湖北大冶市銅綠山銅鐵礦地質(zhì)特征及礦床成因

邵 顯

(中國有色集團大冶有色金屬集團控股有限公司銅綠山礦，湖北 黃石435005)

銅綠山礦床位于鄂東鐵銅成礦帶鄂東鐵銅金成礦區(qū)的中部。該區(qū)處于淮陽地塊與江南地塊(幕阜山-九嶺地體)之間的下?lián)P子拗陷帶鄂東斷褶帶內(nèi)，北西側(cè)以NW向桐柏-黃陂斷裂與淮陽地塊相鄰，東南側(cè)以NEE向江南地塊北緣斷裂(江南古斷裂)與江南地塊相隔，東以NNE向郯廬斷裂為界，呈西寬東窄之楔狀地質(zhì)體。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

礦床位于陽新復(fù)式巖體西北端，銅綠山花崗閃長斑巖體的中部。礦區(qū)地層較簡單，主要為下三疊統(tǒng)大冶組碳酸鹽巖，巖漿巖主要為花崗閃長斑巖，礦區(qū)構(gòu)造非常復(fù)雜，褶皺和斷裂構(gòu)造均較發(fā)育。

1.1 礦區(qū)地層

礦區(qū)內(nèi)地層在巖體內(nèi)呈殘留狀態(tài)，主要有呈隱伏狀的三疊系下統(tǒng)大冶組、三疊系中下統(tǒng)嘉陵江組、白堊系下統(tǒng)大寺組。與成礦關(guān)系密切的為大冶組、嘉陵江組碳酸鹽巖地層。

(1)三疊系下統(tǒng)大冶組(T1d)：為一套海相連續(xù)沉積的以碳酸鹽巖為主的巖石，在大冶地區(qū)總厚度為235m～910m，分為4個巖性段。礦區(qū)內(nèi)僅見第三至第四巖性段，呈隱伏狀分布。大冶組第三巖性段(T1d3)：分布于礦區(qū)的南北兩側(cè)-460m標(biāo)高以下，厚度大于220m。自下而上巖性為矽卡巖化條帶狀含白云質(zhì)大理巖、條帶狀大理巖、大理巖及含白云質(zhì)大理巖；大冶組第四巖性段(T1d4)：主要位于礦區(qū)南部和中部，厚度83m～107m。自下而上巖性為厚層大理巖、中厚層大理巖夾含白云質(zhì)大理巖、含灰質(zhì)白云石大理巖。

(2)三疊系中-下統(tǒng)嘉陵江組(T1-2j)：為一套濱海相及瀉湖相連續(xù)沉積的以碳酸鹽巖為主的巖石，分為3個巖性段，礦區(qū)內(nèi)分布較廣泛。嘉陵江組第一巖性段(T1-2j1)：位于-125m標(biāo)高左右，自下而上巖性為含灰質(zhì)白云石大理巖、灰質(zhì)白云石大理巖及白云質(zhì)大理巖，厚度約250m；嘉陵江組第二巖性段(T1-2j2)：自下而上巖性為角礫狀大理巖、黑白相間條帶狀含白云質(zhì)大理巖、灰質(zhì)白云石大理巖夾含白云質(zhì)大理巖、大理巖，厚度約為220m；嘉陵江組第三巖性段(T1-2j3)：自下而上為白云質(zhì)大理巖、角礫狀灰質(zhì)白云石大理巖、角礫狀白云質(zhì)大理巖、灰質(zhì)白云石大理巖，厚度約為330m。

(3)白堊系下統(tǒng)大寺組(K1d)：零星分布在礦區(qū)西部，其巖性為流紋質(zhì)凝灰角礫熔巖、凝灰?guī)r，覆蓋于巖體之上。

1.2 構(gòu)造

銅綠山礦床主礦帶(礦體)呈北北東向展布，礦區(qū)構(gòu)造非常特殊。礦區(qū)褶皺和斷裂構(gòu)造主要為北北東向、北西向-北北西向、北東向?？刂茙r體與礦體分布的構(gòu)造主要為印支-燕山期形成的北西西向和北北東向構(gòu)造。

1.2.1 褶皺構(gòu)造

礦區(qū)褶皺構(gòu)造比較復(fù)雜，燕山期形成北北東向褶皺橫跨于印支期形成北西西向褶皺之上。由礦區(qū)殘留地層可恢復(fù)這些褶皺構(gòu)造的大致輪廓。

(1)北西西向褶皺：印支期形成的北西西向褶皺是礦床的基礎(chǔ)構(gòu)造，現(xiàn)存構(gòu)造形跡因遭受燕山期構(gòu)造-巖漿作用的破壞而不完整。

(2)北北東向褶皺：主要為柯家山-仙人座橫跨背斜，是燕山期疊置在北西西向構(gòu)造上的北北東向構(gòu)造。其構(gòu)造形跡因遭受燕山期構(gòu)造-巖漿作用的破壞而殘缺不全。該背斜構(gòu)造由南至北縱貫礦區(qū)，軸線方向22°，向北北東傾伏。受北西西向構(gòu)造牽制，背斜軸線蜿蜒起伏，兩翼產(chǎn)狀變化較大。

圖1 湖北大冶銅綠山銅鐵礦地質(zhì)圖

1.2.2 斷裂-接觸帶構(gòu)造

以北北東向和北西西向為主，次為北西向和北東東-北東向。

(1)北北東向向斷裂-接觸帶構(gòu)造：發(fā)育于花崗閃長斑巖與大理巖北北東向接觸部位，為斷裂與接觸帶構(gòu)造疊加復(fù)合而成，具多期活動特征。北北東向斷裂-接觸帶構(gòu)造是該區(qū)的主要控礦構(gòu)造，主要控制Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ號等礦體(圖1)。

(2)北西西向斷裂-接觸帶構(gòu)造：地表可見數(shù)條規(guī)模較小的北西西向斷裂，且礦區(qū)許多鉆孔中見有隱伏北西西向鈉長斑巖脈，這些鈉長斑巖脈也間接表明礦區(qū)北西西向斷裂非常發(fā)育，并表現(xiàn)為高角度密集斷裂。

(3)北西向斷裂構(gòu)造：礦區(qū)的北西向斷裂可能是北西西向斷裂派生或變形的產(chǎn)物，以F61斷裂為代表(圖1)。F61斷裂出露于Ⅰ號礦體北端，長約500m。斷裂面舒緩波狀，陡傾斜，傾向北東，斷面光滑且水平擦痕發(fā)育。

(4)北東向斷裂：主要是指控制北東向礦帶的斷裂，沿北東方向斷續(xù)出露的Ⅹ號、Ⅺ號、Ⅷ號、Ⅶ號和Ⅸ號礦體似乎指示了該斷裂的存在。

(5)緩傾斜接觸帶構(gòu)造：緩傾斜接觸帶構(gòu)造可能是被忽略的控礦構(gòu)造。礦區(qū)似乎存在緩傾斜接觸帶構(gòu)造，在一些勘探線地質(zhì)剖面上，可以見到大理巖與花崗閃長斑巖呈互“層”狀，兩者間的接觸帶構(gòu)造產(chǎn)狀平緩，沿接觸帶構(gòu)造應(yīng)有緩傾斜礦體產(chǎn)出。

1.3 侵入巖

礦區(qū)侵入巖主要為銅綠山花崗閃長斑巖體[2～3]。巖體為一向南超覆向南東傾斜的偏心半蘑菇狀巖株體，形成于燕山早期(表1)，出露面積約11km2。巖體北緣接觸帶產(chǎn)狀很陡，傾角一般90°左右，南緣接觸帶淺部產(chǎn)狀較陡，深部向南傾，傾角緩?？录疑街榴R叫一帶巖體呈巖被超覆于大理巖之上。西北緣雞冠嘴一帶，淺部巖體呈巖枝狀侵入大冶群及中-上三疊統(tǒng)蒲圻群，并為燕山晚期第一次侵入的細(xì)粒閃長巖切穿，深部巖體產(chǎn)狀向東傾，傾角中等，至柯西太巖體產(chǎn)狀急劇變陡。巖體東緣在劉家至石頭咀一線，與陽新復(fù)式巖體石英正長閃長巖接觸。巖石類型主要為中-中淺成相花崗閃長斑巖、斜長石巖等，接觸帶附近的巖石常蝕變?yōu)樾遍L石化花崗閃長斑巖、鈉長斑巖。

表1 銅綠山巖體同位素年齡

表2 銅綠山巖體巖石化學(xué)成分(wt%)

銅綠山巖體巖石化學(xué)特征見表2[6]。與同類巖石相比，銅綠山巖體花崗閃長斑巖具有高硅、低鐵鎂、富堿特征。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體

銅綠山礦床已發(fā)現(xiàn)的12條大小不等的礦體(群)構(gòu)成三大礦帶。Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅺ和Ⅻ號這7條礦體構(gòu)成了北北東向礦帶，長2100m，寬約300m～350m，以Ⅲ號礦體為中心的富礦帶為特征，此系本區(qū)的主礦帶。Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ號礦體構(gòu)成了北東向礦帶，長約1850m，寬約100m，以礦體規(guī)模較小分布不連續(xù)為最大特征。第三個礦帶由Ⅱ號礦體及4線～6線間的小礦體所組成。12條礦體體特征見表3，其中Ⅰ號、Ⅲ號、Ⅳ號和Ⅺ號礦體規(guī)模較大(圖2)，占了礦床總儲量80%。

表3 主要礦體規(guī)模、形態(tài)及產(chǎn)狀

礦石中的礦物成分多達130余種，其中常見的只有20余種。金屬礦物50余種，占39%，脈石礦物80多種，占61%。含銅的礦物有黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦等，以黃銅礦為主。含鉬的礦物主要為輝鉬礦。金主要為自然金、金銀礦和銀金礦。含鈷的礦物主要為硫鈷礦等。

銅綠山礦床礦石類型分為礦石礦物和脈石礦物。其中礦石礦物主要由黃銅礦、黃鐵礦、斑銅礦、磁鐵礦、赤鐵礦、孔雀石、褐鐵礦及少量的輝銅礦、輝鉬礦、白鐵礦、磁黃鐵礦、針鐵礦、藍銅礦、赤銅礦、菱鐵礦、自然銅、銅藍等礦物組成；脈石礦物主要由方解石、白云石、石英、玉髓、透輝石、次透輝石、鈣鋁榴石、鐵鋁榴石、金云母、綠泥石、綠簾石、斜長石、高嶺土及少量的石榴子石、硅灰石、蛇紋石、方柱石、透閃石、陽起石、絹云母、黑云母、石膏等礦物組成。

礦石構(gòu)造有浸染狀、塊狀、細(xì)脈狀、細(xì)脈-浸染狀、角礫狀等。矽卡巖型礦石以塊狀為主，浸染狀次之。結(jié)構(gòu)以粒狀變晶結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)和壓碎結(jié)構(gòu)為主。

圖2 湖北大冶銅綠山銅鐵礦4線剖面圖

2.2 礦體圍巖蝕變及找礦標(biāo)志

礦床具有明顯的蝕變分帶[4]，不同成礦階段，不同礦種，其圍巖蝕變種類及強度有所不同。大理巖主要發(fā)生硅化、透輝石化、金云母化；矽卡巖、斜長石巖主要發(fā)生硅化、鈉長石化、綠簾石化、碳酸巖化，鉀長石化，偶見高嶺土化、蒙脫石化；火成巖主要發(fā)生透輝石化、綠簾石化、碳酸巖化，硅化，鉀長石化，偶見高嶺土化、蒙脫石化。

區(qū)內(nèi)存在較明顯的找礦標(biāo)志，常見的找礦標(biāo)志有鐵帽、近礦圍巖蝕變、接觸帶等。鐵帽可作為找礦的直接標(biāo)志，主要是由礦體或近礦蝕變帶經(jīng)氧化淋濾作用，金屬硫化物被氧化遷移，保留的褐鐵礦、褐鐵礦化磁鐵礦及少量的孔雀石暴露地表形成；近礦圍巖蝕變主要有蒙脫石化、高嶺土化、硅化、矽卡巖化、鉀長石化等，尤其是矽卡巖化、硅化、蒙脫石化、高嶺土化疊加地段，多是礦體賦存部位。在深部，矽卡巖化的斷續(xù)出現(xiàn)，蒙脫石化、高嶺土化及碳酸鹽化增強，是找尋隱伏礦體的主要標(biāo)志；區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖與花崗閃長斑巖的接觸帶是礦體的主要賦存部位，尤其是在有構(gòu)造疊加時，因此，接觸帶也是本區(qū)找礦的重要標(biāo)志。

3 礦床地球化學(xué)特征

3.1 硫同位素

銅綠山礦床的δ34S(‰)值為-4.9～15.2，變化較大。硫同位素組成可分成3類：重硫，即硫酸鹽硫，δ34S(‰)為13.2～15.2；以隕石硫為主的幔殼混合硫，δ34S(‰)一般為-2～+7；與生物作用有關(guān)的輕硫，δ34S(‰)一般為-5～-4。銅綠山礦床中的硫同位素組成特征與鄂東成礦區(qū)中的豐山礦田、城門山礦田基本一致[5]，表現(xiàn)出多種類型的硫共存的特點。

3.2 鉛同位素

(1)銅綠山礦床侵入巖、各類型礦石鉛同位素組成206Pb/204Pb為17.9719～18.3180，207Pb/204Pb為15.5670～15.6371，208Pb/204Pb為38.3978～38.6674，變化較大，說明放射性成因鉛含量較高。

(2)鉛同位素組成結(jié)構(gòu)模式圖表明，礦石與巖漿巖鉛同位素樣品均投影在地幔鉛演化線與造山帶鉛演化線之間，大多數(shù)靠近造山帶鉛演化線，說明礦石及巖漿巖鉛的演化與地幔和造山作用有關(guān)，屬殼幔混源鉛。

(3)礦田鉛同位素φ值年齡變化較大，為93～367Ma，與中生代時限相符。

3.3 氫、氧同位素

銅綠山礦床氫、氧同位素組成表明其樣品多投點于地?zé)崴畢^(qū)域，少數(shù)樣品投點于巖漿熱液區(qū)。這表明成礦熱液以大氣水為主，有巖漿熱液混入。氫、氧同位素組成變化大，既有大氣降水，也有巖漿水，可能還有建造水，表明熱液水具有多源性的特點。

3.4 成礦構(gòu)造環(huán)境判別

銅綠山花崗閃長斑巖的Rb-(Y+Nb)和Rb-(Yb+Ta)圖解(Pearce，1984)表明，樣品投影點均落在火山弧花崗巖區(qū)域，說明銅綠山花崗閃長斑巖體的形成與板塊俯沖作用有關(guān)。

4 礦床成因分析

礦床地質(zhì)地球化學(xué)特征硫、鉛同位素和稀土元素特征表明，成礦物質(zhì)既來自上地幔或下地殼，也來自上地殼或含礦建造。氫、氧同位素特征表明，成礦熱液水具多源特征，主要來自大氣水，有巖漿水混入，成礦具多期次、多物源、多類型等特點，不同成礦作用形成不同類型礦床(礦體)，不同礦床類型是同一成礦流體在不同演化階段的產(chǎn)物。

印支期構(gòu)造運動為成礦作用的發(fā)生提供了基礎(chǔ)必備條件，印支期形成北西西向疊瓦狀斷層及派生的北西向斷裂為巖漿侵入作用提供了構(gòu)造條件的必要準(zhǔn)備。燕山期構(gòu)造-巖漿作用為成礦提供了熱動力、礦質(zhì)及其運移通道和沉淀場所。燕山早期，在區(qū)域板塊俯沖作用下，殼?；煸吹幕◢徺|(zhì)巖漿通過深達地幔的深斷裂(巖石圈斷裂和殼斷裂)運移到達地表，在這一過程中，巖漿發(fā)生明顯的結(jié)晶分異作用，并形成花崗閃長斑巖、花崗閃長巖等侵入巖。燕山期構(gòu)造-巖漿活動，使先前的構(gòu)造被改造，并形成北北東向斷裂和NNE向橫跨褶皺及派生的北東向斷裂，并與印支期構(gòu)造一起控制侵入巖體的產(chǎn)出。構(gòu)造-巖漿活動伴隨的含礦熱液沿北北東向斷裂和北北東向橫跨褶皺及派生的北東向斷裂侵入石灰?guī)r中，經(jīng)多階段、多期次的成礦作用形成富集于接觸-斷裂帶構(gòu)造的矽卡巖型銅鐵礦和區(qū)域性的大理巖地層及與中酸性巖體有關(guān)的巖漿期后高-中溫?zé)嵋航佑|交代型銅鐵礦床。

5 結(jié)論

(1)成礦作用明顯受地層和圍巖巖性影響，質(zhì)純富鈣或適度富鎂的碳酸鹽巖對成礦有利，賦礦地層主要為下三疊統(tǒng)大冶組和嘉陵江組碳酸鹽巖。

(2)褶皺與斷裂構(gòu)造控制礦床的空間展布，而接觸構(gòu)造和破碎帶控制礦體的規(guī)模、形態(tài)與產(chǎn)狀，礦床中規(guī)模較大的礦體，均賦存于接觸帶中。

(3)礦體圍巖蝕變強烈，具有明顯的分帶現(xiàn)象，與礦化密切相關(guān)的蝕變有硅化、透輝石化、綠簾石化、鉀長石化等；區(qū)內(nèi)常見的較明顯的找礦標(biāo)志有鐵帽、近礦圍巖蝕變、接觸帶等。

(4)成礦時代為燕山期，成礦方式以接觸交代作用為主，礦床成因類型為中高溫條件下，成礦元素經(jīng)多階段、多期次的成礦作用而富集于接觸-斷裂帶構(gòu)造形成的矽卡巖型銅鐵礦和與燕山早期第三次侵入的中淺成中酸性巖體有關(guān)的巖漿期后高-中溫?zé)嵋航佑|交代型銅鐵礦床。