河北興隆水蓮洞銅多金屬礦礦化體特征及礦床成因探討

李智斌，劉海波，邢莞東，周海濤

(河北省地礦局第八地質(zhì)大隊(duì)，河北 秦皇島 066001)

0 前 言

水蓮洞銅多金屬礦位于河北省興隆縣蘑菇峪鄉(xiāng)水蓮洞村東山，處于馬蘭峪復(fù)式背斜中部北翼，馬蘭峪復(fù)式背斜是燕山中段構(gòu)造格局中極為醒目的構(gòu)造單元，是河北乃至全國(guó)的重要的金屬礦產(chǎn)成礦帶。前人在馬蘭峪復(fù)背斜開(kāi)展了大量礦產(chǎn)勘查及研究工作，但礦產(chǎn)勘查以金礦、鐵礦為主要對(duì)象，對(duì)于鉬、稀有金屬等礦種研究較少；研究則主要針對(duì)基礎(chǔ)地質(zhì)、構(gòu)造演化及區(qū)內(nèi)沉積變質(zhì)鐵礦、金礦的成礦作用和成礦規(guī)律方面，并未從不同礦種間成因聯(lián)系、成礦關(guān)系，以及成礦系列方面進(jìn)行系統(tǒng)的研究考慮[1-2]。近年通過(guò)相關(guān)研究工作發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)稀有金屬、鉬多金屬、金銀貴金屬礦產(chǎn)在時(shí)空分布上具有一定規(guī)律性，在礦床成因上具有密切聯(lián)系[3-4]。水蓮洞銅多金屬礦區(qū)見(jiàn)有Cu、Pb、Zn、Mo、Ag、Au等礦化，作為馬蘭峪復(fù)背斜較典型的多金屬礦床，研究總結(jié)其礦化特征、規(guī)律，對(duì)于馬蘭峪區(qū)域成礦規(guī)律的總結(jié)、成礦體系的建立都具有研究意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)處于中朝準(zhǔn)地臺(tái)燕山臺(tái)褶皺東段，發(fā)育有太古代結(jié)晶基底和中元古代巨厚沉積蓋層，經(jīng)歷多期構(gòu)造巖漿活動(dòng)，產(chǎn)有金屬非金屬等各種礦產(chǎn)，地層發(fā)育齊全，具有典型的華北地臺(tái)“二元結(jié)構(gòu)”，底部為太古界變質(zhì)基底，上部地層為中上元古界及其以后的沉積蓋層，主要分布在背斜南北兩翼。構(gòu)造上以東西向密云—喜峰口大斷裂為主，西端為南北向黃崖關(guān)斷裂，東部為北西向冷口斷裂。巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，從呂梁期開(kāi)始，經(jīng)加里東、海西期巖漿活動(dòng)逐漸變?nèi)酰嗌狡诨顒?dòng)頻繁，從中深到淺層直至噴發(fā)，巖石類型復(fù)雜，分布廣泛，規(guī)模不一，從侏羅世到白堊世均有活動(dòng)[5-6]。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露的地層主要為中元古界長(zhǎng)城系高于莊組地層和薊縣系楊莊組、霧迷山組地層及第四系(圖1)。

1)長(zhǎng)城系

高于莊組(Chg)：位于礦區(qū)東南部，走向北東，傾向北西，傾角42°～55°，厚度約1 300 m。巖性穩(wěn)定，與下伏大紅峪組呈連續(xù)沉積，分為四段。

2)薊縣系

楊莊組(Jxy)：位于礦區(qū)北部及中部，走向北東，傾向北西，傾角35°～55°，厚度約602 m。與下伏高于莊組沉積有間斷，可劃分為三段。

霧迷山組(Jxw)：位于礦區(qū)西部，走向北東，傾向北西，傾角50°左右。與下伏楊莊組連續(xù)沉積，厚度大，在礦區(qū)內(nèi)主要出露下段和中段。

2.2 構(gòu)造

主要為2條東西向斷裂，位于水蓮洞、蘑菇峪巖體兩側(cè)，橫貫礦區(qū)，使得巖體與圍巖呈斷層接觸狀，對(duì)巖體具有一定控制作用。

2.3 巖漿巖

水蓮洞巖體位于興隆縣蘑菇峪鄉(xiāng)水蓮洞村北東，巖體沿寬城凹褶束南部邊緣弧形構(gòu)造轉(zhuǎn)折處東西向斷裂產(chǎn)出。平面形態(tài)呈不規(guī)則的半月形，出露長(zhǎng)1 200 m，最寬處380 m，面積0.36 km2，四周皆為霧迷山組燧石條帶白云質(zhì)灰?guī)r。巖體南部沿?cái)鄬忧治?，斷層?xùn)|西兩端產(chǎn)狀較陡，傾角50°～60°，中間較緩，傾角30°～35°，傾向南西，其余皆為侵入接觸。北西傾向190°～200°，傾角50°～60°；北部?jī)A向190°～235°，傾角59°～69°；北東傾向245°～270°，傾角61°～79°。據(jù)物探資料，北部和東北部巖體產(chǎn)狀亦較陡[7-9]。

這里值得指出的是，蘑菇峪、水蓮洞石英斑巖體侵入時(shí)代目前存在疑義。這2個(gè)巖體均是超淺成侵入體，地質(zhì)特征上有很大相似性。從區(qū)域分析，認(rèn)為它們是本區(qū)巖漿演化的晚期產(chǎn)物，至少應(yīng)該比周圍出露的中深成巖體(如馬家溝、五風(fēng)樓、壽王墳等巖體)侵入時(shí)代要晚。

3 礦化體地質(zhì)特征

水蓮洞巖體銅礦化表現(xiàn)較弱，但均有顯示，根據(jù)地表工程和深部驗(yàn)證異常的少數(shù)鉆孔分析，構(gòu)成工業(yè)礦體比較少。研究以銅品位≥0.1%標(biāo)為銅礦化體，在銅礦化體內(nèi)，銅品位≥0.3%為銅礦體。概略地總結(jié)如下：銅礦化帶在礦化范圍內(nèi)，可分為西部帶、中部帶和東部帶。東部帶主要以鉛、鋅、銀礦為主。

3.1 西部帶

又分為東礦化帶、西礦化帶。

1)西礦化帶

全長(zhǎng)約200 m，寬約20 m，地表為鐵帽，有明顯的“火燒皮”特征，該銅礦化帶內(nèi)，根據(jù)銅品位變化，地表可以圈出長(zhǎng)約30 m，厚1 m，銅品位達(dá)0.179%的銅礦體。該礦化帶向深部延伸也呈似層狀，傾向南，傾角40°～50°。17勘探線剖面見(jiàn)圖2，鉆孔見(jiàn)礦情況一覽見(jiàn)表1。

表1 鉆孔見(jiàn)礦情況一覽

從圖2、表1中可以看到，ZK1孔可見(jiàn)7層銅礦體，為似層狀、透鏡狀。從孔深51.93～80.79 m，其頂?shù)追謩e見(jiàn)有厚2.8，3 m的2層銅礦體(銅品位0.35%、0.64%)。在孔深243 m處，還可見(jiàn)1層厚1 m，銅品位為0.35%的銅礦體。從ZK2孔分析，共見(jiàn)到4層銅礦化體，最上部厚8 m，僅靠近接觸帶附近。從孔深110.06～134.86 m，厚約20 m頂?shù)子?層銅礦體，一層厚12.8 m，品位0.58%，另一層厚10 m，銅品位為0.41%,該控制范圍恰好與ZK1鉆孔控制的約20 m頂?shù)子械V體的范圍相對(duì)應(yīng)。第4層礦化體厚僅1 m，銅品位0.11%。ZK12共見(jiàn)有3層礦化帶，沒(méi)有構(gòu)成銅礦體，從孔深153～169 m范圍內(nèi)可見(jiàn)，近20 m的間距內(nèi)，頂?shù)拙?jiàn)有銅礦化帶，頂部厚3.93 m，銅品位0.15%，底部厚7.2 m，銅品位0.19%,與ZK1孔、ZK2孔約20 m頂?shù)锥加秀~礦體的部位是可以相對(duì)應(yīng)的?？咨?24 m處，還有厚2.9 m的一層銅礦化帶。從17勘探線剖面示意不難看出，該層厚約20 m的礦化帶分布是有規(guī)律的，變化不大，從地表到地下均可以對(duì)比，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是該礦化帶較穩(wěn)定的成礦層。該層上下均有礦化帶，但都為透鏡狀，彼此相互對(duì)比有些困難，因?yàn)殂@孔間距大，相互聯(lián)結(jié)證據(jù)欠足，但地表形成的激電異常，次生暈異常與該厚度約20 m的礦化帶形成的范圍又相一致來(lái)看，結(jié)論還是較為正確的。

2)東礦化帶

分部在東西走向的菜園溝內(nèi)，由于地形為一沖溝，F(xiàn)2斷層表現(xiàn)不十分明顯，在溝的兩側(cè)，具有少量的斷層角礫巖，形成鐵帽或“火燒皮”。銅礦化帶為透鏡狀，地表不連續(xù)，出露長(zhǎng)度約400 m，厚10～20 m，地表沒(méi)有見(jiàn)到銅礦體，共見(jiàn)到2層礦化帶(表1)，2層厚度分別為6，5.48 m，頂部6 m礦化帶中可見(jiàn)有4 m厚的銅礦體，銅品位為0.34%。該礦帶從出露孔深71.25～77.25 m來(lái)看，與17勘探線剖面示意中見(jiàn)到的約20 m厚的頂?shù)装逵秀~礦體的部位，可以對(duì)比，視為同一銅礦體。

3.2 中部帶

分布在水蓮洞巖體的東接觸帶。地表沒(méi)有出現(xiàn)礦化帶，僅根據(jù)ZK5孔，單工程見(jiàn)礦分析。銅礦化體銅礦體沿接觸帶分布呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，共見(jiàn)有12層礦化體，厚度1～9 m不等。最高含銅0.6%,其內(nèi)有3層達(dá)到工業(yè)礦體(2層各厚1 m，1層厚2 m)。銅品位0.45%～0.16%。

3.3 東部帶

分布在水蓮洞巖體的東部，受東西向張性破碎帶控制，共見(jiàn)有8條礦脈，礦體產(chǎn)狀為走向北東70°～80°,傾向北西，傾角50°～70°,與圍巖走向一致，礦體長(zhǎng)一般為100～200 m，最長(zhǎng)670 m，厚1.5～2 m，個(gè)別達(dá)到10 m，最薄0.75 m，主要以鉛、鋅、銀礦為主，銅礦顯示較微弱。

4 礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

4.1 礦石的結(jié)構(gòu)

水蓮洞巖體中的有用礦物構(gòu)成礦石是以銅為主要元素，鉬、鋅、鉛、銀為次要元素的礦物，主要礦石結(jié)構(gòu)為他形粒狀結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)、固溶體分解結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)等。

4.2 礦石的構(gòu)造

礦石的構(gòu)造主要由地質(zhì)成礦作用所形成，水蓮洞礦區(qū)礦石的構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，主要有浸染狀、細(xì)脈浸染狀、團(tuán)塊狀、團(tuán)粒狀以及脈狀構(gòu)造。

1)浸染狀、細(xì)脈浸染狀構(gòu)造

初步觀察，浸染狀、細(xì)脈浸染狀構(gòu)造的礦石形成較早，是氣成—熱液早期高溫形成的產(chǎn)物。主要礦物有自形—半自形的黃鐵礦和磁鐵礦、黃銅礦、輝鉬礦等，脈石礦物主要為次生石英。

2)團(tuán)塊、團(tuán)粒狀構(gòu)造

此類礦石主要形成于氣成—熱液中溫階段。由于水蓮洞巖體小，冷卻快，結(jié)晶迅速，使含礦熱液交代斑晶，巖屑或充填不規(guī)則的裂隙。主要形成的金屬礦物有半自形、他形的黃鐵礦和黃銅礦、閃鋅礦、黝銅礦、方鉛礦、脆硫銻鉛礦、脈石礦物有次生石英和少量的白云巖。

3)脈狀構(gòu)造

此類礦石構(gòu)造主要形成于氣成—熱液晚期中低溫條件下，黃鐵礦常以較不規(guī)則的脈狀出現(xiàn)，且邊緣多被白鐵礦交代。此時(shí)共生的有黃銅礦、方鉛礦、脆硫銻礦等。脈石礦物主要為白云石、次生硅化石英等。

4.3 礦石類型

根據(jù)野外和室內(nèi)觀察，依據(jù)礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，現(xiàn)將水蓮洞的礦石分為浸染狀、細(xì)脈浸染狀、團(tuán)粒狀、不規(guī)則的斑點(diǎn)狀以及脈狀5種礦石類型，以前2種為主。

早期金屬硫化物常以稀疏浸染分布于石英斑巖巖體中，有的黃銅礦被黝銅礦交代，在中心呈不規(guī)則的殘余體存在。常見(jiàn)金屬硫化物多以團(tuán)粒狀、不規(guī)則的斑點(diǎn)狀交代長(zhǎng)石斑晶、晶屑和巖屑，而且黃銅礦又往往占據(jù)中間部位或充填石英粒間，有的黃銅礦以微小的乳滴狀于閃鋅礦中形成固溶體分解結(jié)構(gòu)。還有一種晚期脈狀礦石，其金屬硫化物多以次生硅化石英、白云石脈共生，且黃鐵礦常常白鐵礦化。水蓮洞銅多金礦礦石鏡下細(xì)節(jié)見(jiàn)圖3。

圖3 黃銅礦分布于裂隙發(fā)育的半自形黃鐵礦(a),黃銅礦和方鉛礦緊密伴生，兩者充填在石英晶洞的孔隙之中(b)

在ZK5孔中，見(jiàn)到石英斑巖體與圍巖霧迷山組白云質(zhì)灰?guī)r(或捕虜體)接觸帶的特定地質(zhì)環(huán)境和條件下，通過(guò)氣成—高溫?zé)嵋航淮饔枚纬傻囊环N礦石。常見(jiàn)金屬硫化物沿矽卡巖后期擠壓片理的裂隙中充填或沿包體的周邊進(jìn)行交代，有的礦化順其間隙或造巖礦物晶粒間普遍滲透浸染。金屬礦物磁鐵礦晶出最早，黃銅礦、黃鐵礦沿其解理裂隙進(jìn)行充填、交代，有的黃銅礦在黃鐵礦中做包體，亦有晚期黝銅礦交代黃銅礦。

遠(yuǎn)離接觸帶受圍巖層理和層間破碎帶控制，由于熱液晚期溫度下降，在中低溫的條件有鉛、鋅、銀含礦熱液的充填，地表褐鐵礦化普遍，白云石有重結(jié)晶現(xiàn)象。組成以上礦石的金屬礦物主要有黃銅礦、輝鉬礦、黃鐵礦、磁鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、黝銅礦、銅藍(lán)、磁黃鐵礦、脆硫銻鉛礦、軟錳礦、硬錳礦、褐鐵礦；脈石礦物主要有鉀長(zhǎng)石(正長(zhǎng)石—透長(zhǎng)石)、斜長(zhǎng)石、石英、角閃石、黑云母、白云石、透閃石、透輝石、金云母、蛇紋石、石榴子石、綠泥石等。

5 成礦作用與階段劃分

根據(jù)野外觀察，結(jié)合礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物晶粒特征以及它們的相互關(guān)系，初步認(rèn)為水蓮洞礦區(qū)礦化體的黃鐵礦與黃銅礦等硫化物的形成是多期多階段的?？蓜澐譃?個(gè)階段。

1)熱液早期無(wú)礦或含礦階段

在這個(gè)階段中，金屬硫化物呈星散的稀疏浸染狀出現(xiàn)，主要有磁鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、輝鉬礦。黃鐵礦多為淡黃色、自形—半自形晶，晶面可見(jiàn)晶紋。磁鐵礦晶出最早，多被黃鐵礦、黃銅礦交代，亦見(jiàn)有黃鐵礦包裹黃銅礦，伴生的脈石礦物主要為次生的硅化石英。這個(gè)階段不是主要的成礦期，但往往可形成礦化。

2)熱液中期硫化物成礦階段

在這個(gè)階段中，金屬硫化物多呈團(tuán)粒狀、團(tuán)塊狀出現(xiàn)。黃鐵礦多為灰綠色，暗黃色粉末狀，半自形—他形晶。與其共生的金屬硫化物有黃銅礦、輝鉬礦、閃鋅礦、黝銅礦、方鉛礦，它們多呈團(tuán)塊狀及團(tuán)粒狀集合體交代長(zhǎng)石斑晶、晶屑及巖屑，或呈脈狀充填巖石裂隙中，偶見(jiàn)黃銅礦交代黃鐵礦、閃鋅礦，黝銅礦交代黃銅礦、黃鐵礦，該期常常迭加于前期之上，形成有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的礦體。伴生的脈石礦物主要是次生硅化石英和少量白云石。這個(gè)階段是主要的成礦期[10]。

3)熱液晚期含礦或無(wú)礦碳酸鹽階段

本階段早期金屬硫化物主要有黃鐵礦、白鐵礦、黃銅礦、銅藍(lán)、方鉛礦、硫鉛礦等，但含量甚微，常見(jiàn)它們多與脈石英、裂隙充填的白云石共生。由于溫度下降，黃鐵礦多被白鐵礦交代，而白鐵礦又被白云石交代。這個(gè)階段的晚期，金屬硫化物已基本耗盡，多為細(xì)粒的白云石和次生硅化石英呈寬大的脈狀充填于裂隙中。

6 水蓮洞巖體及銅多金屬礦成因探討

水蓮洞巖體的侵入時(shí)代為燕山晚期小型侵入體，它可能與其南部巨大的隱伏侵入體是共同的巖漿淵中巖漿分異與結(jié)晶分異的殘余。在形成時(shí)間上，與近南北向褶皺作用時(shí)或稍后，主要是順褶皺作用后期形成的裂隙或斷裂侵入的。

巖體形成是多期次、多階段的產(chǎn)物，晚期的成礦作用有利于巖漿成礦熱液活動(dòng)，便于深源礦質(zhì)濃集和熱動(dòng)力作用下，巖石孔隙溶液環(huán)流和成礦物質(zhì)重新就位在巖體內(nèi)及接觸帶，以裂隙充填及交代方式成礦，為超淺成相巖漿熱液型銅礦。銅礦化主要分布于石英斑巖體內(nèi)，鉛、鋅、金、銀礦則分布于霧迷山組白云巖中。

由礦床、礦點(diǎn)自成多金屬體系對(duì)比區(qū)域上成礦規(guī)律的研究，見(jiàn)微知著。伴隨本區(qū)中生代的各期構(gòu)造—巖漿事件均發(fā)生的不同程度的成礦事件，不同時(shí)空和成礦條件下，形成的內(nèi)生多金屬礦床的礦種、類型及規(guī)模復(fù)雜多樣。區(qū)內(nèi)多金屬礦產(chǎn)的分布具有一定的規(guī)律性，在馬蘭峪復(fù)背斜核部即巖漿巖集中區(qū)域主要分布高溫的稀有金屬礦和鉬礦，以及受構(gòu)造、礦源層和巖體共同控制的金礦，而在復(fù)背斜核部周圍主要分布中低溫的銅、鉛、鋅、銀礦。通過(guò)對(duì)蘑菇峪銅多金屬礦的礦化特征的認(rèn)識(shí)，我們今后在馬蘭峪復(fù)背斜一帶進(jìn)行礦產(chǎn)工作時(shí)應(yīng)結(jié)合成礦規(guī)律，做好礦床綜合找礦與研究工作。