沅麻盆地砂巖型銅礦成礦地質特征及其控礦條件研究

羅 衛，孫 寧，魏紅軍

（1.有色金屬礦產地質調查中心南方地質調查所，湖南 長沙410001；2.長沙中色礦產勘查有限公司，湖南長沙 410001）

沅麻盆地砂巖型銅礦成礦地質特征及其控礦條件研究

羅 衛1，孫 寧2，魏紅軍2

（1.有色金屬礦產地質調查中心南方地質調查所，湖南 長沙410001；2.長沙中色礦產勘查有限公司，湖南長沙 410001）

沅麻盆地是湖南省重要的銅礦成礦區之一，盆地內砂巖型銅礦床（點）多，銅礦具有規模大、品位高、礦石選冶性能好等特點。因此，研究該盆地砂巖型銅礦的成礦地質背景和控礦條件，為沅麻盆地砂巖型銅礦的評價及擴大找礦前景提供科學依據和成礦背景資料具有重要意義。筆者在前人研究的基礎上，結合麻陽銅礦礦床地質特征對盆地成礦條件和控礦因素進行分析和研究，提出區內礦體的產出狀態主要受三角洲的分流河道及構造的控制，礦體在空間上的分布則主要受巖相與構造的制約；區內含銅巖系“紅層”與“淺色層”的互層為有利于成礦物質匯集成礦的巖性組合；地下水在成礦過程中把巖碎屑中的銅質溶離出來和把溶離出來的銅質運移到弱堿性環境下的巖性－構造有利部位聚集成礦起到了重要作用；生物有機質在銅質的吸附還原、銅質的溶解和運移及銅質的富集都起了重要作用。認為：該礦床的形成受物源、古構造、巖相、地下水活動以及生物有機質等因素的聯合控制，沅麻盆地銅礦床主要是以機械沉積為主，后經地下含礦熱鹵水疊加改造而最終形成的砂巖型銅礦床，并指出有利的找礦部位。

沅麻盆地；砂巖型銅礦；成礦地質特征；控礦條件

沅（陵）麻（陽）盆地地處湖南省西部雪峰山脈與武陵山脈之間，是湖南省最重要的銅礦成礦區之一。區內銅礦床（點）較多，砂巖型銅礦為區內主要礦床類型，銅礦具有規模較大、品位高、礦石選冶性能好等特點。前人對區內礦床的地質特征進行過總結［1－2］，對其控礦條件也進行過分析［3］，在此基礎上，提出沅麻盆地砂巖型銅礦成因為化學沉積的同生礦床［1］和陸源再造礦床［2］等類型。這些成果和認識，極大地提高了沅麻盆地砂巖型銅礦的成礦理論研究水平，并為指導區內的找礦工作打下了扎實的基礎。筆者在前人工作的基礎上，通過對近年來礦床開發揭露出的地質特征進行總結，認為區內銅礦床的形成是巖相、構造、地下水活動以及有機質參與的最佳組合，是以機械沉積為主，后經地下含礦熱鹵水疊加改造而最終形成的砂巖型銅礦。

1 區域地質背景

沅麻盆地在大地構造上屬于上揚子地塊與華南裂陷槽的過渡地帶—江南地塊的北西部，為一中生代側疊式山間斷陷盆地。盆地總體呈NE－SW向延伸，長約255km，寬30～65km，面積約10500km2［4］。整個盆地似一個向西歪斜的不對稱平緩復式向斜。

1.1 地層

盆地內地層走向與盆地展布方向基本一致，呈NE－SW向分布，傾角一般5～15°，主要出露地層為侏羅系－白堊系，第三系僅有零星分布。其中白堊系下統第三巖組（K31）分布最廣，約占盆地紅層出露面積的2/3以上，為區內主要含礦巖系。［5］

侏羅系主要分布于盆地南東側，以黃綠色、暗紫紅色的砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖及粉砂質泥巖為主。

白堊系根據巖性的不同可分為四個巖組。

第一巖組（K11）：中上部為紫紅色厚層狀粉砂巖夾含礫粗砂巖，底部0～30m 為磚紅色礫巖層，厚532m。

第二巖組（K21）：紫紅色泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、砂巖，厚555m。盆地東側底部見厚約32m的礫巖、砂礫巖及含礫砂巖。

第三巖組（K31）：紫紅色粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖，厚2350m。麻陽銅礦等地上部為淺色含礫砂巖、細砂巖與紫紅色粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖互層，組成含銅巖系。該巖組是區內砂巖型銅礦的主要賦礦層位。

第四巖組（K41）：為土黃色及紫紅色泥巖，以水平層理為主。

第三系主要為紫紅色砂礫巖及含礫砂巖，厚度大于110m。

1.2 構造

盆地內構造比較簡單，沅麻盆地為印支、燕山運動形成的山間斷陷盆地。新構造運動破壞了盆地的完整性，整個盆地可視為一個向西歪斜的不對稱向斜。

1.2.1 斷裂

盆地北段以高角度北東向的大型正、逆斷層為主。中段斷裂不發育，主要為一些次級北西向小斷裂。南段斷裂比較發育，多為北北東向的大型高角度正、逆斷層。

1.2.2 褶皺

在盆地形成后，盆地南東邊不斷隆起，形成了萊草坡背斜與曉坪復式背斜等，使盆地劃分成兩個以上的沉積中心。中心由南東向北西遷移。芷江一帶為緊密線狀褶皺，造成南東高、北西低的構造地形，軸向北東－北東東；麻陽一帶為寬緩線狀褶皺，軸向北東－北東東。

1.3 礦產

主要有鐵、錳、銅、鉛鋅、鉬、鎳、鎢銻金、汞、硫、磷、煤、重晶石等。湘西鎢銻金礦，新晃汞礦，田灣、花橋磷礦，江口、小沈鐵礦，辰溪、溆浦一帶煤和耐火黏土等都具有較大的規模，其中大部已被開采利用。

盆地內共發現砂巖型銅礦點（床）14處。主要有九曲灣（麻陽銅礦）、三眼橋、黃雙、浦市、老鴉溪、烏宿、巖橋、杉木溪、譚家寨、巖角坪、尖坡等。在麻陽、鳳凰一帶的楠木寨、咸池坳等地發現有含銅、鉛、鋅礦點。

2 典型礦床類型及主要地質特征

位于麻陽縣呂家坪鎮九曲灣村的麻陽銅礦為沅麻盆地內最大、最典型的砂巖型銅礦床。

2.1 地層

礦區位于沅麻盆地中南部東側，礦區內除廣泛出露白堊系第三巖組（K31）外，礦區北部洞門前一帶向斜核部還出露一塊面積約0.35km2的第三系紫紅色砂礫巖。區內白堊系第三巖組（K31）巖性主要為紫紅色、紫色及灰綠色砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖及泥巖等。

2.2 構造

2.2.1 褶皺

礦區位于茶溪－呂家坪不對稱向斜南東翼。礦區南段（北10線以南）呈一單斜構造，地層走向北東30°左右。礦區南端南10線附近，走向急劇向西轉，構成微向東弧形突出，向南張開延伸，形成北部薄窄、南部寬厚的“帚狀”弧形構造。地層傾向290～350°，傾角15～60°不等。一般是含礦巖系北部陡、南部緩，下部陡、向上逐漸變緩，地表和淺部陡深部緩。北10線以北，構造形態由南段的單斜弧形構造，逐漸演化成一個向斜（洞門前向斜）和一個背斜（荒田沖背斜）。

洞門前向斜為一完整封閉的短軸向斜，由第三系和白堊系兩個構造層疊加組成，二者呈微不整合接觸。軸部為第三系砂礫巖，兩翼由白堊系第三巖組含銅巖系分布。向斜軸向北北東－南南西，軸線不平直，向斜兩構造層之軸部位置和軸向也不完全一致，白堊系軸部位置偏東，第三系軸部位置偏西，顯示了構造的繼承性和疊加性。

荒田沖背斜為一向南西傾伏的不對稱背斜，在北10線附近向南西傾沒，轉為南段的單斜構造。北19線以南，背斜平緩開闊，形態完整明顯。北19線以北，褶皺緊密，產狀極陡以至直立，加之在背斜軸部附近有一組縱向大斷層，使背斜兩翼Ⅱ－Ⅳ號及其上下層位大部分缺失。

北段地層產狀隨著褶皺形態的變化而變化，含銅巖系厚度由地表往地下逐漸加大，尤其是背斜軸部以西地段，由于距湖盆邊緣較遠，沉積厚度增大，加之沉積基底起伏，后期構造變動等原因，背斜西翼深部巖層產狀急劇變陡（60°以上），含礦巖系厚度突增，在剖面上形成“喇叭口”狀。

2.2.2 斷裂

區內共發現大小斷層142條，礦區南段斷層不發育，斷層與褶皺關系密切，在巖層產狀陡緩變化轉折處和北10線附近單斜與背－向斜構造過渡地帶，以及北段背斜軸部及以東地區，斷層最為發育。多系伴隨褶皺而引起的一系列巨大的塊狀斷層或成組成群互相切割的斷層。按斷層發育方向大體可分成兩組。

1）走向近于東西的橫斷層。規模一般不大，延長以數十米為常見，位移以數米為普遍。斷層性質以平移和高角度正斷層為主（張性和張扭性），傾向以北東向為主。這組斷層對礦層和淺色層的破壞通常以相互平行的一組斷層與礦層斜交，使礦層向同一方向錯動而形成階梯狀、有時則由兩組或兩組以上不同方向或不同性質的斷層，使礦層向不同方向相對錯移而形成小型地塹、地壘構造。

2）走向近于南北的縱斷層。這組斷層發育于礦區北部，與北段受近東西方向的水平應力作用而產生背、向斜有關。其性質多為受擠壓力作用而形成的壓性高角度逆斷層。這組斷層規模較大，對礦區構造形態、含礦巖系出露的完整程度及對礦層的破壞等都有很大的影響。

2.3 含銅巖系特征

區內含銅巖系屬白堊系第三巖組（K31）的中上部，為一套紫紅色粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖（習慣稱為“紅層”）與灰色、灰綠色等淺色砂巖、含礫中－粗砂巖、砂礫巖互層（稱“淺色層”）形成的巖性組合，屬河口三角洲相沉積。含銅巖系平均厚度567m。其厚度自南向北由厚急劇變薄，南10線厚728m，中0線厚588m，北10線厚335m，至北18線附近厚為165m，形成北部收斂向南撤開的“帚狀”展布。紅層呈巨厚層狀，厚2～40m不等；淺色層多為薄層狀和透鏡狀，礦區內厚度大于0.5m的淺色層有135層，其中見有銅礦化層50層，含工業礦體達38層。

巖石的顏色深淺隨巖石的粒度粗細而變，一般淺色層的巖石粒度較粗，以細砂巖粒級以上為主。礦層泥質含量少，主要有細砂巖、中粗粒砂巖、含礫砂巖等。不穩定組分較高，占25%～33%，砂粒主要是長石、石英和少量巖屑及燧石。巖石孔隙式、充填孔隙式膠結，膠結物以鈣質為主，泥質次之。層內往往有一定的同生泥礫，泥礫的褪色程度與銅礦化程度密切相關。泥礫為紫紅色者，一般無礦化，泥礫為灰白－灰綠色則有礦化，褪色越強烈，礦化越好。

2.4 礦體特征

2.4.1 礦層和礦體形態特征

區內共發現礦體160余個，礦體大小規模不一，形態各異，規模大者，沿走向長近1600m，寬10～300m，銅金屬量14000余噸，如：12號礦層1號礦體；規模小的長寬僅數米，金屬量不超過10t。礦體的形態多呈不規則的長條狀、似層狀。除12號、19號礦層礦體外，其它礦體均呈長條狀，并且礦體沿走向延伸短，沿傾斜方向或側伏方向延伸長，如17號礦層在0線礦體沿走向長40m，沿傾斜方向長達200余米。礦體的邊界也很不規則，其尖滅方式主要有：①含礦淺色層沿走向呈透鏡狀，淺色層尖滅，礦體也隨之尖滅；②含礦淺色層沿走向逐漸過渡到深色層，在淺色層相變地段，礦化逐漸消失；③礦體邊界以斷層為界，礦化體在斷層上盤或下盤突然尖滅。

礦體的產狀與圍巖產狀基本一致，由于區內礦體的產出狀態主要受三角洲上的分流河道及構造控制，礦體在空間上的展布形式有以下特點：①大多數礦體沿分流河道分布，礦體的長軸方向與分流河道延伸方向一致，分流河道側伏，礦體也隨之側伏，側伏角的大小取決于分流河與流向，分流河與流向偏離含礦層傾斜方向越大，礦體的側伏角就越小，礦區內河口三角洲上的分流河延伸方向變化于南西到北北西之間，大多數礦體的側伏方向也介于這個范圍；②礦體的產出與構造有關，有的礦體形成于淺色層中的向斜部位，礦體的延長方向與向斜軸近于一致；③對于同一含礦層由于分流道上的砂體呈船形狀、鳥爪狀分布，礦體在平面上也呈這種展布形式，如19號礦層在N7線至N11線，分流河道呈鳥足狀分布，其礦體分布形式也呈鳥足狀。

2.4.2 礦體空間分布規律

礦體在空間上的分布主要受巖相和構造控制，就單個礦層而言，礦體分布具有如下規律：①大多數礦體的長軸方向與含礦層走向近于直交，與原勘探線方向近于平行，如22號礦層在N2線至N11線，三個礦體的長軸方向均為北西向，與含礦層走向近于垂直；②同一礦層賦存多個礦體，各礦體間沿走向則大致等距離分布，如22號礦層；③含礦層沿走向往北北東，礦體埋藏深度逐漸加大，如12號礦層在0線礦化深度在－50m標高以上，到N9線礦化深度則在標高－125m以下；④有的礦層在局部地段分上下兩層，中間夾有一厚度不大的深色層或深色層透鏡體，使礦體也分為上、下兩層，如12號、19號礦層在0線以下的礦體；⑤大多數礦體沿走向和傾向礦化連續性較好，礦體形態較完整。

從整個礦區來看，礦體在空間上的分布具有以下的規律：①淺色層總的展布方式是從低層位到高層位逐漸向北側列，因而礦體在空間上也有向北側列的趨勢。如12號礦層礦化范圍在S10線至N10線，往北到23號礦層，礦化范圍向北移至N4線到N12線之間；②河口三角洲上的古分流河道在不同時期有來回擺動的現象，礦體的分布范圍也呈現出這種擺動趨勢；③礦體的形成與空間分布明顯受構造因素的控制。在部分地段不同礦層中的礦體在空間上同步產出，如15號、16號、17號礦層在0線三個不同層位的礦體在空間上迭置產出。

2.4.3 主要礦層特征

2.4.3.1 Ⅷ號礦層

1中上部，全區均有出露。是礦區粒度最粗、厚度最大、層位穩定、特征明顯的一條標志層，形成規模較大的主礦體。

1）巖性特征及礦層結構。本層巖性穩定，地表為厚層－巨厚層狀灰白、灰綠色礫質粗砂巖，局部為細礫巖、砂礫巖和中－細粒砂巖。本層厚度一般4～5m，最大6m（南2～南3線）。礦區南北兩端厚度稍薄（3～4m），粒度也變細。本層中下部斷續含一夾層，厚0.1～1.2m不等。巖性主要為紫紅色粉砂質泥巖，次為細砂巖。深部Ⅷ號亦穩定，一般厚2～4m，最大6m多。巖性多為灰綠色－灰白色含礫粗砂巖，并常夾一至數層紫紅色泥巖或細砂巖薄層。

2）礦物成分。碎屑礦物：常見有石英、斜長石、鉀長石、硅質巖（包括燧石）、板巖、石英巖、變質砂巖等礦物或巖屑，以石英和鉀長石、斜長石為主。

副礦物：常見的有電氣石、鋯石，偶見有磷灰石、白鈦石、銳鈦礦、磁鐵礦、鈦鐵礦。

膠結物：膠結物含量變化于15%～40%之間，普遍大于20%。膠結物成分有泥質（黏土質）、石英、方解石、鐵質、自然銅、輝銅礦、赤銅礦、孔雀石等多種，其中以泥質為主，石英次之。

礫石：本礦層絕大部分含礫，礫石含量一般在l%～25%左右。礫石成分常見的有灰綠色、淺灰色板巖，灰黑色、紫紅色燧石、脈石英，肉紅色或灰白色石英巖，偶見有砂巖、灰巖、火山巖等。礫石形狀有等軸狀、圓扁平狀、不規則狀等，礫徑2～46mm不等，一般在2～30mm之間。

3）韻律及其變化：一般有兩個韻律：為粗－細－粗，多發育在南部，北部韻律減少或不明顯，多為一整層。0線以南，下部還有一個粗－細的韻律。本層普遍見1～2個沖刷面，以底部的一個最為發育，沖刷作用由南往北逐漸減弱（圖1）。

4）礦化及礦體：地表北8線以北有連續礦化，往南至南2線一段有斷續礦化，南2線以南無礦化。深部以南6～北40線礦化較好，銅礦物主要為自然銅，地表多為孔雀石。

模型幾何比尺 1∶5，模型包括上游水庫、魚道池室及下游量水堰等，模型長度約20.0 m。魚道池室采用有機玻璃制造，共設10塊隔板(自上游往下游以1～10編號)，隔板為同側豎縫布置，間距80 cm(原型為4.0 m)，底坡比1∶78。模型布置見圖2。模型控制邊界條件為水深，調整上下游水位得到各級水池水深，待水位穩定后采用旋漿流速儀測量沿程典型隔板(4～6 號隔板)豎縫流速及池室流速分布。試驗選取了魚道水池水深H為1.0 m、2.0 m、2.5 m三種運行工況，三種工況上下游池室水深保持相等。

工業礦體均為盲礦體，礦體埋深較大，主要分布在標高100～300m，各礦體之間的無礦段，一般均有弱礦化，分布于背斜軸部及軸部偏西部位。礦體連續長度1270m，平均厚度2.59m，平均品位1.29%。

圖1 麻陽銅礦0號勘探線地質剖面圖

2.4.3.2 XⅢ號礦層

本礦層位于K3－Ⅲ1中部，Ⅻ號礦層之上，距約7～13m。

1）巖性特征及礦層結構：XⅢ號礦層為二元結構，且比較穩定，下礦層比上礦層巖石粒度要粗，礦化也較好。

下礦層：地表在北7線以北，深部在北5線以北，為一層灰綠色粗砂礫巖、含礫粗砂巖，本層厚度0.3～2.6m。

夾層：巖性為黃褐色細砂巖、粉砂巖、紫紅色粉砂質泥巖、泥質粉砂巖等，成互層產出。厚度一般為1～3m，在北部局部變薄為0.3m。

上礦層：巖性主要為細砂巖，次為中砂巖，局部有含礫粗砂巖、薄層泥質粉砂巖等，厚0.3～1.8m。

2）成分：本礦層成分比較復雜，主要造巖礦物為：石英、長石、硅質巖屑、板巖屑，另有少量綠泥石和黑云母等。膠結物多為鈣質，次為泥質。

3）接觸關系：本層見沖刷面0～2個。比較普遍的是下礦層的底部沖刷，而上礦層層底沖刷僅局部發育。此外，夾層中的透鏡體砂巖也偶見層底沖刷現象。

4）礦化及礦體：地表礦化主要見于北7線以北，深部主要在北5線以北。其余地段僅南2～南3線間見零星的礦化。有用金屬礦物地表主要為孔雀石、深部為自然銅。

工業礦體主要集中于北5～北16線，由8個礦體組成，均為似層狀或透鏡狀礦體。其中以XⅢ－2、3、4三個礦體為主。最大礦體走向長度645m，最小345m，全礦層礦體平均厚度1.43m，平均品位1.11%。

2.5 礦石特征

礦石以細砂巖和含礫中粗砂巖自然銅礦石為主，中細粒砂巖自然銅礦石礦化最好，品位最高可達40%。

礦石具它形不等粒狀、膠結狀、溶蝕交代結構等，浸染狀、板狀、條帶狀和結核狀、環狀構造等。

礦石有用金屬礦物主要有自然銅、輝銅礦、赤銅礦及孔雀石，其中自然銅占有用礦物組分的85%以上，輝銅礦占10%左右，赤銅礦、孔雀石以及部分輝銅礦為自然銅礦體中的次生礦物，在礦床中所占的比例很小。

自然銅主要以膠結物的形式賦存于砂巖碎屑物之間的孔隙中，其次呈規則粗粒狀、連晶狀充填于砂巖膠結物中的溶蝕孔內。

3 控礦因素

沅麻盆地砂巖型銅礦其成礦物質主要以碎屑物形式從古陸搬運到湖盆河口三角洲，在氧化、中偏酸性環境下沉積。當含碎屑物埋到地下深處，受到靜壓作用，沉積物被壓實、脫水，有機物開始分解，層間水變成酸性流體，并溶解碎屑物中的部分銅質，使之成為酸性含礦流體，含礦流體滲流到低壓弱堿性還原環境中，產生第一亞階段成礦作用，含銅礦物以膠結物的形式產出。此后，受構造作用影響，地下水重新活動，有機質進一步分解出，地下水再度成為酸性流體，并溶解巖屑中的銅礦物或早期形成的銅礦物，又一次成為含礦流體，這時的含礦流體流向弱堿性還原環境下的低壓擴容區，在那里聚集成礦，成為第二個亞成礦階段。第三紀以后再次受到構造活動影響，又一次出現與第二亞成礦階段相類似的成礦作用，成為第三個亞成礦階段，從成礦物質的搬運沉積到以后的多次成礦作用，區內成礦主要受物源、古構造、巖相、地下水活動以及有機質等因素的聯合控制。

3.1 成礦物質來源

沅麻盆地北西側為武陵山區，南東部為雪峰古陸，雪峰古陸為江南古陸的南西延伸部分，自元古代至中生代中期，區域上經歷多次構造活動，并伴隨有多次巖漿活動，區內廣泛分布的板溪群馬底驛組、震旦系和寒武系等地層，含銅均較高，區內發現了以沅陵寺田坪銅金礦為代表的賦存于馬底驛組中的板巖型銅礦及熱液型銅礦床（點），它們在古陸不斷上升，并經受長期風化剝蝕。據區域資料，在白堊紀，沅麻盆地的南東側有三條大的河流自南東向北西注入沅麻沉積盆地（圖2），這些古河流發源于當時的雪峰古陸并流經雪峰山區，將其水系分布區的風化剝蝕物不斷搬運至湖盆，在河口三角洲地帶堆積成一套粗細相間的陸源碎屑巖，沅麻盆地砂巖型銅礦的成礦物質大多由這些河流搬運而來。

圖2 沅麻盆地K12、K13巖相古地理圖

3.2 古構造條件

沅麻盆地地處武陵山脈與雪峰古陸之間，為一典型的山間斷陷盆地，盆地在發展形成過程有一個緩慢下陷與回升的過程，從古陸風化剝蝕而來的成礦物質，經過短距離的搬運后，全部匯聚于該盆地中，有利于成礦物質的聚集成礦，此外盆地與盆地邊緣的古陸也為成礦物質的風化剝蝕及匯聚創造了有利條件。

3.3 巖相條件

本區銅礦床屬河湖三角洲相帶的沉積（圖2），從該區巖性特征和古動力資料分析，礦體與淺色層走向、傾向大體一致，古動力方向來自南東與礦體走向切交。因此，礦體中心也即是主流位置，巖石顆粒較粗則礦化較富。由于河水進入淺湖時，水流速度突然變緩，所搬運的銅礦物大多數迅速在三角洲相堆積下來，又因地殼頻繁震蕩和主流位置的擺動，礦體多集中在三角洲中間亞相，并成為多個復雜透鏡體，三角洲的邊緣亞相進一步向淺湖相過渡，以紫紅色泥質粉砂巖和粉砂質泥巖所代替。

3.4 巖性組合條件

礦區含銅層頂底板圍巖，一般為紫紅色泥質粉砂巖或紫紅色粉砂質泥巖，這對成巖期的還原改造，起了良好的封閉作用。

區內含銅巖系為一套紫紅色粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖（稱紅層）與灰色、灰綠色等淺色砂巖、含礫砂巖、砂礫巖互層（稱淺色層）而成的巖性組合，淺色層大多數孔隙度較大、滲透率高，紅層孔隙度較小、滲透率低，它們的互層組成一個良好的地層封閉系統，使含礦溶液進入砂巖層后不易散失，且能夠在砂巖層中較自由的流動，在一定的地段富集形成礦體。因此，區內含銅巖系為有利于成礦物質匯集成礦的巖性組合［6］。

3.5 地下水活動

初始成礦物質含于碎屑物中，要使成礦物質溶離出來并再度富集成另一種形式，必須借助于地下水的作用。

區內地下水主要來自于層間孔隙水，礦層之間的水力聯系由斷裂來溝通，形成一個地下水的循環系統，若斷層切到地下深處或露出地表，也有部分地下水來自深部或當時的地表水。

地下水在成礦過程中起兩大作用：一是把巖碎屑中的銅質溶離出來；二是把溶離出來的銅質運移到弱堿性環境下，在巖性－構造合適的部位聚集成礦。最初的地下水是中偏酸性，在成巖過程中由于地熱的作用，有機物的分解，使之成為熱的酸性流體，因而加大了對銅礦物的溶解能力。從巖屑中溶離出來的銅質，可呈多種絡合物的形式隨地下熱水遷移，沒有地下熱水不斷補充銅質來源，就不可能在某一地段形成具有工業價值的礦體。

由于地下水對成礦作用的影響，成礦具有以下特點：①地下水攜帶成礦物質在巖石孔隙較好的地段循環，并具有一定的流動方向，因此，礦體的延長方向一般與地下水流動方向近于一致，并且由于地下水在橫向上的滲透作用，使得礦體在短軸方向 上的邊界極不規則；②地下水循環是在某一地段進行，若這一地段存在多個含礦層（淺色層），它們之間通過斷裂有水力聯系，則在這一地段的幾個礦層中都有可能成礦，就是說礦化在空間上有疊置現象；③地下水將成礦物質帶入砂巖中，便形成浸染狀的礦化，若把成礦物質帶到構造裂隙中，則形成板狀、樹枝狀自然銅板。

3.6 生物有機質對成礦的作用

3.6.1 生物有機質的空間分布特征

區內砂巖型銅礦中的生物有機質主要含于淺色層中，紫紅色巖層中的有機質含量不多。有機質主要有兩種來源：一是浮游生物或動植物死亡后，其遺體與沉積物一起掩埋到地下，由菌解作用形成的有機質；另一種是在成巖成礦階段，由細菌作用形成的有機質。前者大多分布在水動力由強變弱的地帶，如河口三角洲的前緣、河道兩側或迴水灣；后者多集中于地下水循環較好的地段，地下水的循環為細菌提供新陳代謝及繁衍的條件。

3.6.2 生物有機質參與成礦作用的依據

區內生物有機質參與成礦作用的依據主要有以下幾點。

1）礦體中銅含量的高低與有機碳含量呈正比，如在22號礦層在－25m、－55m、－85m中段采有8個樣品，測得的有機碳含量與銅含量列于表1。

表1 22號礦層中有機碳與銅含量關系表

2）可見自然銅與有機質相間產出，有的銅礦化與有機質一起構成生物遺跡，如蠕蟲狀、魚卵狀等。

3）在用砂巖切制的光片中，礦相鏡下可觀察到動植物化石。如植物須根、浮游動物等，這說明含礦層沉積時，有動植物碎屑含于沉積物中。

4）輝銅礦經紅外光譜分析，光譜曲線出現硫氫鍵，說明輝銅礦中的硫來源于生物硫。

5）在黃雙、杉木溪等銅礦點，淺色層變成黑色或暗灰色，肉眼和鏡下均可見到大量生物碎片或遺跡化石，在有機物碎片發育的地段輝銅礦化較好，表明礦化富集與有機質有關。

6）據湖北省地質研究所資料，礦區淺色層巖石在500倍顯微鏡下發現有細菌化石存在，在凝膠化的有機質中保存完好，經鑒定為放線菌屬和真菌目［7］。據C.W.M 利杰姆巴赫研究表明：只有耐腐蝕有機質才能與無機碎屑一起保存下來，成為巖石中分散的有機質。麻陽圖銅礦含礦層中這些有機質與生物硫的形成有關，反映成礦與它們有成因聯系。

7）本次工作中石膏、輝銅礦的δ34S測定結果介于－19.02‰～－39.31‰之間，平均為－28‰左右，表明該礦床的形成與沉積有關，有一部分硫來源于生物硫。

3.6.3 生物有機質在成礦過程中的作用

區內砂巖型銅礦的形成，生物有機質對銅質的還原晶出和富集起了重要作用，主要體現以下方面。

1）對銅質的吸附還原作用。有機物掩埋到地下后，在細菌作用下，進行分解，形成有機碳，當碎屑物中的銅被溶解出來并與有機碳相遇，有機碳便對銅質產生吸附還原作用，形成自然銅。如在這期間還提供有生物硫S2－，便形成輝銅礦。

2）對銅的溶解和運移作用。有機物在菌解的同時，放出 H2S、NH4、CO2、CH4等氣體，這些氣體在水中離解后，使水溶液變為酸性，從而加大了對銅的溶解能力，溶解出的銅與陰離子團化合，形成穩定的含銅絡合物，這些絡合物在酸性條件下不與其它離子或化合物反應，只有當它們隨水溶液（地下水）運移到弱堿性還原環境中才發生離解，并結晶沉淀出含銅礦物，如自然銅、輝銅礦等，所以，含礦層中生物有機質的存在，對加大銅質的溶解能力和運移能力起有重要作用。

3）對銅的富集作用。近年來研究發現，在地下深處，還生存著許多種類的厭氧細菌，這些微生物有的對金屬十分敏感，它們的細胞能吸附某些金屬。最近，巴西的Antonio Carlos Augusto da costa等人還應用固定于海藻鈉的Chlorella homospharea細菌對廢液中的鎘和鋅等金屬分別單獨進行處理，當鎘和鋅的濃度分別為20～40mg/L和75～720mg/L時，固定化菌體幾乎能吸附和清除100%的鎘和鋅。

事實上，在成巖成礦階段，含礦層中還活躍著許多微生物，如硫桿菌屬（Thiobacillus），這些微生物能“食進”銅質，并在體內聚集，當它們在某一地段死亡、堆積，便把銅質聚集到那里，使銅質局部富集。

4 找礦方向

根據區內砂巖型銅礦地質特征和控礦地質條件分析，認為區內銅礦床是在有充足物源的保障下，在有利的古構造條件和合適的巖相地段，通過地下水的進一步活動及有機質參與下而形成，礦化在下列地段富集。

1）河口三角洲的分流河道上。河道上沉積了一套含礫中－粗砂巖或細砂巖，這套巖性孔隙度好，且夾于泥質粉砂質巖層中，有利于地下水的定向循環，是成礦的良好場所。

2）分流河的分枝、交匯部位。這些部位既有對成礦有利的巖性，也是地下水匯集并且改變流向與流速的地段，成礦物質易于在這些地段聚集。

3）面形分布的砂礫巖或粗砂巖外緣。這些部位是巖性由粗變細的過渡地帶，以含礫中－粗砂巖、細砂巖為主，地下水從一種巖性滲流到另一種巖性往往會改變流速和流向，因而在這些部位有利于成礦物質的聚集。

4）粗砂巖中夾有細砂巖透鏡體的部位。這種部位往往沉積有豐富的有機物。地下水攜帶成礦物質遷移到這一地段，其流動方式與流速突然發生變化，成礦物質被有機質吸附，并且愈聚愈多，形成富銅礦體。

5）淺色層底部的古沖刷面及其附近。沖刷面的下部為紫紅色泥質、粉砂質巖層，其上部沉積有粗－中細粒砂巖，并含有大小不等的紫紅色泥礫，這些地段是地下水聚集，并且循環緩慢的部位，常形成特高品位的銅礦。

6）沉積時淺色層底部出現微凹的地段。這些地段碎屑物沉積厚度較周圍的大，并且沉積時水的流速減慢，有利于有機物的生存和堆積。由于淺色層底部下凹，地下水易于聚集，所攜帶的成礦物質也相對集中。

5 結 語

在對沅麻盆地砂巖型銅礦礦床地質特征研究的基礎上，通過對成礦物質來源、控礦因素以及生物有機質在成礦中的作用等方面的分析，認為該礦床是在弱堿性還原環境下形成的，生物有機質對銅質的還原晶出和富集起有重要作用，成巖后的構造活動使含礦流體對儲礦層進行多次改造，促使成礦物質多階段疊加富集，礦床成因以機械沉積為主，后經地下含礦熱鹵水疊加改造而最終形成的砂巖型銅礦。

［1］涂登峰.華南一個自然銅一含銅砂巖型銅礦成因問題探討［J］.地質論評，1963（2）：64－68.

［2］宋宏邦.湖南砂巖型銅礦床的成因及找礦方向［J］.湖南冶金［J］，1990（1）：34－37.

［3］曾勇.沅麻盆地砂巖型銅礦控礦條件［J］.國土資源導刊，2007（3）：24－26.

［4］賈寶華.湖南雪峰隆起區構造變形研究［J］.中國區域地質，1994（1）：65－71.

［5］湖南省地質局407隊.麻陽九曲灣銅礦區地質勘探報告［R］.1974.

［6］中南工業大學，等.麻陽銅礦礦化富集規律研究及生產區盲礦體預測［R］.1994.

［7］湖北省地質研究所.湖南沅麻盆地白堊－第三紀砂巖銅礦的分布規律和找礦方向的初步研究報告［R］.1973.

Geological characteristics and ore－control condition of sandstone－type copper deposit in Yuan－Ma Basin，Hunan province

LUO Wei1，SUN Ning2，WEI Hongjun2
（1.South Institute of China Non－ferrous Metals Resource Geological Survey，Changsha 410001，China；2.China Non－ferrous Metals Resource Exploration Co.，Ltd.，Changsha，Changsha 410001，China）

Yuan－Ma basin is one of the most important copper metallogenic regions in Hunan province.The copper deposits in Yuan－Ma basin have the characteristics of large scale，high grade and ore metallurgical performance etc.It has significance to provide scientific basis and mineralization background information for reevaluating sandstone－type copper deposits in Yuan－Ma basin and expanding the periphery prospecting by researching sandstone－type copper metallogenic geological background in Yuan－Ma basin and its control on sandstone－type copper deposits.Based on the geological characteristics of Mayang copper deposits and some previous information，the mineralization conditions and ore controlling factors of the sandstone－type copper deposits in Yuan－Ma basin are researched.It shows that the distribution of ore bodies are mainly restricted by petrographic and tectonics in space.A lithology combination for minerals with the copper bearing rock series“red layer”and“light”cross.Groundwater plays an important role in the oreforming process of the rock debris of copper leaching from the leaching from copper migration to the weak alkaline environment litho tectonic favorable sites for poly metallogenic.The biological organic matter plays an important role on the copper adsorption and reduction，dissolution and migration and enrichment of the copper.Studies suggest that the formation of joint control by material source deposits，ancient structures，lithofacies，groundwater activities and organic matter and other factors that is based on the geological characteristics of Yuan－Ma sandstone－type copper deposit.The deposit is mainly mechanical deposition，after superposition of hot brine underground ore transformation and ultimately the formation of sandstone－type copper.At last，the favorable prospecting areas are pointed.

Yuan－Ma basin；sandstone－type copper deposit；geological characteristics；orecontrol condition

2014－04－13

國土資源部公益性行業科研專項經費項目04課題資助 （編號：200911007—04）；全球銅礦分布規律與找礦戰略區劃研究項目資助 （編號：國土資廳發 ［2011］7號）

羅衛 （1977－），男，2009年畢業于中南大學礦產普查與勘探專業，獲博士學位，高級工程師，主要從事成礦預測與礦產勘查方面的研究工作。E－mail：luowei665＠163.com。

P618.41

A

1004－4051（2015）09－0072－08