黔北上沙溪廟組銅礦地質(zhì)特征及成礦作用
——以習水縣條臺銅礦為例

楊光龍，崔登偉，楊 旭,鐘祖峰，張 輝

黔北上沙溪廟組銅礦地質(zhì)特征及成礦作用
——以習水縣條臺銅礦為例

楊光龍1，崔登偉1，楊 旭2,鐘祖峰1，張 輝1

黔北仁懷-習水地區(qū)含銅砂巖型銅礦產(chǎn)于四川臺拗邊緣大型內(nèi)陸盆地紅層組合中，含礦巖石主要為中侏羅統(tǒng)上沙溪廟組淺灰綠色富含硅（碳）化木的長石砂巖.以習水縣條臺銅礦為例，對上沙溪廟組銅礦床地質(zhì)特征和成礦條件進行了總結(jié)和分析.其成礦作用過程經(jīng)歷了：①含銅砂巖層原生沉積；②表生氧化作用；③次生富集成礦3個階段.該礦是一個含銅砂巖層原生沉積后經(jīng)地下水滲濾再造的淋積礦床.

地質(zhì)特征；成礦作用；含銅砂巖型銅礦；上沙溪廟組；仁懷-習水地區(qū)；貴州

黔北地區(qū)含銅砂巖型銅礦主要分布在仁懷、習水一帶，產(chǎn)出層位有上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M、下三疊統(tǒng)夜郎組、中侏羅統(tǒng)上沙溪廟組、上侏羅統(tǒng)遂寧組和蓬萊鎮(zhèn)組等，其中以上沙溪廟組銅礦分布較廣.1958～1979年間，貴州有色地質(zhì)勘查二總隊、貴州省地質(zhì)局婁山關(guān)隊先后對本區(qū)銅礦進行了踏勘和普查工作，得出的結(jié)論是：礦點多，但礦體規(guī)模小，礦化也較分散.2008～2011年，貴州省地礦局106地質(zhì)大隊對本區(qū)條臺銅礦進行了地質(zhì)詳查工作，通過鉆探控制并圈定了2個規(guī)模較大的銅礦體，但礦石品位不高、變化較大，找礦遠景有限.

1 區(qū)域地質(zhì)背景

黔北仁懷－習水地區(qū)大地構(gòu)造位置處于揚子準地臺黔北臺隆與四川臺拗的接合部位，地層區(qū)劃屬揚子地層區(qū)，燕山期和喜馬拉雅期運動形成了區(qū)內(nèi)的主要褶皺構(gòu)造.區(qū)域地層發(fā)育較全，以侏羅系的一套紫紅色碎屑巖最為醒目，屬四川臺拗邊緣大型內(nèi)陸盆地紅層組合［1］.侏羅紀至白堊紀期間，在沉積作用和構(gòu)造活動的過程中，形成了一些有用的礦產(chǎn)資源，如侏羅紀初期的綦江式鐵礦、中侏羅世下沙溪廟時的油頁巖和上沙溪廟時含銅砂巖.含銅砂巖型銅礦有仁懷大灣、羅村和習水新房、兩岔河、條臺等礦（床）點（圖1）.

圖1 仁懷－習水地區(qū)構(gòu)造單元及銅礦分布圖Fig.1 Tectonic units and distribution of copper deposits in Renhuai-Xishui area

2 銅礦地質(zhì)特征

2.1 含銅巖系特征

仁懷－習水地區(qū)含銅巖系產(chǎn)于中、上侏羅統(tǒng)的一套紅色碎屑巖沉積組合中，其中以中侏羅統(tǒng)上沙溪廟組（J2s）分布廣泛.巖性為紫紅色泥巖、粉砂巖與淺灰—紫紅色中至細粒長石砂巖、長石巖屑砂巖，呈不等厚互層.巖屑粒度自下而上表現(xiàn)為由粗變細的韻律層序，各韻律層間多見有沖刷現(xiàn)象.韻律層內(nèi)與碎屑粒度對應，由下往上具斜層理→斷續(xù)微波狀層理→水平層理.砂級碎屑巖中時見有許多個體較大的硅化木片及碳化植物碎屑.上沙溪廟組厚850～900m，與下伏中侏羅統(tǒng)下沙溪廟組（J2x）、上覆上侏羅統(tǒng)遂寧組（J3sn）均呈整合接觸.這套沉積物是在氣候炎熱和干濕交替的河相環(huán)境中堆積而成，屬內(nèi)陸河流洪沖積相碎屑巖建造?貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)局.貴州省區(qū)域礦產(chǎn)志.1986..

含銅砂巖層主要賦存在上沙溪廟組中上部，巖性由淺灰、灰、灰綠色中至細粒長石砂巖、含礫長石砂巖組成，時夾少量粉砂巖或泥巖.其頂板為灰、灰綠色中粒長石砂巖，常夾1～2層厚0.6～4.0m的角礫灰?guī)r團塊.底板為暗紫、紫紅色粉砂質(zhì)泥巖或泥巖（圖2）.含礦層呈層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與圍巖產(chǎn)狀一致，長一般80～750m，最長者逾 1300m，厚一般 13.5～20m，薄者僅5.2m.

圖2 上沙溪廟組含銅砂巖層綜合柱狀圖（據(jù)貴州地礦局106隊，2008，修改）Fig.2 Stratigraphic column of the cupreous sandstone in Shangshaximiao Formation（modified fromGuizhou No.106 Geological Brigade,2008）

2.2 礦床地質(zhì)特征

2.2.1 礦體特征

礦體產(chǎn)出于淺灰—灰綠色富含硅（碳）化木的中至細粒長石砂巖中，銅礦物多附于硅（碳）化木及灰綠色泥礫表面，或圍繞硅（碳）化木富集成斑點狀、團塊狀礦石,或沿節(jié)理裂隙面呈脈狀產(chǎn)出，礦化不均勻.礦石富集往往與硅化木含量多少成正比.凡硅化木堆積厚大時，礦體較厚，品位也較富，反之貧化.礦體多呈透鏡狀、扁豆狀及不規(guī)則囊狀（圖3）單個或成群出現(xiàn)，規(guī)模較小，長一般 13～85m，個別長者可達 270～450m（習水條臺），寬一般10～25m，厚1.0～1.5m，最厚者為2.87m.成群出現(xiàn)者，礦體間距數(shù)米至數(shù)十米不等.

圖3 條臺銅礦北段地質(zhì)略圖Fig.3 Geological sketch map of the northern part of Tiaotai deposit

2.2.2 礦石類型與物質(zhì)組分

礦石類型以硫化礦為主，其次為氧化礦.硫化礦物主要為輝銅礦，次為銅藍、斑銅礦、黃銅礦和藍輝銅礦；氧化礦物主要為孔雀石、藍銅礦，次為硅孔雀石、赤銅礦及少量黑銅礦.脈石礦物有黃鐵礦和微量方鉛礦、閃鋅礦及鉛的氧化物；碎屑礦物以長石（斜長石和鉀長石）、石英和炭質(zhì)（屑）為主，次為黑云母、白云母、鋯石、榍石、綠簾石、磷灰石、石榴子石、銳鈦礦等.

2.2.3 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

根據(jù)手標本與鏡下觀察，礦石結(jié)構(gòu)以溶蝕結(jié)構(gòu)為主，他形粒狀結(jié)構(gòu)、微粒結(jié)構(gòu)次之.

溶蝕結(jié)構(gòu)：黃銅礦呈細脈穿切并包裹黃鐵礦，藍輝銅礦向銅藍轉(zhuǎn)變，輝銅礦向藍銅礦過渡，斑銅礦內(nèi)見交代殘存的黃鐵礦等明顯交替溶蝕現(xiàn)象.

他形粒狀結(jié)構(gòu)：多由半滾圓至半棱角狀石英（17.5%～52.5%）、長石（20%～57.5%）、巖屑（7.5%～30%）等組成，膠結(jié)物主要是再生石英和再生長石，以再生增長式膠結(jié)，其次為綠泥石、黏土礦物、方解石，以薄膜式、孔隙式、接觸式膠結(jié).

礦石構(gòu)造主要為星散狀、斑點狀、團塊狀及被膜狀構(gòu)造，次為細脈狀、層紋狀、砂狀構(gòu)造.

星散狀構(gòu)造：輝銅礦呈星點浸染于粒狀長石砂巖中，分布不均勻，氧化后出現(xiàn)孔雀石.

斑點狀、被膜狀構(gòu)造：銅礦物附集于富含硅化木的灰綠色泥礫或淺灰色細粒長石砂巖表面，成斑點狀、被膜狀或團塊狀.

細脈狀構(gòu)造：輝銅礦賦存于含炭屑、硅化木砂巖中，氧化后形成細脈狀、層紋狀孔雀石或藍銅礦，同時見有層間錯動的擦痕.

2.2.4 礦石化學成分及微量元素

礦石主要有用組分為Cu，化學成分以Cu2S、CuS為主，次為 CuCO3·Cu（OH）2、2CuCO3·Cu（OH）2.據(jù)化學分析，本區(qū)礦石銅含量為0.23%～2.64%，平均1.32%，斑點狀、星散狀及被膜狀礦石的銅含量較細脈狀、團塊狀礦石低.

據(jù)光譜分析，礦石含 Pb 165.47×10-6～259.00×10-6、Zn 52.74×10-6～146.90×10-6、Ag 0～39.71×10-6，個別含鎵、鋇較高，其余元素含量均很低.

2.2.5 礦體氧化帶及次生變化情況

礦體在地表所見銅礦物以孔雀石為主，伴有少量硅孔雀石、藍銅礦、赤銅礦及含銅褐鐵礦.據(jù)野外觀察和巖礦鑒定資料，礦體在地表至深部20m范圍內(nèi)，藍輝銅礦向銅藍過渡，銅藍向孔雀石過渡，礦石顯著貧化，應屬氧化淋濾帶范圍.

據(jù)老硐觀察和淺部鉆孔揭露，礦體所見銅礦物以藍輝銅礦（伴有輝銅礦）為主，尚有黃銅礦、斑銅礦、銅藍，偶見孔雀石、赤銅礦等.經(jīng)鏡下鑒定，藍輝銅礦向輝銅礦過渡，斑銅礦邊緣變?yōu)樗{輝銅礦，或被藍輝銅礦包裹，或被藍輝銅礦溶蝕，斑銅礦向銅藍過渡，黃銅礦也被包裹于藍輝銅礦中.礦體深部（距地表80～100m以下）經(jīng)鉆孔控制未見礦.這些現(xiàn)象表明，礦體在氧化帶之下60～80m范圍內(nèi)應屬次生硫化物富集帶部位，深部80～100m以下礦體貧化漸變?yōu)楹~砂巖層.

3 成礦作用及成礦過程

銅是具親硫性的中等活潑元素，多呈硫化物出現(xiàn)，并可受褐鐵礦、有機質(zhì)或富硫化物的碎屑物質(zhì)吸附而富集.銅在本區(qū)以含炭屑或硅化木和富硫化物的碎屑巖中含量較高，因此上沙溪廟組淺灰綠色含硅（碳）化木長石砂巖應是礦源層.礦源層中銅的原生硫化物近地表部分，由于物理化學條件的改變發(fā)生表生氧化，后經(jīng)地下水淋濾作用使含銅碎屑巖中的銅質(zhì)溶離出來，滲透到地下水流動帶并交代圍巖中的生物硫化物形成輝銅礦、銅藍等次生硫化礦床［2］.其成礦作用過程經(jīng)歷了：①含銅砂巖層原生沉積；②表生氧化作用；③次生富集成礦3個階段（圖4）.

3.1 含銅砂巖層原生沉積

本區(qū)含銅砂巖層巖石地球化學Cu元素平均含量264.9×10-6～502.0×10-6，其富集作用發(fā)生于巖石原生沉積成巖過程?貴州一○八地質(zhì)大隊第三分隊.1∶20萬桐梓幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告（礦產(chǎn)部分）.1978..就組成含銅砂巖層的主要成分觀之，除含量較高且較穩(wěn)定的石英外，長石多屬抵抗風化較強的堿性、酸性類礦物，而抵抗風化較差的超基性、基性巖類長石未見.這些碎屑礦物外形多呈半滾圓、半棱角狀.組成巖石的碎屑物質(zhì)雖來自各種巖類，但現(xiàn)存于巖石中的則是抵抗風化較強的礦物，而最易遭受破壞之不穩(wěn)定礦物在巖石中卻占量甚少.這些都反映了組成巖石的物質(zhì)經(jīng)過了一定距離的搬運.另據(jù)西南地區(qū)地層總結(jié)（侏羅系）資料，早侏羅世晚期（上沙溪廟時），黔北仁懷-習水一帶恰位于湘黔丘陵區(qū)與四川湖之間.據(jù)此認為，含銅砂巖之碎屑物質(zhì)及銅質(zhì)主要來源于南東部的湘黔丘陵區(qū).該區(qū)之梵凈山群和下江群或板溪群遭受了區(qū)域變質(zhì)作用，同時還經(jīng)過多次巖漿活動和成礦作用，特別是梵凈山群和下江群中之銅礦化比較普遍.這些物質(zhì)經(jīng)過長期剝蝕之后，可為含銅砂巖的形成提供物質(zhì)基礎(chǔ).

根據(jù)上沙溪廟組含礦巖系韻律組合特征和含銅砂巖層中富含的硅化木片和碳化植物碎屑，中侏羅世晚期屬干熱-潮濕氣候河相環(huán)境［3］.已有資料表明，銅的富集層位和含礦體均產(chǎn)于淺色巖，且絕大部分位于淺色巖的下部，由紫色巖迅速變?yōu)闇\色巖之偏淺一方，說明沉積作用過程中氧化環(huán)境（紫色巖）迅速變?yōu)檫€原環(huán)境（淺色巖），有利于銅的富集.但是，由于沉積區(qū)距物源區(qū)較遠，加之在外生條件下銅質(zhì)受易溶解、易沉淀等地球化學行為的限制，故難以富集成礦.

圖4 成礦作用示意圖Fig.4 The metallogenic model

3.2 表生氧化作用

隨著燕山期和新構(gòu)造運動的發(fā)生，地殼大面積的間歇性掀斜隆升，導致貴州階梯狀重疊的多級剝夷面依次產(chǎn)生［4］.本區(qū)河谷呈深切的箱狀侵蝕谷地，淺表含銅砂巖層中的硫化礦物，由于物理化學條件的改變而和水溶液中的氧化合生成硫酸鹽，現(xiàn)以黃銅礦為例說明其變化.

黃銅礦氧化為FeSO4和CuSO4：

CuFeS2+4O2→FeSO4+CuSO4

其中一部分硫酸鹽（FeSO4）繼續(xù)氧化形成穩(wěn)定的褐鐵礦，殘留于地表形成鐵帽：CuSO4則溶于水向下滲透，遇到石灰?guī)r或方解石脈可以形成顏色鮮艷的孔雀石、藍銅礦等：

本區(qū)氧化淋濾帶范圍內(nèi)，藍輝銅礦向銅藍過渡，銅藍被包裹于孔雀石中，礦石顯著貧化，但銅質(zhì)并未完全失去，推測可能屬氧化帶發(fā)育的初期或中期階段.

3.3 次生富集成礦

從硫化礦物的氧化帶中淋濾出來的部分硫酸銅溶液，當滲透到潛水面之下流動帶的還原環(huán)境中，便以交代原生硫化物的方式生成新的輝銅礦、銅藍等次生硫化礦物，從而使原生含銅砂巖經(jīng)次生富集作用可變?yōu)榈V石，形成具有工業(yè)價值的銅礦床［5］.從氧化帶到還原帶，地下水中O2和CO2逐漸減少，pH值降低，滲濾下來的硫酸銅溶液（CuSO4）遇到含銅砂巖層中的原生硫化礦物（如黃銅礦、黃鐵礦等）發(fā)生交代作用：

含金屬鹵水成礦，必須具備2個條件：其一是金屬元素，其二是成礦層位內(nèi)有大量的硫質(zhì)［6］.在硫酸銅溶液滲透到潛水面之下流動帶的還原環(huán)境中，由于含銅砂巖層中含有硅化木片和碳化植物碎屑的硫質(zhì)，所以銅礦物多附于富含硅（碳）化木的泥礫表面聚集成礦.在硫化物的次生富集和硫酸鹽交代原生硫化物的過程中，有機質(zhì)起著非常重要的作用.有機質(zhì)不但與陸源的銅化合而生成銅的硫化物，而且作為介質(zhì)的組成部分而影響成礦元素的遷移、聚集和再分配［5-6］.本區(qū)礦體次生硫化物富集帶，輝銅礦溶蝕替代膠結(jié)物，并溶蝕包裹巖屑或完全替代巖屑，斑銅礦與銅藍呈交叉網(wǎng)脈分布，藍輝銅礦向銅藍轉(zhuǎn)變，輝銅礦向藍輝銅礦過渡，黃銅礦呈細脈穿切并包裹黃鐵礦等.這些事實表明，硫化礦物間交替或溶蝕是存在的，這種交替溶蝕現(xiàn)象，是由富含硫酸銅的溶液從上向下滲透并與原生硫化物交替作用的結(jié)果.個別礦點（潘家溝LD5）含銅砂巖較破碎，礦石氧化后形成藍銅礦沿巖石裂隙充填或呈脈狀產(chǎn)出，并有相互穿切現(xiàn)象，應屬后期改造結(jié)果.

4 結(jié)語

（1）黔北仁懷-習水地區(qū)含銅砂巖型銅礦產(chǎn)于四川臺拗邊緣大型內(nèi)陸盆地紅層組合中，含礦巖石主要為中侏羅統(tǒng)上沙溪廟組淺灰綠色富含硅（碳）化木的長石砂巖.

（2）礦體呈透鏡狀、扁豆狀斷續(xù)產(chǎn)出，礦石類型主要為硫化礦，礦石結(jié)構(gòu)以溶蝕結(jié)構(gòu)為主，他形粒狀結(jié)構(gòu)、微粒結(jié)構(gòu)次之，礦石構(gòu)造主要為星散狀、斑點狀、團塊狀及被膜狀構(gòu)造.

（3）黔北地區(qū)上沙溪廟組富含硅化木和碳化植物碎片的淺灰綠色中至細粒長石砂巖層，以及由褐鐵礦和孔雀石、藍銅礦等組成的“鐵帽”是尋找含銅砂巖型銅礦的重要標志.

（4）礦體在地表至深部20m左右為氧化淋濾帶范圍，礦石顯著貧化.在氧化帶之下60～80m范圍內(nèi)為次生硫化物富集帶部位，礦石高度富集，深部80～100m以下礦石貧化漸變?yōu)楹~砂巖層.

（5）黔北上沙溪廟組銅礦的成礦作用過程為：含銅砂巖層的原生沉積→含銅砂巖（原始礦胚層）暴露地表遭受氧化淋濾→金屬溶液滲透至地下水流動帶交代原生硫化物富集成礦.

［1］貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)局.貴州省區(qū)域地質(zhì)志［M］.北京：地質(zhì)出版社，1987:629—630.

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［5］姚鳳良，孫豐月.礦床學教程［M］.北京：地質(zhì)出版社，2006:163—165.

［6］張秋生，劉連登.礦源與成礦［M］.北京：地質(zhì)出版社，1982:58—60.

GEOLOGY AND METALLOGENY OF THE COPPER DEPOSITS IN THE SHANGSHAXIMAO FORMATION IN NORTHWEST GUIZHOU:A case study of the Tiaotai copper deposit in Xishui County

YANG Guang-long1,CUI Deng-wei1,YANG Xu2,ZHONG Zu-feng1,ZHANG Hui1

（1.No.106 Brigade,Guizhou Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration and Development,Zunyi 563004,Guizhou Province,China;2.No.102 Brigade,Guizhou Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration and Development,Zunyi 563003,Guizhou Province,China）

The cupreous sandstone type of copper deposit in Renhuai-Xishui area,Northern Guizhou Province occurs in the red beds in the large inland basin on the edge of Sichuan platform-depression.The ore-bearing rocks are mainly the arkose containing silicified or carbonized wood of Middle Jurassic Shangshaximiao Formation.Taking the Tiaotai copper deposit as an example,this paper summarizes and studies the geologic characters and metallogenic conditions of the copper deposits in Shangshaximiao Formation.The metallogenesis experienced three stages,i.e.1）primary sedimentation of cupreous sandstone layer;2）surface oxidation;and 3）secondary enrichment and mineralization.The deposit is formed by the groundwater leaching after the primary sedimentation of the cupreous sandstone layer.

geologic characters;metallogenesis;cupreous sandstone type of copper deposit;Shangshaximiao formation;Renhuai-Xishui area;Guizhou Province

（1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一○六地質(zhì)大隊，貴州 遵義 563004；2.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一○二地質(zhì)大隊，貴州 遵義 563003）

1671-1947（2011）04-0282-05

P618.41

A

2011－03－21；

2011-04-15.編輯：李蘭英.

貴州省國土資源廳項目“貴州省習水縣條臺銅礦地質(zhì)詳查”（09-12）資助.

楊光龍（1971—），男，地質(zhì)工程師，從事基礎(chǔ)地質(zhì)和礦產(chǎn)勘查工作，通訊地址遵義市海爾大道，E-mail//ygl-106@163.com