江蘇溧水火山巖盆地鍺礦富集成礦探討

孟慶秀，張 勇，匡福祥，王 沖

（1.江蘇省南京工程高等職業學校，江蘇 南京，210016；2.南京地質調查中心，江蘇 南京，210016）

鍺元素是一種典型的稀有分散元素，與錫和鉛在元素周期表中屬同一族，后兩者早被古代人們發現并利用，而鍺卻長時期以來沒有被工業規模開采。鍺在地殼中的含量約為百萬分之七，具有親石、親硫、親鐵、親有機的化學性質，很難獨立成礦，很少形成獨立礦物，一般以分散狀態分布于其他元素組成的礦物中，多與金屬礦床共（伴）生產出。鍺是一種重要的半導體材料，對固體物理和固體電子學的發展有重要作用，是重要的戰略資源。被廣泛用于半導體、航空航天測控、核物理探測、光纖通信、紅外光學、太陽能電池、生物醫學等領域。

全球鍺的資源量比較貧乏，已探明全球金屬鍺資源量僅為8 600 t，按照目前年采200 t計算，43年后全球鍺金屬儲量就會耗盡。鍺礦產資源在全球分布比較集中，主要分布在中國、美國和俄羅斯，其中儲量最多的是美國，占全球45%，其次是中國，占全球41%。我國已探明鍺礦產地約35處，主要分布在云南、內蒙等地。內蒙鍺礦主要分布在煤田中，品位低，可采性差；而云南鍺礦分布在鉛鋅礦和含鍺褐煤中，云南會澤縣是我國重要的鉛鋅鍺生產基地。

近年來筆者在長江中下游成礦帶溧水火山巖盆地調查工作中發現，在盆地東南邊緣火山噴發間歇期河湖相沉積建造中有較好的鍺礦化。在該地區的鍺主要賦存在早白堊紀陸源碎屑巖中，鍺礦化明顯與赤鐵礦化、褐鐵礦化呈正相關。其次還有部分鍺鐵礦屬于火山噴發沉積一中低溫熱液疊加鍺鐵礦，分布在杭村組含鍺鐵(鉛鋅)沉積巖系地層中，受杭村期湖盆相沉積和姚家邊晚亞旋回的火山巖-次火山巖活動的雙重地質因素控制，例如，童山鍺鐵礦、枕頭山鍺鐵礦等。中低溫熱液裂隙充填型鍺鐵礦受姚家邊旋回火山熱液作用，賦存在北西向的斷層裂隙帶之中，例如，南山頭鍺鐵礦，錦華山、大茅嶺庵鍺鐵礦。通常情況下，鍺這種元素的富集主要在褐煤中，其次是與鉛鋅礦伴生，而本處礦化卻主要發生在含鐵硅質建造中。因此有必要對該地區鍺礦的物質來源及成礦機制做簡要探討，希望能夠對長江中下游成礦帶溧水火山巖盆地成礦規律及礦床類型提供更豐富的研究素材，增強鍺成礦機制的新認識。

1 成礦地質背景

1.1 大地構造環境

溧水火山巖盆地是長江中下游幾個知名火山巖區之一，位于揚子陸塊下揚子坳陷帶內。該盆地東側以NNE向的茅山東側斷裂，西側以方山—小丹陽斷裂為界；南側以小丹陽—雙牌石，北側以南京-湖熟為界組成菱形斷塊區域。盆地火山基底為晚三疊世黃馬青組，早中侏羅世象山群及晚侏羅世早期西橫山組。火山巖系多不整合于基底巖層之上，并為后期內陸沉積河湖相紅色砂頁巖所覆蓋。

區域構造活動從侏羅紀中晚期—白堊紀早（170～135 Ma）開始增強，由于太平洋板塊向亞歐板塊俯沖，總體處于擠壓背景，巖漿活動呈現出由沿海向內陸年輕化趨勢，且多具殼源特征；白堊紀早期之后，太平洋板塊的俯沖作用減弱，俯沖板塊發生后撤，研究區總體處于拉張背景，從而形成了火山盆地，造成大量富集地幔和少量古老地殼物質的熔融，形成大量中基-中酸性巖漿巖[1]。

1.2 火山噴發旋回

早白堊世發生大規模火山噴發，由老至新依次為龍王山、大王山、姚家邊、甲山4個演化旋回。龍王山旋回主要出露于盆地四周，中部有少量分布，其下部為角閃巖和云閃安山巖及角礫巖、凝灰巖等，中部為輝石安山巖及火山碎屑巖。在火山口四周，龍王山組下段底部鏡鐵礦化凝灰質雜礫巖中形成層狀鐵銅礦。區內斷裂有兩組，以北西向一組為主，次為北東向一組，斷裂發生在龍王山組火山巖、凝灰質雜礫巖及巖體中，斷裂形成時間晚于龍王山組。圍巖交代蝕變對圍巖的選擇性很強。在陡山組長石石英砂巖和泥質粉砂巖中以硅化、黃鐵礦化為主;龍王山組底部凝灰質雜礫巖中以大理巖化、碳酸鹽化、石榴子石化、綠簾石化、陽起石化、黃鐵礦化、鏡鐵礦化、黃銅礦化為主;龍王山組下段安山質火山碎屑巖、熔巖及巖體中以綠泥石化、碳酸鹽化、絹云母化、高嶺土化、泥化、鈉長石化、硅化、綠簾石化、鏡鐵礦化為主。蝕變有成層產出的特征，尤其以龍王山組凝灰質雜礫巖層狀蝕變十分明顯，其次蝕變受構造控制，凝灰質雜礫巖一雜礫巖的孔隙度大，石榴子石、陽起石、綠簾石、鏡鐵礦、黃銅礦等層狀蝕變顯著。礦體賦存于龍王山組下段底部凝灰質雜礫巖中，在火山噴發作用和次火山巖侵入作用的影響下，使凝灰質雜礫巖中的灰巖礫石蝕變成鏡鐵礦、穆磁鐵礦、磁鐵礦和少量黃銅礦；大王山旋回出露于盆地東部和南部，北部呈零星分布，其下部為凝灰火山碎屑巖和火山碎屑巖，夾鐵碧玉和赤鐵礦層，中部為粗安-安山質熔結凝灰巖和熔巖，上部為玄武粗安質熔巖及火山碎屑巖；姚家邊旋回分布在盆地南部地區，主要為高鉀粗面巖夾火山碎屑巖；甲山旋回分布于盆地北部邊緣，主要為英安流紋質熔巖和熔結凝灰巖[2]。

測區內出露地層由老到新為侏羅系上統西橫山組灰質礫巖、泥灰巖、石英砂巖、長石石英砂巖、粉砂巖等;龍王山組下段角礫安山巖、安山質火山角礫巖等，兩者呈不整合接觸。閃長玢巖呈巖脈狀、巖枝狀產出,它侵入于西橫山組地層中，屬大魏莊巖體邊緣巖枝、為燕山早期次火山巖。區內為一單斜構造，地層走向300°～325°，傾向南西,傾角25°～28°。區內斷裂構造發育，巖層被切割、錯開、升降明顯，主要有北西向、北北東向、北北西向、北東東向四組斷裂。圍巖交代蝕變為矽卡巖化(石榴子石化、透輝石化、綠簾石化)，角巖化、綠泥石化、碳酸鹽化。

2 成礦地質特征

2.1 礦化空間分布特征

繼承性斷層裂隙，以及南部相鄰的橫溪—芝山斷裂的繼承性斷層裂隙。盆地內巖漿自北西向南東由中基性逐漸向中酸性及堿性富鉀方向演化；從巖漿性質與成礦的關系來看，成礦熱液早期為酸性，而晚期為堿性。晚期由于堿性元素的富集并沿著成礦通道上升，形成本區與Sr、Ba、Ge等希散元素有關的礦床。類型主要有火山噴發中低溫熱液沉積型和裂隙充填型鍺鐵礦（圖1）。

圖1 溧水盆地觀山旋回成礦模式圖[3]

區內成礦系列中分散元素的儲藏大有遠景，鍺礦主要分布在盆地東南緣，如南山頭云合山、小茅山、祖山、饅頭山、老虎頭等地。目前已經發現火山噴發沉積-中低溫熱液型鍺鐵礦小型礦床3處、中低溫熱液裂隙充填型鍺鐵礦小型礦床1處，礦點3處。

2.2 礦化富集特征

火山噴發沉積-中低溫熱液型鍺礦化主要發生在大王山噴發旋回和姚家邊旋回之間，含礦建造主要為這兩個噴發旋回間歇期的杭村組河湖相沉積建造。鍺礦化往往與鐵礦化相伴生，形成鍺鐵礦體。礦體主要有呈似層狀、扁豆狀及不規則狀產于硅質巖中。

該類型的賦礦地質體為產于侏羅系上統火山噴發間隙期河湖相沉積的杭村組中段下部的含鐵硅質巖建造。杭村組這套內陸碎屑沉積巖性變化較大，地層總厚度為357.23 m。可分為3個巖性段：下段為富含火山巖碎屑為特征，有沉角礫巖、砂礫巖、沉凝灰巖、凝灰質砂巖等組成，厚0～26.41 m；中段以鈣硅質為特征，有鈣泥質粉砂巖、鈣質砂巖、含礫鈣質砂巖、含硅泥質微晶灰巖、含鐵硅質微晶灰巖等組成，厚216.10 m；上段為細砂巖夾頁巖，厚＞114.72 m。本次研究在勘查鉆孔中發現3層鍺鐵礦體，礦層底板為砂質灰巖、含鍺鐵鈣硅質巖，頂板一般為鈣質砂巖、鈣質頁巖，礦體產狀與地層產狀一致。

礦石類型主要是含鍺赤鐵礦，其次是含鍺鐵錳質頁巖、含鍺赤鐵礦砂巖、含鍺赤鐵礦碧玉巖。一般鍺與鐵成正消長關系，鐵與硅呈反消長關系，鍺與硅的關系不明顯。裂隙充填型鍺鐵礦，主要受橫溪—芝山北西向基底斷裂的繼承性斷裂帶控制，鍺鐵礦體呈脈狀充填在斷層裂隙中，與火山活動期后中低溫熱液活動有關。成礦圍巖主要為下白堊統葛村組紅色砂巖及姚家邊組火山碎屑巖。葛村組紅色砂巖建造在空間上與下伏杭村組湖盆相鄰近。

礦石類型有石英-含鍺褐鐵礦、方解石-含鍺褐鐵礦、含鍺褐鐵礦-泥。礦石礦物主要有含鍺赤鐵礦，其次是含鍺褐鐵礦泥（含鍺紅色黏土）。在巖礦鑒定研究方面，顯微巖礦鑒定和選礦試驗中均未發現鍺的單體礦物。從資料分析和選礦結果來看，鍺與鐵呈正消長關系，鍺可能呈吸附狀態賦存在赤鐵礦中。

3 成礦機制探討

3.1 構造控礦因素

該成礦區的構造控制因素，以斷層裂隙為特征，主要有兩期斷層裂隙。早期為伴隨著觀山火山巖—次火山巖活動期的斷層裂隙，即火山構造斷層裂隙:晚期為觀山火山巖一次火山巖活動期后的斷層裂隙，即控制觀山火山巖一次火山巖活動的陶吳—上沛斷裂的杭村湖盆，位于韓胡村火山穹隆的南部外側，控制了大王山組與姚家邊組之間的火山噴發間歇期的杭村組含鍺鐵(鉛鋅）沉積巖的分布。南山頭鍺鐵礦帶，受陳家村一南山頭斷裂控制，形成了石英——含儲赤鐵礦（南山頭鍺鐵礦）。

測區中縱向斷裂和橫向斷裂為區域性構造格架，它控制了區內火山巖一次火山巖的噴發一侵入。縱向斷裂的控巖作用:受方山—小丹陽斷裂與洪蘭—豐安寺斷裂控制的西部斷塊隆起區，是龍王山早亞旋回火山巖和次火山巖的活動區。受茅西斷裂控制的茅山推覆體中，僅局部發育了姚家邊晚亞旋回的火山巖侵入活動。在上述兩個塊體之間，為溧水火山巖斷陷帶，發育了從龍王山旋回—甲山旋回的火山巖和次火山巖，也是測區內火山巖和次火山巖的主體。總之，測區中縱向斷裂的控巖作用主要表現在測區火山巖一次火山巖活動的橫向遷移性方面。橫向斷裂的控巖作用:開太—白馬山斷裂帶，它控制了測區北部龍王山晚亞旋回的開太—十里膊斷裂噴發帶及東崗裂隱中心式火山活動區。測區南部的陶吳—上沛斷裂帶,它控制了姚家邊晚亞旋回的蒲塘橋—觀山斷裂噴發帶及觀山火山活動中心。總之，測區中橫向斷裂的控巖作用，主要表現在測區火山巖—次火山巖活動的縱向遷移性方面。由于測區內生礦產的分布，在時間上與測區中的火山巖巖漿演化的階段性相一致，在空間上圍繞著火山巖—次火山巖活動中心分布，因此，加深對測區中控制火山巖—次火山巖活動的構造研究，對尋找內生礦產尤其重要。

3.2 巖漿巖控礦因素

早期的巖漿活動開始于杭村期，以玄武巖局部性噴發為前奏。零星分布在測區北部的姚家邊和測區南部的旋峰山等地。中期以大規模的粗安巖噴發活動和次火山巖粗安斑巖侵入活動為特征，遍及測區北部，南部、東部，形成了以觀山為中心的火山巖—次火山巖活動中心，以及云鶴山—長山頭、狀元山—枯竹山、上城—禪林山等次火山巖活動帶。在圍繞著觀山火山巖—次火山巖活動中心的火山構造斷層裂隙中，形成了中低溫熱液裂隙充填銅（金）多金屬礦床，其次在上城—禪林山等次火山巖帶中的基底構造斷層裂隙中，形成了中低溫熱液裂隙充填銅鉛鋅多金屬礦化。晚期為北西向繼承性斷裂活動及正長斑巖，霓石正長斑巖侵入活動，分布在溧水火山巖中央隆起的北部和南部。北部以開太—白馬山斷裂右行扭動派生的愛景山—小東山斷裂帶為代表，是中低溫熱液裂隙充填型鍶礦的主要儲礦構造空間:南部以陶吳—上沛斷裂的繼承性斷裂洪蘭—西宋，經家山—金駒山及橫溪—芝山斷裂的繼承性斷裂，陳家村—南山頭等斷裂為代表。沿斷裂帶分布了正長斑巖和霓石正長斑巖巖脈，是中低溫熱液裂隙充填型金、鈾、鍺礦的主要儲礦構造空間。

3.3 地層控礦因素

杭村組是測區火山巖系地層中的主要沉積巖層，也是測區燕山早、晚兩期火山巖系的劃分和燕山早，晚兩期內生礦產劃分的界限。在杭村湖盆中，沉積了沉火山碎屑巖—正常碎屑沉積巖夾含鍺鐵(鉛鋅）鈣硅質巖系，形成了火山噴發沉積—中低溫熱液型鍺鐵(鉛鋅)礦，例如，銅山鍺鐵(鉛鋅)礦。燕山晚期姚家邊組火山巖系地層中，同期次火山巖粗安斑巖活動強烈。發育了“黃鐵礦、石英巖化”,在“黃鐵礦、石英巖化”帶中，形成了與“斑巖”有關的中低溫熱液裂隙充填銅(金)多金屬礦，以及金、重晶石、鍺、鈾礦產，例如，饅頭山鍺鐵礦點等。在甲山組流紋質火山巖系地層中，除蒙脫石化外未見其他礦化。

綜上所述，溧水盆地內鍺礦化與早白堊世姚家邊旋回的次火山巖侵入活動有關。在大王山噴發旋回之后，間歇期沉積杭村組河湖相沉積建造，之后早白堊世早期姚家邊晚亞旋回大規模的火山巖粗安巖類的噴發溢流，使杭村組地層普遍受火山巖流的擾亂和覆蓋，次火山巖侵入活動也較發育[3]。據調查資料表明，中低溫熱液活動分兩個階段：第一階段，以富含二氧化硅及少量銅鉛鋅的硫化物熱液為主，沿裂隙上升，交代部分圍巖，形成層狀硅化帶，并在個別地方形成少量方鉛礦、閃鋅礦等有色金屬礦物，這個階段主要形成火山噴發沉積-中低溫熱液型鍺鐵礦；第二階段，是在第一階段熱液活動之后，又發生了構造破碎，富含鐵質及硅質的熱液，再次沿裂隙上升，富集呈赤鐵礦體，這個階段主要形成中低溫熱液裂隙充填型鍺鐵礦。巖漿熱液通過上述活動，吸取了圍巖中的鍺，富集成為鍺鐵礦。

4 總結

本區鍺鐵礦床前人均作了普查評價，由于鍺鐵礦石中鍺元素的可選性很差，鍺元素的回收率只有50%左右，因此對鍺鐵礦床未再作進一步的勘探工作。此次調查工作對前人已勘探或開采的南山頭鍺鐵礦礦床，以搜集和綜合整理前人資料為主，結合實地觀察，了解成礦地質條件、礦床特征及開采利用情況，總結成礦規律，并注意在外圍成礦有利地段開展礦產普查工作。由于杭村組地層中下段普遍有Pb、Zn化探異常，通過對銅山Pb、Zn異常的解剖，證實在鍺鐵礦層及其頂底板含鐵錳質圍巖和底部構造不整合面上有鉛鋅礦沉淀，粒度很細，在淺部和深部不整合面上可形成貧鉛鋅礦層。熱液型陡脈狀鉛鋅礦體規模小，延深淺。本區的找礦工作，在杭村組中段下部及底部構造不整合面上是尋找沉積型鉛鋅礦的遠景區，特別是深部構造不整合面上礦體增厚，因此，可在湖盆的中心部位布設一條東西向剖面線，從西部開始，由淺入深用鉆探進行深部探索。沿湖盆東西兩側北東向和南北向粗安斑巖接觸帶內外的斷裂構造破碎帶中是尋找熱液型脈狀鉛鋅礦體的遠景區。