江苏溧水火山岩盆地锗矿富集成矿探讨

孟庆秀，张 勇，匡福祥，王 冲

（1.江苏省南京工程高等职业学校，江苏 南京，210016；2.南京地质调查中心，江苏 南京，210016）

锗元素是一种典型的稀有分散元素，与锡和铅在元素周期表中属同一族，后两者早被古代人们发现并利用，而锗却长时期以来没有被工业规模开采。锗在地壳中的含量约为百万分之七，具有亲石、亲硫、亲铁、亲有机的化学性质，很难独立成矿，很少形成独立矿物，一般以分散状态分布于其他元素组成的矿物中，多与金属矿床共（伴）生产出。锗是一种重要的半导体材料，对固体物理和固体电子学的发展有重要作用，是重要的战略资源。被广泛用于半导体、航空航天测控、核物理探测、光纤通信、红外光学、太阳能电池、生物医学等领域。

全球锗的资源量比较贫乏，已探明全球金属锗资源量仅为8 600 t，按照目前年采200 t计算，43年后全球锗金属储量就会耗尽。锗矿产资源在全球分布比较集中，主要分布在中国、美国和俄罗斯，其中储量最多的是美国，占全球45%，其次是中国，占全球41%。我国已探明锗矿产地约35处，主要分布在云南、内蒙等地。内蒙锗矿主要分布在煤田中，品位低，可采性差；而云南锗矿分布在铅锌矿和含锗褐煤中，云南会泽县是我国重要的铅锌锗生产基地。

近年来笔者在长江中下游成矿带溧水火山岩盆地调查工作中发现，在盆地东南边缘火山喷发间歇期河湖相沉积建造中有较好的锗矿化。在该地区的锗主要赋存在早白垩纪陆源碎屑岩中，锗矿化明显与赤铁矿化、褐铁矿化呈正相关。其次还有部分锗铁矿属于火山喷发沉积一中低温热液叠加锗铁矿，分布在杭村组含锗铁(铅锌)沉积岩系地层中，受杭村期湖盆相沉积和姚家边晚亚旋回的火山岩-次火山岩活动的双重地质因素控制，例如，童山锗铁矿、枕头山锗铁矿等。中低温热液裂隙充填型锗铁矿受姚家边旋回火山热液作用，赋存在北西向的断层裂隙带之中，例如，南山头锗铁矿，锦华山、大茅岭庵锗铁矿。通常情况下，锗这种元素的富集主要在褐煤中，其次是与铅锌矿伴生，而本处矿化却主要发生在含铁硅质建造中。因此有必要对该地区锗矿的物质来源及成矿机制做简要探讨，希望能够对长江中下游成矿带溧水火山岩盆地成矿规律及矿床类型提供更丰富的研究素材，增强锗成矿机制的新认识。

1 成矿地质背景

1.1 大地构造环境

溧水火山岩盆地是长江中下游几个知名火山岩区之一，位于扬子陆块下扬子坳陷带内。该盆地东侧以NNE向的茅山东侧断裂，西侧以方山—小丹阳断裂为界；南侧以小丹阳—双牌石，北侧以南京-湖熟为界组成菱形断块区域。盆地火山基底为晚三叠世黄马青组，早中侏罗世象山群及晚侏罗世早期西横山组。火山岩系多不整合于基底岩层之上，并为后期内陆沉积河湖相红色砂页岩所覆盖。

区域构造活动从侏罗纪中晚期—白垩纪早（170～135 Ma）开始增强，由于太平洋板块向亚欧板块俯冲，总体处于挤压背景，岩浆活动呈现出由沿海向内陆年轻化趋势，且多具壳源特征；白垩纪早期之后，太平洋板块的俯冲作用减弱，俯冲板块发生后撤，研究区总体处于拉张背景，从而形成了火山盆地，造成大量富集地幔和少量古老地壳物质的熔融，形成大量中基-中酸性岩浆岩[1]。

1.2 火山喷发旋回

早白垩世发生大规模火山喷发，由老至新依次为龙王山、大王山、姚家边、甲山4个演化旋回。龙王山旋回主要出露于盆地四周，中部有少量分布，其下部为角闪岩和云闪安山岩及角砾岩、凝灰岩等，中部为辉石安山岩及火山碎屑岩。在火山口四周，龙王山组下段底部镜铁矿化凝灰质杂砾岩中形成层状铁铜矿。区内断裂有两组，以北西向一组为主，次为北东向一组，断裂发生在龙王山组火山岩、凝灰质杂砾岩及岩体中，断裂形成时间晚于龙王山组。围岩交代蚀变对围岩的选择性很强。在陡山组长石石英砂岩和泥质粉砂岩中以硅化、黄铁矿化为主;龙王山组底部凝灰质杂砾岩中以大理岩化、碳酸盐化、石榴子石化、绿帘石化、阳起石化、黄铁矿化、镜铁矿化、黄铜矿化为主;龙王山组下段安山质火山碎屑岩、熔岩及岩体中以绿泥石化、碳酸盐化、绢云母化、高岭土化、泥化、钠长石化、硅化、绿帘石化、镜铁矿化为主。蚀变有成层产出的特征，尤其以龙王山组凝灰质杂砾岩层状蚀变十分明显，其次蚀变受构造控制，凝灰质杂砾岩一杂砾岩的孔隙度大，石榴子石、阳起石、绿帘石、镜铁矿、黄铜矿等层状蚀变显著。矿体赋存于龙王山组下段底部凝灰质杂砾岩中，在火山喷发作用和次火山岩侵入作用的影响下，使凝灰质杂砾岩中的灰岩砾石蚀变成镜铁矿、穆磁铁矿、磁铁矿和少量黄铜矿；大王山旋回出露于盆地东部和南部，北部呈零星分布，其下部为凝灰火山碎屑岩和火山碎屑岩，夹铁碧玉和赤铁矿层，中部为粗安-安山质熔结凝灰岩和熔岩，上部为玄武粗安质熔岩及火山碎屑岩；姚家边旋回分布在盆地南部地区，主要为高钾粗面岩夹火山碎屑岩；甲山旋回分布于盆地北部边缘，主要为英安流纹质熔岩和熔结凝灰岩[2]。

测区内出露地层由老到新为侏罗系上统西横山组灰质砾岩、泥灰岩、石英砂岩、长石石英砂岩、粉砂岩等;龙王山组下段角砾安山岩、安山质火山角砾岩等，两者呈不整合接触。闪长玢岩呈岩脉状、岩枝状产出,它侵入于西横山组地层中，属大魏庄岩体边缘岩枝、为燕山早期次火山岩。区内为一单斜构造，地层走向300°～325°，倾向南西,倾角25°～28°。区内断裂构造发育，岩层被切割、错开、升降明显，主要有北西向、北北东向、北北西向、北东东向四组断裂。围岩交代蚀变为矽卡岩化(石榴子石化、透辉石化、绿帘石化)，角岩化、绿泥石化、碳酸盐化。

2 成矿地质特征

2.1 矿化空间分布特征

继承性断层裂隙，以及南部相邻的横溪—芝山断裂的继承性断层裂隙。盆地内岩浆自北西向南东由中基性逐渐向中酸性及碱性富钾方向演化；从岩浆性质与成矿的关系来看，成矿热液早期为酸性，而晚期为碱性。晚期由于碱性元素的富集并沿着成矿通道上升，形成本区与Sr、Ba、Ge等希散元素有关的矿床。类型主要有火山喷发中低温热液沉积型和裂隙充填型锗铁矿（图1）。

图1 溧水盆地观山旋回成矿模式图[3]

区内成矿系列中分散元素的储藏大有远景，锗矿主要分布在盆地东南缘，如南山头云合山、小茅山、祖山、馒头山、老虎头等地。目前已经发现火山喷发沉积-中低温热液型锗铁矿小型矿床3处、中低温热液裂隙充填型锗铁矿小型矿床1处，矿点3处。

2.2 矿化富集特征

火山喷发沉积-中低温热液型锗矿化主要发生在大王山喷发旋回和姚家边旋回之间，含矿建造主要为这两个喷发旋回间歇期的杭村组河湖相沉积建造。锗矿化往往与铁矿化相伴生，形成锗铁矿体。矿体主要有呈似层状、扁豆状及不规则状产于硅质岩中。

该类型的赋矿地质体为产于侏罗系上统火山喷发间隙期河湖相沉积的杭村组中段下部的含铁硅质岩建造。杭村组这套内陆碎屑沉积岩性变化较大，地层总厚度为357.23 m。可分为3个岩性段：下段为富含火山岩碎屑为特征，有沉角砾岩、砂砾岩、沉凝灰岩、凝灰质砂岩等组成，厚0～26.41 m；中段以钙硅质为特征，有钙泥质粉砂岩、钙质砂岩、含砾钙质砂岩、含硅泥质微晶灰岩、含铁硅质微晶灰岩等组成，厚216.10 m；上段为细砂岩夹页岩，厚＞114.72 m。本次研究在勘查钻孔中发现3层锗铁矿体，矿层底板为砂质灰岩、含锗铁钙硅质岩，顶板一般为钙质砂岩、钙质页岩，矿体产状与地层产状一致。

矿石类型主要是含锗赤铁矿，其次是含锗铁锰质页岩、含锗赤铁矿砂岩、含锗赤铁矿碧玉岩。一般锗与铁成正消长关系，铁与硅呈反消长关系，锗与硅的关系不明显。裂隙充填型锗铁矿，主要受横溪—芝山北西向基底断裂的继承性断裂带控制，锗铁矿体呈脉状充填在断层裂隙中，与火山活动期后中低温热液活动有关。成矿围岩主要为下白垩统葛村组红色砂岩及姚家边组火山碎屑岩。葛村组红色砂岩建造在空间上与下伏杭村组湖盆相邻近。

矿石类型有石英-含锗褐铁矿、方解石-含锗褐铁矿、含锗褐铁矿-泥。矿石矿物主要有含锗赤铁矿，其次是含锗褐铁矿泥（含锗红色黏土）。在岩矿鉴定研究方面，显微岩矿鉴定和选矿试验中均未发现锗的单体矿物。从资料分析和选矿结果来看，锗与铁呈正消长关系，锗可能呈吸附状态赋存在赤铁矿中。

3 成矿机制探讨

3.1 构造控矿因素

该成矿区的构造控制因素，以断层裂隙为特征，主要有两期断层裂隙。早期为伴随着观山火山岩—次火山岩活动期的断层裂隙，即火山构造断层裂隙:晚期为观山火山岩一次火山岩活动期后的断层裂隙，即控制观山火山岩一次火山岩活动的陶吴—上沛断裂的杭村湖盆，位于韩胡村火山穹隆的南部外侧，控制了大王山组与姚家边组之间的火山喷发间歇期的杭村组含锗铁(铅锌）沉积岩的分布。南山头锗铁矿带，受陈家村一南山头断裂控制，形成了石英——含储赤铁矿（南山头锗铁矿）。

测区中纵向断裂和横向断裂为区域性构造格架，它控制了区内火山岩一次火山岩的喷发一侵入。纵向断裂的控岩作用:受方山—小丹阳断裂与洪兰—丰安寺断裂控制的西部断块隆起区，是龙王山早亚旋回火山岩和次火山岩的活动区。受茅西断裂控制的茅山推覆体中，仅局部发育了姚家边晚亚旋回的火山岩侵入活动。在上述两个块体之间，为溧水火山岩断陷带，发育了从龙王山旋回—甲山旋回的火山岩和次火山岩，也是测区内火山岩和次火山岩的主体。总之，测区中纵向断裂的控岩作用主要表现在测区火山岩一次火山岩活动的横向迁移性方面。横向断裂的控岩作用:开太—白马山断裂带，它控制了测区北部龙王山晚亚旋回的开太—十里膊断裂喷发带及东岗裂隐中心式火山活动区。测区南部的陶吴—上沛断裂带,它控制了姚家边晚亚旋回的蒲塘桥—观山断裂喷发带及观山火山活动中心。总之，测区中横向断裂的控岩作用，主要表现在测区火山岩—次火山岩活动的纵向迁移性方面。由于测区内生矿产的分布，在时间上与测区中的火山岩岩浆演化的阶段性相一致，在空间上围绕着火山岩—次火山岩活动中心分布，因此，加深对测区中控制火山岩—次火山岩活动的构造研究，对寻找内生矿产尤其重要。

3.2 岩浆岩控矿因素

早期的岩浆活动开始于杭村期，以玄武岩局部性喷发为前奏。零星分布在测区北部的姚家边和测区南部的旋峰山等地。中期以大规模的粗安岩喷发活动和次火山岩粗安斑岩侵入活动为特征，遍及测区北部，南部、东部，形成了以观山为中心的火山岩—次火山岩活动中心，以及云鹤山—长山头、状元山—枯竹山、上城—禅林山等次火山岩活动带。在围绕着观山火山岩—次火山岩活动中心的火山构造断层裂隙中，形成了中低温热液裂隙充填铜（金）多金属矿床，其次在上城—禅林山等次火山岩带中的基底构造断层裂隙中，形成了中低温热液裂隙充填铜铅锌多金属矿化。晚期为北西向继承性断裂活动及正长斑岩，霓石正长斑岩侵入活动，分布在溧水火山岩中央隆起的北部和南部。北部以开太—白马山断裂右行扭动派生的爱景山—小东山断裂带为代表，是中低温热液裂隙充填型锶矿的主要储矿构造空间:南部以陶吴—上沛断裂的继承性断裂洪兰—西宋，经家山—金驹山及横溪—芝山断裂的继承性断裂，陈家村—南山头等断裂为代表。沿断裂带分布了正长斑岩和霓石正长斑岩岩脉，是中低温热液裂隙充填型金、铀、锗矿的主要储矿构造空间。

3.3 地层控矿因素

杭村组是测区火山岩系地层中的主要沉积岩层，也是测区燕山早、晚两期火山岩系的划分和燕山早，晚两期内生矿产划分的界限。在杭村湖盆中，沉积了沉火山碎屑岩—正常碎屑沉积岩夹含锗铁(铅锌）钙硅质岩系，形成了火山喷发沉积—中低温热液型锗铁(铅锌)矿，例如，铜山锗铁(铅锌)矿。燕山晚期姚家边组火山岩系地层中，同期次火山岩粗安斑岩活动强烈。发育了“黄铁矿、石英岩化”,在“黄铁矿、石英岩化”带中，形成了与“斑岩”有关的中低温热液裂隙充填铜(金)多金属矿，以及金、重晶石、锗、铀矿产，例如，馒头山锗铁矿点等。在甲山组流纹质火山岩系地层中，除蒙脱石化外未见其他矿化。

综上所述，溧水盆地内锗矿化与早白垩世姚家边旋回的次火山岩侵入活动有关。在大王山喷发旋回之后，间歇期沉积杭村组河湖相沉积建造，之后早白垩世早期姚家边晚亚旋回大规模的火山岩粗安岩类的喷发溢流，使杭村组地层普遍受火山岩流的扰乱和覆盖，次火山岩侵入活动也较发育[3]。据调查资料表明，中低温热液活动分两个阶段：第一阶段，以富含二氧化硅及少量铜铅锌的硫化物热液为主，沿裂隙上升，交代部分围岩，形成层状硅化带，并在个别地方形成少量方铅矿、闪锌矿等有色金属矿物，这个阶段主要形成火山喷发沉积-中低温热液型锗铁矿；第二阶段，是在第一阶段热液活动之后，又发生了构造破碎，富含铁质及硅质的热液，再次沿裂隙上升，富集呈赤铁矿体，这个阶段主要形成中低温热液裂隙充填型锗铁矿。岩浆热液通过上述活动，吸取了围岩中的锗，富集成为锗铁矿。

4 总结

本区锗铁矿床前人均作了普查评价，由于锗铁矿石中锗元素的可选性很差，锗元素的回收率只有50%左右，因此对锗铁矿床未再作进一步的勘探工作。此次调查工作对前人已勘探或开采的南山头锗铁矿矿床，以搜集和综合整理前人资料为主，结合实地观察，了解成矿地质条件、矿床特征及开采利用情况，总结成矿规律，并注意在外围成矿有利地段开展矿产普查工作。由于杭村组地层中下段普遍有Pb、Zn化探异常，通过对铜山Pb、Zn异常的解剖，证实在锗铁矿层及其顶底板含铁锰质围岩和底部构造不整合面上有铅锌矿沉淀，粒度很细，在浅部和深部不整合面上可形成贫铅锌矿层。热液型陡脉状铅锌矿体规模小，延深浅。本区的找矿工作，在杭村组中段下部及底部构造不整合面上是寻找沉积型铅锌矿的远景区，特别是深部构造不整合面上矿体增厚，因此，可在湖盆的中心部位布设一条东西向剖面线，从西部开始，由浅入深用钻探进行深部探索。沿湖盆东西两侧北东向和南北向粗安斑岩接触带内外的断裂构造破碎带中是寻找热液型脉状铅锌矿体的远景区。