安徽省怀宁县桂家冲铁(铜)矿床地质特征及成因探讨

杨友进

(安徽省地质矿产勘查局 326地质队,安徽 安庆 246000)

怀宁县桂家冲铁(铜)矿床位于安徽省怀宁县月山镇学田村,处于长江中下游成矿带[1]的月山矿田内,矿田内的月山闪长岩体属燕山早期中酸性岩体。矿体赋存于月山岩体北枝与东枝夹持的铁铺岭向斜西翼下方的接触带或附近捕虏体中。通过对桂家冲铁(铜)矿床地质特征进行综合研究,分析探讨矿床的成因及控矿因素,对在月山矿田铁铺岭向斜两翼及周边地区寻找同类型矿床有一定的指导作用。

1 区域地质背景

矿区位于长江中下游铜铁(硫、金)成矿带安庆段。大地构造单元隶属扬子准地台[2],下扬子台坳、长江褶皱断裂带、宿松—庐江断隆,北西以独秀山大断裂与潜山断凹分界,南东以头坡断裂与沿江断凹相邻,北东与庐枞火山岩盆地、南西与怀宁—太湖火山岩盆地接壤(图1)。地层区划属扬子地层区、下扬子分区、安庆地层小区,从寒武系至第四系出露较齐全。区域褶皱、断裂发育,构造线呈北东—南西方向。区域构造以表层紧密褶皱、断裂构造极为发育为特征,其演变历史具明显的多期次叠加、再改造的特点,对区内成岩、成矿有不同程度的控制作用和影响。矿区位于下扬子岩浆岩带沿江构造岩浆岩中亚带[3],晚侏罗世—早白垩世侵位的闪长岩侵入体、早白垩世侵位的花岗岩和正长岩侵入体分布广泛。与该矿床成矿有关的月山闪长岩体,属早白垩世侵入的中酸性岩体。

图1 区域构造略图[4]
Fig.1 Outline of regional structure

1.背斜/倒转背斜；2.向斜/倒转向斜；3.断裂构造；4.闪长岩体；5.花岗岩体；6.正长岩体；7.构造及岩体编号。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区地层自下而上为三叠系中统月山组、铜头尖组，主要分布于月山岩体北枝与东枝夹持的铁铺岭向斜内(图2)。岩石建造为一套泻湖相碳酸盐岩建造—海陆交互相碎屑岩类建造。

月山组与铜头尖组地层为整合接触关系。铜头尖组分布于月山岩体北枝周围和月山岩体北枝与东枝夹持的铁铺岭向斜内。由于月山岩体的侵入,挤压和熔溶作用的影响下,月山组地层缺失较多,分布零星(表1)。月山组一段白云岩只分布在铁铺岭向斜南端仰起部位的西侧。月山组二段角砾状大理岩,也只在向斜南端仰起部位的两侧及向斜两翼与月山岩体接触带产状较陡的部位零星分布,呈残留体出现。月山组三段出现在铁铺岭向斜两翼与月山岩体接触部位。

表1 地层特征简表Table 1 Brief table of stratigraphic characteristics

图2 桂家冲矿区地质简图
Fig.2 Geological sketch of Guijiachong mining area

1.铜头尖组；2.月山组(未分)；3.月山组一段；4.月山组三段；5.南陵湖组；6.月山岩体闪长岩；7.断层及编号；8.桂家冲矿床位置；9.其他矿床位置。

2.2 构造

矿区构造比较简单,主要发育有铁铺岭向斜,位于月山岩体北枝与东枝之间的三角区内,与月山岩体的内凹构造同步起伏。向斜轴向北东,长约1 500 m,宽1 200 m,向斜由北东向南西缓慢扬起。核部地层为铜头尖组,两翼为月山组。向斜南东翼倾向北北西,倾角30°～40°；向斜北西翼倾向东,倾角45°～50°。桂家冲铁(铜)矿体位于向斜西翼,产状与地层基本一致(图3)。

矿区断裂构造不甚发育,规模较小,迹象不明显,其中以北西向经过斋仁铺—铁铺岭一带的F1断层较为明显,断层面倾向南西,倾角75°左右,两盘相对左型平移,水平断距300 m左右。

图3 铁铺岭向斜与矿体赋存位置关系图
Fig.3 Relationship between Tiepuling syncline and ore body location

1.三叠系中统铜头尖组；2.粉砂岩；3.闪长岩；4.三叠系中统月山组三段；5.钙质粉砂岩；6.钻孔编号；7.三叠系中统月山组二段；8.角砾状大理岩；9.桂家冲铁矿体。

2.3 岩浆岩

矿区内发育的岩浆岩为月山岩体的组成部分,出露于矿区东、南、西三面的低山区。西侧为月山岩体北枝,东侧为月山岩体东枝部分,南侧为月山岩体北枝与东枝的交汇处。

月山岩体浅部岩石类型主要为闪长岩、二长闪长岩,向深部钾长石和石英增加,为石英二长闪长岩或石英二长岩,总体为一套富钾高钠钙碱性中酸性侵入岩组合[4]。

桂家冲铁矿床所处位置及附近,岩石类型主要为闪长岩、二长闪长岩。各类型岩石矿物平均含量、平均化学组分[5]见表2、表3。

表2 各岩石类型矿物平均含量表Table 2 Table of average mineral content of each rock type

表3 各岩石类型平均化学成分表Table 3 Average chemical composition of each rock type

2008年,张乐俊等[6]对月山岩体主要岩石类型——闪长岩进行了锆石SHRIMP U-Pb定年,得到年龄值为(138.7±0.5) Ma,表明岩体形成于早白垩世。

2.4 变质作用

矿区内变质作用主要为接触热变质作用、交代变质作用、动力变质作用。受接触热变质作用的原岩可分为砂、泥质岩石与碳酸盐岩两类,前者形成轻变质粉砂岩、角岩和角岩化泥质岩,后者形成大理岩、角砾状大理岩；交代变质作用主要形成矽卡岩、矽卡岩化闪长岩两类,受接触带和捕虏体等构造控制；动力变质作用形成构造角砾岩。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿区内共有7个矿体,即铁矿体3个,铜矿体4个。其中Fe-Ⅰ为主矿体,分布于月山岩体与月山组接触带。其他为次矿体,或分布于其下方闪长岩体中的月山组捕虏体中,或分布于主矿体上方的月山组中(图4)。

图4 桂家冲铁(铜)矿床2线剖面图
Fig.4 Profile of line 2 of Guijiachong iron (copper) deposit

1.三叠系中统铜头尖组；2.三叠系中统月山组三段；3.三叠系中统月山组二段；4.燕山期闪长岩；5.粉砂岩；6.钙质粉砂岩；7.角砾状大理岩；8.角砾状白云石大理岩；9.闪长岩；10.矽卡岩；11.角岩；12.角砾岩；13.碳酸盐化/粘土化；14.碎裂化/阳起石化；15.钻孔编号；16.铁矿体及编号；17.铜矿体及编号。

(1) 铁矿体。共有3个矿体，Fe-Ⅰ号矿体赋存于铁铺岭向斜西翼月山岩体北枝东接触带月山组二段角砾状大理岩中,矿体严格受接触带和角砾状大理岩控制。矿体呈似层状,走向近南北向,倾向东,倾角45°～55°,长约430 m,沿倾斜延伸平均285 m,铁矿体平均厚9.305 m,平均TFe 34.96%,伴生Cu,铁矿占全区总资源量的96.71%。埋深标高-32～-400 m。Fe-Ⅱ、Fe-Ⅲ矿体均赋存于闪长岩中的月山组二段角砾状大理岩捕虏体底部。呈层状,产状与Fe-Ⅰ基本一致,但规模小,沿走向长约100 m,沿倾斜延伸平均115 m,铁矿体平均厚5.58 m。

(2) 铜矿体。共有4个矿体,按矿石自然类型可分为角砾岩型、矽卡岩型、大理岩型。其中Cu-Ⅱ矿体规模相对较大,其他各矿体矿规模均较小。Cu-Ⅰ、Cu-Ⅱ矿体均为角砾岩型。其中Cu-Ⅱ矿体位于Fe-Ⅰ矿体上方的月山组三段中,矿体呈似层状,走向158°,倾向68°,倾角34°,走向方向长约80 m,沿倾斜延伸187 m,矿体平均厚1.83 m,平均Cu 0.75%,埋深标高-60～-160 m。Cu-Ⅲ、Cu-Ⅳ矿体分别为矽卡岩型、大理岩型,规模较小,矿体形态及位置见图4。

3.2 矿石特征

(1) 铁矿石特征。矿石主要为半自形—自形粒状结构、半自形粒状结构,次为柱粒变晶结构、晶粒变晶结构、鳞片花岗变晶结构、交代残留假象结构、残留结构等。矿石构造主要为浸染状构造、条带状构造、致密块状构造。

矿石金属矿物以磁铁矿、半假象赤铁矿为主,次为黄铁矿、黄铜矿、菱铁矿。脉石矿物主要为方解石、石英,少量的绿泥石、白云石、高岭土。

矿石MFe/(TFe-SiFe-SFe-CFe)值在32.40%～63.7%,平均51.9%,属弱磁性铁矿石。

(2) 铜矿石特征。矿石主要为他形粒状结构,次为交代残留结构,少量为晶粒变晶结构。

矿石构造为浸染状构造,细脉浸染状构造、角砾状构造、团块状构造。

矿石金属矿物主要为黄铜矿,次为磁铁矿、赤铁矿,少量斑铜矿、黄铁矿。脉石矿物主要为方解石、阳起石、透辉石、斜长石、硬石膏,次为石英、钾长石、角闪石、高岭土等及少量的磷灰石、榍石、绢云母。

3.3 矿体围岩特征

铁矿体顶板主要为角砾状大理岩,次为白云石大理岩,底板为蚀变闪长岩,次为角砾岩。

矽卡岩型铜矿体顶板为矽卡岩,底板为矽卡岩化闪长岩。

大理岩型铜矿体顶板主要为角砾状大理岩、大理岩,次为蚀变闪长岩；底板主要为角砾状大理岩、大理岩,次为蚀变闪长岩。

角砾岩型铜矿体顶板为角砾岩、碎裂状粉砂岩,底板为角砾岩、含砾粉砂岩。

4 成矿控制因素分析

4.1 岩浆岩因素

月山岩体为燕山期中酸性岩体。岩石学、岩石化学总体特征具有长江中下游地区侵入岩的高碱、高钙和高锶、低镁等共同特点,兼具铜陵地区中酸性侵入岩(与铜金矿有关)的富硅、富钾特征,以及宁芜地区中基性侵入岩(与铁矿有关)的低硅、高钠特征,这些特征与月山地区铁(铜)金矿床的形成是分不开的[7]。月山岩体具有“深源—高位岩浆房混染—浅侵位”的特点,有多次侵位活动,岩浆分异充分演化,有利于形成富含矿质的热液流体,是成矿作用的关健。月山矿田中金属矿床的形成与月山岩体存在着密切联系[8]。

该岩体为长江中下游含矿岩体之一[9],与全国含铜铁岩体对比,属于一个含铜铁偏铁的岩体,岩体及其外围为一内生金属成矿区,现已探明多处铁(铜)矿床,也说明了岩体对区内铜铁矿床的形成具有控制作用。

4.2 地层因素

矿区地层主要为三叠系中统月山组、铜头尖组。月山组由白云岩、膏溶角砾状大理岩、杂色钙质粉砂岩组成,铜头尖组主要为紫红色泥质粉砂岩夹细砂岩组成,对控矿作用主要表现以下几个方面：

首先，根据周涛发等[10]通过对邻近的安庆铜矿、龙门山铜矿等矿床的稀土元素、微量元素以及硫同位素特征研究,认为月山矿田内成矿矿质虽然来自闪长质岩浆,但矿床中平均约有22%的硫来自地层,为成矿提供了部分硫源。其次,白云岩、膏溶角砾状灰岩,化学性质活泼,活性组分高,易于被交代成容矿岩石矽卡岩,同时,岩石中的Na、K、S、F、Cl等矿化剂对含矿流体中的Fe、Cu、Au等金属元素的富集凝聚起助凝作用[11],是促使矿质沉淀的地球化学沉积障。最后，月山组白云岩、膏溶角砾岩的孔隙率、渗透率(表4)有利于含矿流体的渗透、运移和交代等成矿作用的发生,而低渗透率粉砂岩能阻隔含矿流体的散失、逃逸,起屏蔽层作用。

表4 地层岩石孔隙率、渗透率测定结果表Table 4 Test result of porosity and permeability of formation rock

4.3 构造因素

北东西、东西向基底断裂是矿区内导岩、控岩构造。

桂家冲铁(铜)矿体主要受岩体接触带构造和捕虏体构造控制。矿层顶板为月山组三段和铜头尖组的钙质粉砂岩、泥质粉砂岩,具有较好的封闭性,能形成较好的圈闭构造,在构造圈闭条件下,褶皱构造的转折端及附近的扩容带(岩体接触带、岩体中大理岩捕虏体等)具有较强的泵吸效应,对含矿流体起导流作用,最后在岩体接触带、舌状体、捕虏体等构造部位沉淀成矿。而成矿后构造对矿体起改造作用,使矿体初始形态变异,矿体连续性遭到破坏。

5 矿床成因

通过对矿区内岩浆岩、地层、构造以及矿体、矿石特征等综合研究分析,认为矿床成因类型为接触交代—热液型铁(铜)矿床。

随着岩浆的上涌、分异,在构造与地层的共同作用下,矿床的成矿过程可分为矽卡岩期((1)、(2))、热液期((3)-(6))和表生期((7))等3个成矿期共7个成矿阶段。

(1) 矽卡岩主要成岩阶段。形成的主要矿物石榴石、透辉石,最后形成方柱石。

(2) 高温热液交代阶段。生成的非金属矿物有透闪石、透闪—阳起石、绿帘石等,局部出现绿泥石、硬石膏与微量水镁石；金属矿物有磁铁矿，为磁铁矿的主要成矿期。磁铁矿的成矿温度区间在560～390 ℃,大量生成时的温度在525 ℃左右。

(3) 早期黄铁矿—黄铜矿硫化物阶段。“纯”硫化物阶段,最早生成矿物有黄铁矿与微量辉钼矿,次后生成微细粒浸染状黄铜矿。成矿温度大体为360～330 ℃。

(4) 中期黄铜矿硫化物阶段。以残余矿浆充填为主,生成的黄铜矿主要充填于先成矿物晶体间隙和裂隙内,不显交代特征,基本无脉石伴生,成矿温度为330～260 ℃。

(5) 晚期硫化物(黄铜矿—斑铜矿)阶段。生成的金属矿物有(按先后顺序)黄铜矿、斑铜矿,并伴生大量碳酸盐矿物—含铁白云岩与少量石英。成矿温度260～167 ℃。

(6) 无矿石英—碳酸盐阶段。形成温度一般低于160 ℃,生成矿物主要为方解石、绿泥石、石英、高岭土、石膏等,伴有微量赤铁矿、镜铁矿、辉铜矿等。

(7) 主要发生于浅部,形成矿物有孔雀石、铜兰与褐铁矿等,本矿床没有形成明显的次生富集带。

6 结语

通过综合研究分析,笔者认为矿床成因类型为接触交代—热液型矿床,铁(铜)矿体的形成受岩浆岩、地层、构造等多重因素控制。

在月山闪长岩体的北、东枝之间的铁铺岭向斜,核部地层为铜头尖组,两翼为月山组,从地层组合和构造分析,该区具备形成接触交代—热液型矿床基本条件,近转折端的接触带构造和捕虏体构造是成矿的有利部位,月山组三段和铜头尖组的钙质粉砂岩、泥质粉砂岩,具有较好的封闭性,能形成较好的圈闭构造。在该地段找矿应着重解剖铁铺岭向斜形态,寻找岩体与月山组的接触带,特别是位于向斜转折段部位的接触带。