大冶市許家咀銅鐵礦床成因及找礦潛力分析

黃智輝, 徐 瑋, 胡新紅, 華先錄, 余興江, 謝曉洪

(湖北省地質局 第一地質大隊,湖北 大冶 435100)

《許家咀礦區銅多金屬礦普查》是已實施的省地勘基金項目,近年來,礦區找礦取得重大進展。許家咀銅鐵礦是基于找礦規律指導下發現的隱伏礦床,項目組在礦區成礦地質條件、控礦因素及成礦規律等方面有了許多新的發現和認識,對本區下步找礦具有一定的指導意義。

1 礦區地質

礦區位于大冶復向斜南翼,陽新巖體西北端,南接桃花嘴銅鐵礦,東臨鯉泥湖銅鐵礦,處于兩礦床縱向延長線交匯的“結點”部位,與桃花嘴銅鐵礦受同一成礦構造控制[1]。

1.1 地層

許家咀銅鐵礦為隱伏礦床,礦區地勢平坦,地表絕大部分為第四系湖積粘土所覆蓋,根據工程揭露,第四系覆蓋層下分布有三疊系下統大冶組(T1d)、三疊系中—下統嘉陵江組(T1-2j)、三疊系中統蒲圻組(T2p)、侏羅系上統馬架山組(J3m)、白堊系下統靈鄉組(K1l)、上白堊—古近系公安寨組(K2E1g)等地層(圖1)。其中與成礦有關的地層為大冶組第四巖性段、嘉陵江組第一二巖性段、馬架山組。

1.2 構造

1.2.1 褶皺構造

依據物探測量成果及鉆孔揭露資料,通過對隱伏地層序的建立,并結合鄰區研究成果,可恢復二個隱伏褶皺構造,即為北西向隱伏背斜①和北東向隱伏背斜②,由于巖漿的侵入及斷裂構造破壞,背斜構造均不完整。

1.2.2 斷裂構造

礦區與成礦關系密切的斷裂構造有北東向斷裂破碎帶(F1)、近東西向斷裂—侵入主接觸構造(F2)和層間破碎帶。

斷裂破碎帶(F1):即雞冠山破碎帶北延部分,區內全被巖體及第四系沉積物覆蓋,11-21線剖面鉆孔有揭露。破碎帶走向北東45°左右,傾向北西,傾角較陡70°～85°,局部近直立。11、15、17及21線剖面鉆孔資料顯示,在該破碎帶的作用下,地層錯位缺失,導致上侏羅統馬架山組地層與三疊系下統大冶組及三疊系中—下統嘉陵江組地層直接接觸,與馬架山組接觸的大冶組及嘉陵江組地層在破碎帶的推覆擠壓之下,多呈擠壓透鏡體形式殘存,Ⅲ號主礦體群即賦存于大冶組及嘉陵江組擠壓透鏡體與巖體接觸部位,11線及15線該特征尤其明顯。說明F1破碎帶是本區主要的控礦及容礦構造。該斷裂帶具有多期活動的特征,燕山早期石英正長閃長玢巖侵位時,斷裂初步形成,斷裂帶內裹攜部分圍巖地層,經接觸交代作用形成矽卡巖或矽卡巖體大理巖,巖漿期后高中溫熱液交代形成富銅金鐵礦體,后期繼承性活動,切割已形成的銅金鐵礦體,并在斷裂帶邊部形成粗糜棱巖,伴隨有強烈的綠泥石化、碳酸鹽化和弱的銅硫礦化。

斷裂—侵入主接觸構造(F2):分布于礦區東部,斷裂—侵入主接觸構造沿近東西向展布,北盤為中—下三疊統嘉陵江組碳酸鹽巖變質而成的大理巖、白云石及白云質大理巖,南盤為燕山早期侵入的石英正長閃長玢巖。主接觸面呈反“S”型,總體傾向北,傾角85°左右,局部轉傾向南。斷裂—侵入主接觸構造帶內發育構造角礫巖,有銅鐵礦體分布,是鯉泥湖礦區重要的控礦及賦礦構造,該構造向西延伸至本區。

圖1 許家咀礦區構造地質略圖Fig.1 Geological sketch map of Xujiazhui ore district1.公安寨組;2.靈鄉組;3.馬架山組;4.蒲圻組;5.嘉陵江組第四段;6.嘉陵江組第三段;7.嘉陵江組第二段;8.嘉陵江組第一段;9.安山玢巖;10.閃長巖;11.石英閃長巖;12.石英正長閃長玢巖;13.玄武巖;14.鐵礦;15.破碎帶;16.推測地質界線;17.地層產狀;18.推測斷層;19.推測逆斷層;20.推測隱伏背斜;21.勘探線及編號;22.普查區范圍。

層間破碎帶:各勘探線剖面大冶組及嘉陵江組碳酸鹽巖地層中均有見及,是碳酸鹽巖地層受巖體及褶皺、斷裂作用在層間發育的一種構造形式,層間破碎帶厚一般2～35 m,多被巖體及礦體充填。層間破碎帶是Ⅲ號主礦體群的一種重要容礦構造。

1.3 巖漿巖

礦區巖漿巖為陽新復式侵入巖體西北端銅綠山石英正長閃長玢巖巖株體的一部分,地表無自然露頭,全部被第四系覆蓋,據鉆孔揭露,主要巖石類型有石英正長閃長玢巖、石英閃長巖。

2 礦體地質

2.1 礦體特征

許家咀礦區共查明三個工業礦體群,由24個大小不等的礦體組成,其中工業礦體15個、低品位礦體9個。

Ⅰ號礦體群由Ⅰ1-Ⅰ9等9個小型礦體組成,均產于石英(正長)閃長玢巖體中(圖2),主要受石英(正長)閃長玢巖及其內發育的裂隙帶控制。礦體群總體走向為北西西—近東西,傾向北,傾角0°～26°,平均傾角為15°;礦體剖面形態以透鏡狀為主,次為薄板狀,工程穿礦厚度1.07～18.30 m;主要礦石類型為銅礦石,次為鉬礦石,少量銅鉬礦石,各類礦石均為原生硫化礦石。

Ⅱ號礦體群由Ⅱ1-Ⅱ9等9個小型礦體組成,均產于馬架山組火山角礫巖中,受馬架山組地層及層間裂隙構造控制(圖2)。礦體群總體走向為北西西—近東西,傾向北,傾角1°～37°,平均傾角為10°左右;礦體形態呈似層狀、透鏡狀,工程穿礦厚度1.23～32.76 m;主要礦石類型為鐵礦石,次為金礦石,鐵礦石全部為氧化礦石,金為硫化礦石。

Ⅲ號礦體群為本區主要礦體群(圖2、圖3),由Ⅲ1-Ⅲ6等6個礦體組成,礦體群總體分布受北東向隱伏背斜及斷裂接觸構造帶控制,礦體群總體走向延伸為北東70°～30°;捕虜體層間破碎帶與斷裂—侵入接觸復合帶為Ⅲ號礦體群的主要賦存部位,也是本礦區Ⅲ號礦體群連接對應的主要依據。礦體群傾向北西,傾角26°～75°;礦體群縱向上呈倒“W”字形,剖面礦體形態呈透鏡狀,工程穿礦厚度1.30～70.30 m;主要礦石類型為銅金鐵礦石、銅鐵礦石、銅金礦石、銅礦石,次為鐵礦石、鉬礦石,少量銅鉬礦石、金礦石,各類礦石均為原生硫化礦石。

圖2 許家咀礦區11線地質剖面圖Fig.2 Geological profile of No.11 line in Xujiazhui ore district1.第四系;2.侏羅系上統馬架山;3.三疊系中統蒲圻組;4.三疊系中—下統嘉陵江組;5.三疊系下統大冶組;6.石英正長閃長玢巖;7.矽卡巖;8.推測地質界線;9.推測斷層;10.礦體;11.礦體號。

2.2 礦化分帶與富集規律

2.2.1 礦化分帶

從礦床垂向上看,上部為Ⅰ號礦體群:銅(鉬)礦石帶;中部為Ⅱ號礦體群:赤鐵礦石帶;下部為Ⅲ號主礦體群,以銅鐵金(硫)為主,鉬次之。礦化分帶較清楚,基本分布規律從上至下,依次是Mo-Cu-Cu、Au、S-Cu、Fe、Au、S-Cu、Fe-Fe-Cu、Fe-Cu、S-Mo,即鉬、銅多分布于礦體的邊部,鐵主要位于礦體的中間部位。

從礦床縱向上看,銅、金分帶不明顯,鐵礦石的主要金屬礦物組合與桃花嘴礦區有著明顯的不同:桃花嘴礦區鐵礦石主要金屬礦物為菱鐵礦,次為赤鐵礦,磁鐵礦較少,而許家咀礦區鐵礦石中的金屬礦物主要為磁鐵礦,次為赤鐵礦,菱鐵礦較少,即從南到北,菱鐵礦含量遞減,磁鐵礦含量遞增。

圖3 許家咀礦區Ⅲ號主礦體群垂直縱投影圖Fig.3 Vertical projection section of Ⅲ main ore body group in Xujiazhui ore district1.Ⅲ1號礦體縱投影范圍;2.Ⅲ2號礦體縱投影范圍;3.Ⅲ3號礦體縱投影范圍;4.鉆孔及編號。

Ⅲ號主礦體群具有明顯的分帶特征,按不同圍巖由內帶至外帶礦化分帶為:石英正長閃長玢巖中礦(化)體——輝鉬礦→黃銅礦、黃鐵礦;矽卡巖中礦(化)體——黃銅礦、黃鐵礦→磁(赤)鐵礦、黃銅礦→黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦、磁(赤)鐵礦;大理巖中礦(化)體——磁(赤)鐵礦→黃銅礦、輝銅礦。

2.2.2 礦化富集規律

銅:銅主要富集于以矽卡巖為含礦母巖的含銅磁鐵礦礦石中,其次為大理巖中,巖漿巖中礦化強度較弱,以低品位銅礦石為主;一般富鈣適度富鎂、低硅的圍巖利于銅礦富集,含礦圍巖孔隙度較高及裂隙較發育有利于礦化富集;礦化強度與所在礦體中的部位有關,一般礦體中部最高,上部偏低,下部最低;富銅礦的形成與多次成礦作用關系密切。

金:金在原生礦石中與銅有著明顯的正相關,相關系數為0.79;礦區內含銅的礦石皆含金,其中含金最高的是銅金鐵礦石,平均為2.41 g/t,鐵礦石含金甚微,一般為0.16～0.21 g/t左右;金在礦體中主要富集于中心部位,邊部較貧,礦體上部金含量比下部高,愈往下愈貧。

鐵:Ⅱ號礦體群的赤鐵礦與地層有關,品位變化不大;Ⅲ號礦體群鐵與矽卡巖有關,特別是與透輝石矽卡巖關系密切;鐵在單獨鐵礦石類型中含量最高,縱向上17線鐵礦石規模最大,品位富。

3 礦床成因及找礦標志

3.1 成礦控制因素

3.1.1 地層與成礦

區內三疊系下統大冶組第三、四巖性段及三疊系中—下統嘉陵江組第一、二巖性段的碳酸鹽巖,該套地層質純富鈣,適量含鎂,巖石的化學性質活潑,利于交代作用。同時,厚層狀大理巖與薄層狀大理巖呈互層狀交替出現,受構造應力的作用易產生層間滑脫,形成雁狀裂隙和層間破碎帶,這些性質為矽卡巖的形成和礦液充填交代營造了良好的巖性條件。

侏羅系上統馬架山組火山角礫巖及凝灰角礫巖富含鐵質,在后期熱液作用下,容易進一步富集成礦。

區內Ⅲ號主礦體群受三疊系下統大冶組第三、四巖性段及三疊系中—下統嘉陵江組第一、二巖性段的碳酸鹽地層控制,離開大理巖殘留體及其接觸交代變質作用形成的矽卡巖,礦體迅速尖滅。Ⅱ號礦體群鐵礦體受馬架山組火山角礫巖及凝灰角礫巖控制。

3.1.2 構造與成礦

區內Ⅲ號主礦體群總體呈北東向分布,受燕山期北東向的疊加褶皺及斷裂破碎帶構造控制,主礦體呈透鏡狀隨大理巖殘留體及其斷裂破碎帶延伸。Ⅰ號礦體群受石英(正長)閃長玢巖體內裂隙帶控制,產于石英(正長)閃長玢巖體內,呈薄板狀、透鏡狀沿北西西—近東西向展布;Ⅱ號礦體群受馬架山組地層層間破碎帶控制,呈層狀沿沉積地層分布。

3.1.3 巖漿巖與成礦

區內巖漿巖為燕山早期第三次侵入的銅綠山石英正長閃長玢巖體。巖性為石英正長閃長玢巖、石英閃長巖、石英(正長)閃長玢巖,具有富堿、低鐵鎂、高揮發分、含銅豐度較高的特征,是成礦有利的巖漿巖。巖體屬中淺成被動侵位,淺剝蝕,有利于接觸交代作用和成礦作用,其所形成的礦體大多得以保存。Ⅰ號礦體群直接產于石英(正長)閃長玢巖體內部,Ⅲ號主礦體群嚴格受巖體與三疊系碳酸鹽巖類圍巖的斷裂—接觸帶控制,而接觸帶、矽卡巖及礦體的空間分布、形態、產狀和規模明顯受巖體的分布、形態等特征所制約。鄰區同位素資料顯示,成巖成礦在時間上具有密切聯系,石英閃長巖同位素年齡為135-147 Ma,銅鐵成礦年齡為145-115 Ma,表明了成礦作用緊隨于巖漿巖成巖之后,即巖漿巖—矽卡巖—鐵、鉬、銅、金、硫礦化為一完整的連續成巖成礦演化過程。

3.2 礦床成因

(1) Ⅰ號礦體群產于石英正長閃長玢巖內,受巖體內裂隙帶控制,成礦作用方式為熱液成礦作用,與礦化有關的蝕變主要為鉀化及硅化、碳酸鹽化,其成因類型為斑巖型。根據化探原生暈研究成果,Ⅰ號礦體群對應的原生暈除Cu、Mo異常暈外,主要發育礦尾W異常暈,說明Ⅰ號礦體群斑巖型銅(鉬)礦主體已被剝蝕。

(2) Ⅱ號礦體群的赤鐵礦體,主要受侏羅系上統馬架山組地層控制,礦石具有膠狀及鮞狀結構,角礫狀構造,礦石類型簡單,對應地質空間無化探原生暈異常顯示,其成因為沉積—熱液改造型。馬架山組地層中的火山角礫巖及凝灰角礫巖為原始“礦源層”,經后期熱液疊加改造,富集成礦。

(3) Ⅲ號礦體群產于石英正長閃長巖與三疊系下統大冶組及嘉陵江組碳酸鹽巖接觸帶及其附近,受斷裂—接觸帶控制,成礦作用方式以接觸交代作用為主,礦石類型復雜,有用組分多,品位富,礦體圍巖主要為大理巖及石榴透輝石矽卡巖,其成因類型為接觸交代矽卡巖型。

根據礦石的結構構造、礦物共生組合、化探原生暈等特征,Ⅲ號礦體群礦化具多期成礦特點:早期以鐵為主,中晚期以銅金(硫)為主,證據為①化探原生暈研究結果顯示,Ⅲ號礦體群產出部位,除出現礦中暈Cu、Au、Ag、Mo、Fe外,還出現礦頭元素As、Pb及礦尾元素Co、Zn、W,礦頭與礦尾元素暈疊加,說明成礦具有多期性;②早期生成的磁鐵礦,往往被稍晚的赤鐵礦交代,保留磁鐵礦假象;③礦石中存在大量黃銅礦呈細脈狀交代沿裂隙充填交代磁赤鐵礦現象;④單純鐵礦石中不含金,金與銅呈完全正相關關系。

3.3 找礦標志

地層:侏羅系上統馬架山組,是沉積改造型鐵礦的賦礦層及礦源層,三疊系下統大冶組及嘉陵江組碳酸鹽巖是接觸交代矽卡巖型銅鐵金礦的有利圍巖,是本區重要的找礦地層標志。

巖體:特別是石英正長閃長玢巖,既是斑巖型銅礦的賦礦地質體,也是接觸交代矽卡巖型銅鐵金礦體形成的必須條件之一。

接觸帶:本區碳酸鹽巖與石英正長閃長玢巖的接觸帶是礦體的主要賦存部位,尤其是在有構造疊加時,因此,也是本區找礦的重要標志。

近礦圍巖蝕變:主要有蒙脫石化、高嶺石化、硅化、矽卡巖化、鉀長石化等,尤其是矽卡巖化、硅化、蒙脫石化(高嶺石化)疊加地段,多是礦體賦存部位。在深部,矽卡巖化的斷續出現,蒙脫石化(高嶺石化)及碳酸鹽化增強,是找尋隱伏礦體的主要標志。

物探異常:在第四系覆蓋或隱伏接觸帶分布區,根據物探異常可圈出接觸帶,在本區用磁法、電測深圈定接觸帶最為顯著。利用磁法尋找磁性礦體常可獲得較好效果。區內巖漿巖內的隱伏大理巖殘留體、銅鐵金礦體和矽卡巖是高密度地質體,而砂頁巖、雜角礫巖和石英正長閃長玢巖為中密度地質體,巖石的密度差明顯。銅金硫礦體及其賦存隱伏大理巖殘留體的上方多出現相對重力高異常。銅金硫礦體主要賦存在大理巖殘留體的層間破碎帶及其與巖體的接觸帶附近。巖體內的重力高異常是尋找隱伏大理巖殘留體最重要間接找礦標志。

化探異常:區內礦體具有疊瓦狀分布的特征,單個礦體的原生暈分帶特征明顯,Cu、Au、Ag化學暈的范圍大于礦體的分布范圍,通過鉆孔原生暈元素組合異常的特征,可以間接判斷礦體的存在。主礦體附近的原生暈異常的規模大,連續性好,形態規則,濃度分帶明顯,疊瓦狀礦體下部多疊加礦頭暈的元素組合。根據基巖地球化學及鉆孔原生暈空間分帶特征,可利用深部Pb、As等前緣指示元素指示深部找礦潛力,可利用成礦元素Cu、Au、Mo等濃集中心延伸方向及圈閉特征指導已知礦體旁側找礦。

4 找礦潛力分析

(1) Ⅱ號礦體群,受盆地邊緣馬架山組地層控制,礦區的西部及北部為斷陷盆地,馬架山組火山角礫巖及火山凝灰角礫巖發育厚度大,是尋找沉積改造型鐵礦及熱液型銅金礦的有利地段。

(2) 礦區東部,物探資料及鉆孔揭露資料顯示,淺部為三疊系中下統嘉陵江組大理巖及白云質大理巖,深部見石英正長閃長玢巖,成礦地質條件好,且該區是鯉泥湖近東西向主接觸帶控制的礦體的傾向延深部位,ZK1007孔在接觸帶見含銅黃鐵礦礦石,雖然厚度只有30 cm,但銅含量較高,品位為2.49%,證實接觸帶含礦,該區是在主接觸帶尋找接觸交代型銅鐵金礦的有利區段。

(3) Ⅲ號主礦體群走向總體為北東向,局部轉為北東東或北北東向,產狀陡,給工程控制和追索增加了不少困難。Ⅲ號主礦體群沿走向及沿傾向絕大部分剖面的礦頭和礦尾未完全控制。

(4) 物探重力及電測深剖面成果資料顯示,礦區南東深部可能存在一個隱伏的大理巖捕虜體接觸帶,對應地段化探原生暈為前緣暈顯示,該區深部也是下一步一個較好的找礦地段。

5 結論

綜上所述,根據許家咀礦區成礦地質背景及礦體的產出特征,分析成礦控制因素,總結礦床的成礦規律及找礦標志,認為許家咀礦區深、邊部仍然具有較好的找礦潛力。礦區西部及北部是尋找火山沉積改造型鐵礦及熱液型銅金礦的潛力地段,礦區東部是尋找接觸交代型銅鐵金礦的潛力區段。

[1] 魏世昆,路漢民,趙濟晴,等.湖北省大冶縣銅綠山地區立體地質填圖及銅金礦普查報告[R].大冶:湖北省鄂東南地質大隊,1990.