湖南衡陽柏坊銅礦控礦因素與找礦方向分析

吳思　張曉文　楊立志

摘 要： 平江—衡陽地區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，地層發(fā)育較齊全，多期次巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，為銅礦的形成與空間分布創(chuàng)造了良好的地質(zhì)條件。通過對(duì)柏坊銅礦床地質(zhì)分析，下石炭系、二疊系和白堊系是本區(qū)的主要礦源層，為銅礦的形成提供了物質(zhì)來源，礦區(qū)的構(gòu)造為礦化提供了進(jìn)一步富集的動(dòng)力條件，使得礦質(zhì)能夠在有利的成礦空間內(nèi)形成銅礦體。本文系統(tǒng)分析了礦區(qū)主要控礦因素，對(duì)進(jìn)一步找礦方向進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞： 礦床成因； 控礦因素； 找礦方向； 柏坊銅礦

前言

自20世紀(jì)80年代開始，前人在柏坊銅礦開展了大量的地質(zhì)研究工作，但是礦床成因及主要控礦因素等方面仍存在較大的分歧。筆者根據(jù)實(shí)際調(diào)查及已有資料，分析了礦區(qū)的主要控礦因素，為進(jìn)一步找礦方向提供方向，供研討。

1. 區(qū)域地質(zhì)概況

柏坊銅礦大地構(gòu)造位置處于平江—衡陽華夏系拗陷帶，塔山東西向構(gòu)造背部，耒—臨南北向構(gòu)造北端，處于不同構(gòu)造迭加的復(fù)合部位。區(qū)域地層出露較齊全，除下泥盆統(tǒng)、中三疊統(tǒng)、新第三系缺失外，自元古界冷家溪群至第四系均有出露；區(qū)內(nèi)構(gòu)造主要發(fā)育一系列SN、NWW向褶皺和NWW、NNE向斷裂構(gòu)造；區(qū)域內(nèi)巖漿活動(dòng)十分強(qiáng)烈，活動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，已形成的巖體為印期和燕山中晚期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

2. 礦床地質(zhì)概況

2.1 地層

地臺(tái)構(gòu)造層和地洼構(gòu)造層為礦區(qū)的主要出露地層，而地臺(tái)構(gòu)造層僅有石炭系和二疊系出露，地洼構(gòu)造層僅有白堊系出露，它們分別分布在礦區(qū)的東部和西北部[2]。石炭系地層由老到新為：孟公坳組、劉家塘組、石磴子組、測(cè)水組和梓門橋組以及壺天群。二疊系在本區(qū)廣泛出露。由一套滯流海灣相及潮坪相的碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖和砂頁巖及煤系地層組成。根據(jù)化石特性、巖石特征、巖性組合將二疊系分為上下二統(tǒng)，下統(tǒng)分棲霞及當(dāng)沖組，上統(tǒng)為斗嶺組。白堊系是本區(qū)出露最為廣泛的地層，由于其巖石顏色多為紅色或紫色，巖性多為砂巖、粉砂巖或頁巖，故統(tǒng)稱紅層。白堊系地層是本區(qū)砂巖銅礦的主要賦礦巖層。銅鼓塘礦區(qū)的五號(hào)礦體及柚子塘、大坪等礦區(qū)的砂巖銅礦則產(chǎn)于白堊系地層中，總厚度大于800m，本區(qū)僅出露白堊系下統(tǒng)和中統(tǒng)的是戴家坪組。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造呈多期次活動(dòng)的特點(diǎn)，構(gòu)造比較復(fù)雜，且處多個(gè)構(gòu)造體系相交的部位，它們對(duì)礦區(qū)內(nèi)礦體的形成與空間分布，起著至關(guān)重要的控制作用。區(qū)域內(nèi)構(gòu)造主要有褶皺、斷層、不整合面和溶洞構(gòu)造。

褶皺在礦區(qū)內(nèi)發(fā)育很不平衡，主要集中在礦區(qū)的中北部。按照形成時(shí)代和軸向可分為：北北東向褶皺，規(guī)模較大的有楊家灣背斜，柏坊向斜，憩山嶺背斜；北西西向褶皺，由北往南有銅鼓塘倒轉(zhuǎn)向斜，劉家灣倒轉(zhuǎn)背斜；北東向褶皺，其中五背沖背斜和廟門前背斜出露較完整；弧形褶皺，位于礦區(qū)背部，產(chǎn)生在白堊系地層中，屬于表層褶皺。

斷層在礦區(qū)內(nèi)按走向主要有北西西向、北北東西、北西向和北東向，他們形成的先后時(shí)代不一，迭加、復(fù)活現(xiàn)象十分明顯，其中北西西向和北東東向兩組斷層與成礦關(guān)系密切。北北西向斷裂形成較早的有F22、F20、F40，他們?cè)诤笃诘臉?gòu)造運(yùn)動(dòng)中又有多次活動(dòng)特點(diǎn)，晚期形成的斷裂有F9、F10、F201、F202。北北東向斷裂形成規(guī)模較大的主要有F26、F25、F24、F11、F33，它們同樣具有多期活動(dòng)的特點(diǎn)；而北西向斷裂規(guī)模較大的僅有位于礦區(qū)南部的F29，長(zhǎng)約1700米，地表并未見到斷層出露；北東向斷裂在礦區(qū)內(nèi)不發(fā)育，據(jù)分析，它們可能為不同時(shí)期形成的斷裂。

不整合面在礦區(qū)西部普遍存在，形態(tài)十分復(fù)雜，主要是白堊系和下伏石炭統(tǒng)間的接觸面，在陸上環(huán)境下，變形的地層受到長(zhǎng)期的風(fēng)化剝蝕形成凹凸不平的剝蝕面，當(dāng)?shù)貧ぶ匦孪陆档剿鲁练e環(huán)境后，在剝蝕面上又形成了新的原始沉積巖層，而白堊系后的構(gòu)造活動(dòng)，常常沿著不整合面產(chǎn)生斷層。

溶洞在礦區(qū)較為常見，其中銅鼓塘礦段十分發(fā)育。溶洞主要形成于石炭系灰?guī)r，白云質(zhì)灰?guī)r中，他們的形成與分布跟褶皺、斷層的關(guān)系十分密切。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)無大面積巖漿巖出露，僅在礦區(qū)南部有零星幾個(gè)小巖體、小巖脈出露。在礦區(qū)周圍約15km范圍內(nèi)，一共有9條巖脈，呈北西走向，傾向不定，傾角較陡，一般在60°以上，出露寬約幾米至幾十米，長(zhǎng)約幾十米至幾百米，形成一透鏡狀巖脈，另外，本次工作在新灣附近還發(fā)現(xiàn)幾個(gè)連續(xù)出露的巖脈群，組成以新灣村為中心的類似橢圓狀排列。據(jù)物探、化探、遙感等資料推測(cè)，在該地區(qū)可能存在隱伏巖體，且與成礦關(guān)系密切。

3. 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體地質(zhì)特征

柏坊銅礦礦體受斷裂控制非常明顯，賦礦層位為石炭系壺天群白云質(zhì)灰?guī)r，礦區(qū)由多個(gè)礦體組成，礦體規(guī)模較小、品位較高、成因類型呈多樣化。

柏坊銅礦礦床按照其成因類型分為兩類礦體： 一類為沉積砂巖型銅礦體；另一種為地下水淋濾再造型銅礦體。在空間分布上，礦體因其成因類型不同而異。沉積砂巖型銅礦體產(chǎn)在白堊系中，頂?shù)装鍑鷰r為紫紅色泥質(zhì)粉砂巖，含礦層為灰白色長(zhǎng)石石英砂巖（淺色層），礦體一般呈層狀、透鏡狀礦體沿淺色層斷續(xù)分布。

而在礦區(qū)中占主導(dǎo)地位的為地下水淋濾再造型礦體，按照產(chǎn)出部位和分布特征又分以下四種類型：一是產(chǎn)于白堊系底部不整合面礫巖中的礦體；二是產(chǎn)于斷層破碎帶中的透鏡狀礦體；三是產(chǎn)于白堊系紅色巖層或壺天群灰?guī)r中的脈狀礦體；四是產(chǎn)于斷裂裂隙內(nèi)的脈狀礦體。礦體外部形態(tài)復(fù)雜，即使是同一礦體， 在不同標(biāo)高形態(tài)也相差甚遠(yuǎn)，主要有層狀、透鏡狀、柱狀及脈狀等形式。[3]

3.2 礦石特征

礦區(qū)常見的礦石結(jié)構(gòu)有他形粒狀結(jié)構(gòu)、溶蝕交代結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)等。礦石的主要構(gòu)造有塊狀、角礫狀、侵染狀和膠狀等構(gòu)造。

該礦床為一砂巖型銅-鈾共生礦床，在沉積砂巖型礦體中，輝銅礦呈星點(diǎn)狀、豆?fàn)?，極少部分呈網(wǎng)脈狀分布，礦體品位不高，0.5%～1.8%的礦石礦物主要為輝銅礦、黃銅礦、斑銅礦、赤銅礦、藍(lán)輝銅礦、孔雀石、銅藍(lán)、黃鐵礦、閃鋅礦、瀝青鈾礦、汞銀礦等。礦體中主要含銅礦物是輝銅礦，斑銅礦次之，藍(lán)銅礦、赤銅礦、孔雀石等亦可見到。

礦區(qū)常見脈石礦物主要是方解石和少量石英。方解石呈乳白色，晶形較差，石英以硅化形式出現(xiàn)，集合體常呈蜂窩狀。在地下水淋濾再造礦體中，輝銅礦呈致密塊狀，形成透鏡狀、大脈狀、細(xì)脈狀礦體，而在古風(fēng)化殼角礫巖帶中，礦化多呈星點(diǎn)狀、浸染狀、團(tuán)斑狀，若礦化產(chǎn)在方解石集合體中，則輝銅礦一般沿方解石晶面產(chǎn)出。礦區(qū)還見有少量黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、輝銀礦等，呈星點(diǎn)狀分布于地下水淋濾再造型礦體中。

3.3 蝕變礦化特征

3.3.1 圍巖蝕變

礦區(qū)圍巖蝕變類型不多，分布范圍也不大，常用的蝕變主要硅化、碳酸鹽化、綠泥石化、褪色化。硅化發(fā)育于層狀礦體內(nèi)部或透鏡狀礦體、柱狀（囊狀）礦體邊緣；碳酸鹽化一般在透鏡狀、柱狀、脈狀礦體中多見，由碳酸鹽化形成的方解石呈乳白色，晶形不好；綠泥石化多見于透鏡狀、脈狀礦體邊緣，呈狹窄條帶狀分布；褪色化現(xiàn)象多見于近礦圍巖中，由地下水作用引起.以上圍巖蝕變均為中低溫?zé)嵋何g變，應(yīng)為地下熱鹵水成礦作用產(chǎn)生的[4]。

3.3.2 礦化特征

礦區(qū)礦化嚴(yán)格受地層層位和巖性的雙重控制；大坪的銅礦化局限在K2c的（上白堊統(tǒng)戴家坪組）紅層內(nèi)淺色砂巖中，有大小礦體二十余個(gè)，柚子塘銅礦體產(chǎn)于K2c紅層內(nèi)淺灰色砂巖中，銅鼓塘部分Ⅱ號(hào)礦體亦產(chǎn)在K2c的淺色砂巖內(nèi)[5]。礦化富集于淺、紅砂巖交界的淺色層一側(cè)，而其底部又較頂部為富，連續(xù)性也較好。礦體往往產(chǎn)于水下隆起或背斜軸部、傾伏端等構(gòu)造部位，呈單斜產(chǎn)出，礦體呈似層狀、扁豆?fàn)?、透鏡狀、帶狀產(chǎn)出，與圍巖產(chǎn)狀一致或基本一致，金屬硫化物常以膠結(jié)物形式呈條帶狀、紋層狀、小扁豆?fàn)?、浸染狀沿層分布，相互平行，尚能見到硫化物穿層現(xiàn)象，尤以亞號(hào)礦體最顯著，甚至可見沿裂隙（斷裂）分布的脈體。礦石礦物較單一，大坪以斑銅礦為主，輝銅礦次之，柚子塘以輝銅礦、斑銅礦為主，Ⅱ號(hào)礦體則以輝銅礦為主，似有由東向西由Cu2S逐漸轉(zhuǎn)變Ca5FeS4的空間分帶特征（若從Cu+，F(xiàn)e2+分離的物化條件考慮，古湖水似有向西變深的趨勢(shì)。）。硫化物多呈它形細(xì)粒狀，沿砂屑間隙分布，除膠結(jié)砂粒外，尚可見到它們交代泥質(zhì)膠結(jié)物的現(xiàn)象，其他尚有豆?fàn)?、網(wǎng)格狀、結(jié)核狀、島狀等結(jié)構(gòu)。

4. 主要控礦因素

4.1 成礦地質(zhì)背景控礦

礦區(qū)處于多個(gè)構(gòu)造體系相交處，礦區(qū)構(gòu)造的形成，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代，后期構(gòu)造是在前期構(gòu)造基礎(chǔ)上形成發(fā)展，前期構(gòu)造控制了后期構(gòu)造的形成，后期構(gòu)造又改造了前期構(gòu)造，這種構(gòu)造的間的相互制約與迭加，使得礦區(qū)構(gòu)造比較復(fù)雜，他們對(duì)礦體的形成和空間分布，起著重要的控制作用，為礦體賦存提供了良好的空間[6]。

4.2 地層控礦

礦區(qū)含礦巖系主要是白堊系和中上石炭統(tǒng)壺天群。白堊系既是賦礦地層又是礦源層，而壺天群灰?guī)r則是淋濾再造礦體的賦礦層位。

白堊系是在衡陽盆地南緣沉積的一套泥質(zhì)粉砂巖（紫紅色巖層）與較粗的碎屑巖層（長(zhǎng)石石英砂巖即淺色層）互層，其形成主要是由于地殼振蕩運(yùn)動(dòng)及季節(jié)水的變化，即水位上升沉積區(qū)水動(dòng)力減弱，沉積以泥質(zhì)粉砂質(zhì)為主的紫紅色巖層，當(dāng)水位下降，水動(dòng)力增強(qiáng)，則沉積碎屑顆粒較粗的巖層。而當(dāng)時(shí)湖盆周圍存在含銅礦源層，成礦物質(zhì)以機(jī)械搬運(yùn)和化學(xué)搬運(yùn)形式至含礦巖系中，并主要賦存在較粗的碎屑巖層內(nèi)（此類巖石孔隙度好，透水性強(qiáng)，有利于地下水的循環(huán)），后經(jīng)成巖作用及地下水在碎屑巖層中的循環(huán)作用使含銅碎屑中的銅質(zhì)溶離出來，并與生物硫化物化合成輝銅礦，含礦層也逐漸褪色成淺色層。

壺天群灰?guī)r裂隙或巖溶邊緣產(chǎn)出的淋濾再造型礦體其富集原因有二：首先，白堊系直接不整合于壺天群灰?guī)r之上，成礦物質(zhì)易于隨地下水進(jìn)入壺天群的構(gòu)造裂隙中；其次，碳酸鹽巖巖性活潑，大氣降水或?qū)娱g水的作用下發(fā)生溶解，攜帶礦質(zhì)的地下水與碳酸鹽巖產(chǎn)生交代作用，同時(shí)改變其物化條件，使成礦物質(zhì)結(jié)晶沉淀。[7]

4.3 構(gòu)造控礦

本區(qū)內(nèi)構(gòu)造控礦主要反映在導(dǎo)礦和容礦兩個(gè)方面，據(jù)目前研究來看，褶皺斷裂、不整合面等對(duì)礦體的形成與分布都起著重要的作用。其主要表現(xiàn)如下。

4.3.1 褶皺控礦

礦區(qū)內(nèi)褶皺的倒轉(zhuǎn)翼是遭受擠壓十分強(qiáng)烈的部位，常形成斷裂，構(gòu)造變形一般按從褶皺到斷裂的序列發(fā)展，一旦斷裂產(chǎn)生，就對(duì)其后的形成和形變起控制作用。褶皺倒轉(zhuǎn)翼上早期形成的斷裂，在后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中，往往容易得到后期斷裂的遷就和改造，或者是重新活動(dòng)，成為有利的容礦空間，背斜的傾伏端也是后期構(gòu)造容易迭加和改造的部位，常形成有利的礦化空間。

4.3.2 斷裂控礦

作為導(dǎo)礦和容礦構(gòu)造的斷裂，嚴(yán)格控制著礦體的產(chǎn)出部位。如在銅鼓塘礦段，對(duì)礦體形成起控制作用的主要有F22北西西向大斷層。

4.3.3 不整合面控礦

礦區(qū)不整合面為一形態(tài)復(fù)雜的曲面，其上沉積了一套顆粒較粗的碎屑巖，特別是古地形下凹的部位，堆積著粒徑大小懸殊的礫石（層），因而不整合面對(duì)成礦起了兩個(gè)方面的作用：一是在礫巖層附近富集成礦，成為容礦構(gòu)造；二是成礦物質(zhì)沿不整合面下滲，在基底巖層裂隙中聚集成礦（如V號(hào)礦體），成為導(dǎo)礦構(gòu)造。

4.4 巖溶控礦

礦區(qū)巖溶十分發(fā)育，由現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查和編圖資料分析，古巖溶多在成礦前就被圍巖角礫和方解石充填，在后期淋濾成礦時(shí)沒有足夠空問，而新巖溶的形成時(shí)間不在成礦期內(nèi)，因此古巖溶和近代巖溶與成礦無關(guān)，與成礦關(guān)系密切的是老巖溶和新巖溶。礦區(qū)內(nèi)淋濾再造型礦體多沿老巖溶和新巖溶構(gòu)造帶分布，礦體一般產(chǎn)在老巖溶和新巖溶的邊緣。

4.5 巖相古地理控礦

晚古生代，區(qū)內(nèi)沉積了厚度上達(dá)千米的碳酸鹽巖，特別是中上石炭紀(jì)時(shí)期，就已經(jīng)出現(xiàn)較厚的碳酸鹽沉積。因碳酸鹽巖性活潑，滲透性較好，便于礦液的交代充填和活化轉(zhuǎn)移，是成礦有利的巖性之一。其外，區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖中，廣泛發(fā)育著古溶洞構(gòu)造，便于礦液儲(chǔ)藏沉淀，是后期儲(chǔ)礦的有利空間，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)眾多工業(yè)礦體發(fā)育在溶洞中及其附近，因而，古溶洞是賦存礦體的有利場(chǎng)所。

在晚古生代和中生代之間，沉積間斷大，不整合面上下也是礦液轉(zhuǎn)移和沉淀的有利場(chǎng)所，特別是當(dāng)有斷裂通過時(shí)，在不整合面的凹陷部位，極易形成一定規(guī)模的工業(yè)礦體。

在白堊系地層中，Cu、Pb、Zn含量普遍高于背景值幾倍至幾十倍，而砂巖屬于滲透性能好、孔隙度大的巖石，便于地下熱水的運(yùn)移和沉淀，當(dāng)砂巖上下為泥巖或頁巖時(shí)，于是就形成了一條天然的屏障，這些地下水或者熱鹵水?dāng)y帶的礦漿就沉淀在砂巖中，就形成了區(qū)內(nèi)具有工業(yè)價(jià)值的砂巖銅礦。

4.6 巖漿與成礦的關(guān)系

本區(qū)地表出露的花崗閃長(zhǎng)斑巖脈群為同源不同階段的兩期復(fù)式巖脈、屬Ⅰ型花崗巖系列，鋁過飽和，鉀高于鈉：銅高而鉛鋅低，其巖石化學(xué)和地球化學(xué)特征均在有利的成礦范圍，此次遙感地質(zhì)信息、GDP深部物探、高精度磁測(cè)以及礦床學(xué)的研究都反映礦區(qū)域東部存在與熱液成礦關(guān)系密切的隱伏侵入巖體；可能為同源巖漿的更晚階段的繼承性活動(dòng)產(chǎn)物，并有可能為本區(qū)提供新的礦化類型，新的成礦區(qū)間的標(biāo)高是-600m～-1000m。

4.7 主要控礦因素綜合分析

綜上所述，筆者認(rèn)為礦區(qū)內(nèi)區(qū)域地質(zhì)背景、地層、構(gòu)造和巖相古地理四者屬于聯(lián)合控礦條件：地質(zhì)背景各種地質(zhì)事件的演化控制了對(duì)礦區(qū)的形成和展布；地層提供了成礦物質(zhì)的來源，形成了礦源層；構(gòu)造提供了區(qū)內(nèi)（下轉(zhuǎn)178頁）（上接11頁）成礦的動(dòng)力學(xué)因素，是礦質(zhì)遷移的通道，并在區(qū)內(nèi)有利部位形成工業(yè)富集；巖相古地理為礦體的形成提供了有利的容礦空間。

5. 找礦方向

通過上述礦區(qū)主要控礦因素的分析，筆者認(rèn)為：礦區(qū)找礦深邊部工程的投入是本區(qū)獲得突破性找礦進(jìn)展的關(guān)鍵，尤其以銅鼓塘礦段生產(chǎn)為主。據(jù)此，提出的具體找礦方向如下：

（1）銅鼓塘生產(chǎn)區(qū)西南部：本地段位于古窿起的邊緣，F(xiàn)11切F22后，將F22西段移置此處，北東向的古凹陷通過此處，是多處構(gòu)造迭加的部位，目前該地段未有工程揭露，預(yù)測(cè)存在一定規(guī)模的工業(yè)礦體。

（2）銅鼓塘生產(chǎn)區(qū)中部：本地段曾是南南東—北北西向構(gòu)造應(yīng)力集中部位，形成的北北西—北西向張—張扭性斷裂，為礦液的充填提供了有利的空間，在此部位極有可能找到具有工業(yè)價(jià)值的盲礦體。

（3）銅鼓塘生產(chǎn)區(qū)西北部：F22由走向北北西轉(zhuǎn)為南西后延伸至本段，并且與F11交切，由于后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，沿著F22斷面形成的斷裂嵌入白堊系紅層中，常常伴有二疊系炭質(zhì)層沿著斷裂擠入，為淋濾型礦體或破碎帶型銅礦體形成提供了有利的環(huán)境。

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