福建紫金山礦田五子騎龍銅礦床礦化與蝕變分帶研究

薛 凱

(紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司,福建 上杭 364200)

紫金山礦田是我國東部重要的斑巖-淺成低溫?zé)嵋盒偷V床的礦集區(qū)。礦田內(nèi)發(fā)育有典型的斑巖型礦床(羅卜嶺銅鉬礦床)(薛凱,2008;鐘軍等,2011)、高硫淺成低溫?zé)嵋盒偷V床(紫金山銅金礦床)(張德全等,1991;陳景河,1999;邱小平等,2010)、低硫淺成低溫?zé)嵋盒偷V床(悅洋銀多金屬礦床)(黃鐵心等,1996)等。巖漿熱液成礦序列發(fā)育的完整性十分罕見(華仁民等,2002;陳靜等,2011)。近年來,地質(zhì)科研與勘查相結(jié)合,在地質(zhì)找礦方面取得了巨大突破。如,紫金山銅金礦床累計探獲銅金屬量超過200萬噸,金金屬量超過 300噸(高天鈞和黃仁生,1998;陳景河,1999;張德全等,2003;黃仁生,2008;王少懷等,2009;邱小平等,2010;肖愛芳等,2012);羅卜嶺銅鉬礦床探獲銅金屬量166萬噸,鉬金屬量 12萬噸;悅洋銀多金屬礦床探獲銀金屬量超過1000噸。其中,紫金山礦區(qū)現(xiàn)已累計探獲的銅金屬量超過了400萬噸,為世界級特大型銅礦床。此外,礦田內(nèi)還發(fā)育有高硫淺成低溫?zé)嵋盒?低硫淺成低溫?zé)嵋盒?、斑巖型-高硫淺成低溫?zé)嵋盒偷倪^渡類型礦床,代表性的礦床分別為龍江亭銅礦和五子騎龍銅礦。

五子騎龍銅礦位于紫金山礦田的西北部,羅卜嶺銅鉬礦床西北側(cè),紫金山銅金礦床東側(cè)(圖1)。該礦床同時具有與紫金山銅金礦床和羅卜嶺銅鉬礦床類似的金屬礦物和蝕變組合特征(張德全等,1996;陳靜等,2011)。紫金山礦田以往的地質(zhì)研究大多著眼于高硫淺成低溫?zé)嵋盒偷V床和斑巖型礦床,對五子騎龍等過渡類型的礦床研究尚不夠深入。該區(qū)目前仍處于詳查階段,已探獲銅金屬量15萬噸,平均品位1.48%。對五子騎龍銅礦的研究,可以豐富斑巖-淺成低溫?zé)嵋盒统傻V系列的礦床類型。同時亦對紫金山礦田及外圍尋找此種礦床類型具有示范意義。

筆者引進(jìn)了近紅外光譜測試技術(shù)對五子騎龍銅礦床的蝕變礦物進(jìn)行了測試和蝕變分帶劃分,與礦化帶進(jìn)行對比驗證,并對蝕變帶與礦化帶的關(guān)系進(jìn)行了深入研究。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

紫金山金銅鉬多金屬礦田位于華南褶皺系東部,閩西南古生代晚期拗陷帶的西南部,北西向上杭-云霄深斷裂帶北西段與北東向宣和復(fù)式背斜南西傾伏端交匯部位 (馮宗幟,1993)。礦田出露地層主要有下震旦統(tǒng)樓子壩群(Z1LZ)淺變質(zhì)巖、上泥盆統(tǒng)(D3)-上石炭統(tǒng)(C2)淺變質(zhì)巖和砂礫巖、下白堊統(tǒng)石帽山群(K1SH)中酸性火山巖等(圖1)。背斜核部為震旦系,兩翼為中生代地層。石帽山群火山巖(113.0±1.9 Ma,鋯石LA-ICP-MS U-Pb)(肖愛芳等,2012)主要出露于礦田西南部的上杭火山盆地,形成于區(qū)域伸展構(gòu)造背景,受北西向上杭-云霄深斷裂控制?；鹕阶饔镁l(fā)生在早白堊世,分布在深大斷裂旁側(cè)的北西和北東向兩組斷裂的交匯部位。主要火山機(jī)構(gòu)有紫金山火山機(jī)構(gòu)和赤水火山機(jī)構(gòu)。

礦田內(nèi)構(gòu)造巖漿活動強(qiáng)烈。北東向宣和復(fù)式背斜及其兩側(cè)的與之相平行的旁側(cè)斷裂帶和北西向上杭-云霄深大斷裂及與之平行的次級斷裂帶制約著燕山期侵入巖、火山巖的產(chǎn)出及金銅多金屬成礦作用(陳景河,1999)。北東向和北西向兩組斷裂帶具多期次活動特征。印支期伴隨復(fù)式褶皺形成斷裂帶雛形,燕山期多期次活動成型。

圖1 紫金山礦田地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of the Zijinshan ore field

燕山早期的才溪巖體和紫金山復(fù)式巖體,以及燕山晚期的四坊巖體、羅卜嶺巖體、中寮巖體、英安玢巖和隱爆角礫巖共同構(gòu)成了紫金山礦田中生代巖漿活動序列。燕山早期的才溪似斑狀粗粒二長花崗巖(150±3 Ma,鋯石SHRIMP U-Pb,趙希林等,2007)呈近等軸巖基產(chǎn)出,沿宣和復(fù)式背斜分布。紫金山復(fù)式巖體則沿宣和復(fù)式背斜核部侵入定位,先后形成逕美碎裂中粗?；◢弾r(Rb-Sr等時線年齡為157±7.3 Ma,張德全等,2001)、五龍寺中細(xì)?；◢弾r(Rb-Sr等時線年齡為141±6.7 Ma,趙希林等,2007)和金龍橋細(xì)?；◢弾r。燕山晚期侵入的有四坊花崗閃長巖(105.0±0.7 Ma,鋯石LA-ICP-MS U-Pb,胡春杰等,2012)、羅卜嶺花崗閃長斑巖(103.5±0.6 Ma,鋯石LA-ICP-MS U-Pb,黃文婷等,2011)、中寮似斑狀花崗閃長巖,以及英安玢巖(105.0±0.7 Ma,鋯石LA-ICP-MS U-Pb,胡春杰等,2012)和隱爆角礫巖。五龍寺中細(xì)粒花崗巖是區(qū)內(nèi)熱液型礦床最重要的賦礦圍巖,紫金山高硫淺成低溫?zé)嵋盒豌~金礦床、悅洋低硫淺成低溫?zé)嵋盒豌y多金屬礦床、五子騎龍淺成中低溫?zé)嵋盒偷V床和龍江亭淺成低溫?zé)嵋盒偷V床均賦存在該巖體中。羅卜嶺花崗閃長斑巖和四坊花崗閃長巖則是斑巖型礦床的賦礦圍巖。

2 礦床地質(zhì)特征

五子騎龍礦區(qū)斷裂構(gòu)造以北東向和北西向為主,其次是近東西向和近南北向。區(qū)域北東向F1-1和F1-4斷裂分布在礦區(qū)北西、南東邊緣(圖2),是控制五子騎龍銅礦床分布的邊界斷裂,也是重要的導(dǎo)礦構(gòu)造。在兩斷裂的挾持地帶,北東向、北西向、近東西向和近南北向構(gòu)造裂隙密集帶極為發(fā)育,則是重要的儲礦構(gòu)造。而與成礦關(guān)系最為密切的是北西向裂隙,此組裂隙成群成帶出現(xiàn),平剖面上均表現(xiàn)為右行側(cè)列,經(jīng)歷了壓剪-張-剪等多次變換(高天鈞和黃仁生,1998)。

礦區(qū)出露有五龍寺中細(xì)?；◢弾r(γ52(3)c2)和四坊花崗閃長巖(γδ53(1)b1)(圖2)。其中,五龍寺中細(xì)?；◢弾r是礦區(qū)內(nèi)最重要的賦礦圍巖。該巖體呈長橢圓形巖瘤狀分布。巖石由鉀長石(42%～48%)、斜長石(22%～26%)、石英(25%～30%)及黑云母(1%～5%)組成。其中,長石多已蝕變,偶見鉀長石為微斜長石,斜長石為更長石(An=26)。巖石化學(xué)成分以貧CaO、Na2O,富K2O為特征。常見副礦物有磁鐵礦、鈦鐵礦、榍石、鋯石、獨居石、磷釔礦、磷灰石等。巖體稀土元素總量低(∑REE=l04 μg/g),輕重稀土比值小(為 1.0),銪異常明顯,REE模式為“V”形曲線①地質(zhì)礦產(chǎn)部礦產(chǎn)地質(zhì)研究所.1994.福建上杭紫金山地區(qū)潛火山(火山)－侵入巖系與成礦作用的關(guān)系.。此外,英安玢巖(ζμ2K1)和隱爆角礫巖(YbK1)也是本區(qū)銅礦的賦礦圍巖。

圖2 五子騎龍銅礦區(qū)銅礦床地質(zhì)圖Fig.2 Geological map of the Wuziqilongore copper deposit

五子騎龍銅礦體主要受北東向、北西向斷裂和裂隙帶控制。礦體均為隱伏礦體,主要賦存在標(biāo)高891.3～14.1 m之間,其中在480～300 m段的礦體最密集。礦體主要呈似板狀,次為脈狀和透鏡狀平行產(chǎn)出,呈“疊瓦式”斜列。礦體產(chǎn)狀以傾向北西為主,次為北東,傾角 18°～28°(圖2)。礦體數(shù)量多,水平和垂直間隔距離幾米到幾十米不等,規(guī)模小到中型。

根據(jù)探礦工程地質(zhì)編錄和巖礦鑒定成果,在銅礦石中發(fā)現(xiàn)20種以上礦物,其中金屬礦物14種,非金屬礦物 9種。金屬礦物以硫化物為主,含量在3%～20%之間,主要由黃鐵礦和銅的硫化物組成,銅礦物包括:銅藍(lán)(30.7%)、藍(lán)輝銅礦(27.9%)、黃銅礦(18.5%)、斑銅礦(9.1%)、輝銅礦(7.3%)、硫砷銅礦(3.7%)、黝銅礦(2.1%),少量鋅黝銅礦、硫鋅錫銅礦、硫鎢錫銅礦等。另外可見少量閃鋅礦、方鉛礦、輝鉬礦等。非金屬礦物主要為石英、絹云母、地開石、明礬石,次為伊利石、高嶺石、綠泥石、葉臘石等。

3 礦化分帶和蝕變分帶

3.1 礦化及礦化分帶

五子騎龍礦區(qū)銅礦化種類繁多,既有與紫金山高硫淺成低溫?zé)嵋盒豌~礦床類似的銅礦物,如銅藍(lán)、藍(lán)輝銅礦、輝銅礦等,又有與羅卜嶺斑巖型銅礦床類似的銅礦物,如,黃銅礦、斑銅礦等。

根據(jù)鉆孔原始地質(zhì)編錄、巖礦鑒定和液體包裹體研究成果認(rèn)為,五子騎龍銅礦床在時間上從早到晚大致可劃分為兩個礦化階段,即中溫?zé)嵋弘A段和低溫?zé)嵋弘A段,成礦溫度分別為 240～200 ℃和200～180 (℃張江,2001)。

據(jù)表1和圖3可知,從中溫?zé)嵋弘A段到低溫?zé)嵋弘A段,金屬礦物共生組合由黃鐵礦、黃銅礦、斑銅礦、黝銅礦和硫砷銅礦逐步向黃鐵礦、銅藍(lán)、藍(lán)輝銅礦和輝銅礦過渡。中溫?zé)嵋弘A段的石英、絹云母與黃鐵礦、黃銅礦、斑銅礦等礦物關(guān)系密切,而低溫?zé)嵋弘A段的石英、地開石和明礬石又與黃鐵礦、銅藍(lán)、藍(lán)輝銅礦等礦物關(guān)系密切。

根據(jù)金屬礦物的共生組合等特征,筆者將五子騎龍銅礦床從平面上自南往北,垂向上由下往上劃分為三個礦化分帶。具體特征見表2。

據(jù)表2可知,各礦化分帶無論是控礦構(gòu)造、圍巖蝕變,還是銅礦物共生組合等特征在空間上具明顯差異。由南礦帶至北礦帶,銅礦物共生組合依次由銅藍(lán)+藍(lán)輝銅礦→銅藍(lán)+藍(lán)輝銅礦+黃銅礦+斑銅礦→黃銅礦+斑銅礦過渡。銅礦化分帶基本呈北西西走向,傾向南西。

3.2 蝕變及蝕變分帶

筆者所在的項目研究小組借助南京地調(diào)中心中地儀器有限公司開發(fā)生產(chǎn)的“便攜式近紅外礦物分析儀”(儀器型號為:BJKF-1)測試了礦區(qū)32個鉆孔巖心。測試孔深總進(jìn)尺 18175.13 m,測試巖心總長17266.37 m。參照規(guī)范,孔深進(jìn)尺平均每隔1～4 m采一個樣,銅礦化較強(qiáng)地段適當(dāng)加密,共采樣 6848件。項目研究小組對所采樣品進(jìn)行測試,并對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了計算機(jī)處理和解譯。除次生石英蝕變礦物未獲得數(shù)據(jù)外共獲得蝕變礦物有效數(shù)據(jù) 17393個。測得的主要蝕變礦物,如絹云母、明礬石、地開石、高嶺石、葉蠟石等光譜曲線見圖4。

表1 礦物生成順序及成礦階段劃分Table1 Mineral paragenesis and the division of mineralization stages

圖3 金屬礦物共生關(guān)系顯微照片F(xiàn)ig.3 The microscopic pictures showing the paragenetic relationship of the metallic minerals

表2 礦化帶主要特征Table2 The main characters of the mineralization zones

根據(jù)“便攜式近紅外礦物分析儀”對蝕變礦物近紅外光譜特征的測試結(jié)果和地質(zhì)編錄成果,五子騎龍礦區(qū)熱液蝕變作用廣泛而強(qiáng)烈。區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育有硅化、地開石化、絹云母化、明礬石化,其次是伊利石化、高嶺石化、葉臘石化、綠泥石化等。其中,硅化、地開石化、絹云母化較強(qiáng),其蝕變礦物分布廣泛。蝕變具多期性,早階段的蝕變礦物被晚階段的蝕變礦物交代和疊加。

蝕變組合類型在空間分布上具一定的分帶性。根據(jù)其空間分布和相互疊加規(guī)律,空間上劃分為三個蝕變帶:絹云母化-硅化蝕變帶(Ms-Q)、地開石化-絹云母化-硅化蝕變帶(Di-Ms-Q)、明礬石化-地開石化-硅化蝕變帶(Alu-Di-Q)。其中,Ms-Q蝕變帶主要分布在礦區(qū)外圍及淺部,較為零星;Di-Ms-Q蝕變帶主要分布在礦區(qū)中部及中深部;Alu-Di-Q蝕變帶主要分布在礦區(qū)南部及深部。自南往北,Alu-Di-Q蝕變帶規(guī)模逐漸變小,Di-Ms-Q蝕變帶規(guī)模逐漸變大。

3.3 礦化與蝕變分帶關(guān)系研究

五子騎龍礦區(qū)熱液蝕變及蝕變分帶與銅礦化空間分帶關(guān)系密切,并貫穿礦化的各個階段。流體研究成果(鐘軍等,2011)表明,早期從巖漿中分異出來的高溫高鹽度流體,與圍巖發(fā)生強(qiáng)烈的水巖反應(yīng),最早形成硅化和絹云母化蝕變,流體的高氧逸度制約了硫化物的沉淀,如黃鐵礦、輝鉬礦、閃鋅礦、硫砷銅礦、黝銅礦、黃銅礦、斑銅礦等。隨巖漿溫度降低,巖漿結(jié)晶分異,其釋放出的揮發(fā)份氧逸度降低,伴隨地開石化、綠泥石化和明礬石化蝕變,大量硫化物再次沉淀,如黃鐵礦、藍(lán)輝銅礦、輝銅礦、銅藍(lán)等。通過后期形成的蝕變礦物及銅礦物與先期形成的蝕變礦物及銅礦物的交換疊加,形成本區(qū)特有礦化分帶和蝕變分帶。

筆者研究認(rèn)為,銅礦化空間分布受蝕變帶的制約,地開石化-絹云母化-硅化蝕變帶(Di-Ms-Q)主要制約黃銅礦+斑銅礦共生組合類型,而明礬石化-地開石化-硅化蝕變帶(Alu-Di-Q)主要制約銅藍(lán)+藍(lán)輝銅礦共生組合類型。以鉆孔ZK10-5和ZK8-3的蝕變測試結(jié)果(圖5)為例,ZK10-5孔位于礦區(qū)中部,ZK8-3孔位于礦區(qū)南部,垂向上兩孔均穿過北礦帶和中礦帶,未揭穿南礦帶。ZK10-5孔揭穿了Ms-Q和Di-Ms-Q蝕變帶,只在孔底揭露到Alu-Di-Q蝕變帶,但未揭穿。根據(jù)鉆探工程地質(zhì)編錄和銅元素含量分析成果,在 424～676 m標(biāo)高銅品位較高,礦石自然類型為黃銅礦和斑銅礦型,位于Di-Ms-Q蝕變帶中部。ZK8-3孔揭穿了Di-Ms-Q蝕變帶,但Alu-Di-Q蝕變帶未揭穿。同樣,根據(jù)鉆探工程地質(zhì)編錄和銅元素含量分析成果,在 504～688 m標(biāo)高銅品位較高,礦石自然類型為銅藍(lán)和藍(lán)輝銅礦型,位于Alu-Di-Q蝕變帶的中上部。

圖4 五子騎龍銅礦區(qū)蝕變礦物的近紅外光譜曲線Fig.4 The spectra of the alteration minerals in the Wuziqilong copper deposit

根據(jù)鉆孔地質(zhì)編錄、化驗分析和蝕變測試成果,利用3Dmin軟件對五子騎龍礦區(qū)的蝕變帶和礦體進(jìn)行了三維建模,構(gòu)建了蝕變帶和礦體三維空間分布模型(圖6)。從該模型可知,Ms-Q蝕變帶主要分布于礦區(qū)地表淺部。由于硅化強(qiáng),巖石難風(fēng)化,多奇峰陡崖,形成了礦區(qū)“五子騎龍”的特有地貌景觀。Di-Ms-Q蝕變帶在垂向上主要分布礦區(qū)的中深部,南部規(guī)模小,北部規(guī)模大。Alu-Di-Q蝕變帶在垂向上主要分布于礦區(qū)深部,呈“舌狀”伸入到 Di-Ms-Q蝕變帶內(nèi)。銅礦體呈似板狀,傾向北西,主要分布于 Alu-Di-Q 蝕變帶內(nèi),其次是Di-Ms-Q蝕變帶,在兩蝕變帶接觸部位礦體分布較密集,而Ms-Q蝕變帶無礦體分布。

通過以上對比研究認(rèn)為,地開石化-絹云母化-硅化蝕變帶(Di-Ms-Q)和明礬石化-地開石化-硅化蝕變帶(Alu-Di-Q)為主要含礦蝕變帶。銅礦化類型嚴(yán)格受蝕變帶控制。蝕變帶基本控制著礦體的空間產(chǎn)出位置。

圖5 五子騎龍銅礦區(qū)ZK10-5孔和ZK8-3孔巖心蝕變與礦化帶劃分圖Fig.5 Sectional drawings of alteration of the drill holes ZK10-5 and ZK8-3 in the Wuziqilong copper deposit

圖6 五子騎龍礦區(qū)蝕變帶和礦體三維模型Fig.6 Three-dimensional model of alteration zonation and ore bodies in the Wuziqilong copper deposit

4 結(jié) 論

(1) 熱液蝕變及蝕變分帶是本區(qū)重要的找礦標(biāo)志之一。特別是地開石化-絹云母化-硅化蝕變帶(Di-Ms-Q)和明礬石化-地開石化-硅化蝕變帶(Alu-Di-Q),其特征蝕變礦物組合特征可以作為識別銅礦體的重要線索。

(2) 地開石化-絹云母化-硅化蝕變帶(Di-Ms-Q)控制了黃銅礦+斑銅礦組合類型;而明礬石化-地開石化-硅化蝕變帶(Alu-Di-Q)控制了銅藍(lán)+藍(lán)輝銅礦礦化組合類型。兩組蝕變帶疊加部位是富礦體賦存的有利部位。

(3) 借助“便攜式近紅外礦物分析儀”測試成果,為本區(qū)蝕變分帶劃分提供了依據(jù),利用蝕變分帶與礦化分帶的關(guān)系,通過蝕變帶和礦體三維建模,對本區(qū)深部預(yù)測找礦具重要意義。

致謝:本論文行文中得到了祁進(jìn)平和李晶博士的指導(dǎo),并提出了寶貴意見,評審專家對本文提出了建設(shè)性的修改意見,謹(jǐn)此致謝！

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