河北兴隆水莲洞铜多金属矿矿化体特征及矿床成因探讨

李智斌，刘海波，邢莞东，周海涛

(河北省地矿局第八地质大队，河北 秦皇岛 066001)

0 前 言

水莲洞铜多金属矿位于河北省兴隆县蘑菇峪乡水莲洞村东山，处于马兰峪复式背斜中部北翼，马兰峪复式背斜是燕山中段构造格局中极为醒目的构造单元，是河北乃至全国的重要的金属矿产成矿带。前人在马兰峪复背斜开展了大量矿产勘查及研究工作，但矿产勘查以金矿、铁矿为主要对象，对于钼、稀有金属等矿种研究较少；研究则主要针对基础地质、构造演化及区内沉积变质铁矿、金矿的成矿作用和成矿规律方面，并未从不同矿种间成因联系、成矿关系，以及成矿系列方面进行系统的研究考虑[1-2]。近年通过相关研究工作发现区内稀有金属、钼多金属、金银贵金属矿产在时空分布上具有一定规律性，在矿床成因上具有密切联系[3-4]。水莲洞铜多金属矿区见有Cu、Pb、Zn、Mo、Ag、Au等矿化，作为马兰峪复背斜较典型的多金属矿床，研究总结其矿化特征、规律，对于马兰峪区域成矿规律的总结、成矿体系的建立都具有研究意义。

1 区域地质背景

研究区处于中朝准地台燕山台褶皱东段，发育有太古代结晶基底和中元古代巨厚沉积盖层，经历多期构造岩浆活动，产有金属非金属等各种矿产，地层发育齐全，具有典型的华北地台“二元结构”，底部为太古界变质基底，上部地层为中上元古界及其以后的沉积盖层，主要分布在背斜南北两翼。构造上以东西向密云—喜峰口大断裂为主，西端为南北向黄崖关断裂，东部为北西向冷口断裂。岩浆活动强烈，从吕梁期开始，经加里东、海西期岩浆活动逐渐变弱，燕山期活动频繁，从中深到浅层直至喷发，岩石类型复杂，分布广泛，规模不一，从侏罗世到白垩世均有活动[5-6]。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区内出露的地层主要为中元古界长城系高于庄组地层和蓟县系杨庄组、雾迷山组地层及第四系(图1)。

1)长城系

高于庄组(Chg)：位于矿区东南部，走向北东，倾向北西，倾角42°～55°，厚度约1 300 m。岩性稳定，与下伏大红峪组呈连续沉积，分为四段。

2)蓟县系

杨庄组(Jxy)：位于矿区北部及中部，走向北东，倾向北西，倾角35°～55°，厚度约602 m。与下伏高于庄组沉积有间断，可划分为三段。

雾迷山组(Jxw)：位于矿区西部，走向北东，倾向北西，倾角50°左右。与下伏杨庄组连续沉积，厚度大，在矿区内主要出露下段和中段。

2.2 构造

主要为2条东西向断裂，位于水莲洞、蘑菇峪岩体两侧，横贯矿区，使得岩体与围岩呈断层接触状，对岩体具有一定控制作用。

2.3 岩浆岩

水莲洞岩体位于兴隆县蘑菇峪乡水莲洞村北东，岩体沿宽城凹褶束南部边缘弧形构造转折处东西向断裂产出。平面形态呈不规则的半月形，出露长1 200 m，最宽处380 m，面积0.36 km2，四周皆为雾迷山组燧石条带白云质灰岩。岩体南部沿断层侵位，断层东西两端产状较陡，倾角50°～60°，中间较缓，倾角30°～35°，倾向南西，其余皆为侵入接触。北西倾向190°～200°，倾角50°～60°；北部倾向190°～235°，倾角59°～69°；北东倾向245°～270°，倾角61°～79°。据物探资料，北部和东北部岩体产状亦较陡[7-9]。

这里值得指出的是，蘑菇峪、水莲洞石英斑岩体侵入时代目前存在疑义。这2个岩体均是超浅成侵入体，地质特征上有很大相似性。从区域分析，认为它们是本区岩浆演化的晚期产物，至少应该比周围出露的中深成岩体(如马家沟、五风楼、寿王坟等岩体)侵入时代要晚。

3 矿化体地质特征

水莲洞岩体铜矿化表现较弱，但均有显示，根据地表工程和深部验证异常的少数钻孔分析，构成工业矿体比较少。研究以铜品位≥0.1%标为铜矿化体，在铜矿化体内，铜品位≥0.3%为铜矿体。概略地总结如下：铜矿化带在矿化范围内，可分为西部带、中部带和东部带。东部带主要以铅、锌、银矿为主。

3.1 西部带

又分为东矿化带、西矿化带。

1)西矿化带

全长约200 m，宽约20 m，地表为铁帽，有明显的“火烧皮”特征，该铜矿化带内，根据铜品位变化，地表可以圈出长约30 m，厚1 m，铜品位达0.179%的铜矿体。该矿化带向深部延伸也呈似层状，倾向南，倾角40°～50°。17勘探线剖面见图2，钻孔见矿情况一览见表1。

表1 钻孔见矿情况一览

从图2、表1中可以看到，ZK1孔可见7层铜矿体，为似层状、透镜状。从孔深51.93～80.79 m，其顶底分别见有厚2.8，3 m的2层铜矿体(铜品位0.35%、0.64%)。在孔深243 m处，还可见1层厚1 m，铜品位为0.35%的铜矿体。从ZK2孔分析，共见到4层铜矿化体，最上部厚8 m，仅靠近接触带附近。从孔深110.06～134.86 m，厚约20 m顶底有2层铜矿体，一层厚12.8 m，品位0.58%，另一层厚10 m，铜品位为0.41%,该控制范围恰好与ZK1钻孔控制的约20 m顶底有矿体的范围相对应。第4层矿化体厚仅1 m，铜品位0.11%。ZK12共见有3层矿化带，没有构成铜矿体，从孔深153～169 m范围内可见，近20 m的间距内，顶底均见有铜矿化带，顶部厚3.93 m，铜品位0.15%，底部厚7.2 m，铜品位0.19%,与ZK1孔、ZK2孔约20 m顶底都有铜矿体的部位是可以相对应的。孔深224 m处，还有厚2.9 m的一层铜矿化带。从17勘探线剖面示意不难看出，该层厚约20 m的矿化带分布是有规律的，变化不大，从地表到地下均可以对比，应当认为是该矿化带较稳定的成矿层。该层上下均有矿化带，但都为透镜状，彼此相互对比有些困难，因为钻孔间距大，相互联结证据欠足，但地表形成的激电异常，次生晕异常与该厚度约20 m的矿化带形成的范围又相一致来看，结论还是较为正确的。

2)东矿化带

分部在东西走向的菜园沟内，由于地形为一冲沟，F2断层表现不十分明显，在沟的两侧，具有少量的断层角砾岩，形成铁帽或“火烧皮”。铜矿化带为透镜状，地表不连续，出露长度约400 m，厚10～20 m，地表没有见到铜矿体，共见到2层矿化带(表1)，2层厚度分别为6，5.48 m，顶部6 m矿化带中可见有4 m厚的铜矿体，铜品位为0.34%。该矿带从出露孔深71.25～77.25 m来看，与17勘探线剖面示意中见到的约20 m厚的顶底板有铜矿体的部位，可以对比，视为同一铜矿体。

3.2 中部带

分布在水莲洞岩体的东接触带。地表没有出现矿化带，仅根据ZK5孔，单工程见矿分析。铜矿化体铜矿体沿接触带分布呈似层状、透镜状产出，共见有12层矿化体，厚度1～9 m不等。最高含铜0.6%,其内有3层达到工业矿体(2层各厚1 m，1层厚2 m)。铜品位0.45%～0.16%。

3.3 东部带

分布在水莲洞岩体的东部，受东西向张性破碎带控制，共见有8条矿脉，矿体产状为走向北东70°～80°,倾向北西，倾角50°～70°,与围岩走向一致，矿体长一般为100～200 m，最长670 m，厚1.5～2 m，个别达到10 m，最薄0.75 m，主要以铅、锌、银矿为主，铜矿显示较微弱。

4 矿石的结构、构造

4.1 矿石的结构

水莲洞岩体中的有用矿物构成矿石是以铜为主要元素，钼、锌、铅、银为次要元素的矿物，主要矿石结构为他形粒状结构、包含结构、固溶体分解结构、交代残余结构等。

4.2 矿石的构造

矿石的构造主要由地质成矿作用所形成，水莲洞矿区矿石的构造比较简单，主要有浸染状、细脉浸染状、团块状、团粒状以及脉状构造。

1)浸染状、细脉浸染状构造

初步观察，浸染状、细脉浸染状构造的矿石形成较早，是气成—热液早期高温形成的产物。主要矿物有自形—半自形的黄铁矿和磁铁矿、黄铜矿、辉钼矿等，脉石矿物主要为次生石英。

2)团块、团粒状构造

此类矿石主要形成于气成—热液中温阶段。由于水莲洞岩体小，冷却快，结晶迅速，使含矿热液交代斑晶，岩屑或充填不规则的裂隙。主要形成的金属矿物有半自形、他形的黄铁矿和黄铜矿、闪锌矿、黝铜矿、方铅矿、脆硫锑铅矿、脉石矿物有次生石英和少量的白云岩。

3)脉状构造

此类矿石构造主要形成于气成—热液晚期中低温条件下，黄铁矿常以较不规则的脉状出现，且边缘多被白铁矿交代。此时共生的有黄铜矿、方铅矿、脆硫锑矿等。脉石矿物主要为白云石、次生硅化石英等。

4.3 矿石类型

根据野外和室内观察，依据矿石的结构、构造，现将水莲洞的矿石分为浸染状、细脉浸染状、团粒状、不规则的斑点状以及脉状5种矿石类型，以前2种为主。

早期金属硫化物常以稀疏浸染分布于石英斑岩岩体中，有的黄铜矿被黝铜矿交代，在中心呈不规则的残余体存在。常见金属硫化物多以团粒状、不规则的斑点状交代长石斑晶、晶屑和岩屑，而且黄铜矿又往往占据中间部位或充填石英粒间，有的黄铜矿以微小的乳滴状于闪锌矿中形成固溶体分解结构。还有一种晚期脉状矿石，其金属硫化物多以次生硅化石英、白云石脉共生，且黄铁矿常常白铁矿化。水莲洞铜多金矿矿石镜下细节见图3。

图3 黄铜矿分布于裂隙发育的半自形黄铁矿(a),黄铜矿和方铅矿紧密伴生，两者充填在石英晶洞的孔隙之中(b)

在ZK5孔中，见到石英斑岩体与围岩雾迷山组白云质灰岩(或捕虏体)接触带的特定地质环境和条件下，通过气成—高温热液交代作用而形成的一种矿石。常见金属硫化物沿矽卡岩后期挤压片理的裂隙中充填或沿包体的周边进行交代，有的矿化顺其间隙或造岩矿物晶粒间普遍渗透浸染。金属矿物磁铁矿晶出最早，黄铜矿、黄铁矿沿其解理裂隙进行充填、交代，有的黄铜矿在黄铁矿中做包体，亦有晚期黝铜矿交代黄铜矿。

远离接触带受围岩层理和层间破碎带控制，由于热液晚期温度下降，在中低温的条件有铅、锌、银含矿热液的充填，地表褐铁矿化普遍，白云石有重结晶现象。组成以上矿石的金属矿物主要有黄铜矿、辉钼矿、黄铁矿、磁铁矿、闪锌矿、方铅矿、黝铜矿、铜蓝、磁黄铁矿、脆硫锑铅矿、软锰矿、硬锰矿、褐铁矿；脉石矿物主要有钾长石(正长石—透长石)、斜长石、石英、角闪石、黑云母、白云石、透闪石、透辉石、金云母、蛇纹石、石榴子石、绿泥石等。

5 成矿作用与阶段划分

根据野外观察，结合矿石的结构、构造、矿物晶粒特征以及它们的相互关系，初步认为水莲洞矿区矿化体的黄铁矿与黄铜矿等硫化物的形成是多期多阶段的。可划分为3个阶段。

1)热液早期无矿或含矿阶段

在这个阶段中，金属硫化物呈星散的稀疏浸染状出现，主要有磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、辉钼矿。黄铁矿多为淡黄色、自形—半自形晶，晶面可见晶纹。磁铁矿晶出最早，多被黄铁矿、黄铜矿交代，亦见有黄铁矿包裹黄铜矿，伴生的脉石矿物主要为次生的硅化石英。这个阶段不是主要的成矿期，但往往可形成矿化。

2)热液中期硫化物成矿阶段

在这个阶段中，金属硫化物多呈团粒状、团块状出现。黄铁矿多为灰绿色，暗黄色粉末状，半自形—他形晶。与其共生的金属硫化物有黄铜矿、辉钼矿、闪锌矿、黝铜矿、方铅矿，它们多呈团块状及团粒状集合体交代长石斑晶、晶屑及岩屑，或呈脉状充填岩石裂隙中，偶见黄铜矿交代黄铁矿、闪锌矿，黝铜矿交代黄铜矿、黄铁矿，该期常常迭加于前期之上，形成有经济价值的矿体。伴生的脉石矿物主要是次生硅化石英和少量白云石。这个阶段是主要的成矿期[10]。

3)热液晚期含矿或无矿碳酸盐阶段

本阶段早期金属硫化物主要有黄铁矿、白铁矿、黄铜矿、铜蓝、方铅矿、硫铅矿等，但含量甚微，常见它们多与脉石英、裂隙充填的白云石共生。由于温度下降，黄铁矿多被白铁矿交代，而白铁矿又被白云石交代。这个阶段的晚期，金属硫化物已基本耗尽，多为细粒的白云石和次生硅化石英呈宽大的脉状充填于裂隙中。

6 水莲洞岩体及铜多金属矿成因探讨

水莲洞岩体的侵入时代为燕山晚期小型侵入体，它可能与其南部巨大的隐伏侵入体是共同的岩浆渊中岩浆分异与结晶分异的残余。在形成时间上，与近南北向褶皱作用时或稍后，主要是顺褶皱作用后期形成的裂隙或断裂侵入的。

岩体形成是多期次、多阶段的产物，晚期的成矿作用有利于岩浆成矿热液活动，便于深源矿质浓集和热动力作用下，岩石孔隙溶液环流和成矿物质重新就位在岩体内及接触带，以裂隙充填及交代方式成矿，为超浅成相岩浆热液型铜矿。铜矿化主要分布于石英斑岩体内，铅、锌、金、银矿则分布于雾迷山组白云岩中。

由矿床、矿点自成多金属体系对比区域上成矿规律的研究，见微知著。伴随本区中生代的各期构造—岩浆事件均发生的不同程度的成矿事件，不同时空和成矿条件下，形成的内生多金属矿床的矿种、类型及规模复杂多样。区内多金属矿产的分布具有一定的规律性，在马兰峪复背斜核部即岩浆岩集中区域主要分布高温的稀有金属矿和钼矿，以及受构造、矿源层和岩体共同控制的金矿，而在复背斜核部周围主要分布中低温的铜、铅、锌、银矿。通过对蘑菇峪铜多金属矿的矿化特征的认识，我们今后在马兰峪复背斜一带进行矿产工作时应结合成矿规律，做好矿床综合找矿与研究工作。