九瑞礦集區金雞窩礦區熱液型層控式礦床地質特征

畢承彬, 高 任

(江西省地質礦產勘查開發局 贛西北大隊,江西 九江 332000)

地質找礦是礦業生產的一個階段,是一項社會生產實踐活動,符合唯物辯證法理論。找礦哲學提出找礦理論對找礦實踐具有巨大指導作用,同時,通過不斷總結新的找礦實踐經驗,不斷完善與豐富自己,以指導找礦實踐快速發展,即實踐—認識—再實踐的反復循環[1]。

長江中下游成礦帶是中國一個重要的Cu-Fe-Au-Mo礦產走廊,從鄂東南沿長江至蘇南,長約600 km,經過數十年的工作,已經發現了一批大、中型銅、鐵、金礦床。銅礦探明儲量占全國的16.17%,鐵礦探明儲量占全國的5.9%,金礦探明儲量占全國的8.7%[2]。礦床類型屬于玢巖型礦床、矽卡巖型鐵—銅礦床、斑巖型銅礦、熱液型鐵—銅礦床等多種。其中屬主要類型的早白堊世斑巖—矽卡巖型Cu-Fe-Au-Mo礦床主要集中在鄂東南、江西九瑞、安慶—貴池、銅陵和寧鎮5個大型礦集區。其中存在一套產于泥盆系五通組砂巖和石炭系黃龍組白云質灰巖層間的層狀含銅硫化物礦體,對其成因研究較多[3-11],但仍存在爭議。近幾年,隨著九瑞礦集區金雞窩礦床深部勘查的開展,在長江中下游成礦帶又一個大型層控硫化物型礦床的面紗逐步揭開。基于系統研究長江中下游成礦帶各礦床前人的資料,以及近十年在九瑞礦集區野外勘查經歷,本文以金雞窩礦區層控硫化物型礦床為主要對象,詳細闡述其控礦地質條件、礦石特征。

1 礦床地質背景

礦區大地構造位置屬揚子陸塊中的下揚子地塊,三級構造單元為長江中下游拗陷帶。地處九瑞礦集區中東端。區域上受北西西向(鄂州—九江斷裂)及北北東向(贛江斷裂)兩個方向的深斷裂控制,形成北西、北東東及北北東三組淺部斷裂切割斷塊,控制九瑞礦田淺部巖體和礦床的就位。如城門山、武山、彭山等成礦斑巖體均受這幾組斷裂的聯合控制,形成大型銅、鉛鋅礦床。礦區位于城門山礦田的南東端,屬長山—城門湖背斜近傾伏端的北翼。

1.1 礦區地層

礦區內出露地層自南至北、由老而新依次為志留系(屬淺海相碎屑巖建造)上統茅山組(S2m),泥盆系(屬河湖相砂礫巖建造)上統觀山組(D3g),石炭系(屬海相碳酸鹽巖建造)中統黃龍組(C2h),二疊系(屬淺海相碳酸鹽巖建造和海陸交互相含煤建造)中統棲霞組(P2q)、中統茅口組(P2m)、上統龍潭組(P3lt)、上統長興組(P3c),三疊系(淺海相碳酸鹽巖及濱海相頁巖建造)下統殷坑組(T1y)、青龍組(T1q)及第四系(Q)。

1.2 礦區構造

區內構造格架由北東東及北西兩組斷裂構成(圖1),與成礦有關的主要為北東東向斷層(F1、F2)。

F1斷層上盤向上逆沖,局部造成五通組與棲霞組地層直接相接,并使上盤五通組及紗帽組的一部分地層沿斷層帶發生倒轉,斷層破碎帶寬10～60 m不等。它對礦體有破壞,主要在南部礦頭的局部地段,并且斷層破碎帶沿斷層傾向發育有規模較大的含銅黃鐵礦礦體。F2斷層是在成礦晚期及其以后形成,以張性為主,無明顯位移,而存在于黃龍組與五通組及黃龍組內部的層間破碎,在礦區范圍內被礦體充填。故F2斷層是礦區似層狀礦體成礦時的重要的運礦和容礦空間(指已被充填的部分),含礦溶液進入F2斷層以后,進行充填和交代黃龍灰巖,形成“構控”加“層控”的塊狀硫化物礦體。

圖1 金雞窩礦區地質略圖(a)及區域構造—巖漿巖—礦產略圖(b)Fig.1 Simplified geological map(a)and regional geological scheme of structure-magma-deposit in the Jinjiwo mining area(b)1.三疊系下統大冶組;2.二疊系上統長興組;3.二疊系上統龍潭組;4.二疊系下統茅口組;5.二疊系下統棲霞組;6.石炭系中統黃龍組;7.泥盆系上統五通組;8.志留系上統紗帽組;9.志留系中統羅惹坪組;10.褐鐵礦;11.石英斑巖;12.花崗閃長斑巖;13.矽卡巖;14.角礫巖;15.實測斷層及編號;16.推測斷層及編號;17.實測及推測界線;18.實測及推測不整合界線;19.長山—城門湖背斜。

其他方向主要為北西向斷裂,該組斷裂在本區主要表現為F13、F14斷層,主要發育于礦區的南部F1、F20斷層中段,斷層性質為平移斷層,對F1、F20斷層有明顯的錯動。F1、F20斷層在相應部位明顯左行斜錯,泥盆系地層厚度顯著加大。另外,礦區內裂隙構造發育,計有北西西向、北東東向、北北西向、北北東向、北東向等多組,它們平行密集,成組成帶出現,每米有數至數十條,最密者達百條以上,為巖體內細脈浸染及矽卡巖中的主要容礦構造。

1.3 礦區侵入巖

礦區內巖漿活動強烈,巖漿巖主要為淺成—超淺成的燕山期中酸性巖體,巖性主要以花崗閃長斑巖、石英斑巖為主,出露面積2.4 km2。巖石類型有:花崗閃長斑巖、二長花崗斑巖、石英長石斑巖、石英斑巖(靡細石英斑巖、晶屑石英斑巖)及隱蔽爆破角礫巖、石英安山玢巖等,在本區以花崗閃長斑巖為主體,它們主要是由深部巖漿結晶分異作用,在構造運動配合下,多次侵入兼具隱蔽爆發作用的結果,其生成時代為燕山早期—燕山晚期,相當于侏羅紀晚世—白堊紀早世[12]。在平面上主要分布在礦區的東西兩端，西端呈半圓形，東端呈扇形，東西兩端由細小的巖脈相連；在剖面上以75°左右傾角向北西傾斜，侵入于志留系—部分三疊系碎屑巖、碳酸鹽巖地層中，在淺部從巖體主干分出巖脈沿圍巖破碎帶及層間貫入，形成復雜的枝狀接觸帶。接觸角礫巖斷續發育，局部地段同化混染明顯，圍巖捕虜體多。巖性變化較大，在靠近礦區西端主巖體位置巖性以硅化為主要特征，向東侵入至碳酸鹽巖地層中,則斑晶中黑云母含量逐漸增多，蝕變多以高嶺土化為主，并極易發生破碎。

2 礦床控制因素及礦體特征

圖2 金雞窩礦區主要地質剖面對比圖(a)及礦區地質平面簡圖(b)Fig.2 Comparison of major geological profiles(a)and geological map of Jinjiwo mining area(b)1.三疊系—二疊系;2.三疊系下統大冶組;3.二疊系上統長興組;4.二疊系上統龍潭組;5.二疊系下統茅口組;6.二疊系下統棲霞組;7.石炭系;8.石炭系中統黃龍組;9.泥盆系;10.泥盆系上統五通組;11.志留系;12.志留系上統紗帽組;13.花崗閃長斑巖;14.石英斑巖;15.矽卡巖;16.角礫巖;17.矽卡巖化灰巖;18.硅化灰巖;19.含銅黃鐵礦;20.褐鐵礦;21.斑巖型銅礦體;22.層控硫化物型礦體;23.矽卡巖型銅礦體;24.斑巖型鉬礦體;25.斷層及編號。

2.1 成礦控制因素

2.1.1構造因素

北西向構造是基礎,它控制著巖漿礦化帶沿北西向展布。北北東向構造與北西向及北東東向構造復合結點,控制礦床定位。巖體內密集裂隙帶、接觸帶、層間破碎帶、斷裂帶及五通組含礫石英砂巖與黃龍組碳酸鹽巖的假整合面為礦液的運移和儲存提供了最佳空間條件,是控制礦體的貯礦構造。圍巖(主要為灰巖)與巖體鋸齒狀接觸帶,圍巖呈島狀、半島狀、枝杈狀伸進巖體部位,次級地層褶皺虛脫部位有利于形成厚大礦床。

2.1.2巖漿巖因素

深源淺成的中酸性—酸性巖漿巖是礦床的成礦母巖[13]。在整個城門山礦田空間上,礦帶、礦體由巖體為中心,由內向外成礦溫度由高到低,金屬元素呈現由CuMo—CuFe(Zn)—Cu(S)—PbZnAg(Au)順向分帶現象[14-15];遠離巖體礦化強度減弱至消失,表明成礦作用與巖體空間關系密切。

在時間上,花崗閃長斑巖年齡為142～155 Ma,與銅礦體共生的方鉛礦為136 Ma,表明成銅期年齡和巖體成生時間相近。

在微量元素和造礦元素組合上,雜巖體內銅、銀、鉛、鋅、鉬、金等微量元素均高出維氏平均值若干倍,和礦體具有一致且共消長的造礦元素組合,表明礦床是受雜巖體控制。

2.1.3圍巖因素

圍巖物理化學性質的差異,不同的巖性組合,在成礦作用方式、礦體產出特征上亦不相同;成礦圍巖為碳酸鹽巖時,化學性質活潑。有利于礦液交代沉淀成礦,則圍繞接觸帶形成矽卡巖型銅礦。成礦巖體附近存在炭質頁巖、白云質灰巖、白云巖、石英砂巖、石英砂礫巖等巖性組合或地層組合中存在巖性物理、化學性質差異較大的界面有利于成礦,并結合圍巖中原生的黃鐵礦、菱鐵礦,常形成規模可觀的似層狀、塊狀硫化物型銅礦體。

巖性單一、組合簡單和硅鋁質巖石不利于成礦。

2.2 礦體特征

金雞窩礦區已查明的最大礦體為層控硫化物型(含銅黃鐵礦)1號礦體,該礦體也是深邊部勘查的主要對象。礦體受泥盆系上統五通組含礫石英砂巖、石英砂巖,與石炭系上統黃龍組白云質灰巖、灰巖間的硅鈣巖性界面控制,由于巖石物理性質的差別,在區域構造作用下形成層間破碎帶,構成容礦空間和減壓帶,在形成本區層控型含銅黃鐵礦體方面,起著較好的物理、化學作用。礦體西段受城門山巖株侵入影響,在巖株產出空間,即礦體傾向上的中段,無明顯富集的層控礦體,反而在巖株內淺部偶見透鏡狀的硫化物礦體;而上部礦頭一般又被F1斷層所切,在F1斷層中形成順斷層產狀產出的硫化物礦體。礦體東段由于受次級褶皺控制,在背斜軸部厚度膨大,在地層陡立部位厚度顯著變小,礦體整體較完整,后期構造破壞影響不大(圖2)。

圖3 1號礦體各元素品位等值線圖Fig.3 Contour map of Cu,Pb,Zn,Ag grade of No.1 orebody

2.3 礦化分帶

金雞窩礦床主要為塊狀硫化物型礦床特征,礦體的金屬礦產元素以銅為主,伴有鉛、鋅、銀等元素,據已有資料分析,金雞窩礦區按礦種及礦體空間展布特征,具有如下礦化分帶。

在走向上:以城門山巖體為起點,自西而東,由三個礦帶構成具金屬分帶特征的塊狀硫化物型礦床,即Cu→Cu/Pb/Zn→Pb/Zn/Ag。具體表現為:從礦區最西的5號勘探線向東,Cu品位逐步提高,在2線有一個峰值,隨后逐漸減弱,而PbZnAg品位逐步提高,在礦區東部12線有一個峰值(圖3)。不同元素品位變化發生起伏,但礦體厚度從西至東逐漸變薄,直至16線礦體尖滅。

在傾向上:由地表向下,具有TFe、Cu、Au→Ag、Au、Cu→Ag、Pb、Zn→Cu成礦元素次生分帶富集特征(圖4)。成礦元素在傾向上的厚度差異受次生褶皺影響,具體表現在:首先在褶皺背向斜軸曲處形成的破碎地層以及虛脫部位更易于礦液的充填交代和礦體的賦存,因此背斜或向斜轉折端礦層厚度較大;其次,褶皺使得沉積礦層傾角波動較大,在地層陡直地段,不利于礦液的停留,最終不利于疊加成礦。

根據走向及傾向的礦化富集規律,將層控硫化物型(1號)礦體按照礦石工業類型分為銅硫礦石、鉛鋅銀礦石。

3 礦石礦物成分及結構構造

3.1 礦物成分

對銅硫礦石進行礦物參數自動定量分析(MLA分析),結果顯示金屬礦物中黃鐵礦占了47.19%,黃銅礦占3.15%,其他金屬礦物(如赤鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、藍銅礦、輝銅礦等)含量很低。脈石礦物以碳酸鹽礦物為主,包括方解石類(方解石、菱鐵礦、菱鎂礦、菱錳礦、菱鋅礦)和白云石類(白云石、鐵白云石、錳白云石),二者含量接近,都在15%左右。其次脈石礦物是石英,含量為8.82%,其他脈石礦物含量相對較少,主要是一些矽卡巖礦物,如石榴子石、透輝石、透閃石等。

圖4 1號礦體傾向上(標高)品位變化圖Fig.4 Grade change curve of No.1 orebody along the tendency

圖5 鏡下(光片,單偏光)礦石結構特征Fig.5 Microstructure characteristics of optical sheet in single polarizationa.黃鐵礦(Py)和黃銅礦(Cp)主要呈浸染狀嵌布于脈石基底中,有小部分的黃鐵礦、黃銅礦呈<5 μm的微細粒嵌布,Sp為閃鋅礦嵌于黃銅礦粒間;b.局部可見黃鐵礦(Py)具裂紋,裂紋被閃鋅礦(Sp)及脈石礦物充填;c.常見的礦石結構,閃鋅礦(Sp)與藍輝銅礦(Dg)、輝銅礦(Chc)、斑銅礦(Bn)一起交代黃鐵礦(Py),閃鋅礦常見包裹微細粒的輝銅礦;d.偶見自然金(Au)與方鉛礦(Gn)呈不規則細粒狀(一般<15 μm)被黃鐵礦(Py)包裹。

圖6 礦石特征Fig.6 Ore characteristicsa.方鉛礦(Gn)呈星點狀、閃鋅礦(Sp)呈浸染狀嵌布于黃鐵礦(Py)以及石英中,黃鐵礦呈團塊狀;b.黃鐵礦(Py)、黃銅礦(Cp)呈團塊狀,脈石為少量石英充填;c.黃鐵礦(Py)、黃銅礦(Cp)與脈石(Q)呈角礫狀;d.黃鐵礦(Py)、黃銅礦(Cp)、方鉛礦(Gn)、閃鋅礦(Sp)呈浸染狀、細脈狀、團塊狀分布在碳酸鹽巖(Cc)和石英(Q)上。

3.2 礦石結構

礦石中的銅礦物主要是黃銅礦(化學式CuFeS2),賦存于黃銅礦中的Cu約占總銅的79.17%。其他銅礦物主要是藍輝銅礦等次生硫化銅礦物。由于黃銅礦單礦物含銅量(理論含Cu 34.63%)較其他礦物低很多(如藍輝銅礦理論含Cu 78.11%),黃銅礦的礦物量占銅礦物總量(wt%)的90%以上,是礦石中最主要的礦物。

在礦石結構方面，主要有他形—自型晶粒狀結構、交代侵蝕結構、交代殘余結構、包含結構、微細脈狀結構、星點狀結構等(圖5)。

黃銅礦主要呈他形晶粒狀,嵌于黃鐵礦或脈石礦物粒間,常見交代黃鐵礦,也多見被黃鐵礦包裹。其他銅礦物主要是藍輝銅礦、輝銅礦,少量斑銅礦,微量黝銅礦、硫銅鉍礦、銅藍等次生硫化銅礦物。藍輝銅礦、輝銅礦與閃鋅礦、黃鐵礦關系密切,常見與閃鋅礦一起交代黃鐵礦,也多見被黃鐵礦包裹,偶見充填于黃鐵礦裂隙中。

部分方鉛礦交代早期的閃鋅礦,使得方鉛礦常包裹閃鋅礦形式交代邊結構或沿閃鋅礦裂隙形成網脈狀結構;閃鋅礦交代早期形成的黃鐵礦,使得閃鋅礦內部常見自形程度較好的立方體狀黃鐵礦,常見方鉛礦內部包含閃鋅礦和黃鐵礦;閃鋅礦內部包含黃鐵礦及乳滴狀黃銅礦和細粒方鉛礦;各礦物之間的相互包裹形成包含結構。部分方鉛礦為細粒立方體狀分布于脈石基底中呈星點狀。

3.3 礦石構造

礦石構造主要有塊狀構造、浸染狀構造、脈狀構造、條帶狀構造(圖6)。

塊狀構造:部分礦石主要由金屬硫化物如黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦等組成,脈石含量很少或幾乎沒有構成塊狀構造。

浸染狀構造:區內礦石最常見的構造形式,主要表現在絕大部分金屬硫化物呈粒度不均勻的集合體沿脈石礦物粒間分布,而按浸染的密集程度還可進一步分為稠密浸染狀、中等稠密浸染狀和稀疏—稀疏浸染狀等不同類型。

脈狀構造:偶見金屬礦物及其集合體呈短脈狀嵌于石英、絹云母、高嶺石、綠泥石等脈石礦物組成的脈石基底中。在以黃鐵礦為主的塊狀構造礦石中,有時見黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦等呈脈狀分布。脈石礦物在塊狀構造礦石中也常呈脈狀形態分布。

條帶狀構造:黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦等硫化物集合體與方解石、白云石等碳酸鹽礦物互層。

4 結語

(1) 礦床控礦條件明確,即巖體熱液中心為成礦物質來源,礦床受熱液中心控制,礦區內的構造在黃龍組與五通組平行不整合面形成錯動,造成了層間破碎帶,以及下伏五通組穩定化學性質的碎屑巖作為屏蔽層,共同形成了金雞窩大型熱液型層控式礦床。

(2) 礦床具有水熱礦床典型的礦化分帶特征,由巖體熱液中心向外依次為鉬銅、銅鋅、銅鉛鋅、鉛鋅銀礦化特征。同時礦石結構表明礦石具有明顯多期次交代特征,礦石的角礫狀結構以及多種脈石混合的構造特征表明了成礦過程中強烈的侵入作用。