福建紫金山礦田五子騎龍銅礦床礦化與蝕變分帶研究

薛 凱

(紫金礦業集團股份有限公司,福建 上杭 364200)

紫金山礦田是我國東部重要的斑巖-淺成低溫熱液型礦床的礦集區。礦田內發育有典型的斑巖型礦床(羅卜嶺銅鉬礦床)(薛凱,2008;鐘軍等,2011)、高硫淺成低溫熱液型礦床(紫金山銅金礦床)(張德全等,1991;陳景河,1999;邱小平等,2010)、低硫淺成低溫熱液型礦床(悅洋銀多金屬礦床)(黃鐵心等,1996)等。巖漿熱液成礦序列發育的完整性十分罕見(華仁民等,2002;陳靜等,2011)。近年來,地質科研與勘查相結合,在地質找礦方面取得了巨大突破。如,紫金山銅金礦床累計探獲銅金屬量超過200萬噸,金金屬量超過 300噸(高天鈞和黃仁生,1998;陳景河,1999;張德全等,2003;黃仁生,2008;王少懷等,2009;邱小平等,2010;肖愛芳等,2012);羅卜嶺銅鉬礦床探獲銅金屬量166萬噸,鉬金屬量 12萬噸;悅洋銀多金屬礦床探獲銀金屬量超過1000噸。其中,紫金山礦區現已累計探獲的銅金屬量超過了400萬噸,為世界級特大型銅礦床。此外,礦田內還發育有高硫淺成低溫熱液型-低硫淺成低溫熱液型、斑巖型-高硫淺成低溫熱液型的過渡類型礦床,代表性的礦床分別為龍江亭銅礦和五子騎龍銅礦。

五子騎龍銅礦位于紫金山礦田的西北部,羅卜嶺銅鉬礦床西北側,紫金山銅金礦床東側(圖1)。該礦床同時具有與紫金山銅金礦床和羅卜嶺銅鉬礦床類似的金屬礦物和蝕變組合特征(張德全等,1996;陳靜等,2011)。紫金山礦田以往的地質研究大多著眼于高硫淺成低溫熱液型礦床和斑巖型礦床,對五子騎龍等過渡類型的礦床研究尚不夠深入。該區目前仍處于詳查階段,已探獲銅金屬量15萬噸,平均品位1.48%。對五子騎龍銅礦的研究,可以豐富斑巖-淺成低溫熱液型成礦系列的礦床類型。同時亦對紫金山礦田及外圍尋找此種礦床類型具有示范意義。

筆者引進了近紅外光譜測試技術對五子騎龍銅礦床的蝕變礦物進行了測試和蝕變分帶劃分,與礦化帶進行對比驗證,并對蝕變帶與礦化帶的關系進行了深入研究。

1 區域地質背景

紫金山金銅鉬多金屬礦田位于華南褶皺系東部,閩西南古生代晚期拗陷帶的西南部,北西向上杭-云霄深斷裂帶北西段與北東向宣和復式背斜南西傾伏端交匯部位 (馮宗幟,1993)。礦田出露地層主要有下震旦統樓子壩群(Z1LZ)淺變質巖、上泥盆統(D3)-上石炭統(C2)淺變質巖和砂礫巖、下白堊統石帽山群(K1SH)中酸性火山巖等(圖1)。背斜核部為震旦系,兩翼為中生代地層。石帽山群火山巖(113.0±1.9 Ma,鋯石LA-ICP-MS U-Pb)(肖愛芳等,2012)主要出露于礦田西南部的上杭火山盆地,形成于區域伸展構造背景,受北西向上杭-云霄深斷裂控制。火山作用均發生在早白堊世,分布在深大斷裂旁側的北西和北東向兩組斷裂的交匯部位。主要火山機構有紫金山火山機構和赤水火山機構。

礦田內構造巖漿活動強烈。北東向宣和復式背斜及其兩側的與之相平行的旁側斷裂帶和北西向上杭-云霄深大斷裂及與之平行的次級斷裂帶制約著燕山期侵入巖、火山巖的產出及金銅多金屬成礦作用(陳景河,1999)。北東向和北西向兩組斷裂帶具多期次活動特征。印支期伴隨復式褶皺形成斷裂帶雛形,燕山期多期次活動成型。

圖1 紫金山礦田地質圖Fig.1 Geological map of the Zijinshan ore field

燕山早期的才溪巖體和紫金山復式巖體,以及燕山晚期的四坊巖體、羅卜嶺巖體、中寮巖體、英安玢巖和隱爆角礫巖共同構成了紫金山礦田中生代巖漿活動序列。燕山早期的才溪似斑狀粗粒二長花崗巖(150±3 Ma,鋯石SHRIMP U-Pb,趙希林等,2007)呈近等軸巖基產出,沿宣和復式背斜分布。紫金山復式巖體則沿宣和復式背斜核部侵入定位,先后形成逕美碎裂中粗?；◢弾r(Rb-Sr等時線年齡為157±7.3 Ma,張德全等,2001)、五龍寺中細?；◢弾r(Rb-Sr等時線年齡為141±6.7 Ma,趙希林等,2007)和金龍橋細粒花崗巖。燕山晚期侵入的有四坊花崗閃長巖(105.0±0.7 Ma,鋯石LA-ICP-MS U-Pb,胡春杰等,2012)、羅卜嶺花崗閃長斑巖(103.5±0.6 Ma,鋯石LA-ICP-MS U-Pb,黃文婷等,2011)、中寮似斑狀花崗閃長巖,以及英安玢巖(105.0±0.7 Ma,鋯石LA-ICP-MS U-Pb,胡春杰等,2012)和隱爆角礫巖。五龍寺中細?；◢弾r是區內熱液型礦床最重要的賦礦圍巖,紫金山高硫淺成低溫熱液型銅金礦床、悅洋低硫淺成低溫熱液型銀多金屬礦床、五子騎龍淺成中低溫熱液型礦床和龍江亭淺成低溫熱液型礦床均賦存在該巖體中。羅卜嶺花崗閃長斑巖和四坊花崗閃長巖則是斑巖型礦床的賦礦圍巖。

2 礦床地質特征

五子騎龍礦區斷裂構造以北東向和北西向為主,其次是近東西向和近南北向。區域北東向F1-1和F1-4斷裂分布在礦區北西、南東邊緣(圖2),是控制五子騎龍銅礦床分布的邊界斷裂,也是重要的導礦構造。在兩斷裂的挾持地帶,北東向、北西向、近東西向和近南北向構造裂隙密集帶極為發育,則是重要的儲礦構造。而與成礦關系最為密切的是北西向裂隙,此組裂隙成群成帶出現,平剖面上均表現為右行側列,經歷了壓剪-張-剪等多次變換(高天鈞和黃仁生,1998)。

礦區出露有五龍寺中細?；◢弾r(γ52(3)c2)和四坊花崗閃長巖(γδ53(1)b1)(圖2)。其中,五龍寺中細?；◢弾r是礦區內最重要的賦礦圍巖。該巖體呈長橢圓形巖瘤狀分布。巖石由鉀長石(42%～48%)、斜長石(22%～26%)、石英(25%～30%)及黑云母(1%～5%)組成。其中,長石多已蝕變,偶見鉀長石為微斜長石,斜長石為更長石(An=26)。巖石化學成分以貧CaO、Na2O,富K2O為特征。常見副礦物有磁鐵礦、鈦鐵礦、榍石、鋯石、獨居石、磷釔礦、磷灰石等。巖體稀土元素總量低(∑REE=l04 μg/g),輕重稀土比值小(為 1.0),銪異常明顯,REE模式為“V”形曲線①地質礦產部礦產地質研究所.1994.福建上杭紫金山地區潛火山(火山)－侵入巖系與成礦作用的關系.。此外,英安玢巖(ζμ2K1)和隱爆角礫巖(YbK1)也是本區銅礦的賦礦圍巖。

圖2 五子騎龍銅礦區銅礦床地質圖Fig.2 Geological map of the Wuziqilongore copper deposit

五子騎龍銅礦體主要受北東向、北西向斷裂和裂隙帶控制。礦體均為隱伏礦體,主要賦存在標高891.3～14.1 m之間,其中在480～300 m段的礦體最密集。礦體主要呈似板狀,次為脈狀和透鏡狀平行產出,呈“疊瓦式”斜列。礦體產狀以傾向北西為主,次為北東,傾角 18°～28°(圖2)。礦體數量多,水平和垂直間隔距離幾米到幾十米不等,規模小到中型。

根據探礦工程地質編錄和巖礦鑒定成果,在銅礦石中發現20種以上礦物,其中金屬礦物14種,非金屬礦物 9種。金屬礦物以硫化物為主,含量在3%～20%之間,主要由黃鐵礦和銅的硫化物組成,銅礦物包括:銅藍(30.7%)、藍輝銅礦(27.9%)、黃銅礦(18.5%)、斑銅礦(9.1%)、輝銅礦(7.3%)、硫砷銅礦(3.7%)、黝銅礦(2.1%),少量鋅黝銅礦、硫鋅錫銅礦、硫鎢錫銅礦等。另外可見少量閃鋅礦、方鉛礦、輝鉬礦等。非金屬礦物主要為石英、絹云母、地開石、明礬石,次為伊利石、高嶺石、綠泥石、葉臘石等。

3 礦化分帶和蝕變分帶

3.1 礦化及礦化分帶

五子騎龍礦區銅礦化種類繁多,既有與紫金山高硫淺成低溫熱液型銅礦床類似的銅礦物,如銅藍、藍輝銅礦、輝銅礦等,又有與羅卜嶺斑巖型銅礦床類似的銅礦物,如,黃銅礦、斑銅礦等。

根據鉆孔原始地質編錄、巖礦鑒定和液體包裹體研究成果認為,五子騎龍銅礦床在時間上從早到晚大致可劃分為兩個礦化階段,即中溫熱液階段和低溫熱液階段,成礦溫度分別為 240～200 ℃和200～180 (℃張江,2001)。

據表1和圖3可知,從中溫熱液階段到低溫熱液階段,金屬礦物共生組合由黃鐵礦、黃銅礦、斑銅礦、黝銅礦和硫砷銅礦逐步向黃鐵礦、銅藍、藍輝銅礦和輝銅礦過渡。中溫熱液階段的石英、絹云母與黃鐵礦、黃銅礦、斑銅礦等礦物關系密切,而低溫熱液階段的石英、地開石和明礬石又與黃鐵礦、銅藍、藍輝銅礦等礦物關系密切。

根據金屬礦物的共生組合等特征,筆者將五子騎龍銅礦床從平面上自南往北,垂向上由下往上劃分為三個礦化分帶。具體特征見表2。

據表2可知,各礦化分帶無論是控礦構造、圍巖蝕變,還是銅礦物共生組合等特征在空間上具明顯差異。由南礦帶至北礦帶,銅礦物共生組合依次由銅藍+藍輝銅礦→銅藍+藍輝銅礦+黃銅礦+斑銅礦→黃銅礦+斑銅礦過渡。銅礦化分帶基本呈北西西走向,傾向南西。

3.2 蝕變及蝕變分帶

筆者所在的項目研究小組借助南京地調中心中地儀器有限公司開發生產的“便攜式近紅外礦物分析儀”(儀器型號為:BJKF-1)測試了礦區32個鉆孔巖心。測試孔深總進尺 18175.13 m,測試巖心總長17266.37 m。參照規范,孔深進尺平均每隔1～4 m采一個樣,銅礦化較強地段適當加密,共采樣 6848件。項目研究小組對所采樣品進行測試,并對獲得的數據進行了計算機處理和解譯。除次生石英蝕變礦物未獲得數據外共獲得蝕變礦物有效數據 17393個。測得的主要蝕變礦物,如絹云母、明礬石、地開石、高嶺石、葉蠟石等光譜曲線見圖4。

表1 礦物生成順序及成礦階段劃分Table1 Mineral paragenesis and the division of mineralization stages

圖3 金屬礦物共生關系顯微照片Fig.3 The microscopic pictures showing the paragenetic relationship of the metallic minerals

表2 礦化帶主要特征Table2 The main characters of the mineralization zones

根據“便攜式近紅外礦物分析儀”對蝕變礦物近紅外光譜特征的測試結果和地質編錄成果,五子騎龍礦區熱液蝕變作用廣泛而強烈。區內廣泛發育有硅化、地開石化、絹云母化、明礬石化,其次是伊利石化、高嶺石化、葉臘石化、綠泥石化等。其中,硅化、地開石化、絹云母化較強,其蝕變礦物分布廣泛。蝕變具多期性,早階段的蝕變礦物被晚階段的蝕變礦物交代和疊加。

蝕變組合類型在空間分布上具一定的分帶性。根據其空間分布和相互疊加規律,空間上劃分為三個蝕變帶:絹云母化-硅化蝕變帶(Ms-Q)、地開石化-絹云母化-硅化蝕變帶(Di-Ms-Q)、明礬石化-地開石化-硅化蝕變帶(Alu-Di-Q)。其中,Ms-Q蝕變帶主要分布在礦區外圍及淺部,較為零星;Di-Ms-Q蝕變帶主要分布在礦區中部及中深部;Alu-Di-Q蝕變帶主要分布在礦區南部及深部。自南往北,Alu-Di-Q蝕變帶規模逐漸變小,Di-Ms-Q蝕變帶規模逐漸變大。

3.3 礦化與蝕變分帶關系研究

五子騎龍礦區熱液蝕變及蝕變分帶與銅礦化空間分帶關系密切,并貫穿礦化的各個階段。流體研究成果(鐘軍等,2011)表明,早期從巖漿中分異出來的高溫高鹽度流體,與圍巖發生強烈的水巖反應,最早形成硅化和絹云母化蝕變,流體的高氧逸度制約了硫化物的沉淀,如黃鐵礦、輝鉬礦、閃鋅礦、硫砷銅礦、黝銅礦、黃銅礦、斑銅礦等。隨巖漿溫度降低,巖漿結晶分異,其釋放出的揮發份氧逸度降低,伴隨地開石化、綠泥石化和明礬石化蝕變,大量硫化物再次沉淀,如黃鐵礦、藍輝銅礦、輝銅礦、銅藍等。通過后期形成的蝕變礦物及銅礦物與先期形成的蝕變礦物及銅礦物的交換疊加,形成本區特有礦化分帶和蝕變分帶。

筆者研究認為,銅礦化空間分布受蝕變帶的制約,地開石化-絹云母化-硅化蝕變帶(Di-Ms-Q)主要制約黃銅礦+斑銅礦共生組合類型,而明礬石化-地開石化-硅化蝕變帶(Alu-Di-Q)主要制約銅藍+藍輝銅礦共生組合類型。以鉆孔ZK10-5和ZK8-3的蝕變測試結果(圖5)為例,ZK10-5孔位于礦區中部,ZK8-3孔位于礦區南部,垂向上兩孔均穿過北礦帶和中礦帶,未揭穿南礦帶。ZK10-5孔揭穿了Ms-Q和Di-Ms-Q蝕變帶,只在孔底揭露到Alu-Di-Q蝕變帶,但未揭穿。根據鉆探工程地質編錄和銅元素含量分析成果,在 424～676 m標高銅品位較高,礦石自然類型為黃銅礦和斑銅礦型,位于Di-Ms-Q蝕變帶中部。ZK8-3孔揭穿了Di-Ms-Q蝕變帶,但Alu-Di-Q蝕變帶未揭穿。同樣,根據鉆探工程地質編錄和銅元素含量分析成果,在 504～688 m標高銅品位較高,礦石自然類型為銅藍和藍輝銅礦型,位于Alu-Di-Q蝕變帶的中上部。

圖4 五子騎龍銅礦區蝕變礦物的近紅外光譜曲線Fig.4 The spectra of the alteration minerals in the Wuziqilong copper deposit

根據鉆孔地質編錄、化驗分析和蝕變測試成果,利用3Dmin軟件對五子騎龍礦區的蝕變帶和礦體進行了三維建模,構建了蝕變帶和礦體三維空間分布模型(圖6)。從該模型可知,Ms-Q蝕變帶主要分布于礦區地表淺部。由于硅化強,巖石難風化,多奇峰陡崖,形成了礦區“五子騎龍”的特有地貌景觀。Di-Ms-Q蝕變帶在垂向上主要分布礦區的中深部,南部規模小,北部規模大。Alu-Di-Q蝕變帶在垂向上主要分布于礦區深部,呈“舌狀”伸入到 Di-Ms-Q蝕變帶內。銅礦體呈似板狀,傾向北西,主要分布于 Alu-Di-Q 蝕變帶內,其次是Di-Ms-Q蝕變帶,在兩蝕變帶接觸部位礦體分布較密集,而Ms-Q蝕變帶無礦體分布。

通過以上對比研究認為,地開石化-絹云母化-硅化蝕變帶(Di-Ms-Q)和明礬石化-地開石化-硅化蝕變帶(Alu-Di-Q)為主要含礦蝕變帶。銅礦化類型嚴格受蝕變帶控制。蝕變帶基本控制著礦體的空間產出位置。

圖5 五子騎龍銅礦區ZK10-5孔和ZK8-3孔巖心蝕變與礦化帶劃分圖Fig.5 Sectional drawings of alteration of the drill holes ZK10-5 and ZK8-3 in the Wuziqilong copper deposit

圖6 五子騎龍礦區蝕變帶和礦體三維模型Fig.6 Three-dimensional model of alteration zonation and ore bodies in the Wuziqilong copper deposit

4 結 論

(1) 熱液蝕變及蝕變分帶是本區重要的找礦標志之一。特別是地開石化-絹云母化-硅化蝕變帶(Di-Ms-Q)和明礬石化-地開石化-硅化蝕變帶(Alu-Di-Q),其特征蝕變礦物組合特征可以作為識別銅礦體的重要線索。

(2) 地開石化-絹云母化-硅化蝕變帶(Di-Ms-Q)控制了黃銅礦+斑銅礦組合類型;而明礬石化-地開石化-硅化蝕變帶(Alu-Di-Q)控制了銅藍+藍輝銅礦礦化組合類型。兩組蝕變帶疊加部位是富礦體賦存的有利部位。

(3) 借助“便攜式近紅外礦物分析儀”測試成果,為本區蝕變分帶劃分提供了依據,利用蝕變分帶與礦化分帶的關系,通過蝕變帶和礦體三維建模,對本區深部預測找礦具重要意義。

致謝:本論文行文中得到了祁進平和李晶博士的指導,并提出了寶貴意見,評審專家對本文提出了建設性的修改意見,謹此致謝！

陳靜,陳衍景,鐘軍,孫藝,李晶,祁進平.2011.福建省紫金山礦田五子騎龍銅礦床流體包裹體研究.巖石學報,27(5):1452-1438.

陳景河.1999.紫金山銅(金)礦床成礦模式.黃金,20(7):6-11.

馮宗幟.1993.福建中生代火山作用與構造環境.中國區域地質,15(4):311-316.

高天鈞,黃任生.1998.福建省上杭縣紫金山礦田銅金銀礦床類型與對比.火山地質與礦產,19(4):283-294.

胡春杰,黃文婷,包志偉,梁華英,王春龍.2012.福建紫金山礦田晚中生代英安玢巖形成時代及其成礦意義.大地構造與成礦學,36(2):284-292.

華仁民,陸建軍,陳培榮,李曉峰,劉曉東,張文蘭.2002.中國東部晚中生代斑巖-淺成熱液金(銅)礦體系及其成礦流體.自然科學進展,12(3):240-244.

黃仁生.2008.福建紫金山礦田火成巖系列與淺成低溫熱液-斑巖銅金銀成礦系統.地質力學學報,14(1):74-86.

黃鐵心,劉曉東,張金成等.1996.碧田金礦石英-冰長石型淺成低溫熱液貴金屬礦床.地質地球化學,96(6):1-4.

黃文婷,胡春杰,李晶,梁華英,伍靜,王春龍,包志偉,陳衍景,王秀璋.2011.福建紫金山礦田羅卜嶺銅鉬礦化斑巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡及成礦巖漿特征研究.礦物學報,(增刊):592-593.

邱小平,藍岳彰,劉羽.2010.紫金山金銅礦床深部成礦作用研究和找礦前景評價的關鍵.地球學報,31(2):209-215.

肖愛芳,黎敦朋,柳小明.2012.福建省紫金山銅金礦田石帽山群下組火山巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年與白堊紀巖漿活動期次.大地構造與成礦學,36(4):613-623.

薛凱.2008.紫金山礦田羅卜嶺銅(鉬)礦床地質特征及成因探討.黃金,2008,29(增刊):24-28.

王少懷,裴榮富,曾憲輝,邱小平,魏民.2009.再論紫金山礦田成礦系列與成礦模式.地質學報,83(2):145-157.

張德全,李大新,豐成友,董英君.2001.紫金山地區中生代巖漿系統的時空結構及其地質意義.地球學報,22(5):109-122.

張德全,李大新,趙一鳴,王文桂,顧光先.1996.五子騎龍礦床——被改造的斑巖銅礦上部帶.礦床地質,15(2):109-122.

張德全,李大新,趙一鳴,陳景河,李子林,張克堯.1991.福建紫金山礦床——我國大陸首例石英-明礬石型淺成低溫熱液銅-金礦床.地質論評,37(6):481-491.

張德全,佘宏全,李大新,豐成友.2003.紫金山地區的斑巖-淺成熱液成礦系統.地球學報,26(2):127-136.

張江.2001.紫金山銅金礦床地質地球化學特征.地質與勘探,37(2):17-22.

趙希林,毛建仁,陳榮,曾慶濤,于勝蕘 許乃政,葉海敏.2007.福建省上杭地區才溪巖體鋯石SHRIMP定年及其地質意義.礦物巖石地球化學通報,26(增刊):155-157.

鐘軍,陳衍景,陳靜,李晶,祁進平,戴茂昌.2011.福建省紫金山礦田羅卜嶺斑巖型銅鉬礦床流體包裹體研究.巖石學報,27(5):1410-1424.