安徽省庐江县龙冲铁硫矿床地质特征及找矿方向

吴俊，蔡晓兵，岳运华，雷丁尔，张宜勇

（安徽省地质调查院， 安徽合肥 230001）

1 成矿地质背景

庐枞火山岩盆地位于长江中下游断陷带内，地处扬子板块的北东缘，郯庐断裂带的南段，是一个沿着罗河断裂向东发育的呈耳壳状的“单向不对称盆地（非对称盆地）”，属长江中下游成矿带中重要铁铜矿成矿区之一。燕山期是该区域地史演化大的转折阶段，表现为挤压转化为缓慢拉张，发生了多期次的构造活动和岩浆活动事件，以陆相盆地构造和强烈的岩浆活动为特色，并形成了丰富的金属矿产。

庐枞盆地主要出露地层有：中三叠世早期蒸发台地相东马鞍山组，中三叠世晚期至晚三叠世三角洲铜头尖组和陆相拉犁尖组，侏罗世辫状河冲积平原—辫状河三角洲相磨山组和罗岭组，晚白垩世早期以火山岩盖层为主的龙门院组、砖桥组、双庙组、浮山组以及晚期河流—湖泊相杨湾组。构造活动强烈，主要发育北东向、北北东向和北西向断裂，多组断裂交织构成了独特的断裂构造体系（网格状）。庐枞盆地的控岩控矿构造主要以火山机构及其派生的环状及放射断裂构造为主，基底隆起构造和基底断裂构造为辅。岩浆活动强烈，主要为燕山期中基性、中性和中酸性火山岩、潜火山岩和侵入岩。多期次燕山期岩浆活动及演化与金属矿产的形成密切相关，尤其是潜火山岩、浅—超浅成的中性斑岩。

2 矿区地质特征

2.1 地层

龙冲铁硫矿床位于庐枞盆地的北东部。矿区出露的地层主要为早白垩世砖桥组火山岩地层，少量早白垩世龙门院组出露于矿区北东部（图1）。砖桥组为单斜地层，产状有规律变化，倾向多 介 于 185°～285°之间，倾角多集中在11°～27°之间，仅见中、下段，与下伏地层呈喷发不整合接触。砖桥组下段主要为灰紫、紫红色粗安岩，粗安质凝灰岩，粗安角砾凝灰岩，夹凝灰质粉砂岩，粗安质角砾熔岩，沉凝灰岩，凝灰质粉砂岩，有时呈互层状，厚度大于709m；中段为灰绿色粗安岩、凝灰岩、晶屑凝灰岩，夹粗面质熔结凝灰岩。常发育硅化、次生石英岩化、明矾石化，厚度555m。龙门院组主要岩性为灰绿、青灰绿色角闪粗安岩夹薄层状凝灰岩，凝灰质粉砂岩，晶屑凝灰岩，凝灰岩夹沉角砾凝灰岩等。

图1 安徽省庐江县龙冲铁硫矿区地质简图Figure 1.Geological sketch of the Longchong iron-sulphur mining area，Lujiang County，Anhui Province

2.2 构造

矿区断裂构造较发育，主要为北北西向、北西向，次为北北东向、北东向。这些断裂均为切割不深的浅成断裂，从两组断裂相互关系看，后者形成更晚，切割和破坏了前者。褶皱构造不发育，火山岩地层呈不规则的弯曲状，产状平缓，形态开阔，总体向西—南西倾斜，倾角为9°～15°，但在矿区北西部，发育香草凹—何家小岭挠曲，部分火山岩地层向东—南东倾斜，倾角14°～18°。受潜火山岩和断层的影响，挠曲形态已不完整。在垂向上，上部火山岩地层由西或南西向东或北东方向成舒缓开阔的波状起伏，向深部逐渐消失。

2.3 岩浆岩

岩浆岩主要有与火山喷发-侵入活动相联系的潜火山岩粗安斑岩、超浅成相的闪长玢岩和浅成侵入相正长斑岩—正长岩—二长岩、黑云母二长岩。

粗安斑岩广泛分布于地表和深部，地表岩石为深灰色、灰紫色，不等粒斑状结构，块状构造，深部粗安斑岩局部为角砾状构造。岩石由斑晶和基质组成，斑晶主要为斜长石，次为钾长石，并有少量辉石或角闪石等。基质为交织结构，深部粗安斑岩基质为细微粒状结构。

闪长玢岩少量分布于矿区北部，多为深灰色，风化后显黄绿—黄褐色，斑状结构，块状构造。斑晶主要由斜长石（中、更长石，少量钠长石）和角闪石组成，基质呈微晶结构。

正长岩和二长岩主要分布于矿床深部，钻孔揭露。通过钻孔岩心观察，正长岩与二长岩之间呈连续过渡关系，是岩浆分异演化形成的结果。正长岩一般位于二长岩之上，呈肉红色、淡紫红色，半自形粒状结构，局部似斑状结构，块状构造。由钾长石，少量斜长石、黑云母、石英及副矿物磁铁矿等组成。二长岩呈灰色、灰色带肉红色，全晶质自形、半自形不等粒粒状结构，块状构造。由钾长石、斜长石，次为少量黑云母、极少量石英、（副）矿物磁铁矿等组成。

图2 龙冲铁硫矿床I纵线地质剖面Figure 2.Longitudinal line I geological profile cross the Longchong iron-sulfur deposit

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

龙冲铁硫矿床是一个硫、铁复合的隐伏矿床。硫铁矿体主要赋存在砖桥组次生石英岩中，部分分布在黄铁矿化次生石英岩化角砾晶屑凝灰岩内，少量分布在粗安斑岩与砖桥组火山碎屑岩的内外接触带中。磁铁矿体主要赋存在深部潜火山岩—粗安斑岩内。

硫铁矿体呈似层状、透镜状，总体走向为北西，倾向南西，产状平缓，矿体倾角5°左右，埋藏标高在+149.03～-193.65m区间内，南西浅，北东深（图2）。

全矿床共圈出硫铁矿体47个，其中主矿体2个，编号为S-I、S-II；次要矿体4个，分别为S-III、S-IV、SV、S-VI，小矿体41个。2个主矿体工业矿体资源量占全矿床工业矿体资源量的91%。

磁铁矿体呈大透镜状或似层状产出，总体走向为北偏东，倾向为西偏北，倾角为5°左右，埋藏标高在-147.16～-405.04m区间内。

全矿床共圈出磁铁矿体10个，其中主矿体2个，分别为Fe-I、Fe-II；次要矿体1个，即Fe-III；小矿体7个。2个主矿体工业矿体资源量占全矿床工业矿体资源量的92%。

3.2 矿石质量特征

3.2.1 矿石矿物成分

龙冲铁硫矿床的矿石矿物种类已知的有近50种。

金属矿物以磁铁矿、赤铁矿和黄铁矿为主，次为辉钼矿、磁赤铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、白铁矿、毒砂、菱铁矿、钛铁矿、自然银、褐铁矿、蓝辉铜矿、铜蓝、孔雀石、铅矾、白铅矿、铅黄、黄钾铁矾等。

非金属矿物主要有石英、玉髓、中-更长石、钾长石、绢云母、方解石、电气石、白云石-铁白云石，此外还有少量黑云母、绿泥石、阳起石、磷灰石、白云母、角闪石、榍石、黝帘石、绿帘石、萤石、硬石膏、石膏、水云母、明矾石、高岭石、地开石、蒙脱石等。

矿物生成顺序见表1。主要矿物特征描述如下：

表1 矿物生成顺序表Table 1.Sequence of mineral formation

磁铁矿：为本矿床最主要的有用金属矿物之一，呈三种分布状态。其一为星散状分布，细粒半自形—自形结构，晶型以八面体、菱形十二面体为主，粒径多为0.01～0.30mm，呈星散状、稀疏浸染状构造。其二为脉状、网脉状，脉宽8～10mm，部分可达5～10cm，矿物结构多为中粗粒半自形—自形晶，粗晶磁铁矿八面体裂理发育，沿裂理偶见钛铁矿固溶体分布，沿裂理及颗粒边缘为赤铁矿交代，可见黄铁矿短脉穿插磁铁矿，亦可见黄铁矿细脉沿磁铁矿裂理穿插，致使矿物嵌布粒度小于矿物结晶粒度。矿物粒度一般为0.5～3.0mm，局部粗者可达10～15mm以上，细者仅为0.02～0.1mm，以自形粒状为主。脉体边缘与脉石矿物呈浸染状构造、稠密浸染状构造和筛状变晶结构、填隙结构，网脉状磁铁矿与角砾状围岩构成角砾状构造。其三分布于原岩斑晶中，构成原岩斑晶假象的一部分，呈他形粒状，粒径0.01～0.1mm，集合成星点状、斑块状。根据磁铁矿分布状态可分为3个世代：早世代为稀疏浸染状磁铁矿，为成岩阶段的副矿物；中世代为脉状、网脉状磁铁矿，为主成矿期产物；晚世代磁铁矿为原岩暗色矿物角闪石、辉石蚀变产物。

黄铁矿：为最广泛分布的贯通性有用金属矿物。其形成可分为磁铁矿化阶段及黄铁矿化阶段：①磁铁矿化阶段，黄铁矿呈自形—半自形粒状，浅黄白色，硬度高，磨光较好，部分表面有氧化膜，呈两种分布状态：其一为脉状，与磁铁矿或赤铁矿伴生，粒径0.2～1.0mm，较粗，呈短脉穿插磁铁矿、赤铁矿粒间；其二为浸染状分布。②黄铁矿化阶段，黄铁矿粒状细小，粒径0.02～0.50mm，以半自形—他形为主，浸染状、条带状分布。

赤铁矿：与磁铁矿伴生，主要由磁铁矿经后期热液作用改造而形成，形态上呈叶片状，束状结构普遍，少量赤铁矿呈细脉状分布，主要为镜铁矿。赤铁矿依据不同的矿物组合及产状，可分两类：第一类赤铁矿经磁铁矿蚀变而成，主要沿其边缘及裂理分布，为叶片状晶体，粒度很小，通常小于0.1mm，多有菱铁矿伴生；第二类赤铁矿呈细脉状、薄膜状，赤铁矿呈片状，粒径1～3mm，为镜铁矿。

石英：为矿床中广泛分布的贯通性脉石矿物，既是赋矿围岩正长岩、二长岩的造岩矿物，又是磁铁矿化、黄铁矿化阶段的矿物组分。磁铁矿化阶段石英与磁铁矿、绿泥石、磷灰石等构成斑块状、脉状。黄铁矿化阶段石英由黄铁绢英岩化、次生石英岩化而成，多为他形粒状或隐晶质玉髓，粒径大小0.01～0.08mm居多，与绢云母共同交代凝灰岩或粗安斑岩中长石形成次生石英岩。

方解石：为矿床中分布广泛的脉石矿物，生成时期长，期次多，为贯通性矿物。分布于各种围岩中，呈他形粒状，粒径以小于0.10mm为主，主要交代粗安斑岩中角闪石、黑云母等暗色矿物。

云母：种类繁多，主要有黑云母、白云母、金云母及其水化后形成的水黑云母、水白云母，长石类及凝灰质蚀变形成的绢云母、伊利水云母等，主要呈片状、鳞片状。黑云母为原岩内造岩矿物，分布于粗安斑岩、二长岩、正长岩中，进一步蚀变则为水黑云母、绿泥石。白云母、水白云母主要为粗安岩、凝灰岩蚀变产物。绢云母、伊利水云母由长石类及凝灰质组分蚀变而成，分布于各种围岩中。

3.2.2 矿石结构

龙冲铁硫矿床矿石结构主要有：

（1）自形—半自形粒状变晶结构：磁铁矿多呈八面体或菱形十二面体自形—半自形粒状，黄铁矿多呈立方体或五角十二面体自形—半自形粒状。脉石矿物电气石呈外凸三方柱，白云石、铁白云石部分呈菱面体半自形粒状。

（2）他形粒状变晶结构：部分黄铁矿及黄铜矿呈不规则粒状、填隙状分布。

（3）交代侵蚀结构：黄铁矿与黄铜矿间、磁铁矿与赤铁矿间相互交代形成不规则边界。

表3显示：直接焚烧底灰中的As、Ni、Cu和Zn的含量较高，而耦合焚烧底渣中Cr、Ni的含量也较高。HJ/T299—2007浸出试验方法采用了酸化的去离子水作为浸出液，固液比为10，由标准GB 5085.3—2007来判断飞灰是否为危险废物［6］；HJ/T 300—2007的试验方法［7］采用了醋酸作为提取液，固液比为20，由标准GB 16889—2008来判断废物是否适合卫生填埋［8］。表4中的数据表明，底灰和炉渣均适合填埋，虽玻璃化底渣保留了大部分重金属，但因其低渗出性，仍然可以按卫生填埋方式安全处置。

（4）交代假象结构：磁铁矿为赤铁矿所交代而保留磁铁矿外形及八面体裂理。角闪石、黑云母为磁铁矿、钛铁矿或黄铁矿交代而保留其外形，形成交代假象结构。

（5）交代边结构：赤铁矿沿磁铁矿边缘交代、褐铁矿沿黄铁矿边缘交代，构成不规则镶边。

（6）交代残余结构：指赤铁矿集合体为磁铁矿所交代，仅少量残留。

（7）填隙结构：黄铁矿分布于脉石矿物粒间并胶结脉石矿物。

3.2.3 矿石构造

龙冲铁硫矿床矿石构造主要有：

（1）浸染状构造：磁铁矿、黄铁矿呈浸染状产出，根据其含量，可分为稠密浸染状构造、稀疏浸染状构造、星散浸染状构造。

（2）细脉状-细脉浸染状构造：磁铁矿呈细脉状分布于粗安斑岩内，脉体宽度以5～30mm为主。黄铁矿、黄铜矿浸染状分布于脉石中，或呈细脉状穿插磁铁矿，脉体宽度小于0.1mm为主。

（3）斑点浸染状构造：磁铁矿、黄铁矿多个颗粒集合体呈不均一斑点状分布。

（4）角砾状构造：磁铁矿矿石围岩粗安斑岩呈碎裂状、角砾状，为磁铁矿呈大小不一的网脉状胶结而成。

（5）块状-次块状构造：块状构造矿石矿物集合体含量占矿石总量的75%以上，次块状构造矿石矿物含量为50%～75%，为富矿矿石的主要构造，多与稠密浸染状构造渐变。

3.3 围岩蚀变

矿区岩石蚀变组合具有明显的垂向分带，自上而下可分为7个组合蚀变带：①水云母高岭石黄铁矿化带；②次生石英岩化带；③次生石英岩化高岭石化黄铁矿化带；④水云母绿泥石高岭石化黄铁矿化带；⑤磁铁矿化钾化绿泥石化高岭石化带；⑥高岭石化带；⑦电气石化带。

4 矿床成因分析

综合矿床特征，龙冲铁硫矿床应属燕山晚期火山堆积-潜火山热液交代的硫、铁复合矿床。

早白垩世砖桥旋回火山活动的早期，在火山爆发-喷溢-沉积过程中，随着温度压力由高到低的变化，不断地造成火山气液的积聚。在表生水的作用下，火山碎屑物堆积的同时，形成似层状硫铁矿化层，其产状与堆积的火山岩地层产状基本一致，属于火山堆积期产物。

火山作用末期，潜火山岩（粗安斑岩）沿南北向构造侵入，在空间上常形成低缓隆起，构成了“岩侵型”潜火山岩穹窿。在隆起的岩体上部-顶部，岩石的自碎角砾及张性裂隙发育。在外接触带上，岩石同样产生破碎，裂隙发育。此外，岩体的侵入隆起对上覆火山碎屑岩层也产生很大的影响，围岩因层间滑动而产生层间裂隙与层间破碎。所有这些都为热液活动提供了通道，是重要的控矿、储矿构造。伴随潜火山活动的高温含矿气成热液在运移上升过程中，在潜火山岩顶面隆起有利部位，含矿物质不断聚集，金属氧化物首先晶出，形成磁铁矿-半假象赤铁矿、透辉石等高温矿物。这个阶段称为深色蚀变阶段，属潜火山热液早期氧化物成矿阶段。由于氧逸度逐渐增大，使部分磁铁矿进一步转变为假象赤铁矿。

铁矿形成后，随着温度压力不断降低，形成中低温含矿气水热液，向潜火山岩与围岩（火山碎屑岩、熔岩）的接触带内外侧广泛运移，促使火山堆积期形成的黄铁矿进行重结晶，在原有基础上进一步富集成矿，并同时发生广泛热液蚀变，形成高岭石、次生石英、水云母、绢云母等中低温矿物。该阶段为浅色蚀变阶段，形成面状分布浅色蚀变带和不同蚀变矿物组合的亚带。当浅色蚀变与之前的深色蚀变相叠加时，出现对之前深色蚀变矿物和原岩中的造岩矿物发生改造，产生新生矿物，如叠加蚀变带内原先的磁铁矿因交代作用而形成赤铁矿。

燕山活动晚期，伴随正长岩类侵入所带来的高温气液作用，在正长岩上部和内外接触带，产生高温气成热液蚀变（电气石化）。随着温度压力的降低，形成了以高岭石化为主体的中低温热液蚀变叠加。在合适的物理、化学条件下，在正长岩与粗安斑岩的接触带内外，局部形成浸染状硫铁矿矿体。

关于成矿物质来源，根据前人同位素示踪研究，硫的来源有3个方面：①火山堆积期，来自于火山爆发-喷溢作用的火山气液；②潜火山岩侵入，来自于潜火山岩深部的岩浆；③来自晚期正长岩。主要是前两种。前人研究还表明，矿床中的铁主要来自潜火山岩深部的岩浆，极少来自正长岩。

5 找矿标志与找矿方向

5.1 找矿标志

通过对该矿床的地质勘查工作，总结出如下找矿标志：

（1）地球物理特征：重力、磁力异常及低阻高极化异常为磁铁矿找矿标志，重力高、弱磁异常及低阻高极化异常为硫铁矿、镜铁矿的找矿标志。

（2）蚀变带特征：浅色蚀变带以次生石英岩化高岭石化黄铁矿化带、水云母化绿泥石化高岭石化黄铁矿化带为硫铁矿找矿标志；深色蚀变带以磁铁矿化钾化绿泥石化高岭石化带为磁铁矿找矿标志。

5.2 找矿方向

在地质找矿勘探与研究工作的基础上，拟定下一步的找矿方向为：

（1）矿区东北部与龙桥铁矿之间区域：重磁异常较为明显，有望发现新的铁硫矿体。

（2）主矿体的边缘：目前还没有完全控制住，需要开展进一步勘查工作，以扩大矿体的规模。