武山铜矿床地质特征及成因分析

熊涛

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌330038）

武山铜矿为我国重要的铜、硫生产基地之一。矿床受限于北西、北东及北东东向断裂交叉部位，主要受燕山期中酸性岩体控制。武山铜矿素有“一根油条和一个饼”的俗称，即岩体接触带为碳酸盐岩时形成椭圆形矽卡岩型铜矿带，而在外接触带五通组砂岩与黄龙组灰岩间则形成似层状硫化物型铜矿带。上述矿带与地层岩性的配置关系显示出武山铜矿矽卡岩型和似层状硫化物型“二位一体”的显著特征[1]。

1 区域地质背景

矿区大地构造位置属扬子准地台中的下扬子坳陷带西段，位于大别地块与江南隆起之间。区域出露地层以奥陶系至中三叠系为主，志留系—三叠系分布广泛，均有铜金矿体赋存，其中石炭系黄龙组是最主要的赋矿层位。区域构造以褶皱和断裂为主，褶皱为一系列背向斜组成的总体向南弯曲的弧形褶皱带；区域断裂构造由北西、北东及北东东向三组构成，其中北东东向断裂控制了区内矿体的延展方向，北西向基底断裂为区内深部隐伏断裂，控制了区域内北西向岩浆带的分布格局。区内岩浆岩以燕山期为主，岩体受长江深大断裂带控制，分布于长江南岸，总体呈北西西带状分布。区域变质仅局部出现，其中接触交代形成的矽卡岩化为区内重要的蚀变类型，与中酸性侵入体关系密切。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区内地层发育较完整，自北向南、由老到新主要有志留系上统纱帽组（S3s），泥盆系上统五通组（D3w），石炭系中统黄龙组（C2h），二叠系下统栖霞组（P1q）和茅口组（P1m）、上统龙潭组（P2l）和长兴组（P2c），三叠系下统大冶组（T1d）、中统嘉陵江组（T2j）（见图1）。

图1 武山矿区地质特征平面示意

地层整体走向北东东62°～76°，倾向南东，倾角50°～65°。矿床以栖霞组下段地层底板为界划分为南、北两个矿带，其中分界面北部石炭系中统黄龙组为浅海相碳酸盐建造，为似层状硫化物型铜矿带（北矿带）主要赋存层位；分界面以南至嘉陵江组层位约0.6 km2椭圆形区域为花岗闪长斑岩体占据，该岩体为矽卡岩型铜矿带（南矿带）的主要成矿母岩。

2.2 构造

矿区内断裂及裂隙构造发育，褶皱不甚发育。矿区总体上为一单斜构造，次级褶皱不甚发育。矿区以北东东向层间破碎带、北西及北东向平移断层最为发育。北东东向层间破碎带主要发育于地层假整合面及岩性差异较大的层间，如五通组与黄龙组假整合面间，以及黄龙组与栖霞组假整合面间发育有区内最主要的层间破碎带。该层间破碎带为深部岩浆的上侵及矿液的运移提供了有利的通道，是矿区重要的控矿、容矿构造。北西及北东向断层一般规模较小，成群出现，对岩（矿）体错动较小。区内裂隙多为矿脉充填，多在矿区北部志留—泥盆系砂岩中最发育，常平行密集成群出现，在岩体中却显短小不甚密集。另外，矿区中部发育有筒状接触构造，岩体与围岩接触带通常较破碎，该软弱带为矿液的运移交代提供了极其良好的构造环境。

2.3 岩浆岩

矿区主要发育燕山早期的花岗闪长斑岩岩株及岩脉。岩浆大致按闪长岩、次英安斑岩—花岗闪长斑岩—石英闪长玢岩—花岗细晶岩—煌斑岩的顺序侵入。其中与成矿关系最为密切的岩浆岩为花岗闪长斑岩，其主岩体呈岩株状侵位于二叠系至三叠系碳酸盐岩类地层中。煌斑岩为喜山期产物，对矿体起破坏作用。岩体平面呈椭圆形，剖面呈喇叭状向南陡倾的蘑菇状岩株。岩体与围岩接触带形态复杂，常有不规则岩枝沿层间裂隙伸入围岩。岩体与成矿关系密切，南矿带矿体直接产于接触带或岩体中，北矿带矿体中上部赋存于岩体下盘灰岩层位中，距岩体仅数十米，深部则与南矿带矿体连为一体。

2.4 围岩蚀变

矿区围岩热液蚀变主要有大理岩化、矽卡岩化、钾长石化、硅灰石化、角岩化、硅化、绢云母化、黑云母化、方解石化、绿泥石化、绿帘石化等。其中与成矿关系密切的蚀变主要有矽卡岩化、硅化、大理岩化。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

依据控矿因素及矿体空间展布特征，基本上以栖霞组地层为界分为南、北两个矿带。北矿带位于矿区北部，产出似层状硫化物型铜矿体，矿体主要受层间断裂破碎带控制，在地表经风化表现为铁帽矿体，深部为铜矿体；南矿带位于矿区南部，产出矽卡岩型铜矿体，矿体主要受岩体与围岩接触带及岩体内围岩残留体控制。区内共产出大小铜矿体147个，其中主要矿体特征如下。

1）北矿带1Cu1、1Cu2矿体。矿体受五通组与黄龙组之间的层间破碎带控制，产出于五通组与黄龙组层位间，顶板交代了黄龙组灰岩及白云岩，底板为五通组石英砂岩。1Cu1矿体沿走向长约2.7 km，矿体连续厚大，自中部向东、西两端逐渐变薄直至尖灭。该矿体规模巨大，与围岩界线清晰，矿体顺层产出，产状与地层基本一致，整体呈似层状、连续厚板状产出，局部具膨大缩小、分枝复合等现象，远离岩体矿体则向东、西两端逐渐尖灭。矿体倾向南东165°，倾角45°～64°，底板呈波状起伏，厚度较稳定。1Cu2属1Cu1的分枝矿体，分东、西两段，走向长度分别为800 m和400 m，呈似层状、透镜状，产于黄龙组上下段之间，厚度较稳定。

2）南矿带8Cu、9Cu矿体。总体产于花岗闪长斑岩体与二叠系栖霞组至三叠系嘉陵江组碳酸盐岩接触带中。矿体整体上为一向南东倾斜的筒状，受接触带控制明显。平面上矿体沿筒状接触带呈环形产出，剖面上矿体呈不规则近似直立状。8Cu、9Cu矿体厚度总体变化较稳定。8Cu矿体沿倾斜自上而下厚度变化波动不大，9Cu矿体沿倾斜自上而下厚度逐步变小尖灭[2]。

3.2 矿石质量特征

矿石中金属矿物主要有黄铁矿、黄铜矿，其次为斑铜矿、辉铜矿、蓝辉铜矿、黝铜矿—砷黝铜矿、闪锌矿、方铅矿等；脉石矿物主要有石榴子石、方解石、白云石、石英等。矿石中主要有用组分为Cu、S，伴生有益组分为Au、Ag、Se、Ga、Pb、Zn、Mo3等。北矿带含硫高，南矿带含硫低。

矿石结构以晶粒结构、胶状结构、填隙结构、熔蚀结构、共边结构、交代残余结构等为主；矿石构造以块状构造为主，少量为浸染状构造、团块构造、角砾状构造、脉状构造。

矿石自然类型分为氧化矿石、混合矿石和原生矿石三类，工业类型分为含铜褐铁矿石、铜（硫）矿石、硫矿石以及铅锌矿石。

3.3 矿体围岩特征

北矿带矿体底板主要为含砾石英砂岩，次为白云岩及花岗闪长斑岩，其余尚有少量大理岩、煌斑岩、矽卡岩等；矿体顶板多为白云岩及大理岩，其余为花岗闪长斑岩、矽卡岩、煌斑岩及高岭土。南矿带8Cu矿体顶板以矽卡岩、大理岩为主，底板则以花岗闪长斑岩、矽卡岩为主；9Cu矿体顶底板以花岗闪长斑岩、大理岩为主，尚有少量角岩。

4 控矿因素

4.1 构造对成矿的控制作用

区内北西向基底隐伏断裂是武山铜矿一级控岩控矿构造，是岩浆向上活动的基础。矿区北西、北东东及北东向浅部断裂交叉结点控制着矿床的定位，同时区内密集裂隙带、岩体与围岩接触带、层间破碎带及假整合面均是重要的控矿构造。密集裂隙带主要分布于矿区北部，沿裂隙带产出的矿体主要有北矿带细脉浸染型矿体，控制着细脉浸染型矿体的产状和空间分布。岩体与围岩接触带主要为花岗闪长斑岩与碳酸盐岩接触带，分布于矿区南部，为南矿带重要的控矿构造。岩体与围岩接触带中一般较破碎，该虚脱、软弱部位为成矿有利构造，常围绕岩体形成环状厚大矿体。层间破碎带分布于矿区北部，走向北东东，与地层产状一致，为北矿带重要的控矿构造之一。层间破碎带在假整合面及岩性差异较大的地层间最为发育，该破碎带有利于深部岩浆向上运移顺层进行交代、沉淀发育成矿。

五通组与黄龙组假整合面是矿区最为重要的控矿构造之一。由于该整合面底板为化学性质稳定的石英岩、石英砂岩，与顶板大理岩、白云岩等物理、化学性质差异较大，因此在该部位形成了特殊的有利成矿环境：既形成了构造薄弱面，又造就了化学性质差异较大的梯度面，并起到了化学屏障作用。同时，围岩受力在该界面产生破碎强烈，为来自深部的矿液运移提供了良好的通道，成矿物质在易于交代的大理岩、白云岩一侧交代、沉淀，形成厚大的似层状铜硫矿体[3]。

4.2 岩浆活动对成矿的影响

区内与成矿关系密切的岩浆活动主要为燕山期岩浆活动，尤其是浅成—超浅成中酸性、具多期次侵入的钙碱性侵入体是成矿的内在因素。

区内岩浆岩主体花岗闪长斑岩同位素年龄约146～154 Ma，而矿体内的方铅矿同位素年龄约136 Ma，且矿化强烈，而矿体内的煌斑岩脉的同位素年龄约107～110 Ma，明显晚于成矿期，以切割破坏矿体为主。可见，区内岩浆活动与成矿期时间上相近，均为同一造山旋回燕山期产物，但成矿时间稍晚于成岩阶段，并具有多期次侵入、多期次成矿的特征。成岩成矿在时间上先行后续的关系表明，在岩浆上升侵入的过程中，随着温度的降低，成矿元素在适宜条件下交代沉淀成矿。

区内矿体与岩体在空间上同时具有相互依存、如影相随的特征。矿体总体上围绕岩体产出，矿体与岩体存在如下3种空间位置关系：斑岩体内围岩捕虏体矽卡岩型铜矿体、接触带矽卡岩型铜矿体、接触带外围似层状硫化物型铜矿体。

此外，岩浆岩体中微量元素与矿体中微量元素组合具有一致性和共消长的关系。岩体中主要成矿元素Cu含量比同类岩石中Cu含量大约高30倍，Pb、Zn含量大约高3倍，表明岩体与矿化之间存在密切的关系。

4.3 围岩性质对成矿的控制

矿区发育有自志留系至三叠系完整的地层，不同的地层组合及物化性质对矿化富集起到一定的控制作用。其中，志留—泥盆系为浅海及河湖相碎屑岩建造，岩性主要为石英砂岩、石英砂砾岩；石炭—三叠系为碳酸盐建造，岩性以炭质页岩、白云质灰岩、白云岩等岩性组合为主。当岩体与碳酸盐岩类地层接触时，通常形成环状矽卡岩型铜矿带；当岩体侵入到灰岩、白云岩与石英砂岩、石英砂砾岩等物化性质差异较大的地层间时，则形成似层状硫化物型铜矿带[4]。

5 南北矿带的关系

1）从空间分布及形态特征来看，武山铜矿自岩体由内向外大致分为矽卡岩型铜矿带（南矿带）、似层状硫化物型铜矿带（北矿带）。各矿体并非完全独立、毫无关系，而是具有互相包容的特征，如似层状硫化物型铜矿带包含约6%的矽卡岩型矿石，矽卡岩型铜矿带包含约14%的似层状硫化物型铜石。另外南矿带北侧靠近北矿带部位，硫化物型矿体显著增加，同时似层状硫化物型铜矿带沿倾斜方向有一直向下延伸的趋势，直至与深部花岗闪长斑岩体接触，在接触部位逐渐过渡为矽卡岩型矿石（见图2）。可见，武山南、北矿带相互包容、渐变过渡的关系，显示该矿床为同一岩浆热液自深部断裂沿着贯穿不同岩性的导矿、容矿构造交代沉淀的结果。

图2 武山矿区40#线地质剖面示意

2）从矿体与岩体的关系来看，矽卡岩型铜矿带围绕岩体产出，源自深部岩浆上侵与围岩接触交代形成是毋庸置疑的。而处在接触带外围的似层状硫化物型铜矿带实际上也严格受到岩体控制，这主要表现在地表出露部分矿体距离岩体最近处仅10余米，矿体向下延伸逐渐向岩体靠拢并最终与之合为一体，可见其是源自岩浆岩中的矿液向层间破碎带灌入的结果。同时，以岩体为中心矿带向东西两侧近乎对称分布，近岩体部位矿体厚大，远离岩体矿化减弱，向东、西两端逐渐变薄直至尖灭。这种空间上的配置关系反映了其源自共同岩浆热液上侵作用的结果。

3）从矿体主要成矿元素及伴生元素的组合及变化上看，矽卡岩型铜矿带与似层状硫化物型铜矿带具有一致性。成矿元素及矿化剂元素大体都以Cu、Mo、Pb、Zn、Au、Ag、S、As等为主，且具有上部富集程度强、向深部逐渐减弱的趋势，Cu、Pb、Zn含量与深度的关系可以表明这一趋势，见图3。从成矿元素组合特征可以看出，两种类型矿体具有相同的矿质来源及相似的成矿环境。

图3 武山铜矿床成矿元素含量随深度变化趋势

4）从特征元素看，矽卡岩型铜矿带和似层状硫化物型铜矿带具有相近的黄铁矿特征元素，两者ω(Co)/ω(Ni)值均大于1，ω(S)/ω(Se)值均小于20 000，与已知的国内斑岩型铜矿特征相似，反映出两种类型成因均与岩浆热液作用关系密切。同时，两种类型矿体的ω(Co)/ω(Ni)值和ω(S)/ω(Se)值与一般的层控矿床和沉积型的黄铁矿存在数量级的差异，进一步说明武山铜矿成矿作用与层控型和沉积型矿床是不同的[5]。

5）从成矿温度来看，矽卡岩型铜矿带和似层状硫化物型铜矿带具有相近的成矿温度。其中矽卡岩型铜矿带成矿温度为285～405℃，似层状硫化物型铜矿带成矿温度为265～420℃，两者均在较大温度范围内形成的。总体上看，成矿温度比较接近，但似层状硫化物型较矽卡岩型略低，说明两者成矿温度虽然总体上相近，但成矿环境略有差异。

6 结论

1）武山铜矿是受构造、地层和岩性共同作用形成的铜矿床。通常在岩体接触带软弱破碎部位形成矽卡岩型铜矿带，而外接触带五通组石英砂岩与黄龙组白云岩、灰岩之间常形成似层状硫化物型铜矿带。

2）从表面上看，矽卡岩型铜矿带和似层状硫化物型铜矿带似乎为毫无联系的复成因矿床，但其实质为相同矿质来源在相互贯通的断层及裂隙构造却有差异的环境中交代充填成矿的矿床。

3）武山铜矿北矿带似层状硫化物型铜矿体并非真正意义上的沉积型层状矿体，因为其受构造控制非常明显，主要表现在矿体上下盘出现角砾状矿石，以及褶皱、断层泥等构造迹象；矿体具明显膨大缩小现象，靠近南矿带构造破碎部位矿体厚大，向东西两端矿化减弱，矿体逐渐缩小直至尖灭；矿体底板则因矿液沿石英砂岩裂隙带充填出现锯齿状的矿体边界。可见北矿带矿体并非完全整合的层状，而是受构造和围岩性质控制的似层状矿体。

4）从矽卡岩型铜矿带和似层状硫化物型铜矿带对比分析来看，武山铜矿究其根源为具有内在联系、高度统一的内生矿床。两种类型空间上看似分离，但实质为具有密切联系的不可分割的统一的矿床，显示出“二位一体”的显著特征。