欒川縣大清溝鐵銅礦床地質(zhì)特征及成礦模式探討

劉燕青，梁新輝，程蓓雷，黃 嵐，常嘉毅，毛 寧

(1. 河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 第一地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 洛陽 471023；2. 河南省金銀多金屬成礦系列與深部預(yù)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽 471023)

欒川縣大清溝鐵銅礦床位于河南省欒川縣大清溝鄉(xiāng)，地理坐標(biāo)位于東經(jīng)111°40′、北緯33°55′。研究區(qū)地處華北地臺(tái)南緣，結(jié)晶基底為新太古界角閃巖相的區(qū)域變質(zhì)巖系，地層時(shí)限2.6～2.9 Ga[1-2]。在這套古老的地層中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了安徽霍邱鐵礦、魯東昌邑鐵礦、遼寧撫順小萊河鐵礦、河南舞陽鐵山廟鐵礦等眾多的大型BIF型鐵礦床[3-6]，豫西小秦嶺—熊耳山—外方山地區(qū)的結(jié)晶基底—太華群，已經(jīng)探明一大批大中型金、鉬、銅、鉛、鋅礦床[7-8]，該地層同樣具有尋找BIF型鐵礦床的條件，前人也對(duì)豫西太華群內(nèi)鐵礦床開展過一些研究[9-10]，但公開發(fā)表資料較少，通過對(duì)欒川縣大清溝鐵銅礦床地質(zhì)特征及成礦模式探討，以期為區(qū)域鐵、銅礦床勘查找礦工作提供一定的參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

華北地臺(tái)南緣出露地層自下而上主要分為四層：新太古界—早元古界太華群區(qū)域變質(zhì)巖系；元古界古寬坪群海底火山—沉積建造；熊耳群淺變質(zhì)火山巖建造、官道口群、欒川群和陶灣群濱淺海相沉積建造；中新生代碎屑沉積建造。其中太華群區(qū)域變質(zhì)巖構(gòu)成區(qū)域的結(jié)晶基底，熊耳群火山巖覆蓋其上并廣泛分布于豫西地區(qū)，濱淺海相沉積巖發(fā)育于洛南欒川沿線，而中新生代沉積巖多分布于斷陷盆地內(nèi)(圖1)。

圖1 區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)簡(jiǎn)圖(根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]改編)Fig.1 Schematic diagram of regional geological minerals (adapted from reference[1])1—(Q-N)第四系—新近系；2—(K2-E)上白堊統(tǒng)一古近系；3—(K1)早白堊世火山碎屑巖；4—(J3-K1)秦嶺型上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)；5—(Pz2)華北型石炭系—二疊系；6—(Pz1)華北型寒武系或寒武系—奧陶系；7—(Z1T)震旦系陶灣群；8—(Pt3l)新元古界欒川群；9—(Pt2-3)華北型中新元古界；10—(Pt2G)中元古界官道口群；11—(Pt2x)中元古界熊耳群；12—(Pt2K)古元古界寬坪群；13—(AR) 新太古界—早元古界；14—早白堊世太山廟A型花崗巖；15—S型花崗巖；16—新元古代花崗巖；17—中元古代花崗巖；18—古元古代花崗巖；19—斷層；20—拆離斷層；21—高角度正斷層；22—推覆體的逆沖斷層；23—角度不整合界線；24—金礦床；25—鉬礦床；26—鉛鋅礦床；27—銀鉛鋅多金屬礦床；28—鐵礦床

區(qū)域經(jīng)太古代至今長(zhǎng)期的構(gòu)造演化，地質(zhì)構(gòu)造組合復(fù)雜多樣，總體構(gòu)造格局由南北兩條反向逆沖推覆帶組成：一是位于南緣的洛南欒川推覆帶，及北秦嶺造山帶，發(fā)育自北向南推覆的一系列近東西向逆沖斷層；二是位于北緣的三門峽寶豐逆沖推覆帶，表現(xiàn)為一系列近東西向和北西向的自南向北推覆的逆沖推覆構(gòu)造[11]。區(qū)域性大斷裂主要為北側(cè)的三門峽—寶豐斷裂、南側(cè)的洛南—欒川斷裂(黑溝斷裂)、馬超營(yíng)斷裂，另外其間發(fā)育著一系列北東向、北西向及近東西向的次一級(jí)斷裂。區(qū)域內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁：太古代主要形成鐵鎂質(zhì)中基性火山巖，經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用，構(gòu)成該區(qū)結(jié)晶基底太華群；元古代巖漿活動(dòng)形成本區(qū)安山巖蓋層，另外還有一些輝綠輝長(zhǎng)巖脈、閃長(zhǎng)巖脈等；中生代燕山期形成區(qū)域大的巖基包括花山、五丈山、合峪、太山廟等巖體，還有南泥湖、上房溝等小的斑巖體。燕山期巖漿侵入同該區(qū)金—銀—銅—鉛—鋅—鉬多金屬礦化以及螢石、重晶石等非金屬礦化具有密切的關(guān)系。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

區(qū)內(nèi)出露地層為太古界太華群變質(zhì)巖系(主要巖性為黑云斜長(zhǎng)片麻巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖和含磁鐵絹云石英片巖)，中元古界熊耳群許山組(主要巖性為大斑安山巖、玄武安山巖)、雞蛋坪組(主要巖性為中酸性的英安斑巖、流紋斑巖)，中元古界官道口群龍家園組(主要巖性為碳酸鹽巖)及第四系[12]，詳見圖2。

圖2 礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2 Geological map of the mining area1—(Pt2l)官道口群龍家園組碳酸鹽巖類；2—(Pt2j)熊耳群雞蛋坪組流紋巖類；3—(Pt2x)熊耳群雞蛋坪組安山巖類；4—(Arth)太古界太華群變質(zhì)巖系；5—地層產(chǎn)狀；6—地層界線；7—不整合界線；8—燕山期閃長(zhǎng)巖脈；9—加里東期堿性花崗巖體；10—太古代混合花崗巖；11—斷裂帶(束)編號(hào)；12—斷層及產(chǎn)狀；13—絹云石英片巖帶；14—鐵礦體及編號(hào)；15—銅礦體及編號(hào)

區(qū)內(nèi)構(gòu)造以斷裂為主，褶皺主要為小規(guī)模的開闊背斜，造成地層產(chǎn)狀的變化。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要為北西向、近東西向，次為北東向和南北向。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育有兩種形式，一種以單條斷裂為主，有明顯的構(gòu)造面，構(gòu)造帶寬度較小，帶內(nèi)多充填碎裂巖等，如F1、F3、F9；另一種以斷裂束為主，構(gòu)造帶分支復(fù)合比較發(fā)育，斷裂束內(nèi)無主次之分，構(gòu)造面不發(fā)育，帶內(nèi)主要為絹云石英片巖和絹云石英巖，如F12、F23。

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)比較頻繁，巖體規(guī)模大小不一。主要有太古代混合花崗巖、加里東期堿性花崗巖體及燕山期閃長(zhǎng)巖脈等?；旌匣◢弾r主要分布在北東部、南西部以及中部太華群片麻巖中，區(qū)域出露面積較大，推測(cè)為太古代強(qiáng)混合巖化作用(巖漿重熔交代)的產(chǎn)物；加里東期堿性花崗巖體主要分布于礦區(qū)東南角，巖體較大，為后期侵入于混合花崗巖體中，與混合花崗巖體界線清晰。另外，太華巖群基底變質(zhì)巖中遍布?jí)A性花崗偉晶巖細(xì)脈；燕山期閃長(zhǎng)巖主要以小巖脈的形式出露于地表。

3 礦體特征

區(qū)內(nèi)鐵、銅礦體較多，類型比較復(fù)雜，按礦種及賦礦圍巖的不同，分為以下四類：安山巖內(nèi)鐵礦體、片麻巖(混合花崗巖)內(nèi)鐵礦體、絹云石英片巖帶內(nèi)鐵礦體、絹云石英片巖帶內(nèi)銅礦體。

3.1 安山巖內(nèi)鐵礦體

此類礦體以F1、F3為主，受北西向構(gòu)造帶控制，呈北西向展布。以F1礦體為例，呈似層狀、透鏡狀、脈狀產(chǎn)出，局部有分支復(fù)合現(xiàn)象(圖3)。礦體長(zhǎng)約1 400 m，厚度0.93～6.91 m，平均3.71 m。總體走向205°～225°，傾向北東，傾角45°～75°，平均64°。TFe品位15.33%～50.60%，TFe平均品位32.98%，變化系數(shù)31.92%。礦石類型屬鏡鐵礦石。礦石主要金屬礦物為鏡鐵礦，磁鐵礦、赤鐵礦，褐鐵礦較少，脈石礦物主要為石英，磁鐵礦呈它形粒狀分布于石英等邊部，鏡鐵礦呈鐵灰色，片狀定向分布于礦石中。鐵礦石中伴生組分含量均很低，無法綜合回收利用。頂板圍巖主要為硅化絹云母化杏仁狀變安山巖，底板主要為綠泥石化杏仁狀變安山巖、安山玢巖等，近礦圍巖蝕變強(qiáng)烈，蝕變帶寬度1.5～34 m不等，主要蝕變?yōu)榻佋颇富?、綠泥石化、綠簾石化等，蝕變強(qiáng)度近礦則強(qiáng)，遠(yuǎn)離則逐漸減弱。

3.2 片麻巖(混合花崗巖)內(nèi)鐵礦體

此類礦體以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為主，其中Ⅱ礦體圍巖為混合花崗巖，其它礦體圍巖為片麻巖。

圖3 F1、F3礦體剖面示意圖Fig.3 Schematic diagram of the F1 and F3 ore bodies1—熊耳群許山組安山巖類；2—礦體及編號(hào)；3—蝕變范圍；4—探槽；5—采坑；6—坑道；7—鉆孔

以Ⅰ礦體為例，呈似層狀、條帶狀、脈狀產(chǎn)出(圖4)。礦體產(chǎn)狀同賦礦圍巖片麻巖的片麻理產(chǎn)狀一致，傾向355°～9°，傾角50°～76°。礦體長(zhǎng)810 m，沿傾向最大控制斜深81 m。礦體厚度1.51～3.27 m，平均厚度1.70 m；礦石品位TFe 21.13%～37.13%，平均品位27.62%。礦石類型屬需選弱磁性鐵礦石。礦石金屬礦物為磁鐵礦，少量赤鐵礦，微量的黃鐵礦及褐鐵礦；脈石礦物主要為角閃石、斜長(zhǎng)石、石英、黑云母等，含少量磷灰石、綠簾石等。磁鐵礦呈黑灰色，局部表面氧化成赤鐵礦，自形-它形粒狀，一般為0.5～1.0 mm，分布不均勻，呈條紋條帶狀、團(tuán)塊狀、星點(diǎn)狀分布。礦體與圍巖接觸關(guān)系為漸變接觸，無明顯的蝕變現(xiàn)象。

圖4 Ⅰ和K6礦體剖面示意圖Fig.4 Schematic diagram of the I and K6 ore bodies1—太華群片麻巖類；2—礦體及編號(hào)；3—絹云石英片巖帶范圍；4—探槽；5—坑道；6—鉆孔

以Ⅱ礦體為例，呈似層狀、脈狀產(chǎn)出。礦體產(chǎn)狀同賦礦圍巖混合花崗巖內(nèi)殘余的片麻理產(chǎn)狀一致，傾向20°～58°，傾角58°～66°。礦體長(zhǎng)1 235 m，沿傾向控制斜深135 m。礦體厚度1.51～15.03 m，中部和東段厚度小，沿走向向西厚度逐漸增大，并具膨大縮小的特點(diǎn)，平均厚度8.83 m。礦石品位TFe 18.44%～27.96%，平均品位18.73%。礦石類型屬需選弱磁性鐵礦石。礦石金屬礦物為磁鐵礦及少量褐鐵礦，脈石礦物主要為石英、絹云母、鈉鐵閃石、鈉長(zhǎng)石等。礦體與圍巖接觸關(guān)系多為漸變接觸，局部突變接觸，圍巖無明顯的蝕變現(xiàn)象。

3.3 絹云石英片巖帶內(nèi)鐵礦體

此類礦體以K1、K6為主，受北西西向絹云石英片巖帶控制，呈北西西向展布。以K6礦體為例，賦存于北西西向的絹云石英片巖帶(編號(hào)F23)中，呈似層狀、透鏡狀、脈狀產(chǎn)出，局部有分支復(fù)合現(xiàn)象(圖4)。礦體長(zhǎng)1 591 m，厚度1.00～6.48 m，平均厚度3.03 m；總體走向280°～300°，傾向北東，傾角45°～54°，平均48°；礦石品位TFe 19.04%～42.78%，平均品位35.84%，主要礦化以磁鐵礦化為主，磁鐵礦呈團(tuán)塊狀及浸染狀。礦石類型屬需選磁性鐵礦石。金屬礦物主要為磁鐵礦，次為褐鐵礦、赤鐵礦、鏡鐵礦、微量菱鐵礦、鈦鐵礦、硬錳礦等。脈石礦物主要有石英、絹云母、斜長(zhǎng)石、方解石，次為白云石、綠泥石，微量礦物為白云母、褐簾石、磷灰石、鋯石、電氣石等。按相對(duì)含量金屬礦物約占20%～40%，脈石礦物約占60%～75%。礦體與圍巖漸變接觸，礦與非礦依靠化驗(yàn)結(jié)果確定。

3.4 絹云石英片巖帶內(nèi)銅礦體

此類礦體以K01、K9銅為主，受北西西向絹云石英片巖帶控制，呈北西西向展布。以K01銅礦體為例，賦存于北西西向的絹云石英片巖帶(編號(hào)F12)中，與北側(cè)K1鐵礦體近似平行相鄰產(chǎn)出，K01兩側(cè)分布著K01S等眾多小礦體。礦體呈似層狀、透鏡狀、脈狀產(chǎn)出，局部有分支復(fù)合現(xiàn)象(圖5)。礦體長(zhǎng)約1 140 m，總體走向280°～300°，傾向北東，傾向16°～45°，平均30°；傾角43°～70°，平均57°。礦體厚度0.11～6.31 m，平均厚度2.62 m。礦石Cu品位0.29%～3.84%，平均品位1.69%；Co品位0～0.71%，平均品位0.002%。礦石類型屬黃鐵—黃銅硅化碎裂巖型礦石。金屬礦物主要為黃銅礦、黃鐵礦、硫鈷礦、磁鐵礦，含少量褐鐵礦、赤鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、斑銅礦等。地表黃銅礦氧化為銅藍(lán)、孔雀石等。脈石礦物主要以石英、菱鐵礦、白云母為主，含少量白云石、方解石、高嶺石、綠泥石，可見微量磷灰石、電氣石、鋯石等，相對(duì)含量金屬礦物占1%～5%，脈石礦物約占95%以上。銅礦圍巖主要為絹云石英片巖、絹云綠泥石英片巖、絹英巖，局部為閃長(zhǎng)巖。頂?shù)装鍑鷰r一般為同一種巖性，礦體與圍巖為漸變接觸，礦與非礦依靠化驗(yàn)結(jié)果確定，近礦圍巖蝕變強(qiáng)烈，常伴有綠泥石化、綠簾石化、黃鐵絹英巖化、孔雀石化等。鉆孔揭露礦體附近普遍存在閃長(zhǎng)巖，與銅礦化是否有直接的聯(lián)系尚不可知，但閃長(zhǎng)巖的侵入同銅礦化的密切關(guān)系已被大多數(shù)學(xué)者認(rèn)可。

圖5 K01、K01S礦體剖面示意圖Fig.5 Schematic diagram of K01 and K01S ore body1—太華群片麻巖類；2—銅礦體及編號(hào)；3—絹云石英片巖帶范圍；4—探槽；5—坑道；6—鉆孔

4 礦床成因類型探討

前文根據(jù)礦種及賦礦圍巖的不同，將區(qū)內(nèi)礦體分為安山巖內(nèi)鐵礦體、片麻巖(混合花崗巖)內(nèi)鐵礦體、絹云石英片巖帶內(nèi)鐵礦體、絹云石英片巖帶內(nèi)銅礦體四類?？傮w上，絹云石英片巖帶內(nèi)鐵礦體品位富于片麻巖(混合花崗巖)內(nèi)鐵礦體，二者金屬礦物主要為磁鐵礦，安山巖內(nèi)鐵礦體品位總體介于前二者之間，金屬礦物以鏡鐵為主。分析認(rèn)為，區(qū)內(nèi)存在礦體成因類型總結(jié)為以下四類：

1)片麻巖(混合花崗巖)內(nèi)鐵礦體，如Ⅰ、Ⅱ礦體，產(chǎn)于太古界片麻巖或混合花崗巖中，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，受地層控制，產(chǎn)狀與片麻理產(chǎn)狀一致，金屬礦物主要為磁鐵礦，次為赤鐵礦，礦石多為貧礦，富礦均產(chǎn)在貧礦體中，屬較典型的原生沉積變質(zhì)(條帶狀含鐵建造)鐵礦床。

2)絹云石英片巖帶內(nèi)鐵礦體，如K1、K6礦體，該類鐵礦賦存于絹云石英片巖帶中，礦體呈似層狀、脈狀產(chǎn)出，受絹云石英片巖帶控制，產(chǎn)狀一致，礦體在平面上和剖面上有分支復(fù)合現(xiàn)象，金屬礦物主要為磁鐵礦，次為褐鐵礦、赤鐵礦、鏡鐵礦、微量菱鐵礦、鈦鐵礦、硬錳礦等，圍巖熱液蝕變跡象明顯，屬含鐵建造—熱液改造型鐵礦床。

3)安山巖內(nèi)鐵礦體，如F1、F3等，產(chǎn)于安山巖地層中，呈似層狀、透鏡狀、脈狀產(chǎn)出，礦體嚴(yán)格受斷層控制，產(chǎn)狀同斷層產(chǎn)狀一致，礦石主要金屬礦物為鏡鐵礦，脈石礦物主要為石英，頂板圍巖蝕變強(qiáng)烈，主要為絹云母化、綠泥石化、綠簾石化等，屬火山沉積含鐵建造—熱液改造型鐵礦床。

4)絹云石英片巖帶內(nèi)銅礦體，如K01銅礦體，礦體呈透鏡狀、脈狀產(chǎn)出，礦體嚴(yán)格受絹云石英片巖帶控制，金屬礦物主要為黃銅礦、黃鐵礦、硫鈷礦、磁鐵礦，脈石礦物主要以石英、菱鐵礦、白云母為主，礦體與圍巖為漸變接觸，近礦圍巖蝕變強(qiáng)烈，常伴有綠泥石化、綠簾石化，屬典型的熱液脈狀銅礦床。

5 礦床成礦模式

根據(jù)礦床成因類型的分析，初步建立了礦床成礦模式(圖6)：原生沉積的鐵質(zhì)在太古代經(jīng)變質(zhì)重結(jié)晶作用發(fā)生富集，形成太華群片麻巖含鐵建造基底，局部鐵質(zhì)富集成礦形成原生沉積變質(zhì)鐵礦床；古遠(yuǎn)古晚期巖漿熱液形成強(qiáng)烈的混合巖化作用[13]，熱液上侵過程中發(fā)生交代作用，在片理化片麻巖附近富集成礦，形成含鐵建造—熱液改造型鐵礦床，同時(shí)形成了片麻巖內(nèi)廣泛分布的絹云石英片巖帶；中生代在區(qū)域性的擠壓構(gòu)造環(huán)境下，花崗質(zhì)巖漿沿盆地邊緣斷裂快速侵位，含鐵質(zhì)的太華群巖石重熔作用沿?cái)嗔焉锨?，鐵質(zhì)發(fā)生富集并在火山巖蓋層的有利部位冷卻形成火山沉積含鐵建造—熱液改造型鐵礦，同時(shí)太華群中的磁鐵礦隨著重熔氧化為鏡鐵礦；而偏基性的花崗質(zhì)巖漿沿絹云石英片巖帶附近上侵，形成閃長(zhǎng)巖脈的同時(shí)形成熱液脈狀銅礦床。

圖6 成礦模式圖Fig.6 Diagram of metallogenic model

6 結(jié)論

1)大清溝鐵銅礦位于華北地臺(tái)南緣，基底為太古界太華群變質(zhì)巖系，蓋層為中元古界熊耳群安山巖、官道口群碳酸鹽巖，區(qū)內(nèi)北西西向構(gòu)造發(fā)育，巖漿活動(dòng)比較頻繁；礦體多呈脈狀、似層狀、透鏡狀分布，礦體嚴(yán)格受北西西向斷裂或片理化帶的控制；產(chǎn)于片麻巖內(nèi)礦體金屬礦物主要為磁鐵礦，產(chǎn)于安山巖內(nèi)礦體金屬礦物主要為鏡鐵礦，銅礦體金屬礦物主要為黃銅礦；鐵礦平均品位由貧到富依次為：原生沉積變質(zhì)型、火山沉積含鐵建造—熱液改造型、含鐵建造—熱液改造型鐵礦床。

2)礦床成礦模式：原生沉積的鐵質(zhì)形成了太華群片麻巖含鐵建造基底，局部富集成礦形成原生沉積變質(zhì)鐵礦床；古遠(yuǎn)古晚期巖漿熱液交代，在片理化帶內(nèi)富集形成含鐵建造—熱液改造型鐵礦床；中生代花崗質(zhì)巖漿沿?cái)嗔焉锨诌M(jìn)入火山巖蓋層形成火山沉積含鐵建造—熱液改造型鐵礦，在絹云石英片巖帶附近形成閃長(zhǎng)巖脈的同時(shí)形成熱液脈狀銅礦床。

3)存在的問題：一個(gè)是絹云石英片巖帶是否形成于古遠(yuǎn)古晚期的熱液活動(dòng)尚需進(jìn)一步證實(shí)，二是區(qū)內(nèi)銅礦的形成是否與閃長(zhǎng)巖脈的侵入有直接的關(guān)系。