鄂東南地區中生代成巖成礦構造背景與時空分布規律

胡清樂

(湖北省地質礦業開發有限責任公司，湖北 武漢　430022)

0　引言

鄂東南地區是長江中下游成礦帶中的重要組成部分,由鄂東南礦集區和九瑞礦集區西端的豐山礦田組成,面積約5 000 km2。該區成礦地質條件優越,找礦潛力巨大,進入21世紀以來,本區礦床勘查取得了一些新的進展,銅綠山礦田、大冶鐵礦田等大型銅鐵礦區深部找礦工作成績斐然。同時該區地質研究工作亦取得了不少新的進展,諸多學者從不同角度對鄂東南地區成巖成礦背景和中生代構造—巖漿演化機制等基礎地質問題進行了探討,本文將綜合歸納該區近年來地質研究的一些主要新的成果和觀點,并結合本區地質找礦的歷史成果資料和近期深部找礦實踐,對相關成果進行吸納和辨析,并就成巖成礦時空架構、深部過程與淺表構造—巖漿演化耦合響應、礦化分帶特征及內在機制等地質問題提出見解。

在本輪深部找礦工作(危機礦山+整裝勘查)的實施初期,區內外專家們提出了第二層位(泥盆/石炭界面)找礦和小巖體找礦等重要找礦方向,本文將結合對本區成巖成礦作用的一些新認識,同時結合近年來找礦實效,對上述找礦工作方向進行總結和反思。

1　　　　近年來鄂東南地區關于成巖成礦作用的研究進展

前人對于本區中生代大規模成礦作用已作了深入的研究,“七五”科技攻關期間,本區地質科研工作運用槽臺學說和地質力學對區內的構造進行了研究分析,在“八五”科技攻關期間,運用伸展—推滑覆構造理論重新研究區內的構造變形特征、演化過程及其與礦產的關系。指出鄂東南地區屬于(印支期)擠壓推覆和(燕山期)伸展滑覆機制為主體的構造變形區,燕山期北北東向的構造疊加改造印支期北西西向構造是區內地質構造的最主要特征;成礦地質條件和空間分布規律歸納為“一斷裂、二序列、三環境、四層位”;“一蓋兩底”制約金屬礦化分帶;成巖成礦作用分兩階段四成礦期,區內內生金屬礦床的成礦作用主要發生于燕山期,分燕山期早、晚兩個階段,各含兩個成礦期[1]。

進入上世紀90年代以后,中科院資源所、中國地質大學、合肥工業大學、廣州地化所等科研單位開始引入運用巖石圈減薄和殼幔作用等觀點,揭示鄂東南地區深部結構,以及深部過程與淺表構造—巖漿演化的時空耦合關系,相關學者在年代學、巖石學、礦床學方面開展了一些研究工作,并提出了很多建設性、開拓性的見解和觀點。

1.1　年代學研究和成巖成礦時空架構

年代學研究是近年來本區科研的主要方向和重點領域,并取得比較豐碩的成果。主要體現在測年數據精度大幅提高,可信度和可靠度增強;其次是測年數據采集相對比較系統,尤其是謝桂青等從本世紀初至今,已持續開展相關研究工作達十年之久。

1.1.1新的測年數據表明中生代大規模成巖成礦作用時期相對集中于25～30 Ma的時間跨度內

鄂東南地區前期金屬礦床的成礦時代都是利用巖體的K-Ar和Rb-Sr等時線年齡來推定的,等時線年齡范圍相對較寬,測年的結果存在較大的誤差。近年來巖體測年方面多采用鋯石SHRIMP測年方法,成礦測年采用輝鉬礦Re-Os測年等技術方法,提高了區內年代學數據的精確度和可靠性,測年數據的離散性、跳躍性明顯改善。如按前期測年數據,銅綠山礦區的石英正長閃長玢巖為127 Ma(Rb-Sr)、雞冠咀礦區的正長閃長玢巖為122.9 Ma(K-Ar),而目前新的測年數據則趨同于137～142 Ma區間內。新一批測試數據顯示,中生代大規模成巖成礦作用時期相對集中于25～30 Ma(150～120 Ma)的時間跨度內[2-3](圖1)。

圖1　鄂東南地區主要巖體、礦體測年數據(據謝桂青綜合[4])Fig.1　Dating data of main rock mass and orebody1.志留—侏羅系地層;2.白堊—第三系盆地;3.燕山期侵入巖;4.燕山期火山巖;5.背斜;6.向斜;7.倒轉背斜;8.倒轉向斜;9.斷裂;10.鐵礦;11.銅礦;12.鐵銅礦;13.銅金礦;14.銅鉬礦;15.銅鉬鎢礦;16.巖體測年數據;17.礦床測年數據。

前期的兩階段四成礦期結論中,第一期成礦作用發生于156～152 Ma,侵入鐵山巖體、靈鄉巖體,形成礦漿貫入式鐵礦;侵入陽新巖體,形成接觸交代式銅礦。第二期成礦作用發生于150～139 Ma,在鐵山、靈鄉巖體和陽新巖體周邊形成接觸交代鐵銅礦、銅鐵礦;該期侵入的小斑巖體形成接觸交代—斑巖型銅(鉬)礦床。第三期成礦作用發生在132～128 Ma,形成礦漿—矽卡巖型鐵礦(程潮、張福山)。第四期成礦作用發生于117～115 Ma,礦化微弱,有鉛鋅銅鉬鐵等形成。而根據新的測年數據,殷祖巖體為區內最早侵位的巖體,其形成時代約150～146 Ma,其他巖體侵入活動集中于145～130 Ma,之后巖漿活動轉為大規模的火山噴發為主。斑巖體形成接觸交代—斑巖型銅(鉬)礦床的時間多比周邊大巖體成礦的時間同期或略早。第一期成礦和第二期成礦基本是集中于145～137 Ma的時間段內,沒有明顯的時間先后差別。前期認為成巖與成礦時差為5±Ma,新的測年數據則表明成礦時代與巖體的侵位時代大致相當,巖漿侵位到成礦作用結束所持續的時間一般<1 Ma,少數礦床由于具有多次熱液活動可以持續1 Ma以上,很少>2 Ma[5]。

1.1.2成巖成礦階段劃分

鄂東南地區燕山期成巖成礦作用具有多期多階段的特征,該區六大巖體多為復式巖體,巖漿多期侵入并伴隨多期次礦化。前期提出兩階段、四期成巖成礦階段的觀點,近年來依據新的測試數據,相關學者也提出了一些新的劃分方案:

二期巖漿活動和一期成礦作用趙新福等大致劃分為(143～132 Ma)早白堊世早期的巖漿侵入活動和(132～120 Ma)早白堊世中晚期的火山噴發作用,認為鄂東南礦集區內大規模的成礦作用集中發生在143～132 Ma的早白堊世,各主要巖體和巖株是同一次巖漿活動的產物,形成鄂東南地區主要的矽卡巖型礦床及斑巖銅礦。

二期巖漿—成礦事件+四種礦化類型謝桂青等提出本區可劃分為兩期巖漿—成礦事件,即集中于147～136 Ma侵入的輝長巖+閃長巖+石英閃長巖+花崗閃長斑巖,以及對應的144～143 Ma斑巖—矽卡巖型銅金鉬鎢礦和144～137 Ma矽卡巖銅鐵金礦;集中于134～125 Ma侵入的花崗巖+石英二長巖+石英閃長巖+閃長巖和火山巖,以及對應的133～132 Ma矽卡巖鐵礦(不含銅和金)和129～128 Ma火山熱液型金礦(?)。

三階段成礦周濤發等提出,長江中下游地區不同礦集區的成巖成礦時代階段性大致為145～137 Ma、135～127 Ma、126～123 Ma等三個階段,分別對應銅礦化、鐵礦化、鈾金礦化[6]。

綜合區內前期資料和相關學者的觀點,筆者認為鄂東南地區中生代成巖成礦事件雖有25～30 Ma的時間跨度,其地質背景是一致的,均處于燕山期擠壓向伸展轉換階段,其成巖作用和成礦作用是連續演化的,總體來說是一次成礦階段的產物,但根據巖漿源區的差異、巖漿活動時間的序次性以及成礦專屬性的差異,基本贊成謝桂青提出的劃分方案,大體可以137 Ma為界,將其分為兩次巖漿活動和兩次成礦階段:

(1) 燕山早期侵入活動及銅金成礦階段。巖體侵入時間發生在150～137 Ma,沿大冶—九江一帶形成北西向巖漿巖帶,侵入殷祖、靈鄉(東部)、陽新、鐵山(東部)等大巖體,以及在北北東向深斷裂的構造交匯節點侵入豐山洞、阮家灣、白云山、銅山口等小巖體。小巖體的侵入時間基本與大巖體同時甚至略早于大巖體。巖性以石英閃長巖+石英二長巖+閃長巖為主,小巖體以花崗閃長斑巖為主。成礦時間集中在145～137 Ma,相關礦產是矽卡巖型銅鐵金、斑巖型銅金礦床,是成銅的主要階段。

(2) 燕山晚期侵入—噴發活動及鐵成礦階段。分侵入和噴發兩類巖漿活動形式,沿梁子湖凹陷帶一側形成北北東向巖漿巖帶,侵入活動大體發生在133～127 Ma,自南向北形成靈鄉巖體(西部)、金山店巖體、鐵山巖體(西部)、鄂城巖體,以花崗巖+石英閃長巖+閃長巖為主,相關礦產是矽卡巖型鐵礦,是成鐵的主要階段。噴發活動大體發生在130～115 Ma,自北向南形成金牛、花湖兩個火山巖盆地,巖性以玄武巖+英安巖+流紋巖為主,該巖漿活動目前未發現成規模成礦作用,僅在王豹山地區、吳伯浩見少量小型、零星的火山熱液型礦體和部分金礦化。

需要指出的是,這里所提及的“先銅后鐵”指的是區域上所表現的礦化時間分布特征(內在機制后文將闡述),而不是指某一具體礦床的礦化階段或期次,如矽卡巖礦床由于成礦流體的演化,通常表現為“先鐵后銅”的礦化特征。不應將這兩者混為一談。

依據成銅成鐵的時空分布特征,建議應重視在鐵礦分布區找早期銅金礦的工作,如在鐵礦分布區西部(如鐵山巖體西部、靈鄉巖體西部)具有找燕山早期銅金礦床的潛力,目標區域有鐵西的下蔣硫鐵礦地區,地表富銀的硫鐵礦指示了該區具有找銅金礦床的潛力。

1.2　巖石學研究進展和成礦物質來源

本區的侵入巖成因主要有幔源(經歷同化混染+結晶分異(AFC)過程)、幔殼混合源、下地殼熔融等三種觀點,前期以殼幔混合源為主流觀點。近年來,諸多學者從不同的角度論述了本區巖漿巖的來源和演化機制。

(1) 同位素地質證據。鄂東南侵入巖的Sr-Nd同位素組成與鄂東南、寧蕪和廬樅地區的中生代火山巖及長江中下游地區的基性侵入巖具有一致的特征,認為起源于上地幔[7]。黃圭成等近年對銅綠山巖株體鋯石和繼承鋯石(晶核)的U-Pb年齡和Hf同位素的測試數據顯示,巖漿源區物質為虧損地幔中產生的新生地殼,并有中元古代晚期和新元古代地殼物質的加入[8]。

(2) 熔融包裹體證據。廣州地化所趙斌等在湖北大冶鐵礦接觸帶大理巖中發現有熔融包裹體和流體—熔融包裹體,在鄂東南的中酸性侵入巖中普遍發現了豐富的熔融包裹體,其均一溫度高達1 100～1 280 ℃以上[9],中科院地化所在鄂東南地區7個典型礦床采集的矽卡巖樣品的寄主礦物中發現硅酸鹽熔體成分的熔融包體,說明上述地區中酸性侵入巖的源區或母巖漿具有非常高的溫度,可能是底侵的幔源玄武質巖漿加熱、熔融下地殼的產物。趙斌等指出鄂東南地區先前確認為交代成因的含礦矽卡巖可能有相當大一部分為巖漿成因矽卡巖。

(3) 中基性巖石包體證據。鄂東南地區和銅陵地區的中酸性巖中經常發育有中基性的巖石包體,有角閃石、輝石堆積巖(晶)包體和具有巖漿混合特征的微粒閃長質包體兩類,表明在中酸性巖漿侵位時普遍存在基性巖漿的活動[10]。

(4) 微量元素證據。鄂東南地區不同程度的殼幔混合作用造成了不同巖體間HREE含量以及La/Yb比值的顯著差異,以及Sr/Y比值的變化。早期(>137 Ma)中酸性巖(包括石英閃長巖、花崗閃長斑巖、二長巖)具有埃達克巖某些地球化學特征,以無負銪異常、高Sr/Y和(La/Yb)為特征,指示地殼較厚;晚期(<137 Ma)酸性巖(包括花崗斑巖、花崗巖、火山巖)地球化學方面則明顯不同于埃達克巖,非埃達克質巖漿巖形成時期(132～128 Ma)可能是巖石圈減薄高峰時間。

綜合多家觀點,鄂東南地區的侵入巖類為殼幔混合型證據是充分的。趙新福研究認為鄂東南地區石英閃長巖類以下地殼部分熔融的巖漿為主,而閃長巖類主要源自上地幔部分熔融的巖漿。謝桂青等通過Sr-Nd同位素模擬計算表明鐵山、鄂城和陽新巖體巖漿起源于富集地幔的部分熔融,后期約有5%～30%的物質來源于下地殼[11]。本區前期資料認為少殼源同熔型巖漿巖系列的分布區(褶皺隆起區)以銅金鎢鉬礦床為主;多殼源同熔型巖漿巖系列的分布區(相對坳陷區)以鐵礦床為主。而長江中下游的主流觀點是在隆起區巖漿巖以多殼源為特征,坳陷區以多幔源為特征,隆坳過渡區則以殼幔混合源為特征。鄂東南地區處于坳隆過渡區,綜合前期和近期的資料,認為鄂東南中生代巖漿巖底侵作用形成的玄武質下地殼和上地幔部分熔融產生的巖漿是發生不同程度的混合作用而形成的,在構造—巖漿演化的不同階段,殼幔混合的程度和比例是不同的,總體來看其中與以成銅金為主的巖體(145～137 Ma)來源于富集地幔的部分熔融,并有部分(5%～20%)下地殼物質混染和分離結晶作用;與成鐵為主有關的巖體來源于富集地幔的部分熔融,并有較大比例(高達35%)下地殼物質混染和分離結晶作用;而火山巖和次火山巖為富集地幔的部分熔融和分離結晶后,發生不同比例下地殼混染的產物。總體上的趨勢為在侵入階段,從成銅金巖體到成鐵巖體,殼源的比例在增大,在噴發階段,則幔源的比例增加。

2　　　　深部過程與淺表構造—巖漿演化耦合響應

華東地區中生代的運動總體來講是板塊匯聚和增生的過程,鄂東南地區在中生代經歷了印支期—燕山期構造體制轉換與重大調整,構造體制轉換造成了相應的深部過程:陸殼擠壓收縮加厚—地幔上隆—陸殼減薄,以及深部殼幔相互作用的變化過程,作為對于深部過程的響應,在淺表出現了滑覆構造、隆—坳構造、盆嶺構造等構造形跡,以及大規模的巖漿火山活動和成礦作用。

印支運動(250～180Ma,三疊紀)期間三疊紀末揚子板塊與華北板塊的南北向碰撞,使中三疊世之前地層產生強烈褶皺變形,該期構造特征以南北向擠壓、對沖為特征[12],在區內形成大幕—楓林、殷祖—筠山、鐵山—黃金山三個疊瓦式逆沖推覆構造帶,由北西西—近東西向的褶皺和同方向的走向斷裂組成,相伴出現北東、北西向的壓扭性斷裂,構成以九江地區為頂點的弧形斷褶束構造區,奠定區內的構造基礎,在此期間地塊擠壓縮短、地殼增厚;鄂東南三角形構造巖漿區的西北邊界(襄廣斷裂),南部邊界(大畈—排市斷裂)均形成于這個階段。在區內山坡—楓林一帶形成基底縫合線。

燕山運動(165～80Ma,侏羅紀—白堊紀)期間本區經歷了構造機制的轉換和重大調整,一方面印支造山運動的后碰撞階段的南北向伸展一直持續運動,并貫穿于整個燕山運動期間;另一方面太平洋板塊的斜向俯沖使得本區構造應力場發生了轉化,從印支期南北向擠壓—燕山早期南東—北西向擠壓—燕山晚期北北東左行旋扭[13]。需要指出的是,本區在印支運動期奠定區內基本構造格架,燕山期構造主要是繼承、影響、改造印支期的構造體系,如燕山期侵入的巖漿巖,主要就位于燕山期構造影響下轉為拉張的原印支期形成的構造空間內。在燕山早期,區內為北西西—南東東向的擠壓應力場,原印支期近東西向斷裂構造轉為張剪,應力薄弱帶為北西向(大冶—九江一帶),燕山晚期,區內為近南北向左行扭動應力場,應力薄弱帶為北北東向(鄂城—靈鄉一帶),因此隨著構造應力場的轉換調整,區內應力薄弱帶的方向也在調整,并控制了深部巖漿活動的上侵方向和定位空間。

根據構造應力場、巖漿—成礦事件的差異大體可將燕山期運動劃分為擠壓階段(165～145 Ma)、轉換階段(145～125 Ma)、主伸展階段,其中轉換階段又可以進一步分為轉換階段早期(145～137 Ma),調整期(137～133 Ma),轉換階段晚期(133～125 Ma)三個亞階段(表1)。

165～145Ma擠壓階段。晚侏羅世早期構造應力場發生改變,受太平洋板塊的斜向俯沖的影響,形成北西西—南東東向的擠壓應力場。形成區內北北東向的斷裂褶皺帶,并疊加于早期印支期北西西—近東西向構造之上,同時原印支期近東西向—北西西向斷裂重新活動,具張剪性質,形成團風—咸寧(梁子湖大斷裂)、鄂城—靈鄉、姜橋—下陸、韋源口—浮屠街、花果—陽新、富池口—楓林等北北東向深斷裂,鄂東南三角形式構造體系初具雛形。

145～125Ma擠壓伸展機制轉換階段,是本區中生代大規模巖漿活動和成礦時間集中爆發的時期。

轉換階段早期(145～137Ma)地幔沿武漢—九江一帶上隆,形成北西向武漢幔隆,上地幔的部分熔融作用(或軟流圈上涌減壓熔融作用)產生的玄武質巖漿通過底侵作用進入下地殼,形成殼幔同熔型高鉀鈣堿性系列巖漿,沿山坡—楓林等深斷裂侵入至地殼淺表,形成大冶—九江北西向構造巖漿巖帶,以及相應的矽卡巖型—斑巖型銅金礦體。

調整期(137～133Ma)該時期為構造機制的調整期,在此期間巖漿活動的年代學數據少見,巖漿活動處于暫時平靜的時期。該階段在侵入大巖體(如鐵山巖體東部外圍、陽新巖體北部等)的外圍,由于構造熱液的活動形成鉛鋅銀為主的中低溫熱液型礦床。

轉換階段晚期(133～125Ma)由于洞庭—武漢地幔相對隆起的影響,以及梁子湖斷裂深切于巖石圈形成北北東向的板內拉張帶,多殼源物質的富鈉鈣堿性系列火成巖沿鄂城—靈鄉一帶侵入至地殼淺表,形成北北東向構造巖漿帶,以及相應的矽卡巖型鐵礦體(127～133 Ma),在轉換階段后期,以酸性巖為主體的雙峰式火山巖噴發,在金牛和花湖地區形成火山盆地,標志著進入主伸展階段。

表1　深部過程與淺部構造巖漿演化耦合響應表Table 1　Coupling response of magmatic evolution of deep process and shallow structure

<125Ma伸展階段。原印支期逆沖斷層區內主干逆沖斷層均轉化為犁式斷層,其下盤上升形成斷塊,上盤下降形成箕式盆地。箕式盆地有李沛盆地、陽新盆地、太和盆地、大冶盆地、花湖盆地等,盆地中沉積物由侏羅系—東湖群地層所組成,表明箕式盆地的發育時限為侏羅紀—老第三紀,指示伸展構造作用的持續周期一直到老第三紀。至熹山期(約80 Ma)在大冶斷陷盆地、陽新斷陷盆地有小規模裂隙式玄武巖噴溢,形成近東西向的玄武巖墻,此后本區再沒有巖漿活動的記錄。

3　“T”形隆—坳構造的形成

如前所述,鄂東南地區內晚中生代的構造格局受深部構造和深部過程控制,其中表層的隆—坳構造是深部構造在地表的直接反映。在燕山期構造—巖漿活動中,隆—坳構造區決定了構造—巖漿活動的差異和巖漿成因類型的空間分布。

常印佛將長江中下游礦集區劃分為三類成礦環境[14]：①斷陷火山巖盆地的坳陷區,發育,主要容礦層在侏羅系上統和白堊系下統之間,廬樅和寧蕪為此類型礦集區;②斷塊褶皺隆起區,發育與高鉀閃長巖系有關的銅金礦,主要容礦層在五通組和黃龍組之間,如銅陵、九瑞、安慶—貴池和寧鎮;③產于隆起和坳陷過渡區,主要容礦層中三疊統大冶組,如鄂東南,位于其西部梁子湖坳陷區和九瑞隆起區之間。所謂坳隆區的劃分只是一個相對的概念,以是否出露古生代以前的地層,是否為褶皺斷塊,是否存在火山巖盆地等為標準劃分。

前期認為鄂東南地區大體以山坡—楓林斷裂為界,南區為隆起區,北區為坳陷區,在隆起區內以銅金礦產為主,坳陷區內以鐵(硫)礦產為主。這一劃分方法和本區地質實際并不吻合,如金牛火山巖盆地有相當部位位于山坡—楓林斷裂南側;在山坡—楓林斷裂北側大冶湖北緣也有古生代地層的出露。

長江中下游印支—燕山期巖漿侵位、噴發和成礦作用大爆發,與地幔隆起的關系非常密切。鄂東南地區處于“T”字形幔隆交界處東南部(圖2),一是北西向的武漢—九江幔隆,其北側為大別幔陷(對應造山帶),南側為幕阜幔陷(對應江南隆起);其次是北東向(洞庭—武漢)的幔隆區,表現為莫霍面等值線圖上等深線(如雞公山—天柱山之間)的畸變,說明鄂東南地區處于北西向地幔隆起和北北東向地幔隆起的共同影響區域,鄂東南地區其西部，尤其是西北部地幔隆起程度相對最高,對應的是地殼厚度最薄(相對坳陷區),而其南部，尤其是東南部則地幔隆起程度最低,對應的是地殼厚度最厚(相對隆起區)。鄂東南地區深部T字形地幔隆起決定了淺部T字形隆—坳格局。

圖2　湖北省東部及鄰區莫霍面深度及深部構造分區圖Fig.2　Zone map of deep structure and Moho depth of east of Hubei Province 1.莫霍面等深線(km);2.深部構造分區界線;3.一次級深部構造界線;4.地殼類型界線。

(1) 相對隆起區:鄂東南地區的東部、東南部的大冶—豐山洞一帶,對應于北西向地幔隆起。發育一套以殼幔混合源(少殼源)的中—深成中酸性巖(包括石英閃長巖、花崗閃長斑巖、二長巖),在隆起的邊緣一側出現殼幔混合源的花崗閃長斑巖及小型花崗巖侵入體。形成時代集中于137 Ma以前。

(2) 相對坳陷區:主要分布于鄂東南的西區,鄂城—靈鄉一帶,對應于疊加近北北東向地幔隆起影響、巖石圈進一步減薄的地質背景。相對凹陷區下地殼混染程度較相對隆起區更強,巖漿巖以多殼源為特征,鄂東南西部金牛盆地、花湖盆地分別位于坳陷區的北部和南部。

4　“T” 形銅鐵礦化分區

鄂東南的金屬礦化分布具有分帶性,前人形象的稱之為“南銅北鐵”、“東銅西鐵”,認為以山坡—楓林斷裂為界,北部為富含鐵鎂質和火山物質的川中式基底,南部為復理石建造的江南式基底,基底物質成分的差異決定了南銅北鐵的礦化分帶格局,但該解釋難以合理解釋區內又具有的“東銅西鐵”的現象,如鐵山巖體均位于山坡—楓林斷裂以北,靈鄉巖體均位于該斷裂以南,但是鐵山巖體、靈鄉巖體均具有東銅西鐵的特征,又如陽新巖體,其90%以上的鐵礦均聚集在其西部,東部則以銅礦為主,故區內礦化分區不能簡單用南北基底的差異來予以解釋。

本文提出,鄂東南地區礦化分區特征為“T”字形的銅鐵礦化分帶,即北西向以成銅為主的大冶—九瑞成銅帶和北北東向以成鐵為主的鄂城—靈鄉成鐵帶,銅綠山礦區基本位于以上兩個礦化分帶的結合部。北西向成銅帶和北北東向成鐵帶分別受北西向和北北東向構造巖漿帶的控制,在深部機制上，北西向構造巖漿帶是受北西向武漢—九江幔隆所控制,形成一套少殼源的鈣堿性系列火成巖,主要形成斑巖型—矽卡巖型銅金、銅鉬鎢礦床;北北東向構造巖漿帶則是受北北東向洞庭—武漢相對地幔隆起的影響(淺部表現為梁子湖坳陷),形成殼幔混合型火成巖,其中與矽卡巖鐵礦有關的巖體混染了較多的下地殼物質,而噴發階段的火山和次火山巖,其幔源成分比例增多。鐵山、靈鄉早期侵入巖(東部)是受北西向大冶—九瑞構造巖漿帶的控制,以成銅為主;而后期侵入巖(西部)受北北東向鄂城—靈鄉構造巖漿帶控制,以成鐵為主。因此構造巖漿演化背景的差異是本區銅鐵礦化分帶的決定性因素,并與基底成分的差異一起起作用控制了礦化分帶格局。基底成分的差異對成礦也具有一定的影響,如大型鐵礦均分布北部,最北部程潮鐵礦規模最大,而南部的靈鄉至今未發現大型鐵礦,這一地質現象則是基底差異的體現,說明四大成鐵巖體雖都處于同一構造巖漿帶上,但北部基底更有利于鐵礦的富集。

金的礦化則主要受北北東向斷裂所控制,在下陸—(銅綠山)—姜橋斷裂控制了鄂東南地區金礦化最為集中的部位,自北向南有肖鋪、金井咀、銅綠山(伴)、雞冠咀(共)、宋家灣、張海等,且鄂東南主要的單金礦體大多集中于該金礦化帶上,該金成礦帶屬于北北東向構造巖漿帶的一部分。豐山礦田的金礦化富集也與通過該區的北北東向深斷裂有關。

5　構造網絡與成巖成礦空間分布特征

印支期構造以南北向擠壓、對沖為特征,在區內則主要表現為由南向北推擠形成一系列疊瓦式逆沖推覆構造系統及滑覆構造變形,主要形成一系列近東西向線性褶皺、弧形褶皺、逆沖斷層,以及有規模相對較小北東及北西向的共扼斷層,燕山期構造早期為北西—南東向擠壓,晚期為北北東向旋扭,主要形成北北東向的隆坳帶、疊加褶皺及北北東向斷裂帶。印支期形成的不同方向、不同規模的斷裂,在燕山期拉張應力場中均呈不同程度的拉張狀態,深斷裂與蓋層斷裂組成了一個不同深度、不同層次的通道網絡系統,控制巖漿侵位、成礦流體演化、匯集、定位。控制巖漿和幔源成礦流體生成的是北西向地幔隆起帶和北北東向地幔相對隆起帶,控制巖漿、成礦流體演化、匯集是巖石圈斷裂、基底斷裂,控制礦床定位的是蓋層斷裂與巖石圈斷裂溝通,并復合改造的部位。

鄂東南地區構造控巖控礦中一個顯著特征是帚狀構造體系對成巖成礦的控制。大冶—九瑞地區,中生代的構造運動時期使其形成了以九江地區為砥柱,向北西的鄂東南地區發散的一個帚狀旋扭構造體系,該體系總體向北西方向發散,向南東方向收斂,因此巖漿巖的展布受構造體系的控制,同熔型中酸性淺成—中深成侵入巖帶總體呈北西西—北西向扇形(弧形)展布,從總體上看自東向西巖體規模由小變大,由以斑巖為主遞變為中深成巖+斑巖為主(圖3)[15]。該帚狀體系在不同的規模尺度上均有體現,如大冶—九宮山—九江—彭山地區就是以彭山為砥柱,向九宮山、大冶地區發散的帚狀旋扭體系,九宮山—幕府山巖體群、鄂東南六大巖體群均位于該帚狀構造體系的發散端上;又如姜橋—銅山口—何錫鋪地區就是以姜橋巖體為砥柱,向銅山口、何錫鋪地區發散的帚狀構造體系,銅山口小巖體、何錫鋪小巖體均分布在該帚狀構造體系的發散端上。帚狀構造體系內礦體分布的總體特征為，與大巖體有關的礦床主要集中出現在軸狀構造體系的發散端，礦床類型以矽卡巖型為主；而與小巖體有關的礦床多集中出現在軸狀構造體系的收斂端，礦床類型以斑巖型為主。而出現于軸狀構造體系內部的，如銅山口(銅綠山、雞冠咀也類似)等礦床，則兼有矽卡巖型和斑巖型的成礦特征。

6　對鄂東南若干找礦地質問題的再認識

6.1　關于鄂東南S/C界面找層控式矽卡巖的前景

在長江中下游銅金礦成礦帶中,層狀矽卡巖礦體和(或)層狀塊狀硫化物礦體占據著重要的地位。這些銅金礦體可以出現于D/C、T1j/T2p、J3w/K1等地層界面,翟裕生等總結為礦田構造的“三層結構”模式。其中在隆起區(如九瑞、銅陵)D/C(泥盆系五通組砂頁巖與上石炭統黃龍組白云巖)層間滑脫界面是最重要的賦礦層位,而在隆坳過渡區鄂東南地區T1j/T2p則是主要的賦礦層位。在本區2006年度開展危機礦山深部找礦以來,眾多學者提出在鄂東南地區尋找類似九瑞或長江中下游地區的層控矽卡巖礦床,即受S/C(區內因D層位大多缺失,故也稱之為S/C)界面控制的層狀矽卡巖礦體[16-17],經過危機礦山、整裝勘查多輪次、多區段的探索工作,本區一直未能在該界面找礦工作方面有所斬獲,在此對該S/C界面找層控式矽卡巖的找礦方向應進行反思和總結。

6.1.1對層控狀矽卡巖礦床或硫化物礦床成因的認識

由于長江中下游地區層狀矽卡巖礦床具有層狀礦體的形態以及具有一些同生沉積和交代成礦共有的特征,近年來,有不少研究提出為海底噴流沉積成礦之成因,推測成礦時代為海西—印支期。但更多的研究結果傾向于層控矽卡巖礦床主要形成于燕山期,燕山期巖漿活動提供了主要的物質來源,而海西期熱水沉積形成的硫化物有礦質預富集的作用,在其中為次要因素。這一認識目前也得到多數業內人士的認同。

不整合面之上沉積的黃鐵礦層為后期礦床的形成提供了部分物源;層間滑脫構造與其他構造的復合部位常常是巖漿侵入作用在地殼表層的就位空間,層間滑脫構造的虛脫部位有利于成礦物質的運移、沉淀和富集。

圖3　鄂東南—贛西北坳陷地質構造與金屬礦產分布簡圖(贛西北隊楊明桂等[15])Fig.3　Diagram of geological structure of depression of south-east Hubei and north-west Jiangxi and distribution of metallic mineral resources

6.1.2鄂東南地區層控矽卡巖型礦床不發育的原因探討

九瑞地區以D/C界面層控型矽卡巖礦床為主,在鄂東南地區卻很難見到中型規模以上礦床,僅有如龍角山鎢銅礦、馬家山硫鐵礦、西雷二山鐵礦等一些小型層控改造型礦床,在本區成礦類型里面居于次要地位。九瑞和鄂東南在其地質背景方面存在一些差異,可能是導致鄂東南地區層控矽卡巖型礦床不發育的原因。

(1) 構造背景的差異。大冶—九江帶雖都處于北西向幔隆上,但由于北北東向的隆坳帶(西部梁子湖坳陷帶,東部鄂城—大幕隆起帶),疊加在早期構造之上，因此從大冶—九江呈現出相對凹陷區(金山店—鐵山)—相對隆起區(大冶—陽新)—隆起區(豐山洞—九瑞)的變化趨勢,地殼厚度有加厚趨勢,侵位層位則依次變深由T2p/T2j—T2j/T1d—D/C。同時郯廬(走滑)斷裂從九江地區通過,九瑞地區相對于鄂東南地區有明顯抬升(廬山變質核雜巖的出露為證據),雖然大冶—九江構造巖漿帶是相連的,不能簡單地認為在鄂東南地區和九瑞地區相鄰,就一定能找到對應層位的類似礦體。九瑞和鄂東南地區大體以江西東雷山巖體為界,西側賦礦層位以三疊地層為主,東側則以D/C界面為主,由于淺部隆坳程度的差異,導致礦體的主要賦存空間的差異性。

(2) 古地理環境的差異。九瑞地區處于早古生代水下凸起和晚古生代海底沉陷部位,并在兩期之間出現陸上環境,海西早期海侵時形成“古銅陵半島”,其分布范圍大體涵蓋銅陵—九瑞地區。在古銅陵半島范圍內普遍分布有菱鐵礦、黃鐵礦等沉積層,為后期礦床的形成提供了部分物源。而在鄂東南地區石炭系底部原生沉積硫化物、菱鐵礦層并不發育。值得注意的是在黃梅地區馬鞍山式菱鐵礦的分布,常印佛先生曾指出要重視黃梅地區找層控型礦床的找礦方向,目前該地區工作程度相對較低。

(3) 巖體和S/C界面的配置關系的差異。九瑞、長江中下游等層控矽卡巖礦床,多是斑巖體和D/C界面的配置,而且成礦小巖體的頂部侵位深度大致在D/C界面深度附近,而大冶地區則多為大巖體和S/C界面的配置,且大巖體頂部多已穿過S/C界面達1 km以上,主要定位于三疊系地層中。因巖體成礦有利部位主要是在其頂部附近,因此盡管在鄂東南地區巖體深部也穿過了S/C界面,但其成礦條件是不利的,以區內剝蝕程度最大的殷祖巖體為例,在殷祖巖體北緣從白煙袋—大小暑廟斷續出露有近30 km的S/C界面,包括前期及近年來曾做過大量的探索工作,除發現數處零星銅鉬鎢礦點(胡家灣銅鎢鉬礦點、馬嶺盧鎢銅礦點、大小暑廟銅礦點)外,一直未發現規模以上的礦體。

鑒于層控矽卡巖型礦床主要分布于隆起區的實際,建議今后尋找S/C界面的重點區域應放在東部、南部地區(相對隆起區),如豐山洞地區、東西斷裂帶東段等重點區域。

盡管鄂東南目前沒有發現類似銅陵及九瑞的大中型的層控銅硫礦床(D/C界面),但本輪深部找礦中雞冠咀Ⅶ號礦體的發現,表明在蒲圻組、嘉陵江組的層間,存在層控銅金硫礦體,Ⅶ號礦體與淺部的矽卡巖型鐵銅金礦床的賦存特征明顯不同,小巖體和蒲圻組、嘉陵江組的層間(或界面)組合是區內深部找礦要加以重視的方向。

6.2　對小巖體找礦的再認識

鄂東南地區已知的小巖體據統計為119個[18],其中成礦小巖體所占比例約為10%,從成礦意義上講,小巖體與成礦關系更加密切,本區大多數規模以上銅金礦等都與小巖體有關,如銅綠山、雞冠咀、銅山口、雞籠山、豐山洞、阮宜灣等等。如何判別小巖體是否具有成礦屬性也是區內地質工作者一直探索的課題。

6.2.1小巖體時空分布特征

(1) 空間分布特征。本區小巖體平面上大多圍繞大巖體群出現,呈現大巖體和小巖體相伴而生的格局。小巖體的分布有三種情況:①獨立式。獨立分布于大巖體外圍,如銅山口花崗閃長斑巖小巖體;②分支式。分布于大巖體周緣,為大巖體的巖枝(株),例如陽新巖體邊部的東角山花崗斑巖小巖體;③體中體式。小巖體明顯侵入大巖體中,如銅綠山石英二長閃長斑巖小巖體侵入于陽新巖體。含礦小巖體主要為獨立式和體中體式,鄂東南獨立式含礦小巖體(如銅山口、阮家灣、豐山洞)集中分布于北西向構造巖漿帶上,多數分布于鄂東南地區的南部和東部。體中體式含礦小巖體主要分布于北西向構造巖漿巖帶和北北東斷裂構造的交匯部位。

(2) 時間分布關系。從區域看,獨立式含礦小巖體主要侵入于燕山早期(>137 Ma),比大巖體的侵入時間基本同期或略早。體中體式含礦小巖體侵入時間則要略晚于其所侵入的大巖體。

(3) 物源成分關系。大巖體與其周圍的小巖體基本同源,具有相似的地球化學特點,含礦小巖體多具有埃達克質巖特征。傳統觀點認為,小巖體從地殼深部向上侵入到最終固結下來可能要經過一個十分復雜而漫長的過程,即可能要通過中間巖漿房的多次“傳遞”才逐步到達地表。近幾年,一些學者根據埃達克質類巖漿在源區形成后沿深大斷裂(尤其是斷裂交匯點)快速上升侵位的特征,提出本區部分小巖體可能是源區巖漿直接由深斷裂上升到淺處固結而成,如銅山口巖體等。

(4) 侵入定位方式。鄂東南地區的小巖體有不同的侵位方式:頂蝕侵位(主動)式、貫入侵位(被動)式,其中主動侵位的小巖體其成礦性更好。與頂蝕侵位小巖體有關的礦床以斑巖型—接觸交代矽卡巖型礦床為主,而與貫入侵位小巖體有關的礦床以中低溫熱液礦床為主。

6.2.2判別小巖體成礦的幾個判別標志

筆者認為,在鄂東南地區小巖體是否有利于成礦,除了傳統的地、物、化等判別依據外,可以將以下六條作為成礦有利小巖體的判別條件:①位于北西向和北北東向斷裂構造節點處;②為獨立式或體中體式;③主動侵位;④具有埃達克質巖特征,具有富Al2O3和Sr,貧Y和Yb,LREE富集和無Eu異常,為殼幔同熔型巖漿巖;⑤巖體頂部附近具有三疊系地層或D/C界面配置;⑥侵位時間為燕山早期。

7　結論和建議

(1) 鄂東南地區在中生代經歷了印支期—燕山期構造體制轉換與重大調整的過程,構造體制轉換造成了相應的深部過程,作為對于深部過程的響應,在淺表出現了滑覆構造、隆—坳構造、盆嶺構造等構造形跡,以及大規模的巖漿火山活動和成礦作用。新的測齡數據表明中生代大規模成巖成礦作用時期相對集中于25～30 Ma的時間跨度內,大體以137 Ma為界,可以劃分為兩階段巖漿活動和兩次成礦事件。

(2) 將燕山期運動劃分為擠壓階段(165～145 Ma)、轉換階段(145～125 Ma,又可以分為145～137 Ma,137～133 Ma,133～125 Ma三個亞階段)、主伸展階段(<125 Ma？)等若干階段,燕山期構造應力場的轉換調整使得區內應力薄弱帶的方向也在調整,并控制了深部巖漿活動的上侵方向和定位空間。

(3) 鄂東南地區深部T字形地幔隆起決定了淺部T字形隆—坳格局,并控制了T字形的銅鐵礦化分帶,即北西向以成銅為主的大冶—九瑞成銅帶和北北東向以成鐵為主的鄂城—靈鄉成鐵帶。因此構造巖漿演化背景的差異是本區銅鐵礦化分帶的決定性因素,并與基底成分的差異一起起作用控制了礦化分帶格局。

(4) 大冶—九瑞地區帚狀構造體系對成巖成礦的控制。在中生代的構造運動作用下，形成以九江地區為砥柱,向北西鄂東南地區發散的一個帚狀旋扭構造體系,巖漿巖的展布受構造體系的控制,總體呈北西西—北西向扇形(弧形)展布,自東向西巖體規模由小變大,由以斑巖為主遞變為中深成巖+斑巖為主。

(5) 對深部結構和深部過程的深入認識,可以指導對鄂東南地區找礦工作的新認識。如S/C界面找礦的重點找礦方向應轉移到相對隆起區,提出本區的東部和南部應是重點區域,如豐山洞—雞籠山地區、東西斷裂帶的東部;而小巖體找礦的重點方向應以北西向構造巖漿巖帶，尤其與北北東向斷裂的節點部位,如豐山洞—雞籠山及其南部地區、東西斷裂帶的東部、姜橋—下陸斷裂帶等。在鐵礦分布區西部(如鐵山巖體西部、靈鄉巖體西部)具有找燕山早期銅金礦床的潛力,目標區域有鐵西的下蔣硫鐵礦地區,地表富銀的硫鐵礦指示了該區具有找銅金礦床的潛力。

致謝:本人在擔任原鄂東南地質大隊(現更名為省地質局第一地質大隊)技術負責人期間,幸逢新世紀地質找礦高潮。以中國地大李建威、趙新福,地科院毛景文、謝桂青,合肥理工周濤發、袁峰,武漢地調中心陳富文、黃圭成等為代表的眾多地質學者,在鄂東南地區基礎地質科研方面開展了富有成效的工作,并向一隊分享了部分測試數據和研究成果。本省薛迪康、余元昌、李松生、馬元、董意群、熊繼傳、楊明銀、劉勁松、孫四權、祝敬明等眾多專家,近年來為鄂東南地區地質找礦理論與實踐提出了很多寶貴的指導意見。因水平有限,本文對相關學者、專家資料的取舍、歸納上可能有“存偽去真”之處,不當之處敬請包涵、指正,在此也對支持關心鄂東南地區找礦事業的各位學者、專家和曾經一起奮斗過的鄂東南的同事們表示深深的敬意！

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