河南省趙家溝銅礦地質(zhì)特征及礦床成因探討

任 明，胡 偉

(1. 河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450016； 2. 河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450016)

0 前 言

河南省銅礦資源貧乏，礦山儲(chǔ)量少，規(guī)模小，含銅品位低，主要分布于靈寶、盧氏、桐柏、濟(jì)源、內(nèi)鄉(xiāng)、南召等地，且多數(shù)是以共伴生礦的形式存在，資源分散，但也有礦石礦物組成簡單、易選的特點(diǎn)[1]。趙家溝銅礦位于河南省魯山縣境內(nèi)，屬瓦屋鄉(xiāng)管轄，魯山地區(qū)之前銅礦地質(zhì)工作程度較低，2012—2013年通過詳查地質(zhì)工作評價(jià)，提交了一處小型礦產(chǎn)地趙家溝銅礦。通過分析礦床成礦背景，根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)特征及地球物理特征，探討了礦床成礦條件，認(rèn)為該礦床為熱液充填-交代型礦床，并給出了下一步工作的找礦方向，對在魯山地區(qū)尋找銅礦具有一定的啟示意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位置處于華北陸塊南緣，屬華北地層區(qū)豫西分區(qū)熊耳山小區(qū)。研究區(qū)南部為欒川-確山斷裂，北部為車村-下湯斷裂。

研究區(qū)位于背孜背斜的南西翼。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)劇烈，區(qū)域性構(gòu)造和層間構(gòu)造較為發(fā)育。多期次的巖漿和構(gòu)造活動(dòng)為成礦物質(zhì)的活化和富集提供了充足的熱源、動(dòng)力與富集場所。

區(qū)域上銅的高背景巖層主要是含有較多中基性火山巖系物質(zhì)的地層，主要有分布在小秦嶺、崤山、熊耳山、魯山等地的太華群，形成一系列走向?yàn)楸蔽?南東向的銅的高背景帶，即使是這些富銅的巖層，它們的背景值仍低于地殼克拉克值，反映出區(qū)域貧銅的基本特征，區(qū)內(nèi)銅的富集主要與熱液活動(dòng)有關(guān)[2-3]。東秦嶺銅地球化學(xué)異常分布見圖1。

圖1 東秦嶺銅地球化學(xué)異常分布

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層，自老至新有：太古界太華巖群雪花溝組上段(Ar2x1)、太古界太華巖群雪花溝組中段(Ar2x2)、太古界太華巖群雪花溝組下段(Ar2x3)、太古界太華巖群水底溝組(Ar2s)、中元古界熊耳群雞蛋坪組上段(Pt2j1)、第四系(Q)[5-6]。趙家溝銅礦區(qū)地質(zhì)簡要見圖2。

1.第四系；2.中元古界熊耳群雞蛋坪組上段；3.太古界太華巖群雪花溝組上段；4.太古界太華巖群雪花溝組中段；5.太古界太華巖群雪花溝組下段；6.太古界太華巖群水底溝組；7.含礦破碎帶；8.鉆孔；9.探槽；10.勘查線；11.礦區(qū)范圍；12.資源量估算范圍

1)太古界雪花溝組上段(Ar2x1)

分布于礦區(qū)北側(cè)，地層產(chǎn)狀200°∠50°。主要巖性為鉀長片麻巖，灰褐色，柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，主要由鉀長石、石英、黑云母、白云母等組成。

2)太古界雪花溝組中段(Ar2x2)

分布于礦區(qū)中部馬老莊一帶，地層產(chǎn)狀220°∠65°。主要巖性為含石墨黑云二長片麻巖，灰褐色，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，主要成分由黑云母、白云母、斜長石、石墨等組成。本區(qū)銅礦主要賦存在本段地層中。

3)太古界雪花溝組下段(Ar2x3)

分布于礦區(qū)中部太古界雪花溝組中段南側(cè)一帶，其地層產(chǎn)狀240°∠75°。主要為斜長角閃片麻巖，灰綠色-墨綠色，柱粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，主要由鉀長石、黑云母白云母斜長石等組成(見圖3)。

4)太古界水底溝組(Ar2s)

主要分布在礦區(qū)東南部，主要為大理巖(見圖3d)，白色，具粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由方解石、白云石等組成。

圖3 區(qū)域地層鉀長片麻巖(a)、含石墨黑云二長片麻巖(b)、斜長角閃片麻巖(c)、大理巖(d)鑒定照片

5)中元古界熊耳群雞蛋坪組上段(Pt2j1)

分布于礦區(qū)西南側(cè)趙家溝一帶，主要巖性為中元古界雞蛋坪組上段的英安巖，灰白色，斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，斑晶主要為斜長石、角閃石、云母等。

主要分布于礦區(qū)中部及南部的溝谷及其兩側(cè)低洼處，主要為沖積砂、砂礫石層、亞砂土、亞黏土。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造不明顯，構(gòu)造不發(fā)育。通過詳查工作在區(qū)內(nèi)地表共發(fā)現(xiàn)含礦構(gòu)造帶2條，編號為F1、F2，走向均為北西向，傾向南西。含礦構(gòu)造帶寬度0.40～3.00 m，傾角較陡。

2.3 巖漿巖

區(qū)域內(nèi)巖漿活動(dòng)較弱，主要為嵩陽期侵入巖，范圍小，分布于區(qū)域北部，礦區(qū)內(nèi)未見巖漿巖出露。

2.4 變質(zhì)作用

太華巖群的主要巖石類型有：片巖、片麻巖類、大理巖類、斜長角閃巖類、混合巖等。其原巖建造以中基性-中酸性火山巖建造為主，伴有碎屑巖-碳酸巖建造。變質(zhì)變形極為復(fù)雜，經(jīng)受了中深變質(zhì)，變質(zhì)高峰期達(dá)高角閃巖相，局部達(dá)麻粒巖相。主要蝕變?yōu)辄S鐵礦化、黃銅礦化，次為硅化、高嶺土化、綠泥石化。

3 礦區(qū)地球物理特征

在礦區(qū)南部視福頻率Fs等值線平面圖上，存在三塊高極化區(qū)，自西向東分別為①區(qū)、②區(qū)、③區(qū)(見圖4)。

圖4 趙家溝礦區(qū)激電中梯極化率異常平面

①區(qū)視福頻率Fs值為2.34%～3.24%，異常為南北走向的拉長橢圓狀異常，向北未封閉，異常規(guī)模中等，寬度范圍100～400 m，長度600 m。但在視電阻率ρ等值線平面圖上，有一個(gè)長度300 m，寬80 m的極低阻區(qū)，視電阻率ρs為72～258 Ω·m，屬于高極化低阻區(qū)，而兩邊是高阻區(qū)，視電阻率ρs為885～2 962 Ω·m，差距非常明顯，因此存在礦化帶的可能性非常大。再在向上延拓至200 m圖上依然存在，但不是很明顯，說明其規(guī)模與深度中等。

②區(qū)視福頻率Fs值為2.34%～3.32%，面積較小，長度為400 m，寬度在100～200米，電阻率值為127～509 Ω·m，屬高極化中阻區(qū)。在向上延拓至100 m異常存在，但在延拓至200 m圖上不是很明顯，說明屬于淺部異常。

③區(qū)視福頻率Fs值為2.86%～5.59%，面積比較大，長度800 m，寬度在250～550 m。電阻率值中等，存在兩塊低阻區(qū)，第一塊在北邊，長300 m，寬度200 m，其和F1含礦構(gòu)造帶相吻合；第二塊在南邊，長200 m，寬度200 m。在延拓至500 m之后依然存在，說明其規(guī)模比較大，深度比較深，應(yīng)由F2含礦構(gòu)造帶引起，其深部已通過鉆探證實(shí)了銅礦體的存在[7]。

管溝基礎(chǔ)采用中粗砂墊層，厚15～20 cm，砂料含泥量不應(yīng)大于5%。遇有淤泥時(shí)，清淤換土，進(jìn)行基礎(chǔ)換置，使地基承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

綜合上述，本區(qū)礦床以硫化礦為主，硫化礦石金屬礦物以黃銅礦為主，次為黃鐵礦，礦石中含有石墨，高極化低阻特征明顯，①區(qū)與③區(qū)一共三塊高極化低阻區(qū)存在礦化帶的可能，成礦前景較好。本次通過鉆探工程圈出的Ⅰ號礦體位于③區(qū)南部，③區(qū)北部與①區(qū)有待下一步驗(yàn)證。

4 礦體地質(zhì)特征

4.1 礦體特征

區(qū)內(nèi)共圈出一個(gè)Ⅰ號銅礦體，該礦體為盲礦體，地表無出露。礦體由7個(gè)鉆探工程控制，礦體沿走向長210 m,延伸90～160 m，水平投影圖為橢圓形，剖面上呈脈狀。總體走向北西315°，傾向南西225°，傾角10°～43°。礦體賦存標(biāo)高148～222 m。礦體厚度3.55～5.21 m，平均厚4.64 m，厚度變化系數(shù)53%，厚度穩(wěn)定。礦石品位，單工程極值Cu為0.25%～0.51%，平均為0.41%；品位變化系數(shù)按礦體內(nèi)35個(gè)單樣統(tǒng)計(jì)，Cu極值為0.21%～0.88%，平均0.41%，變化系數(shù)45%，品位分布均勻[8]。礦體特征詳見表1。

表1 礦體特征一覽

4.2 礦石質(zhì)量特征

4.2.1 礦石礦物成分

本區(qū)銅礦體屬脈狀礦體，具有熱液疊加改造特征，礦石中礦物成分與圍巖成分具有相近特點(diǎn)。礦石氧化程度低，礦石中金屬礦物主要為黃銅礦、黃鐵礦、斑銅礦，少量輝銅礦、磁鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、黝銅礦。非金屬礦物主要有石墨、角閃石、輝石、斜長石、石英、正長石、微斜長石等。黃銅礦呈他形粒狀，粒徑0.01～0.6 mm，特征銅黃色，弱非均質(zhì)性，中-低硬度，大部分呈定向排列，與其他礦物一起形成片麻狀構(gòu)造，少數(shù)呈脈狀分布。黃鐵礦呈他形粒狀，粒徑0.01～0.1 mm，淺黃色，高硬度，均質(zhì)性，主要分布在黃銅礦脈中。石墨呈鱗片狀，粒徑0.03～1.0 mm，極顯著雙反射，極強(qiáng)非均質(zhì)性，低硬度，鱗片有彎曲現(xiàn)象，定向排列。

4.2.2 礦石化學(xué)成分

礦石中化學(xué)組分有WO3、V2O5、SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、CaO、MgO、K2O、Na2O等，金屬組分有Cu、Pb、Zn、Mn、S，黃銅礦為主要礦石礦物，礦石化學(xué)全分析結(jié)果見表2。

表2 礦石化學(xué)全分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

4.2.3 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造

1)礦石結(jié)構(gòu)

礦石結(jié)構(gòu)為他形粒狀結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、壓碎結(jié)構(gòu)。他形粒狀結(jié)構(gòu)礦石中黃鐵礦晶粒為他形粒狀，結(jié)晶程度不好。

2)礦石構(gòu)造

浸染狀構(gòu)造：金屬礦物顆粒的粒徑0.01～0.6 mm，特征銅黃色，弱非均質(zhì)性，中-低硬度，大部分呈定向排列，與黃鐵礦、石墨一起形成浸染狀構(gòu)造，此種礦石銅礦品位一般為中等。

細(xì)脈狀構(gòu)造：金屬礦物呈條帶狀或細(xì)脈狀分布于礦石中，此種礦石品位一般中等偏下。

圖5 銅礦石巖心特征(a)、銅礦石鏡下特征(b)

4.3 礦石類型和品級

4.3.1 礦石自然類型

根據(jù)野外觀察和巖礦鑒定，礦石類型為硫化礦石類型。礦床以硫化礦為主，硫化礦石金屬礦物以黃銅礦為主，次為黃鐵礦，礦石中含有石墨。

按礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造，可將礦石分為片麻狀礦石、細(xì)脈狀礦石，以片麻狀和細(xì)脈狀礦石為主。

4.3.2 礦石工業(yè)類型及品級

銅品位按小于0.4%和大于0.4%大致分為工業(yè)品位礦、邊界品位礦2個(gè)品級[9]。礦區(qū)內(nèi)銅礦床平均品位0.41%，屬工業(yè)品位銅礦，但銅礦石品位總體仍較低，屬需選銅礦石，應(yīng)進(jìn)行選礦使品位富集成為銅精礦，供冶煉生產(chǎn)利用。

4.4 礦體圍巖及夾石

4.4.1 礦體圍巖

礦體頂板巖性見有斜長角閃片麻巖、角閃花崗巖、透輝巖；底板巖性主要為斜長角閃片麻巖、角閃花崗巖。蝕變一般較弱，具有硅化、黃銅礦化、綠泥石化、黃鐵礦化，硅化與礦化關(guān)系密切。礦體與圍巖界線不太明顯，主要依照樣品分析結(jié)果來圈定礦體。

4.4.2 礦體夾石

區(qū)內(nèi)礦體呈脈狀，礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)較簡單，見礦工程中夾石厚2.42 m，可達(dá)礦化品位，所夾巖性為斜長角閃片麻巖。

5 礦床成因及找礦標(biāo)志

5.1 礦床成因

趙家溝礦區(qū)銅礦體嚴(yán)格受區(qū)內(nèi)局部斷裂構(gòu)造控制，圍巖蝕變不明顯，蝕變具硅化、褐鐵礦化等，其中硅化相對與礦化關(guān)系較密切，區(qū)內(nèi)成礦作用主要表現(xiàn)為構(gòu)造-流體成礦，成礦方式以充填交代作用為主[10-11]。

本區(qū)銅礦產(chǎn)于太古界雪花溝組中段的含石墨黑云二長片麻巖中，受區(qū)內(nèi)構(gòu)造破碎帶控制。長期構(gòu)造活動(dòng)在太古界地層中具有上、下屏蔽層的地段形成了一個(gè)有利于熱液充填交代相對穩(wěn)定的成礦環(huán)境，含礦熱液在運(yùn)移過程中淋濾了地層中的成礦物質(zhì)，浸出、接納部分有用組分，使地層發(fā)生以硅化為主的蝕變，同時(shí)在破碎帶裂隙、角礫間沉淀形成脈狀礦體[12-13]。綜上所述，其太古界雪花溝組中段的含石墨黑云二長片麻巖為銅礦的形成提供了成礦物質(zhì)來源，構(gòu)造破碎帶為成礦物質(zhì)的聚集提供了熱液通道和沉淀場所。成礦作用經(jīng)歷了同生沉積、熱液疊加改造2個(gè)階段，成礦方式存在充填方式和交代方式2種，是一個(gè)復(fù)合成因的礦床，其礦床成因應(yīng)屬熱液充填-交代型礦床。

5.2 找礦標(biāo)志

1)地層標(biāo)志：根據(jù)礦化明顯的層控特征，太華群雪花溝組中段(Ar2x2)是區(qū)域找礦的地層標(biāo)志。

2)物探標(biāo)志：本區(qū)硫化礦體的高極化低阻特征明顯，物探激電中梯測量所圈出的高極化低阻異常是間接找礦標(biāo)志。

3)圍巖蝕變標(biāo)志：近礦圍巖中的硅化、黃銅礦化、黃鐵礦化、綠泥石化等是最有利的找礦蝕變標(biāo)志[14]。

6 結(jié) 論

1)趙家溝銅礦的礦床成因?qū)贌嵋撼涮?交代型礦床，礦體嚴(yán)格受區(qū)內(nèi)的構(gòu)造破碎帶控制，成礦作用經(jīng)歷了同生沉積、熱液疊加改造2個(gè)階段，成礦方式存在充填方式和交代方式2種，是1個(gè)復(fù)合成因的礦床。

2)本區(qū)礦床以硫化礦為主，硫化礦石金屬礦物以黃銅礦為主，次為黃鐵礦，高極化低阻特征明顯，圈定的3個(gè)物探異常區(qū)，僅驗(yàn)證1個(gè)，發(fā)現(xiàn)了銅礦體，下步可對另外2個(gè)進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證，擴(kuò)大找礦成果。

3)魯山地區(qū)銅礦找礦工作開展較少，一直未進(jìn)行系統(tǒng)研究總結(jié)，本次通過總結(jié)該區(qū)銅礦的礦床成因和找礦標(biāo)志，認(rèn)為本區(qū)具有較為有利的物化探異常和成礦條件，進(jìn)一步開展本區(qū)深部及外圍銅礦勘查工作是實(shí)現(xiàn)該區(qū)銅礦找礦突破的重要途徑。