九瑞矿集区铜金多金属矿成矿控制地质特征

董宜勇，周贤旭，胡志戍

江西省地质局第二地质大队，江西 九江 332000

九瑞矿集区地处长江中下游铁铜成矿带江西段内。随着新一轮矿产勘查工作的展开，在九瑞矿集区内的城门山、武山矿田深边部找矿工作取得了新的突破，其中深边部新增铜矿资源储量均达大型矿床规模。随着深部钻探工程追索控制的深入，研究小组发现城门山矿床成矿元素和矿体主要分布于成矿岩体的东部；而武山矿床则相反，成矿元素和矿体主要分布于成矿岩体的西部，两者出现明显不一致的现象。研究小组通过对九瑞矿集区岩浆侵位机制的成矿控制作用研究，尝试解释这种现象形成的原因，并对其成矿控制机理进行初步探讨。

1 研究区概况

九瑞矿集区内出露地层较齐全，地质构造较为复杂，燕山期同熔型岩浆活动较为频繁，具有较好的成矿地质背景。出露主要有奥陶系—三叠系地层，局部地段发育古近系砂砾岩。志留系—泥盆系地层岩性主要为碎屑岩，奥陶系、石炭系—二叠系—三叠系地层岩性主要为碳酸盐岩。其中，黄龙组地层是研究区内块状硫化物型铜多金属矿赋存最重要的层位。

研究区内褶皱、断裂构造较为发育，构造控矿系统分级较为明显。NW 向与NEE 向盖层断裂和层滑断裂及其构造节点控制了浅成岩体或矿床（体）的定位；岩体与围岩的侵入接触带、构造破碎带、裂隙构造带和碎屑岩与碳酸盐岩岩性差异面等“地质界面”控制着矿体的产出[1]。其中，五通组与黄龙组之间碎屑岩与碳酸盐岩的岩性差异面及岩浆侵入接触带最为重要，是矿集区内铜多金属矿矿体赋存的主要空间。

研究区内以广泛分布燕山期同熔型中酸性斑岩为特征，中酸性斑岩也是研究区主要的铜钼金矿成矿地质体[2]。岩浆岩以NWW 向封山洞—城门山超壳张裂带为中心，沿盖层断裂向东、西两侧向上侵位[3]，以岩株和岩脉（墙）状产于奥陶系—三叠系中。岩株状岩体平面上呈不规则椭圆形，剖面上呈上大下小的筒状，对成矿最为有利，易于形成属于“多位一体”广义矽卡岩型矿床，这是形成大型矿床必要条件，如城门山、武山铜多金属矿；岩脉（墙）状岩体大多呈板状、似层状或分枝状，分布于褶皱翼部层间断裂带、构造破碎带或张性断裂带中，主要形成中低温岩浆热液矿床，且矿床规模多为中—小型的铜金矿床，如洋鸡山金矿、列山石—丁家山铜矿等。岩浆岩成岩时间集中在148～136 Ma 之间[4-7]。岩浆演化主要可分为两期四个阶段：燕山早期第一阶段—闪长岩、石英闪长（玢）岩→燕山早期第二、第三阶段—花岗闪长斑岩→燕山晚期第一阶段—石英斑岩，分别对应Au、Ag（Pb、Zn、Cu、S）→Cu、S（Au、Ag、W、Pb、Zn）→Mo（Cu）的成矿序列。其中以燕山早期第二、第三阶段花岗闪长斑岩阶段最为重要，这一时期是研究区铜矿成矿的主要时期。

2 城门山、武山矿床主矿体空间分布差异特征

在武山铜矿床成矿地质体（武山岩株状杂岩体）西部的似层状块状硫化物铜多金属矿体连续性好，走向延长大（约1 600 m），显示自岩体向西的矿化呈现出由铜→铅锌银矿床（体）的分布；在其东部，矿化延长不足岩体东部矿化体长度的并且仅分布金铜体，铅锌银矿体少见。

城门山矿田成矿岩体（城门山岩体）东部的块状硫化物型铜多金属矿体的向东延长约1 200 m，且矿体的连续性相当好，矿化作用强，同样呈现出由铜→铅、锌、银元素的正常分带序列；城门山岩体西部矿化范围明显较东部小，矿化作用变弱（见图1）。

图1 武山、城门山矿田块状硫化物型矿体水平投影示意图

3 旋扭构造与控矿特征

3.1 旋扭构造形迹

3.1.1 环状、帚状构造

武山岩体与武山矽卡岩型＋斑岩型等铜多金属矿密切相关。岩体为一向南东倾斜的蘑菇状岩株，平面上近似于圆形，剖面上呈喇叭状，上大下小。围绕武山岩体分布有呈环状展布矽卡岩型铜矿体；在岩体内部分布向北东收敛、往西南撒开，总体为NEE 向展布的帚状构造，反映岩体部分为内旋做逆时针旋扭，并且帚状构造是铜多金属矿赋存有利的空间，往往控制着斑岩型或构造破碎带型铜多金属矿的产出。

3.1.2 被动褶皱构造

城门山岩体出露面积约1 km2，呈岩株状产出，岩石类型主要为花岗闪长斑岩（燕山早期第三阶段）和石英斑岩（燕山晚期第一阶段）。这两种类型的岩浆岩的出露面积分别约为0.65 km2和0.35 km2。在岩体中心周边及深边部，发育一系列弧形背向斜构造，褶皱总体表现为：凹部指向岩体接触带，而凸部朝向围岩。岩体东西两侧褶皱的表现形式各不相同。岩体西部分布的褶皱密度较大，延伸较小，呈南东撒开、北西收敛；而岩体东部的褶皱密度较小，延伸较长，呈北东撒开、南西收敛，反映出围岩在岩浆逆时针上侵而推挤塑化岩层，致使围岩以顺时针方向运动而变形。在岩体顶部附近，褶皱变形强烈、规模大，而远离岩体变小至消失。研究小组推测在岩体上侵“通道”附近围岩（特别是黄龙组/五通组等）时，因岩浆热液流体的逆时针旋转上侵、运移而推挤塑化岩层产生了岩层褶皱现象，凹部面向东北，呈北端收敛、南东撒开。

上述褶皱特征反映出褶皱与岩浆上侵动力作用的成生关系，揭示出侵位动力褶皱与岩体有着成因与时空的密切联系。岩浆上侵结晶成岩是形成旋扭构造动力作用的“砥柱”。

研究区成矿地质体成岩成矿时间持续8 Ma左右。以武山矿田为例，武山矿区花岗闪长斑岩Rb-Sr 等时线年龄为143.4±6.8 Ma，武山矿区黄铜矿成矿地质体Rb-Sr 等时线年龄为136±6.8 Ma[8]。

岩浆上侵时，岩体上下接触带外侧3 000 m×1 500 m 范围内的围岩受岩浆—成矿液体逆时针上侵，特别是成矿流体的逆时针上侵影响，推挤塑化围岩形成地质体。并且由于岩浆—成矿液体逆时针上侵，在黄龙组与五通组间的“层滑系断裂”的地球化学障的阻挡作用下，造成在成矿地质体——“砥柱”的东、西两端应力场分布不相同：东部以压应力为主，而西部以张应力为主。这一点从城门山铜矿床的控岩—控矿作用特征得到印证，其西部受张应力影响，层状硫化物型铜矿体发生重复，且矿体形成的断距达400 m 以上；而东部矿体则沿断裂面下挫300 m 以上。

3.1.3 岩体流线及其流面捕虏体

岩浆自岩浆房上侵时，沿构造断裂与围岩裂隙渗透，一方面对围岩施以侧压力，使其变形、破碎，岩体中捕虏体较多并形成热变质岩，如硅化灰岩、石英岩等，其产状与围岩产状不完全一致，但其长轴方向常近似平行于接触带，这说明岩浆上侵过程中不断吞食围岩，并且受岩浆向上运移流动的影响，既把捕虏体推到边部，又使捕虏体顺着岩浆流动的方向分布。另一方面，随着岩浆上侵范围的不断扩大（如成矿岩体在剖面上呈上大下小的筒状），岩浆的成分及物理化学环境也在不断变化，致使矿物的结晶过程发生改变，特别是在岩体边缘部位，由于岩浆热液螺旋上侵，较早结晶的片状矿物（如黑云母等）被推（甩）向边缘，在岩体边缘形成0.1～0.2 m 走向基本与接触带平行的面理与线理带。

3.2 控矿特征

3.2.1 岩浆侵位动力褶皱控矿

城门山矿田块状硫化物型矿体受多种构造—建造类型组合控制。经研究小组分析发现，岩浆侵位动力褶皱在多种控矿作用中具有突出地位，控制着块状硫化物型矿体的产状、规模及矿体中Cu、S、Au、Ag、Zn 主要物质组分富集特征（见图2）：

图2 城门山矿田层状块状硫化物型矿体金、银、铜、锌、硫富集规律图

（1）Cu、S、Au、Ag、Zn 等成矿物质组分高值带均出现于岩浆侵位动力褶皱轴部或其附近。

（2）靠近成矿岩体地段富集铜、硫元素，远离成矿岩体则富集铅、锌、银元素。

（3）沿着岩浆上侵的方向，呈现自下而上、自内而外的Cu（Mo）、S →Cu、Au、S、Ag、Pb、Zn →Au、Ag、Pb、Zn 的分带特征。

（4）围绕岩体的主成矿元素在东部分布范围广，而在西部分布范围小（见图1），形成矿化分布与成矿元素富集不对称的现象。

3.2.2 岩浆螺旋上冲侵位控矿

武山铜多金属矿床矽卡岩型矿体主要受武山岩体接触带及围岩岩性的控制，部分产于岩体内部的灰岩捕虏体中。研究小组对武山岩体的335、45、40、105、155 线剖面资料进行对比发现，围绕武山岩体的矽卡岩型矿体的累计水平厚度在三维空间上的分布呈现出一定的规律性。不同方位剖面累计矿体水平厚度的相对高值点连线为一逆时针螺旋上升的曲线，螺距约250 m（见图3），这反映出岩浆—成矿流体的上侵运移方式为逆时针螺旋上冲，并在螺旋上升运移轨迹的前锋，易与活泼性较强的碳酸盐岩接触而发生化学反应，促使矿液富集、沉淀而成矿，因此铜多金属矿矿化范围或铜矿体水平厚度增大。

图3 武山矿田岩浆螺旋上冲侵位控矿示意图

4 控制机理分析

4.1 岩浆螺旋上冲侵位成矿机理

九瑞矿集区成矿能量的主要供给者为分布在-4 000 m 标高以下沿城门山—丰山洞NWW 向张性深大断裂带中的一个巨型深部岩基。深部岩浆体规模较大，与围岩温差小，韧性差也小，加之围岩中断裂裂隙不发育，造成岩浆结晶缓慢并长期处于相对封闭的状态。岩浆水出溶后，在浮力、压力梯度力、地转偏向力及惯性离心力的作用下，沿着城门山—丰山洞NWW 向导岩、导矿深断裂上侵（在地球北半球所发生的熔融状态岩浆—含矿流体呈逆时针方向辐合形成涡旋），产生多个中—浅部中小型岩浆体，以及大量高温超临界岩浆气液—流体，不断从深部向上汇聚。

岩浆气液—流体在上升过程中，各岩浆体的涡旋场强间的几何相容关系和三维流动涡旋场的非线性耦合，并仍保持着逆时针方向运动，这与中生代新华夏系区域逆时针方向应力场相互呼应[9]、相互叠加耦合，成矿能量持续增强，气液—流体运动加速，涡旋内圈气液—流体绕中心急速旋转上升，外圈气液—流体呈螺旋状向内圈卷入，以最大的成矿能量系统携带巨量的成矿物质[10]。

在到达地表的浅部，成矿能量行将耗尽时，则利用先成的构造—成矿系统，或改造这一系统而富集、沉淀形成九瑞矿集区铜多金属矿体，如成矿流体沿黄龙组与五通组间的“层滑系断裂”运移、富集、沉淀成矿，形成块状硫化物型矿体；或开辟新生的构造—成矿系统形成多成因、多构造类型的成矿作用的矿床（体），如形成接触带构造、褶皱构造、断裂构造、裂隙构造等，控制着与成矿岩体有关的矿体分布与富集，形成矽卡岩型、块状硫化物型、构造破碎带型及裂隙构造带型等铜多金属矿体。

4.2 岩浆“螺旋上冲”成矿模式

九瑞矿集区岩浆—成矿流体逆时针螺旋上冲，一方面对黄龙组与五通组间的“层滑系断裂”产生不同构造应力（张性和压性）性质的储矿空间。如在武山岩体西部产生张性应力储矿空间—张性断裂—裂隙构造系统，有利于含矿溶液的迁移和储存，而其东部则为压性应力储矿空间，不利于矿体的赋存。另一方面，从压力高—压力低、高中温—中低温的变化过程中，含矿热液中成矿元素于浅部较陡硅—钙面在地球化学障的作用下，沿黄龙组与五通组“层滑系断裂”迁移、聚集成矿，从而造成成矿时为张性应力储矿空间一侧的矿化分布范围大、距成矿热液中心距离长；而在压性应力储矿空间一侧，矿化分布范围小、矿化距成矿热液中心距离短。最终，成矿主岩体东、西两侧的块状硫化物型矿体的成矿元素组合和空间分布呈现不对称差异现象（见图4）。

图4 九瑞矿集区铜多金属矿“螺旋上冲”成矿模式示意图

5 结语

（1）九瑞铜多金属矿集区的城门山、武山等大型铜多金属矿床中，围绕成矿岩体的块状硫化物型矿体存在空间分布、成矿元素组合的不对称差异现象，这是含矿岩浆热液逆时针螺旋上冲侵位及其成矿作用的结果。

（2）九瑞铜多金属矿集区内燕山期同熔型中酸性含矿岩浆热液逆时针螺旋上冲往往形成环状、帚状、弧形背向斜及岩体流线、流面捕虏体等多种旋扭构造形迹，这些构造对研究区内铜多金属矿矿体成矿元素组合和空间分布具有独特的控制作用。

（3）九瑞铜多金属矿集区内岩浆—成矿流体的逆时针螺旋上冲运动机制，是小岩（株）体形成大矿、巨量金属元素堆积最重要的机理，这对于今后九瑞铜多金属矿集区铜矿成矿作用研究及找矿勘查工作的部署具有一定的借鉴意义。