论“深地”找矿攻略

2018-12-04 09:11:12杨明桂余忠珍唐维新徐梅桂
上海国土资源 2018年4期
关键词:矿田斑岩矿床

杨明桂,余忠珍,唐维新,徐梅桂

(江西省地质矿产勘查开发局,江西·南昌 330002)

进入新时代,地矿工作面临着新的形势。江西地矿局近期在从事“华夏成矿省华南洋—滨太平洋构造演化与成矿作用”研究过程中,在总结区域地质成矿规律的基础上,就地矿工作的绿色发展、创新发展进行了研究分析。一是,区内金属非金属矿产资源丰富,宜按“抓大、抓富、抓优;弃小、弃贫、弃劣”原则,进行绿色矿业开发;二是,区内经长期调查研究主要矿集区即找矿远景区已趋明朗,要精准部署,把找矿重点放到远景区上来,重点实施绿色勘查;三是,区内主要内生矿产已进入半隐伏、隐伏矿床找矿阶段,迫切需要更加有力有效的深部找矿科学技术支撑。基于以上认识,联系区内大量重要矿集区、矿田研究成果和长期找矿勘查研究实践积累的经验和认识,总结提出了内生矿床矿集区、矿田以精细化地质调查研究为主旨,以构造解析“四步”流程,四维时空“五要素”研究和“三多”普适性模式为主要内容的“深地”找矿攻略,与同行们探讨。

1 精细地质调查与构造解析

我国进入“第二空间”找矿时期以来,大量实例说明,在精细化地质调查的基础上,地物化信息研究一体化,是深部找矿预测成功之本。区内部分矿集区进行的立体填图试点,已初见成效,取得了初步经验,但就内生金属矿集区而言,这方面工作需要从总体上加以提高。进一步把地质工作精细化抓实抓牢。其中对一些地质构造与成矿条件复杂的矿集区,1/5万区调或矿调已不能满足需求,需要进行1/2.5万~1/1万精细的立体地质填图。

同时实践表明,矿田(床)构造—成矿调查研究的精细化要建立在扎实的构造形迹、构造序次、构造型式、构造复合构造解析的(李四光,1973)“四步”流程工作之上,才能有效地指导深部找矿预测,也是打造我国矿田(床)构造研究世界优势之途。

1.1 构造形迹研究

区内控矿构造形迹种类繁多。有断裂(包括深大断裂、裂隙带)、韧性剪切带、挤压带、褶皱、隐爆构造、火山构造等等。查明构造形迹力学性质、运动学特征、变形特征以及规模、时期、发展过程等等,是进行矿田(床)构造—成矿解析的先行步骤。

1.1.1 多期多型构造形迹控矿研究

此次重点研究的德兴矿集区是多期次多型构造形迹精细研究的一个实例。这个著名的矿集区, 发现于上世纪五十年代,经多次勘查研究,迄今构造与成矿作用认识不一,该区的铜厂、银山、金山3个超大型矿田(中国矿产地质志·江西卷,2015),是多期多源成矿还是一个成矿系统都存在认识分歧。在已有研究工作的基础上,通过此次再研究,德兴矿集区产于晋宁期蛇绿混杂岩片中,是一个多期、多因、多型、多矿种的矿集区。铜厂矿田导岩导矿构造为燕山早期(172±Ma)德兴断裂带北支的逆冲推覆深断裂带,形成三星连珠式斑岩铜(钼金)矿田(图1)。银山矿田导岩导矿构造,也是德兴断裂前北支活动于燕山晚期(138Ma),由加里东期片理背形褶皱与新华夏系断裂系统,火山口,隐爆岩筒构造复合控制。形成以脉状、斑岩型为主体的铜金银铅锌矿床;金山矿田为产于赣东北断裂带南支加里东期逆冲推覆韧性剪切带中的糜棱超糜棱蚀变岩型金矿床,晋宁期形成矿胚,加里东期形成矿床,燕山早期受到铜厂矿田斑岩侵入热解改造。区内动力变质型金矿床除金山式外还有加里东期韧脆性走滑剪切带中形成的蛤蟆石式石英脉金矿床和形成于叠加在加里东期韧脆性剪切带中的燕山晚期挤压破碎带蚀变岩型(鸡公尖式)金矿床,后二者均以小型金矿床为主。

图1 德兴矿集区晋宁—加里东期动力变质热液金矿床与燕山早期斑岩铜矿床成矿模式图Fig.1 Ore-forming model of Jining-Canadonian dynamometamorphic hydrothermal Au deposit and Early Yanshanian porphyry copper deposit of Dexing ore concentration district

1.1.2 剪切裂隙带控矿构造研究

南岭地区剪切裂隙带型含钨锡石英脉数以万计,优势矿脉主要为东西、北西西、北东东向3组成带成矿展布,堪称世界地质上一大奇观。矿脉平直深长,呈规律状大致等距成组展布。具明显的剪切裂隙带特征。由于成矿裂隙位移不明显,历经破裂—矿质充填扩容—滑落,以致对其性质存有不同认识。曾运用“岩组分析”方法研究,未获结果。通过西华山钨矿床产于成矿花岗岩株中的羽脉研究,才判定东西向含矿裂隙带为北东向左行挤压走滑断裂带共伴生的左行剪张性裂隙带;北西西向含矿裂隙带为与北东东向含矿裂隙带,为北北东向左行挤压走滑断裂带共伴生的左行张剪性和右行剪张性裂隙带(杨明桂等,1981)。此后在大量脉状钨矿床中得到证实。

剪切裂隙在高温热液充填扩容阶段,表现为横向开裂拉张;黑钨矿垂直脉型生长,偶见矿脉黑钨矿斜向生长,指示在矿液充填过程中北东东向裂隙仍有微弱右行剪切,北西西、东西向裂隙兼有微弱左行剪切。

1.1.3 低角度推滑覆断裂带研究

自上世纪末期以来,我国低角度断裂研究取得了很大成绩与进步,研究发现,由于坳陷带由沉积盖层组成,具层状结构地质体,固结程度相对较低,推覆与滑覆低角度断裂尤为发育。区内燕山晚期广泛发育的隆滑构造,“隆升、坳滑”现象十分常见。这些低角度断裂带,一是控矿,二是破矿,三是覆矿。一个时期以来,福建等省在推滑覆体下找煤,已见成效。这种经验可以推广到寻找其他矿产。

1.2 构造序次研究

辨别构造序次是地质力学的一个重要研究步骤,其含义是在同一地块、同一方式的动力作用下, 当边界条件发生变化时,各项结构面的性质与排列方式必然有所不同。这种现象在区域与矿田构造解析中屡见不鲜。在实际工作中往往由于序次不明,造成构造环境的误判。

1.2.1 隆(背斜)滑构造序次转变

区内隆滑构造发育,燕山期随隆、坳构造分异, 隆滑构造尤为常见。如武功山隆起清晰地显示出燕山早期挤压隆起—燕山晚期脱顶—后缘拉张—中部叠瓦—前缘逆冲推覆与九岭南缘逆冲推覆体前缘在萍乐坳陷中部对冲的多序次转变过程(图2)。导致萍乡—乐平坳陷煤层的滑褶与多层次叠覆,并使七宝山等燕山早期形成的矿床褶被错断成为“无根”矿床(黄雷等,2017)。背斜穹隆构造也有类似的隆滑次序转变机制。以德安县彭山矿田为例。矿田构造燕山早期为瑞昌帚状褶皱带中的一个近南北向S短轴背斜。彭山隐伏花岗岩株沿短轴背斜核部侵入、顶托形成彭山南北向卵状穹隆。随穹隆上隆引发第二构造序次的环状层间滑脱,构成穹隆控制矿田,不同岩层与层滑作用复合控制似层状矿床的锡、铅锌(银)、锑(金)、萤石、重晶石环状成矿分带(中国矿产地质志·江西卷,2015)。

图2 武功山燕山期隆滑构造序次转换模式图Fig.2 Transformation model of Yanshanian uplift and strike-slip structural sequence Wugong Mountain

1.2.2 拼贴构造的序次转变

这类构造是地质体在拼贴过程中由于推进速度与幅度不均衡引发的构造序次转换,如东南加里东造山带前缘的武功山东西向逆冲推覆褶断带,由于武功山地区向北突进,引发褶皱带出现局部扭动在其东部的新余铁矿田形成了叠加于神山东西向饼状倒转复背斜之上的北北西向同斜褶皱,使矿田构造复杂化。

另一种情况是当地质体拼贴过程中由于差异推进效应,出现弧形褶皱,如湘中祁阳弧、赣中吉水弧以及万洋山—诸广山帚状弧形褶皱带。

1.2.3 走滑断裂带的序次转变

这种序次转变尤为多见,如从所周知的走滑断裂带派生的“入字型”羽裂、褶皱带、反S状褶皱群,会昌、九江等旋卷构造。加里东期武夷褶皱带,在宁化—南平北东东向左行走滑断裂带旁侧,形成一个大型由弧形褶曲组成的北东向背形重褶带。

1.2.4 岩浆热液裂隙充填脉状矿床的构造序次转变

以赣南脉状钨矿床为例,成矿环境经历了:地壳挤压扭动造浆、岩石剪切破裂寅花岗岩上侵底辟扩容、地壳热帐→成矿流体沿裂隙充填扩容→成矿流体耗散、岩浆热效应衰减、地壳开始松弛,剪切裂隙由扩容引张转化为正断层滑脱,形成脉幅较大的破碎带型钨多金属矿脉,如崇义县牛角窝钨矿床。成矿裂隙性质这种复杂转变过程,往往引起对其性质的不同认识。其中,往往误把矿脉追踪或扩容引张、脉壁后期滑脱产生的擦痕当作张性裂隙的依据。

1.3 构造型式的厘定

构造型式厘定的目的在于掌控矿田(床)构造—成矿具有成生联系的整体结构。

区内构造—成矿研究表明,区域构造体系是矿集区、矿田、矿床构造型式的基因或上层建筑。燕山期时新华夏构造体系与扬子反S构造体系是区域控矿主导性构造体系,而且一脉相承衍生出矿集区、矿田、矿床构造型式。揭示了体系与型式“以大控小、以小见大、大小一体”的因果关系。

1.3.1 新华夏构造体系的矿田(床)构造型式

新华夏构造体系包括北北东向的新华夏式和北东向的华夏式“多字型”断裂系统。经历了燕山运动时期的扭动构造和造山后晚白垩世—古近纪的伸展构造以及新近纪以来的弱挤压扭动构造,是区内最常见的控岩控矿、控盆、导热发震的构造型式,可进一步分为3种亚式。

(1)左行挤压走滑型:是区内最重要的矿床矿田、矿集区构造型式。新华夏式的有闽中阳山—马坑—铁山峰铁矿集带、浙东多金属矿集带、狮子山铜多金属矿田、西华山—漂塘钨锡矿田、吴川—四会多金属矿集带、廉江庞西垌—博西—中苏矿集带、石城—寻乌矿产与生态资源带以及华夏式的紫金山铜金多金属矿田。又有新华夏式与华夏式两个断裂系统控制的九岭尖钨铜矿集区、宁都县桃山花岗岩淋积型铀矿田等。石城—寻乌矿产与生态地质资源带,北北东向新华夏系构造经历了由燕山造山晚期扭动控岩控矿,造山后伸展期断陷成盆成矿到新近纪以来弱挤压扭动导热、发震、成景的演变过程,充分反映了新华夏系构造重要的矿产资源环境效应。

(2)逆冲推覆型:也是区内常见的控矿构造型式:其中新华夏式深断裂型的如铅山县永平铜钼(钨)矿田、于都县银坑银金多金属矿田,华夏式逆冲推覆大断裂型的如贵溪市冷水坑银铅锌(金)矿田等。往往具叠瓦型多峰式控岩控矿特征。

(3)新华夏式左行挤压走滑断裂带派生的旋卷式矿田(床)构造,如会昌环形构造、苏州矿田南部帚状构造、九瑞矿集区帚状褶皱带、安庆—贵池矿集区涡轮式旋卷构造等,另有较常见的帚状脉状钨多金属矿床。

1.3.2 扬子反S型构造体系的矿田(床)构造型式

扬子反S型构造体系的不同段落矿田(床)构造型式有所不同。

北东向段落,包括淮阳弧东翼,其矿田(床)构造型式类似于新华夏式多字型,如庐枞、宁芜铁矿集区和华夏式逆冲推覆多峰式,如德兴铜厂铜矿田。

中段近东西、北东东向,以逆冲推覆断裂带为特征,如七宝山,朱溪矿集带。

南段:以南南西向与近南北向褶皱断裂控矿为特征,以湘中、粤西、桂东地区比较特征。如黄沙坪式铅锌钨锡矿床,东坡钨锡铋矿田。怀集多罗山钨(钼)矿床,香花岭铅锌铍矿床等。

1.4 构造复合控矿破矿研究

不同期次、不同体系、不同形迹构造复合(叠加)作用构成了复杂的控矿或破矿构造。

燕山期前造山带以多期次褶皱复合控矿为特征。新余沉积变质铁矿田的“红绸舞式”叠加褶皱为其典型一例,燕山期大规模岩浆成矿作用复合控矿现象多彩纷呈。

在区域尺度上古华南洋构造域与滨太平洋构造域复合构成了华夏成矿省的构造—成矿格局;扬子反S型构造体系北段与新华夏系郯庐断裂集群复合,奠定了下扬子成矿区的构造—成矿格局;一个显著特点是使一系列反S型构造成矿带成矿分段富集。扬子反S构造体系钦杭结合带南段及新华夏系的诸广—云开、雩山—九连山3条北北东或近南北向构造带与南岭东西向构造带复合,形成了南岭成矿区构造—成矿格局。

在矿田(床)尺度上,构造复合控矿与破矿构造同样是以滨太平洋构造域新华夏构造体系为主导与扬子反S构造体系,南岭东西向构造带复合的结果。其次有南北向构造带与右江北西向构造带的复合作用。

扬子反S构造体系弧形的长江中下游成矿带下游成矿亚带与新华夏系复合以重接式斜接为主。而长江中游成矿亚带控矿构造有一个构造序次转换与构造复合过程,燕山期在新华夏动力体系作用下,郯庐断裂带西盘的大别地块,长距离向南南西方向移动,前缘沿北西向的襄广断裂带逆冲推覆,这时九宫山凸起与鄂东南坳陷褶皱后,因隆、坳间出现重力势,鄂东南复向斜发生第二序次的向北滑脱,前缘与大别地块前缘在长江沿岸一带“对冲”, 形成强烈的北西向褶断挤压带,导致上地幔、下地壳挤压熔融造浆,继而在北北东向的麻(城)团(风)、九江—德安断裂带左行走滑复合作用下,稍早形成的沿江北西西向挤压型褶断带,这时转化为导岩导矿的鄂州—九江超壳张裂带。在鄂东南形成鄂州、铁山、金山店、殷祖等一串北西西向呈排骨状展布的成矿岩体与铁铜金矿田、矿床。

在南岭成矿区,则以新华夏与南岭东西向构造带复合控矿为特征。如崇(义)、(大)余、(上)犹钨锡矿集区、龙南县足洞重稀土矿床。在钦杭南段成矿带与新华夏系构造带重接,而与南岭东西向构造带反接复合、控矿,如:湘南钨锡多金属矿集区,富贺钟钨锡多金属矿集区等。区内新华夏断裂体系与火山构造复合控矿现象,十分多见。如相山火山岩型铀矿田。由新华夏系北北东向左行走滑断裂带及相伴的北北西向左行走滑断裂带与火山盆地环形断裂带复合控制成矿潜花岗斑岩与隐爆岩筒,由断裂带的低序次裂隙带形成鱼群状铀矿脉。

构造破矿现象在坳陷带中比较常见,如扬子反S构造体系钦杭结合带萍乡—丰城坳陷燕山早期逆冲推覆深断裂事控岩控矿,燕山晚期该构造带发生“北推南滑”式对冲破矿,形成由志木山、五宝山、七宝山一串“无根”矿床组成的七宝山铅锌钴钼矿集带,但于燕山晚期在对冲构造带又新形成了微细金矿床与锑矿化(黄雷等,2017)。又如银坑银金铅锌矿田,燕山早期由新华夏系逆冲推覆断裂带导岩导矿,被燕山晚期新华夏系武夷隆滑构造前缘逆冲推覆构造破矿,成为准原地矿田。

2 矿田(床)四维时空结构研究

上世纪六十年代江西省地质局科学研究所、909、908队与中南地质研究所通过西华山—漂塘石英脉型钨矿田研究,总结的钨矿床“等距、等深、侧列、侧伏、分带”四维时空研究“五种结构式”,经几十年来在实践中检验,对于岩浆热液矿床找矿预测具有普遍意义。

2.1 等距性

矿床、矿体的大致等距分布,受控于构造变形的大致等距特征。最早发现于西华山—漂塘钨锡矿田,该矿田在北北东向残留背斜、断裂带与东西向带复合制约下形成的西华山—漂塘半隐伏成矿花岗岩基“成田”,其一串大致等距的隐伏花岗岩株“成床”(图3)。

图3 大余县西华山—漂塘矿带纵向地质剖面略图Fig.3 Longitudinal geological pro file of Xihuashan- Piaotang ore-belt in Dayu County, Jiangxi

该矿田中木梓园隐伏钨矿床就是运用地表线脉+细脉+少数薄脉组成的标志带,结合等距性缺位预测,进行验证发现的。稍后谭忠福等运用这一等距规律,在豫西发现了大型的南泥湖钨矿床。迄今矿床(体)大致等距规律已多地可见。如铜陵铜矿集区(图4),九瑞铜矿集区的矿田(床)分布、鄂东南铁铜金矿集区排骨状矿田(床)的分布以及铜厂铜矿田的三星连珠式矿床分布都呈现大致的等距性。至于矿体、矿脉、矿组等大致等距分布更是多见。

2.2 等深性

矿床空间分布等深性首次发现于西华山—漂塘矿田(见图3)。此次研究发现九岭尖钨钼矿田也呈现相同特征。这种现象发生于倾斜状的隐伏、半隐伏成矿花岗岩基,形成一串作倾斜状不等深排列的成矿花岗岩株。由于矿床就位受大致相同的温压条件约束,出现了不等深的成矿岩株和大致等深分布的矿床。导致矿床由内接触带型寅内外接触带型→近外接触带型→远外接触带型变化(图5)。

图4 铜陵地区构造—岩浆岩—矿产分带格架图Fig.4 Network of structure-magmatite-mineral zoning

图5 九岭尖矿集区“体中体”冶燕山晚期花岗岩钨铜钼矿床成矿模式图Fig.5 Ore-forming model of late Yanshannian granitic W-Cu-Mu deposit in the "ore-body in ore-body" of Jiulingjian ore concentration district

2.3 侧列性

走滑断裂带与剪切带普遍呈侧列状结构,受其控制的矿床(体)也常呈侧列分布。

侧列现象在平面上分为右型侧列与左型侧列,采矿人沿走向追索矿体时,运用左手(右型)定律与右手(左型)定律。在剖面上分为前侧与后侧,热液型矿脉,成矿流体由下而上充填,矿脉以后侧居多。裂隙性质由剪张性到张剪性、侧列角、由小到大。由侧列变为斜列(雁列式)。矿脉往往由一系列侧列分布小脉体组成,矿床可由若干侧列分布的脉组组成,如木梓园钨矿床(图6),逆冲推覆型导岩导矿构造,矿床在剖面上往往呈多峰状侧展布,如冷水坑银铅锌矿田。

德兴市铜矿斑岩铜矿田,前已述及受逆冲推覆深断裂带控制,形成大致等距的三星连珠式斑岩铜矿床。在剖面上呈叠瓦状侧列分布,并总体向北西西方向倾斜。根据等距、侧列规律,在矿田北西西方向布置物化探工作并进行钻探验证,发现了燕山早期的含金I型花岗闪长斑岩墙,但由于深度较大,是否存在成矿斑岩株,未能查明。

2.4 侧伏性

侧伏性是矿田(床)四维时空研究的重要一维。

长江中游(鄂赣)成矿亚带成矿作用具有明显侧伏特征,燕山成矿期时鄂东南矿集区矿床就位较高,主要产于二叠系—下三叠统中,九瑞矿集区矿床就位较低,主要产于上石炭统—三叠系中,成矿后鄂东南矿集区地壳抬升幅度大于九瑞矿集区。整个成矿亚带剥蚀程度西强东弱,鄂东南矿集区以中度剥蚀为主,成矿岩体呈小型岩基、大型岩株为主体,小型岩株围绕大岩体分布。九瑞矿集区则以弱剥蚀,主要成矿岩体为小岩株。造成成矿亚带总体由北西西都向南东东部侧伏(图7)。

图6 木梓园矿区矿化标志带排列组合形式Fig.6 Composite pattern of mineralization indicator horizon in Muziyuan ore district

图7 大冶铜绿山—九江城门山燕山期中酸性侵入体形态与侧伏简略剖面图Fig.7 Simpoli fied pro file of morphological (shape) and Yanshanian meso-acidic intrusive in tonglvshan, Daye- Chengminshan, Jiujiang

湘东北万古金矿床运用矿床侧伏规律,取得了由小矿变大矿的成果,该蚀变岩型金矿床产于冷家溪群北西西向层间挤压破碎带中,矿体向南东东方向倾伏,深度远大于长度,在上白垩统红层之下,-1200m标高还揭露到多条厚度较大的金矿体。

脉状矿床的侧伏与成矿岩株呈现规律性空间配置关系,一是外带矿脉向隐伏成矿岩株侧伏;二是,内带矿脉随岩株侧伏方向侧伏,如西华山钨矿床;三是,当成矿岩株产状近于直立时,外带矿脉呈扇状展布,如黄沙钨矿床。当隐伏成矿岩体产状歪斜时,外带矿脉呈半扇状,如盘古山钨矿床;或呈斜拉式,如徐山钨矿床。

2.5 分带性

矿床成矿分带性是普遍现象,运用矿床分带性找矿古已有之。包括矿床脉动成矿分带和矿床沉淀分带两类。

湘东北万古金矿床运用矿床侧伏规律,取得了由小矿变大矿的成果,该蚀变岩型金矿床产于冷家溪群北西西向层间挤压破碎带中,矿体向南东东方向倾伏,深度远大于长度,在上白垩统红层之下,-1200m标高还揭露到多条厚度较大的金矿体。

脉状矿床的侧伏与成矿岩株呈现规律性空间配置关系,一是外带矿脉向隐伏成矿岩株侧伏;二是,内带矿脉随岩株侧伏方向侧伏,如西华山钨矿床;三是,当成矿岩株产状近于直立时,外带矿脉呈扇状展布,如黄沙钨矿床。当隐伏成矿岩体产状歪斜时,外带矿脉呈半扇状,如盘古山钨矿床;或呈斜拉式,如徐山钨矿床。

2.5.1 矿床脉动成矿分带

是岩浆热液矿床多次脉动充填交代成矿的普遍现象,大部分矿床由早阶段到晚阶段,由气成高温热液到中低热液,形成自下而上的成矿垂直分带,即顺向分带。而华南大部分石英脉型钨锡矿床,由于早阶段钨锡氧化物气成高温成矿流体先行占据了成矿裂隙上部,后来的晚阶段中温多金属硫化物成矿流体,就位于矿脉中下部,形成逆向分带。大余县漂塘石英脉型钨锡矿床,情况有所不同。矿床具有氧化物、硫化物两个重要成矿期七个脉动成矿阶段。但各脉动成矿阶段的成矿空间不断发生迁移,不完全重合,出现了顺向与逆向垂直成矿分带并存的局面。

2.5.2 矿床沉淀成矿分带

区内矿床沉淀成矿分带的典型实例很多,如德安县彭山隐伏花岗岩株与穹隆构造形成的锡—铅锌(银)—锑—萤石重晶石环形分带。德兴市银山矿田受背形构造与隐爆英安玢岩筒控制形成的铜金—铅锌银,横峰县灵山矿田,在松树岗钨锡矿化带下发现了世界级蚀变花岗岩型钽铌矿床,利用这种分带规律都在找矿勘查中起到了重要指导作用。近期区内利用矿床沉淀分带找矿取得了一系列突破。湘南黄沙坪铅锌多金属矿体下部发现了大型钨钼矿体;相山铀矿田于铀矿床深部发现铅锌铜矿(化)体;上银铅锌下铜多金属矿床有湘中水口山以及九江县城门山金鸡窝矿段;后者在银铅锌矿体之下打到了具大型规模的铜铅锌矿体(图 8)。

3 普适性"三多"矿床模式

上世纪六十年代在南岭发现了“五层楼式”石英脉型钨矿床。七十年代在长江中下游先后由陈毓川等建立了玢岩铁矿成矿模式(图9)和江西地质科学研究所建立的与斑岩有关的“三位一体”“多位一体”铜矿床模式。陈毓川、朱裕生出版了《中国矿床成矿模式》一书(1993),毛景文、张作衡、裴荣富主编了《中国矿床模型概论》(2010),迄今已涌现出了大量不同类型的矿床模式。对找矿预测起到了重要指导作用。此次研究结合区内找矿实践取得的经验,从中提取出了普遍适应的“多位一体、多层楼、多台阶”的“三多”矿床模式,对于金属矿找矿预测具有广泛地实用意义。

图8 城门山矿区2线(金鸡窝)剖面图Fig.8 Pro file of No.2 line(Jinjiwo) of Chengminshan ore district

图9 宁芜矿集区成矿模型Fig.9 Ore-forming model of Ning-Wuhu ore concentration district

3.1 “多位一体”矿床模式

3.1.1“多位一体”斑岩铜矿床模式

1974 年江西地质科学研究所与赣西北地质大队合作,以城门山铜矿田为原型,建立了与I型中酸性斑岩有关的接触交代型,似层状、斑岩型“三位一体”铜矿床模式。江西地质科学研究所通过江西全省铜矿地质研究,1977年,在“三位一体”铜矿床模式的基础上建立了具有较广普适性的与斑岩有关的“多位一体”铜矿床模式(图10)。该模式以燕山期壳幔同熔I型斑岩为成矿主因,有利地层为形成似层状矿体的重要条件。对此地质界出现不同的认识。认为江西北部产于上石炭统黄龙组或藕塘底组中的似层状铜矿体为海相火山成因的“黄矿”。但由于这一时期火山活动很微弱,与成铜关系不明显。后来转变为海底热水喷流沉积成因。并争议至今。研究表明华夏成矿省岩浆作用形成的接触交代型或热液型似层状矿床,有利赋矿层位有扬子区下震旦统陡山沱组、南华区上寒武统浅变质碎屑岩中的碳酸盐岩夹层等,但主要为晚古生代、自钦州湾方向向北东方向的海进序列形成的碎屑岩与碳酸盐岩沉积相交替层位。自南西而北东赋矿层位由中上泥盆系(如大宝山式、玉水式、七宝山式)→下石炭统(宁都青塘式)→上石炭统递变。最有利的构造—岩性组合为钙硅面垣平行不整合面(或层滑面),其中最有利的岩层为碳酸盐岩薄层、夹层。这种似层状矿体海底热水喷流沉积成矿说的不利依据主要有:

图10 与 I 型斑岩有关的“多位一体”铜矿床模式图Fig.10 Metallogenetic model of "the polygene composite" Cu deposit related to the I type porphyry

(1)赋矿地层上石炭统黄龙组、藕塘底组、经畲组,主要为浅海、潮坪沉积,且往往形成于区域平行不整合或角度不整合面上。显然不具备大规模海底热水喷流沉积的条件。如九瑞矿集区浅海相的黄龙组碳酸盐岩沉积于上泥盆统—下石炭统五通群砂岩平行不整合面之上,其间缺失下石炭统梓山组沉积。五通群砂岩中有含铜黄铁矿化,平行不整合面与黄龙组为主要似层状含铜黄铁矿矿体所充填交代。如此缺失沉积的环境和不整合面如何能够发生海底热水喷流沉积呢?而且矿体中经详细研究,除有少量沉积黄铁矿外,迄今并未发现黄铜矿沉积。又如朱溪钨铜矿床,黄龙组底部有数十厘米厚的石英砾岩层,直接沉积于新元古界万年群变质岩角度不整合面上,矿床浅部黄龙组中形成似层状热液型铜矿体,深部在燕山期隐伏成矿花岗岩株接触带形成接触交代型巨厚钨铜矿体,且经观察铜矿化较晚于白钨矿化,而且由于不整合面经受错动,万年群变质岩也有弱的钨铜矿化。

(2)大量矿床勘查表明,上述似层状矿体在成矿岩体外接触带成矿大都由高中温热液向中低温热液作顺向沉淀分带,前述城门山金鸡窝矿段上银铅锌下铜铅锌就是一个实例。以成矿岩体为中心的成矿半径均一般2km以内,以1km左右居多。远离成矿岩体经多次多处钻孔验证,不但未见铜矿体,连黄铁矿也不多见。

这种与斑岩有关的多位一体矿床模式与长江中下游成矿带中浅成I型中酸性岩体的广义矽卡岩型“三位一体”铁铜矿床模式成矿特征有相似之处。主要差别是后者缺少斑岩型、隐爆岩筒型矿床(体)。

3.1.2 “多位一体”矿床模式的普适性

地区勘查表明,不但斑岩铜矿具多位一体组合特征,玢岩铁矿模式也是多位一体矿床模式大家庭中最经典的一员。杨明桂等(2010)建立了华南钨矿床的多位一体模式(图11),前已述及大湖塘钨钼矿床具有蚀变花岗岩型、石英脉型、隐爆岩筒型、斑岩墙型等“五位一体”成矿特征;粤北大宝山式斑岩型与似层状矿体组成的钼铁铜铅锌钨矿床;冷水坑银铅锌矿田具有斑岩型、似层状、脉型三位一体成矿特征;横峰县灵山松树岗钽铌矿田具有蚀变花岗岩型、伟晶岩(墙)型 二位一体成矿特征;相山火山岩型铀矿田具有潜花岗岩亚型、岩熔亚型、隐爆岩筒亚型三位一体成矿特征。这些矿床(田)的多位一体组合规律不但可用以指导找矿预测,而且显示成矿流体丰富,利于形成大型、超大型矿床。

3.1.3“多位一体”矿床模式的找矿实践

以成矿岩体为中心由多种矿床式构成的成矿组合,受构造、围岩成矿作用约束,具有一定的空间配置关系,通过矿床模式的构建,进行矿床、矿体“缺位”预测,已取得了良好的找矿成效。

(1)“以脉找体”

图11 “多位一体”钨矿和“五层楼+地下室楼下楼”钨矿成矿模式图Fig.11 Metallogenetic model of "the polygene composite" W deposit and "Five floors & basement " W deposit

即从浅表矿脉入手追索隐伏成矿岩体内及其周缘矿体,俗称“金线吊葫芦”方法。这方面成功实例很多,如九瑞矿集区邓家山隐伏成矿斑岩株及铜矿床的发现。南岭地区多个石英脉钨矿体下“地下室”式隐伏蚀变花岗岩矿体的发现。石门寺世界级钨矿床和狮尾洞超大型钨矿床,都是在1957年发现中小型的石英脉型黑钨矿体于新世纪以来才发现相伴的巨大蚀变花岗岩型白钨矿床。

(2)“以层找体”

即从浅表似层状矿体入手,追寻隐伏成矿岩体内及其周缘矿体。世界级的朱溪矿床就是由浅部似层状铜矿体追索到深部隐伏成矿花岗岩株接触带的巨厚钨铜矿体。铅山县永平铜矿床,是一个1965年勘查的产于上石炭统潮坪相藕塘底组的大型似层状铜(钨)矿床。有的学者认为是一个典型的海底热水喷流沉积叠改的似层状矽卡岩型铜(钨)矿床,矿床中部的燕山早期十字头背斜花岗岩株是否为成矿岩体,长期存有争议,新世纪以来经进一步勘查,在十字头岩株之下,发现了隐伏隐爆花岗闪长斑岩筒型斑岩钼铜矿体,说明矿床为一个典型的二次成岩成矿的“二位一体”铜钼(钨)矿床。铜陵狮子山矿田也是一个“以层找体”的成功范例,由多层楼矿床发展成为似层状接触交代型、斑岩型“多位一体”铜多金属矿床。

(3)“以体找层”

即从已知的成矿岩体入手,推测其与有利成矿地层的耦合部位追索矿体,这方面的成功实例尚少。瑞昌市武山铜矿床深部黄龙组似层状铜矿体的发现可为一例。前已述及武山北矿带黄龙组似层状矿体,原勘查止于武山花岗闪长斑岩株北接触带,经研究预测在岩株南侧与黄龙组耦合地段可能存在似层状铜矿体,由于武山向斜呈隔档式,地层向深部变缓,经近期钻探验证,打到了似层状铜矿床,扩展了矿床规模,可望成为长江中下游成矿带首个超大型铜矿床。

3.2“ 多层楼”矿床模式

3.2.1 石英脉型钨多层楼式矿床

上世纪六十年代建立的“五层楼式”石英脉型钨矿床,后来定名为“五层楼”模式,开启了矿床垂直结构分带研究的先河,是我国地质工作者的一项创新成果,发展到今天成为普适性“多层楼”矿床模式的主要成员。

五层楼式石英脉型钨矿床,形成于成矿花岗岩株外接触带式或外接触带为主的矿床(图12)。其形成机理是成矿流体向剪切裂隙带充填扩容所致。相应地形成上锡钨铍下铋钼铜铅锌硫化物的逆向矿化分带。研究表明形成于中深环境的南岭组合成矿花岗岩,利于形成“五层楼式”矿床,中浅成的江南组合成矿花岗岩形成石英脉型钨矿床,垂直分带结构较差,而且呈现“五层楼式”完美分带的矿床只是一部分,有的只能分出三带或四带。

图12 石英脉型钨矿床“五层楼”矿床模式Fig.12 Model of "Five floors" of quartz vein type W deposit

3.2.2 多层位成矿形成的“多层楼”式矿床

该类矿床比较常见。如德安县彭山矿田在隐伏成矿花岗岩株外接触带下南华统莲沱组上部中粗粒砂岩中形成似层状浸染型尖峰坡式(锡)—张十八式(铅锌)矿床,在下震旦统陡山沱组中形成似层状矽卡岩型曾家垅式锡矿床,在上震旦统硅质中形成红花尖9矿带似层状网脉型锡矿床,组成3层楼式矿床。又如粤北大宝山矿床,自上而下由上泥盆统天子岭组中泥盆统东岗岭组至中下泥盆统桂头群形成了沉积与岩浆热液共生的8层菱铁矿、黄铁矿、铜铅锌多金属矿体(图13);上高县七宝山铅锌钴矿床形成于中泥盆统棋子桥组—上泥盆统佘田桥组、麻山组及上石炭统黄龙组3个岩组以碳酸盐岩为主的地层中。长江中下游成矿亚带成矿岩体与有利成矿地层耦合多层成矿尤为多见。杜建国等(2015)建立了铜陵矿集区层—体耦合“多层楼”多位一体矿床模式图(图14)。

图13 大宝山各类型矿体产出的相互关系图Fig.13 Related diagram of the occurrence of various type orebody in Dabaoshan

图14 铜陵矿集区层—体耦合“多层楼”“多位一体”矿床模式图Fig.14 Model of integrated coupling "multiple- floor" and "polygene composite" deposits in Tongling ore concentration district

3.3 “多台阶”矿床模式

区内随着中深部矿床勘查的开展,成矿多台阶现象不断发现。2008年杨明桂等首建鄂东南—赣西北成矿亚带层—体耦合蛋糕蜡烛型多台阶成矿模式。2010年又建立了钨矿床的“楼下楼”模式(见图10)。此次,在已有研究基础上,提出了普适性的“多台阶”矿床模式概念。初步研究多台阶成矿地质因素比较复杂。

3.3.1 倒转褶皱形成的多台阶矿床

如新余式沉积变质型铁矿田,神山饼状倒转复背斜,形成上下两个矿床台阶。

3.3.2 接触带层位控制的多台阶矿床

如长江中下游成矿亚带的罗河—小包庄铁矿床在成矿辉长闪长玢岩株外接触带下白垩统砖梓组火山岩形成上、下两个台阶似层状、透镜体状大型铁铜、铁矿床,与“多层楼”矿床的差别是间距很大,间距约1000m左右(图15)。

3.3.3 成矿侵入体构造产状形态控制的多台阶矿床该类多台矿床众多。

(1)矿床尺度的多台阶矿床

成矿岩体波状接触带形成的多台阶矿床。如鄂东南矿集区大冶铁铜矿床的三台阶矿床;宁镇矿集区冶山的3台阶铁矿床(图16);铜绿山铜铁矿床、宁镇矿集区韦岗铁矿床,由捕虏体产状形态形成的二台阶式矿床。鸡冠咀—铜金矿床为燕山晚期成矿闪长岩株与受滑脱平卧背斜褶皱上下两翼的中下三叠统大冶组灰岩耦合接触交代形成上下两个成矿台阶(图17)。

(2)矿集区尺度的多台阶矿床

由于成矿侵入岩体就位标高的不同造成了矿集区矿床空间分布的多台阶性。著名的德兴矿集区铜厂斑岩铜矿田成矿花岗闪长岩小岩株,出露于标高200~400m的低山,而银山矿田、九区潜火山斑岩成矿岩体推测隐伏于约-1400m标高深处,二者就位标高差约1800m左右。

图15 小包庄铁矿床芋纵地质剖面图Fig.15 IIII longitudinal geological pro file of Xiaobaozhuang Te deposit

图16 句容县冶山铁矿床8线地质剖面图Fig.16 No.8 line geological pro file of Yeshan Te deposit, Jurong County

九瑞矿集区:上成矿台阶为武山—城门山台阶,成矿花岗闪长岩小岩株出露标高100~200m左右。而下台阶的邓家山成矿花岗闪长斑岩株出露标高约-300m深处,通江岭铜矿床推测成矿主岩体隐伏标高-1500m深处。

朱溪矿集带:上台阶塔前毛家园、张岭、张家坞弱成矿花岗闪长小岩株出露标高约100~200m,而朱溪世界级钨铜矿成矿花岗岩株,在标高-1600m深处,高差也约在1800m左右。

因之第二台阶是区内近一个时期金属矿床找矿的重要目标空间。

以上“四步流程”、“五个要素”与“三多”模式,可简单概括为“4-5-3 ”“深地”内生矿床找矿框架。有待在找矿实践中不断补充完善。

图17 鸡冠咀—桃花咀铜金矿区026线地质剖面图Fig.17 No.026 line geological pro file of Jiguanju-Taohuaju Cu-Au ore district

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