沅麻盆地砂巖型銅礦成礦地質(zhì)特征及其控礦條件研究

羅 衛(wèi)，孫 寧，魏紅軍

（1.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心南方地質(zhì)調(diào)查所，湖南 長(zhǎng)沙410001；2.長(zhǎng)沙中色礦產(chǎn)勘查有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410001）

沅麻盆地砂巖型銅礦成礦地質(zhì)特征及其控礦條件研究

羅 衛(wèi)1，孫 寧2，魏紅軍2

（1.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心南方地質(zhì)調(diào)查所，湖南 長(zhǎng)沙410001；2.長(zhǎng)沙中色礦產(chǎn)勘查有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410001）

沅麻盆地是湖南省重要的銅礦成礦區(qū)之一，盆地內(nèi)砂巖型銅礦床（點(diǎn)）多，銅礦具有規(guī)模大、品位高、礦石選冶性能好等特點(diǎn)。因此，研究該盆地砂巖型銅礦的成礦地質(zhì)背景和控礦條件，為沅麻盆地砂巖型銅礦的評(píng)價(jià)及擴(kuò)大找礦前景提供科學(xué)依據(jù)和成礦背景資料具有重要意義。筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合麻陽(yáng)銅礦礦床地質(zhì)特征對(duì)盆地成礦條件和控礦因素進(jìn)行分析和研究，提出區(qū)內(nèi)礦體的產(chǎn)出狀態(tài)主要受三角洲的分流河道及構(gòu)造的控制，礦體在空間上的分布則主要受巖相與構(gòu)造的制約；區(qū)內(nèi)含銅巖系“紅層”與“淺色層”的互層為有利于成礦物質(zhì)匯集成礦的巖性組合；地下水在成礦過程中把巖碎屑中的銅質(zhì)溶離出來(lái)和把溶離出來(lái)的銅質(zhì)運(yùn)移到弱堿性環(huán)境下的巖性－構(gòu)造有利部位聚集成礦起到了重要作用；生物有機(jī)質(zhì)在銅質(zhì)的吸附還原、銅質(zhì)的溶解和運(yùn)移及銅質(zhì)的富集都起了重要作用。認(rèn)為：該礦床的形成受物源、古構(gòu)造、巖相、地下水活動(dòng)以及生物有機(jī)質(zhì)等因素的聯(lián)合控制，沅麻盆地銅礦床主要是以機(jī)械沉積為主，后經(jīng)地下含礦熱鹵水疊加改造而最終形成的砂巖型銅礦床，并指出有利的找礦部位。

沅麻盆地；砂巖型銅礦；成礦地質(zhì)特征；控礦條件

沅（陵）麻（陽(yáng)）盆地地處湖南省西部雪峰山脈與武陵山脈之間，是湖南省最重要的銅礦成礦區(qū)之一。區(qū)內(nèi)銅礦床（點(diǎn)）較多，砂巖型銅礦為區(qū)內(nèi)主要礦床類型，銅礦具有規(guī)模較大、品位高、礦石選冶性能好等特點(diǎn)。前人對(duì)區(qū)內(nèi)礦床的地質(zhì)特征進(jìn)行過總結(jié)［1－2］，對(duì)其控礦條件也進(jìn)行過分析［3］，在此基礎(chǔ)上，提出沅麻盆地砂巖型銅礦成因?yàn)榛瘜W(xué)沉積的同生礦床［1］和陸源再造礦床［2］等類型。這些成果和認(rèn)識(shí)，極大地提高了沅麻盆地砂巖型銅礦的成礦理論研究水平，并為指導(dǎo)區(qū)內(nèi)的找礦工作打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。筆者在前人工作的基礎(chǔ)上，通過對(duì)近年來(lái)礦床開發(fā)揭露出的地質(zhì)特征進(jìn)行總結(jié)，認(rèn)為區(qū)內(nèi)銅礦床的形成是巖相、構(gòu)造、地下水活動(dòng)以及有機(jī)質(zhì)參與的最佳組合，是以機(jī)械沉積為主，后經(jīng)地下含礦熱鹵水疊加改造而最終形成的砂巖型銅礦。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

沅麻盆地在大地構(gòu)造上屬于上揚(yáng)子地塊與華南裂陷槽的過渡地帶—江南地塊的北西部，為一中生代側(cè)疊式山間斷陷盆地。盆地總體呈NE－SW向延伸，長(zhǎng)約255km，寬30～65km，面積約10500km2［4］。整個(gè)盆地似一個(gè)向西歪斜的不對(duì)稱平緩復(fù)式向斜。

1.1 地層

盆地內(nèi)地層走向與盆地展布方向基本一致，呈NE－SW向分布，傾角一般5～15°，主要出露地層為侏羅系－白堊系，第三系僅有零星分布。其中白堊系下統(tǒng)第三巖組（K31）分布最廣，約占盆地紅層出露面積的2/3以上，為區(qū)內(nèi)主要含礦巖系。［5］

侏羅系主要分布于盆地南東側(cè)，以黃綠色、暗紫紅色的砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖為主。

白堊系根據(jù)巖性的不同可分為四個(gè)巖組。

第一巖組（K11）：中上部為紫紅色厚層狀粉砂巖夾含礫粗砂巖，底部0～30m 為磚紅色礫巖層，厚532m。

第二巖組（K21）：紫紅色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、砂巖，厚555m。盆地東側(cè)底部見厚約32m的礫巖、砂礫巖及含礫砂巖。

第三巖組（K31）：紫紅色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，厚2350m。麻陽(yáng)銅礦等地上部為淺色含礫砂巖、細(xì)砂巖與紫紅色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖互層，組成含銅巖系。該巖組是區(qū)內(nèi)砂巖型銅礦的主要賦礦層位。

第四巖組（K41）：為土黃色及紫紅色泥巖，以水平層理為主。

第三系主要為紫紅色砂礫巖及含礫砂巖，厚度大于110m。

1.2 構(gòu)造

盆地內(nèi)構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，沅麻盆地為印支、燕山運(yùn)動(dòng)形成的山間斷陷盆地。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)破壞了盆地的完整性，整個(gè)盆地可視為一個(gè)向西歪斜的不對(duì)稱向斜。

1.2.1 斷裂

盆地北段以高角度北東向的大型正、逆斷層為主。中段斷裂不發(fā)育，主要為一些次級(jí)北西向小斷裂。南段斷裂比較發(fā)育，多為北北東向的大型高角度正、逆斷層。

1.2.2 褶皺

在盆地形成后，盆地南東邊不斷隆起，形成了萊草坡背斜與曉坪復(fù)式背斜等，使盆地劃分成兩個(gè)以上的沉積中心。中心由南東向北西遷移。芷江一帶為緊密線狀褶皺，造成南東高、北西低的構(gòu)造地形，軸向北東－北東東；麻陽(yáng)一帶為寬緩線狀褶皺，軸向北東－北東東。

1.3 礦產(chǎn)

主要有鐵、錳、銅、鉛鋅、鉬、鎳、鎢銻金、汞、硫、磷、煤、重晶石等。湘西鎢銻金礦，新晃汞礦，田灣、花橋磷礦，江口、小沈鐵礦，辰溪、溆浦一帶煤和耐火黏土等都具有較大的規(guī)模，其中大部已被開采利用。

盆地內(nèi)共發(fā)現(xiàn)砂巖型銅礦點(diǎn)（床）14處。主要有九曲灣（麻陽(yáng)銅礦）、三眼橋、黃雙、浦市、老鴉溪、烏宿、巖橋、杉木溪、譚家寨、巖角坪、尖坡等。在麻陽(yáng)、鳳凰一帶的楠木寨、咸池坳等地發(fā)現(xiàn)有含銅、鉛、鋅礦點(diǎn)。

2 典型礦床類型及主要地質(zhì)特征

位于麻陽(yáng)縣呂家坪鎮(zhèn)九曲灣村的麻陽(yáng)銅礦為沅麻盆地內(nèi)最大、最典型的砂巖型銅礦床。

2.1 地層

礦區(qū)位于沅麻盆地中南部東側(cè)，礦區(qū)內(nèi)除廣泛出露白堊系第三巖組（K31）外，礦區(qū)北部洞門前一帶向斜核部還出露一塊面積約0.35km2的第三系紫紅色砂礫巖。區(qū)內(nèi)白堊系第三巖組（K31）巖性主要為紫紅色、紫色及灰綠色砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及泥巖等。

2.2 構(gòu)造

2.2.1 褶皺

礦區(qū)位于茶溪－呂家坪不對(duì)稱向斜南東翼。礦區(qū)南段（北10線以南）呈一單斜構(gòu)造，地層走向北東30°左右。礦區(qū)南端南10線附近，走向急劇向西轉(zhuǎn)，構(gòu)成微向東弧形突出，向南張開延伸，形成北部薄窄、南部寬厚的“帚狀”弧形構(gòu)造。地層傾向290～350°，傾角15～60°不等。一般是含礦巖系北部陡、南部緩，下部陡、向上逐漸變緩，地表和淺部陡深部緩。北10線以北，構(gòu)造形態(tài)由南段的單斜弧形構(gòu)造，逐漸演化成一個(gè)向斜（洞門前向斜）和一個(gè)背斜（荒田沖背斜）。

洞門前向斜為一完整封閉的短軸向斜，由第三系和白堊系兩個(gè)構(gòu)造層疊加組成，二者呈微不整合接觸。軸部為第三系砂礫巖，兩翼由白堊系第三巖組含銅巖系分布。向斜軸向北北東－南南西，軸線不平直，向斜兩構(gòu)造層之軸部位置和軸向也不完全一致，白堊系軸部位置偏東，第三系軸部位置偏西，顯示了構(gòu)造的繼承性和疊加性。

荒田沖背斜為一向南西傾伏的不對(duì)稱背斜，在北10線附近向南西傾沒，轉(zhuǎn)為南段的單斜構(gòu)造。北19線以南，背斜平緩開闊，形態(tài)完整明顯。北19線以北，褶皺緊密，產(chǎn)狀極陡以至直立，加之在背斜軸部附近有一組縱向大斷層，使背斜兩翼Ⅱ－Ⅳ號(hào)及其上下層位大部分缺失。

北段地層產(chǎn)狀隨著褶皺形態(tài)的變化而變化，含銅巖系厚度由地表往地下逐漸加大，尤其是背斜軸部以西地段，由于距湖盆邊緣較遠(yuǎn)，沉積厚度增大，加之沉積基底起伏，后期構(gòu)造變動(dòng)等原因，背斜西翼深部巖層產(chǎn)狀急劇變陡（60°以上），含礦巖系厚度突增，在剖面上形成“喇叭口”狀。

2.2.2 斷裂

區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)大小斷層142條，礦區(qū)南段斷層不發(fā)育，斷層與褶皺關(guān)系密切，在巖層產(chǎn)狀陡緩變化轉(zhuǎn)折處和北10線附近單斜與背－向斜構(gòu)造過渡地帶，以及北段背斜軸部及以東地區(qū)，斷層最為發(fā)育。多系伴隨褶皺而引起的一系列巨大的塊狀斷層或成組成群互相切割的斷層。按斷層發(fā)育方向大體可分成兩組。

1）走向近于東西的橫斷層。規(guī)模一般不大，延長(zhǎng)以數(shù)十米為常見，位移以數(shù)米為普遍。斷層性質(zhì)以平移和高角度正斷層為主（張性和張扭性），傾向以北東向?yàn)橹?。這組斷層對(duì)礦層和淺色層的破壞通常以相互平行的一組斷層與礦層斜交，使礦層向同一方向錯(cuò)動(dòng)而形成階梯狀、有時(shí)則由兩組或兩組以上不同方向或不同性質(zhì)的斷層，使礦層向不同方向相對(duì)錯(cuò)移而形成小型地塹、地壘構(gòu)造。

2）走向近于南北的縱斷層。這組斷層發(fā)育于礦區(qū)北部，與北段受近東西方向的水平應(yīng)力作用而產(chǎn)生背、向斜有關(guān)。其性質(zhì)多為受擠壓力作用而形成的壓性高角度逆斷層。這組斷層規(guī)模較大，對(duì)礦區(qū)構(gòu)造形態(tài)、含礦巖系出露的完整程度及對(duì)礦層的破壞等都有很大的影響。

2.3 含銅巖系特征

區(qū)內(nèi)含銅巖系屬白堊系第三巖組（K31）的中上部，為一套紫紅色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖（習(xí)慣稱為“紅層”）與灰色、灰綠色等淺色砂巖、含礫中－粗砂巖、砂礫巖互層（稱“淺色層”）形成的巖性組合，屬河口三角洲相沉積。含銅巖系平均厚度567m。其厚度自南向北由厚急劇變薄，南10線厚728m，中0線厚588m，北10線厚335m，至北18線附近厚為165m，形成北部收斂向南撤開的“帚狀”展布。紅層呈巨厚層狀，厚2～40m不等；淺色層多為薄層狀和透鏡狀，礦區(qū)內(nèi)厚度大于0.5m的淺色層有135層，其中見有銅礦化層50層，含工業(yè)礦體達(dá)38層。

巖石的顏色深淺隨巖石的粒度粗細(xì)而變，一般淺色層的巖石粒度較粗，以細(xì)砂巖粒級(jí)以上為主。礦層泥質(zhì)含量少，主要有細(xì)砂巖、中粗粒砂巖、含礫砂巖等。不穩(wěn)定組分較高，占25%～33%，砂粒主要是長(zhǎng)石、石英和少量巖屑及燧石。巖石孔隙式、充填孔隙式膠結(jié)，膠結(jié)物以鈣質(zhì)為主，泥質(zhì)次之。層內(nèi)往往有一定的同生泥礫，泥礫的褪色程度與銅礦化程度密切相關(guān)。泥礫為紫紅色者，一般無(wú)礦化，泥礫為灰白－灰綠色則有礦化，褪色越強(qiáng)烈，礦化越好。

2.4 礦體特征

2.4.1 礦層和礦體形態(tài)特征

區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)礦體160余個(gè)，礦體大小規(guī)模不一，形態(tài)各異，規(guī)模大者，沿走向長(zhǎng)近1600m，寬10～300m，銅金屬量14000余噸，如：12號(hào)礦層1號(hào)礦體；規(guī)模小的長(zhǎng)寬僅數(shù)米，金屬量不超過10t。礦體的形態(tài)多呈不規(guī)則的長(zhǎng)條狀、似層狀。除12號(hào)、19號(hào)礦層礦體外，其它礦體均呈長(zhǎng)條狀，并且礦體沿走向延伸短，沿傾斜方向或側(cè)伏方向延伸長(zhǎng)，如17號(hào)礦層在0線礦體沿走向長(zhǎng)40m，沿傾斜方向長(zhǎng)達(dá)200余米。礦體的邊界也很不規(guī)則，其尖滅方式主要有：①含礦淺色層沿走向呈透鏡狀，淺色層尖滅，礦體也隨之尖滅；②含礦淺色層沿走向逐漸過渡到深色層，在淺色層相變地段，礦化逐漸消失；③礦體邊界以斷層為界，礦化體在斷層上盤或下盤突然尖滅。

礦體的產(chǎn)狀與圍巖產(chǎn)狀基本一致，由于區(qū)內(nèi)礦體的產(chǎn)出狀態(tài)主要受三角洲上的分流河道及構(gòu)造控制，礦體在空間上的展布形式有以下特點(diǎn)：①大多數(shù)礦體沿分流河道分布，礦體的長(zhǎng)軸方向與分流河道延伸方向一致，分流河道側(cè)伏，礦體也隨之側(cè)伏，側(cè)伏角的大小取決于分流河與流向，分流河與流向偏離含礦層傾斜方向越大，礦體的側(cè)伏角就越小，礦區(qū)內(nèi)河口三角洲上的分流河延伸方向變化于南西到北北西之間，大多數(shù)礦體的側(cè)伏方向也介于這個(gè)范圍；②礦體的產(chǎn)出與構(gòu)造有關(guān)，有的礦體形成于淺色層中的向斜部位，礦體的延長(zhǎng)方向與向斜軸近于一致；③對(duì)于同一含礦層由于分流道上的砂體呈船形狀、鳥爪狀分布，礦體在平面上也呈這種展布形式，如19號(hào)礦層在N7線至N11線，分流河道呈鳥足狀分布，其礦體分布形式也呈鳥足狀。

2.4.2 礦體空間分布規(guī)律

礦體在空間上的分布主要受巖相和構(gòu)造控制，就單個(gè)礦層而言，礦體分布具有如下規(guī)律：①大多數(shù)礦體的長(zhǎng)軸方向與含礦層走向近于直交，與原勘探線方向近于平行，如22號(hào)礦層在N2線至N11線，三個(gè)礦體的長(zhǎng)軸方向均為北西向，與含礦層走向近于垂直；②同一礦層賦存多個(gè)礦體，各礦體間沿走向則大致等距離分布，如22號(hào)礦層；③含礦層沿走向往北北東，礦體埋藏深度逐漸加大，如12號(hào)礦層在0線礦化深度在－50m標(biāo)高以上，到N9線礦化深度則在標(biāo)高－125m以下；④有的礦層在局部地段分上下兩層，中間夾有一厚度不大的深色層或深色層透鏡體，使礦體也分為上、下兩層，如12號(hào)、19號(hào)礦層在0線以下的礦體；⑤大多數(shù)礦體沿走向和傾向礦化連續(xù)性較好，礦體形態(tài)較完整。

從整個(gè)礦區(qū)來(lái)看，礦體在空間上的分布具有以下的規(guī)律：①淺色層總的展布方式是從低層位到高層位逐漸向北側(cè)列，因而礦體在空間上也有向北側(cè)列的趨勢(shì)。如12號(hào)礦層礦化范圍在S10線至N10線，往北到23號(hào)礦層，礦化范圍向北移至N4線到N12線之間；②河口三角洲上的古分流河道在不同時(shí)期有來(lái)回?cái)[動(dòng)的現(xiàn)象，礦體的分布范圍也呈現(xiàn)出這種擺動(dòng)趨勢(shì)；③礦體的形成與空間分布明顯受構(gòu)造因素的控制。在部分地段不同礦層中的礦體在空間上同步產(chǎn)出，如15號(hào)、16號(hào)、17號(hào)礦層在0線三個(gè)不同層位的礦體在空間上迭置產(chǎn)出。

2.4.3 主要礦層特征

2.4.3.1 Ⅷ號(hào)礦層

1中上部，全區(qū)均有出露。是礦區(qū)粒度最粗、厚度最大、層位穩(wěn)定、特征明顯的一條標(biāo)志層，形成規(guī)模較大的主礦體。

1）巖性特征及礦層結(jié)構(gòu)。本層巖性穩(wěn)定，地表為厚層－巨厚層狀灰白、灰綠色礫質(zhì)粗砂巖，局部為細(xì)礫巖、砂礫巖和中－細(xì)粒砂巖。本層厚度一般4～5m，最大6m（南2～南3線）。礦區(qū)南北兩端厚度稍?。?～4m），粒度也變細(xì)。本層中下部斷續(xù)含一夾層，厚0.1～1.2m不等。巖性主要為紫紅色粉砂質(zhì)泥巖，次為細(xì)砂巖。深部Ⅷ號(hào)亦穩(wěn)定，一般厚2～4m，最大6m多。巖性多為灰綠色－灰白色含礫粗砂巖，并常夾一至數(shù)層紫紅色泥巖或細(xì)砂巖薄層。

2）礦物成分。碎屑礦物：常見有石英、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、硅質(zhì)巖（包括燧石）、板巖、石英巖、變質(zhì)砂巖等礦物或巖屑，以石英和鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石為主。

副礦物：常見的有電氣石、鋯石，偶見有磷灰石、白鈦石、銳鈦礦、磁鐵礦、鈦鐵礦。

膠結(jié)物：膠結(jié)物含量變化于15%～40%之間，普遍大于20%。膠結(jié)物成分有泥質(zhì)（黏土質(zhì)）、石英、方解石、鐵質(zhì)、自然銅、輝銅礦、赤銅礦、孔雀石等多種，其中以泥質(zhì)為主，石英次之。

礫石：本礦層絕大部分含礫，礫石含量一般在l%～25%左右。礫石成分常見的有灰綠色、淺灰色板巖，灰黑色、紫紅色燧石、脈石英，肉紅色或灰白色石英巖，偶見有砂巖、灰?guī)r、火山巖等。礫石形狀有等軸狀、圓扁平狀、不規(guī)則狀等，礫徑2～46mm不等，一般在2～30mm之間。

3）韻律及其變化：一般有兩個(gè)韻律：為粗－細(xì)－粗，多發(fā)育在南部，北部韻律減少或不明顯，多為一整層。0線以南，下部還有一個(gè)粗－細(xì)的韻律。本層普遍見1～2個(gè)沖刷面，以底部的一個(gè)最為發(fā)育，沖刷作用由南往北逐漸減弱（圖1）。

4）礦化及礦體：地表北8線以北有連續(xù)礦化，往南至南2線一段有斷續(xù)礦化，南2線以南無(wú)礦化。深部以南6～北40線礦化較好，銅礦物主要為自然銅，地表多為孔雀石。

模型幾何比尺 1∶5，模型包括上游水庫(kù)、魚道池室及下游量水堰等，模型長(zhǎng)度約20.0 m。魚道池室采用有機(jī)玻璃制造，共設(shè)10塊隔板(自上游往下游以1～10編號(hào))，隔板為同側(cè)豎縫布置，間距80 cm(原型為4.0 m)，底坡比1∶78。模型布置見圖2。模型控制邊界條件為水深，調(diào)整上下游水位得到各級(jí)水池水深，待水位穩(wěn)定后采用旋漿流速儀測(cè)量沿程典型隔板(4～6 號(hào)隔板)豎縫流速及池室流速分布。試驗(yàn)選取了魚道水池水深H為1.0 m、2.0 m、2.5 m三種運(yùn)行工況，三種工況上下游池室水深保持相等。

工業(yè)礦體均為盲礦體，礦體埋深較大，主要分布在標(biāo)高100～300m，各礦體之間的無(wú)礦段，一般均有弱礦化，分布于背斜軸部及軸部偏西部位。礦體連續(xù)長(zhǎng)度1270m，平均厚度2.59m，平均品位1.29%。

圖1 麻陽(yáng)銅礦0號(hào)勘探線地質(zhì)剖面圖

2.4.3.2 XⅢ號(hào)礦層

本礦層位于K3－Ⅲ1中部，Ⅻ號(hào)礦層之上，距約7～13m。

1）巖性特征及礦層結(jié)構(gòu)：XⅢ號(hào)礦層為二元結(jié)構(gòu)，且比較穩(wěn)定，下礦層比上礦層巖石粒度要粗，礦化也較好。

下礦層：地表在北7線以北，深部在北5線以北，為一層灰綠色粗砂礫巖、含礫粗砂巖，本層厚度0.3～2.6m。

夾層：巖性為黃褐色細(xì)砂巖、粉砂巖、紫紅色粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等，成互層產(chǎn)出。厚度一般為1～3m，在北部局部變薄為0.3m。

上礦層：巖性主要為細(xì)砂巖，次為中砂巖，局部有含礫粗砂巖、薄層泥質(zhì)粉砂巖等，厚0.3～1.8m。

2）成分：本礦層成分比較復(fù)雜，主要造巖礦物為：石英、長(zhǎng)石、硅質(zhì)巖屑、板巖屑，另有少量綠泥石和黑云母等。膠結(jié)物多為鈣質(zhì)，次為泥質(zhì)。

3）接觸關(guān)系：本層見沖刷面0～2個(gè)。比較普遍的是下礦層的底部沖刷，而上礦層層底沖刷僅局部發(fā)育。此外，夾層中的透鏡體砂巖也偶見層底沖刷現(xiàn)象。

4）礦化及礦體：地表礦化主要見于北7線以北，深部主要在北5線以北。其余地段僅南2～南3線間見零星的礦化。有用金屬礦物地表主要為孔雀石、深部為自然銅。

工業(yè)礦體主要集中于北5～北16線，由8個(gè)礦體組成，均為似層狀或透鏡狀礦體。其中以XⅢ－2、3、4三個(gè)礦體為主。最大礦體走向長(zhǎng)度645m，最小345m，全礦層礦體平均厚度1.43m，平均品位1.11%。

2.5 礦石特征

礦石以細(xì)砂巖和含礫中粗砂巖自然銅礦石為主，中細(xì)粒砂巖自然銅礦石礦化最好，品位最高可達(dá)40%。

礦石具它形不等粒狀、膠結(jié)狀、溶蝕交代結(jié)構(gòu)等，浸染狀、板狀、條帶狀和結(jié)核狀、環(huán)狀構(gòu)造等。

礦石有用金屬礦物主要有自然銅、輝銅礦、赤銅礦及孔雀石，其中自然銅占有用礦物組分的85%以上，輝銅礦占10%左右，赤銅礦、孔雀石以及部分輝銅礦為自然銅礦體中的次生礦物，在礦床中所占的比例很小。

自然銅主要以膠結(jié)物的形式賦存于砂巖碎屑物之間的孔隙中，其次呈規(guī)則粗粒狀、連晶狀充填于砂巖膠結(jié)物中的溶蝕孔內(nèi)。

3 控礦因素

沅麻盆地砂巖型銅礦其成礦物質(zhì)主要以碎屑物形式從古陸搬運(yùn)到湖盆河口三角洲，在氧化、中偏酸性環(huán)境下沉積。當(dāng)含碎屑物埋到地下深處，受到靜壓作用，沉積物被壓實(shí)、脫水，有機(jī)物開始分解，層間水變成酸性流體，并溶解碎屑物中的部分銅質(zhì)，使之成為酸性含礦流體，含礦流體滲流到低壓弱堿性還原環(huán)境中，產(chǎn)生第一亞階段成礦作用，含銅礦物以膠結(jié)物的形式產(chǎn)出。此后，受構(gòu)造作用影響，地下水重新活動(dòng)，有機(jī)質(zhì)進(jìn)一步分解出，地下水再度成為酸性流體，并溶解巖屑中的銅礦物或早期形成的銅礦物，又一次成為含礦流體，這時(shí)的含礦流體流向弱堿性還原環(huán)境下的低壓擴(kuò)容區(qū)，在那里聚集成礦，成為第二個(gè)亞成礦階段。第三紀(jì)以后再次受到構(gòu)造活動(dòng)影響，又一次出現(xiàn)與第二亞成礦階段相類似的成礦作用，成為第三個(gè)亞成礦階段，從成礦物質(zhì)的搬運(yùn)沉積到以后的多次成礦作用，區(qū)內(nèi)成礦主要受物源、古構(gòu)造、巖相、地下水活動(dòng)以及有機(jī)質(zhì)等因素的聯(lián)合控制。

3.1 成礦物質(zhì)來(lái)源

沅麻盆地北西側(cè)為武陵山區(qū)，南東部為雪峰古陸，雪峰古陸為江南古陸的南西延伸部分，自元古代至中生代中期，區(qū)域上經(jīng)歷多次構(gòu)造活動(dòng)，并伴隨有多次巖漿活動(dòng)，區(qū)內(nèi)廣泛分布的板溪群馬底驛組、震旦系和寒武系等地層，含銅均較高，區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了以沅陵寺田坪銅金礦為代表的賦存于馬底驛組中的板巖型銅礦及熱液型銅礦床（點(diǎn)），它們?cè)诠抨懖粩嗌仙?，并?jīng)受長(zhǎng)期風(fēng)化剝蝕。據(jù)區(qū)域資料，在白堊紀(jì)，沅麻盆地的南東側(cè)有三條大的河流自南東向北西注入沅麻沉積盆地（圖2），這些古河流發(fā)源于當(dāng)時(shí)的雪峰古陸并流經(jīng)雪峰山區(qū)，將其水系分布區(qū)的風(fēng)化剝蝕物不斷搬運(yùn)至湖盆，在河口三角洲地帶堆積成一套粗細(xì)相間的陸源碎屑巖，沅麻盆地砂巖型銅礦的成礦物質(zhì)大多由這些河流搬運(yùn)而來(lái)。

圖2 沅麻盆地K12、K13巖相古地理圖

3.2 古構(gòu)造條件

沅麻盆地地處武陵山脈與雪峰古陸之間，為一典型的山間斷陷盆地，盆地在發(fā)展形成過程有一個(gè)緩慢下陷與回升的過程，從古陸風(fēng)化剝蝕而來(lái)的成礦物質(zhì)，經(jīng)過短距離的搬運(yùn)后，全部匯聚于該盆地中，有利于成礦物質(zhì)的聚集成礦，此外盆地與盆地邊緣的古陸也為成礦物質(zhì)的風(fēng)化剝蝕及匯聚創(chuàng)造了有利條件。

3.3 巖相條件

本區(qū)銅礦床屬河湖三角洲相帶的沉積（圖2），從該區(qū)巖性特征和古動(dòng)力資料分析，礦體與淺色層走向、傾向大體一致，古動(dòng)力方向來(lái)自南東與礦體走向切交。因此，礦體中心也即是主流位置，巖石顆粒較粗則礦化較富。由于河水進(jìn)入淺湖時(shí)，水流速度突然變緩，所搬運(yùn)的銅礦物大多數(shù)迅速在三角洲相堆積下來(lái)，又因地殼頻繁震蕩和主流位置的擺動(dòng)，礦體多集中在三角洲中間亞相，并成為多個(gè)復(fù)雜透鏡體，三角洲的邊緣亞相進(jìn)一步向淺湖相過渡，以紫紅色泥質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖所代替。

3.4 巖性組合條件

礦區(qū)含銅層頂?shù)装鍑鷰r，一般為紫紅色泥質(zhì)粉砂巖或紫紅色粉砂質(zhì)泥巖，這對(duì)成巖期的還原改造，起了良好的封閉作用。

區(qū)內(nèi)含銅巖系為一套紫紅色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖（稱紅層）與灰色、灰綠色等淺色砂巖、含礫砂巖、砂礫巖互層（稱淺色層）而成的巖性組合，淺色層大多數(shù)孔隙度較大、滲透率高，紅層孔隙度較小、滲透率低，它們的互層組成一個(gè)良好的地層封閉系統(tǒng)，使含礦溶液進(jìn)入砂巖層后不易散失，且能夠在砂巖層中較自由的流動(dòng)，在一定的地段富集形成礦體。因此，區(qū)內(nèi)含銅巖系為有利于成礦物質(zhì)匯集成礦的巖性組合［6］。

3.5 地下水活動(dòng)

初始成礦物質(zhì)含于碎屑物中，要使成礦物質(zhì)溶離出來(lái)并再度富集成另一種形式，必須借助于地下水的作用。

區(qū)內(nèi)地下水主要來(lái)自于層間孔隙水，礦層之間的水力聯(lián)系由斷裂來(lái)溝通，形成一個(gè)地下水的循環(huán)系統(tǒng)，若斷層切到地下深處或露出地表，也有部分地下水來(lái)自深部或當(dāng)時(shí)的地表水。

地下水在成礦過程中起兩大作用：一是把巖碎屑中的銅質(zhì)溶離出來(lái)；二是把溶離出來(lái)的銅質(zhì)運(yùn)移到弱堿性環(huán)境下，在巖性－構(gòu)造合適的部位聚集成礦。最初的地下水是中偏酸性，在成巖過程中由于地?zé)岬淖饔?，有機(jī)物的分解，使之成為熱的酸性流體，因而加大了對(duì)銅礦物的溶解能力。從巖屑中溶離出來(lái)的銅質(zhì)，可呈多種絡(luò)合物的形式隨地下熱水遷移，沒有地下熱水不斷補(bǔ)充銅質(zhì)來(lái)源，就不可能在某一地段形成具有工業(yè)價(jià)值的礦體。

由于地下水對(duì)成礦作用的影響，成礦具有以下特點(diǎn)：①地下水?dāng)y帶成礦物質(zhì)在巖石孔隙較好的地段循環(huán)，并具有一定的流動(dòng)方向，因此，礦體的延長(zhǎng)方向一般與地下水流動(dòng)方向近于一致，并且由于地下水在橫向上的滲透作用，使得礦體在短軸方向 上的邊界極不規(guī)則；②地下水循環(huán)是在某一地段進(jìn)行，若這一地段存在多個(gè)含礦層（淺色層），它們之間通過斷裂有水力聯(lián)系，則在這一地段的幾個(gè)礦層中都有可能成礦，就是說(shuō)礦化在空間上有疊置現(xiàn)象；③地下水將成礦物質(zhì)帶入砂巖中，便形成浸染狀的礦化，若把成礦物質(zhì)帶到構(gòu)造裂隙中，則形成板狀、樹枝狀自然銅板。

3.6 生物有機(jī)質(zhì)對(duì)成礦的作用

3.6.1 生物有機(jī)質(zhì)的空間分布特征

區(qū)內(nèi)砂巖型銅礦中的生物有機(jī)質(zhì)主要含于淺色層中，紫紅色巖層中的有機(jī)質(zhì)含量不多。有機(jī)質(zhì)主要有兩種來(lái)源：一是浮游生物或動(dòng)植物死亡后，其遺體與沉積物一起掩埋到地下，由菌解作用形成的有機(jī)質(zhì)；另一種是在成巖成礦階段，由細(xì)菌作用形成的有機(jī)質(zhì)。前者大多分布在水動(dòng)力由強(qiáng)變?nèi)醯牡貛В绾涌谌侵薜那熬?、河道兩?cè)或迴水灣；后者多集中于地下水循環(huán)較好的地段，地下水的循環(huán)為細(xì)菌提供新陳代謝及繁衍的條件。

3.6.2 生物有機(jī)質(zhì)參與成礦作用的依據(jù)

區(qū)內(nèi)生物有機(jī)質(zhì)參與成礦作用的依據(jù)主要有以下幾點(diǎn)。

1）礦體中銅含量的高低與有機(jī)碳含量呈正比，如在22號(hào)礦層在－25m、－55m、－85m中段采有8個(gè)樣品，測(cè)得的有機(jī)碳含量與銅含量列于表1。

表1 22號(hào)礦層中有機(jī)碳與銅含量關(guān)系表

2）可見自然銅與有機(jī)質(zhì)相間產(chǎn)出，有的銅礦化與有機(jī)質(zhì)一起構(gòu)成生物遺跡，如蠕蟲狀、魚卵狀等。

3）在用砂巖切制的光片中，礦相鏡下可觀察到動(dòng)植物化石。如植物須根、浮游動(dòng)物等，這說(shuō)明含礦層沉積時(shí)，有動(dòng)植物碎屑含于沉積物中。

4）輝銅礦經(jīng)紅外光譜分析，光譜曲線出現(xiàn)硫氫鍵，說(shuō)明輝銅礦中的硫來(lái)源于生物硫。

5）在黃雙、杉木溪等銅礦點(diǎn)，淺色層變成黑色或暗灰色，肉眼和鏡下均可見到大量生物碎片或遺跡化石，在有機(jī)物碎片發(fā)育的地段輝銅礦化較好，表明礦化富集與有機(jī)質(zhì)有關(guān)。

6）據(jù)湖北省地質(zhì)研究所資料，礦區(qū)淺色層巖石在500倍顯微鏡下發(fā)現(xiàn)有細(xì)菌化石存在，在凝膠化的有機(jī)質(zhì)中保存完好，經(jīng)鑒定為放線菌屬和真菌目［7］。據(jù)C.W.M 利杰姆巴赫研究表明：只有耐腐蝕有機(jī)質(zhì)才能與無(wú)機(jī)碎屑一起保存下來(lái)，成為巖石中分散的有機(jī)質(zhì)。麻陽(yáng)圖銅礦含礦層中這些有機(jī)質(zhì)與生物硫的形成有關(guān)，反映成礦與它們有成因聯(lián)系。

7）本次工作中石膏、輝銅礦的δ34S測(cè)定結(jié)果介于－19.02‰～－39.31‰之間，平均為－28‰左右，表明該礦床的形成與沉積有關(guān)，有一部分硫來(lái)源于生物硫。

3.6.3 生物有機(jī)質(zhì)在成礦過程中的作用

區(qū)內(nèi)砂巖型銅礦的形成，生物有機(jī)質(zhì)對(duì)銅質(zhì)的還原晶出和富集起了重要作用，主要體現(xiàn)以下方面。

1）對(duì)銅質(zhì)的吸附還原作用。有機(jī)物掩埋到地下后，在細(xì)菌作用下，進(jìn)行分解，形成有機(jī)碳，當(dāng)碎屑物中的銅被溶解出來(lái)并與有機(jī)碳相遇，有機(jī)碳便對(duì)銅質(zhì)產(chǎn)生吸附還原作用，形成自然銅。如在這期間還提供有生物硫S2－，便形成輝銅礦。

2）對(duì)銅的溶解和運(yùn)移作用。有機(jī)物在菌解的同時(shí)，放出 H2S、NH4、CO2、CH4等氣體，這些氣體在水中離解后，使水溶液變?yōu)樗嵝裕瑥亩哟罅藢?duì)銅的溶解能力，溶解出的銅與陰離子團(tuán)化合，形成穩(wěn)定的含銅絡(luò)合物，這些絡(luò)合物在酸性條件下不與其它離子或化合物反應(yīng)，只有當(dāng)它們隨水溶液（地下水）運(yùn)移到弱堿性還原環(huán)境中才發(fā)生離解，并結(jié)晶沉淀出含銅礦物，如自然銅、輝銅礦等，所以，含礦層中生物有機(jī)質(zhì)的存在，對(duì)加大銅質(zhì)的溶解能力和運(yùn)移能力起有重要作用。

3）對(duì)銅的富集作用。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，在地下深處，還生存著許多種類的厭氧細(xì)菌，這些微生物有的對(duì)金屬十分敏感，它們的細(xì)胞能吸附某些金屬。最近，巴西的Antonio Carlos Augusto da costa等人還應(yīng)用固定于海藻鈉的Chlorella homospharea細(xì)菌對(duì)廢液中的鎘和鋅等金屬分別單獨(dú)進(jìn)行處理，當(dāng)鎘和鋅的濃度分別為20～40mg/L和75～720mg/L時(shí)，固定化菌體幾乎能吸附和清除100%的鎘和鋅。

事實(shí)上，在成巖成礦階段，含礦層中還活躍著許多微生物，如硫桿菌屬（Thiobacillus），這些微生物能“食進(jìn)”銅質(zhì)，并在體內(nèi)聚集，當(dāng)它們?cè)谀骋坏囟嗡劳?、堆積，便把銅質(zhì)聚集到那里，使銅質(zhì)局部富集。

4 找礦方向

根據(jù)區(qū)內(nèi)砂巖型銅礦地質(zhì)特征和控礦地質(zhì)條件分析，認(rèn)為區(qū)內(nèi)銅礦床是在有充足物源的保障下，在有利的古構(gòu)造條件和合適的巖相地段，通過地下水的進(jìn)一步活動(dòng)及有機(jī)質(zhì)參與下而形成，礦化在下列地段富集。

1）河口三角洲的分流河道上。河道上沉積了一套含礫中－粗砂巖或細(xì)砂巖，這套巖性孔隙度好，且夾于泥質(zhì)粉砂質(zhì)巖層中，有利于地下水的定向循環(huán)，是成礦的良好場(chǎng)所。

2）分流河的分枝、交匯部位。這些部位既有對(duì)成礦有利的巖性，也是地下水匯集并且改變流向與流速的地段，成礦物質(zhì)易于在這些地段聚集。

3）面形分布的砂礫巖或粗砂巖外緣。這些部位是巖性由粗變細(xì)的過渡地帶，以含礫中－粗砂巖、細(xì)砂巖為主，地下水從一種巖性滲流到另一種巖性往往會(huì)改變流速和流向，因而在這些部位有利于成礦物質(zhì)的聚集。

4）粗砂巖中夾有細(xì)砂巖透鏡體的部位。這種部位往往沉積有豐富的有機(jī)物。地下水?dāng)y帶成礦物質(zhì)遷移到這一地段，其流動(dòng)方式與流速突然發(fā)生變化，成礦物質(zhì)被有機(jī)質(zhì)吸附，并且愈聚愈多，形成富銅礦體。

5）淺色層底部的古沖刷面及其附近。沖刷面的下部為紫紅色泥質(zhì)、粉砂質(zhì)巖層，其上部沉積有粗－中細(xì)粒砂巖，并含有大小不等的紫紅色泥礫，這些地段是地下水聚集，并且循環(huán)緩慢的部位，常形成特高品位的銅礦。

6）沉積時(shí)淺色層底部出現(xiàn)微凹的地段。這些地段碎屑物沉積厚度較周圍的大，并且沉積時(shí)水的流速減慢，有利于有機(jī)物的生存和堆積。由于淺色層底部下凹，地下水易于聚集，所攜帶的成礦物質(zhì)也相對(duì)集中。

5 結(jié) 語(yǔ)

在對(duì)沅麻盆地砂巖型銅礦礦床地質(zhì)特征研究的基礎(chǔ)上，通過對(duì)成礦物質(zhì)來(lái)源、控礦因素以及生物有機(jī)質(zhì)在成礦中的作用等方面的分析，認(rèn)為該礦床是在弱堿性還原環(huán)境下形成的，生物有機(jī)質(zhì)對(duì)銅質(zhì)的還原晶出和富集起有重要作用，成巖后的構(gòu)造活動(dòng)使含礦流體對(duì)儲(chǔ)礦層進(jìn)行多次改造，促使成礦物質(zhì)多階段疊加富集，礦床成因以機(jī)械沉積為主，后經(jīng)地下含礦熱鹵水疊加改造而最終形成的砂巖型銅礦。

［1］涂登峰.華南一個(gè)自然銅一含銅砂巖型銅礦成因問題探討［J］.地質(zhì)論評(píng)，1963（2）：64－68.

［2］宋宏邦.湖南砂巖型銅礦床的成因及找礦方向［J］.湖南冶金［J］，1990（1）：34－37.

［3］曾勇.沅麻盆地砂巖型銅礦控礦條件［J］.國(guó)土資源導(dǎo)刊，2007（3）：24－26.

［4］賈寶華.湖南雪峰隆起區(qū)構(gòu)造變形研究［J］.中國(guó)區(qū)域地質(zhì)，1994（1）：65－71.

［5］湖南省地質(zhì)局407隊(duì).麻陽(yáng)九曲灣銅礦區(qū)地質(zhì)勘探報(bào)告［R］.1974.

［6］中南工業(yè)大學(xué)，等.麻陽(yáng)銅礦礦化富集規(guī)律研究及生產(chǎn)區(qū)盲礦體預(yù)測(cè)［R］.1994.

［7］湖北省地質(zhì)研究所.湖南沅麻盆地白堊－第三紀(jì)砂巖銅礦的分布規(guī)律和找礦方向的初步研究報(bào)告［R］.1973.

Geological characteristics and ore－control condition of sandstone－type copper deposit in Yuan－Ma Basin，Hunan province

LUO Wei1，SUN Ning2，WEI Hongjun2
（1.South Institute of China Non－ferrous Metals Resource Geological Survey，Changsha 410001，China；2.China Non－ferrous Metals Resource Exploration Co.，Ltd.，Changsha，Changsha 410001，China）

Yuan－Ma basin is one of the most important copper metallogenic regions in Hunan province.The copper deposits in Yuan－Ma basin have the characteristics of large scale，high grade and ore metallurgical performance etc.It has significance to provide scientific basis and mineralization background information for reevaluating sandstone－type copper deposits in Yuan－Ma basin and expanding the periphery prospecting by researching sandstone－type copper metallogenic geological background in Yuan－Ma basin and its control on sandstone－type copper deposits.Based on the geological characteristics of Mayang copper deposits and some previous information，the mineralization conditions and ore controlling factors of the sandstone－type copper deposits in Yuan－Ma basin are researched.It shows that the distribution of ore bodies are mainly restricted by petrographic and tectonics in space.A lithology combination for minerals with the copper bearing rock series“red layer”and“l(fā)ight”cross.Groundwater plays an important role in the oreforming process of the rock debris of copper leaching from the leaching from copper migration to the weak alkaline environment litho tectonic favorable sites for poly metallogenic.The biological organic matter plays an important role on the copper adsorption and reduction，dissolution and migration and enrichment of the copper.Studies suggest that the formation of joint control by material source deposits，ancient structures，lithofacies，groundwater activities and organic matter and other factors that is based on the geological characteristics of Yuan－Ma sandstone－type copper deposit.The deposit is mainly mechanical deposition，after superposition of hot brine underground ore transformation and ultimately the formation of sandstone－type copper.At last，the favorable prospecting areas are pointed.

Yuan－Ma basin；sandstone－type copper deposit；geological characteristics；orecontrol condition

2014－04－13

國(guó)土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目04課題資助 （編號(hào)：200911007—04）；全球銅礦分布規(guī)律與找礦戰(zhàn)略區(qū)劃研究項(xiàng)目資助 （編號(hào)：國(guó)土資廳發(fā) ［2011］7號(hào)）

羅衛(wèi) （1977－），男，2009年畢業(yè)于中南大學(xué)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，獲博士學(xué)位，高級(jí)工程師，主要從事成礦預(yù)測(cè)與礦產(chǎn)勘查方面的研究工作。E－mail：luowei665＠163.com。

P618.41

A

1004－4051（2015）09－0072－08