河南省赵家沟铜矿地质特征及矿床成因探讨

任 明，胡 伟

(1. 河南省有色金属地质矿产局第三地质大队，河南 郑州 450016； 2. 河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心，河南 郑州 450016)

0 前 言

河南省铜矿资源贫乏，矿山储量少，规模小，含铜品位低，主要分布于灵宝、卢氏、桐柏、济源、内乡、南召等地，且多数是以共伴生矿的形式存在，资源分散，但也有矿石矿物组成简单、易选的特点[1]。赵家沟铜矿位于河南省鲁山县境内，属瓦屋乡管辖，鲁山地区之前铜矿地质工作程度较低，2012—2013年通过详查地质工作评价，提交了一处小型矿产地赵家沟铜矿。通过分析矿床成矿背景，根据矿区地质特征及地球物理特征，探讨了矿床成矿条件，认为该矿床为热液充填-交代型矿床，并给出了下一步工作的找矿方向，对在鲁山地区寻找铜矿具有一定的启示意义。

1 区域地质背景

研究区大地构造位置处于华北陆块南缘，属华北地层区豫西分区熊耳山小区。研究区南部为栾川-确山断裂，北部为车村-下汤断裂。

研究区位于背孜背斜的南西翼。区内岩浆活动频繁，构造运动剧烈，区域性构造和层间构造较为发育。多期次的岩浆和构造活动为成矿物质的活化和富集提供了充足的热源、动力与富集场所。

区域上铜的高背景岩层主要是含有较多中基性火山岩系物质的地层，主要有分布在小秦岭、崤山、熊耳山、鲁山等地的太华群，形成一系列走向为北西-南东向的铜的高背景带，即使是这些富铜的岩层，它们的背景值仍低于地壳克拉克值，反映出区域贫铜的基本特征，区内铜的富集主要与热液活动有关[2-3]。东秦岭铜地球化学异常分布见图1。

图1 东秦岭铜地球化学异常分布

2 矿区地质

2.1 地层

矿区内出露地层，自老至新有：太古界太华岩群雪花沟组上段(Ar2x1)、太古界太华岩群雪花沟组中段(Ar2x2)、太古界太华岩群雪花沟组下段(Ar2x3)、太古界太华岩群水底沟组(Ar2s)、中元古界熊耳群鸡蛋坪组上段(Pt2j1)、第四系(Q)[5-6]。赵家沟铜矿区地质简要见图2。

1.第四系；2.中元古界熊耳群鸡蛋坪组上段；3.太古界太华岩群雪花沟组上段；4.太古界太华岩群雪花沟组中段；5.太古界太华岩群雪花沟组下段；6.太古界太华岩群水底沟组；7.含矿破碎带；8.钻孔；9.探槽；10.勘查线；11.矿区范围；12.资源量估算范围

1)太古界雪花沟组上段(Ar2x1)

分布于矿区北侧，地层产状200°∠50°。主要岩性为钾长片麻岩，灰褐色，柱粒状变晶结构，片麻状构造，主要由钾长石、石英、黑云母、白云母等组成。

2)太古界雪花沟组中段(Ar2x2)

分布于矿区中部马老庄一带，地层产状220°∠65°。主要岩性为含石墨黑云二长片麻岩，灰褐色，鳞片粒状变晶结构，片麻状构造，主要成分由黑云母、白云母、斜长石、石墨等组成。本区铜矿主要赋存在本段地层中。

3)太古界雪花沟组下段(Ar2x3)

分布于矿区中部太古界雪花沟组中段南侧一带，其地层产状240°∠75°。主要为斜长角闪片麻岩，灰绿色-墨绿色，柱粒状变晶结构，片麻状构造，主要由钾长石、黑云母白云母斜长石等组成(见图3)。

4)太古界水底沟组(Ar2s)

主要分布在矿区东南部，主要为大理岩(见图3d)，白色，具粒状变晶结构，块状构造，主要由方解石、白云石等组成。

图3 区域地层钾长片麻岩(a)、含石墨黑云二长片麻岩(b)、斜长角闪片麻岩(c)、大理岩(d)鉴定照片

5)中元古界熊耳群鸡蛋坪组上段(Pt2j1)

分布于矿区西南侧赵家沟一带，主要岩性为中元古界鸡蛋坪组上段的英安岩，灰白色，斑状结构、块状构造，斑晶主要为斜长石、角闪石、云母等。

主要分布于矿区中部及南部的沟谷及其两侧低洼处，主要为冲积砂、砂砾石层、亚砂土、亚黏土。

2.2 构造

矿区内褶皱构造不明显，构造不发育。通过详查工作在区内地表共发现含矿构造带2条，编号为F1、F2，走向均为北西向，倾向南西。含矿构造带宽度0.40～3.00 m，倾角较陡。

2.3 岩浆岩

区域内岩浆活动较弱，主要为嵩阳期侵入岩，范围小，分布于区域北部，矿区内未见岩浆岩出露。

2.4 变质作用

太华岩群的主要岩石类型有：片岩、片麻岩类、大理岩类、斜长角闪岩类、混合岩等。其原岩建造以中基性-中酸性火山岩建造为主，伴有碎屑岩-碳酸岩建造。变质变形极为复杂，经受了中深变质，变质高峰期达高角闪岩相，局部达麻粒岩相。主要蚀变为黄铁矿化、黄铜矿化，次为硅化、高岭土化、绿泥石化。

3 矿区地球物理特征

在矿区南部视福频率Fs等值线平面图上，存在三块高极化区，自西向东分别为①区、②区、③区(见图4)。

图4 赵家沟矿区激电中梯极化率异常平面

①区视福频率Fs值为2.34%～3.24%，异常为南北走向的拉长椭圆状异常，向北未封闭，异常规模中等，宽度范围100～400 m，长度600 m。但在视电阻率ρ等值线平面图上，有一个长度300 m，宽80 m的极低阻区，视电阻率ρs为72～258 Ω·m，属于高极化低阻区，而两边是高阻区，视电阻率ρs为885～2 962 Ω·m，差距非常明显，因此存在矿化带的可能性非常大。再在向上延拓至200 m图上依然存在，但不是很明显，说明其规模与深度中等。

②区视福频率Fs值为2.34%～3.32%，面积较小，长度为400 m，宽度在100～200米，电阻率值为127～509 Ω·m，属高极化中阻区。在向上延拓至100 m异常存在，但在延拓至200 m图上不是很明显，说明属于浅部异常。

③区视福频率Fs值为2.86%～5.59%，面积比较大，长度800 m，宽度在250～550 m。电阻率值中等，存在两块低阻区，第一块在北边，长300 m，宽度200 m，其和F1含矿构造带相吻合；第二块在南边，长200 m，宽度200 m。在延拓至500 m之后依然存在，说明其规模比较大，深度比较深，应由F2含矿构造带引起，其深部已通过钻探证实了铜矿体的存在[7]。

管沟基础采用中粗砂垫层，厚15～20 cm，砂料含泥量不应大于5%。遇有淤泥时，清淤换土，进行基础换置，使地基承载力达到设计要求。

综合上述，本区矿床以硫化矿为主，硫化矿石金属矿物以黄铜矿为主，次为黄铁矿，矿石中含有石墨，高极化低阻特征明显，①区与③区一共三块高极化低阻区存在矿化带的可能，成矿前景较好。本次通过钻探工程圈出的Ⅰ号矿体位于③区南部，③区北部与①区有待下一步验证。

4 矿体地质特征

4.1 矿体特征

区内共圈出一个Ⅰ号铜矿体，该矿体为盲矿体，地表无出露。矿体由7个钻探工程控制，矿体沿走向长210 m,延伸90～160 m，水平投影图为椭圆形，剖面上呈脉状。总体走向北西315°，倾向南西225°，倾角10°～43°。矿体赋存标高148～222 m。矿体厚度3.55～5.21 m，平均厚4.64 m，厚度变化系数53%，厚度稳定。矿石品位，单工程极值Cu为0.25%～0.51%，平均为0.41%；品位变化系数按矿体内35个单样统计，Cu极值为0.21%～0.88%，平均0.41%，变化系数45%，品位分布均匀[8]。矿体特征详见表1。

表1 矿体特征一览

4.2 矿石质量特征

4.2.1 矿石矿物成分

本区铜矿体属脉状矿体，具有热液叠加改造特征，矿石中矿物成分与围岩成分具有相近特点。矿石氧化程度低，矿石中金属矿物主要为黄铜矿、黄铁矿、斑铜矿，少量辉铜矿、磁铁矿、方铅矿、闪锌矿、黝铜矿。非金属矿物主要有石墨、角闪石、辉石、斜长石、石英、正长石、微斜长石等。黄铜矿呈他形粒状，粒径0.01～0.6 mm，特征铜黄色，弱非均质性，中-低硬度，大部分呈定向排列，与其他矿物一起形成片麻状构造，少数呈脉状分布。黄铁矿呈他形粒状，粒径0.01～0.1 mm，浅黄色，高硬度，均质性，主要分布在黄铜矿脉中。石墨呈鳞片状，粒径0.03～1.0 mm，极显著双反射，极强非均质性，低硬度，鳞片有弯曲现象，定向排列。

4.2.2 矿石化学成分

矿石中化学组分有WO3、V2O5、SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、K2O、Na2O等，金属组分有Cu、Pb、Zn、Mn、S，黄铜矿为主要矿石矿物，矿石化学全分析结果见表2。

表2 矿石化学全分析结果(质量分数) %

4.2.3 矿石结构构造

1)矿石结构

矿石结构为他形粒状结构、交代结构、压碎结构。他形粒状结构矿石中黄铁矿晶粒为他形粒状，结晶程度不好。

2)矿石构造

浸染状构造：金属矿物颗粒的粒径0.01～0.6 mm，特征铜黄色，弱非均质性，中-低硬度，大部分呈定向排列，与黄铁矿、石墨一起形成浸染状构造，此种矿石铜矿品位一般为中等。

细脉状构造：金属矿物呈条带状或细脉状分布于矿石中，此种矿石品位一般中等偏下。

图5 铜矿石岩心特征(a)、铜矿石镜下特征(b)

4.3 矿石类型和品级

4.3.1 矿石自然类型

根据野外观察和岩矿鉴定，矿石类型为硫化矿石类型。矿床以硫化矿为主，硫化矿石金属矿物以黄铜矿为主，次为黄铁矿，矿石中含有石墨。

按矿石结构构造，可将矿石分为片麻状矿石、细脉状矿石，以片麻状和细脉状矿石为主。

4.3.2 矿石工业类型及品级

铜品位按小于0.4%和大于0.4%大致分为工业品位矿、边界品位矿2个品级[9]。矿区内铜矿床平均品位0.41%，属工业品位铜矿，但铜矿石品位总体仍较低，属需选铜矿石，应进行选矿使品位富集成为铜精矿，供冶炼生产利用。

4.4 矿体围岩及夹石

4.4.1 矿体围岩

矿体顶板岩性见有斜长角闪片麻岩、角闪花岗岩、透辉岩；底板岩性主要为斜长角闪片麻岩、角闪花岗岩。蚀变一般较弱，具有硅化、黄铜矿化、绿泥石化、黄铁矿化，硅化与矿化关系密切。矿体与围岩界线不太明显，主要依照样品分析结果来圈定矿体。

4.4.2 矿体夹石

区内矿体呈脉状，矿体内部结构较简单，见矿工程中夹石厚2.42 m，可达矿化品位，所夹岩性为斜长角闪片麻岩。

5 矿床成因及找矿标志

5.1 矿床成因

赵家沟矿区铜矿体严格受区内局部断裂构造控制，围岩蚀变不明显，蚀变具硅化、褐铁矿化等，其中硅化相对与矿化关系较密切，区内成矿作用主要表现为构造-流体成矿，成矿方式以充填交代作用为主[10-11]。

本区铜矿产于太古界雪花沟组中段的含石墨黑云二长片麻岩中，受区内构造破碎带控制。长期构造活动在太古界地层中具有上、下屏蔽层的地段形成了一个有利于热液充填交代相对稳定的成矿环境，含矿热液在运移过程中淋滤了地层中的成矿物质，浸出、接纳部分有用组分，使地层发生以硅化为主的蚀变，同时在破碎带裂隙、角砾间沉淀形成脉状矿体[12-13]。综上所述，其太古界雪花沟组中段的含石墨黑云二长片麻岩为铜矿的形成提供了成矿物质来源，构造破碎带为成矿物质的聚集提供了热液通道和沉淀场所。成矿作用经历了同生沉积、热液叠加改造2个阶段，成矿方式存在充填方式和交代方式2种，是一个复合成因的矿床，其矿床成因应属热液充填-交代型矿床。

5.2 找矿标志

1)地层标志：根据矿化明显的层控特征，太华群雪花沟组中段(Ar2x2)是区域找矿的地层标志。

2)物探标志：本区硫化矿体的高极化低阻特征明显，物探激电中梯测量所圈出的高极化低阻异常是间接找矿标志。

3)围岩蚀变标志：近矿围岩中的硅化、黄铜矿化、黄铁矿化、绿泥石化等是最有利的找矿蚀变标志[14]。

6 结 论

1)赵家沟铜矿的矿床成因属热液充填-交代型矿床，矿体严格受区内的构造破碎带控制，成矿作用经历了同生沉积、热液叠加改造2个阶段，成矿方式存在充填方式和交代方式2种，是1个复合成因的矿床。

2)本区矿床以硫化矿为主，硫化矿石金属矿物以黄铜矿为主，次为黄铁矿，高极化低阻特征明显，圈定的3个物探异常区，仅验证1个，发现了铜矿体，下步可对另外2个进行钻孔验证，扩大找矿成果。

3)鲁山地区铜矿找矿工作开展较少，一直未进行系统研究总结，本次通过总结该区铜矿的矿床成因和找矿标志，认为本区具有较为有利的物化探异常和成矿条件，进一步开展本区深部及外围铜矿勘查工作是实现该区铜矿找矿突破的重要途径。