鄂東南金牛火山盆地深部成巖成礦類型:來自雞冠嘴礦區(qū)火山角礫巖的指示

程佳敏, 陳華勇, 3, 4*, 張 宇, 田 京, 張世濤, 初高彬

鄂東南金?；鹕脚璧厣畈砍蓭r成礦類型:來自雞冠嘴礦區(qū)火山角礫巖的指示

程佳敏1, 2, 陳華勇1, 2, 3, 4*, 張 宇5, 田 京1, 2, 張世濤6, 初高彬1, 3, 4

(1. 中國科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所 礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州 510640; 2. 中國科學(xué)院大學(xué) 地球與行星科學(xué)學(xué)院, 北京 100049; 3. 中國科學(xué)院深地科學(xué)卓越創(chuàng)新中心, 廣東 廣州 510640; 4. 廣東省 礦物物理與材料研究開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州 510640; 5. 中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院, 湖南 長沙 410083; 6. 西北大學(xué) 大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710069)

為降低深部找礦的不確定性、提高深部找礦效率, 有必要探索可以獲取更多深部地質(zhì)信息的新方法。本次研究嘗試?yán)没鹕浇堑[巖攜帶的深部巖石角礫指示深部地質(zhì)特征、指導(dǎo)火山巖覆蓋區(qū)深部找礦。選取鄂東南金?；鹕脚璧貣|緣雞冠嘴銅金礦區(qū)覆蓋的上侏羅統(tǒng)馬架山組火山角礫巖作為研究對象, 通過詳細(xì)的巖心編錄、巖相學(xué)觀察和電子探針測試, 發(fā)現(xiàn)火山角礫巖除了包含泥砂巖、灰?guī)r/大理巖等沉積/變質(zhì)巖角礫之外, 還攜帶了次火山巖類(安山玢巖)、閃長玢巖類(閃長玢巖、黑云母閃長玢巖)、閃長巖類(石英閃長巖、黑云母花崗閃長巖)和正長巖類(黑云母石英正長巖)等巖漿巖角礫和塊狀赤鐵礦磁鐵礦礦石角礫; 礦石角礫中的新鮮磁鐵礦MgO含量高(1.99%～2.31%), 在TiO2-Al2O3-(MgO+MnO)圖解中投點(diǎn)于矽卡巖型磁鐵礦區(qū)域。將這些角礫與雞冠嘴礦區(qū)及鄂東南區(qū)域進(jìn)行巖性、蝕變及礦化特征對比, 認(rèn)為盆地深部存在較多的閃長巖類和一定規(guī)模的偏酸性巖體, 其巖性組合與區(qū)內(nèi)地表出露的靈鄉(xiāng)、鄂城、金山店等雜巖體的巖性組合具有相似性; 發(fā)育鉀化、硅化等熱液蝕變; 缺乏與雞冠嘴相似的矽卡巖型銅金礦化, 但可能存在與富鎂碳酸鹽巖相關(guān)的矽卡巖型鐵礦化。結(jié)合角礫來源探討結(jié)果, 本文建議下一步在金?；鹕脚璧厣畈空业V可先調(diào)研盆地東部是否存在火山機(jī)構(gòu), 并關(guān)注盆地深部是否存在與區(qū)域已發(fā)現(xiàn)矽卡巖型鐵礦床類似的地球物理異常。

火山角礫巖; 巖漿巖角礫; 磁鐵礦礦石角礫; 鄂東南; 金?；鹕脚璧? 深部找礦

0 引 言

近年來, 隨著地表及淺部資源越來越難以滿足社會發(fā)展的需求, 深部找礦的重要性和必要性日益凸顯。掌握深部地質(zhì)特征是深部找礦的首要前提(翟裕生等, 2004; 葉天竺和薛建玲, 2007), 但由于技術(shù)與成本的限制, 目前勘查人員只能通過物探、化探、遙感及少量鉆探等方式間接推斷或非常局部地了解深部的地質(zhì)組成, 這不僅導(dǎo)致深部找礦存在巨大的風(fēng)險(xiǎn)與不確定性, 也嚴(yán)重制約著深部找礦的開展與進(jìn)行(曹新志等, 2009; 薛建玲等, 2020)。因此, 要提高深部找礦效率, 有必要探索利用其他方式獲取更多的深部信息。火山角礫巖由火山噴發(fā)物在火山口周邊地表快速堆積而成, 能較好地保存來自地下火山通道周圍的各類巖石碎塊, 是了解深部真實(shí)地質(zhì)組成的天然窗口(Fisher and Schmincke, 1984; 常麗華等, 2009)。然而, 目前利用火山角礫巖指示深部地質(zhì)特征并指導(dǎo)找礦的細(xì)致研究還相對較少。

鄂東南地區(qū)是長江中下游鐵、銅、金多金屬成礦帶重要的礦集區(qū), 也是我國東部中生代侵入?火山雜巖帶的重要組成部分(謝桂青等, 2013)。與眾多資源殆盡的老礦集區(qū)類似, 該區(qū)也面臨著向深部增儲的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。該區(qū)東側(cè)一系列矽卡巖型鐵銅金等多金屬礦床的深部找礦近十年取得了一定進(jìn)展(胡清樂等, 2013; 蔡恒安等, 2020), 但西側(cè)金?；鹕脚璧匾蚓藓窕鹕綆r(總厚度可超過3000 m; 李雄偉等, 2009)的覆蓋與阻隔, 其深部找礦一直沒有突破。李瑞玲等(2012)通過研究盆地兩個深孔揭露的流紋斑巖和花崗斑巖, 建議盆地應(yīng)關(guān)注玢巖鐵礦和與次火山巖相關(guān)的熱液金礦; 李雄偉等(2014)通過地質(zhì)、物化探、遙感等綜合分析認(rèn)為盆地深部可能存在銅鉛鋅等多金屬礦化, 但研究尚未得到勘查證實(shí)。金?；鹕脚璧貒姵龅纳腺_統(tǒng)馬架山組火山角礫巖中常見閃長巖類角礫及少量赤鐵礦角礫(陳公信和金經(jīng)緯, 1996), 說明盆地深部存在巖漿巖與鐵礦化, 但巖漿巖的具體巖性及蝕變特征、鐵礦化類型一直沒有得到足夠的關(guān)注。位于金?；鹕脚璧貣|緣的雞冠嘴銅金礦區(qū)在鉆探過程中揭露了大量的上侏羅統(tǒng)馬架山組火山角礫巖, 這些包含著豐富角礫的火山角礫巖作為雞冠嘴礦床的后期圍巖, 與礦床成礦關(guān)系并不密切, 因此一直未得到重視(Xie et al., 2011c; 柯于富等, 2014; 張偉, 2015; Tian et al., 2019), 但卻具有指示金?；鹕脚璧厣畈康刭|(zhì)特征的潛力, 值得進(jìn)一步深入研究。

綜上, 本文選取雞冠嘴礦區(qū)馬架山組火山角礫巖開展系統(tǒng)研究。通過詳細(xì)的巖心編錄、巖相鑒定和電子探針測試等方法, 研究其中所包含角礫的巖性類型與蝕變礦化特征; 在明確角礫并未遭受后期明顯地質(zhì)改造作用的基礎(chǔ)上, 將角礫與區(qū)域地層、巖體和礦體進(jìn)行綜合對比, 探討其對盆地深部成巖成礦的具體指示。本次研究不僅對金牛火山盆地深部成巖成礦提出了新的認(rèn)識, 也為其他類似火山巖覆蓋區(qū)深部地質(zhì)特征探查和找礦提供新思路。

1 區(qū)域成巖成礦背景

鄂東南礦集區(qū)地處揚(yáng)子板塊北緣、秦嶺?大別造山帶南側(cè), 位于長江中下游成礦帶最西端(圖1a)。區(qū)內(nèi)地史演化同整個成礦帶基本一致, 依次經(jīng)歷了前寒武紀(jì)褶皺變質(zhì)基底形成、寒武紀(jì)?中三疊世海相碳酸鹽巖蓋層穩(wěn)定發(fā)育及中三疊世以來的板內(nèi)變形伴隨陸相碎屑巖沉積等3個階段(常印佛等, 1991; 舒全安等, 1992; 謝桂青等, 2016)。晚侏羅世至早白堊世, 區(qū)內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈的構(gòu)造?巖漿活動, 不僅在三疊紀(jì)形成的近EW-NWW向復(fù)式褶皺上疊加一系列NNE或NNW向的褶皺和斷裂, 還發(fā)育了現(xiàn)今出露總面積超過1000 km2的侵入巖?火山巖(圖1b)。其中, 侵入巖整體侵位時間較早、持續(xù)時間較長(約155～ 125 Ma; Li et al., 2009; 李華芹等, 2009; 陳富文等, 2011; Xie et al., 2011b; 顏代蓉等, 2012; 姚磊等, 2013; 丁麗雪等, 2017; 張世濤等, 2018), 在區(qū)內(nèi)東側(cè)地表自北向南產(chǎn)出鄂城((斑狀)石英二長巖?花崗(斑)巖)、鐵山(正長閃長巖?透輝石正長閃長巖?石英正長閃長玢巖)、金山店(石英正長閃長巖?閃長玢巖)、靈鄉(xiāng)(閃長玢巖?花崗斑巖)、陽新(石英正長閃長巖)及殷祖(黑云母石英正長閃長巖)等六大雜巖體和分布于大巖體周邊的銅綠山、銅山口、阮家灣等130多個閃長(玢)巖?花崗(斑)巖類小巖體。在巖體與碳酸鹽巖接觸帶, 多發(fā)育大中小型矽卡巖/巖漿熱液型鐵、矽卡巖鐵銅、矽卡巖銅(鐵)金、矽卡巖?斑巖銅鉬(鎢)、矽卡巖(銅)鉛鋅等多金屬礦床(點(diǎn))(圖1b; 舒全安等, 1992; 謝桂青等, 2008; 劉曉妮等, 2009; 謝桂青等, 2013; 湖北省鄂東南地質(zhì)大隊(duì), 2014)。大量研究表明, 這些礦床(點(diǎn))成礦年齡集中在約149～128 Ma, 與相鄰巖體時空和成因關(guān)系密切(Xie et al., 2007, 2012; 謝桂青等, 2013; 顏代蓉, 2013; 朱喬喬等, 2014)。區(qū)內(nèi)火山作用相對較晚且更集中(約132～123 Ma; Xie et al., 2011a), 主要形成西側(cè)大型金?；鹕脚璧?地表面積超過200 km2)和東北部小型花家湖火山盆地(地表面積小于20 km2), 且在金牛盆地北部產(chǎn)出火山?次火山熱液型鐵礦(圖1b; 湖北省鄂東南地質(zhì)大隊(duì), 2014)。

2 金牛火山盆地特征

前人基本查清了金?；鹕脚璧氐幕鹕絿姲l(fā)歷史和火山巖巖性(巖相)組合(李雄偉等, 2009; 周世卿等, 2009; 李瑞玲等, 2012)。自晚侏羅世至早白堊世, 盆地經(jīng)歷了馬架山期初始火山噴發(fā)、靈鄉(xiāng)期火山間歇及大寺期火山強(qiáng)烈噴發(fā)等3個階段, 對應(yīng)上侏羅統(tǒng)馬架山組(J3)火山角礫巖?熔巖(爆發(fā)?溢流相,均厚約350 m)、下白堊統(tǒng)靈鄉(xiāng)組(K1)沉積碎屑巖?火山熔巖(湖盆沉積?溢流相, 均厚約820 m)以及下白堊統(tǒng)大寺組(K1)火山熔巖?火山碎屑巖(溢流?火山沉積相, 均厚約1950 m), 大寺期末, 火山活動逐漸減弱至停止?；鹕絿姲l(fā)初期堆積的火山角礫巖中, 攜帶了大量更早時期形成的剛性巖石角礫; 火山噴發(fā)同期或之后, 盆地發(fā)生斷裂作用, 并產(chǎn)出安山玢巖、流紋斑巖和花崗斑巖等次火山巖; 隨著火山的噴發(fā), 盆地亦逐漸斷陷沉降?，F(xiàn)今盆地地表主要被靈鄉(xiāng)組和大寺組覆蓋, 在盆地西部表現(xiàn)為南北向正地形(其間殘存大量串珠式展布的火山機(jī)構(gòu)), 東部則沿北東向靈鄉(xiāng)斷裂呈帶狀分布(目前該帶無確定火山機(jī)構(gòu)報(bào)道); 馬架山組地層主要在盆地東南緣一帶出露(圖1b; 陳公信等, 1996; 湖北省鄂東南地質(zhì)大隊(duì), 2014), 在盆地西部眾火山口之下也均有出現(xiàn)(李雄偉等, 2014)。

1. 下白堊統(tǒng)?第四系泥砂巖及黏土等沉積物; 2. 下白堊統(tǒng)大寺組火山熔巖?碎屑巖夾沉積碎屑巖; 3. 下白堊統(tǒng)靈鄉(xiāng)組沉積碎屑巖?火山熔巖; 4. 上侏羅統(tǒng)馬架山組火山角礫巖?熔巖; 5. 上三疊統(tǒng)?中侏羅統(tǒng)頁巖、粉砂巖; 6. 中三疊統(tǒng)粉砂巖夾灰?guī)r; 7. 下中三疊統(tǒng)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r; 8. 二疊系灰?guī)r、硅質(zhì)頁巖; 9. 志留系?石炭系粉砂巖、灰?guī)r; 10. 寒武系?奧陶系灰?guī)r夾頁巖; 11. 前寒武紀(jì)基底; 12. 新生代溢流玄武巖; 13. 晚中生代花崗閃長斑巖為主體; 14. 晚中生代花崗巖?石英二長巖為主體; 15. 晚中生代石英閃長巖?石英二長/正長巖為主體; 16. 盆地西部已知的大型火山機(jī)構(gòu); 17. 盆地西部已知的小型火山機(jī)構(gòu)。

3 礦區(qū)地質(zhì)特征

雞冠嘴礦床位于金牛火山盆地東緣和銅綠山石英二長閃長(玢)巖小巖體交界處(圖1b), 是鄂東南地區(qū)重要的矽卡巖型銅金礦床(柯于富等, 2014; Tian et al., 2019)。區(qū)內(nèi)地層由老到新主要為: 中下三疊統(tǒng)嘉陵江組(T1-2)白云巖、(白云質(zhì))灰?guī)r(巖體和礦體附近已變質(zhì)為白云石/質(zhì)大理巖, 礦床主要賦礦層), 中三疊統(tǒng)蒲圻組(T2)肉紅色?淺紅色石英砂巖?粉砂巖、黑色泥質(zhì)巖(砂巖?粉砂巖多發(fā)育浸染狀黃鐵礦化, 泥質(zhì)巖發(fā)育鉀長石?碳酸鹽?黃鐵礦團(tuán)塊、發(fā)生褪色化和弱變質(zhì)), 上侏羅統(tǒng)馬架山組(J3)紅褐色或灰綠色火山角礫巖夾凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)粉砂巖?泥質(zhì)巖, 下白堊統(tǒng)靈鄉(xiāng)組(K1)安玄巖、玄武巖夾凝灰?guī)r以及第四系(Q)沉積物(柯于富等, 2014; 本文編錄結(jié)果)。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育4個褶皺(圖2a)和3個斷裂/層(圖2a中F1、F2和圖3中F3), 疊加于3個NNW向隱伏褶皺之上的NNE向隱伏背斜其核部及南東翼的大部分已被巖體所侵占, 巖體侵位造成的隱伏逆斷層F3使其北西翼局部較老的嘉陵江組侵覆于較新的蒲圻組之上(圖2、3; 柯于富等, 2014)。

除后期零星分布的安山玢巖脈, 礦區(qū)巖漿巖主要包括閃長玢巖、石英閃長巖、閃長巖及石英二長閃長巖4種, 根據(jù)巖體侵位、蝕變及礦化組合(柯于富等, 2014; 張偉, 2015; Tian et al., 2019; 本文編錄結(jié)果)可分為3類: ①閃長玢巖和石英閃長巖(圖4a～d): 雞冠嘴礦床的主要致礦巖體, 侵入NNE向背斜北西翼大理巖或砂巖、泥質(zhì)巖層間(圖3), 已發(fā)生廣泛的強(qiáng)鉀化、鈉化、黏土化、碳酸鹽化、絹云母化和黃鐵礦化; 接觸帶周圍, 巖體與圍巖較破碎且被后期的碳酸鹽(?石英?絹云母)?黃鐵礦?黃銅礦充填膠結(jié); 局部發(fā)育強(qiáng)或弱的石榴石、陽起石矽卡巖化和黃銅礦、黃鐵礦化, 且偶見交代矽卡巖礦物的半自形?它形浸染狀磁鐵礦。②閃長巖(圖4e、f): 在NNE向背斜核部以巖墻形式侵位(圖3), 發(fā)生強(qiáng)黏土化、絹云母化, 局部發(fā)育碳酸鹽(?石英)?黃鐵礦(?黃銅礦)脈且脈兩側(cè)可見鉀化現(xiàn)象, 與圍巖接觸帶較破碎, 偶見綠泥石化和黃銅礦、黃鐵礦化及星點(diǎn)分布的輝鉬礦。③石英二長閃長巖(圖4g、h): 區(qū)內(nèi)僅偶見于東南部深處, 整體較新鮮, 與毗鄰的桃花嘴矽卡巖型銅金鐵礦床和銅綠山矽卡巖型銅鐵金礦床的巖體巖性特征類似(曹忠等, 2005; Xie et al., 2011c; 張世濤等, 2017), 推測屬于銅綠山小巖體的一部分。

1. 第四系沉積物; 2. 下白堊統(tǒng)靈鄉(xiāng)組安玄巖、玄武巖夾凝灰?guī)r; 3. 上侏羅統(tǒng)馬架山組火山角礫巖夾凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)粉砂?泥質(zhì)巖; 4. 中三疊統(tǒng)蒲圻組石英粉砂巖?砂巖、泥質(zhì)巖; 5. 中下三疊統(tǒng)嘉陵江組白云巖、(白云質(zhì))灰?guī)r; 6. 安山玢巖脈; 7. 閃長巖; 8. 石英閃長巖; 9. 石英二長閃長巖; 10. 鐵帽; 11. 雞冠山斷裂帶; 12. 斷層; 13. 隱伏背斜; 14. 隱伏向斜; 15. 勘探線及鉆孔(黑色實(shí)線圈表示本文編錄的鉆孔, 其中白色實(shí)心圈表示該鉆孔揭露了火山角礫巖)。

(a)、(b) 強(qiáng)鉀化的閃長玢巖, 被方解石?石英?黃銅礦?黃鐵礦脈交代, 斑狀結(jié)構(gòu), 斜長石斑晶已強(qiáng)碳酸鹽化、黏土化和絹云母化, 角閃石斑晶已完全黑云母化和黏土化, 僅剩輪廓, 基質(zhì)為細(xì)粒的長英質(zhì); (c)、(d) 強(qiáng)鉀化的石英閃長巖, 被方解石?石英?黃鐵礦脈交代, 細(xì)粒近等粒結(jié)構(gòu), 斜長石和鉀長石發(fā)生黏土化, 角閃石已完全黑云母化和綠泥石化; (e)、(f) 局部鉀化的閃長巖, 可見后期方解石細(xì)脈和充填在裂隙中的黃鐵礦, 細(xì)粒近等粒結(jié)構(gòu), 斜長石已完全黏土化僅剩輪廓, 角閃石已完全黑云母化; (g)、(h) 較新鮮的石英二長閃長巖, 似斑狀結(jié)構(gòu)。礦物代號: Amp. 角閃石; Ap. 磷灰石; Bt. 黑云母; Cal. 方解石; Chl. 綠泥石; Cly. 黏土礦物; Kfs. 鉀長石; Pl. 斜長石; Q. 石英; Ser. 絹云母; Spn. 榍石; Cpy. 黃銅礦; Py. 黃鐵礦。

4 礦區(qū)火山角礫巖及角礫整體特征

4.1 火山角礫巖空間產(chǎn)狀

盡管火山角礫巖中夾有少量沉積作用形成的凝灰質(zhì)粉砂巖?泥質(zhì)巖, 區(qū)內(nèi)上侏羅統(tǒng)馬架山組主體為火山噴發(fā)和堆積作用形成的紅褐色火山角礫巖?凝灰?guī)r和灰綠色火山角礫巖?凝灰?guī)r(火山角礫巖與凝灰?guī)r的火山灰成分一致, 差別僅為角礫相對含量不同), 且兩種顏色在鉆孔中交替出現(xiàn), 具有旋回性(圖5a、b)。因此, 區(qū)內(nèi)馬架山組的整體空間產(chǎn)狀及厚度變化可近似代表該區(qū)火山角礫巖?凝灰?guī)r的空間分布特征。礦區(qū)馬架山組主要分布在北西部, 地表呈NNE向帶狀出露, 地下主要角度不整合覆蓋于NNE向背斜北西翼的嘉陵江組、蒲圻組及礦區(qū)巖體之上, 隱伏于靈鄉(xiāng)組和第四系之下(圖2、3)。該組地層上界面自東向西、由淺及深逐漸變緩, 傾向NNW-NW; 下界面產(chǎn)狀則隨下伏地質(zhì)體產(chǎn)狀的變化而變化。不同鉆孔馬架山組的厚度不同, 變化范圍約為100～500 m, 且自東向西逐漸變厚(即自盆地邊緣向盆地中心逐漸變厚)。另外, 在28線ZK02811(圖3)豎直鉆孔深部較老的嘉陵江組大理巖之下見較新的馬架山組(標(biāo)高約–1200～–1320 m)和蒲圻組, 推測是火山盆地邊緣斷陷作用造成的同一垂直方向上地層重復(fù)(柯于富等, 2014)。

(a)、(b) 灰綠色及紅褐色火山角礫巖; (c)～(e) 火山角礫巖中可見各種類型的剛性角礫; (f) 安山玢巖; (g) 閃長玢巖; (h) 黑云母閃長玢巖; (i) 石英閃長巖; (j) 黑云母花崗閃長巖; (k) 黑云母石英正長巖。礦物代號: Amp. 角閃石; Ap. 磷灰石; Bt. 黑云母; Cal. 方解石; Chl. 綠泥石; Cly. 黏土礦物; Kfs. 鉀長石; Pl. 斜長石; Q. 石英; Ser. 絹云母; Spn. 榍石; Mag. 磁鐵礦。

4.2 火山角礫巖物質(zhì)組成

雞冠嘴礦區(qū)馬架山組火山角礫巖主要由火山碎屑物組成, 基本未見熔巖物質(zhì); 按內(nèi)部組分特征和粒度大小, 這些火山碎屑物可分為巖屑角礫(35%～45%)、晶屑或玻屑碎屑(30%～35%)和火山灰(20%～35%)。巖屑角礫包括各種粒徑大于2 mm的剛性巖石和礦石角礫, 主要為灰?guī)r/大理巖、泥砂巖、巖漿巖等巖石角礫和赤鐵礦磁鐵礦礦石角礫, 其中, 灰?guī)r/大理巖、泥砂巖角礫最多, 占巖屑角礫的70%以上, 巖漿巖角礫次之, 赤鐵礦磁鐵礦礦石角礫僅偶見。晶體碎屑均為毫米級大小, 主要為尖棱角、形狀不規(guī)則的石英和長石, 偶見黑云母, 可見長石晶屑保留雙晶特征和黑云母邊部顏色較深, 體現(xiàn)典型的火山噴發(fā)晶屑特點(diǎn)(常麗華等, 2009); 火山玻璃碎屑偶見, 呈半塑性或透鏡狀, 見梳狀脫玻結(jié)構(gòu)。火山灰主要為紅褐色或灰綠色凝灰質(zhì), 對應(yīng)膠結(jié)角礫與碎屑組成紅褐色火山角礫巖和灰綠色火山角礫巖(以及火山角礫巖之間所夾的灰綠色和紅褐色凝灰?guī)r), 已基本碳酸鹽化。

4.3 火山碎屑物分布特點(diǎn)

在不同空間位置的火山角礫巖中, 各種巖屑角礫隨機(jī)出現(xiàn)、沒有明顯的分布規(guī)律, 且排列雜亂、無定向性; 小范圍內(nèi)可同時出現(xiàn)多種不同巖性的巖漿巖角礫(圖5c、d)。長英質(zhì)晶屑主要見于紅褐色火山角礫巖中, 且在顯微尺度下表現(xiàn)出弱定向性, 黑云母晶屑出現(xiàn)略微彎曲, 反映紅褐色火山角礫巖在未固結(jié)時僅發(fā)生了微弱的流動。

4.4 巖屑角礫粒度及形態(tài)

各巖屑角礫大小不一, 超過30%的粒徑在厘米甚至數(shù)十厘米級別。個別灰?guī)r/大理巖角礫可達(dá)20 cm, 巖漿巖角礫主要為5～10 cm, 泥砂巖角礫和赤鐵礦磁鐵礦礦石角礫以1～5 cm為主; 在各種大角礫周圍, 可見同種或不同種更小粒徑的角礫。大部分巖石角礫呈不規(guī)則塊狀, 保存完整、棱角分明、表面無磨光, 不少可見典型的弧形炸裂面(圖5d中泥砂巖角礫), 一些角礫(尤其是灰?guī)r/大理巖角礫)邊緣發(fā)生交代現(xiàn)象、較渾圓; 各巖石角礫與周圍其他碎屑物、膠結(jié)物緊密接觸, 接觸界線在手標(biāo)本和鏡下尺度均較清晰截然, 一些界線縫隙中充填了后期結(jié)晶的方解石; 少許巖石角礫已破碎并和周圍碎屑物、膠結(jié)物一起被方解石?黃鐵礦充填交代。赤鐵礦磁鐵礦礦石角礫分兩種情況, 一種偶見于紅褐色火山角礫巖中, 為較完整的剛性粒狀碎塊, 與周圍碎屑物及膠結(jié)物較截然接觸(圖6a); 另一種偶見于灰綠色火山角礫巖中, 呈它形碎塊, 邊緣因受到不同程度的交代而呈現(xiàn)明顯的溶蝕結(jié)構(gòu)(圖6d)。

5 巖漿巖角礫及礦石角礫的特征

5.1 樣品采集及研究方法

本文選取雞冠嘴礦區(qū)24～32勘探線共16個較全面揭露各時代地層、各類型巖體和礦體且保存較好的鉆孔(總長超過15000 m)開展系統(tǒng)的巖心編錄, 并挑選代表樣品進(jìn)行室內(nèi)研究。在礦區(qū)鉆孔編錄過程中, 針對巖漿巖角礫, 采集火山角礫巖中出現(xiàn)的所有不同顏色、礦物組合和結(jié)構(gòu)構(gòu)造的巖漿巖角礫各1～3塊, 采集雞冠嘴礦床不同巖性和蝕變特征的巖體各1～3塊; 挑選代表性巖漿巖角礫和礦區(qū)巖體樣品磨制光薄片并進(jìn)行巖相學(xué)觀察, 對比它們的巖性與蝕變類型異同點(diǎn)。針對赤鐵礦磁鐵礦礦石, 采集紅褐色火山角礫巖中較完整的剛性碎塊狀赤鐵礦磁鐵礦礦石角礫2塊(ZK0327-5和ZK0327-16; 圖6a～d)、灰綠色火山角礫巖中邊緣被明顯溶蝕的它形碎塊狀赤鐵礦磁鐵礦礦石角礫1塊(ZK0287-50; 圖6g～i), 采集雞冠嘴礦床矽卡巖礦體中浸染狀磁鐵礦礦石1塊(ZK02619-142; 圖6j～k)。將4塊樣品切塊制成環(huán)氧樹脂靶, 在反光鏡下觀察后噴碳, 在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用JAX-8230型電子探針顯微分析儀(EPMA)開展BSE圖像觀察, 并選擇相對新鮮的磁鐵礦測試主量元素。測試前, 使用下述標(biāo)樣進(jìn)行元素校正: 磁鐵礦(Fe)、金紅石(Ti)、鈉長石(Si)、薔薇輝石(Mn)、鐵鋁榴石(Al)、橄欖石(Mg)、鉻氧化物(Cr)、鉻輝石(Ca)和鎳金屬(Ni); 測試時, 儀器加速電壓為15 kV, 電流20 nA, 束斑直徑1 μm, 單點(diǎn)平均測試時間4 分鐘;獲取數(shù)據(jù)后, 根據(jù)陽離子法計(jì)算將化學(xué)通式標(biāo)準(zhǔn)化為24個O原子并使用ZAF校正程序進(jìn)行校正。另選擇礦石的代表性樣品磨制光薄片進(jìn)行脈石礦物觀察。

5.2 巖漿巖角礫巖性與蝕變特征

通過統(tǒng)計(jì), 鉆孔火山角礫巖包含的巖漿巖角礫共計(jì)4類6種, 分別為次火山巖類(安山玢巖)、閃長玢巖類(閃長玢巖、黑云母閃長玢巖)、閃長巖類(石英閃長巖、黑云母花崗閃長巖)和正長巖類(黑云母石英正長巖), 具體特征見表1。其中, 閃長巖類和閃長玢巖類角礫相對較多, 次火山巖類和正長巖類較少見。無論角礫本身是否完整或已破碎, 各巖漿巖角礫內(nèi)部均已發(fā)生不同程度的蝕變, 且整個礦區(qū)不同空間位置相同巖性角礫的蝕變組合基本相同。除了表1總結(jié)的各種巖性和蝕變特征的巖漿巖角礫之外, 在30、32線鉆孔紅褐色和灰綠色火山角礫巖中還出現(xiàn)了多個強(qiáng)硅化的巖漿巖角礫(本身巖性因強(qiáng)蝕變已無法鑒定)(圖7)。

5.3 礦石角礫組構(gòu)及成分特征

綜合手標(biāo)本物理性質(zhì)、反光鏡下與BSE圖像組構(gòu)特點(diǎn), 總結(jié)了火山角礫巖中兩種類型的赤鐵礦磁鐵礦礦石角礫和雞冠嘴礦床的磁鐵礦礦石特征(表2)。從表2可以看出, 火山角礫巖的兩種礦石角礫, 磁鐵礦單晶形態(tài)基本相同, 均為半自形粒狀, 僅赤鐵礦化和褐鐵礦(針鐵礦)化程度不同, 脈石礦物組合及其與磁鐵礦的穿切關(guān)系也基本相同。因此, 可以認(rèn)為火山角礫巖中兩種礦石是同種磁鐵礦礦石, 只是后期蝕變或氧化程度不同。其中, ZK0327-5代表的磁鐵礦(圖6a～c)蝕變程度最低, 石英、方解石、蛇紋石等呈脈狀充填交代磁鐵礦間隙, 或在磁鐵礦內(nèi)部交代生成不規(guī)則孔洞; 沿磁鐵礦邊部和內(nèi)部孔洞周邊, 生成后期的赤鐵礦和褐鐵礦。ZK0327-16樣品中的磁鐵礦保留磁鐵礦晶形, 但呈現(xiàn)赤鐵礦的光學(xué)特征, 部分完全褐鐵礦化成為隱晶質(zhì)鐵質(zhì)(圖6d～f)。ZK0287-50樣品中磁鐵礦發(fā)生了相對最強(qiáng)的蝕變或氧化, 已完全針鐵礦化(顯晶質(zhì)的褐鐵礦)(圖6g～i)。由于很難推測火山角礫巖中的磁鐵礦是在何時何地發(fā)生的蝕變或氧化, 因此, 這些樣品中相對新鮮的磁鐵礦(如ZK0327-5樣品中的磁鐵礦), 其成分才具有指示意義。

圖6 雞冠嘴礦區(qū)火山角礫巖中赤鐵礦磁鐵礦礦石角礫和礦體中磁鐵礦礦石手標(biāo)本、反光鏡下及BSE圖像特征

在ZK0327-5合適點(diǎn)位(部分測試點(diǎn)標(biāo)記見圖6)開展磁鐵礦主量元素電子探針測試, 結(jié)果見表3。按0.01%的元素檢出限計(jì)算出各氧化物檢出限, 所有測試點(diǎn)的CaO、Cr2O3和NiO含量都低于或非常接近檢出限, 本文不進(jìn)行討論。測試結(jié)果表明, 礦石角礫中的新鮮磁鐵礦具有明顯高的MgO(1.99%～2.31%)和FeOT(90.20%～91.37%)含量, 明顯低的TiO2(基本低于檢出限即0.017%)和SiO2(均低于檢出限即0.021%)含量。

5.4 與礦區(qū)巖體及磁鐵礦對比

將巖漿巖角礫與區(qū)內(nèi)巖體進(jìn)行對比, 明顯發(fā)現(xiàn)角礫中出現(xiàn)的巖性更多樣, 并出現(xiàn)了正長巖, 此類堿性巖在雞冠嘴礦區(qū)并未發(fā)現(xiàn); 角礫中還出現(xiàn)了暗色造巖礦物以黑云母為主、更偏酸性的黑云母閃長玢巖、黑云母花崗閃長巖和黑云母石英正長巖, 而雞冠嘴礦區(qū)各種巖體的暗色造巖礦物均以角閃石為主, 即使是區(qū)內(nèi)最新鮮的石英二長閃長巖(圖4g～h)也基本看不到自形片狀的黑云母單晶。與區(qū)內(nèi)巖體蝕變特征對比, 巖漿巖角礫除了石英閃長巖, 其他角礫并未出現(xiàn)雞冠嘴致礦巖體廣泛發(fā)育的面狀鉀化; 除了安山玢巖和閃長玢巖角礫可見細(xì)小零星的黃鐵礦顆粒, 其他角礫均未出現(xiàn)矽卡巖化和雞冠嘴礦區(qū)廣泛發(fā)育的黃鐵礦化、黃銅礦化; 另外, 巖漿巖角礫中出現(xiàn)的強(qiáng)硅化在雞冠嘴礦區(qū)也未發(fā)現(xiàn)。雞冠嘴礦床本身的磁鐵礦較少, 多以半自形?它形充填或交代石榴石等矽卡巖礦物, 其邊部基本發(fā)生赤鐵礦化, 內(nèi)部則比較均一(圖6j～k、圖7、表2)。電子探針測試結(jié)果表明, 雞冠嘴礦床礦體磁鐵礦的MgO含量在0.25%～2.15%之間, TiO2含量在0.23%～ 0.30%之間, FeOT含量在85.19%～91.05%之間, 均在典型的矽卡巖型礦床磁鐵礦元素含量范圍內(nèi)(王敏芳, 2014); 相比之下, 火山角礫巖中礦石角礫的磁鐵礦結(jié)晶程度高、自形程度更好, 且MgO含量明顯更高。

(a) 灰綠色火山角礫巖中的強(qiáng)硅化巖漿巖角礫, 采自ZK0307標(biāo)高約–152 m; (b) 紅褐色火山角礫巖中的強(qiáng)硅化巖漿巖角礫, 采自ZK0326標(biāo)高約–239 m; (c) 強(qiáng)硅化巖漿巖角礫顯微鏡下正交偏光照片, 白色虛線表示角礫邊界, 采自ZK0327標(biāo)高約–116 m, 可見硅化石英交代巖體形成的界線, 強(qiáng)硅化巖體呈斑狀結(jié)構(gòu), 原巖組成已難辨, 但可見其中斜長石斑晶絹云母化, 基質(zhì)已硅化形成細(xì)顆粒的石英。礦物代號: Bt. 黑云母; Cal. 方解石; Pl. 斜長石; Q. 石英; Ser. 絹云母。

6 對金牛盆地深部成巖成礦作用的指示

6.1 角礫受后期改造作用分析

盡管雞冠嘴礦區(qū)馬架山組火山角礫巖中的各種角礫來源于金牛火山盆地深部, 但其噴發(fā)至地表后可能會經(jīng)受后期的地質(zhì)改造作用, 特征也會隨之發(fā)生改變。因此在探討前, 首先要明確角礫是否遭受了后期明顯的地質(zhì)改造。

區(qū)域地質(zhì)演化史表明, 早白堊世之后, 鄂東南地區(qū)的構(gòu)造?巖漿活動逐漸趨于寧靜, 這意味著在金牛盆地火山噴發(fā)之后, 整個區(qū)域不再發(fā)生較強(qiáng)的地質(zhì)運(yùn)動。雞冠嘴礦區(qū)內(nèi), 火山角礫巖的產(chǎn)狀不受區(qū)內(nèi)褶皺控制而與盆地邊緣形態(tài)有關(guān)?；鹕浇堑[巖直接不整合覆蓋于各巖體之上, 區(qū)內(nèi)因巖體侵位形成的F3斷層也并未延伸到火山角礫巖中(圖3), 說明火山角礫巖堆積時區(qū)內(nèi)巖體已基本完成了侵位與冷凝。這些說明礦區(qū)尺度的構(gòu)造?巖漿活動對火山角礫巖的影響也較小。

就火山角礫巖中角礫本身而言, 各種巖屑角礫呈剛性而非塑性、形狀各異、見典型弧形炸裂面、無明顯分選和磨圓、分布雜亂無定向性, 且與其他碎屑、火山灰緊密包裹, 表明它們一起自地下噴發(fā)至地表后沒有經(jīng)歷長時間的搬運(yùn)。各類巖屑角礫與周圍物質(zhì)接觸關(guān)系較截然, 其中泥砂巖角礫與周圍物質(zhì)界線最清晰(圖5d), 可能與其化學(xué)穩(wěn)定性有關(guān); 由于灰?guī)r/大理巖角礫更易與周圍物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng), 有些邊界因此變得較渾圓; 部分角礫與周圍物質(zhì)接觸部位被后期結(jié)晶方解石填充(圖7a); 少量被后期方解石(?黃鐵礦)脈交代或充填裂隙的巖漿巖角礫, 粒徑都為毫米級別、相對較小, 且多出現(xiàn)于灰綠色火山角礫巖中(比紅褐色火山角礫巖更偏還原性、相對不穩(wěn)定; 常麗華等, 2009); 邊界被周圍物質(zhì)交代溶蝕的礦石角礫, 其赤鐵礦和褐鐵礦化程度也更強(qiáng), 說明角礫堆積后受到了一定程度的蝕變或氧化。以上特點(diǎn)均反映火山角礫在后期埋藏、壓實(shí)等階段受到了交代或蝕變作用, 但程度較低, 并未改變其基本造巖礦物組合; 角礫的各種較低溫的蝕變?nèi)缃佋颇富⑻妓猁}化、黏土化、蛇紋石化等可能是在后期形成的。

6.2 角礫來源方位及深度探討

盡管可以確定雞冠嘴礦區(qū)火山角礫巖中的各種角礫來自于西側(cè)金?；鹕脚璧厣畈? 但它們具體來自于盆地的哪個方位、對應(yīng)原巖位置有多深, 目前很難給出確切的答案。前人對金?；鹕脚璧匚鞑康幕鹕綑C(jī)構(gòu)分布情況開展了詳細(xì)的調(diào)研(李雄偉等, 2009), 但東部尚未有相關(guān)的報(bào)道。根據(jù)李雄偉等(2014)繪制的金牛盆地火山機(jī)構(gòu)分布圖, 在盆地西部深部也出現(xiàn)了馬架山組火山角礫巖(但未提供對應(yīng)的編錄證據(jù)), 因此, 如果金牛盆地東部沒有火山機(jī)構(gòu), 雞冠嘴礦區(qū)的火山角礫巖應(yīng)是盆地西部一系列火山口噴出的產(chǎn)物; 但若金牛盆地東部存在火山機(jī)構(gòu), 那么這些角礫巖更傾向噴發(fā)自東部的火山口, 而不是西部20公里之外的火山口, 這樣更符合火山角礫巖一般在火山口附近堆積的特點(diǎn)(Fisher and Schmincke, 1984)。金牛盆地東部沿靈鄉(xiāng)斷裂分布的火山巖地層呈現(xiàn)中間新(大寺組)、兩邊老(靈鄉(xiāng)組和馬架山組)的特點(diǎn)(圖1), 如果該斷裂后期沒有發(fā)育向斜構(gòu)造, 斷裂中軸很有可能存在火山口, 但這需要通過測量斷裂中軸兩側(cè)地層的傾向、傾角以及開展區(qū)域火山機(jī)構(gòu)填圖才能進(jìn)一步判斷。至于角礫源區(qū)的深度, 綜合考慮盆地噴發(fā)火山巖的總厚度以及火山盆地在形成同期及期后還發(fā)生了斷陷沉降作用, 這些角礫的源區(qū)可能在現(xiàn)今地表千米甚至幾千米以下。

表2 雞冠嘴礦區(qū)馬架山組火山角礫巖中赤鐵礦磁鐵礦礦石角礫與礦床礦體中磁鐵礦礦石組構(gòu)特征

表3 雞冠嘴礦區(qū)火山角礫巖中赤鐵礦磁鐵礦礦石角礫中磁鐵礦及磁鐵礦礦石中磁鐵礦的電子探針測試結(jié)果(%)

6.3 對深部成巖成礦指示探討

6.3.1 深部巖石類型

根據(jù)火山角礫巖中巖屑角礫的種類可以推斷, 金?；鹕脚璧鼐藓窕鹕綆r之下, 不僅存在一定規(guī)模的泥砂巖和灰?guī)r/大理巖等沉積巖/變質(zhì)巖, 還存在種類豐富的中酸性次火山巖和侵入巖, 包括安山玢巖、(黑云母)閃長玢巖、石英閃長巖、黑云母花崗閃長巖和黑云母石英正長巖等, 火山角礫巖中各種巖漿巖角礫的相對含量表明, 深部巖體可能以偏中性的閃長巖類為主, 偏酸性的花崗閃長巖次之, 偏堿性的正長巖最少。根據(jù)2014年湖北省鄂東南地質(zhì)大隊(duì)1∶10000較新的填圖結(jié)果, 鄂東南區(qū)域地表自北向南出露的六大雜巖體中, 鄂城巖體以斑狀石英二長巖、石英二長巖、花崗斑巖和花崗巖為主, 西側(cè)邊部見少量正長閃長巖和閃長巖; 鐵山巖體以正長閃長巖、透輝石正長閃長巖和石英正長閃長玢巖為主, 東部見少量斑狀花崗閃長巖和黑云母透輝石閃長巖; 金山店(包括毗鄰相連的王豹山)巖體以石英正長閃長巖、閃長玢巖為主, 南部見少量正長閃長巖; 靈鄉(xiāng)巖體以閃長玢巖和花崗斑巖為主, 東部見少量花崗閃長斑巖; 陽新巖體和殷祖巖體巖性較單一, 前者以石英正長閃長巖為主, 后者以黑云母石英正長閃長巖為主。對比之下, 金牛盆地深部的巖性組合與靈鄉(xiāng)、鄂城、金山店雜巖體的巖性組合具有一定的相似性。

6.3.2 深部蝕變類型

如前文所述, 區(qū)內(nèi)火山角礫巖中, 各種巖漿巖角礫基本均發(fā)生了絹云母化、黏土化、綠泥石化和碳酸鹽化等較低溫的蝕變, 這些蝕變可能在源區(qū)已經(jīng)發(fā)育, 也有可能受后期地質(zhì)改造作用形成, 因此本文不予討論。少量石英閃長巖角礫發(fā)生了鉀化和部分巖漿巖角礫甚至發(fā)生了強(qiáng)硅化, 說明金?；鹕脚璧厣畈堪l(fā)生過一定規(guī)模的熱液活動。各種角礫并未出現(xiàn)雞冠嘴矽卡巖型銅金礦床廣泛發(fā)育的面狀鉀化、黃鐵礦化和黃銅礦化, 說明金?；鹕脚璧厣畈靠赡苋狈︻愃齐u冠嘴的銅金礦化及相關(guān)蝕變。另外, 本次研究的灰?guī)r/大理巖、泥砂巖等其他巖石類型角礫中并未見典型的矽卡巖化, 但由于矽卡巖主要產(chǎn)生于巖體與碳酸鹽地層的接觸帶, 因此不能否定深部矽卡巖蝕變與礦化的存在。

6.3.3 深部礦化類型

火山角礫巖中出現(xiàn)了少量的赤鐵礦磁鐵礦礦石角礫, 指示盆地深部可能存在一定規(guī)模的鐵礦體。礦石角礫中較新鮮磁鐵礦的主量元素成分表明, 其MgO含量(1.99%～2.31%)比火山沉積礦床、區(qū)域變質(zhì)礦床和玢巖型礦床磁鐵礦的標(biāo)型MgO含量(0～0.55%;王敏芳等, 2014)高出近2%; TiO2含量(0.017%, 基本低于檢出限)也遠(yuǎn)低于巖漿礦床磁鐵礦的標(biāo)型TiO2含量(0.58%～21.72%; 王敏芳等, 2014); 在TiO2-Al2O3- (MgO+MnO)三角圖解中, 則均投點(diǎn)在矽卡巖型磁鐵礦成因區(qū)域(圖8); 從圖1b可以發(fā)現(xiàn), 鄂東南地區(qū)矽卡巖型鐵礦床的空間分布具有規(guī)律性, 即主要出現(xiàn)在區(qū)域西側(cè)各巖體與碳酸鹽巖的接觸帶周圍; 前文已經(jīng)推測金牛火山盆地深部存在一定規(guī)模的巖體與碳酸鹽巖, 因此, 金牛盆地深部也很有可能發(fā)育矽卡巖型鐵礦化。

程潮矽卡巖型鐵礦床磁鐵礦數(shù)據(jù)來自謝桂青等, 2016; 銅綠山鐵銅金礦床磁鐵礦數(shù)據(jù)來自邵輝等, 2020。

由于火山角礫巖直接覆蓋于雞冠嘴礦床之上, 本文選擇雞冠嘴矽卡巖型銅金礦床(磁鐵礦較少)和其毗鄰的銅綠山大型矽卡巖型鐵銅金礦床, 以及區(qū)域最典型的程潮大型矽卡巖型鐵礦床(謝桂青等, 2016)的磁鐵礦與之對比?；鹕浇堑[巖中的磁鐵礦相對于這三個礦床矽卡巖型磁鐵礦更富MgO(圖8), 可能與碳酸鹽巖圍巖富鎂有關(guān), 這與鄂東南地區(qū)中部廣泛沉積的下中三疊統(tǒng)灰?guī)r、白云巖(圖1b)富鎂具有對應(yīng)關(guān)系。但是, 由于本次研究在所有角礫中未見矽卡巖蝕變, 盆地深部矽卡巖鐵礦化的規(guī)模大小仍難以判斷。

7 結(jié) 論

(1) 通過系統(tǒng)的巖心編錄、鏡下觀察與成分測試, 發(fā)現(xiàn)雞冠嘴銅金礦區(qū)的上侏羅統(tǒng)馬架山組火山角礫巖中包含了豐富的巖屑角礫和少量的赤鐵礦磁鐵礦礦石角礫; 火山角礫巖的時空分布及其中角礫的粒度、形態(tài)、分布、成分等特點(diǎn)表明它們自火山噴發(fā)后, 并未遭受較強(qiáng)的后期地質(zhì)改造作用。根據(jù)角礫來源和方位判斷, 這些火山角礫可能來源于礦床西側(cè)的金牛盆地深部千米及千米以下。

(2) 通過歸納火山角礫巖中各種角礫的巖性和礦化特征, 得出金?；鹕脚璧厣畈砍擞心嗌皫r、灰?guī)r/大理巖等沉積/變質(zhì)巖, 還應(yīng)存在一定規(guī)模的安山玢巖、(黑云母)閃長玢巖、石英閃長巖、黑云母花崗閃長巖和黑云母石英正長巖等巖漿巖, 且?guī)r性組合特征類似地表出露的靈鄉(xiāng)、鄂城、金山店等雜巖體; 盆地深部存在局部鉀化和強(qiáng)硅化等熱液蝕變; 且在盆地深部巖體與富鎂碳酸鹽巖的接觸帶, 可能存在矽卡巖型鐵礦化, 但規(guī)模難以判斷。

(3) 金牛盆地下一步找礦勘查可優(yōu)先考慮開展盆地東部的火山機(jī)構(gòu)調(diào)研工作, 另一方面建議開展或重新審視盆地深部的物探工作, 關(guān)注深部是否存在與周圍已發(fā)現(xiàn)矽卡巖型鐵礦床類似的地球物理異常。

致謝:感謝湖北省地質(zhì)調(diào)查院和湖北省地質(zhì)局第一地質(zhì)大隊(duì)在野外工作中給予的支持和幫助; 感謝中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)韓金生教授和匿名審稿人提出的建設(shè)性審稿意見和建議。

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Types of Igneous Rocks and Ores Deep in the Jinniu Volcanic Basin, Southeastern Hubei Province, China: Indications from the Volcanic Breccia in the Jiguanzui Ore District

CHENG Jiamin1, 2, CHEN Huayong1, 2, 3, 4*, ZHANG Yu5, TIAN Jing1, 2, ZHANG Shitao6, CHU Gaobin1, 3, 4

(1. CAS Key Laboratory of Mineralogy and Metallogeny, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, Guangdong, China; 2. College of Earth and Planetary Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. CAS Center for Excellence in Deep Earth Science, Guangzhou 510640, Guangdong, China; 4. Guangdong Provincial Key Laboratory of Mineral Physics and Materials, Guangzhou 510640, Guangdong, China; 5. School of Geosciences and Info-Physics, Central South University, Changsha 410083, Hunan, China; 6. State Key Laboratory of Continental Dynamics, Northwest University, Xi’an 710069, Shaanxi, China)

In order to reduce the uncertainty and improve the efficiency of deep mineral exploration, it is necessary to explore new approaches to obtain more geological information in deeper depth. This study attempts to use volcanic breccia to indicate geological features of deeper depth and guide related mineral exploration in areas covered by volcanic rocks. Through detailed core logging, petrographic observation and electronic probe microanalysis (EPMA), we found that the volcanic breccia of the Upper Jurassic Majiashan Formation, which covers the Jiguanzui copper-gold deposit in the eastern margin of the Jinniu volcanic basin, the southeastern Hubei province, consists of sedimentary/metamorphic rock breccias including mud sandstone, limestone/marble, etc., different igneous rock breccias and massive hematite-magnetite ore breccias. The igneous rock breccias include sub-volcanic rocks (andesite porphyrites), diorite porphyrites (diorite porphyrites, biotite diorite porphyrites), diorites (quartz diorites, biotite granodiorites) and syenites (biotite quartz syenites). The fresh magnetites in the hematite-magnetite ore breccias show significantly high MgO contents (1.99% – 2.31%) and cluster in the skarn-type field of the TiO2-Al2O3-(MgO+MnO) triangle diagram. Compared these breccias to those in the Jiguanzui ore district and the southeastern Hubei region, it is believed that there are relatively more diorites and some acidic rocks in the deep part of the basin, and the lithology in the depth should resemble the complex rock mass exposed in Lingxiang, Echeng and Jinshandian. Hydrothermal alteration such as potassic alteration and silicification possibly developed, it is very likely to discover skarn-type iron deposits related to magnesium-rich carbonate rocks, but less likely to discover skarn-type copper-gold deposits resemble the Jiguanzui deposit. Combined with the analysis of the source of breccias, we suggest that considerable attention should be paid to the volcanic edifices in the eastern section and the geophysical anomalies in the deep part of the Jinniu basin for the exploration of skarn iron deposits.

volcanic breccia; igneous rock breccias; magnetite ore breccias; southeastern Hubei province; Jinniu volcanic basin; deep mineral exploration

2021-03-08;

2021-06-08

國家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目(41725009)和廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2020B1212060055)聯(lián)合資助。

程佳敏(1995–), 女, 博士研究生, 礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)。E-mail: chengjiamin17@mails.ucas.edu.cn

陳華勇(1976–), 男, 研究員, 博士生導(dǎo)師, 主要從事金屬礦床成因及勘查方法研究。E-mail: huayongchen@gig.ac.cn

P612

A

1001-1552(2022)02-0318-016