九瑞礦集區(qū)銅金多金屬礦成礦控制地質(zhì)特征

董宜勇，周賢旭，胡志戍

江西省地質(zhì)局第二地質(zhì)大隊(duì)，江西 九江 332000

九瑞礦集區(qū)地處長江中下游鐵銅成礦帶江西段內(nèi)。隨著新一輪礦產(chǎn)勘查工作的展開，在九瑞礦集區(qū)內(nèi)的城門山、武山礦田深邊部找礦工作取得了新的突破，其中深邊部新增銅礦資源儲量均達(dá)大型礦床規(guī)模。隨著深部鉆探工程追索控制的深入，研究小組發(fā)現(xiàn)城門山礦床成礦元素和礦體主要分布于成礦巖體的東部；而武山礦床則相反，成礦元素和礦體主要分布于成礦巖體的西部，兩者出現(xiàn)明顯不一致的現(xiàn)象。研究小組通過對九瑞礦集區(qū)巖漿侵位機(jī)制的成礦控制作用研究，嘗試解釋這種現(xiàn)象形成的原因，并對其成礦控制機(jī)理進(jìn)行初步探討。

1 研究區(qū)概況

九瑞礦集區(qū)內(nèi)出露地層較齊全，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，燕山期同熔型巖漿活動較為頻繁，具有較好的成礦地質(zhì)背景。出露主要有奧陶系—三疊系地層，局部地段發(fā)育古近系砂礫巖。志留系—泥盆系地層巖性主要為碎屑巖，奧陶系、石炭系—二疊系—三疊系地層巖性主要為碳酸鹽巖。其中，黃龍組地層是研究區(qū)內(nèi)塊狀硫化物型銅多金屬礦賦存最重要的層位。

研究區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，構(gòu)造控礦系統(tǒng)分級較為明顯。NW 向與NEE 向蓋層斷裂和層滑斷裂及其構(gòu)造節(jié)點(diǎn)控制了淺成巖體或礦床（體）的定位；巖體與圍巖的侵入接觸帶、構(gòu)造破碎帶、裂隙構(gòu)造帶和碎屑巖與碳酸鹽巖巖性差異面等“地質(zhì)界面”控制著礦體的產(chǎn)出[1]。其中，五通組與黃龍組之間碎屑巖與碳酸鹽巖的巖性差異面及巖漿侵入接觸帶最為重要，是礦集區(qū)內(nèi)銅多金屬礦礦體賦存的主要空間。

研究區(qū)內(nèi)以廣泛分布燕山期同熔型中酸性斑巖為特征，中酸性斑巖也是研究區(qū)主要的銅鉬金礦成礦地質(zhì)體[2]。巖漿巖以NWW 向封山洞—城門山超殼張裂帶為中心，沿蓋層斷裂向東、西兩側(cè)向上侵位[3]，以巖株和巖脈（墻）狀產(chǎn)于奧陶系—三疊系中。巖株?duì)顜r體平面上呈不規(guī)則橢圓形，剖面上呈上大下小的筒狀，對成礦最為有利，易于形成屬于“多位一體”廣義矽卡巖型礦床，這是形成大型礦床必要條件，如城門山、武山銅多金屬礦；巖脈（墻）狀巖體大多呈板狀、似層狀或分枝狀，分布于褶皺翼部層間斷裂帶、構(gòu)造破碎帶或張性斷裂帶中，主要形成中低溫巖漿熱液礦床，且礦床規(guī)模多為中—小型的銅金礦床，如洋雞山金礦、列山石—丁家山銅礦等。巖漿巖成巖時間集中在148～136 Ma 之間[4-7]。巖漿演化主要可分為兩期四個階段：燕山早期第一階段—閃長巖、石英閃長（玢）巖→燕山早期第二、第三階段—花崗閃長斑巖→燕山晚期第一階段—石英斑巖，分別對應(yīng)Au、Ag（Pb、Zn、Cu、S）→Cu、S（Au、Ag、W、Pb、Zn）→Mo（Cu）的成礦序列。其中以燕山早期第二、第三階段花崗閃長斑巖階段最為重要，這一時期是研究區(qū)銅礦成礦的主要時期。

2 城門山、武山礦床主礦體空間分布差異特征

在武山銅礦床成礦地質(zhì)體（武山巖株?duì)铍s巖體）西部的似層狀塊狀硫化物銅多金屬礦體連續(xù)性好，走向延長大（約1 600 m），顯示自巖體向西的礦化呈現(xiàn)出由銅→鉛鋅銀礦床（體）的分布；在其東部，礦化延長不足巖體東部礦化體長度的并且僅分布金銅體，鉛鋅銀礦體少見。

城門山礦田成礦巖體（城門山巖體）東部的塊狀硫化物型銅多金屬礦體的向東延長約1 200 m，且礦體的連續(xù)性相當(dāng)好，礦化作用強(qiáng)，同樣呈現(xiàn)出由銅→鉛、鋅、銀元素的正常分帶序列；城門山巖體西部礦化范圍明顯較東部小，礦化作用變?nèi)酰ㄒ妶D1）。

圖1 武山、城門山礦田塊狀硫化物型礦體水平投影示意圖

3 旋扭構(gòu)造與控礦特征

3.1 旋扭構(gòu)造形跡

3.1.1 環(huán)狀、帚狀構(gòu)造

武山巖體與武山矽卡巖型＋斑巖型等銅多金屬礦密切相關(guān)。巖體為一向南東傾斜的蘑菇狀巖株，平面上近似于圓形，剖面上呈喇叭狀，上大下小。圍繞武山巖體分布有呈環(huán)狀展布矽卡巖型銅礦體；在巖體內(nèi)部分布向北東收斂、往西南撒開，總體為NEE 向展布的帚狀構(gòu)造，反映巖體部分為內(nèi)旋做逆時針旋扭，并且帚狀構(gòu)造是銅多金屬礦賦存有利的空間，往往控制著斑巖型或構(gòu)造破碎帶型銅多金屬礦的產(chǎn)出。

3.1.2 被動褶皺構(gòu)造

城門山巖體出露面積約1 km2，呈巖株?duì)町a(chǎn)出，巖石類型主要為花崗閃長斑巖（燕山早期第三階段）和石英斑巖（燕山晚期第一階段）。這兩種類型的巖漿巖的出露面積分別約為0.65 km2和0.35 km2。在巖體中心周邊及深邊部，發(fā)育一系列弧形背向斜構(gòu)造，褶皺總體表現(xiàn)為：凹部指向巖體接觸帶，而凸部朝向圍巖。巖體東西兩側(cè)褶皺的表現(xiàn)形式各不相同。巖體西部分布的褶皺密度較大，延伸較小，呈南東撒開、北西收斂；而巖體東部的褶皺密度較小，延伸較長，呈北東撒開、南西收斂，反映出圍巖在巖漿逆時針上侵而推擠塑化巖層，致使圍巖以順時針方向運(yùn)動而變形。在巖體頂部附近，褶皺變形強(qiáng)烈、規(guī)模大，而遠(yuǎn)離巖體變小至消失。研究小組推測在巖體上侵“通道”附近圍巖（特別是黃龍組/五通組等）時，因巖漿熱液流體的逆時針旋轉(zhuǎn)上侵、運(yùn)移而推擠塑化巖層產(chǎn)生了巖層褶皺現(xiàn)象，凹部面向東北，呈北端收斂、南東撒開。

上述褶皺特征反映出褶皺與巖漿上侵動力作用的成生關(guān)系，揭示出侵位動力褶皺與巖體有著成因與時空的密切聯(lián)系。巖漿上侵結(jié)晶成巖是形成旋扭構(gòu)造動力作用的“砥柱”。

研究區(qū)成礦地質(zhì)體成巖成礦時間持續(xù)8 Ma左右。以武山礦田為例，武山礦區(qū)花崗閃長斑巖Rb-Sr 等時線年齡為143.4±6.8 Ma，武山礦區(qū)黃銅礦成礦地質(zhì)體Rb-Sr 等時線年齡為136±6.8 Ma[8]。

巖漿上侵時，巖體上下接觸帶外側(cè)3 000 m×1 500 m 范圍內(nèi)的圍巖受巖漿—成礦液體逆時針上侵，特別是成礦流體的逆時針上侵影響，推擠塑化圍巖形成地質(zhì)體。并且由于巖漿—成礦液體逆時針上侵，在黃龍組與五通組間的“層滑系斷裂”的地球化學(xué)障的阻擋作用下，造成在成礦地質(zhì)體——“砥柱”的東、西兩端應(yīng)力場分布不相同：東部以壓應(yīng)力為主，而西部以張應(yīng)力為主。這一點(diǎn)從城門山銅礦床的控巖—控礦作用特征得到印證，其西部受張應(yīng)力影響，層狀硫化物型銅礦體發(fā)生重復(fù)，且礦體形成的斷距達(dá)400 m 以上；而東部礦體則沿斷裂面下挫300 m 以上。

3.1.3 巖體流線及其流面捕虜體

巖漿自巖漿房上侵時，沿構(gòu)造斷裂與圍巖裂隙滲透，一方面對圍巖施以側(cè)壓力，使其變形、破碎，巖體中捕虜體較多并形成熱變質(zhì)巖，如硅化灰?guī)r、石英巖等，其產(chǎn)狀與圍巖產(chǎn)狀不完全一致，但其長軸方向常近似平行于接觸帶，這說明巖漿上侵過程中不斷吞食圍巖，并且受巖漿向上運(yùn)移流動的影響，既把捕虜體推到邊部，又使捕虜體順著巖漿流動的方向分布。另一方面，隨著巖漿上侵范圍的不斷擴(kuò)大（如成礦巖體在剖面上呈上大下小的筒狀），巖漿的成分及物理化學(xué)環(huán)境也在不斷變化，致使礦物的結(jié)晶過程發(fā)生改變，特別是在巖體邊緣部位，由于巖漿熱液螺旋上侵，較早結(jié)晶的片狀礦物（如黑云母等）被推（甩）向邊緣，在巖體邊緣形成0.1～0.2 m 走向基本與接觸帶平行的面理與線理帶。

3.2 控礦特征

3.2.1 巖漿侵位動力褶皺控礦

城門山礦田塊狀硫化物型礦體受多種構(gòu)造—建造類型組合控制。經(jīng)研究小組分析發(fā)現(xiàn)，巖漿侵位動力褶皺在多種控礦作用中具有突出地位，控制著塊狀硫化物型礦體的產(chǎn)狀、規(guī)模及礦體中Cu、S、Au、Ag、Zn 主要物質(zhì)組分富集特征（見圖2）：

圖2 城門山礦田層狀塊狀硫化物型礦體金、銀、銅、鋅、硫富集規(guī)律圖

（1）Cu、S、Au、Ag、Zn 等成礦物質(zhì)組分高值帶均出現(xiàn)于巖漿侵位動力褶皺軸部或其附近。

（2）靠近成礦巖體地段富集銅、硫元素，遠(yuǎn)離成礦巖體則富集鉛、鋅、銀元素。

（3）沿著巖漿上侵的方向，呈現(xiàn)自下而上、自內(nèi)而外的Cu（Mo）、S →Cu、Au、S、Ag、Pb、Zn →Au、Ag、Pb、Zn 的分帶特征。

（4）圍繞巖體的主成礦元素在東部分布范圍廣，而在西部分布范圍?。ㄒ妶D1），形成礦化分布與成礦元素富集不對稱的現(xiàn)象。

3.2.2 巖漿螺旋上沖侵位控礦

武山銅多金屬礦床矽卡巖型礦體主要受武山巖體接觸帶及圍巖巖性的控制，部分產(chǎn)于巖體內(nèi)部的灰?guī)r捕虜體中。研究小組對武山巖體的335、45、40、105、155 線剖面資料進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，圍繞武山巖體的矽卡巖型礦體的累計水平厚度在三維空間上的分布呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。不同方位剖面累計礦體水平厚度的相對高值點(diǎn)連線為一逆時針螺旋上升的曲線，螺距約250 m（見圖3），這反映出巖漿—成礦流體的上侵運(yùn)移方式為逆時針螺旋上沖，并在螺旋上升運(yùn)移軌跡的前鋒，易與活潑性較強(qiáng)的碳酸鹽巖接觸而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，促使礦液富集、沉淀而成礦，因此銅多金屬礦礦化范圍或銅礦體水平厚度增大。

圖3 武山礦田巖漿螺旋上沖侵位控礦示意圖

4 控制機(jī)理分析

4.1 巖漿螺旋上沖侵位成礦機(jī)理

九瑞礦集區(qū)成礦能量的主要供給者為分布在-4 000 m 標(biāo)高以下沿城門山—豐山洞NWW 向張性深大斷裂帶中的一個巨型深部巖基。深部巖漿體規(guī)模較大，與圍巖溫差小，韌性差也小，加之圍巖中斷裂裂隙不發(fā)育，造成巖漿結(jié)晶緩慢并長期處于相對封閉的狀態(tài)。巖漿水出溶后，在浮力、壓力梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力及慣性離心力的作用下，沿著城門山—豐山洞NWW 向?qū)r、導(dǎo)礦深斷裂上侵（在地球北半球所發(fā)生的熔融狀態(tài)巖漿—含礦流體呈逆時針方向輻合形成渦旋），產(chǎn)生多個中—淺部中小型巖漿體，以及大量高溫超臨界巖漿氣液—流體，不斷從深部向上匯聚。

巖漿氣液—流體在上升過程中，各巖漿體的渦旋場強(qiáng)間的幾何相容關(guān)系和三維流動渦旋場的非線性耦合，并仍保持著逆時針方向運(yùn)動，這與中生代新華夏系區(qū)域逆時針方向應(yīng)力場相互呼應(yīng)[9]、相互疊加耦合，成礦能量持續(xù)增強(qiáng)，氣液—流體運(yùn)動加速，渦旋內(nèi)圈氣液—流體繞中心急速旋轉(zhuǎn)上升，外圈氣液—流體呈螺旋狀向內(nèi)圈卷入，以最大的成礦能量系統(tǒng)攜帶巨量的成礦物質(zhì)[10]。

在到達(dá)地表的淺部，成礦能量行將耗盡時，則利用先成的構(gòu)造—成礦系統(tǒng)，或改造這一系統(tǒng)而富集、沉淀形成九瑞礦集區(qū)銅多金屬礦體，如成礦流體沿黃龍組與五通組間的“層滑系斷裂”運(yùn)移、富集、沉淀成礦，形成塊狀硫化物型礦體；或開辟新生的構(gòu)造—成礦系統(tǒng)形成多成因、多構(gòu)造類型的成礦作用的礦床（體），如形成接觸帶構(gòu)造、褶皺構(gòu)造、斷裂構(gòu)造、裂隙構(gòu)造等，控制著與成礦巖體有關(guān)的礦體分布與富集，形成矽卡巖型、塊狀硫化物型、構(gòu)造破碎帶型及裂隙構(gòu)造帶型等銅多金屬礦體。

4.2 巖漿“螺旋上沖”成礦模式

九瑞礦集區(qū)巖漿—成礦流體逆時針螺旋上沖，一方面對黃龍組與五通組間的“層滑系斷裂”產(chǎn)生不同構(gòu)造應(yīng)力（張性和壓性）性質(zhì)的儲礦空間。如在武山巖體西部產(chǎn)生張性應(yīng)力儲礦空間—張性斷裂—裂隙構(gòu)造系統(tǒng)，有利于含礦溶液的遷移和儲存，而其東部則為壓性應(yīng)力儲礦空間，不利于礦體的賦存。另一方面，從壓力高—壓力低、高中溫—中低溫的變化過程中，含礦熱液中成礦元素于淺部較陡硅—鈣面在地球化學(xué)障的作用下，沿黃龍組與五通組“層滑系斷裂”遷移、聚集成礦，從而造成成礦時為張性應(yīng)力儲礦空間一側(cè)的礦化分布范圍大、距成礦熱液中心距離長；而在壓性應(yīng)力儲礦空間一側(cè)，礦化分布范圍小、礦化距成礦熱液中心距離短。最終，成礦主巖體東、西兩側(cè)的塊狀硫化物型礦體的成礦元素組合和空間分布呈現(xiàn)不對稱差異現(xiàn)象（見圖4）。

圖4 九瑞礦集區(qū)銅多金屬礦“螺旋上沖”成礦模式示意圖

5 結(jié)語

（1）九瑞銅多金屬礦集區(qū)的城門山、武山等大型銅多金屬礦床中，圍繞成礦巖體的塊狀硫化物型礦體存在空間分布、成礦元素組合的不對稱差異現(xiàn)象，這是含礦巖漿熱液逆時針螺旋上沖侵位及其成礦作用的結(jié)果。

（2）九瑞銅多金屬礦集區(qū)內(nèi)燕山期同熔型中酸性含礦巖漿熱液逆時針螺旋上沖往往形成環(huán)狀、帚狀、弧形背向斜及巖體流線、流面捕虜體等多種旋扭構(gòu)造形跡，這些構(gòu)造對研究區(qū)內(nèi)銅多金屬礦礦體成礦元素組合和空間分布具有獨(dú)特的控制作用。

（3）九瑞銅多金屬礦集區(qū)內(nèi)巖漿—成礦流體的逆時針螺旋上沖運(yùn)動機(jī)制，是小巖（株）體形成大礦、巨量金屬元素堆積最重要的機(jī)理，這對于今后九瑞銅多金屬礦集區(qū)銅礦成礦作用研究及找礦勘查工作的部署具有一定的借鑒意義。