貴州金沙銅廠溝銅礦地質(zhì)特征及找礦標(biāo)志

吳忠銀，葛枝華

(1貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，貴州 貴陽(yáng) 550000；2貴州騰達(dá)誠(chéng)發(fā)土地資源開(kāi)發(fā)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550000)

0 引言

銅礦作為我國(guó)大宗性戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源，是最為突出的緊缺礦種之一[1]。全球銅礦資源較為豐富，截至2018年底，全球銅礦資源儲(chǔ)量約為8.3億噸，主要分布在環(huán)太平洋成礦帶的南北美地區(qū)及東歐、中亞和中南部非洲，其中儲(chǔ)量最多的國(guó)家為智利，約占全球資源總量的20%，其他儲(chǔ)量較多的國(guó)家有秘魯、澳大利亞、墨西哥等。我國(guó)銅礦資源儲(chǔ)量約為600萬(wàn)噸，位居全球第八位，占全球銅礦資源儲(chǔ)量的3.2%[2-4]。我國(guó)銅礦資源量嚴(yán)重不足，主要依存對(duì)外進(jìn)口。因此，進(jìn)一步開(kāi)展銅礦資源的勘查工作意義重大。21 世紀(jì)以來(lái)，西南地區(qū)是中國(guó)有色金屬工業(yè)發(fā)展和戰(zhàn)略儲(chǔ)備的重要基地，也是實(shí)施“西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略”的重要發(fā)展區(qū)域之一，重視和加快西南地區(qū)新一輪銅礦資源的勘查評(píng)價(jià)工作，加大力度勘查大型、超大型重要成礦類型銅礦資源，對(duì)提升西南地區(qū)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量、增強(qiáng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力、緩解中國(guó)銅礦資源的緊張局面、降低銅礦資源的對(duì)外依存度等具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[5]。貴州省內(nèi)金、鋁、磷、煤等礦產(chǎn)比較豐富，而銅礦資源相當(dāng)匱乏，因此，在新一輪地質(zhì)大調(diào)查的基礎(chǔ)之上，對(duì)貴州的銅礦資源的勘查、開(kāi)發(fā)利用具有重大意義。

研究區(qū)位于金沙縣東部的銅廠溝，貴州省一零八地質(zhì)大隊(duì)曾對(duì)該地區(qū)做過(guò)區(qū)域調(diào)查，并在1975年提交了《中華人民共和國(guó)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告(遵義幅)1∶200000》[6]?！鞍宋濉逼陂g，貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局在銅廠溝一帶開(kāi)展銀、銅礦找礦和勘查工作，不同程度地評(píng)價(jià)了測(cè)區(qū)內(nèi)的找礦前景。2008年，貴州省金沙縣銅廠溝銅礦對(duì)礦區(qū)進(jìn)行普查并完成了《貴州省金沙縣銅廠溝銅礦普查地質(zhì)報(bào)告》[7]。本文以貴州省金沙縣銅廠溝銅礦地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，深入分析地質(zhì)特征，辨析找礦標(biāo)志，為下一步的銅礦資源勘查開(kāi)發(fā)利用提供參考意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

銅廠溝銅礦大地構(gòu)造位置位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔北臺(tái)隆畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)，黔中隆起北緣，區(qū)域構(gòu)造屬川黔經(jīng)向構(gòu)造帶的一部分，主要褶皺構(gòu)造形成于燕山期和喜馬拉雅期[8]。侏羅紀(jì)至白堊紀(jì)期間，在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和沉積作用下形成部分礦產(chǎn)資源，如在侏羅紀(jì)初期形成綦江式鐵礦、中侏羅統(tǒng)形成下沙溪廟油頁(yè)巖和上沙溪廟含銅砂巖[9]。區(qū)域內(nèi)出露地層從震旦系到第四系，其中缺失泥盆和石炭系，部分地區(qū)僅有奧陶系中、下統(tǒng)分布，震旦系上統(tǒng)和侏羅系中統(tǒng)出露不全，其余巖層均有出露。地層總體上有東老西新的產(chǎn)出分布趨勢(shì)，由南向北，地層厚度漸次加大。一般東部地區(qū)多呈南北向展布，西部地區(qū)多呈北東向展布。海相沉積物多分布于東部地區(qū)，陸相沉積物分布于西部地區(qū)。侏羅系地層主要分布在區(qū)域的西部，出露地層由老到新有：下統(tǒng)香溪組(J1x)，中統(tǒng)自流井組(J2z)，下沙溪廟組(J2x)，上沙溪廟組(J2s)，上統(tǒng)遂寧組(J3sn)和蓬萊組(J3p)。上沙溪廟組是區(qū)域內(nèi)重要的含銅層位，其巖性主要為一套鐵質(zhì)粘土質(zhì)粉砂巖或鐵質(zhì)鈣質(zhì)粘土質(zhì)粉砂巖及中至細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖組成，厚約1081 m。

由南北向構(gòu)造體系和北東向構(gòu)造體系構(gòu)成區(qū)域構(gòu)造基本格架，以褶皺為主，背斜較緩，多屬一級(jí)構(gòu)造，斷層多配置于褶皺兩翼及核部，多數(shù)為造向斷層，在構(gòu)造體系復(fù)合部位較為發(fā)育(圖1)。

1-侏羅系上統(tǒng)遂寧組；2-侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組；3-侏羅系中統(tǒng)下沙溪廟組；4-侏羅系中統(tǒng)自流井群；5-侏羅系下統(tǒng)香溪群；6-三疊系；7-二疊系；8-奧陶系；9-寒武系；10-震旦系；11-斷層；12-地質(zhì)界線；13-銅礦點(diǎn)。圖1 銅廠溝礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖及主要礦點(diǎn)分布圖(據(jù)1∶20萬(wàn)遵義幅地質(zhì)圖)Fig.1 Geological sketch of Tongchanggou CopperMine and distribution of deposits

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 構(gòu)造特征

礦區(qū)位于鴨溪向斜南翼。鴨溪向斜軸向?yàn)镹E75°，軸面傾向NW，軸長(zhǎng)45公里，寬12公里。區(qū)域內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單，未發(fā)現(xiàn)有深大斷裂構(gòu)造，局部地段或坑道中存在層間滑動(dòng)和小斷裂，規(guī)模極小。地層呈單斜產(chǎn)出，傾向300°～320°，傾角10°～40°?？拷鞑?，地層產(chǎn)狀有變緩的趨勢(shì)。

礦區(qū)含銅層位多數(shù)為侏羅系上沙溪廟組(J2Sn)，主要分布在太平渡向斜，茶房坳向斜，茅臺(tái)向斜和鴨溪向斜中，在它們之中均有銀礦化點(diǎn)分布。這四個(gè)向斜在區(qū)域上位于西部，沿北東向大致平行展布，長(zhǎng)數(shù)十公里。向斜大多比較寬緩，兩翼地層傾角多在10°～50°，銅礦(化)點(diǎn)主要分布在褶皺的兩翼。

2.2 礦床地質(zhì)特征

區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)資源較豐富，主要礦產(chǎn)有煤、鐵、銅、銀等。本區(qū)礦產(chǎn)主要產(chǎn)出于二疊系至侏羅系地層中。鐵、煤產(chǎn)于上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M，銅、銀產(chǎn)于侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組，均為沉積礦產(chǎn)。

地層組合：

礦區(qū)出露地層為中侏羅統(tǒng)下沙溪廟組(J2x)、上沙溪廟組(J2s)和上侏羅統(tǒng)遂寧組(J3sn)，地層由老至新描述如下：

中侏羅統(tǒng)下沙溪廟組(J2x)：頂部為灰綠色粘土巖夾數(shù)米厚黑色頁(yè)巖，下部為巖屑砂巖、粘土巖及其互層組成。厚度約222 m。

中侏羅統(tǒng)上沙溪廟組(J2s)：主要為鐵質(zhì)粘土質(zhì)粉砂巖或鐵質(zhì)鈣質(zhì)粘土質(zhì)粉砂巖及細(xì)中粒長(zhǎng)石砂巖組成。局部夾鐵質(zhì)粉砂質(zhì)粘土巖、鐵質(zhì)粘土巖、含粉砂質(zhì)泥灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥灰?guī)r及含礫砂巖透鏡體等。表現(xiàn)為中?！?xì)粒—粉砂—粉砂質(zhì)粘土巖等有規(guī)律的多次重復(fù)。與下伏地層呈整合接觸，厚度約1081 m。

據(jù)其巖石中長(zhǎng)石、石英及巖屑等粒度以粗變細(xì)到粘土巖的重復(fù)出現(xiàn)將上沙溪廟組劃分成13個(gè)韻律層(圖2)。

圖2 銅廠溝礦區(qū)上沙溪廟組地層柱狀圖Fig.2 Stratigraphic histogram of the Upper ShaximiaoFormation in Tongchanggou Copper Mine

上侏羅統(tǒng)遂寧組(J3sn)：由鐵質(zhì)鈣質(zhì)粉砂巖或鐵質(zhì)鈣質(zhì)粘土質(zhì)粉砂巖組成。厚度大于140 m。

含銅巖系特征：

中侏羅統(tǒng)上沙溪廟組(J2s)是礦區(qū)內(nèi)的含銅層位，含礦巖系與下伏下沙溪廟組(J2x)含葉、肢介石的頁(yè)巖或砂質(zhì)頁(yè)巖及上覆遂寧組(J3sn)鐵質(zhì)鈣質(zhì)粉砂質(zhì)粘土巖或鐵質(zhì)鈣質(zhì)粘土質(zhì)粉砂巖均為整合接觸。根據(jù)巖性組合可劃分出8個(gè)韻律層：鐵質(zhì)粉砂質(zhì)粘土巖及鐵質(zhì)鈣質(zhì)粘土質(zhì)粉砂巖；細(xì)中粒長(zhǎng)石砂巖；局部夾鐵質(zhì)粉砂質(zhì)粘土巖；鐵質(zhì)粉砂巖；鐵質(zhì)粘土巖；含粉砂質(zhì)泥灰?guī)r；粉砂質(zhì)灰?guī)r；含礫砂巖透鏡體。表現(xiàn)為中?！?xì)?！凵啊凵百|(zhì)粘土巖等多次有規(guī)律的重復(fù)，巖性和厚度在縱橫方向上有一定的變化。

該含礦層中礦(化)體賦存于含礦層底部(距底界7～13 m范圍內(nèi))，為灰色或灰綠色中厚層狀中細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖。具代表性的礦(化)體有小里的Ⅲ號(hào)礦(化)體，該礦(化)體厚度大，含銅較高，是本區(qū)的主要含礦層之一。

該含礦層中的含礦體在本區(qū)僅在小里一帶有零星礦化，長(zhǎng)50 m，位于含礦層近底部的0～7 m范圍內(nèi)。巖性為灰色、灰紫色中厚層狀中粒，中細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖。

礦(化)體位于含礦層底部或近于底部的0～13 m范圍內(nèi)。為灰色、灰紫色中厚層狀中粒、中細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖和透鏡狀含碳質(zhì)、瀝青質(zhì)含礫、長(zhǎng)、石砂巖、灰色礫巖等。礦(化)體在含礦體中呈雁行排列，在銅廠溝一帶發(fā)育較好。具代表性的礦(化)體有銅廠溝的Ⅰ號(hào)礦(化)體。

2.3 礦體特征

礦區(qū)含礦層的含礦體或礦層礦(化)體主要賦存于各韻律層(含礦層)底部或近底部的淺色細(xì)-中粒長(zhǎng)石砂巖或礫質(zhì)砂巖透鏡體中。產(chǎn)出部位穩(wěn)定，厚薄變化較大，長(zhǎng)數(shù)十米至數(shù)百米。而礦(化)體在其上下不同部位產(chǎn)出，相距3～8 m，呈雁行排列或不等距斜列。

礦(化)體規(guī)模較小，主要表現(xiàn)在礦體厚度較小，一般厚0.5～2.5 m，走向長(zhǎng)20～70 m，沿傾斜方向一般也在數(shù)十米以內(nèi)，個(gè)別地段可達(dá)100 m以上。本次估算的銅礦體，大都為硫化礦，僅接近地表處有一點(diǎn)混合礦，氧化礦極少。

現(xiàn)將各個(gè)礦化體分述如下(圖3)：

1)銅廠溝礦體(Ⅰ)

1-侏羅系上統(tǒng)遂寧組；2-侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組第8至13韻律層；3-侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組第7韻律層；4-侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組第6韻律層；5-侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組第5韻律層；6-侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組第4韻律層；7-侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組第3韻律層；8-侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組第1至2韻律層；9-侏羅系中統(tǒng)下沙溪廟組；10-探槽；11-老平硐；12老硐；13-地質(zhì)界線；14-產(chǎn)狀；15-銅礦體。圖3 礦區(qū)部分工程布置及銅礦體分布Fig.3 Layout of projects and copper deposits inTongchanggou Copper Mine

2)周家寨礦體(Ⅱ)

表1 單工程礦體平均厚度、Cu平均品位表(采樣規(guī)格20*5cm)Tab.1 Average thickness and Cu grade in singeengineering ore bodies

3)小里礦體(Ⅲ)

礦(化)體分布于禹謨向斜南東翼，即小里、蔡家田一帶。

2.4 礦石特征

本礦(化)區(qū)巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，地表礦石礦物全部氧化。主要銅礦物有輝銅礦、黃銅礦、銅蘭、斑銅礦、赤銅礦、孔雀石。脈石礦物有長(zhǎng)石、石英、方解石。輝銅礦以它形粒狀結(jié)構(gòu)為主，呈脈狀、浸染狀、塊狀構(gòu)造。黃銅礦呈塊狀，斑銅礦呈脈狀。銅蘭及孔雀石為脈狀、薄膜狀、星點(diǎn)狀。

輝銅礦：粒徑大小懸殊(0.05～0.5 mm)，呈他形粒狀與黃銅礦共生。

黃銅礦：粒徑大小懸殊(0.05～0.5 mm)，呈他形粒。

銅蘭及孔雀石：為脈狀、薄膜狀、星點(diǎn)狀。

粘土礦物：以水云母為主，含少量高嶺石及絹云母等。呈鱗片狀及隱晶質(zhì)，常為砂礫屑的膠結(jié)物。統(tǒng)計(jì)含量<10%。

碎屑礦物：主要有粉砂狀長(zhǎng)石、石英，粒徑0.01～0.06 mm，呈次棱狀，部分被后生礦物所交代。統(tǒng)計(jì)含量<10%。

方解石：呈他形微晶膠結(jié)物或脈狀產(chǎn)出。

3 礦床成因分析

銅為親硫中等活潑元素，一般以硫化物存在，易被褐鐵礦、富硫化物的碎屑物質(zhì)或有機(jī)質(zhì)吸附富集。沉積礦床中，銅在低溫條件下，由于Eh-Ph值的變化為氧化絡(luò)合物的作用，銅在氧化環(huán)境中遷出，在還原環(huán)境中沉淀，使銅富集成礦，一般在成巖階段形成的銅礦(化)體，含Cu不高，多伴生有Ag，其巖性為含砂礫巖，該層多呈透鏡狀及似層狀產(chǎn)出。在沉積過(guò)程中，沉積環(huán)境由氧化環(huán)境突變?yōu)檫€原環(huán)境，有利于銅的富集，沉積巖石由紫色巖變?yōu)闇\色巖，銅一般富集于淺色巖下部[10]。

從礦區(qū)礦體分布可看出，銅的工業(yè)礦體均分布于向斜和弧形拐彎處，由于區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成褶皺，在向斜內(nèi)形成封閉還原環(huán)境，有利于Cu的富集，但局部的層間滑動(dòng)和小斷裂為銅的富集和補(bǔ)充提供來(lái)源和通道。在Cu含量高值地段普遍見(jiàn)弱的方解石方，黃鐵礦化。這說(shuō)明Cu的富集受后期改造控制，區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造，但小褶皺構(gòu)造發(fā)育。巖層在褶皺過(guò)程中，褶皺的不同部位存在著構(gòu)造應(yīng)力差(特別是在弧形拐彎處)，應(yīng)力梯度的出現(xiàn)伴隨著壓力和溫度的變化，這就使地層巖石中的水介質(zhì)以滲透式運(yùn)移，巖石中部分Cu礦物被溶解，被溶解的元素與水溶液一起沿節(jié)理等巖石裂隙向低壓區(qū)運(yùn)移，并在容礦空間里沉淀，使Cu富集成礦。硫化礦常見(jiàn)的呈星散狀、團(tuán)塊狀、結(jié)核狀，與硅化木交代富集呈不規(guī)則狀[11]。銅礦物易附于富含硅化木的泥礫表面，有機(jī)質(zhì)在硫酸鹽交代原生硫化物和硫化物的次生富集的過(guò)程中，均發(fā)揮重要作用。氧化礦多為薄膜狀(鏡下稱脈狀)，充填在砂巖的層間與裂隙之中，有的呈星散狀、結(jié)核狀、團(tuán)塊狀、皮殼狀，保存了原生硫化物的產(chǎn)出形態(tài)[11]。

灰色、灰綠色、淺紫紅色細(xì)粒、中粒長(zhǎng)石砂巖、紫紅色粉砂質(zhì)粘土巖組成，呈不等厚互層，這些紅色、紫紅色、灰綠色的粉砂巖、粉砂質(zhì)黏土巖、泥巖等沉積于氧化環(huán)境可能含有豐富的有機(jī)質(zhì)，并在沉積銅礦床中廣泛存在，被認(rèn)為是銅的主要來(lái)源[12-13]。

鮮艷的孔雀石、藍(lán)銅礦等可能由于外部條件改變，淺表礦源層中的硫化物被水溶液氧化而生成。含銅巖層中銅的原生硫化物淺表部分，因物理化學(xué)條件改變發(fā)生表生氧化，隨之經(jīng)地下水淋濾作用，銅質(zhì)溶液從含銅巖中溶離出來(lái)，滲透到地下水流動(dòng)帶，與圍巖中的生物硫化物交代形成輝銅礦、銅藍(lán)等次生硫化礦床[13]。

4 找礦標(biāo)志

根據(jù)以往地質(zhì)資料及本次工作成果，對(duì)沉積型銅礦的成礦條件和富集規(guī)律分析，認(rèn)為有以下幾個(gè)標(biāo)志可供找礦參考：

(1)巖性標(biāo)志(淺紫交互)

賦礦巖石以紫色中細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖為主，礦體產(chǎn)于紫色巖石與淺色巖石交互部位的淺色巖層一邊，淺色巖體是銅礦成巖后生成礦階段的重要產(chǎn)物，含礦巖石的變?yōu)闇\色反映了沉積環(huán)境改變，成為還原環(huán)境，銅在氧化環(huán)境中遷出，在還原環(huán)境中沉淀。

(2)礦物標(biāo)志

后生脈體發(fā)育富含有大量的硫化物石英脈和碳酸鹽石英脈，尤其是富集部位因此硫化物石英脈和碳酸鹽石英脈礦物是較好；孔雀石和銅藍(lán)等次生硫化物的形成，經(jīng)歷含銅巖層的原生沉積、表生氧化和次生富集，所以孔雀石和銅藍(lán)等組合也是含銅砂巖型銅礦的標(biāo)志。

(3)構(gòu)造標(biāo)志

銅礦的形成具有多期性，銅礦的聚集部位處于圍巖形成之后構(gòu)造活動(dòng)帶，褶皺形成良好的沉積環(huán)境，斷裂裂隙及破碎帶為銅的轉(zhuǎn)移提供了通道和空間。所以，褶皺及其周邊的斷層在砂巖銅礦區(qū)是極其重要的構(gòu)造標(biāo)志。