安徽省懷寧縣桂家沖鐵(銅)礦床地質(zhì)特征及成因探討

楊友進

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局 326地質(zhì)隊,安徽 安慶 246000)

懷寧縣桂家沖鐵(銅)礦床位于安徽省懷寧縣月山鎮(zhèn)學田村,處于長江中下游成礦帶[1]的月山礦田內(nèi),礦田內(nèi)的月山閃長巖體屬燕山早期中酸性巖體。礦體賦存于月山巖體北枝與東枝夾持的鐵鋪嶺向斜西翼下方的接觸帶或附近捕虜體中。通過對桂家沖鐵(銅)礦床地質(zhì)特征進行綜合研究,分析探討礦床的成因及控礦因素,對在月山礦田鐵鋪嶺向斜兩翼及周邊地區(qū)尋找同類型礦床有一定的指導作用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)位于長江中下游銅鐵(硫、金)成礦帶安慶段。大地構(gòu)造單元隸屬揚子準地臺[2],下?lián)P子臺坳、長江褶皺斷裂帶、宿松—廬江斷隆,北西以獨秀山大斷裂與潛山斷凹分界,南東以頭坡斷裂與沿江斷凹相鄰,北東與廬樅火山巖盆地、南西與懷寧—太湖火山巖盆地接壤(圖1)。地層區(qū)劃屬揚子地層區(qū)、下?lián)P子分區(qū)、安慶地層小區(qū),從寒武系至第四系出露較齊全。區(qū)域褶皺、斷裂發(fā)育,構(gòu)造線呈北東—南西方向。區(qū)域構(gòu)造以表層緊密褶皺、斷裂構(gòu)造極為發(fā)育為特征,其演變歷史具明顯的多期次疊加、再改造的特點,對區(qū)內(nèi)成巖、成礦有不同程度的控制作用和影響。礦區(qū)位于下?lián)P子巖漿巖帶沿江構(gòu)造巖漿巖中亞帶[3],晚侏羅世—早白堊世侵位的閃長巖侵入體、早白堊世侵位的花崗巖和正長巖侵入體分布廣泛。與該礦床成礦有關(guān)的月山閃長巖體,屬早白堊世侵入的中酸性巖體。

圖1 區(qū)域構(gòu)造略圖[4]
Fig.1 Outline of regional structure

1.背斜/倒轉(zhuǎn)背斜；2.向斜/倒轉(zhuǎn)向斜；3.斷裂構(gòu)造；4.閃長巖體；5.花崗巖體；6.正長巖體；7.構(gòu)造及巖體編號。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)地層自下而上為三疊系中統(tǒng)月山組、銅頭尖組，主要分布于月山巖體北枝與東枝夾持的鐵鋪嶺向斜內(nèi)(圖2)。巖石建造為一套瀉湖相碳酸鹽巖建造—海陸交互相碎屑巖類建造。

月山組與銅頭尖組地層為整合接觸關(guān)系。銅頭尖組分布于月山巖體北枝周圍和月山巖體北枝與東枝夾持的鐵鋪嶺向斜內(nèi)。由于月山巖體的侵入,擠壓和熔溶作用的影響下,月山組地層缺失較多,分布零星(表1)。月山組一段白云巖只分布在鐵鋪嶺向斜南端仰起部位的西側(cè)。月山組二段角礫狀大理巖,也只在向斜南端仰起部位的兩側(cè)及向斜兩翼與月山巖體接觸帶產(chǎn)狀較陡的部位零星分布,呈殘留體出現(xiàn)。月山組三段出現(xiàn)在鐵鋪嶺向斜兩翼與月山巖體接觸部位。

表1 地層特征簡表Table 1 Brief table of stratigraphic characteristics

圖2 桂家沖礦區(qū)地質(zhì)簡圖
Fig.2 Geological sketch of Guijiachong mining area

1.銅頭尖組；2.月山組(未分)；3.月山組一段；4.月山組三段；5.南陵湖組；6.月山巖體閃長巖；7.斷層及編號；8.桂家沖礦床位置；9.其他礦床位置。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造比較簡單,主要發(fā)育有鐵鋪嶺向斜,位于月山巖體北枝與東枝之間的三角區(qū)內(nèi),與月山巖體的內(nèi)凹構(gòu)造同步起伏。向斜軸向北東,長約1 500 m,寬1 200 m,向斜由北東向南西緩慢揚起。核部地層為銅頭尖組,兩翼為月山組。向斜南東翼傾向北北西,傾角30°～40°；向斜北西翼傾向東,傾角45°～50°。桂家沖鐵(銅)礦體位于向斜西翼,產(chǎn)狀與地層基本一致(圖3)。

礦區(qū)斷裂構(gòu)造不甚發(fā)育,規(guī)模較小,跡象不明顯,其中以北西向經(jīng)過齋仁鋪—鐵鋪嶺一帶的F1斷層較為明顯,斷層面傾向南西,傾角75°左右,兩盤相對左型平移,水平斷距300 m左右。

圖3 鐵鋪嶺向斜與礦體賦存位置關(guān)系圖
Fig.3 Relationship between Tiepuling syncline and ore body location

1.三疊系中統(tǒng)銅頭尖組；2.粉砂巖；3.閃長巖；4.三疊系中統(tǒng)月山組三段；5.鈣質(zhì)粉砂巖；6.鉆孔編號；7.三疊系中統(tǒng)月山組二段；8.角礫狀大理巖；9.桂家沖鐵礦體。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)發(fā)育的巖漿巖為月山巖體的組成部分,出露于礦區(qū)東、南、西三面的低山區(qū)。西側(cè)為月山巖體北枝,東側(cè)為月山巖體東枝部分,南側(cè)為月山巖體北枝與東枝的交匯處。

月山巖體淺部巖石類型主要為閃長巖、二長閃長巖,向深部鉀長石和石英增加,為石英二長閃長巖或石英二長巖,總體為一套富鉀高鈉鈣堿性中酸性侵入巖組合[4]。

桂家沖鐵礦床所處位置及附近,巖石類型主要為閃長巖、二長閃長巖。各類型巖石礦物平均含量、平均化學組分[5]見表2、表3。

表2 各巖石類型礦物平均含量表Table 2 Table of average mineral content of each rock type

表3 各巖石類型平均化學成分表Table 3 Average chemical composition of each rock type

2008年,張樂俊等[6]對月山巖體主要巖石類型——閃長巖進行了鋯石SHRIMP U-Pb定年,得到年齡值為(138.7±0.5) Ma,表明巖體形成于早白堊世。

2.4 變質(zhì)作用

礦區(qū)內(nèi)變質(zhì)作用主要為接觸熱變質(zhì)作用、交代變質(zhì)作用、動力變質(zhì)作用。受接觸熱變質(zhì)作用的原巖可分為砂、泥質(zhì)巖石與碳酸鹽巖兩類,前者形成輕變質(zhì)粉砂巖、角巖和角巖化泥質(zhì)巖,后者形成大理巖、角礫狀大理巖；交代變質(zhì)作用主要形成矽卡巖、矽卡巖化閃長巖兩類,受接觸帶和捕虜體等構(gòu)造控制；動力變質(zhì)作用形成構(gòu)造角礫巖。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)共有7個礦體,即鐵礦體3個,銅礦體4個。其中Fe-Ⅰ為主礦體,分布于月山巖體與月山組接觸帶。其他為次礦體,或分布于其下方閃長巖體中的月山組捕虜體中,或分布于主礦體上方的月山組中(圖4)。

圖4 桂家沖鐵(銅)礦床2線剖面圖
Fig.4 Profile of line 2 of Guijiachong iron (copper) deposit

1.三疊系中統(tǒng)銅頭尖組；2.三疊系中統(tǒng)月山組三段；3.三疊系中統(tǒng)月山組二段；4.燕山期閃長巖；5.粉砂巖；6.鈣質(zhì)粉砂巖；7.角礫狀大理巖；8.角礫狀白云石大理巖；9.閃長巖；10.矽卡巖；11.角巖；12.角礫巖；13.碳酸鹽化/粘土化；14.碎裂化/陽起石化；15.鉆孔編號；16.鐵礦體及編號；17.銅礦體及編號。

(1) 鐵礦體。共有3個礦體，F(xiàn)e-Ⅰ號礦體賦存于鐵鋪嶺向斜西翼月山巖體北枝東接觸帶月山組二段角礫狀大理巖中,礦體嚴格受接觸帶和角礫狀大理巖控制。礦體呈似層狀,走向近南北向,傾向東,傾角45°～55°,長約430 m,沿傾斜延伸平均285 m,鐵礦體平均厚9.305 m,平均TFe 34.96%,伴生Cu,鐵礦占全區(qū)總資源量的96.71%。埋深標高-32～-400 m。Fe-Ⅱ、Fe-Ⅲ礦體均賦存于閃長巖中的月山組二段角礫狀大理巖捕虜體底部。呈層狀,產(chǎn)狀與Fe-Ⅰ基本一致,但規(guī)模小,沿走向長約100 m,沿傾斜延伸平均115 m,鐵礦體平均厚5.58 m。

(2) 銅礦體。共有4個礦體,按礦石自然類型可分為角礫巖型、矽卡巖型、大理巖型。其中Cu-Ⅱ礦體規(guī)模相對較大,其他各礦體礦規(guī)模均較小。Cu-Ⅰ、Cu-Ⅱ礦體均為角礫巖型。其中Cu-Ⅱ礦體位于Fe-Ⅰ礦體上方的月山組三段中,礦體呈似層狀,走向158°,傾向68°,傾角34°,走向方向長約80 m,沿傾斜延伸187 m,礦體平均厚1.83 m,平均Cu 0.75%,埋深標高-60～-160 m。Cu-Ⅲ、Cu-Ⅳ礦體分別為矽卡巖型、大理巖型,規(guī)模較小,礦體形態(tài)及位置見圖4。

3.2 礦石特征

(1) 鐵礦石特征。礦石主要為半自形—自形粒狀結(jié)構(gòu)、半自形粒狀結(jié)構(gòu),次為柱粒變晶結(jié)構(gòu)、晶粒變晶結(jié)構(gòu)、鱗片花崗變晶結(jié)構(gòu)、交代殘留假象結(jié)構(gòu)、殘留結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造主要為浸染狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、致密塊狀構(gòu)造。

礦石金屬礦物以磁鐵礦、半假象赤鐵礦為主,次為黃鐵礦、黃銅礦、菱鐵礦。脈石礦物主要為方解石、石英,少量的綠泥石、白云石、高嶺土。

礦石MFe/(TFe-SiFe-SFe-CFe)值在32.40%～63.7%,平均51.9%,屬弱磁性鐵礦石。

(2) 銅礦石特征。礦石主要為他形粒狀結(jié)構(gòu),次為交代殘留結(jié)構(gòu),少量為晶粒變晶結(jié)構(gòu)。

礦石構(gòu)造為浸染狀構(gòu)造,細脈浸染狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、團塊狀構(gòu)造。

礦石金屬礦物主要為黃銅礦,次為磁鐵礦、赤鐵礦,少量斑銅礦、黃鐵礦。脈石礦物主要為方解石、陽起石、透輝石、斜長石、硬石膏,次為石英、鉀長石、角閃石、高嶺土等及少量的磷灰石、榍石、絹云母。

3.3 礦體圍巖特征

鐵礦體頂板主要為角礫狀大理巖,次為白云石大理巖,底板為蝕變閃長巖,次為角礫巖。

矽卡巖型銅礦體頂板為矽卡巖,底板為矽卡巖化閃長巖。

大理巖型銅礦體頂板主要為角礫狀大理巖、大理巖,次為蝕變閃長巖；底板主要為角礫狀大理巖、大理巖,次為蝕變閃長巖。

角礫巖型銅礦體頂板為角礫巖、碎裂狀粉砂巖,底板為角礫巖、含礫粉砂巖。

4 成礦控制因素分析

4.1 巖漿巖因素

月山巖體為燕山期中酸性巖體。巖石學、巖石化學總體特征具有長江中下游地區(qū)侵入巖的高堿、高鈣和高鍶、低鎂等共同特點,兼具銅陵地區(qū)中酸性侵入巖(與銅金礦有關(guān))的富硅、富鉀特征,以及寧蕪地區(qū)中基性侵入巖(與鐵礦有關(guān))的低硅、高鈉特征,這些特征與月山地區(qū)鐵(銅)金礦床的形成是分不開的[7]。月山巖體具有“深源—高位巖漿房混染—淺侵位”的特點,有多次侵位活動,巖漿分異充分演化,有利于形成富含礦質(zhì)的熱液流體,是成礦作用的關(guān)健。月山礦田中金屬礦床的形成與月山巖體存在著密切聯(lián)系[8]。

該巖體為長江中下游含礦巖體之一[9],與全國含銅鐵巖體對比,屬于一個含銅鐵偏鐵的巖體,巖體及其外圍為一內(nèi)生金屬成礦區(qū),現(xiàn)已探明多處鐵(銅)礦床,也說明了巖體對區(qū)內(nèi)銅鐵礦床的形成具有控制作用。

4.2 地層因素

礦區(qū)地層主要為三疊系中統(tǒng)月山組、銅頭尖組。月山組由白云巖、膏溶角礫狀大理巖、雜色鈣質(zhì)粉砂巖組成,銅頭尖組主要為紫紅色泥質(zhì)粉砂巖夾細砂巖組成,對控礦作用主要表現(xiàn)以下幾個方面：

首先，根據(jù)周濤發(fā)等[10]通過對鄰近的安慶銅礦、龍門山銅礦等礦床的稀土元素、微量元素以及硫同位素特征研究,認為月山礦田內(nèi)成礦礦質(zhì)雖然來自閃長質(zhì)巖漿,但礦床中平均約有22%的硫來自地層,為成礦提供了部分硫源。其次,白云巖、膏溶角礫狀灰?guī)r,化學性質(zhì)活潑,活性組分高,易于被交代成容礦巖石矽卡巖,同時,巖石中的Na、K、S、F、Cl等礦化劑對含礦流體中的Fe、Cu、Au等金屬元素的富集凝聚起助凝作用[11],是促使礦質(zhì)沉淀的地球化學沉積障。最后，月山組白云巖、膏溶角礫巖的孔隙率、滲透率(表4)有利于含礦流體的滲透、運移和交代等成礦作用的發(fā)生,而低滲透率粉砂巖能阻隔含礦流體的散失、逃逸,起屏蔽層作用。

表4 地層巖石孔隙率、滲透率測定結(jié)果表Table 4 Test result of porosity and permeability of formation rock

4.3 構(gòu)造因素

北東西、東西向基底斷裂是礦區(qū)內(nèi)導巖、控巖構(gòu)造。

桂家沖鐵(銅)礦體主要受巖體接觸帶構(gòu)造和捕虜體構(gòu)造控制。礦層頂板為月山組三段和銅頭尖組的鈣質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖,具有較好的封閉性,能形成較好的圈閉構(gòu)造,在構(gòu)造圈閉條件下,褶皺構(gòu)造的轉(zhuǎn)折端及附近的擴容帶(巖體接觸帶、巖體中大理巖捕虜體等)具有較強的泵吸效應(yīng),對含礦流體起導流作用,最后在巖體接觸帶、舌狀體、捕虜體等構(gòu)造部位沉淀成礦。而成礦后構(gòu)造對礦體起改造作用,使礦體初始形態(tài)變異,礦體連續(xù)性遭到破壞。

5 礦床成因

通過對礦區(qū)內(nèi)巖漿巖、地層、構(gòu)造以及礦體、礦石特征等綜合研究分析,認為礦床成因類型為接觸交代—熱液型鐵(銅)礦床。

隨著巖漿的上涌、分異,在構(gòu)造與地層的共同作用下,礦床的成礦過程可分為矽卡巖期((1)、(2))、熱液期((3)-(6))和表生期((7))等3個成礦期共7個成礦階段。

(1) 矽卡巖主要成巖階段。形成的主要礦物石榴石、透輝石,最后形成方柱石。

(2) 高溫熱液交代階段。生成的非金屬礦物有透閃石、透閃—陽起石、綠簾石等,局部出現(xiàn)綠泥石、硬石膏與微量水鎂石；金屬礦物有磁鐵礦，為磁鐵礦的主要成礦期。磁鐵礦的成礦溫度區(qū)間在560～390 ℃,大量生成時的溫度在525 ℃左右。

(3) 早期黃鐵礦—黃銅礦硫化物階段?！凹儭绷蚧镫A段,最早生成礦物有黃鐵礦與微量輝鉬礦,次后生成微細粒浸染狀黃銅礦。成礦溫度大體為360～330 ℃。

(4) 中期黃銅礦硫化物階段。以殘余礦漿充填為主,生成的黃銅礦主要充填于先成礦物晶體間隙和裂隙內(nèi),不顯交代特征,基本無脈石伴生,成礦溫度為330～260 ℃。

(5) 晚期硫化物(黃銅礦—斑銅礦)階段。生成的金屬礦物有(按先后順序)黃銅礦、斑銅礦,并伴生大量碳酸鹽礦物—含鐵白云巖與少量石英。成礦溫度260～167 ℃。

(6) 無礦石英—碳酸鹽階段。形成溫度一般低于160 ℃,生成礦物主要為方解石、綠泥石、石英、高嶺土、石膏等,伴有微量赤鐵礦、鏡鐵礦、輝銅礦等。

(7) 主要發(fā)生于淺部,形成礦物有孔雀石、銅蘭與褐鐵礦等,本礦床沒有形成明顯的次生富集帶。

6 結(jié)語

通過綜合研究分析,筆者認為礦床成因類型為接觸交代—熱液型礦床,鐵(銅)礦體的形成受巖漿巖、地層、構(gòu)造等多重因素控制。

在月山閃長巖體的北、東枝之間的鐵鋪嶺向斜,核部地層為銅頭尖組,兩翼為月山組,從地層組合和構(gòu)造分析,該區(qū)具備形成接觸交代—熱液型礦床基本條件,近轉(zhuǎn)折端的接觸帶構(gòu)造和捕虜體構(gòu)造是成礦的有利部位,月山組三段和銅頭尖組的鈣質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖,具有較好的封閉性,能形成較好的圈閉構(gòu)造。在該地段找礦應(yīng)著重解剖鐵鋪嶺向斜形態(tài),尋找?guī)r體與月山組的接觸帶,特別是位于向斜轉(zhuǎn)折段部位的接觸帶。