福建紫金山矿田五子骑龙铜矿床矿化与蚀变分带研究

薛 凯

(紫金矿业集团股份有限公司,福建 上杭 364200)

紫金山矿田是我国东部重要的斑岩-浅成低温热液型矿床的矿集区。矿田内发育有典型的斑岩型矿床(罗卜岭铜钼矿床)(薛凯,2008;钟军等,2011)、高硫浅成低温热液型矿床(紫金山铜金矿床)(张德全等,1991;陈景河,1999;邱小平等,2010)、低硫浅成低温热液型矿床(悦洋银多金属矿床)(黄铁心等,1996)等。岩浆热液成矿序列发育的完整性十分罕见(华仁民等,2002;陈静等,2011)。近年来,地质科研与勘查相结合,在地质找矿方面取得了巨大突破。如,紫金山铜金矿床累计探获铜金属量超过200万吨,金金属量超过 300吨(高天钧和黄仁生,1998;陈景河,1999;张德全等,2003;黄仁生,2008;王少怀等,2009;邱小平等,2010;肖爱芳等,2012);罗卜岭铜钼矿床探获铜金属量166万吨,钼金属量 12万吨;悦洋银多金属矿床探获银金属量超过1000吨。其中,紫金山矿区现已累计探获的铜金属量超过了400万吨,为世界级特大型铜矿床。此外,矿田内还发育有高硫浅成低温热液型-低硫浅成低温热液型、斑岩型-高硫浅成低温热液型的过渡类型矿床,代表性的矿床分别为龙江亭铜矿和五子骑龙铜矿。

五子骑龙铜矿位于紫金山矿田的西北部,罗卜岭铜钼矿床西北侧,紫金山铜金矿床东侧(图1)。该矿床同时具有与紫金山铜金矿床和罗卜岭铜钼矿床类似的金属矿物和蚀变组合特征(张德全等,1996;陈静等,2011)。紫金山矿田以往的地质研究大多着眼于高硫浅成低温热液型矿床和斑岩型矿床,对五子骑龙等过渡类型的矿床研究尚不够深入。该区目前仍处于详查阶段,已探获铜金属量15万吨,平均品位1.48%。对五子骑龙铜矿的研究,可以丰富斑岩-浅成低温热液型成矿系列的矿床类型。同时亦对紫金山矿田及外围寻找此种矿床类型具有示范意义。

笔者引进了近红外光谱测试技术对五子骑龙铜矿床的蚀变矿物进行了测试和蚀变分带划分,与矿化带进行对比验证,并对蚀变带与矿化带的关系进行了深入研究。

1 区域地质背景

紫金山金铜钼多金属矿田位于华南褶皱系东部,闽西南古生代晚期拗陷带的西南部,北西向上杭-云霄深断裂带北西段与北东向宣和复式背斜南西倾伏端交汇部位 (冯宗帜,1993)。矿田出露地层主要有下震旦统楼子坝群(Z1LZ)浅变质岩、上泥盆统(D3)-上石炭统(C2)浅变质岩和砂砾岩、下白垩统石帽山群(K1SH)中酸性火山岩等(图1)。背斜核部为震旦系,两翼为中生代地层。石帽山群火山岩(113.0±1.9 Ma,锆石LA-ICP-MS U-Pb)(肖爱芳等,2012)主要出露于矿田西南部的上杭火山盆地,形成于区域伸展构造背景,受北西向上杭-云霄深断裂控制。火山作用均发生在早白垩世,分布在深大断裂旁侧的北西和北东向两组断裂的交汇部位。主要火山机构有紫金山火山机构和赤水火山机构。

矿田内构造岩浆活动强烈。北东向宣和复式背斜及其两侧的与之相平行的旁侧断裂带和北西向上杭-云霄深大断裂及与之平行的次级断裂带制约着燕山期侵入岩、火山岩的产出及金铜多金属成矿作用(陈景河,1999)。北东向和北西向两组断裂带具多期次活动特征。印支期伴随复式褶皱形成断裂带雏形,燕山期多期次活动成型。

图1 紫金山矿田地质图Fig.1 Geological map of the Zijinshan ore field

燕山早期的才溪岩体和紫金山复式岩体,以及燕山晚期的四坊岩体、罗卜岭岩体、中寮岩体、英安玢岩和隐爆角砾岩共同构成了紫金山矿田中生代岩浆活动序列。燕山早期的才溪似斑状粗粒二长花岗岩(150±3 Ma,锆石SHRIMP U-Pb,赵希林等,2007)呈近等轴岩基产出,沿宣和复式背斜分布。紫金山复式岩体则沿宣和复式背斜核部侵入定位,先后形成迳美碎裂中粗粒花岗岩(Rb-Sr等时线年龄为157±7.3 Ma,张德全等,2001)、五龙寺中细粒花岗岩(Rb-Sr等时线年龄为141±6.7 Ma,赵希林等,2007)和金龙桥细粒花岗岩。燕山晚期侵入的有四坊花岗闪长岩(105.0±0.7 Ma,锆石LA-ICP-MS U-Pb,胡春杰等,2012)、罗卜岭花岗闪长斑岩(103.5±0.6 Ma,锆石LA-ICP-MS U-Pb,黄文婷等,2011)、中寮似斑状花岗闪长岩,以及英安玢岩(105.0±0.7 Ma,锆石LA-ICP-MS U-Pb,胡春杰等,2012)和隐爆角砾岩。五龙寺中细粒花岗岩是区内热液型矿床最重要的赋矿围岩,紫金山高硫浅成低温热液型铜金矿床、悦洋低硫浅成低温热液型银多金属矿床、五子骑龙浅成中低温热液型矿床和龙江亭浅成低温热液型矿床均赋存在该岩体中。罗卜岭花岗闪长斑岩和四坊花岗闪长岩则是斑岩型矿床的赋矿围岩。

2 矿床地质特征

五子骑龙矿区断裂构造以北东向和北西向为主,其次是近东西向和近南北向。区域北东向F1-1和F1-4断裂分布在矿区北西、南东边缘(图2),是控制五子骑龙铜矿床分布的边界断裂,也是重要的导矿构造。在两断裂的挟持地带,北东向、北西向、近东西向和近南北向构造裂隙密集带极为发育,则是重要的储矿构造。而与成矿关系最为密切的是北西向裂隙,此组裂隙成群成带出现,平剖面上均表现为右行侧列,经历了压剪-张-剪等多次变换(高天钧和黄仁生,1998)。

矿区出露有五龙寺中细粒花岗岩(γ52(3)c2)和四坊花岗闪长岩(γδ53(1)b1)(图2)。其中,五龙寺中细粒花岗岩是矿区内最重要的赋矿围岩。该岩体呈长椭圆形岩瘤状分布。岩石由钾长石(42%～48%)、斜长石(22%～26%)、石英(25%～30%)及黑云母(1%～5%)组成。其中,长石多已蚀变,偶见钾长石为微斜长石,斜长石为更长石(An=26)。岩石化学成分以贫CaO、Na2O,富K2O为特征。常见副矿物有磁铁矿、钛铁矿、榍石、锆石、独居石、磷钇矿、磷灰石等。岩体稀土元素总量低(∑REE=l04 μg/g),轻重稀土比值小(为 1.0),铕异常明显,REE模式为“V”形曲线①地质矿产部矿产地质研究所.1994.福建上杭紫金山地区潜火山(火山)－侵入岩系与成矿作用的关系.。此外,英安玢岩(ζμ2K1)和隐爆角砾岩(YbK1)也是本区铜矿的赋矿围岩。

图2 五子骑龙铜矿区铜矿床地质图Fig.2 Geological map of the Wuziqilongore copper deposit

五子骑龙铜矿体主要受北东向、北西向断裂和裂隙带控制。矿体均为隐伏矿体,主要赋存在标高891.3～14.1 m之间,其中在480～300 m段的矿体最密集。矿体主要呈似板状,次为脉状和透镜状平行产出,呈“叠瓦式”斜列。矿体产状以倾向北西为主,次为北东,倾角 18°～28°(图2)。矿体数量多,水平和垂直间隔距离几米到几十米不等,规模小到中型。

根据探矿工程地质编录和岩矿鉴定成果,在铜矿石中发现20种以上矿物,其中金属矿物14种,非金属矿物 9种。金属矿物以硫化物为主,含量在3%～20%之间,主要由黄铁矿和铜的硫化物组成,铜矿物包括:铜蓝(30.7%)、蓝辉铜矿(27.9%)、黄铜矿(18.5%)、斑铜矿(9.1%)、辉铜矿(7.3%)、硫砷铜矿(3.7%)、黝铜矿(2.1%),少量锌黝铜矿、硫锌锡铜矿、硫钨锡铜矿等。另外可见少量闪锌矿、方铅矿、辉钼矿等。非金属矿物主要为石英、绢云母、地开石、明矾石,次为伊利石、高岭石、绿泥石、叶腊石等。

3 矿化分带和蚀变分带

3.1 矿化及矿化分带

五子骑龙矿区铜矿化种类繁多,既有与紫金山高硫浅成低温热液型铜矿床类似的铜矿物,如铜蓝、蓝辉铜矿、辉铜矿等,又有与罗卜岭斑岩型铜矿床类似的铜矿物,如,黄铜矿、斑铜矿等。

根据钻孔原始地质编录、岩矿鉴定和液体包裹体研究成果认为,五子骑龙铜矿床在时间上从早到晚大致可划分为两个矿化阶段,即中温热液阶段和低温热液阶段,成矿温度分别为 240～200 ℃和200～180 (℃张江,2001)。

据表1和图3可知,从中温热液阶段到低温热液阶段,金属矿物共生组合由黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、黝铜矿和硫砷铜矿逐步向黄铁矿、铜蓝、蓝辉铜矿和辉铜矿过渡。中温热液阶段的石英、绢云母与黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿等矿物关系密切,而低温热液阶段的石英、地开石和明矾石又与黄铁矿、铜蓝、蓝辉铜矿等矿物关系密切。

根据金属矿物的共生组合等特征,笔者将五子骑龙铜矿床从平面上自南往北,垂向上由下往上划分为三个矿化分带。具体特征见表2。

据表2可知,各矿化分带无论是控矿构造、围岩蚀变,还是铜矿物共生组合等特征在空间上具明显差异。由南矿带至北矿带,铜矿物共生组合依次由铜蓝+蓝辉铜矿→铜蓝+蓝辉铜矿+黄铜矿+斑铜矿→黄铜矿+斑铜矿过渡。铜矿化分带基本呈北西西走向,倾向南西。

3.2 蚀变及蚀变分带

笔者所在的项目研究小组借助南京地调中心中地仪器有限公司开发生产的“便携式近红外矿物分析仪”(仪器型号为:BJKF-1)测试了矿区32个钻孔岩心。测试孔深总进尺 18175.13 m,测试岩心总长17266.37 m。参照规范,孔深进尺平均每隔1～4 m采一个样,铜矿化较强地段适当加密,共采样 6848件。项目研究小组对所采样品进行测试,并对获得的数据进行了计算机处理和解译。除次生石英蚀变矿物未获得数据外共获得蚀变矿物有效数据 17393个。测得的主要蚀变矿物,如绢云母、明矾石、地开石、高岭石、叶蜡石等光谱曲线见图4。

表1 矿物生成顺序及成矿阶段划分Table1 Mineral paragenesis and the division of mineralization stages

图3 金属矿物共生关系显微照片Fig.3 The microscopic pictures showing the paragenetic relationship of the metallic minerals

表2 矿化带主要特征Table2 The main characters of the mineralization zones

根据“便携式近红外矿物分析仪”对蚀变矿物近红外光谱特征的测试结果和地质编录成果,五子骑龙矿区热液蚀变作用广泛而强烈。区内广泛发育有硅化、地开石化、绢云母化、明矾石化,其次是伊利石化、高岭石化、叶腊石化、绿泥石化等。其中,硅化、地开石化、绢云母化较强,其蚀变矿物分布广泛。蚀变具多期性,早阶段的蚀变矿物被晚阶段的蚀变矿物交代和叠加。

蚀变组合类型在空间分布上具一定的分带性。根据其空间分布和相互叠加规律,空间上划分为三个蚀变带:绢云母化-硅化蚀变带(Ms-Q)、地开石化-绢云母化-硅化蚀变带(Di-Ms-Q)、明矾石化-地开石化-硅化蚀变带(Alu-Di-Q)。其中,Ms-Q蚀变带主要分布在矿区外围及浅部,较为零星;Di-Ms-Q蚀变带主要分布在矿区中部及中深部;Alu-Di-Q蚀变带主要分布在矿区南部及深部。自南往北,Alu-Di-Q蚀变带规模逐渐变小,Di-Ms-Q蚀变带规模逐渐变大。

3.3 矿化与蚀变分带关系研究

五子骑龙矿区热液蚀变及蚀变分带与铜矿化空间分带关系密切,并贯穿矿化的各个阶段。流体研究成果(钟军等,2011)表明,早期从岩浆中分异出来的高温高盐度流体,与围岩发生强烈的水岩反应,最早形成硅化和绢云母化蚀变,流体的高氧逸度制约了硫化物的沉淀,如黄铁矿、辉钼矿、闪锌矿、硫砷铜矿、黝铜矿、黄铜矿、斑铜矿等。随岩浆温度降低,岩浆结晶分异,其释放出的挥发份氧逸度降低,伴随地开石化、绿泥石化和明矾石化蚀变,大量硫化物再次沉淀,如黄铁矿、蓝辉铜矿、辉铜矿、铜蓝等。通过后期形成的蚀变矿物及铜矿物与先期形成的蚀变矿物及铜矿物的交换叠加,形成本区特有矿化分带和蚀变分带。

笔者研究认为,铜矿化空间分布受蚀变带的制约,地开石化-绢云母化-硅化蚀变带(Di-Ms-Q)主要制约黄铜矿+斑铜矿共生组合类型,而明矾石化-地开石化-硅化蚀变带(Alu-Di-Q)主要制约铜蓝+蓝辉铜矿共生组合类型。以钻孔ZK10-5和ZK8-3的蚀变测试结果(图5)为例,ZK10-5孔位于矿区中部,ZK8-3孔位于矿区南部,垂向上两孔均穿过北矿带和中矿带,未揭穿南矿带。ZK10-5孔揭穿了Ms-Q和Di-Ms-Q蚀变带,只在孔底揭露到Alu-Di-Q蚀变带,但未揭穿。根据钻探工程地质编录和铜元素含量分析成果,在 424～676 m标高铜品位较高,矿石自然类型为黄铜矿和斑铜矿型,位于Di-Ms-Q蚀变带中部。ZK8-3孔揭穿了Di-Ms-Q蚀变带,但Alu-Di-Q蚀变带未揭穿。同样,根据钻探工程地质编录和铜元素含量分析成果,在 504～688 m标高铜品位较高,矿石自然类型为铜蓝和蓝辉铜矿型,位于Alu-Di-Q蚀变带的中上部。

图4 五子骑龙铜矿区蚀变矿物的近红外光谱曲线Fig.4 The spectra of the alteration minerals in the Wuziqilong copper deposit

根据钻孔地质编录、化验分析和蚀变测试成果,利用3Dmin软件对五子骑龙矿区的蚀变带和矿体进行了三维建模,构建了蚀变带和矿体三维空间分布模型(图6)。从该模型可知,Ms-Q蚀变带主要分布于矿区地表浅部。由于硅化强,岩石难风化,多奇峰陡崖,形成了矿区“五子骑龙”的特有地貌景观。Di-Ms-Q蚀变带在垂向上主要分布矿区的中深部,南部规模小,北部规模大。Alu-Di-Q蚀变带在垂向上主要分布于矿区深部,呈“舌状”伸入到 Di-Ms-Q蚀变带内。铜矿体呈似板状,倾向北西,主要分布于 Alu-Di-Q 蚀变带内,其次是Di-Ms-Q蚀变带,在两蚀变带接触部位矿体分布较密集,而Ms-Q蚀变带无矿体分布。

通过以上对比研究认为,地开石化-绢云母化-硅化蚀变带(Di-Ms-Q)和明矾石化-地开石化-硅化蚀变带(Alu-Di-Q)为主要含矿蚀变带。铜矿化类型严格受蚀变带控制。蚀变带基本控制着矿体的空间产出位置。

图5 五子骑龙铜矿区ZK10-5孔和ZK8-3孔岩心蚀变与矿化带划分图Fig.5 Sectional drawings of alteration of the drill holes ZK10-5 and ZK8-3 in the Wuziqilong copper deposit

图6 五子骑龙矿区蚀变带和矿体三维模型Fig.6 Three-dimensional model of alteration zonation and ore bodies in the Wuziqilong copper deposit

4 结 论

(1) 热液蚀变及蚀变分带是本区重要的找矿标志之一。特别是地开石化-绢云母化-硅化蚀变带(Di-Ms-Q)和明矾石化-地开石化-硅化蚀变带(Alu-Di-Q),其特征蚀变矿物组合特征可以作为识别铜矿体的重要线索。

(2) 地开石化-绢云母化-硅化蚀变带(Di-Ms-Q)控制了黄铜矿+斑铜矿组合类型;而明矾石化-地开石化-硅化蚀变带(Alu-Di-Q)控制了铜蓝+蓝辉铜矿矿化组合类型。两组蚀变带叠加部位是富矿体赋存的有利部位。

(3) 借助“便携式近红外矿物分析仪”测试成果,为本区蚀变分带划分提供了依据,利用蚀变分带与矿化分带的关系,通过蚀变带和矿体三维建模,对本区深部预测找矿具重要意义。

致谢:本论文行文中得到了祁进平和李晶博士的指导,并提出了宝贵意见,评审专家对本文提出了建设性的修改意见,谨此致谢！

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