2014, Vol. 30
2. 中国科学院大学, 北京 100049;
3. 江西地矿局九一二大队, 鹰潭 35000
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
3. 912 Geological Party of JBEDGMR, Yintan 35000, China
矽卡岩是一种从矿物学角度命名的岩石类型，可在区域变质、岩浆接触交代或者是流体渗透交代过程中形成，流体类型可能是岩浆流体、变质流体、天水或者是海水(Einaudi and Burt， 1982; Meinert et al., 2005)。矽卡岩矿床在时间上与空间上与矽卡岩有紧密相关，在地壳范围内广泛分布(Meinert et al., 2005)，是世界上钨矿的最主要来源以及铜、铁、钼、锡的重要来源。矽卡岩是通过接触反应交代形成，其形成方式有两种：一种是扩散作用，在碳酸盐岩石和铝硅酸盐岩石接触界面，受到高温岩浆期后热液作用，通过双交代形成；另一种是渗滤作用，也发育在碳酸盐岩石和铝硅酸盐岩石接触带上，是组分被溶液单方向搬运的结果(Einaudi and Burt， 1982; Jamtveit et al., 1993; Meinert et al., 2005)。通常情况下，这两种形成方式共存。目前，矽卡岩矿床研究热点在于通过PIXE(Proton-Induced X-ray Emission，质子探针)、LA-ICP-MS手段分析熔融包裹体与水盐包裹体成分变化，研究岩浆熔体与热液流体转换(Heinrich et al., 1992，1999，2003; Chang and Meinert， 2004)。国内矽卡岩矿床的研究主要集中在阿尔泰地区(Liu et al., 2012; Zhu et al., 2012; Wan et al., 2014)、冈底斯成矿域中与斑岩系统共生的矽卡岩(李光明等，2005; Li et al., 2014)，以及长江中下游地区(Mao et al., 2011; Xie et al., 2011)。
永平铜矿地处江西上饶永平镇境内，位于北武夷成矿带北缘。前人针对该矿床曾进行过较多研究，包括矿区围岩混合岩的原岩及时代(杨树峰等，1976)、围岩石炭系沉积环境(徐跃通，1996；李二恒等，2012)、矿化蚀变花岗质岩体地球化学及年代学(丁昕等，2005；李晓峰等，2007)、矿田构造及矿床地球化学(刘讯和黄震，1991；何江，1993)、成岩成矿流体(倪培等，2005；吕赟珊等，2012)、矿床成因(何江，1993; 赵常胜，2001; 廖宗廷和刘金水，2003; 倪培等，2005; Gu et al., 2007)和成矿前景预测(罗平，2005；李会欣，2009)等。关于矿床成因，主要有两种观点，一是矽卡岩型或广义矽卡岩型矿床(何江， 1989，1993；丁昕等，2005)，另一种观点是与海底喷流作用有关，并经后期改造的矿床(廖宗廷和刘金水，2003; 倪培等，2005; Gu et al., 2007)。以上研究主要为大尺度研究，尚缺乏对矿区岩石学和矿物学的详细研究。因此，本文使用扫描电镜-能谱(SEM-EDS)及电子探针(EPMA)手段对永平铜矿矽卡岩矿物进行矿物微观特征、化学成分及岩石结构研究，以推断矽卡岩矿床形成过程、流体演化特征，进而探讨矿床成因。永平铜矿型矿床在华南地区较为常见(Gu et al., 2007)，如武山铜矿(孔凡斌等，2012)、东乡铜矿(蔡逸涛等，2011)等。所以，本文研究结果不仅可以为认识该区域矿床成因提供重要参考，而且也可以为矿区的勘探提供理论依据。
1 区域地质背景
华南主要由扬子地块和华夏地块构成(图 1a)，基底岩石为前南华纪泥砂质岩和火山岩，多发生变质(沈渭洲等，1993)。绍兴-江山-萍乡NE-NEE向断裂为二者的新元古代缝合带(图 1a中①)。华南块体在新元古代拼合后，经历了裂解-聚合-再裂解-再聚合的一系列过程(舒良树，2012)。华南在0.8~0.7Ga时属大陆裂解期，以发育有双峰式火山岩及科马提质岩为特征(Zheng et al., 2007; Wang et al., 2007)。自700Ma至190 Ma，本区为滨海-浅海-斜坡沉积环境，其中，志留纪及早-中三叠纪发生两次陆内褶皱及过铝质岩浆活动(汪洋和邓晋福，2004；胡艳华等，2009；舒良树，2012)。华南在晚古生代以广泛的伸展和浅海盆地为特征(Gu et al., 2007)，发育了较多裂陷盆地(倪培等，2005)。多数学者认为在石炭纪发生了海底喷流沉积成矿作用(廖宗廷和刘金水，2003；侯增谦等，2011；孔凡斌等，2012)，主要依据为矿区内发育块状硫化物、喷气岩-硅质岩等(徐跃通，1996；李二恒等，2012)。永平铜矿就位于此时的钱塘江-信江断裂坳陷带南缘(图 1a)，该坳陷带在石炭纪晚期才开始接受沉积(廖宗廷和刘金水，2003；舒良树，2012)。
 | 图 1永平铜矿大地构造简图(a，底图据Gu et al，2007; 毛景文等，2011)和钱塘江-信江坳陷带西缘矿床分布(b，据王永庆，2011私人通信，修改) 缝合带、断裂：①江南缝合带；②政和-大埔缝合带；③邵武-河源断裂；④郯庐断裂.海西-印支期断裂坳陷带：Ⅰ长江中下游坳陷带；Ⅱ钱塘江-信江坳陷带；Ⅲ萍乡-乐平坳陷带；Ⅳ闽西南-粤东坳陷带 Fig. 1 Schematic tectonic map of Yongping copper deposit(a，after Gu et al，2007; Mao et al., 2011) and mineral deposits in the western part of Qiangtangjiang-Xinjiang depression belt(b)area Sutures and major faults: ① Jiangnan suture; ② Zhenghe-Dapu suture; ③ Shaowu-Heyuan fault; ④ Tanlu fault. Hercynian fault-bounded depressions: ⅠMinddle-Lower Yangtze depression belt; ⅡQiangtangjiang-Xinjiang depression belt; Ⅲ Pingxiang-Leping depression belt; Ⅳ Southwest Fujian-East Guangdong depression belt |
侏罗纪开始，华南地区进入燕山构造期，形成一系列的NE、NNE向断裂及褶皱(孟立丰，2012；舒良树，2012；李建华，2013)以及多期次基性、中酸性侵入体(Zhou et al., 2006)，并发育了一些与岩体有关的矿床，如德兴铜矿、永平铜矿、冷水坑银多金属矿、西华山钨矿等(梅勇文，1987; 李晓峰等，2007; 徐贻赣等，2013; Hou et al., 2013)。
长期的构造作用和多期的花岗质岩浆活动使华南地区具有很好的成矿条件(舒良树，2012)，发育多处成矿带，主要有长江中下游成矿带(Mao et al., 2011; 周涛发等，2011)、钦杭成矿带(杨明桂和梅勇文，1997；毛景文等，2011)、武夷山成矿带(罗平，2010；苏慧敏，2013)和南岭成矿带(Peng et al., 2006)等。其中，永平铜矿即处于钦杭成矿带内。
在永平铜矿外围，沿着晚古生代盆地周边，发育了一系列大型-中型铜多金属矿、金铅锌多金属矿：铁砂街铜矿、长寿源银铅锌矿、蔡家坪-洋锡洞-九骨牌铅锌矿、铜山铜矿、王坞钼矿等，以及应天寺等金多金属矿区(图 1b;江西地质局九一二队，1970江西地质局九一二队.1970.永平铜矿勘探报告)。 2 矿区与矿体地质特征
永平铜矿是钱塘江-信江坳陷带西南缘的一个大型铜矿(图 1b)。矿区内地层相对较为简单，主要为前震旦纪周潭群和晚古生界。周潭群为该区结晶基底岩系(余达淦等，1999)，岩性包括各类片岩、片麻岩、变粒岩及混合岩等(赣东北地质调查队，1982赣东北地质调查队.1982. 上饶幅区域地质调查报告)，其原岩是一套浅海相类复理石建 造。晚古生界主要为石炭系-二叠系沉积，包括中石炭统叶家湾组、上石炭统船山组、下二叠统铜茅口-栖霞组及上二叠统李家组。矿区内晚古生界因构造作用夹在周潭群之间(图 2b，c)。石炭系叶家湾组是矿区主要的赋矿地层，为一套以浅海相为主的灰岩、泥灰岩和长英质碎屑岩沉积建造。该岩组在矿区内多发生矽卡岩化，以矽卡岩与灰岩、砂页岩互层出现(图 3)。
 | 图 2 永平铜矿矿区地质图(a)、侯家-嵩山倒转背斜示意图(b)和Ⅰ-Ⅰ’地质剖面图(c)(据赣东北地质调查队，1982有删改) Fig. 2 Geological map of Yongping copper deposit(a)，sketch map of Houjia-Songshan reversed anticline(b) and Ⅰ-Ⅰ’cross section(c) |
 | 图 3 永平铜矿0号勘探线部分钻孔柱状图(据赣东北地质调查队，1982有删改) (a)为0号勘探线图(b)中粗线部分放大，分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ;钻孔柱状图中，矽卡岩沿着同一岩体分带，虚线部分为同一岩株方向上分带 Fig. 3 Profile map of 0 prospecting line and bore hole columnar section from Yongping copper deposit Bold lines part enlarged in Fig. 3a from profile map of 0 prospecting line(b)，indentified as Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ; drill hole column of skarn distribution along the granite; dashed lines present zones of skarns along the same stock |
矿区内主要的构造是侯家-嵩山倒转背斜，背斜轴近南 北向，轴面东倾。背斜轴部由混合岩组成，向北收敛；背斜两翼为石炭-二叠系。侯家-嵩山倒转背斜东翼在露天采场出露部分称为天排山倒转背斜(图 2b)，与次一级打字坪倒转向斜相接；西翼和矿区西侧的局里向斜被乌石岗-姜坞牌逆断层破坏。矿区主要断层为应天寺-火烧岗逆掩断层(F1，图 2b)、天排山逆断层(F2，图 2b)。矿体分布在两个断裂带内及两断裂间的石炭系地层中(图 2b)。
矿区内侵入体主要为中酸性岩体。根据上饶幅区域地质报告(赣东北地质调查队，1982)，矿区内的岩浆可分为两期三阶段：燕山早期第二阶段的火烧岗-十字头花岗闪长斑岩、燕山早期第三阶段石英斑岩及燕山晚期第二阶段花岗斑岩(图 2)。矿区内岩体以火烧岗-十字头花岗闪长斑岩为代表，其侵位形成于~160Ma，并遭受后期(~135Ma)热液变质/蚀变改造(丁昕等，2005)。该花岗岩属燕山期俯冲环境下形成的高钾钙碱质岩石(李晓峰等，2007)。矿区内的还发育有石英斑岩脉和花岗斑岩脉，均为近南北向(图 2a)。
永平铜矿矿体以似层状为主，透镜状次之，产状因矿带不同而不同，其中主矿带倾角为20°~30°。矿石类型主要为透辉石榴石矽卡岩，次为矽卡岩化灰岩、千枚状页岩、灰岩等。矿床品位变化较大，上部氧化带品位可达1.12%，其余矿体品位在0.66%~0.95%，平均品位为0.73%。矿床自上而下主要分为三个带：浅部为氧化铁矿；中部为铜硫矿带(上部以铜矿为主，下部以硫矿为主)；下部为铅锌矿带。
区内围岩蚀变主要为矽卡岩化，其次为硅化、碳酸盐化、绿泥石化等。矽卡岩化蚀变在矿区广泛分布，其空间分布严格受F1，F2断层及混合岩接触面、岩性分界面等控制。
矿化强度及矿物形成的顺序与矽卡岩化规律一致。沿走向自火烧岗向两侧，沿倾向由中部向下，矽卡岩化、矿化强度减弱；磁铁矿、磁黄铁矿、黄铁矿及矽卡岩矿物减少，闪锌矿、方铅矿增多。
3 矽卡岩及成矿期次
矽卡岩与矿体在空间上紧密相关，我们将从矽卡岩分带、矿物生成顺序及成矿期次来探讨成矿过程。 3.1 矽卡岩分带
矿区内石炭系夹在周潭群之间组成“夹心层”结构，这一特殊的地质构造致使后期岩浆岩沿着构造断面及灰岩层间裂隙贯入，对灰岩、千枚岩等进行强烈交代，形成矽卡岩、角岩等。这种特殊的构造形式及岩浆贯入形式，致使该区矽卡岩分带相对于Bingham矿床中典型的铜矽卡岩分带(Atkinson and Einaudi， 1978)更复杂，该区矽卡岩在岩体延伸方向上及其垂向上均有分带现象(图 3)。为此我们选取矿床中部的0号剖面进行研究，根据空间分布，分三部分：内矽卡岩(CK011)、岩体边部矽卡岩(CK006、CK008)及远离岩体矽卡岩(CK013)(图 3)。从岩体到围岩方向，以岩体为中心向两侧由石榴石矽卡岩逐渐变为透辉石矽卡岩(图 3，Ⅲ两侧的虚线部分)。
3.2 矿物生成顺序及成矿期次
永平铜矿矽卡岩矿物广泛发育，矽卡岩矿物的生成及分布与矿体密切相关。根据矿物组合，该区矽卡岩可分为石榴石矽卡岩、透辉石榴矽卡岩、透辉石矽卡岩、绿帘石矽卡岩、硅灰石矽卡岩等。根据野外矿体产状及镜下矿石观察，矽卡岩矿物及部分主要金属硫化物生成顺序如表 1。综合矿物组合、矿物生成顺序及矿床分带可将成矿过程概略分为两个阶段：进变质阶段和退变质阶段。
(1)进变质阶段：主要生成石榴石、透辉石及硅灰石等无水矽卡岩矿物，形成以石榴石、透辉石、硅灰石为主的简单矽卡岩(图 4a，b，e)；
 | 图 4永平铜矿典型矽卡岩矿石 (a)-翠绿色透辉石榴矽卡岩；(b)-含矿绿帘透辉石榴矽卡岩，浸染状萤石(Fl)分布；(c)-石榴石矽卡岩矿石，可见流体逃逸构造(小细脉)；(d)-透辉石石榴石矽卡岩，石榴石退变质；(e、f)-矽卡岩蚀变前锋，矽卡岩与大理岩突变接触；(e)-石榴石硅灰石大理岩；(g)-大理岩中的矿包-铁碧玉；(h、i)-浸染状、脉状蚀变岩矿石，透闪石-硫化物脉，被后期硬石膏脉切穿.Grt-石榴石；Di-透辉石；Ep-绿帘石；Fl-萤石；Py-黄铁矿；Ccp-黄铜矿；Sph-闪锌矿；Wo-硅灰石；Hem-赤铁矿；Tr-透闪石；Qz-石英；Anh-硬石膏 Fig. 4 Typical skarn ores in Yongping copper depositarea (a)-emerald diopside garnet skarn;(b)-diopside garnet skarn，dissemination fluorite;(c)-garnet ore skarn，fluid escape structure(veins)in middle and light;(d)-diopside garnet skarn，garnet retrograde;(e，f)-front of skarns，skarn and marble，with sharp contact;(e)- and adrite wollastonite marble;(g)-nudle in marble-iron jasper;(h，i)-dissemination and vein structure in altered rock，tremolite-sulfides vein cut by late anhydrite. Grt-garnet; Di-diopside; Ep-epidote; Fl-flourite; Py-pyrite; Ccp-chalcopyrite; Sph-sphalerite; Wo-wollastonite; Hem-hematite; Tr-tremolite; Qz-quartz; Anh-anhydrite |
 | 表 1永平铜矿主要矿物生成顺序表 Table 1 Sequence of major minerals in Yongping copper deposit |
(2)退变质阶段：在进变质矽卡岩基础上，矽卡岩被交代、破碎，形成以残留石榴石、石英、赤铁矿、云母、硫化物等 矿物为组合的复杂矽卡岩；同时在大理岩中形成碧玉(图 4g)。黄铜矿、黄铁矿等金属硫化物主要在这一阶段中期形成。 4 实验样品及其思路方法
本文对矿区Ⅱ号主矿体地表及井下、火烧岗处等等不同层位、不同位置的48个样品，进行了详细岩石矿物学研究。样品岩石类型包括透辉石榴石矽卡岩、块状矿石、变质砂页岩矿石、矽卡岩化大理岩。根据岩体到围岩矽卡岩分带现象，结合手标本及镜下观察，选取8个具有代表性的矽卡岩矿石，对石榴石、辉石、绿帘石、透闪石等进行了电子探针成分测定；其中S-13为岩体边部矽卡岩化角岩；YTKS-1、YTKS-9为棕色含矿透辉石绿帘石榴石矽卡岩(图 4b)，矽卡岩内可见石英-硫化物脉体叠加在早期的块状石榴石矽卡岩中，可代表进变质阶段及随后的退变质阶段流体特征；YTJ-1为井下退变质透闪石矽卡岩(图 4h，i)；S-14、S-15为贫矿透辉石榴石矽卡岩(图 4a)，属于远端矽卡岩；YT-7、YT-4为前锋矽卡岩化大理岩。镜下观察在中科院地质与地球物理研究所显微实验室完成；电子探针分析在 中国地质科学院矿产资源研究所电子探针实验室JXA-8230电子探针上完成，工作电压是15kV，束斑直径为5μm，使用天然矿物样品和PAP校正处理程序进行仪器标定和数据处理，分析精度优于2%。电子探针数据使用剑桥大学地球科学学院开发的AX软件处理，该软件主要用于电子探针数据处理及矿物活度的计算(http://wserv2.esc.cam.ac.uk/research/research-groups/holl and /ax)。
5 矽卡岩矿物特征及分析结果
区内矽卡岩主要为石榴石矽卡岩，次为辉石矽卡岩、辉石-石榴石矽卡岩、绿帘石-石榴石矽卡岩，少量硅灰石矽卡岩。矽卡岩矿物主要为石榴石，其次为透辉石、绿帘石、透闪石、阳起石等，与矿化最密切的是绿帘石-辉石-石榴石组合。本区的主要赋矿矽卡岩为钙铁榴石-绿帘石组合，该类岩石是与斑岩体有关的矽卡岩型铜矿的典型岩石(Einaudi and Burt， 1982)。本次研究主要对火烧岗处矽卡岩、Ⅱ矿体中矽卡岩以及蚀变前锋中的石榴石、辉石、绿帘石、透闪石、阳起石分别进行了成分分析，分析结果见表 2、表 3、表 4、表 5。
| 表 2永平铜矿主要矿物生成顺序表 Table 2 Sequence of major minerals in Yongping copper deposit |
| 表 3 永平铜矿辉石类矿物电子探针成分(wt%) Table 3 EPMA composition of pyroxene from Yongping copper deposit(wt%) |
| 表4 永平铜矿绿帘石电子探针成分(wt%) Table 4 EPMA composition of epidotes from Yongping copper deposit(wt%) |
| 表 5永平铜矿透闪石电子探针成分(wt%) Table 5 EPMA composition of tremolite from Yongping copper deposit(wt%) |
石榴石是矿区矽卡岩的主要矿物成分，晶型较好，有五角十二面体、菱形十二面体、八面体等单形或聚形。手标本上，无矿矽卡岩石榴石主要为绿色，镜下观察可见石榴石发育完好晶型，蚀变较弱，部分发育连晶，边部有光性异常，伴生有少量的石英和方解石(图 4a、图 5a)；含矿矽卡岩中石 榴石为棕色、浅红棕色，裂隙发育并被后期的石英硫化物交代(图 6b，c)，绿泥石成脉状充填在裂隙中。部分石榴石中可见有黄铁矿沿着石榴石的生长震荡环带发育(图 7a)。根据镜下观察，石榴石可分为两期：进变质阶段形成的以钙铁榴石为主的石榴石核(图 6f，YTKS-9)，全消光；退变质阶段在早期石榴石与流体接触面上形成的钙铁榴石-钙铝榴石固溶体系列(YTKS-1)，呈现黑-一级灰白干涉色。YTKS-9样品石榴石中包裹有大量赤铁矿(图 5d)。
 | 图 5永平铜矿矽卡岩矿物镜下照片 (a)-石榴石生长环带明显，无矿矽卡岩，中部少量透辉石交代；(b)-后期石英硫化物交代早期的石榴石；(c)-石榴石残留假象，被磁铁矿、黑云母、黄铁矿交代；(d)-石榴石中包含赤铁矿和石英；(e)-透辉石零星分布与矽卡岩边部，晶型较好，含有水盐包裹体；(f)-条带状绿帘透辉石榴矽卡岩矿石，被后期石英-硫化物交代；(g)-石英硫化物脉中间的黄铁矿及透辉石；(h)-柱状透闪石，格架中间充填黄铜矿；(i)-放射状透闪石(阳起石). Adr-钙铁榴石；Gro-钙铝榴石；Pl-长石；Ser-绢云母；Mt-磁铁矿；Chl-绿泥石 Fig. 5 Micrographs of skarn minerals in Yongping copper depositarea (a)-free skarn，garnets have growth zone，with minor diopsides in the core;(b)-late quartz-sulfides replace early garnet;(c)-garnet pseudomorph，replaced by magnetite，biotite and pyrite;(d)-hematite and quartz in garnet;(e)-dopsides scatter in garnets，well form，with brine inclusions;(f)-quartz-wulfides b and s in diopside garnet skarn，replace the early garnets;(g)-diopsides and pyrites in auartz-sulfides vein;(h)-chalcopyrites filling in grillage of columnar tremolites;(i)-radiative tremolites. Adr- and radite; Gro-grossulor; Pl-feldspar; Ser-sercite; Mt-magnetite; Chl-chlorite |
 | 图 6石榴石矽卡岩矿石BSE图像 (a)-石榴石核部充填黄铁矿、黄铜矿，边部发育震荡环带；(b)-黄铜矿与石榴石构成海绵陨铁结构，二者被后期石英交代；(c)-脉体中发育的萤石；(d)-矽卡岩中断续石英-绿帘石-透辉石-黄铁矿-黄铜矿脉；(e)-石英脉中的黄铁矿、黄铜矿、白钨矿及绿帘石；(f)-含少量石英-硫化物脉矽卡岩中大的大颗粒石榴石，为钙铁榴石；(g)-YT-4，前锋矽卡岩化大理岩中紧密堆积的石榴石；(h)-层状大理岩硫化物熔体中石榴石；(i)-蚀变前锋中放射状硅灰石，与透辉石等共生.Sch-白钨矿 Fig. 6 BSE Micrographs of ore skarn (a)-pyrite，chalcopyrite filling in garnet core， and oscillatory zone in garnet rim;(b)-chalcopyrite and garnet forming sideronitic texture，replaced by late quartz;(c)-fluorite in veins;(d)-intermittently qutarz-epidote-diopside-pyrite-chalcopyrite in skarn;(e)-pyrite-chalcopyrite-scheelite-epidote in vein;(f)-nearly pure and adratie in skarn，with minor veins;(g)-YT-4，closer packed garnets in front skarn;(h)-garnet in melt in stratiform skarn;(i)-radiative wollastonite in front skarn，with diopside. Sch-scheelite |
 | 图 7石榴石成分剖面图 (a)-绿帘石榴矽卡岩，黄铁矿和黄铜矿沿石榴石边生长；(b)-矽卡岩化大理岩中硫化物熔体，自形石榴石，闪锌矿含有黄铜矿与硫锑铋矿. Jos-硫锑铋矿 Fig. 7 Composition section of garnets (a)-epidote garnet skarn，pyrite and chalcopyrite grow along zone of garnet;(b)-sulfide melt in skarn marble，euhedral garnet，sphalerite with chalcopyrite and joseite. Jos-joseite |
镜下观察，石榴石可分为两期：进变质阶段形成的以钙铁榴石为主的石榴石核(图 6f，YTKS-9)，全消光；退变质阶段在早期石榴石与流体接触面上形成的钙铁榴石-钙铝榴石固溶体系列(YTKS-1)，呈现黑-一级灰白干涉色。YTKS-9样品石榴石中包裹有大量赤铁矿(图 5d)。
石榴石中SiO2含量为34.22%~37.81%，平均值为36.01%，FeOT含量为14.77%~28.97%，平均值为25.32%；CaO含量为32.06%~34.94%，平均值为33.57%；Al2O3含量在0.00%~11.21%，平均值为2.43%(表 2)。在四种主量元素含量投图(图 7)，可见SiO2和CaO呈正相关，Fe2O3和Al2O3含量呈震荡式变化，且相邻环带间周期性渐变；远端矽卡岩化大理岩中石榴石Al2O3含量高于含脉透辉石绿帘石石榴石矽卡岩。
在石榴石三元图解(图 8)上，可见火烧岗矽卡岩(YTKS-9)与矽卡岩化大理岩(YT-4)中石榴石为钙铁榴石；Ⅱ号矿体含矿石榴石矽卡岩(YTKS-1)中石榴石则为钙铝榴石-钙铁榴石系列，端元组分为And82Gro18(Sp+Al)0-And97Gro2(Sp+Al)1；层状大理岩(YT-7)中石榴石端元组分变化较大，为And59Gro39(Sp+Al)2-And99Gro0(Sp+Al)1。
 | 图 8永平铜矿矽卡岩石榴石与辉石三元图 S-13，14，15，弱矿化矽卡岩；Sp-锰铝榴石；Alm-铁铝榴石；Hed-钙铁辉石；Di-透辉石；Jo-锰钙辉石 Fig. 8 Ternary diagram of the composition of skarn garnet and pyroxene from Yongping copper deposit S-13，14，15 poor ore skarn; Sp-spessartine; Alm-alm and ite; Hed-hedenbergite; Di-diopide; Jo-johannsenite |
辉石相对石榴石分布较少，手标本上呈浅绿色(图 4a，d)，镜下为无色(图 5e、图 6b)。在矿石中主要以三种形式出 现：细小柱状交代石榴石核部(图 5a)、呈粒状、短柱状零散分布在中矽卡岩中(图 4d)，以及在石英-黄铁矿-黄铜矿脉两侧出现，并被后期流体溶蚀(图 6b)。前两种类型透辉石出现在S-14，S-15绿色远端矽卡岩中，矿化较弱，第三类辉石出现在YTKS-1，YTKS-9棕色含脉矽卡岩中，为主矿体组成部分，矿化强。 硅灰石在矽卡岩蚀变前锋带中出现，呈乳白色，主要呈纤维状，放射状，与透辉石、方解石、石榴石及石英等共生(图 4e，6i)。
电子探针数据(表 3)显示，辉石中SiO2含量为53.79%~55.24%；CaO含量为24.87%~25.80%；FeO含量为1.27%~5.03%；MgO含量在14.80%~17.57%；并有的少量的Mn，且Mn的含量与FeO含量呈正比(表 3)。蚀变前锋及主要矽卡岩矿石(YTKS-1)中FeO含量比贫矿矽卡岩(S-15)中含铁量高，且不均匀。根据电子探针结果，辉石的化学式可写为Ca0.98-1.0Mg0.82-0.96Fe0.04-0.15Mn0.01-0.04Si2O6，端元组分式为Di96He4-Di85He15。按照透辉石和钙铁辉石组成的类质同象系列划分属于透辉石-次透辉石。
5.3 绿帘石
绿帘石是由进变质阶段晚期石榴石蚀变形成的，可以交代脉中或者晶洞中硅酸岩矿物、碳酸盐矿物及铁氧化物(Bird and Spieler， 2004)。矿区内绿帘石榴石矽卡岩主要在靠近岩体处出现(图 3)。绿帘石在脉状矿石(YTKS-1，YTKS-9)中与透辉石出现在石英-黄铁矿-黄铜矿脉两侧(图 5f)，是流体与石榴石作用形成。
绿帘石成分如下：SiO2含量在36.16%~37.48%，平均值为36.94%；Al2O3含量在18.94%~22.86%，平均值为21.23%；CaO含量在22%~23.21%，平均值为22.67%； FeOT含量为12.85%~18.27%，平均值为15.07%；矿物中还含有少量Mn。绿帘石中XEp=0.27~0.38，化学成分不均匀，说明流体中铁铝成分存在变化(表 4)。
5.4 透闪石
透闪石在绢云母化透闪石矽卡岩(YTJ-1)产出，成脉状，镜下为无色，可见黄铜矿充填在透闪石颗粒间(图 5h，i)。透闪石中SiO2含量在55.69%~57.79%，平均值为56.99%；MgO含量在19.1%~24.45%，平均值为22.79%；CaO含量在12.8%~13.35%，平均值为13.00%； FeOT为1.12%~8.17%(表 5)；透闪石中含有微量的Na、K、Mn、Al。
6 讨论 6.1 石榴石环带与流体演化
石榴石是早期矽卡岩化阶段产物，并经历后期流体作用，其化学成分与外界的物理化学条件密切相关。多数石榴石发育有震荡环带，这种环带与石榴石形成时温度无关，而与流体成分变化有关，是石榴石-流体相互作用的结果(Jamtveit et al., 1993)。石榴石震荡环带中Fe、Al的含量的变化，可能是流体氧逸度的变化引起含矿热液中Fe3+含量的周期性变化(Yardley et al., 1991; Jamtveit et al., 1993)，可反映成矿流体的演化特征(Jamtveit et al., 1993; Crowe et al., 2001)。Yardley et al.(1991)认为石榴石环带是在流体发生大量沸腾的阶段形成，具体过程为：流体沸腾作用引起残留热液的氧化态发生变化，进而引起Fe3+和Al3+活度的变化，即a Fe3+/aAl3+的变化，此时石榴石快速生长，形成Fe2O3和Al2O3变化的生长环带，多次沸腾形成周期性变化。热液石榴石中氧同位素和微量元素的研究表明石榴石环带可能是在岩浆水与天水混合过程中形成(Crowe et al., 2001)。
梁祥济(2000)经过大量的实验证明，钙铝-钙铁榴石系列在450~600℃、弱氧化-弱还原(logfO2=-28.637~-11.066)、中酸性条件下发育较好；当流体含F、Cl时，可降低石榴石的形成温度，提高结晶速率，使钙铝-钙铁榴石固溶体系列出现光性异常。矿区内发育有大量的萤石脉，矽卡岩矿石石英硫化物脉中含有萤石(图 4b、图 6c)，说明流体中携带有较多的F，使该区石榴石形成温度降低。
永平铜矿早期形成的石榴石构成核部纯钙铁榴石(图 6f)，与赵劲松等(2008)测得的熔融包体中石榴石成分一致，晚期在流体作用下形成钙铝榴石-钙铁榴石系列，可能是流体中某些组分变化，引起流体中Fe3+和Al3+活度发生震荡式变化，而流体中含有F元素，导致石榴石快速结晶，将aFe3+/aAl3+记录在石榴石环带中，流体持续补充，石榴石多次生长，形成震荡式变化。 6.2 绿帘石成分与流体变化
绿帘石与石榴石是交代和热液过程的常见造岩矿物，二者均有Fe3+及Al3+互相置换的现象。共生的绿帘石和石榴石或者葡萄石中Al3+、Fe3+的分配可反映系统中Fe3+及Al3+组分的变化，进而反映系统性质，而aFe3+/a Al3+比值变化，可能是pH，fO2以及Al3+，Fe3+富集程度差异及其络合物类型等引起的(Bird and Spieler， 2004)。前人通过实验和热力学计算显示绿帘石中Fe含量是fO2的函数(图 9、图 10; Holdaway，1972; Liou， 1973，1993; Bird and Helgeson， 1981)。当系统靠近赤铁矿-磁铁矿缓冲对(HM)时，富铁绿帘石是稳定的，这时候绿帘石成分随氧逸度变化不大。但是在靠近石英-铁橄榄石-磁铁矿平衡对条件下，富铝绿帘石的成分对氧逸度的变化反应灵敏(Bird and Norton， 1981)。
 | 图 9CaO-Fe2O3-Al2O3-SiO2-HCl-H2O体系中含有石英及流体时，在P=1kbar、T=400℃和aH2O≈1下log(aCa2+/a3H+)、log(aFe3+/a3H+)及log(aAl3+/a3H+)相图(据Bird and Helgeson， 1981) 虚线代表系统中硅灰石、钙铁榴石、赤铁矿、红柱石饱和线，点虚线代表石榴石和绿帘石的组分 Fig. 9 Phase relations in the system CaO-Fe2O3-Al2O3-SiO2-HCl-H2O in the presence of quartz and an aqueous solution in which aH2O≈1 as a function of log(aCa2+/a3H+)，log(aFe3+/a3H+) and log(aAl3+/a3H+)in the aqueous phase at P=1kbar and T=400℃(after Bird and Helgeson， 1981) The dashed curves represent saturation of the fluid phase with respect to wollastonite， and radite， and alusite，or hematite，but the dot-dash curves denote compositions of epidote and gr and ite gr and ite garnet solid solutions |
 | 图 10 含石英CaO-FeO-Fe2O3-Al2O3-SiO2-HCl-H2O体系以及CaO-FeO-Fe2O3-SiO2(虚线)体系在P=1kbar、T=400℃和aH2O≈1下的log(aCa2+/a2H+)与logfO2相图(据Bird and Helgeson， 1981) 其虚线代表含有石英的CaO-FeO-Fe2O3-SiO2体系，浅灰色代表相应矿物区域。点虚线代表叠加的绿帘石固溶系列 Fig. 10 Phase relations in the system CaO-FeO-Fe2O3-Al2O3-SiO2-HCl-H2O in the presence of quartz and other minerals in the subsystem CaO-FeO-Fe2O3-SiO2(indicated by the dashed labels)as a function of log(aCa2+/a2H+) and logfO2 in the aqueous phase at P=1kbar，T=400℃， and aH2O≈1(after Bird and Helgeson， 1981) The dashed curves represent phase relations in the subsystem CaO-FeO-Fe2O3-SiO2 in the presence of quartz，light grey represents corresponding mineral region. The dot-dash curves denote the compositions of epidote solid solutions |
Bird and Helgeson(1980，1981)对CaO-(FeO)-Fe2O3-Al2O3-SiO2-HCl-H2O(P=1kbar，T=400℃，图 9、图 10)体系研究发现，当有方解石、石英和流体存在，钙铝铁榴石固溶体与绿帘石固溶体共存时，系统中CO2含量极低(Einaudi et al., 1980; Bird and Helgeson， 1981)，当体系中有石英和流体存在时，随着热液中aCa2+/a3H+的减小和aFe3+/a3H+增加，石榴石和绿帘石中Fe3+替代Al3+增加，反之亦然(图 9a)，且当体系平衡时XCa2Fe3[Si2O7](OH)≈0.35。但是共存的石榴石和绿帘石中aAl3+/a3H+基本不变(图 9b)。
根据矿物组合及电子探针结果，将YTKS-1，YTKS-9数据投图(图 9、图 10)可见，YTKS-1中石榴石与绿帘石共存(图 10)，log(aCa2+/a3H+)≈7.0~7.5，log(aFe3+/a3H+)≈-8.1~-7.6，log(aAl3+/a3H+)≈-2.5。YTKS-9分为两期，一期为含钙铁榴石、赤铁矿、石英及流体，log(aCa2+/a3H+)≈7.1，log(aFe3+/a3H+)≥-7.5，log(aAl3+/a3H+)≈0(图 10中①)，二期为石英、绿帘石及流体，log(aCa2+/a3H+)≈6.8~6.9，log(aFe3+/a3H+)≈-7.9~-7.5，log(aAl3+/a3H+)≈-2.3~-2.1(图 10中②)。在log(aCa2+/a2H+)-logfO2图解(图 11)可见，YTKS-1矽卡岩体系中，logfO2≈-29~-26，而log(aCa2+/a2H+)几乎不变；YTKS-9体系早期处于氧化状态，logfO2≥-24，晚期系统的logfO2≈-28.5~-26。以上说明，体系中log(aCa2+/a3H+)约为定值，随着系统演化，log(aFe3+/a3H+)发生降低，log(aAl3+/a3H+)突然增加，同矽卡岩中石英-绿帘石-硫化物脉的出现对应，之后log(aAl3+/a3H+)与log(aFe3+/a3H+)呈震荡变化；早期系统处于强氧化状态，后局部演化为弱氧化-弱还原状态。
 | 图 11 典型矽卡岩铜矿矿床分带(底图据Meinert et al., 2005; Atktnson et al., 1978)1) Fig. 11 Typical zonation pattern of Cu skarns(after Meinert et al., 2005; Atktnson et al., 1978) |
黄铜矿与黄铁矿出现在石榴石核部(图 6a)、流体边缘与石榴石交代区域(图 6c)以及石榴石边部震荡带(图 7a)，与钙铝铁榴石形成密切相关。铜在热液中可能是以Cu(I)的Cl络合物形式运移(Crerar and Barnes， 1976; Mountain and Seward， 1999，2003)，温度降低、流体混合、稀释及沸腾等可使铜络合物不稳定，发生分解并沉淀。退变质石榴石震荡环带中(图 7a)可见，黄铜矿、黄铁矿与石榴石共生，且二者均与含钙铝榴石组分石榴石相关(图 7a)。根据前人对其他矿区石榴石环带氧同位素的研究(Crowe et al., 2001)，这一过程很可能与岩浆热液与天水的混合有关。
根据以上讨论，我们推断，早期岩体与围岩处于相对封闭的系统(Meinert et al., 2005; Pirojno，2009)，岩体与碳酸盐充分交代，形成石榴石矽卡岩，后期随着岩浆演化及流体作用范围的扩大，热液从岩浆中分离聚集，促使大量热液裂隙的形成，热液沿裂隙与早期的石榴石矽卡岩持续作用，形成绿帘石。当黄铁矿及黄铜矿等硫化物沉淀，引起局部环境log(aFe3+/a3H+)降低，log(aAl3+/a2H+)不变，引起同时沉淀的石榴石中钙铝榴石成分相对增加。
6.4 对矿床勘探的指示意义
Atkinson et al.(1978)在研究美国犹他州Bingham矿床中岩株与围岩接触交代晕时提出矽卡岩铜矿的矿床分带，Meinert et al.(2005)在总结全球矽卡岩矿床时，修改与完善该矿床分带(图 11)：由侵入体到围岩石榴石含量减少，颜色有红棕色-棕色-黄绿色-浅黄色的变化趋势；辉石含量增加；矿石品位先减低后升高再降低，这一趋势与石榴石中Al2O3含量的变化较一致(Collins，1977)。根据对永平铜矿矿石中石榴石成分的研究，我们认为这种变化是含矿热液对早期形成的矽卡岩进行交代改造的结果。在交代改造过程中，岩浆热液可能与天水发生混合，使热液中铜从络合物分解并沉淀下来。根据矽卡岩矿物的这些特征，在矿床勘探时，可依据棕色石榴石来追踪矿体的位置。
6.5 矽卡岩成因探讨
矽卡岩是该区主要的赋矿岩石，其成因对矿床成因的研究有着至关重要的作用。Ciobanu and Cook(2004)在研究罗马尼亚Ocna de Fier-Doganecea矿田时，提出了一种以岩体为中心的矽卡岩系统模型。岩浆演化后期随着后期结晶作用结束，在岩体边缘有热液的对流，这些热液发生自聚集，因浮力上升，并与围岩作用，形成了不同的矽卡岩及矿石，同时回流的热液叠加在早期矽卡岩上，形成退变质结构构造(Meinert et al., 2005)。何江(1989)在本区研究时，认为矽卡岩为混合岩化热液引起，是混合岩化热液提供高温流体与灰岩进行交代形成的；另有学者(丁昕等，2005；李晓峰等，2007)在研究燕山期岩体时认为，矽卡岩是岩体与碳酸盐接触交代形成的；在剖面图(图 2c)中，十字头岩体隐伏部分并穿切石炭系叶家湾组，在岩体两侧形成了矽卡岩，并且矽卡岩矿物学特征及分布与典型矽卡岩(Atkinson et al., 1978)一致，火烧岗处见有矽卡岩与岩体接触，故永平火烧岗岩体与石炭系叶家湾组接触交代产物 。 7 结论
永平铜矿主要含矿岩石为棕色石榴石矽卡岩，黄铜矿或沿石榴石裂隙沉淀胶结，或发育在石英-绿帘石脉中。早期形成的石榴石以钙铁榴石为主，后期靠近流体通道处的交代或新生石榴石含铝，以钙铝-钙铁榴石系列为主，这与矽卡岩后期流体作用有关，显示形成温度降低，同时也表明流体中含有较多的F。绿帘石呈柱状、粒状分布在石榴石中，或组成石英-黄铁矿-透辉石-绿帘石脉呈条带状在石榴石矽卡岩中分布。石榴石和绿帘石中Fe3+-Al3+替代反应体系中aCa2+/a2H+、aFe3+/a3H+、aAl3+/a2H+的变化。从岩体到围岩的中间接触带内，石榴石颜色、成分及含矿性发生变化，可以指示矿体的位置及矿石品位变化。 永平铜矿主要含矿岩石为棕色石榴石矽卡岩，黄铜矿或沿石榴石裂隙沉淀胶结，或发育在石英-绿帘石脉中。早期形成的石榴石以钙铁榴石为主，后期靠近流体通道处的交代或新生石榴石含铝，以钙铝-钙铁榴石系列为主，这与矽卡岩后期流体作用有关，显示形成温度降低，同时也表明流体中含有较多的F。绿帘石呈柱状、粒状分布在石榴石中，或组成石英-黄铁矿-透辉石-绿帘石脉呈条带状在石榴石矽卡岩中分布。石榴石和绿帘石中Fe3+-Al3+替代反应体系中aCa2+/a2H+、aFe3+/a3H+、aAl3+/a2H+的变化。从岩体到围岩的中间接触带内，石榴石颜色、成分及含矿性发生变化，可以指示矿体的位置及矿石品位变化。
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