甘肃省天水寨沟铜及多金属矿地质特征及成因探讨

孙学博

寨沟铜及多金属矿位于中秦岭华力西褶皱带与北秦岭加里东构造带接合地段的反“S”型构造转折部位（图1），地层区划属祁连－北秦岭地层分区。成矿的热动力来自变质作用产生的热能，加之地下热水与其共同作用，为矿床形成提供了条件，成矿作用主要为交代和充填两方式共存，该矿床成因类型为中低温热液型，其自然类型以石英脉型为主。从矿区地质特征、矿体特征等多个方面对该矿进行综合研究和分析，确定其成矿规律及矿床成因，对今后区内同类型矿床寻找具有重要的参考作用。

图1 矿区大地构造位置图

1 矿区地质

矿区位于天水市秦州区南部娘娘坝－大门一带，出露地层主要有泥盆系舒家坝组第二岩性段、第三岩性段及新近系甘泉寺组。舒家坝组分布广泛，是矿区金银铜矿的主要赋矿层位。

1.1 地层

泥盆系舒家坝组（Dsh）。

矿区出露地层主要有泥盆系舒家坝组第二性段、第三岩性段，以第二岩性段为主，总体呈北西向展布。

（1）舒家坝组第三岩性段（Dsh3）：主要分布在圆洞寺－硬瓦沟脑一带，与舒家坝组第二岩性段（Dsh2）呈整合接触。岩性为由粉砂质板岩、钙质板岩偶夹绢云母板岩。

（2）舒家坝组第二岩性段（Dsh2）：在矿区内大面积分布，是区内主要含矿岩性段，其特征如下：

①寨沟－硬瓦沟一带由北向南、由新到老划分为4 个岩性层：Dsh2-4：该岩性主要为中厚层状长石石英细砂岩夹粉砂质板岩，石英细砂岩组成，厚度约700m。Dsh2-3：该岩性主要为粉砂质板岩偶夹钙质板岩，厚度约500m。Dsh2-2：该岩性主要为中厚层状细砂岩夹钙质板岩，厚度约600m。Dsh2-1：该岩性主要为钙质板岩、细砂岩、粉砂质板岩互层，厚度约800m。②寨沟调查区北部瓦子一带由南西向北东划分出3 个岩性层：Dsh2-3：该岩性主要为灰绿色板岩、粉砂质板岩，厚度大于1000m。Dsh2-2：该岩性主要为粉砂质板岩夹石英砂岩，厚度大于700m。Dsh2-1：该岩性主要为中厚层状石英砂岩，厚度大于500m。③马家湾勘查区划分为2 个岩性段：Dsh2-1：呈北西向分布于马家湾勘查区中部曹王－马圈沟一带，其岩性为：粉砂岩、石英砂岩夹粉砂质、钙质板岩。厚度大于100m。Dsh2-2：广泛分布，与Dsh2-1整合接触，其岩性为：钙质板岩、粉砂质板岩偶夹粉砂岩，厚大于870m。

新近系甘泉寺组（Ng）。

主要分布在寨沟普查区的西部苏家沟、寨沟调查区中部的大门镇－孙旗家及马家湾详查区北部的长沟一带，岩性主要由红色泥岩、白色泥岩及少数紫红色砾岩构成，厚度大于10m，与下伏泥盆系舒家坝组呈角度不整合接触。

1.2 构造

1.2.1 寨沟－硬瓦沟一带构造

位于区域金长沟倒转向斜的南西翼，地层以南西倾为主，总体发生了倒转。区内断裂较发育，以近东西向为主，北东向为次，均为区内主要控（容）矿构造。

（1）近东西向断裂：该组断裂断层内组成物质以黄铁矿化、黄铜矿化石英脉及断层角砾岩为主，是矿区最主要容矿构造。

（2）北东向断裂：该组断裂面呈舒缓波状展布，产状120°∠30°～60°，断裂带宽2m 左右，带内岩石主要有碎裂

石英脉、断层角砾岩等，岩石普遍具褐（黄）铁矿化、孔雀石化蚀变、硅化，为区内主要容矿构造。

1.2.2 瓦子村、烽火山一带构造

瓦子村一带断裂不发育，仅发现北西向和北东向断裂各1条。

（1）北西向断层位于北西部，为一逆冲断层，宽度2m ～8m，出露长度约100m，呈近东西走向，产状220°∠60°～70°，断面见擦痕、镜面等特征。断层域中组成物质为绢云母化、硅化断层角砾岩、碎裂岩块等，断层两盘岩石为灰绿色粉砂质板岩，近断层处岩石褪色蚀变明显。

（2）北东向断层位于松林坡东南部，宽1m ～8m，呈北东走向，产状130°∠68°，断层性质为逆断层， 断层域中组成物质为石英脉及断层角砾岩，岩石具弱的褐铁矿化蚀变。

烽火山一带近东西向断裂发育，断裂带宽度一般为1m ～7m，长度约80m ～300m，倾向不定，走向80°～120°，断层带内岩石主要为（黄）褐铁矿化、孔雀石化石英脉。

1.2.3 马家湾一带构造

受区域反“S”型构造的影响，区内层间复式褶曲多见，斜歪、平卧短轴褶皱众多。区内总体为一轴向北西、向北东倾伏的向斜构造，核部为Dsh2-1的石英砂岩、粉砂岩，两翼为Dsh2-2的钙质板岩、粉砂质板岩，矿（化）体分布在该向斜构造的北东翼Dsh2-2中。

断裂构造较发育，多集中分布在背斜的北东翼，以北东向和北西向两组断裂为主，规模较小，宽度一般在0.5－3.0m，断裂带中岩石普遍具褐铁矿化、硅化蚀变。北西向断裂是矿区主要控（容）矿构造。

1.3 岩浆岩

矿区内岩浆活动微弱，未见侵入体出露，仅见有脉状产出的闪长玢岩脉（δ）等。

闪长玢岩脉：区内出露较少，仅在马家湾勘查区的马圈沟内见顺岩石板理产出的闪长玢岩脉，宽1.5m，出露长。岩石呈灰－灰黄色，块状构造，细粒结构、斑状结构，成分为斜长石、角闪石、及微量金属矿物。

1.4 变质作用及围岩蚀变

1.4.1 变质作用

矿区内主要为一套浅变质的石英砂岩、长石石英砂岩、岩屑杂砂岩、粉砂质板岩等，分布较广。根据变质岩石在矿物成分和结构构造上所具有的特征，矿区内变质作用主要为区域变质作用和动力变质作用。

（1）区域变质作用。矿区位于秦岭造山带核部，以区域低温变质作用为主，热液变质较弱，形成矿区内广泛分布的各种砂岩、板岩，变质程度较低，仅达到低绿片岩相，该套变质岩基本未发生重结晶作用，其平行层理、透镜状层理、交错层理等原始沉积构造，后期构造虽对其改造，但均可在野外直接恢复原岩，含泥质成分较低的岩石基本不含变质矿物，原岩与成分变化不大。

（2）动力变质作用。动力变质作用影响范围涉及断裂构造带内及两侧，主要与断裂构造有关，是动力变质作用长期持续作用的结果，形成的动力变质岩有断层角砾岩、碎裂岩等。在区内呈线状分布，动力变质岩延长与断裂一致；宽度受断裂规模控制，分布于断面外十米之内。

1.4.2 围岩蚀变

矿区内广泛发育蚀变交代变质作用，各种蚀变岩石形在区内广泛分布。蚀变类型主要有：褐铁矿化、黄铁矿化、黄铜矿化、蓝铜矿化、孔雀石化及硅化、碳酸盐化、绿泥石化等，分布在断层及其附近的围岩中。在地表蚀变强度一般较弱，随深度增加而增强，随远离断层而减弱。褐铁矿多呈粉末状，分布范围较宽，可达断层以外10m。黄铁矿一般呈不规则细脉状、呈星点状、碎裂团块状及不等粒状集合体产出，含矿石英脉及含矿断层角砾岩与其关系密切，多发育于石英脉中及其旁侧，在矿体中蚀变程度明显增强，是区内主要的找矿标志；孔雀石化、黄铜矿化发育在断层及石英脉中，孔雀石呈斑点状分布，含量极不均匀，矿化较强时可达10%，多数含量较低，而黄铜矿化在近地表较孔雀石化弱，仅在孔雀石发育地段偶见，一般呈他形晶与黄铁矿共生在一体，深部则黄铜矿化明显加强，并见巨粒晶集合体发育于石英脉中；区内硅化蚀变非常广泛，其分布除与断层有关外，还与岩石有关，硅化表现形式有两种：①均匀地交代原岩，在硅质含量高的岩石中硅化强。②呈石英脉的形式沿断层、裂隙充填，与金铜矿化关系密切。

2 矿体特征

矿区主要有寨沟铜矿、烽火山铜矿、硬瓦沟铜矿、马家湾金矿四个矿点。共圈出石英脉型铜矿体10 个，金矿体2 个（表1）。其中在寨沟铜矿区圈出石英脉型铜矿体5 个（含铜盲矿体2 个），圈出金盲矿体1 个；在硬瓦沟铜矿区圈出石英脉型铜矿体2 个（含铜盲矿体1 个）；在烽火山铜矿区圈出石英脉型铜矿体3 个；在马家湾金矿区圈出金矿体1 个。其主要矿体地质特征见下表。

表1 矿区矿（化）体特征一览表

所圈定铜、金矿体均为石英脉型，矿体多呈脉状、透镜状赋存于泥盆系舒家坝组第二、三岩性段中，顶、底板岩石主要为长石石英细砂岩、粉砂质板岩、岩屑砂岩、泥岩等。矿体受近东西向或北西向两种断裂构造的控制，矿石类型均为石英脉型，矿石矿物主要为孔雀石、黄铜矿、斑铜矿、蓝铜矿、黄铁矿、褐铁矿等，脉石矿物为石英及方解石，主要矿化蚀变有褐铁矿化、黄铁矿化、黄铜矿化、蓝铜矿化、孔雀石化及硅化、碳酸盐化、绿泥石化等

3 矿石质量

3.1 矿石矿物成分

矿区铜（金）矿石类型均为石英脉型，铜矿石的氧化矿石中金属矿物主要有褐铁矿、孔雀石，并伴有少量斑铜矿、铜兰等，硫化矿石中金属矿物主要为黄铜矿、黄铁矿、孔雀石、褐铁矿等；金矿石的氧化矿石中金属矿物主要为褐铁矿，硫化矿石中金属矿物主要为褐铁矿、黄铁矿等，脉石矿物为石英及方解石、绢云母等。

褐铁矿：分布在矿体近地表的氧化带中，褐铁矿成粉末状、蜂窝状，含量可占5%以下，为不规则集合体，或呈细脉状充填在矿石的裂隙中，多数以交代黄铁矿的形式存在，部分褐铁矿成胶体状态聚集，形成星散状，大部分褐铁矿为隐晶质土状集合体分布，褐铁矿的存在证明了成矿后存在氧化过程。

孔雀石：由黄铜矿交代而成，为不规则团状、条带状，分布或充填于矿石的裂隙处，含量变化较大。

黄铁矿：呈浅黄色、黄白色，硬度6 ～6.5，比重5，黄铁矿以浸染状、团块状、细脉状的形式分布。

黄铜矿：在矿体中以浸染状、细脉状、团块状及碎粒状集合体等形式分布，含量在0.2%～10%之间，平均1%以上。

石英：是矿石中含量最多的脉石矿物之一，呈白、浅灰白、烟灰色，半透明状，石英为他形粒状，粒度在0.4mm ～2mm，最大10.5mm，并具强烈的波状消光及韧性拉长变形现象，颗粒以长轴方向的紧密镶嵌定向排列，石英晶体内不洁净，含有尘状泥质质点、铁质斑点，表面有星点状的泥质物等。

方解石：主要出现在二次破碎的脉石英裂隙中，为成矿后的蚀变矿物，多数粒度大于0.1mm，一般呈细脉状、不规则团块状分布。

矿区矿石结构主要有粒状结构、交代残留结构、碎裂结构、包含结构等。构造主要有侵染构造、块状构造、细脉侵染构造等。

3.2 矿石类型

3.2.1 铜矿石

氧化矿石：交代残余结构，团块状、浸染状构造，矿石矿物主要为褐铁矿（约5%～30%）、孔雀石（约3%～5%），褐铁矿为胶粒状（部分褐铁矿中含有交代后黄铁矿的残留），孔雀石为集合体状。脉石矿物主要为石英、少量的方解石或围岩碎块，石英多为粒状变晶结构。

硫化矿石：碎裂、交代残余结构，浸染状、团块状构造，矿石矿物主要为黄铜矿（约3%～5%）、黄铁矿（约3%～5%）、孔雀石（约2%～3%）、褐铁矿（约5%～10%），金属矿物分布于矿石或矿石裂隙中，多呈团块状、浸染状及细脉状。脉石矿物主要为石英、方解石及少量围岩碎块等。

3.2.2 金矿石

氧化矿石：矿石呈中－粗粒镶嵌结构，浸染状构造，矿石矿物主要为褐铁矿（约10%～30%），多分布与矿石某些裂隙中，脉石矿物主要为石英，矿石具硅化等蚀变。

硫化矿石：粒状结构、碎裂结构，斑点浸染状构造，矿石矿物主要为黄铁矿（5%～10%），黄铁矿主要分布在断层面与石英脉接触处，多成细粒它形晶，脉石矿物主要为石英。

3.3 矿体围岩蚀变特征

矿区铜、金矿体均分布在泥盆系舒家坝组第二性段、第三岩性段，受区内断层控制，矿体顶、底板围岩为粉砂岩、岩屑杂砂岩、长石石英细砂岩、粉砂质板岩、泥岩等。近矿体围岩均发生了不同程度的蚀变，蚀变类型有黄（褐）铁矿化及硅化、碳酸盐化，其中黄（褐）铁矿化与铜金成矿关系最密切。

4 成矿规律及矿床成因

4.1 成矿规律

矿区铜（金）矿为石英脉型，赋矿层位主要为泥盆系舒家坝组第二岩性段（Dsh2），该层位岩性组合主要为岩屑杂砂岩、粉砂岩、粉砂质板岩及泥岩等。

矿区控矿构造的倾向、倾角均相对集中，控矿构造的优势方位为近东西向和北西向两种，近东西向构造和北西向构造既是导矿构造又是容矿构造。

石英脉型铜矿属典型的后生矿床，其成矿作用方式主要有含矿热液在控矿构造中的充填或交代作用两种。同时，矿体的规模大小严格受构造规模大小的控制，因此，矿体规模特征可出现较大的变化，矿体的规模大小变化也可间接反映控矿构造的规模大小变化。

4.2 矿床成因

从地质环境来看，矿区位于娘娘坝反“S”型构造的转折部位西部，中秦岭李坝金成矿带的东部，成矿环境优越，赋矿地层为泥盆系舒家坝组，该地层中金、铜元素的高背景值较高，为矿床的形成提供了主要的物质来源。

从控矿条件分析，矿区内矿体均受断裂控制，主控矿断裂带与岩层斜交，为成矿流体形成后萃取深部岩石中的成矿物质及为成矿流体的对流、上升提供了通道，为成矿物质沉淀提供空间。

从蚀变特征和矿石组构分析，矿区内有多期的成矿作用，经其叠加演变，使矿石由贫变富，成矿作用为由交代向充填逐渐发展的过程。

综上所述，矿区的成矿物质主要来自于舒家坝组地层，经变质作用产生的热能为成矿提供了热动力，加之地下热水与其共同作用，为矿床形成提供了条件，成矿作用主要为交代和充填两种方式。因此，该矿床成因类型为中低温热液型，其自然类型以石英脉型为主。