山東福吉山銅礦構造控礦因素分析

吳立新，劉俊玉，肖翔

(1.山東省地質調查院，山東 濟南 250013;2.山東省第八地質礦產勘查院，山東 日照 276826;3.山東省核工業(yè)二七三地質大隊，山東棲霞 265300)

山東銅礦床及礦點較多，但資源量較少，目前已勘查的銅礦類型主要屬于和中生代巖漿巖有關聯(lián)的巖漿期后熱液充填交代，接觸交代成因類型以及發(fā)育在魯西地區(qū)的新太古代阜平期輝長巖類巖體中的巖漿熔離型［1］。而福吉山地區(qū)的銅礦產在山東省沂源縣碳酸鹽巖地區(qū)，礦石建造與沉積巖巖性和構造有著密切的相關性，是與巖漿巖無直接關系的構造熱液充填交代類型，因此通過對該區(qū)控礦構造的分析和研究，對于類似地區(qū)銅礦具有一定的交流和借鑒價值。

1 區(qū)域地質和礦區(qū)地質

福吉山礦區(qū)構造單元屬于沂沭斷裂帶以西，華北板塊魯西地塊魯中隆斷區(qū)之魯山凸起［2］。區(qū)內地層多呈單斜近水平產出，主要有寒武系、石炭-二疊系、古近系、新近系和第四系。區(qū)域上巖漿巖主要為早元古代傲徠山超單元花崗巖，與殘存的泰山巖群共同組成基底隆起。蓋層構造以斷裂為主，主要是各種方向、不同等級的斷裂交叉，隆起中心及上升斷塊構成復雜的網狀斷裂。斷裂和節(jié)理發(fā)育，走向多為近SN向和NE向。其中NE向斷層控制了礦區(qū)構造格局，往往切割錯斷其他方向的斷層;與成礦作用有關的構造為近SN向的斷層就位于燕山晚期白堊紀青山初期。

福吉山銅礦位于山東省沂源縣魯村鎮(zhèn)，出露地層主要為寒武紀、奧陶紀單斜地層，傾向NE，傾角低緩。寒武系主要出露張夏組灰色—灰白色鮞?；?guī)r，泥晶灰?guī)r。崮山組黃綠色頁巖與灰色薄層鏈條狀泥紋泥晶灰?guī)r互層。奧陶系為三山子組灰色、灰褐色中薄層細晶白云巖夾灰黑色燧石結核白云巖和礫屑白云巖。馬家溝群主要巖性為厚層泥晶灰?guī)r、白云巖、灰質白云巖。其中近SN向的斷裂是礦區(qū)內的主要控礦構造，礦體主要賦存于福吉山斷裂(F1)中碳酸鹽化的構造角礫巖。此外，尚發(fā)育NE向、NW向斷裂構造為成礦熱液提供通道和空間。礦區(qū)內無巖漿巖出露(圖1)。

2 礦床地質特征

2.1 礦體特征

經過1∶2 000大比例尺填圖，查明區(qū)內沿福吉山斷裂(F1)分布5條銅礦(化)體，賦存于福吉山斷裂(F1)內;礦體呈雁列式排列，其走向都在15°左右，礦體賦存標高為314～437 m，礦體是角礫巖的一部分，其邊界多由品位圈定［3］。斷層角礫巖原巖以灰?guī)r、白云巖為主，受構造運動及其熱液作用的影響，發(fā)生破碎，產生褐鐵礦化、碳酸鹽化、銅礦化等，形成含銅角礫巖。礦體遭受強烈的氧化作用，氧化帶深度多在100 m左右。各礦(化)體規(guī)模較小，其中較大的為③號礦體，走向控制長100 m，沿傾向延深120 m，平均厚度3 m，最大6 m。伴生Au，Ag有益元素①。斷裂帶內碳酸鹽化、褐鐵礦化普遍，硅化偶見，銅礦化明顯。礦石自然類型為褐鐵礦化含銅構造角礫巖。

圖1 山東沂源縣福吉山地區(qū)地質圖

2.2 礦石特征

礦石以灰色為主，具粗粒變晶結構、包含結構、交代殘留結構、碎裂結構;以塊狀、角礫狀構造為主。角礫以圍巖成分為主，主要礦物成分為方解石、白云石、石英，次要礦物為褐鐵礦、黃鐵礦、綠泥石等。礦石礦物主要為孔雀石，次為藍銅礦。伴生礦物有黃鐵礦、褐鐵礦等。脈石礦物有石英、方解石、白云石等［4］。

Cu的克拉克值是0.006%，Cu在一般沉積巖中的豐度值為0.006%［2］;而礦區(qū)寒武紀的灰?guī)r、白云巖Cu的豐度值一般在0.03～0.07%②，其豐度值明顯超出一般的沉積巖，是一般沉積巖的5～12倍。周圍區(qū)域上的巖漿巖多為早元古代傲徠山超單元花崗巖巖體，Cu的豐度值一般在 0.001% ～0.004%③。因此該區(qū)灰?guī)r、白云巖有可能為礦體提供銅的來源。

2.3 圍巖蝕變

礦區(qū)內圍巖蝕變較普遍，主要與構造熱液活動有關，主要有褐鐵礦化、碳酸巖化、硅化、高嶺土化，均屬于中低溫熱液蝕變。圍巖蝕變分帶較清楚，斷裂帶內圍巖蝕變較發(fā)育，而斷裂帶兩側逐漸減弱。

褐鐵礦化:俗稱“鐵帽”，其由寒武紀、奧陶紀灰?guī)r、白云巖中針鐵礦、鏡鐵礦、菱鐵礦黃鐵礦、黃銅礦，經風化、水解作用而形成。區(qū)內褐鐵礦化主要發(fā)育在斷裂帶中，是尋找銅礦床的重要標志。

碳酸巖化:主要是后期熱液形成的方解石細脈，還有在斷裂帶中與礦脈伴生的具鐵質浸染的方解石細脈。

硅化:主要發(fā)育在斷裂破碎帶、礦脈及圍巖中，硅化作用本身多以浸染顆粒及浸染細脈呈現。而礦體及圍巖中的硅化作用，與成礦關系密切。

高嶺土化:主要發(fā)育于斷裂帶中，其是斷裂帶中含硫酸鹽水溶液重新作用的結果，局部形成斷層泥。與區(qū)內多金屬礦化關系不大。

3 控礦斷裂特征分析

該區(qū)經歷了一系列構造運動，其中有以升降運動為主的，也有發(fā)生擠壓平移構造變形的。斷裂構造也發(fā)生了相應的疊加變形及性質轉變。不僅斷裂構造發(fā)育，而且發(fā)育節(jié)理(裂隙)構造。該區(qū)斷裂發(fā)育在寒武紀、奧陶紀地層中，礦區(qū)內斷裂主要有近SN向、NE向和近EW向;斷裂性質多為張性正斷層兼具左行平移。既有貫穿全區(qū)的斷層，也有發(fā)育于局部的斷層。其共同特征是兼具平移的掀斜斷層，傾角近直立。斷面水平擦痕多于垂直擦痕，可見磨擦面，為張性右行平移斷層，動力變質礦物有鏡鐵礦、綠泥石。不同地層中斷層破碎帶發(fā)育不同，斷裂帶寬度幾十厘米至幾米。F2斷裂是控制全區(qū)構造格局的斷裂，斷裂走向45°，該斷層形成于成礦期前，與成礦無直接關系。普查區(qū)內還發(fā)育一些小型次級斷層，傾角近直立正斷層，斷距小，距礦體遠，對礦體無直接影響。其中福吉山斷裂(F1)是礦區(qū)內主要的控礦、容礦構造。

3.1 福吉山斷裂(F1)幾何學特征

綜觀福吉山斷裂(F1)，總體走向10°，傾向W，傾角近直立;斷裂兩側巖石破碎，次級斷裂和裂隙較發(fā)育。斷裂貫穿礦區(qū)南北，為右行平移斷層，水平斷距約80 m，整體呈舒緩波狀“S”形。其破碎帶寬度呈規(guī)律性排列，明顯具有雙重力學性質，在寬處可以看到明顯的花狀構造為張扭性，而窄處則顯示壓扭性(圖2)。斷裂帶寬緩處5～8 m，狹窄處1～2 m，斷裂帶寬緩處和狹窄處近等距離彼此間隔，斷裂在破碎帶較寬處和銅礦體分布一致，和斷裂總體走向相差5°左右，右階式排列。

福吉山斷裂(F1)在破碎帶寬緩處呈現張扭性質，可以觀察到張扭性結構面的角礫大小混雜，棱角分明，磨園程度不高，排列紊亂，無定向性，角礫來源就是斷裂兩側碎裂白云巖和灰質角礫巖，局部發(fā)育棕紅色斷層泥。斷裂帶內部還發(fā)育次級斷層，斷裂面產狀陡傾，剖面上呈正斷層，平面上呈現平移斷層，整體構成負花狀構造［5］(圖 2-A)。

福吉山斷裂(F1)在狹窄處呈現壓扭性質:斷層破碎帶1～2 m，巖層有揉皺現象，部分角礫排列緊密，磨園度高，棱角不明顯，角礫呈透鏡體狀，剖面上呈逆斷層，平面上呈現平移斷層，整體構成正花狀構造(圖2-B)。

圖2 福吉山斷裂(F1)雙重性質地質素描圖

3.2 福吉山斷裂(F1)運動學特征

從前述斷裂的幾何學特征以及構造組合形式結合區(qū)域構造演化史，歸納該區(qū)斷裂運動學如下:前震旦紀和古生代地臺演化比較穩(wěn)定，雖然大面積升降運動，但地層基本保持水平層狀。中、新生代地臺大幅度隆起以及沂沭斷裂帶的活動，形成一系列地層的掀斜和大小、方向不同的斷裂。魯西地區(qū)產生一系列NE向壓扭性斷層，規(guī)模大、平移距離長，初步形成魯西的構造格局。隨后近SN向和EW向的斷裂多為兼具平移的掀斜斷裂，平移距離較短，改造先期斷裂。隨后的白堊紀末期在斷裂附近產生一些縱張、橫張節(jié)理以及共軛剪節(jié)理相應形成寬緩、狹窄的裂隙，逐漸擴大連接，造成寬緩處和狹窄處間隔分布，形成具有平移性質的掀斜斷裂——福吉山斷裂(F1)，沿走向上發(fā)育波狀起伏。在斷裂平移的同時寬緩、狹窄處對應張扭、壓扭性。狹窄處應力集中以壓扭性為主;寬緩處內部拉伸形成應力松弛，以張扭性為主，在剖面上形成負花狀構造，形成熱液充填聚集，成為該區(qū)最重要的容礦空間(圖3)。

總之，平移斷裂軌跡結構就位于燕山晚期，斷裂形成過程為斷裂在近直立的掀斜斷層中右行平移，在平移的過程匯總分別在斷裂帶寬緩處和狹窄處顯示不同的應力性質，從而使斷裂具有雙重力學性質。

圖3 福吉山平移斷裂控礦成礦模式圖

3.3 構造控礦機制和過程

區(qū)域性隆起是熱液產生和礦物質轉移的背景，平移斷裂產生導礦構造和容礦構造的空間，低溫熱液經過側分泌作用和環(huán)流下滲作用逐漸和碳酸鹽巖交代充填成礦。侏羅紀以來，該區(qū)經受了強烈的燕山運動，在區(qū)域上大規(guī)模的隆升掀斜，奠定了控礦構造的基本格局。區(qū)內的斷裂深部多相貫通，為區(qū)內礦液的運移和富集成礦提供了通道。隨后的白堊紀末期平移斷裂形成近等間距的寬緩拉伸區(qū)，造就了導礦和容礦空間，儲備了成礦必需的熱能，使得熱液大量滲透擴散充填交代，成礦元素銅主要來自灰?guī)r地層，由熱液在滲流過程中從流經的巖石中吸取而來。由于斷裂活動使含礦熱液沿構造空間上移，到達有力的構造部位寬緩拉伸區(qū)，方解石脈、石英脈沿斷裂充填。其后，又由于構造和熱液的多次活動，含礦熱液和碳酸鹽巖交代，最終在福吉山斷裂(F1)寬緩拉伸區(qū)黃銅礦和黃鐵礦析出、富集沉淀;其后黃銅礦、黃鐵礦等氧化為孔雀石、藍銅礦和褐鐵礦。根據區(qū)內礦石礦物的特點、礦物成分、結構構造、圍巖蝕變、成礦特點等特征分析，礦石礦物主要以孔雀石、藍銅礦為主，脈石以方解石、石英為主。礦區(qū)礦物組合屬中低溫熱液礦物［6］，因此，該礦床屬構造中低溫熱液礦床類型［4］。

4 結論

福吉山地區(qū)銅礦受斷裂控制，平面上呈近等間距平行雁列式，與巖漿巖無直接關系，明顯受斷裂和碳酸鹽巖層位的控制。其為構造低溫熱液充填交代而成，產于寒武紀—奧陶紀碳酸鹽巖地層中燕山晚期斷裂?？氐V斷裂為兼局平移性質的張性斷裂，平移斷裂軌跡結構就位于燕山晚期，斷裂形成過程為斷裂在近直立的掀斜斷層中右行平移，在平移的過程匯總分別在斷裂帶寬緩處和狹窄處顯示不同的應力性質，從而使斷裂具有雙重力學性質。斷裂走向上呈舒緩波狀并且具有雙重力學性質，在平移的過程形成近等間距的彎曲，造就了壓扭性和張扭性相互間隔，成礦元素銅主要來自灰?guī)r、白云巖地層，由于構造和熱液的多次活動，含礦熱液和碳酸鹽巖交代，最終在福吉山斷裂(F1)寬緩拉伸區(qū)黃銅礦和黃鐵礦析出、富集沉淀;其后黃銅礦、黃鐵礦等氧化為孔雀石、藍銅礦和褐鐵礦。在構造作用下成為地下熱液沿斷裂裂隙運移，在斷裂帶中張扭性拉伸區(qū)充填和交代圍巖而形成礦體。

［1］孔慶友，張?zhí)斓?，于學峰，等.山東礦床［M］.濟南:山東科學技術出版社，2006:352-353.

［2］袁見齊，朱上慶，翟峪生.礦床學［M］.北京:地質出版社，1993:21－23.

［3］程光鎖，羅文強，單偉，等.福吉山銅礦礦床地質特征和礦床成因［J］.有色金屬(礦山部分)，2009，61(6):33－36.

［4］程光鎖，張尚坤，張義江，等.山東沂源福吉山銅礦區(qū)斷裂體系的分數維特征［J］.鈾礦地質，2008，24(1):306 －310.

［5］劉和甫，李曉清，劉立群，等.走滑構造體系盆山耦合與區(qū)帶分析［J］.現代地質，2004，18(2):139－150.

［6］潘兆櫓.結晶學及礦物學(下冊)［M］.北京:地質出版社，1988:28-29.