南京梅山铁多金属矿床地质特征及矿床成因分析

刘志佳

（南京宝地梅山产城发展有限公司矿业分公司）

长江中下游成矿带是中国最重要的铜、铁和金等多金属资源产地之一。宁芜矿集区是长江中下游多金属成矿带中最重要的铁矿矿集区之一。梅山铁多金属矿床之梅山铁矿位于南京市郊长江南岸西善桥地区，是宁芜盆地中典型的大型铁矿床。矿山自1961 年投产至今已生产近60 a，主要开采矿种为铁矿。为延长服务年限，2009 年矿山开始实施接替资源勘查工作。随着矿床地质勘查工作的不断深入，在梅山铁矿床的深部和外围发现了磁铁矿体、金铜钼多金属矿体和硫铁矿体，从而对该矿床的成因类型也有了新的认识。

1 区域地质背景

宁芜火山岩盆地位于下扬子地槽北缘的长江中下游坳陷—火山岩带东部，毗邻大别—苏鲁超高压碰撞造山带前陆缩短带东段，介于张八岭隆起、江南隆起和淮阳隆起之间，是在下扬子褶皱带基础上发育起来的一个继承性火山岩盆地，区内以晚侏罗世至早白垩世末期的中基性岩浆的火山活动为主。

盆地内矿产资源丰富，以铁、铜矿床为主，区内铁、铜、金矿化点星罗棋布，各类型矿床达近百余处，是组成我国长江中下游铁、铜多金属成矿带的7个矿集区之一，自东向西依次为宁镇矿集区、宁芜矿集区、铜陵矿集区庐枞矿集区、安庆—贵池矿集区、九瑞矿集区、鄂东南矿区，见图1。

2 矿区地质特征

2.1 矿区地层

梅山铁多金属矿床矿区出露地层有侏罗—白垩系陆相火山岩系，及白垩系红层以上沉积地层，矿区内的火山岩系沿南西向展布，呈不整合覆盖于上侏罗系西横山组砂岩之上。矿区内火山凝灰岩系则主要由侏罗系上统龙王山组及大王山组中偏基性的火山碎屑岩及熔岩组成。

矿区内的地层由老到新依次如下。

（1）侏罗系上统西横山组（J3x）的岩性以长石石英砂岩为主，构成为矿床的基底。

（2）侏罗系上统龙王山组（J3l）为灰色辉石安山岩、灰白、灰紫色沉凝灰岩，凝灰角砾岩。沉凝灰岩、凝灰角砾岩主要分布在大凹山南山坡、泰山西南山坡及长龙山一带，局部地段夹透镜状薄层赤铁矿。该层与其上复辉石安山岩呈火山沉积接触。

（3）辉石安山岩在梅山地区有大面积分布。局部地段夹有薄层灰白色凝灰岩，凝灰角砾岩，厚400 m。

（3）侏罗系上统大王山组（J3d）为紫红色凝灰角砾岩及灰紫色黑云母安山岩，在黑云母安山岩中夹薄层紫红色凝灰岩、凝灰质粉砂岩。

（4）白垩系下统姑山组（K1g）为灰紫色凝灰质粉砂岩、凝灰角砾岩、石英角闪安山岩及少量集块岩，主要分布在东北部、西南风井、胡家山、罗卜山、乌石村和冯圩村一带。

（5）白垩系上统娘娘山组（K2n）为浅红色凝灰角砾岩、石英粗面岩，主要分布在梅山铁矿副井周围，厚125 m。区内的龙王山旋回和大王山火山旋回处于岩浆由中基性向中性偏碱性方向演化阶段，早于铁矿的主成矿期；姑山旋回和娘娘山旋回处于岩浆由中性向中酸性和碱性方向演化阶段，晚于铁矿的主成矿期。

（6）白垩系上统浦口组（K2p）由紫红色砂岩、砂砾岩组成，分布于矿区西部火球山以西，与姑山组呈角度不整合接触，厚170 m。

（7）第三系（N）以砾石层为主。

（8）上第三系雨花台组（N2y）为松散砂砾石层。

（9）第四系包括有蜀组棕黄色黏土（Q3x）及现代松散堆积物（Q4），主要分布在矿区北部丘陵平原地区及山麓沟谷地带，厚20～30 m。

2.2 矿区构造

矿区由侏罗系、白垩系火山岩地层组成了平缓的泰山向斜和梅山短轴背斜［2］。泰山向斜分布于泰山、牛山一带，由龙王山组凝灰岩、辉石安山岩和凝灰角砾岩组成。在泰山南西部翘起，轴向大致为南北，为开阔平缓的向斜构造。向斜西南翼凝灰岩的走向为290°，以15°～25°的倾角向北东倾；南东翼凝灰岩的走向为50°，以12°～23°的倾角向北西倾；与铁矿有控制作用的梅山短轴背斜主要分布在陈家凹—大凹山一带，轴向北东，为辉石安山岩组成。背斜南段被抬高，北段则向北东方向倾伏，被姑山组火山碎屑岩和火山岩地层所覆盖。北西翼岩层的走向为40°～50°，倾向北西，倾角16°～26°；南东翼岩层产状走向20°～65°，倾向南东，倾角30°～40°。

区内断裂构造较发育，按发育时间可以归为成矿前断裂和成矿后的断裂。成矿前断裂包括302°～336°向的张性断裂和26°～48°向的压性断裂，这2 组断裂交叉部位控制成矿，NWW 向压扭性断裂为控岩构造。成矿后的断裂多达31 条，其中14 条出露于地表，断距大于2 m，井下断裂裂隙则为17 条。断裂为NW、NNE 及NEE 张性和张扭性断裂，断距一般在10～15 m。矿坑断裂调查和地表节理裂隙统计，井下断裂裂隙与地表断层方向相一致，以NW295°～325°和NE30°～50°居多，这些断裂裂隙对矿体没有明显破坏作用。

本区的断裂控制着区内的火山喷发、岩浆活动与成矿作用。矿区断裂构造较为发育，走向主要有NNE 向和NW 向2 组，主要分布在矿区西北部、罗卜山与主矿区间、罗卜山与刘家村之间的秦准河流域等。此外罗卜山—刘家村辉石闪长玢岩隆起两侧可能有断裂分布。这些断裂分属于NE 向滨江断裂带和NW 向梅山—凤凰山断裂带以及次一级NNE 及NW 向断裂，控制着区内火山喷发、岩浆活动与成矿作用。NNE 向和NW 向2 组断裂交汇处成矿有利，如地质体分布、重磁异常走向呈NNE 向线形、NW 向带状展布特征；矿区西北部的NE 向断裂，属于NE 向滨江断裂带，控制梅山铁矿西部边界，断裂以西为火山岩—碎屑岩发育区，东侧为梅山辉石闪长玢岩穹隆与铁矿富集区；罗卜山与主矿区间NW 向断裂属于NW 向梅山—凤凰山断裂带，控制着梅山铁矿北部边界，断裂南侧发育辉石闪长玢岩穹隆，成矿作用强，为梅山主矿区，断裂北侧火山岩发育，成矿作用相对较弱，以弱磁性菱铁矿、赤铁矿、混合矿为主。

罗卜山古火山口构造形成于成矿期后（图2），自下而上分为4 层：①喷发沉积相—沉凝灰岩、凝灰角砾岩；②浸出溢流相—石英角闪石安山岩；③喷发碎屑岩相—含集块角砾岩、集块岩；④岩管相—脉状石英角闪石安山岩玢岩，次火山岩侵入体。集块岩和含集块角砾岩在北西侧罗卜山和南东侧车库形成喇叭形，罗卜山古火山口北西侧接触面走向65°，以75°的倾角向南东倾，南东侧接触面的走向为80°，且向西南倾，倾角55°，接触面附近发育震碎带和淬火边。

2.3 矿区岩浆岩

梅山铁多金属矿床矿区内岩浆活动主要有3种，按形成时代早晚，依次为早晚燕山早期浅成—超浅成相中偏基性闪长岩类、燕山晚期中酸性—酸性花岗岩类和喜山期辉绿岩。其中浅成—超浅成闪长岩体为晚侏罗世龙王山期喷发旋回末期的产物，与铁矿成矿条件关系密切。具体特征如下。

辉石闪长玢岩一次火山岩体侵入于辉石安山岩及其夹层沉凝灰岩中，岩株状产出，在泰山呈椭园状分布，出露面积为1 000 m×700 m。岩石颜色为深灰色、灰绿色，蚀变后呈灰色，风化后则为褐黄色，多为全晶质—半晶质连续不等粒斑状结构，斑晶含量可达65%～80%，主要为中长石、拉长石、普通辉石，偶见角闪石、黑云母。副矿物为磷灰石、磁铁矿，少量锆石、榍石。辉石闪长玢岩与辉石安山岩接触界线不清。其地球化学成分显示其对应于TAS 分类中的玄武质粗面安山岩。

石英角闪石安山玢岩沿南北向断裂构造呈脉岩贯入，侵入于龙王山组及姑山组地层中。岩脉走向南北，倾向东，倾角达80°。岩石颜色为灰色、灰绿色，斑状结构，斑晶为斜长石、石英、角闪石及黑云母。基质为隐晶、微晶交织结构，副矿物有磷灰石、磁铁矿。根据侵入关系，为姑山组火山岩同期稍晚产物。

辉绿岩分布于矿区北部的副井、CK41 及CK67孔。呈岩脉产出，黑色—灰黑色，致密块状构造，发育中斑结构、间粒结构以及粗玄结构。斑晶由拉长石、辉石组成，含量在25%上下，基质由星点状铁矿、小柱状长石及次生绿泥石组成，K-Ar 法同位素年龄测定为64 Ma，为喜山期产物。

3 多金属矿床地质特征

3.1 铁矿体特征

铁矿是梅山铁多金属矿床的主要矿床资源，铁矿品位为32.93%～66.06%，全矿区平均品为39.14%，其资源量储量达33 799.32 万t，其中资源量8 155.91万t，基础储量25 643.41万t。

铁矿体主要赋存于中偏基性富钠质辉石闪长玢岩与辉石安山岩的接触带处，其接触带和岩体的形态控制了主矿体的产状和形态。其他小矿体及硫铁矿主要赋存在辉石闪长玢岩中。

梅山铁矿主矿体为一透镜状盲矿体（图3），平均品位为49.24%，平面投影呈椭圆形，投影面积达0.8 km2，矿体走向NE20°左右，长1 370 m，宽824 m，厚度为2.56～292.50 m。

在主矿体之下还圈定有多个平行的独立小矿体，一般长度为105～141 m，厚3.24～18 m，品位较低。

3.2 Au、Cu、Mo（Sc）多金属矿体特征

梅山Au、Cu、Mo（Sc）多金属矿体主要赋存于中偏基性辉石闪长玢岩与安山质火山角砾岩的接触带附近。绝大部分赋存于黄铁矿之中。少数赋存在安山质凝灰角砾岩之中。矿体为盲矿体，属中型矿床。其中铜矿和钼矿均为小型，铜矿平均品位为0.36%，钼矿平均品位为0.083%，钪平均品位为6.99 g/t，金矿达中型，平均品位为2.51 g/t。

金矿的主矿体呈薄板状、透镜状，表现为中间厚两边薄（图4）。产出于矿区中上部，矿体走向NE，长653.5 m，倾向NW，倾角20°左右，倾斜长最大为505 m，最大厚度为13.11 m。在走向和倾向上多有分枝分叉现象。东南部埋藏比较浅，西北部埋藏比较深。

4 多金属矿矿床成因浅析

4.1 铁质来源分析

对于梅山铁多金属矿床铁质来源，前人已经有了比较详实的讨论。梅山铁多金属矿床铁主矿体铁质来源为岩浆演化的产物，边部贫矿体的铁质来源来自于闪长玢岩蚀变。

4.2 硫质来源分析

梅山铁多金属矿铁矿体中黄铁矿δ34S 值的范围为8.9‰～14.3‰，平均值为11.9‰；石膏中δ34S 值的范围为18.5‰～23.3‰，平均值为21.43‰；金铜矿体中黄铁 矿 的δ34S 值的范围为-0.2‰～9.3‰，均值为5.8‰，且大多数δ34S值分布于岩浆流体的范围内。而中三叠统周冲村组中沉积成因的石膏的δ34S 值范围为28.0‰～28.2‰［3］。由于热力学分馏的缘故，黄铁矿与物源区δ34S差值为10‰～15‰，据此判断，梅山铁矿体黄铁矿及石膏中的S 均来自于三叠系周冲村组膏岩层中硫酸盐的还原作用，而金铜成矿作用中的S，则可能主要来自原岩浆热液，不排除少量的地层硫的混入。

4.3 成矿流体特征

4.3.1 流体物质来源分析

前人测量的矿化阶段晚期的金铜矿化矿石中的石英、方解石的氢—氧同位素，相应投点位于雨水线与岩浆水之间的区域，表明金铜成矿阶段的成矿流体是岩浆水与大气水的混合流体。

前人测量了菱铁矿和方解石的碳、氧同位素，大部分菱铁矿具有海相碳酸盐的典型特征。说明梅山铁多金属矿床的碳质主要来源于下部海相碳酸盐地层。另外一件出现较大负值的方解石样品，则与深部岩浆的碳同位素组成相似，这与硫同位素研究结果是相似，矿床的流体既有地层来源，也有深部岩浆来源。

4.3.2 流体包裹体特征

结合岩相学分析结果、流体包裹体测温数据和采集的包裹体激光拉曼光谱的分析结果，显示金铜矿化存在2种类型的流体包裹体：早期成矿过程中形成的凝灰质层状矿石中低温脉石矿物的流体包裹体以及后期重结晶过程中形成的高温脉状矿石中的流体包裹体。

（1）凝灰质层状矿石中脉石矿物中的流体包裹体均一温度主要落在200 ℃附近，盐度不高，平均值为2%～3%NaCl当量。样JK003-4中所测的包裹体均一温度普遍＞300 ℃，结合镜下观察结果，认为该层状矿石受后期岩浆热液叠加作用，流体成份发生了变化，成分与其他样品不同。

室温下方解石和石英流体包裹体的气相拉曼光谱显示气相成分区间段（1 200～4 000 cm-1）呈现较高的荧光背底，掩盖了气相信号，固无法从识辨出包裹体中的气相成份。根据成矿环境，可能为CO2气体，但在镜下未观察到典型的含CO2的双眼皮包裹体，所以推测包裹体中CO2密度不高。

（2）脉状矿石中的流体包裹体均一温度基本＞350 ℃，明显高于I型包裹体；盐度略高于I型，平均值为4%～5%NaCl 当量；该类样品中也存在均一温度为200 ℃左右的包裹体，且这类包裹体在加温到室温不能恢复原形，是因为碳酸盐硬度低，解理发育，加热后流体易泄露，这些包裹体的测试数据不具有代表性。

对这2 类流体包裹体测定数据与王铁柱［4］测定的3类矿石的包裹体的均一温度相一致，显示金铜成矿阶段的成矿流体具有中低温、低盐度的特征。

4.3.3 成矿流体的物理化学条件

梅山铁多金属矿床主成矿期从早到晚流体的温度逐渐降低；流体氧逸度随温度降低而逐渐降低；而Eh 值逐渐升高；pH 值逐渐升高，成矿流体由弱酸性—中偏碱性—中性—偏酸性—中性变化；成矿流体的CO2逸度受压力控制明显，且压力可能存在突变，在后期呈现逐渐升高的趋势。铁矿体的磁铁矿的沉淀则发生在中高温、中低盐度、流体由偏碱性一偏酸性过渡的过程中。

4.4 成矿深度及成矿时代

刘文浩等[5]通过磷灰石裂变径迹的研究，确定了包括梅山铁多金属矿在内的宁芜、庐枞盆地玢岩铁矿的成矿深度为2 km 左右，且梅山铁多金属矿AFT合并年龄为94.2±4.0 Ma。

同位素测试结果显示，梅山铁多金属矿床的中铁矿矿化（129～140 Ma）和金铜矿化（127～132 Ma）的年龄，基本属于燕山早期大王山旋回的产物，并且铁矿体的成矿年龄相对金铜矿化的年龄要偏老一些。对比区内的成岩成矿年龄的研究，梅山铁多金属矿床的时代与区内其他矿床的形成年龄大致相同。

4.5 矿床成因

综合前面的分析，梅山铁多金属矿床的铁矿体、金铜矿体形成于大王山组旋回中同一岩浆—热液系统，且均与辉长闪长玢岩具有密切的成因联系；成矿深度为2 km 左右；成矿流体的研究显示，铁矿体形成于类矽卡岩阶段，铁质来源既有围岩的贡献也有深部岩浆热液的贡献。磁铁矿的沉淀则发生在中高温、中低盐度、流体由偏碱性一偏酸性过渡的过程中，之后的热液交代形成赤铁矿和菱铁矿矿石。金铜矿体形成于成矿末期的石英—硫化物阶段，以深部岩浆热液的贡献为主，成矿流体具有中低温、低盐度的特征，主要为岩浆水与雨水的混合流体。

综上所述，将梅山铁多金属矿床的矿床类型初步定为陆相火山—沉积期后热液交代充填型。

5 结论

（1）梅山铁多金属矿床的矿床类型初步定为陆相火山—沉积期后热液交代充填型。其铁矿体、金铜矿体形成于大王山组旋回中同一岩浆—热液系统，且均与辉长闪长玢岩具有密切的成因联系。

（2）以玢岩铁矿床成矿模式为指导，按照矿床分带规律和多类型矿床共生、复合的“多位一体”规律，充分收集勘查区内以往地质勘查及矿山生产勘探资料，通过综合分析，可以有效地对深部矿体赋存位置和外围可能存在的矿体进行预测，为区内今后的勘探工作提供经验借鉴。