九瑞矿集区金鸡窝矿区热液型层控式矿床地质特征

毕承彬, 高 任

(江西省地质矿产勘查开发局 赣西北大队,江西 九江 332000)

地质找矿是矿业生产的一个阶段,是一项社会生产实践活动,符合唯物辩证法理论。找矿哲学提出找矿理论对找矿实践具有巨大指导作用,同时,通过不断总结新的找矿实践经验,不断完善与丰富自己,以指导找矿实践快速发展,即实践—认识—再实践的反复循环[1]。

长江中下游成矿带是中国一个重要的Cu-Fe-Au-Mo矿产走廊,从鄂东南沿长江至苏南,长约600 km,经过数十年的工作,已经发现了一批大、中型铜、铁、金矿床。铜矿探明储量占全国的16.17%,铁矿探明储量占全国的5.9%,金矿探明储量占全国的8.7%[2]。矿床类型属于玢岩型矿床、矽卡岩型铁—铜矿床、斑岩型铜矿、热液型铁—铜矿床等多种。其中属主要类型的早白垩世斑岩—矽卡岩型Cu-Fe-Au-Mo矿床主要集中在鄂东南、江西九瑞、安庆—贵池、铜陵和宁镇5个大型矿集区。其中存在一套产于泥盆系五通组砂岩和石炭系黄龙组白云质灰岩层间的层状含铜硫化物矿体,对其成因研究较多[3-11],但仍存在争议。近几年,随着九瑞矿集区金鸡窝矿床深部勘查的开展,在长江中下游成矿带又一个大型层控硫化物型矿床的面纱逐步揭开。基于系统研究长江中下游成矿带各矿床前人的资料,以及近十年在九瑞矿集区野外勘查经历,本文以金鸡窝矿区层控硫化物型矿床为主要对象,详细阐述其控矿地质条件、矿石特征。

1 矿床地质背景

矿区大地构造位置属扬子陆块中的下扬子地块,三级构造单元为长江中下游拗陷带。地处九瑞矿集区中东端。区域上受北西西向(鄂州—九江断裂)及北北东向(赣江断裂)两个方向的深断裂控制,形成北西、北东东及北北东三组浅部断裂切割断块,控制九瑞矿田浅部岩体和矿床的就位。如城门山、武山、彭山等成矿斑岩体均受这几组断裂的联合控制,形成大型铜、铅锌矿床。矿区位于城门山矿田的南东端,属长山—城门湖背斜近倾伏端的北翼。

1.1 矿区地层

矿区内出露地层自南至北、由老而新依次为志留系(属浅海相碎屑岩建造)上统茅山组(S2m),泥盆系(属河湖相砂砾岩建造)上统观山组(D3g),石炭系(属海相碳酸盐岩建造)中统黄龙组(C2h),二叠系(属浅海相碳酸盐岩建造和海陆交互相含煤建造)中统栖霞组(P2q)、中统茅口组(P2m)、上统龙潭组(P3lt)、上统长兴组(P3c),三叠系(浅海相碳酸盐岩及滨海相页岩建造)下统殷坑组(T1y)、青龙组(T1q)及第四系(Q)。

1.2 矿区构造

区内构造格架由北东东及北西两组断裂构成(图1),与成矿有关的主要为北东东向断层(F1、F2)。

F1断层上盘向上逆冲,局部造成五通组与栖霞组地层直接相接,并使上盘五通组及纱帽组的一部分地层沿断层带发生倒转,断层破碎带宽10～60 m不等。它对矿体有破坏,主要在南部矿头的局部地段,并且断层破碎带沿断层倾向发育有规模较大的含铜黄铁矿矿体。F2断层是在成矿晚期及其以后形成,以张性为主,无明显位移,而存在于黄龙组与五通组及黄龙组内部的层间破碎,在矿区范围内被矿体充填。故F2断层是矿区似层状矿体成矿时的重要的运矿和容矿空间(指已被充填的部分),含矿溶液进入F2断层以后,进行充填和交代黄龙灰岩,形成“构控”加“层控”的块状硫化物矿体。

图1 金鸡窝矿区地质略图(a)及区域构造—岩浆岩—矿产略图(b)Fig.1 Simplified geological map(a)and regional geological scheme of structure-magma-deposit in the Jinjiwo mining area(b)1.三叠系下统大冶组;2.二叠系上统长兴组;3.二叠系上统龙潭组;4.二叠系下统茅口组;5.二叠系下统栖霞组;6.石炭系中统黄龙组;7.泥盆系上统五通组;8.志留系上统纱帽组;9.志留系中统罗惹坪组;10.褐铁矿;11.石英斑岩;12.花岗闪长斑岩;13.矽卡岩;14.角砾岩;15.实测断层及编号;16.推测断层及编号;17.实测及推测界线;18.实测及推测不整合界线;19.长山—城门湖背斜。

其他方向主要为北西向断裂,该组断裂在本区主要表现为F13、F14断层,主要发育于矿区的南部F1、F20断层中段,断层性质为平移断层,对F1、F20断层有明显的错动。F1、F20断层在相应部位明显左行斜错,泥盆系地层厚度显著加大。另外,矿区内裂隙构造发育,计有北西西向、北东东向、北北西向、北北东向、北东向等多组,它们平行密集,成组成带出现,每米有数至数十条,最密者达百条以上,为岩体内细脉浸染及矽卡岩中的主要容矿构造。

1.3 矿区侵入岩

矿区内岩浆活动强烈,岩浆岩主要为浅成—超浅成的燕山期中酸性岩体,岩性主要以花岗闪长斑岩、石英斑岩为主,出露面积2.4 km2。岩石类型有:花岗闪长斑岩、二长花岗斑岩、石英长石斑岩、石英斑岩(靡细石英斑岩、晶屑石英斑岩)及隐蔽爆破角砾岩、石英安山玢岩等,在本区以花岗闪长斑岩为主体,它们主要是由深部岩浆结晶分异作用,在构造运动配合下,多次侵入兼具隐蔽爆发作用的结果,其生成时代为燕山早期—燕山晚期,相当于侏罗纪晚世—白垩纪早世[12]。在平面上主要分布在矿区的东西两端，西端呈半圆形，东端呈扇形，东西两端由细小的岩脉相连；在剖面上以75°左右倾角向北西倾斜，侵入于志留系—部分三叠系碎屑岩、碳酸盐岩地层中，在浅部从岩体主干分出岩脉沿围岩破碎带及层间贯入，形成复杂的枝状接触带。接触角砾岩断续发育，局部地段同化混染明显，围岩捕虏体多。岩性变化较大，在靠近矿区西端主岩体位置岩性以硅化为主要特征，向东侵入至碳酸盐岩地层中,则斑晶中黑云母含量逐渐增多，蚀变多以高岭土化为主，并极易发生破碎。

2 矿床控制因素及矿体特征

图2 金鸡窝矿区主要地质剖面对比图(a)及矿区地质平面简图(b)Fig.2 Comparison of major geological profiles(a)and geological map of Jinjiwo mining area(b)1.三叠系—二叠系;2.三叠系下统大冶组;3.二叠系上统长兴组;4.二叠系上统龙潭组;5.二叠系下统茅口组;6.二叠系下统栖霞组;7.石炭系;8.石炭系中统黄龙组;9.泥盆系;10.泥盆系上统五通组;11.志留系;12.志留系上统纱帽组;13.花岗闪长斑岩;14.石英斑岩;15.矽卡岩;16.角砾岩;17.矽卡岩化灰岩;18.硅化灰岩;19.含铜黄铁矿;20.褐铁矿;21.斑岩型铜矿体;22.层控硫化物型矿体;23.矽卡岩型铜矿体;24.斑岩型钼矿体;25.断层及编号。

2.1 成矿控制因素

2.1.1构造因素

北西向构造是基础,它控制着岩浆矿化带沿北西向展布。北北东向构造与北西向及北东东向构造复合结点,控制矿床定位。岩体内密集裂隙带、接触带、层间破碎带、断裂带及五通组含砾石英砂岩与黄龙组碳酸盐岩的假整合面为矿液的运移和储存提供了最佳空间条件,是控制矿体的贮矿构造。围岩(主要为灰岩)与岩体锯齿状接触带,围岩呈岛状、半岛状、枝杈状伸进岩体部位,次级地层褶皱虚脱部位有利于形成厚大矿床。

2.1.2岩浆岩因素

深源浅成的中酸性—酸性岩浆岩是矿床的成矿母岩[13]。在整个城门山矿田空间上,矿带、矿体由岩体为中心,由内向外成矿温度由高到低,金属元素呈现由CuMo—CuFe(Zn)—Cu(S)—PbZnAg(Au)顺向分带现象[14-15];远离岩体矿化强度减弱至消失,表明成矿作用与岩体空间关系密切。

在时间上,花岗闪长斑岩年龄为142～155 Ma,与铜矿体共生的方铅矿为136 Ma,表明成铜期年龄和岩体成生时间相近。

在微量元素和造矿元素组合上,杂岩体内铜、银、铅、锌、钼、金等微量元素均高出维氏平均值若干倍,和矿体具有一致且共消长的造矿元素组合,表明矿床是受杂岩体控制。

2.1.3围岩因素

围岩物理化学性质的差异,不同的岩性组合,在成矿作用方式、矿体产出特征上亦不相同;成矿围岩为碳酸盐岩时,化学性质活泼。有利于矿液交代沉淀成矿,则围绕接触带形成矽卡岩型铜矿。成矿岩体附近存在炭质页岩、白云质灰岩、白云岩、石英砂岩、石英砂砾岩等岩性组合或地层组合中存在岩性物理、化学性质差异较大的界面有利于成矿,并结合围岩中原生的黄铁矿、菱铁矿,常形成规模可观的似层状、块状硫化物型铜矿体。

岩性单一、组合简单和硅铝质岩石不利于成矿。

2.2 矿体特征

金鸡窝矿区已查明的最大矿体为层控硫化物型(含铜黄铁矿)1号矿体,该矿体也是深边部勘查的主要对象。矿体受泥盆系上统五通组含砾石英砂岩、石英砂岩,与石炭系上统黄龙组白云质灰岩、灰岩间的硅钙岩性界面控制,由于岩石物理性质的差别,在区域构造作用下形成层间破碎带,构成容矿空间和减压带,在形成本区层控型含铜黄铁矿体方面,起着较好的物理、化学作用。矿体西段受城门山岩株侵入影响,在岩株产出空间,即矿体倾向上的中段,无明显富集的层控矿体,反而在岩株内浅部偶见透镜状的硫化物矿体;而上部矿头一般又被F1断层所切,在F1断层中形成顺断层产状产出的硫化物矿体。矿体东段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,矿体整体较完整,后期构造破坏影响不大(图2)。

图3 1号矿体各元素品位等值线图Fig.3 Contour map of Cu,Pb,Zn,Ag grade of No.1 orebody

2.3 矿化分带

金鸡窝矿床主要为块状硫化物型矿床特征,矿体的金属矿产元素以铜为主,伴有铅、锌、银等元素,据已有资料分析,金鸡窝矿区按矿种及矿体空间展布特征,具有如下矿化分带。

在走向上:以城门山岩体为起点,自西而东,由三个矿带构成具金属分带特征的块状硫化物型矿床,即Cu→Cu/Pb/Zn→Pb/Zn/Ag。具体表现为:从矿区最西的5号勘探线向东,Cu品位逐步提高,在2线有一个峰值,随后逐渐减弱,而PbZnAg品位逐步提高,在矿区东部12线有一个峰值(图3)。不同元素品位变化发生起伏,但矿体厚度从西至东逐渐变薄,直至16线矿体尖灭。

在倾向上:由地表向下,具有TFe、Cu、Au→Ag、Au、Cu→Ag、Pb、Zn→Cu成矿元素次生分带富集特征(图4)。成矿元素在倾向上的厚度差异受次生褶皱影响,具体表现在:首先在褶皱背向斜轴曲处形成的破碎地层以及虚脱部位更易于矿液的充填交代和矿体的赋存,因此背斜或向斜转折端矿层厚度较大;其次,褶皱使得沉积矿层倾角波动较大,在地层陡直地段,不利于矿液的停留,最终不利于叠加成矿。

根据走向及倾向的矿化富集规律,将层控硫化物型(1号)矿体按照矿石工业类型分为铜硫矿石、铅锌银矿石。

3 矿石矿物成分及结构构造

3.1 矿物成分

对铜硫矿石进行矿物参数自动定量分析(MLA分析),结果显示金属矿物中黄铁矿占了47.19%,黄铜矿占3.15%,其他金属矿物(如赤铁矿、闪锌矿、方铅矿、蓝铜矿、辉铜矿等)含量很低。脉石矿物以碳酸盐矿物为主,包括方解石类(方解石、菱铁矿、菱镁矿、菱锰矿、菱锌矿)和白云石类(白云石、铁白云石、锰白云石),二者含量接近,都在15%左右。其次脉石矿物是石英,含量为8.82%,其他脉石矿物含量相对较少,主要是一些矽卡岩矿物,如石榴子石、透辉石、透闪石等。

图4 1号矿体倾向上(标高)品位变化图Fig.4 Grade change curve of No.1 orebody along the tendency

图5 镜下(光片,单偏光)矿石结构特征Fig.5 Microstructure characteristics of optical sheet in single polarizationa.黄铁矿(Py)和黄铜矿(Cp)主要呈浸染状嵌布于脉石基底中,有小部分的黄铁矿、黄铜矿呈<5 μm的微细粒嵌布,Sp为闪锌矿嵌于黄铜矿粒间;b.局部可见黄铁矿(Py)具裂纹,裂纹被闪锌矿(Sp)及脉石矿物充填;c.常见的矿石结构,闪锌矿(Sp)与蓝辉铜矿(Dg)、辉铜矿(Chc)、斑铜矿(Bn)一起交代黄铁矿(Py),闪锌矿常见包裹微细粒的辉铜矿;d.偶见自然金(Au)与方铅矿(Gn)呈不规则细粒状(一般<15 μm)被黄铁矿(Py)包裹。

图6 矿石特征Fig.6 Ore characteristicsa.方铅矿(Gn)呈星点状、闪锌矿(Sp)呈浸染状嵌布于黄铁矿(Py)以及石英中,黄铁矿呈团块状;b.黄铁矿(Py)、黄铜矿(Cp)呈团块状,脉石为少量石英充填;c.黄铁矿(Py)、黄铜矿(Cp)与脉石(Q)呈角砾状;d.黄铁矿(Py)、黄铜矿(Cp)、方铅矿(Gn)、闪锌矿(Sp)呈浸染状、细脉状、团块状分布在碳酸盐岩(Cc)和石英(Q)上。

3.2 矿石结构

矿石中的铜矿物主要是黄铜矿(化学式CuFeS2),赋存于黄铜矿中的Cu约占总铜的79.17%。其他铜矿物主要是蓝辉铜矿等次生硫化铜矿物。由于黄铜矿单矿物含铜量(理论含Cu 34.63%)较其他矿物低很多(如蓝辉铜矿理论含Cu 78.11%),黄铜矿的矿物量占铜矿物总量(wt%)的90%以上,是矿石中最主要的矿物。

在矿石结构方面，主要有他形—自型晶粒状结构、交代侵蚀结构、交代残余结构、包含结构、微细脉状结构、星点状结构等(图5)。

黄铜矿主要呈他形晶粒状,嵌于黄铁矿或脉石矿物粒间,常见交代黄铁矿,也多见被黄铁矿包裹。其他铜矿物主要是蓝辉铜矿、辉铜矿,少量斑铜矿,微量黝铜矿、硫铜铋矿、铜蓝等次生硫化铜矿物。蓝辉铜矿、辉铜矿与闪锌矿、黄铁矿关系密切,常见与闪锌矿一起交代黄铁矿,也多见被黄铁矿包裹,偶见充填于黄铁矿裂隙中。

部分方铅矿交代早期的闪锌矿,使得方铅矿常包裹闪锌矿形式交代边结构或沿闪锌矿裂隙形成网脉状结构;闪锌矿交代早期形成的黄铁矿,使得闪锌矿内部常见自形程度较好的立方体状黄铁矿,常见方铅矿内部包含闪锌矿和黄铁矿;闪锌矿内部包含黄铁矿及乳滴状黄铜矿和细粒方铅矿;各矿物之间的相互包裹形成包含结构。部分方铅矿为细粒立方体状分布于脉石基底中呈星点状。

3.3 矿石构造

矿石构造主要有块状构造、浸染状构造、脉状构造、条带状构造(图6)。

块状构造:部分矿石主要由金属硫化物如黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿等组成,脉石含量很少或几乎没有构成块状构造。

浸染状构造:区内矿石最常见的构造形式,主要表现在绝大部分金属硫化物呈粒度不均匀的集合体沿脉石矿物粒间分布,而按浸染的密集程度还可进一步分为稠密浸染状、中等稠密浸染状和稀疏—稀疏浸染状等不同类型。

脉状构造:偶见金属矿物及其集合体呈短脉状嵌于石英、绢云母、高岭石、绿泥石等脉石矿物组成的脉石基底中。在以黄铁矿为主的块状构造矿石中,有时见黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等呈脉状分布。脉石矿物在块状构造矿石中也常呈脉状形态分布。

条带状构造:黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿等硫化物集合体与方解石、白云石等碳酸盐矿物互层。

4 结语

(1) 矿床控矿条件明确,即岩体热液中心为成矿物质来源,矿床受热液中心控制,矿区内的构造在黄龙组与五通组平行不整合面形成错动,造成了层间破碎带,以及下伏五通组稳定化学性质的碎屑岩作为屏蔽层,共同形成了金鸡窝大型热液型层控式矿床。

(2) 矿床具有水热矿床典型的矿化分带特征,由岩体热液中心向外依次为钼铜、铜锌、铜铅锌、铅锌银矿化特征。同时矿石结构表明矿石具有明显多期次交代特征,矿石的角砾状结构以及多种脉石混合的构造特征表明了成矿过程中强烈的侵入作用。