寧鎮(zhèn)中段礦化斑巖體的侵位深度及剝蝕程度研究

楊悸熒，劉理湘

(1.南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210093;2.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇南京 210007)

0 引言

斑巖銅礦的成礦作用與斑巖體的侵位具有密切的時(shí)空與成因聯(lián)系。斑巖銅礦的形成主要與淺成、超淺成的中酸性斑巖體關(guān)系密切，而成礦元素又在一定侵入體內(nèi)具垂向分帶性，受一定的溫度、壓力等物理化學(xué)條件制約而賦集成礦。因此，研究和判別巖體侵位深度對(duì)找礦富有指導(dǎo)意義。另一方面，各斑巖銅礦床形成的深度及部位不一，且每個(gè)礦床又有一定的垂向分帶性。由于受到不同程度的剝蝕，使礦床埋藏深度發(fā)生變化，有的暴露于地表或近地表，有的則全部被剝蝕，有的未出露而且保留在深部，不同巖體的不同剝蝕程度，將直接影響礦體的形態(tài)和保留程度(朱訓(xùn)等，1983)。因此，剝蝕程度是評(píng)價(jià)斑巖銅礦找礦前景的重要因素之一。筆者運(yùn)用多種方法，對(duì)寧鎮(zhèn)中段礦化斑巖體的侵位深度及剝蝕程度進(jìn)行了綜合研究。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

寧鎮(zhèn)地區(qū)處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)下?lián)P子臺(tái)褶束帶揚(yáng)子坳陷的北東地段(黃崇軻等，2001)，屬淮陽山字型東翼反射弧。本區(qū)早中生代以前的準(zhǔn)地臺(tái)，沉積了一套穩(wěn)定型沉積建造，主要由淺海相、海陸交互相和陸相的碳酸鹽巖和碎屑巖組成。其間的幾次不同規(guī)模和級(jí)別的升降運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)為沉積旋迴和地層間的平行不整合—整合接觸關(guān)系，并形成隆起和沉降(坳陷)，巖漿活動(dòng)微弱。中三疊世開始，受太平洋板塊運(yùn)動(dòng)的影響，華北板塊與揚(yáng)子板塊碰撞拼合，產(chǎn)生陸內(nèi)俯沖。強(qiáng)烈的造山作用，使淺部大陸殼變形。在“印支運(yùn)動(dòng)”期，受南北向擠壓應(yīng)力作用，產(chǎn)生了一系列東西向的3個(gè)背斜和2個(gè)向斜，即“三背二向”褶皺構(gòu)造。相伴隨的有縱向和橫向2組斷裂構(gòu)造發(fā)育。到“燕山運(yùn)動(dòng)”期，由于持續(xù)受南北向擠壓作用，使區(qū)內(nèi)已有的“三背二向”褶皺構(gòu)造緊閉，局部形成倒轉(zhuǎn)緊閉褶皺?？v向和橫向斷裂進(jìn)一步發(fā)展，形成逆沖－逆掩斷裂和張扭性斷裂。并產(chǎn)生了大規(guī)模的巖漿侵入和火山活動(dòng)，巖漿性質(zhì)由中性向酸偏堿性演化，形成了鈣堿性巖體。侵入巖與火山巖的同源同期多相分異，構(gòu)成了本區(qū)系列雜巖體的分布。

根據(jù)巖漿巖在空間分布上的差異，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，大致以方山—小丹陽斷裂和茅山斷裂為界，將寧鎮(zhèn)地區(qū)巖漿巖劃分為西(紫金山地區(qū))、中(湯山—鎮(zhèn)江)、東(鎮(zhèn)江—諫壁)3個(gè)巖區(qū)，侵入巖自西向東，時(shí)間漸新并沿酸性方向演變(馬桂琴，1990)。寧鎮(zhèn)中段大部分為中酸性巖體，大多數(shù)為I型花崗巖，一部分屬A型花崗巖，少部分屬S型花崗巖(陳小華，2004)。寧鎮(zhèn)中段的巖體，按控巖構(gòu)造和巖體的空間分布，可劃分為:湯山巖體、美人山巖體、伏牛山巖體、安基山巖體、韓墅巖體(包括盤龍崗、洪水宕、王莊、馬虎山、猴子石、團(tuán)山等)、新橋巖體、連山—寶華山巖體、丁靶崗巖體、石馬巖體、高資—下蜀巖體和雷巷巖體共11個(gè)巖體(圖1)。巖漿巖形成時(shí)代主要為燕山晚期，巖漿活動(dòng)可分早、晚2期，4次侵入。

圖1 寧鎮(zhèn)中段構(gòu)造格架及主要巖體分布圖

各巖體的巖石類型可以概括為8類:花崗閃長(zhǎng)斑巖、石英二長(zhǎng)斑巖、二長(zhǎng)花崗斑巖，石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)巖、鉀長(zhǎng)花崗巖和石英閃長(zhǎng)玢巖。各類巖石里特曼指數(shù)1＜σ＜2.35，為鈣堿系列，大部分為正常巖類型，少量為鋁過飽和類型(張術(shù)根等，2008)。

2 剝蝕程度研究方法及鑒別標(biāo)志

對(duì)寧鎮(zhèn)中段斑巖體剝蝕程度的研究主要有以下5個(gè)方面:巖體“蓋層”厚度的恢復(fù);成巖溫度、壓力的計(jì)算;蝕變－礦化分帶判別;巖體的頂垂體、捕虜體、析離體及巖脈發(fā)育狀況判別;巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征及其他巖石學(xué)、礦物學(xué)、地質(zhì)學(xué)等綜合鑒別標(biāo)志。

2.1 巖體“蓋層”厚度恢復(fù)法

侵入體，特別是較大的中酸性巖體，在形成過程中，由于所處的環(huán)境不同，反映在巖體面貌上也有所不同，表現(xiàn)在巖相的差異性。通常根據(jù)侵入體的形成深度來劃分巖相，如淺成相(0.5～3 km)、中深成相(3～6 km)和深成相(＞6 km)，用以恢復(fù)巖體形成時(shí)的物理化學(xué)條件。確定侵入形成的絕對(duì)深度最可靠的方法是以查明侵入體形成時(shí)覆在巖體之上的“蓋層”的厚度為依據(jù)，但由于原來覆在巖體之上的蓋層不同程度地被剝蝕，要恢復(fù)在侵入體形成時(shí)的地質(zhì)剖面，必須事先進(jìn)行細(xì)致的古巖相分析。應(yīng)用“蓋層”厚度是在寧鎮(zhèn)地區(qū)范圍不大，古巖相沉積環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定的情況下來考慮的。以巖體侵位的最新地層為上限，保留地層為下限，據(jù)地質(zhì)剖面和巖體侵位推算剝蝕程度。寧鎮(zhèn)地區(qū)地層厚度，從侏羅系上統(tǒng)火山巖—志留系下統(tǒng)總厚度大于5 986.9～7 614.9 m。

從4個(gè)剖面圖(圖2)可看出，背斜軸部剝蝕最老的地層為志留系下統(tǒng)高家邊組砂頁巖，向斜仍有侏羅系火山巖殘留。由于該區(qū)巖體的最高侵位為侏羅系中下統(tǒng)砂頁巖，侏羅系上統(tǒng)火山巖為成巖時(shí)的蓋層。因此，可按志留系—侏羅系上統(tǒng)的地層厚度估算剝蝕程度。

圖2 寧鎮(zhèn)中段部分巖體及“蓋層”關(guān)系剖面圖

其中(圖2A)，石馬巖體和高資巖體，其中心部位均無地層捕虜體，切割最老的地層為志留系高家邊組，顯然自志留系墳頭群至侏羅系上統(tǒng)火山巖已剝蝕，總厚度大于4 807 m，即剝蝕深度大于4 800 m，剝蝕較深。

韓墅巖體侵位于寶巢石背斜和樺亭向斜的軸部，背斜軸部切割最老地層為志留系，向斜軸部切割最老地層為三疊系下統(tǒng)，洪水宕—王莊地段殘留志留系地層;馬虎山—猴子石地段殘留泥盆系地層和志留系地層的頂垂體。由此可知，馬虎山—猴子石一帶剝蝕了石炭系—侏羅系地層，總厚度為4 200 m，洪水宕—王莊一帶剝蝕了泥盆系—侏羅系地層，總厚度為4 600 m。以此方法計(jì)算，洪水宕—東培山20剖面圖(圖2D)巖體中有二疊系地層殘留，剝蝕了三疊系至白堊系地層，總厚度為3 800 m。

下蜀—北山水庫(kù)剖面中(圖3)的韓墅巖體在向斜軸部仍有侏羅系中下統(tǒng)象山群殘留，而在背斜部位剝蝕了志留系以上地層，總厚度為4 600 m。

圖3 下蜀巖體的西部下蜀和東部高資地質(zhì)剖面圖

以上可以看出，韓墅巖體各個(gè)不同部位的剝蝕程度不同，總的趨勢(shì)是西部略淺，東部略深。

下蜀—銅山巖體:從銅山胄王村剖面(圖4)可以看出，巖體侵位于侏羅系地層，背斜軸部志留系中上統(tǒng)墳頭群以上地層已全部剝蝕，總厚度4 807 m，向斜軸部局部殘留二疊系地層，剝蝕厚度為3 877 m。

圖4 銅山、下蜀巖體銅山—胄王山地質(zhì)剖面圖

從巖體“蓋層”厚度的恢復(fù)估算剝蝕深度大致是:高資—下蜀、石馬巖體4 800 m(石馬巖體南部剝蝕較淺3 300 m)，韓墅巖體4 400 m;伏牛山巖體3 400 m;安基山巖體3 200 m;丁耙崗巖體3 500 m，美人山巖體2 000 m以內(nèi)?？偟膩碚f，從西向東剝蝕程度有所增 大，由南向北剝蝕程度加深。

2.2 成巖溫度、壓力計(jì)算法

銅(鉬)斑巖的巖漿熔融體溫度為900～1 200℃，二長(zhǎng)石析晶溫度為500～800℃，鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石和石英三元共結(jié)的溫度為600～750℃。大多數(shù)斑巖銅(鉬)礦形成的壓力為3 000～6 000 Pa，相當(dāng)深度為8～25 km(芮宗瑤等，1984)。

利用巖石化學(xué)分析資料計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)礦物投影于Ab-Or-Q三角圖解(圖5)及用溫克勒(1980)的合成花崗巖Ab-Or-Q-H2O系統(tǒng)中壓力和溫度關(guān)系圖求得成巖溫度、壓力數(shù)值。以1 000 Pa相當(dāng)于3.3 km的地壓梯度計(jì)算，又可得各巖體的成巖深度數(shù)據(jù)(表1)。

從表1中可看出，該區(qū)成巖壓力多數(shù)在0.8～1.0 kPa，少數(shù)大于1.0 kPa，換算成巖深度大致為2 600～3 300 m，少數(shù)在3 300 m以上，基本上屬中淺成—中深成相巖體。

表1 寧鎮(zhèn)中段巖體成巖溫度、壓力、深度表

本方法求得的成巖深度值與巖體蓋層厚度計(jì)算的剝蝕深度基本相似。由于地層厚度(尤其是陸相火山巖和碎屑巖)變化的因素未予考慮，所以部分?jǐn)?shù)據(jù)2種方法所得差別較大。如2種方法求得的數(shù)據(jù)下蜀分別為4 620 m和4 800 m，石馬分別為4 800 m和 4 950 m，安基山分別為 2 640 m和3 200 m，伏牛山分別為2 640 m和3 400 m。

2.3 蝕變－礦化分帶判別

根據(jù)國(guó)內(nèi)外總結(jié)的斑巖銅礦分帶模式(圖6)，淺部帶廣泛發(fā)育青盤巖化、水云母伊利石化、石英絹云母化小范圍出露;中部帶各蝕變帶出露齊全，主要為石英—絹云母化帶;深部帶黑云母鉀長(zhǎng)石化帶發(fā)育，石英絹云母脈和石英脈穿插其中。上述各帶相應(yīng)出現(xiàn)的成礦元素分帶:淺部帶為 Pb、Zn、Mn、Sr、As帶，其次為 S、Co、As、Fe 帶，中部帶為 Cu、Mo、Ag、Rb帶，深部帶為Mo、Cu帶，核部無異常帶(酈今敖等，1984)。

圖5 寧鎮(zhèn)中段花崗質(zhì)巖石SiO2-Ab-Or圖解

圖6 斑巖銅礦床蝕變－礦化分帶模式圖

對(duì)比寧鎮(zhèn)中段3個(gè)礦化地段，猴子石地表為水云母、鈉長(zhǎng)石化帶(即泥化帶)，礦化部位在黑云母石英鉀長(zhǎng)石化帶，礦化元素上部S、Co質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高，黃鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)較多;向中深部Cu、Mo有增 高的趨勢(shì)。該區(qū)地表應(yīng)屬淺部帶，深部礦化部位應(yīng)屬中深部帶。馬虎山地表已見石英絹云母化帶及礦體，石英脈體較為發(fā)育，應(yīng)屬中深部帶。在石英絹云母化部位有銅礦化帶(礦體)及含Ag 0.5～1.5 g/t，Mo大于500 g/t，也僅反映了中部帶的Cu-Mo-Ag礦化組合類型。該區(qū)蝕變帶呈現(xiàn)側(cè)向分帶特征，北東部抬升，西南側(cè)伏，故南西深部可能有較好的礦化。洪水宕蝕變分帶不甚明顯，受裂隙帶或接觸帶附近的巖體蝕變所控制，礦化呈陡傾斜透鏡體，在巖體內(nèi)蝕變大體顯示淺部帶為綠泥石綠簾石化帶，礦化部位屬碳酸鹽絹云母化帶，基本屬于中淺部帶。從礦化元素垂向分帶性看，地表S、Co高，礦化部位Cu-Mo-Ag組合。從礦化的水平分帶看，老人峰為鉛鋅礦，盤龍崗為黃鐵礦，應(yīng)屬淺部帶的礦化特征。根據(jù)Pb、Zn-S-Cu的分帶特征，在盤龍崗黃鐵礦北，洪水宕西可能礦化保存較好。

2.4 巖體的頂垂體、捕虜體、析離體及巖脈發(fā)育狀況判別

巖體頂部是否保存有頂垂體及巖體中圍巖捕虜體和殘留體的多少可作為判別剝蝕程度的一種標(biāo)志。一般來說，保存較多者其剝蝕程度較淺，保存較少或不存在則剝蝕較深。而析離體較多分布于巖體內(nèi)，所以析離體多說明剝蝕較深。

從本區(qū)巖體的實(shí)際情況分析，石馬、高資—下蜀巖體均不存在頂垂體和捕虜體，而析離體卻較多，巖體大面積出露，巖脈發(fā)育較少，反映剝蝕較深，但石馬巖體的南緣，有較多三疊系地層捕虜體，說明剝蝕較淺。韓墅、安基山、丁耙崗、伏牛山、美人山等巖體內(nèi)捕虜體、殘留體、巖脈均較發(fā)育，卻少見析離體，在巖體上部還有較大的頂垂體，說明這些巖體剝蝕較淺。

2.5 巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征及礦物結(jié)構(gòu)狀態(tài)判別

成礦巖體的巖石多為斑狀結(jié)構(gòu)?；|(zhì)又多為顯微花崗結(jié)構(gòu)，少數(shù)呈微晶、隱晶或霏細(xì)結(jié)構(gòu)，巖石化學(xué)成分中氧化系數(shù)很高，但一般不超過超淺成相巖體，因此成礦巖體應(yīng)是在淺成環(huán)境下侵位。在國(guó)內(nèi)，中淺成等粒結(jié)構(gòu)的巖體內(nèi)曾發(fā)現(xiàn)斑巖銅礦床的存在(酈今敖等，1982)。

同一產(chǎn)狀的侵入巖，不同部位結(jié)構(gòu)構(gòu)造亦有差異性。如內(nèi)部相結(jié)晶程度高，為自形—半自形等粒狀或似斑狀結(jié)構(gòu)，原生流動(dòng)構(gòu)造不發(fā)育;過渡相為中細(xì)粒斑狀或中粗粒斑狀，原生流動(dòng)構(gòu)造較為發(fā)育;邊緣相為細(xì)—微粒斑狀，常有較發(fā)育的原生構(gòu)造和大量捕虜體。

由于巖體的各個(gè)相帶有不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，不同產(chǎn)狀的巖體亦各有不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)造。因此可以利用巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)來判別剝蝕程度。

下蜀—高資巖體為粗粒結(jié)構(gòu)，反映的是深部相，剝蝕較深。銅山為中細(xì)粒似斑狀結(jié)構(gòu)，相對(duì)下蜀—高資剝蝕較淺。石馬巖體在石馬—徐灣—石頭崗一帶為中粗粒似斑狀結(jié)構(gòu)，也顯示內(nèi)部相，剝蝕較深。其南部的韋崗和太陽山—沈家山地區(qū)為細(xì)粒斑狀—似斑狀結(jié)構(gòu)，韋崗為過渡相，大陽山—沈家山為邊緣相的特征，剝蝕較淺。西起美人山、伏牛山、安基山，東至韓墅、王莊、洪水宕等地均為斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為微粒(細(xì)粒)花崗結(jié)構(gòu)為主，部分具隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，有的尚可見氣孔和熔蝕狀斑晶、反應(yīng)邊等，這些都說明巖體為中淺成相，剝蝕程度較淺。丁耙崗巖體的石龍崗、石墨莊等地，斑晶含量少、粒度細(xì)、基質(zhì)具球嵌、微嵌晶、霏細(xì)結(jié)構(gòu)，與某些火山巖面貌極為相似，表明巖漿巖侵入深度較淺，剝蝕也較淺。

為具體了解侵入巖的形成深度，用結(jié)晶系數(shù)d=V斑/V基(即斑晶與基質(zhì)體積比值)來表示，d隨巖體形成的深度增 加而增 加，各巖體結(jié)晶系數(shù)詳見表2。由表2可以看出，石馬、高資、下蜀巖體d值無法計(jì)算，為等粒結(jié)構(gòu)，屬深成巖，表明剝蝕較深;洪水宕、猴子石、西銀坑、馬虎山、五積墳等地，d≈1或稍大于1;伏牛山、下鮑亭—東陽、美人山等地，0.5≤d＜0.7，為淺成相，剝蝕較淺;丁耙崗巖體及韓墅巖體南部，d＜0.5，亦為淺成相，剝蝕更淺些。

表2 巖體結(jié)晶系數(shù)對(duì)比表

2.6 巖體剝蝕程度的綜合鑒別

除上述5點(diǎn)分析鑒別外，還可以結(jié)合地質(zhì)產(chǎn)狀、成礦溫度、氧化鐵帽等特征加以鑒別，綜合鑒別標(biāo)志見表3。

寧鎮(zhèn)地區(qū)中生代構(gòu)造分期及其對(duì)成巖成礦的控制明顯(肖志明，1991)，侵入活動(dòng)主要受近東西向基底斷裂帶的控制，在成巖成礦帶的分布上，展現(xiàn)出比較明顯的縱向分帶性，主要表現(xiàn)在侵入巖體的深度由北向南變淺，巖體剝蝕深度由北往南逐漸變小，成礦溫度由北往南變低，成礦組合以圍繞成巖成礦活動(dòng)中心由北向南出現(xiàn)礦產(chǎn)分帶性。

3 結(jié)論

對(duì)寧鎮(zhèn)地區(qū)若干地段剝蝕程度的研究及其他綜合標(biāo)志判別，初步認(rèn)為寧鎮(zhèn)中段總體上由西向東、由南向北剝蝕程度逐漸加深。每個(gè)巖體又受構(gòu)造、巖相、侵位、古地理等因素影響，剝蝕又有差異。寧鎮(zhèn)中段中、西部基本屬于中淺剝蝕程度，一般2～3 km，礦化蝕變部位保存尚好，剝蝕較淺，深部有礦體(礦化)發(fā)育，找礦應(yīng)以寧鎮(zhèn)中段中—西部剝蝕相對(duì)較淺處探索。

表3 寧鎮(zhèn)中段巖體剝蝕程度綜合鑒定表

通過寧鎮(zhèn)中段若干地段多種方法綜合分析巖體的剝蝕程度，該區(qū)西部湯山、美人山、連山—寶華山及南部的伏牛山、安基山及丁耙崗為淺剝蝕;中部韓墅巖體為中—淺剝蝕，剝蝕深度2～3 km;北部下蜀—高資巖體及東部的石馬巖體均為深剝蝕，剝蝕深度4～5 km，部分大于5 km。

具體礦化地段，從蝕變分帶、結(jié)晶系數(shù)、捕虜體發(fā)育情況、壓力推算及其他地質(zhì)特征綜合分析，洪水宕地區(qū)位于中—淺部帶，猴子石為淺部帶，馬虎山為中部帶。據(jù)此推測(cè)這3個(gè)地段深部可能有礦化(礦體)發(fā)育。

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