁铜矿体的 δ¹³C_PDB值与落雪组白云岩相比，铜矿体中的碳酸盐矿物样品在碳、氧同位素上都有一定的差异（图3），但大多数样品 δ¹³C_PDB值落在零值附近，说明成矿流体的碳源主要来自于海相碳酸盐的溶解作用。相对于赋矿白云岩，稀矿山式、桃园式铜矿体的白云石δ¹³C值呈降低的趋势，表明可能与有机碳的同位素发生置换 （Zhao et al.，2012）。东川式铜矿体的包裹体 δ¹³C 值为-16.40‰～-0.20‰，桃园式铜矿体的包裹体 δ¹³C值为-18.40‰～-4.20‰，碳同位素值出现明显的低值，根据图3 可知低值的碳可能来源于有机质的氧化作用和脱羟基作用。由此可见，黑山组炭质板岩等地层中的有机物在稀矿山式、东川式、桃园式铜矿体的成矿过程中提供了部分碳源。

东川铜矿带中的铜矿床属于沉积岩容矿层状铜矿床（SSC），同类型的非洲加丹加铜钴成矿带是全球规模最大、品位最高的沉积岩容矿层状铜矿带 （Hitzman et al.，2012；曾旭等，2021），铜钴矿体的 δ ¹³C值为-10.10‰～-1.41‰，δ¹⁸O_SMOW值为13.83‰～23. 00‰（El Desouky et al.，2009；Sośnicka et al.， 2019）。综合对比两个矿带的碳、氧同位素数据，两者的δ¹³C和δ¹⁸O值均呈现由赋矿白云岩向各类型铜 （钴）矿体中的含矿白云石脉逐渐下降，变化趋势相类似（图4），碳、氧同位素组成显示沉积岩容矿层状铜矿床的碳来自于海相碳酸盐的溶解作用，其次为有机质的脱羟基作用，含矿白云石脉 δ¹³C 值的减低说明有机质参与了该类型铜矿床的成矿作用（Hahn and Thorson，2005）。加丹加铜钴成矿带的δ¹³C值下降趋势比东川铜矿带的更加明显，说明加丹加盆地的有机质来源更加丰富，这与加丹加铜钴成矿带成矿规模远大于东川铜矿带的特征相吻合。

前人在东川铜矿带（冉崇英，1989；叶霖，2004； 朱文兵，2016）和加丹加铜钴成矿带（Sośnicka et al.，2019；曾瑞垠等，2022）的包裹体成分分析中发现含有CO₂、CH₄等气体。曾瑞垠（2021）通过因民矿区和 Luiswishi矿区的流体包裹体岩相学研究工作，发现两个矿床中均发育两类流体包裹体，一类是含子晶三相包裹体，包裹体中含丰富的石盐、钾盐子晶，部分硬石膏子晶，可见明显金属矿物，该类包裹体代表了氧化性含矿卤水，另一类是灰黑、深灰色的气液两相包裹体，包裹体中含有CH₄等烃类气体，相对于氧化卤水代表了还原性流体，未发现有盐类子晶，说明其盐度明显低于氧化性卤水。包裹体中 CH₄等烃类气体的存在说明除了含有机质地层外，还有含有机质的流体参与成矿作用，含有机质流体包裹体的存在与石英包裹体中碳同位素低值特征相吻合。东川铜矿带落雪组中发育有大量的叠层石，藻席及藻礁普遍可见，加丹加铜钴成矿带矿山组白云岩中也发育有大量的叠层石，藻类生物的死亡也可以提供大量有机物。目前在两个铜矿带发现一些以沥青形式存在的有机质，如加丹加铜钴成矿带 RAT 组砂岩中存在的沥青铀矿（Eglinger et al.，2013），Kipushi 矿区的铜锌矿体成矿流体中发现的成熟沥青（Heijlen et al.，2008），东川地区大梁子铀矿床中发育有流塑状、沥青状的铀矿（李强和马绍春，2019）。地层中大量叠层石和部分沥青的存在可以说明沉积盆地中含有生烃层，可以为成矿提供丰富的有机质和还原性流体。有机质成熟过程中可生成油气，当有机质处于低成熟阶段时，生成黑色重油气类包裹体，随着温度的增高，有机质成熟度加大，包裹体成分由以液态烃为主逐渐向气态烃为主转变，最终以含气相 CH₄和 CO₂为其特征 （祝新友等，2010）。

4.2 成矿机制讨论

Cox et al.（2003^①）在对沉积岩容矿层状铜矿床的研究中，提出了该类型铜矿床是后生的，仅部分为成岩期的，主要与盆地卤水循环作用有关，成矿机制为两套流体混合作用。祝新友等（2017）认为东川铜矿带后生现象普遍，矿体受高角度断裂控制明显，常在多个层位出现，矿石一般不发育沉积条带，矿床成因为后生成矿，稀矿山式铁铜矿体、东川式铜矿体、桃园式铜矿体属于同一成矿体系，为盆地卤水交代成矿。

Cox et al.（2003^①）、Hitzman et al.（2005）、Taylor et al.（2013^②）和 Hayes et al.（2015^③）等人认为盆地卤水交代成矿作用须具备以下几个条件：（1）铜源岩。盆地内含有至少 300 m 氧化的渗透性铜源岩。典型的矿源岩为陆相红砂岩、页岩、砾岩和陆相火山岩；（2）能溶解和运输金属元素的地下卤水来源。东川盆地的膏盐假晶表明了蒸发岩层的存在（阮惠础等，1988；Ruan and Hua，1991），刺穿体构造和因民角砾岩是蒸发岩层存在的重要证据（Ruan and Hua，1991；祝新友等，2017），重硫同位素值也反映了蒸发岩的参与（Zhao et al.，2012），可以推断蒸发岩的溶解提供了丰富的高盐度卤水，这与流体包裹体中富含石盐子晶特征相吻合；（3）含矿卤水的迁移，蒸发岩层的变形溶解、盐底辟形成的刺穿构造和断裂构造均可作为盆地卤水迁移的主要驱动机制和迁移通道，东川铜矿带高角度断裂供给系统为流体提供了良好的运移通道（张雄等，2021）；（4）能沉淀铜并形成矿床的还原性流体。还原性流体可能来源于富含有机物的页岩和碳酸盐岩，也可能来源于沉积物中的液态或气态烃类，有机质参与成矿作用与碳同位素低值特征相吻合；（5）有利于流体混合的环境。角砾岩、砂岩、白云岩等可渗透的赋矿岩石，不但是成矿流体良好的运移通道，也为流体混合提供了场所。

本文根据盆地卤水交代成矿条件，对东川铜矿带进行成矿分析：多类型铜矿体白云石 δ¹³C 值均呈现由赋矿白云岩向含矿白云石脉降低的趋势，尤其是石英包裹体的碳同位素值出现明显的低值，说明有机质参与了铜矿的成矿作用，结合前人的流体包裹体研究，成矿流体由氧化性含矿卤水和还原性含有机质流体组成；黑山组的砂板岩作为隔挡层，落雪组底部的富叠层石砂质白云岩为主要沉淀系统，形成一个水文封闭的物理化学圈闭；东川群因民组 （红层）、落雪组和下伏地层均可提供丰富的金属元素，盆地卤水不断淋虑、萃取，形成氧化性含矿卤水，通过横向断裂等供给系统运移到具还原性质的落雪组白云岩和黑山组炭质板岩中，与含有机质地层和含有机质流体发生氧化还原反应，从而使金属元素发生沉淀，形成稀矿山式、东川式、桃园式多层位的层控铜矿体。综上所述，东川铜矿带属于盆地卤水交代成矿（图5）。

5 结论

（1）东川铜矿带大多数样品 δ¹³C_PDB值落在零值附近，说明成矿流体的碳源主要来自于海相碳酸盐的溶解作用，与赋矿白云岩相比，稀矿山式、桃园式铜矿体的白云石 δ¹³C 值呈降低趋势，表明可能与有机碳的同位素发生置换。东川式铜矿体的包裹体δ¹³C值为-16.40‰～-0.20‰，桃园式铜矿体的包裹体δ¹³C值为-18.40‰～-4.20‰，碳同位素出现明显的低值，低碳来源于有机质的氧化作用和脱羟基作用，说明有机质参与了矿床的成矿作用。

（2）东川铜矿带成矿机制为盆地卤水交代成矿，黑山组的砂板岩为隔挡层，落雪组底部的富叠层石砂质白云岩为主要沉淀系统，氧化含矿卤水通过横向断裂等运移到具还原性质的落雪组白云岩和黑山组炭质板岩中，与含有机质地层和含有机质流体发生氧化还原反应，形成多层位的层控铜矿体。

致谢 野外调查期间得到了云南金沙矿业股份有限公司的大力帮助，审稿专家对本文提出的宝贵建议，在此致以诚挚的感谢。

注释

① Cox D P，Lindsey D A，Singer D A，Moring B C，Diggles M F.2003. Sediment-hosted Copper Deposits of the World：Deposit Models and Database[R]. Reston，Virginia：USGS.

② Taylor C D，Causey J D，Denning P D，Hammarstrom J M，Hayes T S，Horton J D，Kirschbaum M J，Parks H L，Wilson A B，Zientek M L.2013. Descriptive Models，Grade-tonnage Relationships，and Databases for the Assessment of Sediment Hosted Copper Deposits with Emphasis on Deposits in the Central African Copperbelt， Democratic Republic of the Congo and Zambia[R]. Reston， Virginia：USGS.

③ Hayes T S，Cox D P，Piatak N M，Seal R.2015. Sediment-hosted Stratabound Copper Deposit Model：Chapter M of Mineral Deposit Models for Resource Assessment[R]. Reston，Virginia：USGS.

参考文献