湖南牛頭寨銻礦地質(zhì)特征及控礦因素分析

何立斌，唐志祥，黃新華，肖 亮，劉 偉，黃小軍，劉 遠

(1.湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四一八隊，湖南 婁底 417000 2.廣西壯族自治區(qū)礦產(chǎn)資源儲量評審中心，廣西 南寧 530029)

0 引言

區(qū)內(nèi)是越城嶺—四明山NW向銻鎢多金屬成礦帶的重要組成部分，蘊藏著豐富的礦產(chǎn)資源，已知礦床(點)94處，其中各類銻礦床(點)最多，共54處[1]。礦床的空間分布與構(gòu)造密切相關(guān)，銻礦為脈狀，賦存于寒武系硅化硅質(zhì)板巖、震旦系硅質(zhì)巖、硅質(zhì)板巖中。區(qū)內(nèi)相關(guān)的礦床和礦點主要分布于高掛山—舜皇山鎢、銻礦成礦遠景區(qū)、牛頭寨銻礦成礦遠景區(qū)和四明山鎢、錫、鉛、鋅礦成礦遠景區(qū)。高掛山一帶靠近花崗巖體形成中高溫的鎢、銻、錫礦，代表性礦床有中型高掛山銻鎢礦、回水灣銻礦。牛頭寨礦區(qū)遠離巖體，主要形成以銻為主的多金屬中低溫?zé)嵋旱V床，區(qū)內(nèi)已有銻礦床(點)4處，即線江沖、大硐子、小牛頭寨、袁家?guī)X銻礦。2015—2018年礦山邊部找礦取得重大突破，新增銻資源儲量銻礦石資源量8.87萬噸、金屬量7915 t。區(qū)內(nèi)眾多盲礦脈的發(fā)現(xiàn)，既展示了該礦床所處成礦帶廣闊找礦前景，拓寬了找礦視野，又表明深部具有巨大的找礦潛力，是實現(xiàn)銻礦突破的有利遠景區(qū)。目前，探礦和采礦工作已到210 m中段，隨著探礦工程向深部實施，其深部構(gòu)造展布格局不清、礦體定位規(guī)律不明，制約了深部找礦勘查，亟待開展深部構(gòu)造控巖控礦模式研究。本文結(jié)合礦床淺部地質(zhì)信息，提出礦床主要受地層、構(gòu)造和巖性“三位一體”控礦模式?？偨Y(jié)構(gòu)造類型及其主要特征，闡明構(gòu)造對礦體的控制作用，為該區(qū)深部找礦預(yù)測提供重要依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

礦區(qū)隸屬湖南省永州市東安縣，大地構(gòu)造位于華南褶皺系北緣，湘中、湘南印支褶皺帶、祁陽弧形褶皺構(gòu)造帶西部，新寧—藍山莫霍面斷裂、新寧—寧鄉(xiāng)基底斷裂及牛頭寨—四明山串珠狀NE向構(gòu)造帶三者交匯處，是越城嶺—四明山NE向銻鎢多金屬成礦帶的重要組成部分[2]。牛頭寨礦區(qū)位于區(qū)域性斷裂塘田市—對江斷裂(F2)與魏家沖—江田斷裂(F1)所夾持的地段內(nèi)，銻礦主要分布于次級斷裂中，富礦含礦斷裂以NW向(具有代表性的是2號礦脈)—NWW向(具代表性為7號、6-4號礦脈)為主，次為NE向含礦礦脈(代表性含礦斷裂有201、202號等斷裂)(圖1)。

圖1 東安縣牛頭寨礦區(qū)地質(zhì)簡圖

由于多次構(gòu)造活動影響，區(qū)內(nèi)斷裂的性質(zhì)十分復(fù)雜，在平面上呈舒緩波狀，剖面上呈“S”狀，遇脆性巖石形成寬度不一的棱角狀角礫巖，大多屬導(dǎo)礦構(gòu)造。沿背斜軸方向分布有近SN向、NNE向斷層。本區(qū)構(gòu)造對銻礦起著逐級控礦規(guī)律，即一級構(gòu)造控制大區(qū)域成礦帶、二級構(gòu)造控制區(qū)域成礦遠景、三級構(gòu)造控制礦田、四級構(gòu)造控制礦體[3]。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)發(fā)育的地層有震旦系、寒武系和第四系組成。其中上震旦統(tǒng)留茶坡組及中下寒武統(tǒng)下組為區(qū)內(nèi)銻礦主要賦礦地層。

上震旦統(tǒng)留茶坡組(Z2l)：下部為淺灰—深灰色厚層狀含云質(zhì)硅質(zhì)巖夾硅質(zhì)巖，上部為深灰色、灰白色厚層狀夾薄層狀硅質(zhì)巖。

2.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)加里東期構(gòu)造表現(xiàn)不甚明顯，主要表現(xiàn)由印支期及燕山期兩期構(gòu)造疊加組成。

印支期主要由SN向的褶皺構(gòu)造、NW向的壓扭性、NNW向的張性(張扭性)斷裂構(gòu)成，除劉家沖—蔣家院深大斷裂(F4)外，主要表現(xiàn)為容礦構(gòu)造的特征。褶皺以近SN向短軸(倒轉(zhuǎn))背斜為主，由西向東具代表性的有大瓜沖背斜、大硐子倒轉(zhuǎn)背斜，目前所控制的礦體主要產(chǎn)于大瓜沖背斜的北傾伏端部位；具代表性的斷裂主要有NW向的劉家沖—蔣家院隱伏深斷裂(F4)、NW—NWW向含礦斷裂，該斷裂帶主要見于大瓜沖區(qū)段內(nèi)，由眾多大體平行的含礦斷裂呈組分布，受燕山期NW向切割影響，表現(xiàn)不連續(xù)，以壓扭(張)性含礦破碎帶為特征，主要有6、7、7-1、6-1、6-2、6-3、6-4號等含礦斷裂，斷裂傾向北，傾角較陡，一般為60°～70°，含礦斷裂普遍具銻礦化，局部見銻礦體，往深部見金礦化有增強的趨勢[4]。

燕山期構(gòu)造以繼承和改造印支期構(gòu)造為主，表現(xiàn)為強烈的褶斷及陡傾角斷裂，主要由NE向、NEE向壓扭性斷裂組成，斷裂構(gòu)造具控礦、賦礦特征[5]。主要有大牛頭寨NE向斷裂帶、小牛頭寨NE向斷裂帶、SN向魏家沖—江田斷裂(F1)及線江沖NE—NEE向斷裂及大瓜沖NE向斷裂帶組成。①大牛頭寨NE向褶斷帶：由一系列近NE向排列、大致平行、走向NE的緊閉型倒轉(zhuǎn)褶皺及斷裂組成，代表性的斷裂有201、202號等含礦斷裂，傾向西，傾角70°～80°，其斷裂帶中，局部見銻礦化，偶見小銻礦體，在斷裂兩側(cè)，常發(fā)育緊閉型倒轉(zhuǎn)褶皺。②魏家沖—江田斷裂(F1)：為區(qū)域斷裂之一部分，切穿牛頭寨復(fù)式背斜東側(cè)，在南部切穿劉家沖—蔣家院深斷裂，該斷裂形成于區(qū)內(nèi)巖漿期后，先具壓性，后為張性的正斷層。其控礦、成礦作用不明顯。③大瓜沖NE向斷裂帶：位于大瓜沖區(qū)段內(nèi)，發(fā)育一系列大體平行展布的NE—NNE向斷裂，以先壓(扭)性后張斷裂切斷早期的NW向斷裂或斜交NWW向斷裂為特征。主要有F11、F12、F13、F14、F15、F16、F17等，傾向NW，個別傾向東，傾角60°～86°(圖1)。

2.3 巖漿巖與圍巖蝕變

礦區(qū)內(nèi)未見巖漿巖出露，外圍大瓜沖西側(cè)至將軍石一線見花崗斑巖脈，據(jù)重磁資料，礦區(qū)深部有可能存在隱伏花崗巖體。熱液蝕變主要有硅化，其次有黃鐵礦化、毒砂化和絹云母化，無明顯分帶現(xiàn)象。礦區(qū)硅化普遍，主要見于銻礦化圍巖蝕變或銻礦體的容礦部位，硅化與銻礦化關(guān)系密切，一般硅化強，硅化規(guī)模大，銻礦化存在的可能性越大[6]。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦脈(體)特征

礦區(qū)內(nèi)共有礦脈18條，主要有NWW向—NW向及NE向兩組，均為受斷裂控制的破碎帶蝕變巖型銻礦脈，其中NWW向—NW向以7號脈、6-4號和2號脈含礦性最好[7]；NE向礦脈位于33線以東，分別有201、202號脈，其控制工程較少，未圈定礦體。

3.1.1 7號礦脈(體)

7號脈出露于4～35線之間，控制走向長約900 m，脈厚0.05～4.00 m，傾向20°～355°，傾角61°～86°，受NNE向、NE向斷層切割影響，走向上極不連續(xù)。地表氧化礦體厚2.00～4.00 m，Sb的品位為1.19%～1.71%，坑道內(nèi)及鉆孔中見礦較好，以脈狀、團塊狀輝銻礦為主，坑道內(nèi)及鉆孔中礦體厚0.05～4.00 m，Sb的品位為1.96%～15.36%。圈定礦體3個，編號分別為7-Ⅰ、7-Ⅱ、7-Ⅲ，礦體特征表見表1。

表1 牛頭寨銻礦區(qū)7號脈礦體特征

3.1.2 6-4號礦脈(體)

出露于21線西側(cè)至35線東側(cè)線之間，已控制長大于640 m，自西往東傾向由72°逐漸過渡至近EW向，傾角54°～88°，受NE—NNE向斷裂錯移影響，大體分成三段，以中段21線至35線含礦性最好，地表一般未見礦化，圈定6-4-Ⅰ和6-4-Ⅱ兩個工業(yè)礦體。礦體厚0.25～1.26 m，平均厚0.61 m，Sb的品位范圍為0.38%～34.48%，平均品位為8.67%，礦體沿走向及傾向較連續(xù)，礦體厚度變化系數(shù)為52.8%，品位變化系數(shù)為126.1%，屬厚度穩(wěn)定，品位不均勻薄脈型高品位銻礦，礦體特征見表2。

表2 牛頭寨銻礦區(qū)6-4號脈礦體特征

3.2 礦石特征

3.2.1 礦石礦物成分

礦石礦物較常見的是輝銻礦、黃銻華、黃鐵礦、針鐵礦；脈石礦物主要有石英、重晶石、綠泥石、水云母、黏土礦物等。

3.2.2 礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

礦石的主要結(jié)構(gòu)有微粒變晶結(jié)構(gòu)(顯微粒狀變晶、鑲嵌變晶結(jié)構(gòu))、交代結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造具角礫狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、蜂窩狀構(gòu)造。

3.2.3 礦石自然類型

區(qū)內(nèi)銻礦石主要有三種，一是產(chǎn)于硅化構(gòu)造角礫巖中，為本區(qū)最主要礦化類型(圖2a)，二是緊貼主斷面碎裂化硅質(zhì)巖中充填致密塊狀礦石(圖2b)，三是產(chǎn)于上、下盤圍巖碎裂化硅質(zhì)板巖網(wǎng)狀石英微脈中，石英脈寬一般為0.02～1.50 mm，不規(guī)則狀，石英脈局部見銻的氧化物，氧化物呈脈狀、束狀。其自然類型以硫化礦為主，伴少量的氧化礦石。銻的氧化物，黃銻華粒度微小，集合體粒度為0.1～2.0 mm，硫化礦為石英-輝銻礦礦石(圖2c)。

圖2 礦石自然類型野外特征照片

4 控礦因素分析

區(qū)內(nèi)銻礦最大的特色就是成礦與構(gòu)造、地層關(guān)系極為密切，具“巖性+斷裂+背斜”三位一體的控礦規(guī)律，即在湘南地區(qū)常見的“背斜加一刀”成礦構(gòu)造，背斜走向為SN向，在背斜核部和垂向斷裂破碎帶的上盤發(fā)育多層層狀、似層狀銻鋅礦體、金礦體，斷裂破碎帶走向為EW向，其內(nèi)形成脈狀礦體，這類礦體常形成局部富集[8](圖3)。

圖3 牛頭寨銻礦賦礦特征縱投影示意圖

4.1 地層與成礦

表3 地層巖石Sb元素含量統(tǒng)計

4.2 構(gòu)造與成礦

4.2.1 構(gòu)造組合聯(lián)合控礦

1)基底構(gòu)造與淺部斷裂聯(lián)合控礦。區(qū)內(nèi)深斷裂所夾持的地塊是銻礦形成的最佳場所，牛頭寨正處于魏家沖—江田斷裂、唐田市—對江斷裂所夾持上升地塊的有利部位，構(gòu)造交叉部位常形成富礦脈、富礦囊、富礦包[13]。

2)背斜與斷裂組合聯(lián)合控礦。礦區(qū)內(nèi)銻礦最主要的構(gòu)造控礦特點是背斜+斷裂的聯(lián)合控礦[14]?？氐V構(gòu)造體系由褶皺之背斜核部及其配套橫張斷裂所組成，斷裂多成組出現(xiàn)，且與背斜軸垂直[15]。表現(xiàn)為富礦地段主要集中于背斜(或倒轉(zhuǎn)背斜)轉(zhuǎn)折端部位的斷裂中，并且礦體嚴格受斷裂控制，遠離轉(zhuǎn)折端部位，沿走向及傾向礦化減弱或無礦，造成單個礦體規(guī)模有限。

4.2.2 褶皺控礦

礦床主要位于復(fù)式背斜核部應(yīng)力集中部位，主要有兩種礦(化)體控制形式。

1)一種呈脈狀礦分布于背斜核部張性裂隙中(圖3)。張性斷裂多成組出現(xiàn)，且與背斜軸垂直，大致平行分布于背斜(或倒轉(zhuǎn)背斜)核部和傾伏端[16]。走向NWW，傾向NE或SW，傾角較陡，多在65°以上。一般規(guī)模較小，走向長數(shù)百至百余米，傾斜延深不大，常呈楔形，斷裂破碎帶寬數(shù)厘米至1米余，斷面呈鋸齒狀，有含銻、石英脈充填。

2)另一種呈層狀、似層狀銻鋅礦體，分布于背斜構(gòu)造核部的層間滑動造成的虛脫空間部位，呈平行多層狀出現(xiàn)，背斜核部和正常翼控制了礦體的產(chǎn)出位置，但礦化連續(xù)性一般，礦(化)體呈多層透鏡產(chǎn)出，礦化體規(guī)模不大，封閉的背斜構(gòu)造，尤其是核部傾伏端有可能存在礦(化)體。

4.2.3 斷裂控礦

礦區(qū)位于兩條區(qū)域性斷裂(F1、F2)所夾持的地段內(nèi)。礦區(qū)內(nèi)的構(gòu)造體系在垂向方向和水平方向均具顯示一定的構(gòu)造分帶。

1)礦區(qū)近地表斷裂破碎帶寬，張性明顯，低序次配套分支斷裂發(fā)育，結(jié)構(gòu)面不規(guī)則，礦液易于富集，常形成以充填為主礦化體。向深部破碎帶則變?yōu)槊芗墓?jié)理裂隙帶，很少發(fā)育次級斷裂，不利于礦化的富集。垂向上表現(xiàn)為越向斷裂的深部，破碎帶呈逐漸窄小的趨勢，礦(化)體亦隨之變小、尖滅。

2)礦區(qū)內(nèi)銻礦化嚴格受NW向—NWW向斷裂和NE向斷裂破碎帶的控制。礦區(qū)NW向—NWW向斷裂帶的含礦性明顯強于NE向斷裂帶。

5 礦床成因探討

5.1 穩(wěn)定同位素特征

礦區(qū)硫同位素 δ34S 值變化范圍在-5‰～10‰之間，與巖漿期后熱液礦床硫同位素范圍值一致。脈石礦物重晶石及黃鐵礦的 δ34S 值較高且為正直，具沉積源特征。特征表明，區(qū)內(nèi)礦床的硫主要來自巖漿巖，并在成礦過程中不同程度地利用了圍巖中的硫，具多源性特征。

礦區(qū)石英氫氧同位素石英包體水δ18D‰ 值的變化范圍為-58.3%～64.0%，石英 δ18OH2O‰值的變化范圍為2.52～6.73，平均值為4.1。δ18D‰ 值和石英 δ18OH2O‰ 值介于巖漿水和變質(zhì)水之間，說明該區(qū)銻礦床成礦溶液主要來自巖漿熱液，并混有變質(zhì)溶液。

5.2 礦物包體溫度及成分特征

礦區(qū)輝銻礦爆裂溫度為143℃～225℃，石英101℃～289℃，黃鐵礦147℃～291℃，重晶石192℃～242.5℃，均一溫度平均為157℃。反映了成礦溶液來自深部。

石英樣品測定的包裹體大小一般在6～20 μm之間，形態(tài)多屬不規(guī)則。氣液相比為13%～15%，以液相包裹體為主。液相成分Cl>F、(K+Na)>Ca、Ca>Mg、K>Na，水的類型為K-Na-Ca-Cl型。陽離子組分Na/K比值為0.22～1.12，平均比值為0.54，K/Ca+Mg為0.03，其結(jié)果與花崗巖礦物包裹體值基本接近，反映該區(qū)該類礦床的成礦溶液以巖漿熱液為主[17-18]。

礦石礦物主要為一些簡單的硫化物，和石英關(guān)系密切，共(伴)生礦物有黃鐵礦、閃鋅礦，銻礦形成溫度為101℃～289℃，成礦溫度較低，說明當(dāng)時處于低溫、低壓、還原環(huán)境[19-20]。

5.3 礦床成因類型

礦床硫同位素、氫氧同位素特征和包裹體成分，說明礦床的成礦熱液以巖漿期后熱液為主。區(qū)內(nèi)無花崗巖出露，成礦母巖可能是深部隱伏巖體。礦床成因類型為巖漿期后中低溫?zé)嵋旱V床。

6 成礦模式探討

通過上述對本礦區(qū)成礦特點分析，認為銻礦主要產(chǎn)于復(fù)式背斜正常翼與倒轉(zhuǎn)翼的轉(zhuǎn)折端部位，寒武系底部的含炭硅質(zhì)板巖與留茶坡組硅質(zhì)巖接觸帶附近，具“背斜+斷裂+巖性”的賦礦規(guī)律。

礦區(qū)構(gòu)造活動具多期次，致使成礦作用的多階段性，導(dǎo)致礦化的疊加富集。成礦物質(zhì)來源具多源性，一部分來自深部，在深部熱源的驅(qū)動下產(chǎn)生對流，以深斷裂為通道，在通道中或附近成礦有利部位形成充填為主的礦化體；另一部分淬取巖石中Sb元素，在構(gòu)造與巖漿熱液驅(qū)動力的作用下，沿裂隙上升并沉淀于裂隙破碎帶中，形成以微粒變晶結(jié)構(gòu)為主，交代結(jié)構(gòu)和壓碎結(jié)構(gòu)為輔的透鏡狀礦化體[21-22](圖4)。

圖4 牛頭寨銻礦成礦模式圖

7 找礦遠景分析

區(qū)內(nèi)主要導(dǎo)礦及容礦構(gòu)造，為張性斷裂，礦液一部分來自深部，一部分淬取巖石中Sb元素，破碎帶蝕變單一，礦化存在特定的構(gòu)造部位，且多呈礦包出現(xiàn)，如湘西北地區(qū)的銻礦床，各礦包在垂向上可相差200 m，平行礦脈較少出現(xiàn)，下一階段的找礦工作應(yīng)注意分析該破碎帶在走向上與傾向上的膨縮變化規(guī)律，富礦體常出現(xiàn)于破碎帶膨大部位?，F(xiàn)已知背斜往北傾伏，沿背斜軸紐方向往應(yīng)是較為理想的找礦靶區(qū)，也是本礦床未來大幅度提高資源儲量的勘探思路。

通過礦區(qū)成礦地質(zhì)特征及控礦因素分析認為，沿將軍石—大瓜沖—大硐子—大牛頭寨—線江沖一帶，鎢、銻(金)、鉛鋅(金)礦存在明顯的分帶性，以大瓜沖至線江沖一線的鉛鋅礦脈組為界線，向南以鉛鋅礦、往北以銻礦為主，由北西向南東可分為鎢銻—銻—銻金—鉛鋅金—鉛鋅等5個礦化帶(圖5)，表明成礦溫度依次降低[23]。這種由于成礦溫度引起的梯度分帶與龍山銻礦的分帶具有極強的相似性(圖6)。通過與龍山銻金礦成礦條件對比，礦區(qū)的區(qū)域地質(zhì)背景、構(gòu)造、地層及礦化特征亦具有較強的相似性，推測礦區(qū)存在龍山式銻金礦的可能性很大。

圖5 牛頭寨礦區(qū)礦化帶分布平面圖

圖6 龍山地區(qū)鎢-銻-金-鉛鋅礦分帶圖

通過與礦區(qū)控礦模型對比分析研究可知，區(qū)內(nèi)具多個有潛力的成礦背斜構(gòu)造，尤其是位于牛頭寨背斜核部的大瓜沖—大硐子—線江沖以北地段，有眾多老窿揭露到銻金礦體。提示在大硐子—大牛頭寨之間穹隆核部江口組中存在龍山式銻金礦床可能性很大。

因此大瓜沖、大硐子及線江沖區(qū)段往深部仍具較好的找礦遠景，建議在大瓜沖、大硐子及線江沖區(qū)段背斜核部的江口組(Z1j)與NWW向—NW向印支期斷裂帶交匯處開展探礦驗證工作(圖7)。要注意的是，由于背斜核部只是在上部才處于張性，而下部則處于壓性，因此圖7預(yù)測的背斜核部靶區(qū)由于比較靠近下部，張性有減弱趨勢，所以推測礦化不如上面發(fā)育。

圖7 牛頭寨礦區(qū)找礦預(yù)測圖

8 結(jié)論

1)礦區(qū)總體構(gòu)造以NNE向為主，斷裂構(gòu)造發(fā)育，以NNE向為主、NW向次之，近EW向更次之，其中NW向斷裂、近EW向斷裂為主要的含礦構(gòu)造。

2)總結(jié)出“背斜+斷裂+巖性”的賦礦規(guī)律”，即礦體主要賦存于斷裂切割背斜轉(zhuǎn)折端部位，且為寒武系含炭硅質(zhì)板巖與留茶坡組硅質(zhì)巖中。

3)通過綜合分析，認為牛頭寨礦區(qū)沿將軍石—大瓜沖—大硐子—大牛頭寨—線江沖一線鎢、銻(金)、鉛鋅(金)礦存在明顯的分帶性，認為礦區(qū)存在“龍山式銻金礦”可能性較大。預(yù)測大瓜沖、大硐子及線江沖區(qū)段背斜核部的江口組與印支期斷裂帶交匯部位具較好的找礦遠景。