宁夏西华山地区簸箕掌铜金矿床地质特征及成矿地质条件分析

梅超,魏向成,海连富,3,母彩霞

(1.宁夏回族自治区矿产地质调查院,银川 750021;2.宁夏回族自治区矿产地质研究所,银川 750021;3.中国地质大学(武汉)资源学院,武汉 430074)

0 引言

宁夏金属矿产资源相对较贫乏,目前已发现的金属矿多以矿点为主,仅个别达到小型矿床规模,且整体勘查程度较低[1]。宁夏的金属矿主要分布于贺兰山北段、卫宁北山、香山及南、西华山等地区,其中西华山地区主要以铜、金矿为主[2]。该地区找矿工作始于20世纪60年代初,先后有多家地勘单位在该区开展了不同比例尺的地质、物探、化探、遥感等工作,发现了多处铜、金等小型矿床或矿(化)点及物化探异常区[3],如马场沟金矿、柳沟金矿、簸箕掌铜金矿、山岔台铜金矿等,其中簸箕掌铜金矿为该区发现的最大的铜金矿床[4]。本文在综合分析研究该区前人勘查成果、研究资料并进行详细野外调查的基础上,对簸箕掌铜金矿床地质特征进行了系统总结,初步对铜金矿成矿地质条件进行了分析,可为西华山地区铜金矿的下一步调查工作提供参考。

1 区域地质背景

西华山地区大地构造位置位于柴达木—华北板块之祁连早古生代造山带东端[5-6],与阿拉善陆块、鄂尔多斯地块毗邻(图1a),是稳定的活动陆块与造山带相接部位[7]。该区自中元古代主要以裂陷、裂谷为主,至早古生代晚期结束,该时期主要以火山碎屑岩、基性火山岩和碳酸盐岩建造为主,厚度巨大,均已变质为以绿片岩、云母钠长石英片岩、石英片岩及大理岩等为主的绿片岩相变质岩系[3,9]。早古生代晚期演化为汇聚碰撞构造环境,伴随有中酸性岩浆岩侵入,在南-西华山两侧深大断裂见有多处花岗闪长岩、二长花岗岩岩株及花岗细晶岩、长英质和岩浆期后的钠长岩脉、煌斑岩脉、花岗伟晶岩脉、石英脉和碳酸岩脉。晚古生代发育少量陆缘拗陷型海陆交互相碎屑沉积层,现仅见小面积零星分布的泥盆系、石炭系弧盖层沉积,中新生代以来以逆冲推覆-走滑作用为主[10]。

图1 西华山地区地质简图(底图据文献[7-8],修编)Fig.1 Schematic Geological map of Xihuashan area1.第四系;2.海原群西华山岩组上岩段;3.海原群西华山岩组下岩段;4-9.海原群园河岩组第六至第一岩段;10.海原群南华山岩组;11.石英脉;12.加里东期斜长岩脉;13.加里东期煌斑岩脉;14.元古代基性次火山岩;15.加里东期钠长岩脉;16.金矿体;17.铅矿(化)体;18.铜矿化体;19.正断层;20.逆断层;21.性质不明断层;22.背斜轴;23.向斜轴;24.地质界线;25.地名;26.研究区

西华山地区构造较复杂,总体表现为一复式向斜,即天都山—马场沟向斜,在向斜转折端右侧,斜列着一个形态不完整的背斜,该背斜为窝堡沟—老爷寺背斜。其中向斜轴部位于马场沟—文常山一带,长度大于9 km,并从西华山主峰附近通过,枢纽沿北西向倾斜,倾角40°～50°,东南端扬起。背斜斜列于向斜仰起端东侧呈高角度向北西倾伏,近转折端受轴向NNW向的次级背斜影响,使褶曲复杂化。东翼被南、西华山—六盘山东麓深大断裂所破坏,轮廓已不甚完整。簸箕掌铜金矿床就位于背斜转折端附近。西华山南、北侧深大断裂之间的隆起地带,发育有许多不同方向、不同性质、不同期次的次级断裂,主要有NE向、NW向和NWW向断层,其次为EW向和近SN向断层[9]。受长期构造活动影响,岩石比较破碎,形成西华山地区纵横交错的构造格局(图1b)。

2 矿区地质特征

图2 簸箕掌地区地质简图Fig.2 chematic Geological map of the Bojizhang area1.第四系;2.园河岩组五岩段;3.园河岩组四岩段;4.园河岩组三岩段;5.园河岩组二岩段;6.园河岩组一岩段;7.白云石大理岩;8.含石墨石英片岩;9.绿泥绿帘钠长阳起片岩;10.石英脉;11.钠长岩脉;12.铜矿(化)体及编号;13.实测逆断层;14.推测逆断层;15.实测性质不明断层;16.推测性质不明断层;17.片理;18.产状;19.地质界线;20.地名

矿区构造未见规模较大的褶皱,仅在矿区南部受老爷寺背斜转折端的影响,地层、矿层多呈倒卧的“S”型弯曲;以断裂构造为主,以近SN向断裂为主干、NE向断裂同时发育的基本格局。NE和SN向断裂分别呈顺时向和反时向扭错。近SN向断层主要发育在矿区东、北部,走向为340°,在矿区内延伸超过800 m,倾向NE,倾角50°～65°,断层带宽2～5 m,石英脉、钠长岩脉多与近SN向断层有关;NE向断层主要表现为逆冲性质,兼具平移特征,主要发育于矿区中西部,走向20°～50°,倾向NW,倾角一般40°～60°,在矿区内长度300～600 m,切割近SN向断层、含矿地层,在断层带附近见有含铜矿化斜长岩脉、石英脉及钠长岩脉被切割、错断。

矿区岩浆活动较强烈,在屈吴山—南、西华山等地有花岗闪长岩岩基(图3a—b),沿月亮山—南、西华山两侧深断裂等地多呈岩脉、岩株产出。岩浆期后的煌斑岩脉(图1b)、钠长岩脉(图2)、花岗伟晶岩脉、石英脉及碳酸岩脉发育。

斜长岩脉:集中分布于窝宝沟—簸箕掌一带,总体呈北东向延伸,长数米至数十米,宽多小于2 m,呈透镜状,常伴有孔雀石化[12]。

钠长岩脉:主要分布于矿区东部,呈不规则透镜状穿插于园河岩组片岩中,与围岩片理斜交,走向50°,宽3～10 m,长逾30 m;岩石呈灰白色,主要由钠长石和少量白云母等矿物组成(图3d),碎裂状它形粒状结构,块状构造,围岩蚀变强烈,并见有少量碳酸盐沿裂隙充填,接触带附近有明显铜矿化(图3e),伴随弱的金矿化。

石英脉、石英-方解石脉:簸箕掌地区石英脉、石英-方解石脉较发育,走向各异,以北东、北西向为主,脉体规模较小,一般长1～30 m,宽2～50 cm,少数长大于50 m、宽度达0.5 m。石英脉、石英-方解石脉大体分两期:早期沿片理产出,与围岩过渡,形态多呈不规则状,脉体多细小,未见矿化现象[12];晚期与含石墨石英片岩(图3f)、含石墨大理岩及煌斑岩脉关系密切,常常相伴而生,产状陡峻,一般呈烟灰、褐黄色,其多呈脉状、细脉状,沿断裂破碎带或斜切、直交片理展布,规模大小悬殊,无韧性变形,而常具脆性破碎,多有不同程度的黄铁矿、褐铁矿化及金、铜矿(化)体(图3g—i)。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

簸箕掌矿区目前共圈定铜矿体3条,矿体编号依次为Cu1、Cu2、Cu3(图2)。其中Cu1、Cu2两个矿体规模较大,受含石墨石英片岩带控制。

3.2 矿石类型及矿物成分

簸箕掌矿区矿石类型以氧化矿为主,氧化矿石中主要金属矿物有黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、褐铁矿、斑铜矿、辉铜矿、铜蓝等,非金属矿物有石英、白云母、绢云母、钠长石、方解石等。

矿石结构主要有碎裂状结构、粒状结构,矿石构造以块状构造、侵染状构造及角砾状构造为主。矿石中黄铜矿呈不规则粒状,边缘常被铜蓝交代,黄铜矿呈交代残晶状包裹于铜蓝之中,有时可见铜蓝外围包裹黄铁矿。黄铜矿呈大小不等的压碎粒状,粒径0.05～2 mm,沿破碎裂隙分布,在裂隙中褐铁矿及少量不规则粒状石英、碳酸盐矿物集合体呈网状充填。

在石墨云母片岩下部大理岩中有石英-方解石脉呈网脉穿插,也常见不同程度的铜矿化,含铜矿物以黄铜矿和斑铜矿为主;在与围岩接触部位有不均匀的孔雀石化。

3.3 围岩蚀变

矿区内围岩蚀变较弱,蚀变以褐铁矿化、黄铁矿化、硅化为主,其次是钠化、绢云母化、绿泥石化。黄铁矿化较为发育,出现于含石墨云母石英片岩、含铜碎裂石英脉及石英方解石脉中,通常与褐铁矿化相伴。黄铁矿化有两种形式:一是以单体或聚合体浸染交代围岩,使围岩中出现黄铁矿星点或聚斑;二是以斑块状、条纹和条带状交代围岩,并沿碎屑间和裂隙、空隙充填,在裂隙面和间隙中可见。

褐铁矿化相对较发育,主要为褐铁矿呈团块和点状浸染交代围岩,使围岩中出现斑块和星点褐铁矿。沿节理或片理穿插,充填于石香肠张断部位的石英脉和石英-方解石脉,铜的矿化较强。褐铁矿多呈黄铁矿假象,少见呈细脉状、皮壳状,充填于围岩裂隙中,颜色转变为褐黄色、土黄色和灰褐色。在片岩与大理岩分界处常形成厚度达0.5～2 m的土状、蜂窝状褐铁矿层或铁帽。褐铁矿化往往与硅化作用相伴。

4 成矿地质条件分析

4.1 地层变质作用与铜金矿化

形成于约1765 Ma—1426 Ma之间的长城系海原群,是一套形成于活动大陆边缘与弧前盆地环境的基性火山岩—火山凝灰岩—碎屑岩—碳酸盐岩的沉积建造[13]。在这套地层中,铜金等成矿物质的含量相对较高,可视为铜、金等矿物的矿源层(表1)。

表1 海原群中铜金元素含量及浓集系数Table 1 Content and concentration coefficient of copper and gold in Haiyuan Group

西华山簸箕掌地区的铜金矿化全部集中于海原群中,而震旦纪和志留纪地层中并未见矿化现象。海原群中绿片岩、云母钠长石英片岩、含石墨云母石英片岩及大理岩等,其含铜、金元素等成矿物质普遍较高、浓集系数普遍大于1,可为成矿提供了矿质来源。铜矿化多发生在碳酸盐岩中,在碳酸盐岩类中铜的含量及浓集系数均较其它岩类低;而金矿化主要发生于变质碎屑岩中,变质碎屑岩类中金的含量及浓集系数也均较其它岩类低,这种现象表明围岩中的铜、金元素参与了成矿作用[14]。该区铜、金矿化具有明显的岩性控制特征,表明海原群变质岩系与铜、金矿化关系密切。

海原群在中元古代晚期遭受了以动力变质作用为主的区域变质作用,而后在加里东晚期强烈的岩浆活动过程中又受屈吴山花岗闪长岩体的影响,使得西华山地区的白云母石英片岩(类)硅质和成矿物质强烈活化,并沿岩石片理及裂隙形成的早期石英脉及石英条带,而这类石英脉及条带的金含量与围岩接近一致,虽无金的明显富集,但后期受构造影响破碎后,有利于矿化蚀变和成矿物质的沉淀,可促使成矿元素的进一步富集成矿[15]。

4.2 构造作用与成矿关系

在元古代和早古生代西华山地区曾两度裂开,形成裂谷,后经历多次构造运动,形成了NW-SE向延伸的弧形推覆构造带,构造带两侧为南、西华山深大断裂。该断裂控制了区域内的构造格局和地质演化,受深大断裂面的挤压作用,使矿物和岩石发生形变和变质,并伴有与其平行的线状褶皱、次级断裂和裂隙。加里东中晚期南、西华山两侧断裂活动进入高潮,并有中酸性岩体的侵入,构成该区的一次最重要的热液事件,是区域金、铜等元素活化、沉淀的能源和主要物源。加里东晚期,南、西华山一带发育大型的韧性剪切构造,带内发育各种韧性剪切变形构造、脆性断裂破碎带和大量糜棱岩类[16]。

在西华山东北侧柳沟、大沟门等地可见由逆冲深大断裂构成的滑脱面,将海原群以低角度推覆至新生界地层之上,表明西华山地区构造活动一直比较活跃。同时强烈的构造运动产生的巨大动力热能,使得来自深部和围岩的成矿物质发生分异、活化、聚集,沿深大断裂带向浅部运移。因此,研究区NW-SE向深断裂为导矿构造,而NE向、NW向次级断裂为成矿物质的富集、搬运、沉淀提供了空间[15]。已发现的含矿石英脉、煌斑岩脉及蚀变带多与NE向、NW向次级构造有关,为重要的容矿构造空间。

4.3 岩浆活动与铜金矿化

一般来讲,Cu、Au、Ag、Pb、Zn等成矿元素来自于上地幔与深部地壳,借助深部岩浆的分异、上侵与喷发,把地球深部的造岩元素与成矿物质转移至地表浅部。在一定地质条件下,把较为分散的造岩矿物相对集中于各类岩石中(含岩浆期后的热液作用),并在适宜环境下沉淀下来[17]。

加里东晚期强烈的岩浆-热液活动形成了以西华山南侧屈吴山一带花岗闪长岩基为代表的岩浆岩,对研究区铜、金矿化有着极其重要的控制作用,它不仅为海原群中的铜金成矿物质活化、迁移、富集提供了动力和热源,而且也直接提供矿质,同时使早期沉积—变质形成的矿化层沿岩石片理、断层破碎带、碎裂石英脉及其两侧进一步富集成矿,进而形成铜、金矿化。

由表2可知,石英钠长石化岩中Au、Cu元素均明显富集,w(Cu)=47×10-6、w(Au)=25.0×10-9。这已表明岩浆中Au、Cu等成矿物质在岩浆演化晚期阶段已从岩浆中分异,并在蚀变的石英钠长石化岩中进一步富集;岩浆活动是矿质富集、迁移的重要条件,并为研究区的Au、Cu矿化提供了成矿物质[18],即岩浆活动与研究区的铜、金矿化有着十分密切的关系,它不仅为本区铜、金矿化的形成提供了关键性的动力热条件,而且为成矿提供了主要的成矿物质。

表2 南华山地区中酸性侵入体中铜金元素含量Table 2 Content of Cu and Au in intermediate-acid intrusions in Nanhuashan area

综上所述,西华山地区铜金矿的成矿作用受地层变质作用、构造活动及岩浆活动控制,矿床类型为沉积-变质-热液改造型铜金矿床。

5 结语

(1)簸箕掌铜金矿体主要赋存于海原群园河岩组中,其岩性主要为含石墨大理岩、含石墨云母石英片岩、钠长云母石英片岩。共有矿体3条,以含石墨云母片岩为主、其次为含铜钠长云母石英片岩、含铜碎裂石英脉和钠长岩脉。

(2)矿石类型以氧化矿石为主,主要金属矿物有黄铁矿、黄铜矿、褐铁矿、斑铜矿、辉铜矿、铜蓝等。围岩蚀变较弱,主要以褐铁矿化、黄铁矿化、硅化为主。

(3)海原群中铜、金元素等含量较高,是主要矿源层;区内构造发育,其为成矿物质的搬运、富集、沉淀提供了空间;岩浆活动为赋矿地层中的铜金成矿物质的活化、运移和富集提供了动力和热源,同时岩浆分异晚期形成的各类脉岩及各种热液也为成矿提供了铜金物质来源。

(4)簸箕掌铜金矿床的成因类型属于沉积-变质-热液改造型。