武山銅礦床地質特征及成因分析

熊濤

（中國瑞林工程技術股份有限公司，江西南昌330038）

武山銅礦為我國重要的銅、硫生產基地之一。礦床受限于北西、北東及北東東向斷裂交叉部位，主要受燕山期中酸性巖體控制。武山銅礦素有“一根油條和一個餅”的俗稱，即巖體接觸帶為碳酸鹽巖時形成橢圓形矽卡巖型銅礦帶，而在外接觸帶五通組砂巖與黃龍組灰巖間則形成似層狀硫化物型銅礦帶。上述礦帶與地層巖性的配置關系顯示出武山銅礦矽卡巖型和似層狀硫化物型“二位一體”的顯著特征[1]。

1 區域地質背景

礦區大地構造位置屬揚子準地臺中的下揚子坳陷帶西段，位于大別地塊與江南隆起之間。區域出露地層以奧陶系至中三疊系為主，志留系—三疊系分布廣泛，均有銅金礦體賦存，其中石炭系黃龍組是最主要的賦礦層位。區域構造以褶皺和斷裂為主，褶皺為一系列背向斜組成的總體向南彎曲的弧形褶皺帶；區域斷裂構造由北西、北東及北東東向三組構成，其中北東東向斷裂控制了區內礦體的延展方向，北西向基底斷裂為區內深部隱伏斷裂，控制了區域內北西向巖漿帶的分布格局。區內巖漿巖以燕山期為主，巖體受長江深大斷裂帶控制，分布于長江南岸，總體呈北西西帶狀分布。區域變質僅局部出現，其中接觸交代形成的矽卡巖化為區內重要的蝕變類型，與中酸性侵入體關系密切。

2 礦區地質特征

2.1 地層

礦區內地層發育較完整，自北向南、由老到新主要有志留系上統紗帽組（S3s），泥盆系上統五通組（D3w），石炭系中統黃龍組（C2h），二疊系下統棲霞組（P1q）和茅口組（P1m）、上統龍潭組（P2l）和長興組（P2c），三疊系下統大冶組（T1d）、中統嘉陵江組（T2j）（見圖1）。

圖1 武山礦區地質特征平面示意

地層整體走向北東東62°～76°，傾向南東，傾角50°～65°。礦床以棲霞組下段地層底板為界劃分為南、北兩個礦帶，其中分界面北部石炭系中統黃龍組為淺海相碳酸鹽建造，為似層狀硫化物型銅礦帶（北礦帶）主要賦存層位；分界面以南至嘉陵江組層位約0.6 km2橢圓形區域為花崗閃長斑巖體占據，該巖體為矽卡巖型銅礦帶（南礦帶）的主要成礦母巖。

2.2 構造

礦區內斷裂及裂隙構造發育，褶皺不甚發育。礦區總體上為一單斜構造，次級褶皺不甚發育。礦區以北東東向層間破碎帶、北西及北東向平移斷層最為發育。北東東向層間破碎帶主要發育于地層假整合面及巖性差異較大的層間，如五通組與黃龍組假整合面間，以及黃龍組與棲霞組假整合面間發育有區內最主要的層間破碎帶。該層間破碎帶為深部巖漿的上侵及礦液的運移提供了有利的通道，是礦區重要的控礦、容礦構造。北西及北東向斷層一般規模較小，成群出現，對巖（礦）體錯動較小。區內裂隙多為礦脈充填，多在礦區北部志留—泥盆系砂巖中最發育，常平行密集成群出現，在巖體中卻顯短小不甚密集。另外，礦區中部發育有筒狀接觸構造，巖體與圍巖接觸帶通常較破碎，該軟弱帶為礦液的運移交代提供了極其良好的構造環境。

2.3 巖漿巖

礦區主要發育燕山早期的花崗閃長斑巖巖株及巖脈。巖漿大致按閃長巖、次英安斑巖—花崗閃長斑巖—石英閃長玢巖—花崗細晶巖—煌斑巖的順序侵入。其中與成礦關系最為密切的巖漿巖為花崗閃長斑巖，其主巖體呈巖株狀侵位于二疊系至三疊系碳酸鹽巖類地層中?；桶邘r為喜山期產物，對礦體起破壞作用。巖體平面呈橢圓形，剖面呈喇叭狀向南陡傾的蘑菇狀巖株。巖體與圍巖接觸帶形態復雜，常有不規則巖枝沿層間裂隙伸入圍巖。巖體與成礦關系密切，南礦帶礦體直接產于接觸帶或巖體中，北礦帶礦體中上部賦存于巖體下盤灰巖層位中，距巖體僅數十米，深部則與南礦帶礦體連為一體。

2.4 圍巖蝕變

礦區圍巖熱液蝕變主要有大理巖化、矽卡巖化、鉀長石化、硅灰石化、角巖化、硅化、絹云母化、黑云母化、方解石化、綠泥石化、綠簾石化等。其中與成礦關系密切的蝕變主要有矽卡巖化、硅化、大理巖化。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

依據控礦因素及礦體空間展布特征，基本上以棲霞組地層為界分為南、北兩個礦帶。北礦帶位于礦區北部，產出似層狀硫化物型銅礦體，礦體主要受層間斷裂破碎帶控制，在地表經風化表現為鐵帽礦體，深部為銅礦體；南礦帶位于礦區南部，產出矽卡巖型銅礦體，礦體主要受巖體與圍巖接觸帶及巖體內圍巖殘留體控制。區內共產出大小銅礦體147個，其中主要礦體特征如下。

1）北礦帶1Cu1、1Cu2礦體。礦體受五通組與黃龍組之間的層間破碎帶控制，產出于五通組與黃龍組層位間，頂板交代了黃龍組灰巖及白云巖，底板為五通組石英砂巖。1Cu1礦體沿走向長約2.7 km，礦體連續厚大，自中部向東、西兩端逐漸變薄直至尖滅。該礦體規模巨大，與圍巖界線清晰，礦體順層產出，產狀與地層基本一致，整體呈似層狀、連續厚板狀產出，局部具膨大縮小、分枝復合等現象，遠離巖體礦體則向東、西兩端逐漸尖滅。礦體傾向南東165°，傾角45°～64°，底板呈波狀起伏，厚度較穩定。1Cu2屬1Cu1的分枝礦體，分東、西兩段，走向長度分別為800 m和400 m，呈似層狀、透鏡狀，產于黃龍組上下段之間，厚度較穩定。

2）南礦帶8Cu、9Cu礦體?？傮w產于花崗閃長斑巖體與二疊系棲霞組至三疊系嘉陵江組碳酸鹽巖接觸帶中。礦體整體上為一向南東傾斜的筒狀，受接觸帶控制明顯。平面上礦體沿筒狀接觸帶呈環形產出，剖面上礦體呈不規則近似直立狀。8Cu、9Cu礦體厚度總體變化較穩定。8Cu礦體沿傾斜自上而下厚度變化波動不大，9Cu礦體沿傾斜自上而下厚度逐步變小尖滅[2]。

3.2 礦石質量特征

礦石中金屬礦物主要有黃鐵礦、黃銅礦，其次為斑銅礦、輝銅礦、藍輝銅礦、黝銅礦—砷黝銅礦、閃鋅礦、方鉛礦等；脈石礦物主要有石榴子石、方解石、白云石、石英等。礦石中主要有用組分為Cu、S，伴生有益組分為Au、Ag、Se、Ga、Pb、Zn、Mo3等。北礦帶含硫高，南礦帶含硫低。

礦石結構以晶粒結構、膠狀結構、填隙結構、熔蝕結構、共邊結構、交代殘余結構等為主；礦石構造以塊狀構造為主，少量為浸染狀構造、團塊構造、角礫狀構造、脈狀構造。

礦石自然類型分為氧化礦石、混合礦石和原生礦石三類，工業類型分為含銅褐鐵礦石、銅（硫）礦石、硫礦石以及鉛鋅礦石。

3.3 礦體圍巖特征

北礦帶礦體底板主要為含礫石英砂巖，次為白云巖及花崗閃長斑巖，其余尚有少量大理巖、煌斑巖、矽卡巖等；礦體頂板多為白云巖及大理巖，其余為花崗閃長斑巖、矽卡巖、煌斑巖及高嶺土。南礦帶8Cu礦體頂板以矽卡巖、大理巖為主，底板則以花崗閃長斑巖、矽卡巖為主；9Cu礦體頂底板以花崗閃長斑巖、大理巖為主，尚有少量角巖。

4 控礦因素

4.1 構造對成礦的控制作用

區內北西向基底隱伏斷裂是武山銅礦一級控巖控礦構造，是巖漿向上活動的基礎。礦區北西、北東東及北東向淺部斷裂交叉結點控制著礦床的定位，同時區內密集裂隙帶、巖體與圍巖接觸帶、層間破碎帶及假整合面均是重要的控礦構造。密集裂隙帶主要分布于礦區北部，沿裂隙帶產出的礦體主要有北礦帶細脈浸染型礦體，控制著細脈浸染型礦體的產狀和空間分布。巖體與圍巖接觸帶主要為花崗閃長斑巖與碳酸鹽巖接觸帶，分布于礦區南部，為南礦帶重要的控礦構造。巖體與圍巖接觸帶中一般較破碎，該虛脫、軟弱部位為成礦有利構造，常圍繞巖體形成環狀厚大礦體。層間破碎帶分布于礦區北部，走向北東東，與地層產狀一致，為北礦帶重要的控礦構造之一。層間破碎帶在假整合面及巖性差異較大的地層間最為發育，該破碎帶有利于深部巖漿向上運移順層進行交代、沉淀發育成礦。

五通組與黃龍組假整合面是礦區最為重要的控礦構造之一。由于該整合面底板為化學性質穩定的石英巖、石英砂巖，與頂板大理巖、白云巖等物理、化學性質差異較大，因此在該部位形成了特殊的有利成礦環境：既形成了構造薄弱面，又造就了化學性質差異較大的梯度面，并起到了化學屏障作用。同時，圍巖受力在該界面產生破碎強烈，為來自深部的礦液運移提供了良好的通道，成礦物質在易于交代的大理巖、白云巖一側交代、沉淀，形成厚大的似層狀銅硫礦體[3]。

4.2 巖漿活動對成礦的影響

區內與成礦關系密切的巖漿活動主要為燕山期巖漿活動，尤其是淺成—超淺成中酸性、具多期次侵入的鈣堿性侵入體是成礦的內在因素。

區內巖漿巖主體花崗閃長斑巖同位素年齡約146～154 Ma，而礦體內的方鉛礦同位素年齡約136 Ma，且礦化強烈，而礦體內的煌斑巖脈的同位素年齡約107～110 Ma，明顯晚于成礦期，以切割破壞礦體為主?？梢姡瑓^內巖漿活動與成礦期時間上相近，均為同一造山旋回燕山期產物，但成礦時間稍晚于成巖階段，并具有多期次侵入、多期次成礦的特征。成巖成礦在時間上先行后續的關系表明，在巖漿上升侵入的過程中，隨著溫度的降低，成礦元素在適宜條件下交代沉淀成礦。

區內礦體與巖體在空間上同時具有相互依存、如影相隨的特征。礦體總體上圍繞巖體產出，礦體與巖體存在如下3種空間位置關系：斑巖體內圍巖捕虜體矽卡巖型銅礦體、接觸帶矽卡巖型銅礦體、接觸帶外圍似層狀硫化物型銅礦體。

此外，巖漿巖體中微量元素與礦體中微量元素組合具有一致性和共消長的關系。巖體中主要成礦元素Cu含量比同類巖石中Cu含量大約高30倍，Pb、Zn含量大約高3倍，表明巖體與礦化之間存在密切的關系。

4.3 圍巖性質對成礦的控制

礦區發育有自志留系至三疊系完整的地層，不同的地層組合及物化性質對礦化富集起到一定的控制作用。其中，志留—泥盆系為淺海及河湖相碎屑巖建造，巖性主要為石英砂巖、石英砂礫巖；石炭—三疊系為碳酸鹽建造，巖性以炭質頁巖、白云質灰巖、白云巖等巖性組合為主。當巖體與碳酸鹽巖類地層接觸時，通常形成環狀矽卡巖型銅礦帶；當巖體侵入到灰巖、白云巖與石英砂巖、石英砂礫巖等物化性質差異較大的地層間時，則形成似層狀硫化物型銅礦帶[4]。

5 南北礦帶的關系

1）從空間分布及形態特征來看，武山銅礦自巖體由內向外大致分為矽卡巖型銅礦帶（南礦帶）、似層狀硫化物型銅礦帶（北礦帶）。各礦體并非完全獨立、毫無關系，而是具有互相包容的特征，如似層狀硫化物型銅礦帶包含約6%的矽卡巖型礦石，矽卡巖型銅礦帶包含約14%的似層狀硫化物型銅石。另外南礦帶北側靠近北礦帶部位，硫化物型礦體顯著增加，同時似層狀硫化物型銅礦帶沿傾斜方向有一直向下延伸的趨勢，直至與深部花崗閃長斑巖體接觸，在接觸部位逐漸過渡為矽卡巖型礦石（見圖2）。可見，武山南、北礦帶相互包容、漸變過渡的關系，顯示該礦床為同一巖漿熱液自深部斷裂沿著貫穿不同巖性的導礦、容礦構造交代沉淀的結果。

圖2 武山礦區40#線地質剖面示意

2）從礦體與巖體的關系來看，矽卡巖型銅礦帶圍繞巖體產出，源自深部巖漿上侵與圍巖接觸交代形成是毋庸置疑的。而處在接觸帶外圍的似層狀硫化物型銅礦帶實際上也嚴格受到巖體控制，這主要表現在地表出露部分礦體距離巖體最近處僅10余米，礦體向下延伸逐漸向巖體靠攏并最終與之合為一體，可見其是源自巖漿巖中的礦液向層間破碎帶灌入的結果。同時，以巖體為中心礦帶向東西兩側近乎對稱分布，近巖體部位礦體厚大，遠離巖體礦化減弱，向東、西兩端逐漸變薄直至尖滅。這種空間上的配置關系反映了其源自共同巖漿熱液上侵作用的結果。

3）從礦體主要成礦元素及伴生元素的組合及變化上看，矽卡巖型銅礦帶與似層狀硫化物型銅礦帶具有一致性。成礦元素及礦化劑元素大體都以Cu、Mo、Pb、Zn、Au、Ag、S、As等為主，且具有上部富集程度強、向深部逐漸減弱的趨勢，Cu、Pb、Zn含量與深度的關系可以表明這一趨勢，見圖3。從成礦元素組合特征可以看出，兩種類型礦體具有相同的礦質來源及相似的成礦環境。

圖3 武山銅礦床成礦元素含量隨深度變化趨勢

4）從特征元素看，矽卡巖型銅礦帶和似層狀硫化物型銅礦帶具有相近的黃鐵礦特征元素，兩者ω(Co)/ω(Ni)值均大于1，ω(S)/ω(Se)值均小于20 000，與已知的國內斑巖型銅礦特征相似，反映出兩種類型成因均與巖漿熱液作用關系密切。同時，兩種類型礦體的ω(Co)/ω(Ni)值和ω(S)/ω(Se)值與一般的層控礦床和沉積型的黃鐵礦存在數量級的差異，進一步說明武山銅礦成礦作用與層控型和沉積型礦床是不同的[5]。

5）從成礦溫度來看，矽卡巖型銅礦帶和似層狀硫化物型銅礦帶具有相近的成礦溫度。其中矽卡巖型銅礦帶成礦溫度為285～405℃，似層狀硫化物型銅礦帶成礦溫度為265～420℃，兩者均在較大溫度范圍內形成的。總體上看，成礦溫度比較接近，但似層狀硫化物型較矽卡巖型略低，說明兩者成礦溫度雖然總體上相近，但成礦環境略有差異。

6 結論

1）武山銅礦是受構造、地層和巖性共同作用形成的銅礦床。通常在巖體接觸帶軟弱破碎部位形成矽卡巖型銅礦帶，而外接觸帶五通組石英砂巖與黃龍組白云巖、灰巖之間常形成似層狀硫化物型銅礦帶。

2）從表面上看，矽卡巖型銅礦帶和似層狀硫化物型銅礦帶似乎為毫無聯系的復成因礦床，但其實質為相同礦質來源在相互貫通的斷層及裂隙構造卻有差異的環境中交代充填成礦的礦床。

3）武山銅礦北礦帶似層狀硫化物型銅礦體并非真正意義上的沉積型層狀礦體，因為其受構造控制非常明顯，主要表現在礦體上下盤出現角礫狀礦石，以及褶皺、斷層泥等構造跡象；礦體具明顯膨大縮小現象，靠近南礦帶構造破碎部位礦體厚大，向東西兩端礦化減弱，礦體逐漸縮小直至尖滅；礦體底板則因礦液沿石英砂巖裂隙帶充填出現鋸齒狀的礦體邊界。可見北礦帶礦體并非完全整合的層狀，而是受構造和圍巖性質控制的似層狀礦體。

4）從矽卡巖型銅礦帶和似層狀硫化物型銅礦帶對比分析來看，武山銅礦究其根源為具有內在聯系、高度統一的內生礦床。兩種類型空間上看似分離，但實質為具有密切聯系的不可分割的統一的礦床，顯示出“二位一體”的顯著特征。