赣北城门山铜矿床Ⅰ号矿体矿化富集规律及找矿方向研究

李旭辉， 高 任， 付 斌， 钟 浩

(江西省地质矿产勘查开发局赣西北大队，江西 九江 332000 )

赣北城门山铜矿床Ⅰ号矿体矿化富集规律及找矿方向研究

李旭辉， 高 任， 付 斌， 钟 浩

(江西省地质矿产勘查开发局赣西北大队，江西 九江 332000 )

城门山铜矿是我国著名的大型铜矿，通过总结矿区主要铜多金属矿体之一的Ⅰ号矿体成矿地质条件、矿体地质特征、矿化富集规律及金属分带，并以此研究Ⅰ号矿体的元素分带性成因，成矿元素的差异性，并从矿体在走向上、倾向上的差异，结合矿体在厚度和品位差异成因，总结成矿作用的异同点，分析Ⅰ号矿体根据成矿温度以及金属元素成矿分带性，矿体沿走向东、西端延伸变化，两端均有较好的找矿空间范围，但东段优于西段，探讨矿区外围的找矿方向。

城门山铜矿；Ⅰ号矿体；矿化富集规律；金属分带；找矿方向

李旭辉，高任，付斌，等.2014.赣北城门山铜矿床Ⅰ号矿体矿化富集规律及找矿方向研究[J].东华理工大学学报：自然科学版，37(4)：373-378.

Li Xu-hui,Gao Ren,Fu Bin,et al.2014.Mineralization enrichment regularity and prospecting direction of No.Ⅰ copper body of Chengmenshan copper deposit in northern Jiangxi province[J].Journal of East China Institute of Technology (Natural Science), 37(4)：373-378.

城门山铜矿是一个以铜为主，兼有硫、锌、钼矿的特大型综合矿床，为集斑岩型、矽卡型、含铜黄铁矿型“三位一体”的铜硫矿床，而含铜黄铁矿型的Ⅰ号矿体为矿区主要矿体之一，其查明的铜金属资源储量占矿区累计查明资源储量的40%。通过近几年的工作，发现在其两侧亦有延伸并具有成矿元素分带的成矿规律。本文通过总结其富集规律，为矿区外围地质找矿提供依据。

1 成矿地质背景

矿区地处长江中下游铁铜金成矿带、大冶—九江成矿亚带、九瑞铜矿田南东端。浅部盖层断裂和层滑断裂控制了浅部岩体和矿床(点)的就位,主要岩体和矿床受北西、北东—北东东向与北北东向盖层断裂交汇部位控制(曹钟清等，2006)。如城门山、丁家山、列石山等成矿斑岩体均受这几组断裂的联合控制，形成大中型铜多金属矿床。北西及北东东二组浅部断裂构造组成的菱形网格，是矿田的构造格架(图1)。网格结点，特别在有北北东向断裂复合加剧作用，对岩体矿床定位起着重要的控制作用。城门山铜矿区位于本矿田的南东端，属长山—城门湖背斜近倾伏端的北翼。

图1 九-瑞地区构造-岩浆岩-矿产地质略图Fig.1 Geological scheme of structure-magma-deposit in the Jiujiang-Ruichang area

区域地层由奥陶系至三叠系中统及第三系下统和第四系组成。奥陶系分布在区域北部界首—大桥背斜轴部，为一套浅海相碳酸盐岩建造。志留系广泛分布于界首—大桥背斜翼部及其它背斜轴部，属浅海相碎屑岩建造。泥盆系上统五通组，分布于背向斜转折部位，属河湖相砂砾岩建造。石炭系中统黄龙组，分布于各背向斜转折部位，下部为厚层白云岩，上部为厚层灰白色、有时带肉红色纯灰岩。二叠系广泛分布于向斜翼部，以浅海相碳酸盐岩建造为主，夹两薄层海陆交互相含煤建造。三叠系下、中统广泛分布于向斜轴部，属浅海相碳酸盐岩建造。第三系新余群，为陆相红色砂砾岩。

地表岩体分布不甚广泛，岩体出露总面积9 km2，仅占九瑞矿田总面积1.2%。岩浆活动主要有燕山及喜山两个旋回。燕山旋回的中酸性、浅成—超浅成小侵入体，广泛分布于矿田内。与铜矿成矿关系密切。喜山旋回为裂隙性喷发玄武岩。

2 Ⅰ号矿体地质特征

2.1 矿体特征

城门山铜矿已探明的矿体108个，Ⅰ号矿体为最大的矿体，矿体受五通石英砂岩与黄龙灰岩之假整合面及F2层间断裂带控制，呈层状、似层状，受特定层位控制，其查明资源储量中铜金属量占矿区铜资源储量的40%。矿体产状较稳定，北东东走向，倾向338°，倾角48～57°，平均52°。目前控制矿体总长1 950 m，其中主要工业矿段长1 120 m，线平均厚18～54 m，向西逐渐变薄，整段平均厚29.7 m。控制深度430～680 m，平均564 m。矿头标高10～25 m，平均-13.6 m。至15线厚度突然变小，倾角变陡，倾斜延伸也变小，而矿头变深。东段从0线开始，由于受次级褶皱控制，在背斜轴部厚度膨大，在地层陡立部位厚度显著变小。矿体平均品位Cu 1.20%，Ag 14.61×10-6，Pb 0.10%，Zn 0.46%。矿体主要有用组份变化系数93.34%，分布均匀，矿体整体结构简单，后期构造破坏小。

2.2 矿石特征

矿石按自然类型划分为氧化矿石、混合矿石及原生矿石三大类，三者在空间分布上具明显的分带性分布。氧化矿石分布在近地表部分，常见标志矿物为孔雀石、蓝铜矿、赤铁矿、褐铁矿、氧化锰(多为硬锰矿)等，一般距地表-100 m之上为氧化矿石，局部达到-200 m左右。之后为混合矿石，深度为-100～-296 m，含铜矿物以辉铜矿为主，并常见胆矾、纤铁矾、水绿矾等为其特征，辉铜矿可作为此带标志矿物。在其之下为原生矿石，含铜矿物以原生硫化物黄铜矿为主，辉铜矿相对减少，无褐铁矿、孔雀石、自然铜等。

原生矿石的矿物成份较简单，矿石以金属硫化物为主，其含量占矿石中矿物总量65%～83%，平均70%，矿石总体呈块状及松散状两种，后者主要是由于氧化作用所致。松散状矿石占含铜黄铁矿矿石矿段总长25%～28%。矿石的矿物组合以黄铁矿—黄铜矿为主，黄铁矿(胶黄铁矿)—石英、菱铁矿—碳酸盐、黄铁矿—菱铁矿、黄铁矿—方铅矿—闪锌矿等次之(王文斌等，1986)。脉石矿物以石英、方解石为主，其总量占总矿物量30%左右。

矿石结构种类较多，主要为结晶粒状结构、交代溶蚀结构为主，假象、次文象、文象蠕虫状结构少见；矿石的构造主要为块状构造、浸染状构造、细脉浸染状构造为主，其次要矿石构造类型有松散状、角砾状、条带及似条带状、环状构造等。

2.3 围岩蚀变

围岩蚀变作用有接触热变质形成的大理岩化，在二叠系、三叠系围岩中最为发育；接触交代形成的矽卡岩化，主要分布在岩体与围岩内外接触带；岩浆期后碱质交代及热液交代充填形成的钾化，分布在岩体中；热液交代充填形成的硅化、黄铁矿化、绢云母化、绿帘石化、绿泥石化、碳酸盐化及与表生作用为主形成的泥化，其中绢云母化主要发育在岩体内，绿帘石、绿泥石分布局限，主要在接触带内外。

图2 城门山矿田Ⅰ号矿体品位等值线图Fig.2 Chengmenshan Ore fields No.Ⅰ orebody grade contour map

与矿化有关的蚀变有两期：一是花岗闪长斑岩活动期(矽卡岩铜矿成矿期)，主要有矽卡岩化、黄铁矿化、硅化、绢云母化、绿泥石化和泥化等蚀变；二是石英斑岩活动期(斑岩钼铜矿成矿期)，主要有钾长石化、黑云母化、硅化和绢云母化等蚀变(罗建安，2003)。

3 Ⅰ号矿体矿化富集规律及金属分带

城门山矿区Ⅰ号矿体在矿区的中部5线—12线间，为城门山燕山早期晚阶段花岗闪长斑岩主岩体与其围岩接触带，矿石类型集块状硫化物型铜矿化、斑岩型铜矿化和矽卡岩型铜矿化“三位一体”，接触带中部主要表现为斑岩型铜矿化和矽卡岩型铜矿化，而沿走向东西两端则表现为块状硫化物型铜矿化。

3.1 Ⅰ号矿体矿化富集规律

Ⅰ号矿体的主元素以铜为主，伴有铅、锌、银等元素，据城门山矿田现有的工作程度及资料分析，就整个ⅠCu矿体而言，成矿元素品位的变化存在一定的规律。

从图2、图3分析来看，Cu品位在9线，J7、J0线明显比其他勘探线要高，矿体中部7～10线间品位较低，但较稳定；矿体两端品位显著增高，且东部又比西部品位要高。铅元素品位主要富集中心位于J4线，品位自中心向周围渐渐变低，北西端变化较快，在J0线附件矿体尖灭，南东端变化较缓，矿体一直延伸至F1断层附近，北东至J16线。锌品位变化与铅大体一致。Ag矿体分布在Ⅰ号矿体两端，东部富集中心在J12线附近，品位达到410.03×10-6；西部富集中心在17线，品位达到173.92×10-6。在倾向上，Ag品位有上富下贫的趋势。而在矿体的东部，铅锌与银在倾向上是渐变关系。

图3 Ⅰ号矿体Cu、Pb、Zn、Ag品位沿走向变化曲线图Fig.3 No.Ⅰ orebody Cu, Pb,Zn, Ag grade change curve along the strike

3.2 元素分带性成因浅析

3.2.1 成矿温度的分带

在岩浆冷凝过程中，成矿元素从岩浆分异出来富集与岩浆期后热液中，在适宜的地质条件下充填交代沉淀成矿，其中成矿温度在地质条件中起了决定的作用。

据南京大学测定的黄铁矿结晶温度结果，城门山铜矿床的成矿温度为：斑岩型矿石为180～350 ℃，众值为220～261 ℃；矽卡岩型矿石为150～380 ℃，众值为217～265 ℃；外接触带块状硫化物型矿石为160～240 ℃，众值为210～215 ℃。这些特征表明，三种类型矿石中黄铁矿结晶温度相近，主要属中温热液阶段。其中矽卡岩型硫化物结晶温度略高，温度间隔大，延续时间长，次为斑岩型矿石。这两种矿化类型成矿温度类似，矿石集中在岩体及岩体与围岩接触带，从高温阶段开始晶出，延续到低温阶段结束。由岩体向外延伸矿化类型则主要为块状硫化物型，块状硫化物结晶温度较低，且延续时间短，矿石集中在岩体外接触带五通组与黄龙组间的岩性差异面，与岩体距离较远，矿石从中温阶段开始晶出，到低温阶段结束。这种现象反映，城门山铜矿床成矿温度是以接触带为中心向外侧由高温逐步降至低温的(罗建安等，2007)。

由此，在燕山成矿期这个含成矿元素的流体，从高于水的临界态高温流体中沉淀金属矿物时，首先在温度较高的主岩体中心沉淀金属氧化物，包括褐铁矿、氧化锰、蓝铜矿、孔雀石等含铁锰铜质的矿石矿物，以及石英等脉石矿物，为斑岩型矿化。其次沉淀有辉钼矿、辉铜矿、斑铜矿、黄铁矿等金属硫化物，以及石榴子石等硅酸盐脉石矿物，主要为斑岩型、矽卡岩型矿化，少量块状硫化物型。再向外侧流动，在减低温度过程中为黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿等金属硫化物，以及白云石、方解石等碳酸盐脉石矿物，主要为块状硫化物型矿化。因此，由于主岩体向外温度不同，沉淀不同的矿石矿物，对成矿元素的不同地段的沉淀聚集有一定影响。

3.2.2 离子势决定了矿床元素分带

从溶解反应动力学来说，低温时，离子键化合物容易溶解，升温以后，变为极性键化合物容易溶解。反过来，从高温条件下降温,首先沉淀离子键氧化物，再降温才沉淀极性键的硫化物。同时金属氧化物的金属氧之间的键性不同，决定它们的不同沉淀次序。金属的这种性质可以简化的表达为离子势，离子势在成矿元素分带性成因上也起了很大的作用。元素的离子势是判别离子的性质和行为的具体数据,公式表示为：π =Z/r(π离子势，Z为离子电荷，r离子半径)。

城门山矿区与成矿密切相关的岩浆岩为燕山期中酸—酸性岩体。城门山矿区斑岩型铜矿床，其外伴生Pb，Zn，Au，Ag矿化。斑岩型矿床与其外围矿床属同一成矿系统。同一成矿流体作用过程，其络合物阳离子电子势为：Mo4+5.88→ Cu2+2.9→ Zn2+2.7→ Pb2+1.67→ Ag+0.79→ Au+0.73。

赵伦山等(1988)指出，根据离子势π大小有如下规律：

(1)π<2.5，为电价低，半径大的碱性元素，在碱性条件下易沉淀，酸性介质中易迁移，主要表现为Pb，Ag，Au元素在中酸性流体中易迁移，从而在离岩体较远的地段沉淀；

(2)π> 8，为电价高，半径小的酸性元素，在碱性条件下易迁移，酸性介质中易沉淀；

(3)π=2.5 ～8为两性元素，在强酸、强碱条件下呈溶解态迁移，在近中性条件下难溶沉淀，随着π的增加，元素在中酸性流体中越易沉淀，表现为Mo最早沉淀在岩体中心，其次为Cu，Zn从中心往外分布较广。

因此，从城门山主岩体向外出现Mo →Cu →Zn →Pb →Ag →Au分带。

3.3 成矿元素的差异性

3.3.1 走向上的差异

Ⅰ号矿体东西两端块状硫化物型Cu-Pb-Zn-Ag矿与Ⅰ号矿体主体部分产出特征、矿石特征类似，属于Ⅰ号矿体沿走向的延伸部分，但东、西两端矿体存在明显差异，南西端Ag-Pb-Zn矿体规模、品位都要小于北东端。

王文斌等(1986)指出，九瑞地区块状硫化物型矿床属海底喷气沉积成因，而后经历了后期不同程度的变质作用、岩浆热液叠加作用的改造。笔者也持相近观点，认为矿床存在两期成矿事件，即海西期海底喷流同生沉积成矿期和燕山期岩浆热液叠加成矿期。在同生沉积阶段五通组上部沉积了一层条带状、纹层状黄铁矿，而后受燕山期成矿作用。因此，认为Ⅰ号矿体两端块状硫化物型矿床厚度首先取决于海底喷气沉积阶段所形成的黄铁矿的厚度。

在下扬子断陷带中，因大体同期的局部垂直构造作用，形成了若干次级的、规模较小的隆起和盆地。含矿热液沿断裂上升到海水-岩石界面，由于其密度高于海水，没有发生沸腾，故含矿热液沿斜坡向下流动，在次级盆地集中，形成厚薄不一的含铜黄铁矿矿床。

同时，区内岩浆岩为燕山期中酸性—酸性浅成、超浅成多次侵入的复式杂岩体，呈钙碱性，是成矿的内因。岩体与矿化在空间上关系密切，成矿年龄和岩体成生时间相近，在微量元素和造岩元素组合上，岩体内Cu，Pb，Zn，Mo，Ag，Co等微量元素含量均高出维氏平均值的若干倍；并且，岩体与和矿体具有一致和共消长的造矿元素组合，这表明，矿床是受杂岩体控制的(罗建安等，2007)。

城门山矿田主岩体总体呈环状，主岩体外围呈帚状侵入到金鸡窝和城门坝矿段，符合涡漩成矿作用模式(陆德复，1997)。根据岩体总体特征，推测主岩体上升侵入时发生涡漩运动，岩浆中一部分含矿热液随之被甩到外围地层中，并且受到五通组和黄龙组差异面阻隔，使得外围单个剖面上为岩枝状，整体上看形成帚状。因此，造成了东段均有花岗闪长斑岩岩体浅层平缓侵入，大部分岩体侵入部位位于茅口组地层中，少数岩体呈透镜状产于栖霞组地层和含铜黄铁矿矿层中。而使得西段只有17线、23线有岩体产于茅口组地层中，产出范围规模都远小于金鸡窝矿段。因此，造成了矿液来源的差别，也造就了东矿段与西矿段这两个东西段矿床品位的差异。

3.3.2 倾向上的差异

成矿元素在垂向上的差异，推测是由于上部Ag-Pb-Zn矿体与下部Cu-Pb-Zn矿体在后期成矿作用上的区别造成的。

上部Ag-Pb-Zn矿体在空间分布与Fe-Mn含矿体密切共生，Ag-Pb-Zn矿体与Fe-Mn矿体的产状基本一致，有时未交代完Fe-Mn矿体而位于Fe-Mn矿体内，有时Ag-Pb-Zn矿体直接叠加在Fe-Mn含矿体上，有时又超出Fe-Mn矿体的范围。很明显，矿体受到Fe-Mn含矿层及其附近的层间破碎带的控制，形成层控叠生型Ag-Pb-Zn矿床。并且，在含矿热液活动晚期，由于大气水的加入，经过淋滤作用，使得早先形成的Ag-Pb-Zn矿床被冲刷，大气降水带着成矿元素沿黄龙组层间破碎带往下流并沉积，因为大气水淋滤作用对Ag元素影响较弱，Ag元素最终在-500 m以上沉积。

而地表水顺着黄龙组破碎带地表出口向下淋滤，以硫化物形式存在的上部Cu-Pb-Zn矿体遇到地表水，发生氧化反应，金属元素变成离子形式随着溶液向下迁移，在下部较平缓地段中发生还原反应并富集，与下部早先形成的硫化物型矿体一起构成厚度较大的块状硫化物型矿体。在这个氧化还原反应中，Cu元素比银元素更活泼，因此Cu元素主要在-500 m以下富集。

3.3.3 厚度和品位差异成因

Ⅰ号矿体及其顶底板地层都发生褶皱，问题在褶皱与这种差异有无关系，就得讨论成矿与褶皱的时代关系。

志留系地层到三叠系大冶组地层发生了褶皱，形成连续的小型背斜和向斜，且地层总体向北西发生倾斜，并形成次级褶皱。在三叠系中统地层形成后，经历了强烈的构造运动，使得地层发生褶皱。根据区域资料和地层年代，这次构造运动应该为印支运动。之后发生的燕山运动，使印支运动形成的褶皱复杂化；同时伴随有城门山主岩体及分支岩体侵入，块状硫化物型矿床就是在这次运动中改造形成。

因此，在时间上，是先形成褶皱，后形成了Ⅰ号矿体。说明了褶皱对Ⅰ号矿体有较大的影响。具体表现在：首先，褶皱使得黄龙组与五通组地层之间的不整合接触带的和先沉积的黄铁矿更加破碎，并且在褶皱背斜转折端表现的尤为突出，形成的破碎地层更易于矿液的充填和交代，而转折端往往矿层厚度较大；其次，褶皱使得地层倾角发生很大的变化，从90°到0°不等，在地层倾角大的地段，不利于矿液的停留，也就不利于成矿，因此这也是成矿元素厚度和品位在矿体倾向上的差异的重要因素。

4 找矿方向分析

(1)根据成矿作用的异同点，Ⅰ号矿体西段与东段拥有相同的同生沉积作用，同样形成厚度较大的早期黄铁矿体，但受断裂和岩体的差异作用，东段黄铁矿体中成矿元素含量高，西段黄铁矿体中成矿元素含量低，并因此矿体往西延伸均要比东段延伸的要短。

(2)Ⅰ号矿体沿东、西端延伸，其赋存位置同是在五通组与黄龙组层间不整合面及接触带上，其上下层均有褶皱现象，根据现有的差异，推测两者构造运动的强弱有差异，褶皱程度东段高而西段低。

(3)根据成矿温度以及金属元素的成矿分带性，Ⅰ号矿体在东段、西段均有找矿的前景，但在东段要优于西段。

曹钟清,田邦生,章平.2006.九瑞地区铜矿资源预测与勘查[J].东华理工学院学报，29(增刊):38-44.

陆德复.1997.涡旋成矿作用[J].地质科学,32(3):364-374.

罗建安.2003.城门山铜矿地质特征以及成因分析[J].采矿技术,3(3):55-57.

罗建安,杨国才.2007.江西城门山铜矿地质特征及矿床成因[J].矿产与地质,21(3):284-288.

王文斌,季绍新,刑文臣，等.1986.江西九瑞地区含铜黄铁矿型矿床的地质特征及成因[J].中国地质科学院南京地质矿产研究所所刊,2(7):26-41

赵伦山,张本仁.1988.地球化学[M].北京:地质出版社:66-67.

MineralizationEnrichmentRegularityandProspectingDirectionofNo.ⅠCopperBodyofChengmenshanCopperDepositinNorthernJiangxiProvince

LI Xu-hui, GAO Ren, FU Bin, ZHONG Hao

(Northwest Jiangxi Geology Team，Jiangxi Bureau of Geology and Mineral Resources，Jiujiang，JX 332000, China)

The Chengmenshan copper mine is the famous large copper mine in our country. Summarize and study the metallogenic geological conditions, geological characteristics, mineralization enrichment regularity and metal zonality about No.Ⅰ ore body which is one of the main ore body. To analysis that the periphery of mine still has good prospecting space.

Chengmenshan copper mine;No.Ⅰore body;Mineralization erichment rgularity; metal element zonality

2013-12-02

国土资源部矿产资源补偿费矿产勘查项目“江西省九江县城门山铜矿边缘铜银矿普查”

李旭辉(1963—)，高级工程师，主要从事矿产勘查及研究工作。E-mail：jjsm28@163.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2014.04.004

P618.41

A

1674-3504(2014)04-0373-06