Advances in Geosciences
Vol.05 No.01(2015), Article ID:14785,10 pages
10.12677/AG.2015.51001

Remote Sensing Interpretation of Structures and Metallogenic Features of Porphyry Copper Belt in Peru

Xuepei Su, Guangming Gao

School of Geosciences and Info-Phyics, Central South University, Changsha Hunan

Email: 4011369@163.com

Received: Jan. 19th, 2015; accepted: Jan. 29th, 2015; published: Feb. 4th, 2015

Copyright © 2015 by authors and Hans Publishers Inc.

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ABSTRACT

Peru, located at the central Andes, have developed favorable minerogenetic condition, due to the subduction of Nazca plate beneath the South American plate. Large copper mine in Peru is relatively concentrated. In this paper, we first review related literatures. Then through remote sensing interpretation, we systematically discuss deposit features and metallogenic conditions of the typical porphyry deposits, and further provide new exploring direction.

Keywords:Peru, Porphyry Coppers, Deposit Features, Metallogenic Conditions, Remote Sensing Interpretation, Structures

秘鲁斑岩铜矿带遥感构造解译 与成矿特征

苏学沛,高光明

中南大学,地球科学与信息物理学院,湖南 长沙

Email: 4011369@163.com

收稿日期:2015年1月19日;录用日期:2015年1月29日;发布日期:2015年2月4日

摘 要

秘鲁地处南美安第斯山脉中段,由于受纳兹卡板块长期向南美板块下部俯冲作用的影响,成矿条件十分优越。秘鲁大型铜矿相对集中,本文通过收集和整理相关文献以及实地考察,结合遥感构造解译,探讨与总结该成矿带的典型斑岩矿床的矿床特征与成矿条件,并提出了找矿方向。

关键词 :秘鲁,斑岩铜矿,矿床特征,成矿条件,遥感解译,构造

1. 引言

秘鲁属南美地区大国,位于太平洋东岸。北邻厄瓜多尔和哥伦比亚,东与巴西和玻利维亚接壤,南接智利,西濒太平洋,是南美洲国家联盟的成员国[1] 。

纳兹卡板块从早侏罗纪开始向南美大陆板块俯冲形成的安第斯山脉贯穿秘鲁全境,成矿条件十分优越(图1)。而秘鲁–智利斑岩铜矿带作为世界三大斑岩铜矿带之一环太平洋成矿带的重要组成部分[2] ,已成为世界各国矿业公司采矿业投资的首选国家之一。中南大学以庄胜矿业研究院领头,对该成矿带地质特征进行了大量的野外勘查与分析。本文主要通过对秘鲁遥感图的构造解译,分析线、环形构造的存在标志,形态特征,分布规律,总结区域构造特征,划分构造区,研究构造、区域矿产分布与成矿的关系从而为总结成矿规律及预测成矿远景区提供依据。

Figure 1. Schematic diagram of Western South America and Nazca Plate

图1. 南美西部秘鲁及纳兹卡一带板块示意图

2. 大地构造位置

秘鲁大陆自西而东,地理及地质构造上可分成四大地质单元:海岸岩基带平原带、安第斯山褶皱带、山间凹陷带及亚马逊盆地带[3] 。

海岸基岩平原带位于安第斯山西侧,太平洋沿岸,地貌主要表现为狭窄的沿海平原,以中、基性岩基产出为特征,其中分布有若干大型金矿床;安第斯山褶皱带贯穿整个南美洲,秘鲁境内分为西科迪勒拉带与东科迪勒拉带,以前寒武纪变质地层、古生代火山建造及磨拉石建造、中新生代的岩浆岩广泛分布为特征,其中产有为数众多的金矿床(点)产出;山间凹陷带位于东科迪勒拉带与西科迪勒拉带之间;东部盆地位于秘鲁的东部,为山前冲积盆地,即著名的亚马逊盆地,亚马逊河支流有大型砂金矿产出。

3. 各时代地层及岩石特征

3.1. 地层分布

秘鲁地层分布广泛,从前寒武纪–第四纪均有出露(图2)。

前寒武纪为变质岩,出露有片麻岩及片岩岩石组合,局部地区可以鉴别出变质细碧角斑岩;早古生代为复理石建造、火山建造及变质建造,主体岩石为片岩、千枚岩、泥岩、灰岩、安山岩、玄武岩及次火山岩,有大的岩基产出。古生代地层缺失严重,只有出露不全晚古生代地层,主体岩石为砂岩、泥岩及灰岩,局部含有含煤地层;中生代地层出露齐全,主体岩石为中、基性火山岩、陆相沉屑岩等;新生代在海岸岩基带仍有海相碎屑岩建造及火山建造产出,东部地区则为巨厚的山前盆地及河流积碎堆集[4] 。与成矿有关的地层各时代均有,但以白垩纪和古近纪–新近纪为主[5] 。

3.2. 岩浆岩

火山活动及侵入作用十分强烈,各时代岩浆活动产物大致如下:

1) 前寒武纪主要为基性、超基性侵入体;

2) 古生代主要为海西期的基性、中性及酸性岩浆活动形成巨大的岩基;

3) 中生代已知侵入岩种类多,特别是与火山活动有关的岩基、岩株、次火岩广泛分布;

4) 新生代仍有基性、中性酸性侵入岩产出,火山活动强烈。

4. 遥感影像特征分析

遥感地质作为一门遥感技术与地球科学相结合的新学科,利用遥感图像解译地质构造和提取蚀变信息,在矿产资源勘查中的作用十分明显[6] 。遥感目视解译在地质找矿的前期工作中具有前瞻性和便捷性,特别是在国外人烟稀少、环境恶劣、工作程度较低的地区,它的作用更加显。

纵观秘鲁遥感图像全图,地貌特征明显,类型多样,既有高耸的中部安第斯山山脉,又有海岸山脉与狭窄的平原地貌;既有茂密的热带雨林平原地貌,又有植被稀疏的戈壁沙漠。山脉延伸主要为北西向,以安第斯山脉为界,形成壮观的盆岭构造区。大致又可以安第斯山为界,分为植被发育区与植被不发育区,界线截然。

根据图像整体分析(图3),与板块构造相对应,平行于海岸的科迪勒拉山构造岩浆弧呈北西向带状展布,盆岭相间,主干断裂清晰明显。与东部亚马逊平原刚性基底结合带线形褶皱和逆冲推覆构造发育,这些褶皱与断层多呈北西走向向东呈弧形延伸。在秘鲁南部乌鲁班巴河一带和北部特鲁西约(Trujillo)西部两处呈向北突出的弧形构造。南部与智利交界处,即阿雷基帕(Arequipa)以南,火山形成的环形构造十分醒目;北部与厄瓜多尔交界处,北北西向火山岩浆活动成因的环形构造带分割塞丘拉沙漠平原和安第

Figure 2. Regional stratigraphic column of Peru

图2. 秘鲁区域地层柱状图

Figure 3. Features of structures in remote sensing images of Peru

图3. 秘鲁遥感图像的构造影像特征

斯山脉,单个环形构造往往在沙漠中呈弧形及环形山脉。值得一提的是,横切纳兹卡板块的板片在科迪勒拉山脉形成近东西向的左行平移断层,图像上表现为北西向的构造线不连续和河流的同步转弯(图4)。

Figure 4. Part of the remote sensing images of Peru

图4. 秘鲁遥感图像局部放大图

对秘鲁的ETM遥感图像分析,初步划分出8个构造分区,分别由下列分区组成(图5):

①秘鲁皮乌拉–塞丘拉滨海平原–沙漠区(由风成沙、洪积扇及河流沉积物组成);

②拉斯洛马斯–萨拉韦里北北西向火山–岩浆构造活动带;

③北北东–近南北向斑岩成矿带;

④卡哈玛卡南部向北逆冲推覆构造带(冲褶带,后期具有拆离作用);

⑤构造窗;

⑥哈恩北部向南逆冲推覆构造带(冲褶带,后期具有拆离作用);

⑦科迪勒拉山北西线形褶皱–逆冲推覆构造带;局部山脉盆地相间,为典型的盆岭构造区;

⑧亚马逊平原结晶基底边缘活动带。

中④~⑥可能为一对冲构造带,构造窗所在部位为Au-Ag和Pb-Zn-Cu-Ag-Au矿集区,分布在图像上为浅色调,可能为岩浆隆升侵位部位,不排除成矿作用与后期存在伸展构造有关。

5. 斑岩铜矿带典型矿床的地质特征、遥感构造解译及成矿条件分析

秘鲁全境位于环太平洋成矿带东岸,由于秘鲁位于纳兹卡板块向南美板块俯冲带陆缘一侧,火山及岩浆活动强烈,带来丰富的成矿物质,形成世界级的矿化集中区[7] 。矿产资源十分丰富,矿产类型齐全,主要黑色金属、有色金属和贵金属矿床多产于安第斯山脉构造岩浆活动带;而非金属矿产、石油、等则分布于东部亚马逊平原地区,沙金主要分布于东部河流地区。主要有色金属矿床以斑岩型矿床为主(世界铜金属量大于500万吨的铜矿主要集中在南美。表1为秘鲁境内典型大型超大型铜矿),同时有密西西比型铅锌矿床和块状硫化物型铁铜矿床。

5.1. 典型矿床地质特征

秘鲁南部西科迪勒拉斑岩成矿带位于太平洋东岸的大陆边缘型岩浆弧带,该成矿带受双重构造因素的控制,一方面受纳兹卡板块向南美板块俯冲影响,同时也受北西–南东向左行横推断裂构造的影响[9] 。Incapuquio断层系统是一个具挤压剪切的左行平移断层,受逆冲作用影响,北东盘的地块被抬升[10] 。白垩纪——第三纪的闪长岩,花岗闪长岩和二长岩等侵入体以及该区域同期的成矿均与Incapuquio断裂带有紧密联系。表1中的斑岩铜矿几乎都紧邻该断层带产出(图6)。

Figure 5. Remote sensing interpretation of structures in Peru

图5. 秘鲁遥感图像构造解译

Table 1. Summary of large coppers in Peru

表1. 秘鲁大型铜矿汇总表

Figure 6. The geological map of the porphyry copper belt in Peru and positions of typical deposits

图6. 秘鲁斑岩成矿带地质简图及典型矿床分布(据文献[8] 修改)

秘鲁典型斑岩铜矿具有以下地质特征(表2):1) 成矿年代相近,成矿均与白垩纪至第三纪古新世混合斑岩体侵入密切相关;2) 北西向Incapuquio深大断裂为主控矿构造。结合遥感构造解译及部分矿区现场实地勘查,这些斑岩铜矿基本位于左行平移走滑断层Incapuquio系统与北东50˚~70˚的次级断裂构造交汇处。这些交汇区域形成了构造薄弱地带,从而为岩浆侵入提供了位置和空间,并在一定程度上控制了矿体的形态与空间展布;3) 与世界上所有斑岩铜矿一样,这些斑岩铜矿也具有典型斑岩铜矿水平和垂直的蚀变分带现象;4) 各种角砾岩普遍发育也是该成矿带主要大型斑岩铜矿的主要特征(图7),角砾岩的矿化程度与来自含矿岩石的碎屑有关。虽然角砾岩种类有所不同,但都以角砾岩筒的形态出现,这些角砾岩筒为矿化的物质来源提供主要通道。

5.2. 遥感构造解译

分析秘鲁的ETM遥感图像上斑岩成矿带构造解译图(图8),可见区域内线性构造与环形构造普遍发育。

线性构造主要存在两组,北西向断裂构造与北东向断裂构造,此外局部发育有近南北向构造。北西向断裂构造:为区内主要的构造,图像上线影纹性特征明显,多以直线形式存在,直线平且长,显示了断裂构造的规模相当大。断裂的形成主要为纳兹卡板块向南美板块俯冲,挤压及后期扩张所致,这些断裂同时也是控岩断裂,其控制了区内侵入岩的展布方向,秘鲁斑岩铜矿带的形成,都与该组断裂构造有着密切的联系。北东向断裂:主要为北西向断裂的共轭断裂,图像上多以线性和影纹特征为主要标志。断裂长度相对较短,但该区域内的几个斑岩铜矿中,都有该方向的断裂,已知的斑岩铜矿都定位在北西与北东向断裂交汇处,说明该方向的断裂在这个区域成矿条件中,也有相当重要的地位。

Table 2. Geological features of typical deposits

表2. 典型矿床的地质特征

a、b:Don javier钻孔岩芯中电气石网脉胶结英安斑岩;c:los calatos斑岩铜矿中火山热液角砾岩中的铜矿化;d:Toquepala斑岩铜矿中的电气石角砾岩。

Figure 7. Tourmalines cemented dacite porphyry in mineralized breccias

图7. 电气石胶结英安斑岩的矿化角砾岩

环形构造主要为火山机构,多在东部出现,并且大致的排列方向为北西向。

Figure 8. Remote sensing interpretation of structures of the porphyry copper belt in Peru

图8. 秘鲁斑岩铜矿带遥感影像构造解译

5.3. 成矿条件分析

1) Sillitoe R H(1972) 最早总结了智利若干斑岩铜矿的成矿特点,提出在“B”型俯冲的大陆一侧形成斑岩铜矿的理论。从大地构造来分析,秘鲁南部斑岩成矿带位于太平洋东岸的大陆边缘型岩浆弧带,正常的钙碱系列弧岩浆具有形成斑岩铜矿的潜力(即它本质上是“富铜”的)。Nazca板块持续俯冲到南美板块的过程中,钙碱系列岩浆和热液不断产生,铜元素也就不断地被萃取和集中沉淀形成矿藏。

2) 压缩构造体制有利于形成这种岩浆熔体。除了上地壳要处于较长时期挤压状态后的应力松驰期之外,成矿域也需存在早期深大断裂,这些断裂在应力松驰期活化张开在挤压应力变为松弛状况时允许大体积的岩浆可由浮力作用通过地壳内先存的构造弱化带而大量地上涌到上地壳,如深大断裂Incapuqio走滑断裂系统能提供流体集中和就位的理想条件。

3) 上地壳岩浆房内应有一个钟状体空间(一般深度为 ≤ 2 km ) [11] ,这样便于富含气泡的上浮岩浆从大于5 km深处上升和进入其中实现对流循环,并将其中的挥发物释放到上覆的斑岩熔岩壳内,这样就能够将金属与岩浆分开,并出溶到热液流体内,再集中在斑岩熔岩壳内,经过冷却及与围岩作用后金属沉淀下来。

4) 典型矿床均具火山角砾岩、热液角砾岩等多种角砾岩(筒),这些角砾岩筒为矿化的物质来源提供主要通道,部分矿床很有可能就产于大型的角砾岩筒内[12] ,因此具有典型的角砾岩(筒)也为成矿的重要条件及找矿标志。

5) 利用遥感影像对构造的解译可知,该斑岩铜矿床主要分布于线形构造交汇和环形构造边部与线形构造的交汇处。由此可知,线、环构造交切位置很有可能是矿化,富集的有利地带。

6. 成矿预测

秘鲁–智利斑岩成矿带的成矿条件均满足以下三点:首先,成矿带上存在早期的深大断裂,并且该断裂有明显的多期活动特征;其次,该区为岩浆岩强烈活动的地区;再次,上地壳处于长期积压状态后的应力松弛期;特别在挤压期应力松弛期活化张开。分析对比发现的典型矿床地质特征,结合遥感手段对成矿带构造的解译,圈出了斑岩铜矿的远景预测区(图5红色方框)。该远景区预测依据为:a) 地处北西向构造岩浆活动带;b) 北西向、北东向、近南北向等多组线形构造与主干断层交汇,同时环形构造发育,根据图像分析,既有正环形构造,又有负环形构造,构造叠加,找矿远景可观。

文章引用

苏学沛,高明光, (2015) 秘鲁斑岩铜矿带遥感构造解译与成矿特征
Remote Sensing Interpretation of Structures and Metallogenic Features of Porphyry Copper Belt in Peru. 地球科学前沿,01,1-11. doi: 10.12677/AG.2015.51001

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