湖北陽新縣豐山銅礦成礦地質條件、成礦規(guī)律及深部找礦預測

肖德長, 華 二, 戴進玲, 張 旦, 楊 朋, 孫 芳

(中國冶金地質總局中南地質調查院,湖北 武漢 430081)

0 引言

豐山銅礦位于長江中下游成礦帶的西端[1-2],是鄂東南地區(qū)典型的與淺成—超淺成小巖體侵入有關的大型矽卡巖—斑巖型銅(鉬)礦床。豐山銅礦與雞籠山金銅礦、李家灣銅礦、曹家灣金礦等一起組成的豐山礦田,是長江中下游成礦帶的重要組成部分。礦區(qū)地質勘查工作始于20世紀50年代末,歷經60余年的勘查,取得了豐碩的找礦成果,積累了豐富的地質、物化探資料。以往地質勘查工作主要集中在-500 m高程以淺,少量鉆孔探索至-1200 m高程,在深部巖體與圍巖的接觸帶及附近揭露有厚大的銅(鉬)礦體,顯示良好的找礦前景。礦山于1971年建成投產,前期為井下露天聯合開采方式,露天生產于2001年結束采礦后,2002年礦山全部轉入井下生產[3]。歷經多年開采,現井下工作中段已至-440 m高程,保有資源量日漸減少,井下生產能力逐年下降,嚴重制約了礦山的可持續(xù)發(fā)展[4-5]。

本文在總結礦床地質特征及前人研究成果[4-14]的基礎上,依據近年來豐山銅礦的地質勘查資料,對礦床成礦地質條件與成礦規(guī)律進行綜合分析,開展深部找礦預測,以期為區(qū)內實現新一輪找礦突破提供借鑒和參考。

1 區(qū)域成礦背景

豐山銅礦區(qū)位于長江中下游成礦帶大冶—九江鐵銅金成礦亞帶東南段,其大地構造位置隸屬于揚子板塊與華北板塊碰撞對接帶的長江中下游前緣短縮帶的中部[15-18]。北臨大別臺隆,南為江南臺隆與華南地槽褶皺系。區(qū)內構造具有多層次構造網絡的特點,其構造演化及其在中生代的構造格局,對成礦起了決定性作用。

礦區(qū)為長江中下游鄂城—大冶—陽新—瑞昌鐵銅金成礦帶的一部分,隸屬于九瑞礦集區(qū)西段。區(qū)內碳酸鹽巖廣泛分布,巖漿侵入和噴發(fā)活動強烈,因此本礦帶上分布著眾多規(guī)模大小不等的矽卡巖型鐵礦、鐵銅礦、銅礦、銅鉬礦、銅金礦、金銅礦等內生礦床。

2 礦區(qū)地質特征

豐山銅礦區(qū)位于近EW向緊密線狀褶皺帶中的立頭復式倒轉向斜軸部[15-18],該復式倒轉向斜在封三洞地區(qū)壓縮最為緊密,向東、向西均逐漸舒張,構成近于對稱的雙喇叭形,兩翼由若干次級倒轉背向斜組成,并為若干斷裂破壞而復雜化(圖1)。封三洞巖體正好處于構造作用最為強烈的壓扭地段,直接受立頭倒轉向斜及次級柯家塘倒轉背斜、竹林塘倒轉向斜等褶皺控制(圖2)。

圖1 湖北省陽新縣豐山礦田地質簡圖

圖2 豐山銅礦床地質及銅礦體分布圖

2.1 地層

礦區(qū)內出露地層較為簡單,主要為下三疊統大冶群(T1Dy)碳酸鹽巖,細分為7個巖性段,其中大冶群第四段至第七段白云質灰?guī)r是區(qū)內主要的賦礦地層。

2.2 構造

礦區(qū)構造以緊密線狀褶皺為主,構造線方向呈NW285°。主要褶皺構造為立頭倒轉向斜,其南翼發(fā)育有次級柯家塘倒轉背斜、竹林塘倒轉向斜,北翼有次級仙人洞倒轉背斜、大垅倒轉向斜,構成一組近EW向的擠密褶皺構造帶。主要礦體賦存于柯家塘倒轉背斜和仙人洞倒轉背斜的軸部頂緣及翼部。斷裂構造不甚發(fā)育,且一般規(guī)模不大,主要形成于成礦之前,以橫向斷層為主,走向斷層較少。

2.3 巖漿巖

礦區(qū)巖漿侵入活動強烈而普遍,巖性以花崗閃長斑巖為主。主巖體為沿立頭倒轉向斜軸面侵入的花崗閃長斑巖巖株—封三洞巖體,平面上呈NWW—SEE方向的橢圓狀,出露長度2200 m,中部最大寬度800 m,向東、西兩側逐漸變小而尖滅,面積約為0.9 km2。巖體產狀與柯家塘倒轉背斜軸面產狀一致,向南傾斜,向南東側伏。巖體頂端因處于背斜軸部的封閉環(huán)境,形成厚大的斑巖型銅礦體。

巖體北緣接觸帶位于仙人洞背斜翼部地層與巖體的接觸部位,整體產狀與仙人洞背斜軸面一致,向南傾斜,淺部傾角較為平緩,中深部變陡,局部近于直立或倒轉向北傾。在長1600 m、向南傾斜深約800 m的范圍內賦存著似層狀矽卡巖型銅(鉬)礦體。

巖體南緣接觸帶位于柯家塘倒轉背斜翼部地層與巖體接觸部位,整體產狀與柯家塘倒轉背斜軸面一致,向南傾斜。受印支期由南向北推擠應力場作用,柯家塘倒轉背斜南翼地層形成次級褶皺(裙邊褶皺)構造,南緣接觸帶也依次級褶皺彎曲,礦化發(fā)育在次級褶皺的軸部與兩翼,礦體呈倒勾狀、透鏡狀,沿接觸帶傾斜方向呈疊瓦狀、圓弧狀或呈雁行排列。

2.4 圍巖蝕變

從宏觀上來看,豐山銅礦內由中心花崗閃長斑巖向外到灰?guī)r方向存在著如下的圍巖蝕變分帶現象:花崗閃長斑巖 → 高嶺土化花崗閃長斑巖 → 蝕變花崗閃長斑巖(具綠泥石化、綠簾石化、碳酸鹽化、高嶺土化等多種蝕變) → 矽卡巖化花崗閃長斑巖 → 鈣鐵榴石矽卡巖(內矽卡巖) → 鈣鋁榴石矽卡巖(外矽卡巖) → 透輝石矽卡巖(外矽卡巖) → 硅灰石矽卡巖(外矽卡巖) → 矽卡巖化大理巖 → 大理巖 → 大理巖化灰?guī)r → 灰?guī)r。其中,以矽卡巖化和大理巖化與成礦關系最為密切。

3 礦體地質特征

3.1 礦體特征

礦床受封三洞巖體與立頭復式倒轉向斜的聯合控制,主要賦存于封三洞巖體與下三疊統大冶群碳酸鹽巖的接觸帶及其附近,圍繞巖體呈環(huán)帶狀分布?？臻g上礦體主要分布于巖體的南側和北側與大冶群碳酸鹽巖接觸帶中,將其分為南緣礦帶和北緣礦帶[15-18]。兩礦帶中部相距400～500 m,在巖體東、西兩端,南緣和北緣兩礦帶合為一體。

礦帶中礦體成群出現,各礦體受NWW向線性構造控制,在平面上相互平行;在空間上,受區(qū)域緊密線性構造和深部隱伏次級褶皺(裙邊褶皺)構造控制,呈疊瓦狀、圓弧狀或呈雁行排列。礦體的形態(tài)、產狀嚴格受接觸帶構造形態(tài)和圍巖產狀控制。

目前控制的主要礦體有1、J1、J2、501、J26號等礦體,主要分布于0～20線的-1200 m高程以上范圍內,東西長2000 m,南北寬100～620 m,礦床分布總面積約0.95 km2。

3.2 礦石特征

礦石類型以矽卡巖型銅(鉬)礦石和矽卡巖角礫巖型銅(鉬)礦石為主。該類礦石致密、堅硬,比重較大。礦石呈細—中粒浸染狀構造。其礦物組成以脈石礦物為主,主要有石榴石、透輝石、粒硅鎂石、硅灰石、透閃石等,約占礦石組成的90%。金屬礦物主要為黃銅礦、斑銅礦、黃鐵礦等,次為輝鉬礦、磁鐵礦等。主要有用金屬礦物為黃銅礦、斑銅礦。礦石中銅含量介于0.3%～2%之間,鉬含量平均多在0.01%以上。

4 成礦條件分析

4.1 構造控礦

4.1.1 斷裂

NWW向基底斷裂為本區(qū)導礦構造,控制著侵入體的方向和空間位置,也控制著矽卡巖型礦體的空間位置、形態(tài)、產狀。前古生代基底地層中NWW向斷裂構造,是引導地下深處花崗閃長斑巖上升的通道,它控制了巖體的主體方向和形成部位。由南向北的推覆力作用下,形成了一系列的近于EW向緊密線狀褶皺,軸部產生強烈擠壓破碎,形成地質構造上的軟弱帶,導致沿基底斷裂上升的花崗閃長斑巖順著軟弱帶進入到上構造層中(圖1),構成了本區(qū)成礦的物質來源條件。

4.1.2 褶皺

立頭倒轉向斜控制了封三洞巖體的產出空間位置,南北兩翼的次級褶皺構造分別控制著南北緣接觸帶的形態(tài)和礦體產出空間部位。區(qū)內地層在由南向北的推覆力作用下,形成形狀復雜的復式向斜,其南翼地層中形成揉皺折曲構造,北翼地層-600 m至-800 m高程以上形成滑動斷裂構造,-600 m至-800 m高程以下地層以揉皺折曲構造為主。隱伏次級褶皺構造的存在,使成礦有利地層 (T1Dy5、T1Dy6) 重復出現。在接觸帶構造與褶皺構造的復合控制下有利于礦液的聚集儲存,形成厚度大、品位高的矽卡巖型銅鉬礦體。

4.2 巖漿巖控礦

封三洞花崗閃長斑巖主侵入體為礦區(qū)成礦母巖,表現為以下幾個方面:

(1)主要矽卡巖型銅鉬礦體及角礫巖型銅鉬礦體環(huán)繞該巖體接觸帶呈環(huán)帶狀分布,或部分出現在距接觸帶不遠的圍巖中,在空間上緊密相關,表明巖體與成礦有直接成因關系。

(2)圍巖蝕變及金屬礦物圍繞主巖體具明顯的分帶現象,反映出由高溫到低溫的分布特點:輝鉬礦 →黃銅礦 → 鉛鋅礦,表明成礦流體及成礦物質與成礦熱源來自巖體。

4.3 巖體與圍巖接觸帶

巖體與圍巖接觸帶控制著區(qū)內礦體的形成、分布和富集。伴隨著花崗閃長斑巖巖漿的侵入,在強大的壓力、熱力作用下,對圍巖產生了巨大的擠壓、同化作用,由于物理化學條件的差異,使部分圍巖被破壞,交代作用形成了體積變小,體重加大的矽卡巖?？紫抖仍黾拥奈◣r,有利于礦液的運移和沉積儲存。而不同巖石界面之間形成滑動面,成為礦液運行的通道,或為有利成礦的場所。巖漿侵入時,由于受到周圍巖性、構造、地層產狀不同應力相互作用的影響,形成了蘑菇狀巖體頸部的半封閉接觸構造,大理巖呈舌狀體凸向巖體中,在這些構造部位易形成厚大的矽卡巖。上升的礦流體,在不利成礦和透水性的花崗閃長斑巖頂蓋阻擋下,易形成厚大的富銅礦體。

4.4 地層巖性控礦

通常大冶群第六段地層直接與巖體接觸部位的矽卡巖銅(鉬)含礦性較好,特別是呈舌狀體凸入到巖體的部分,其他層位與巖體接觸則成礦稍差。大冶群第六段含白云質灰?guī)r為主,巖石化學性質較活潑,熱穩(wěn)定性差,性脆易破裂,容易被交代,因而有利于成礦。

5 成礦規(guī)律

5.1 礦床分帶規(guī)律

豐山銅礦以巖體為中心,平面上按成因類型劃分成礦帶,依次為斑巖型銅鉬礦成礦帶(巖體內)—矽卡巖型銅鉬礦成礦帶(接觸帶)—熱液型大理巖層間破碎金銀鉛鋅多金屬礦成礦帶(外接觸帶)—蝕變巖型金銀礦成礦帶(外邊部)。根據現有勘查成果,垂向上按礦石類型劃分成礦帶,南緣分兩個成礦帶,分別分布在-500 m高程以上、-500 m～-1200 m高程;北緣分一個成礦帶,分布在-850 m高程以上,每個成礦帶在垂向上由上至下依次為鐵銅、銅鉬、鉬銅的礦石類型分布,表明巖體的多期次性。礦床分帶特征見圖3。

圖3 豐山銅礦床分帶特征示意圖

5.2 礦化富集規(guī)律

(1)矽卡巖型礦體受構造、地層巖性和巖漿巖的聯合控制,特別是主礦體,主要賦存于構造應力集中的次級褶皺構造軸部頂緣與滑脫(斷裂)疊加的接觸帶地段及其附近,其次賦存于主接觸帶附近的有利成礦圍巖(大冶群第六段含白云質灰?guī)r),巖性特征變化相對穩(wěn)定,形成獨有的厚大扁豆體礦體和似層狀礦體。

(2)以花崗閃長斑巖體(已大部角礫巖化)為中心,由內到外,銅的含量有明顯的變化規(guī)律:地表沿勘探線方向,在火成巖角礫巖的中心部位有一個寬100～200 m、銅含量低于0.08%的無礦核;其外有寬約100 m、銅含量約0.12%的銅低含量帶;再向外有寬20～40 m、銅含量約為0.2%的銅弱礦化帶;再向外為接觸帶上的銅礦帶,寬20～30 m,銅品位為0.3%～1.5%;最外側進入大理巖銅含量低于0.3%,逐步遠離接觸帶方向,含銅量進入正常背景值,此現象也說明成礦與巖體及角礫巖化作用緊密相關。

(3)在巖體侵入的主體部位,礦體成礦深度大、品位高,而東西兩端的超覆侵入部位則礦化強度低、品位低。

6 深部找礦預測

豐山銅礦床是由多期次熱液活動,疊加富集成礦。礦體受構造、地層巖性和巖漿巖的聯合控制,特別是主礦體,主要賦存于構造應力集中的次級褶皺構造軸部頂緣與滑脫(斷裂)疊加的接觸帶地段及其附近,其次為主接觸帶附近的有利成礦圍巖,巖性特征變化相對穩(wěn)定,形成獨有的厚大扁豆體礦體和似層狀礦體。

通過對豐山銅礦成礦地質條件與成礦規(guī)律進行綜合分析,結合其成礦元素、圍巖蝕變分帶特征,預測在豐山銅礦3～17線深部仍存在矽卡巖型礦體,主要分布在南緣第三成礦帶和北緣第二成礦帶(圖4)。其中,南緣第三成礦帶分布在-1200 m至-2000 m高程,接觸帶整體向南傾斜,傾角較緩,局部向北倒轉;北緣第二成礦帶分布在-900 m至-2000 m高程,接觸帶整體向南傾斜,傾角較陡,局部向北倒轉,其成礦地質條件相對于南緣第三成礦帶稍弱。

圖4 豐山銅礦深部找礦空間預測示意圖

7 結論

(1)礦床的形成、分布和富集主要受斷裂構造、侵入接觸構造、褶皺構造控制;封三洞花崗閃長斑巖主侵入體為成礦母巖;大冶群第六段為成礦有利圍巖。

(2)豐山銅礦自巖體內往巖體外邊部具有斑巖型銅鉬礦—矽卡巖型銅鉬礦—熱液脈型金銀鉛鋅多金屬礦—蝕變巖型金銀礦的水平分帶特征;垂向上按礦石類型南緣分兩個成礦帶,北緣分一個成礦帶,每個成礦帶由上至下具有鐵銅—銅鉬—鉬銅的垂直分帶特征。

(3)矽卡巖型主礦體主要賦存于構造應力集中的次級褶皺構造軸部頂緣與滑脫(斷裂)疊加的接觸帶地段及其附近,其次為主接觸帶附近的有利成礦圍巖,形成獨有的厚大扁豆體礦體和似層狀礦體。

(4)預測豐山銅礦3～17線深部仍存在矽卡巖型礦體,分布于南緣第三成礦帶和北緣第二成礦帶。