徐公權(quán)
(河南省地質(zhì)局礦產(chǎn)資源勘查中心,河南 鄭州 450053)
河南省商城縣鉬礦找礦工作始于20世紀(jì)70年代末,但一直未取得突破。直至2004年,河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)調(diào)查隊在綜合以前區(qū)域及物化探資料的基礎(chǔ)上,結(jié)合地表工程和鉆探工程,發(fā)現(xiàn)并查明了湯家坪中型斑巖型鉬礦床[1-2]。隨后,為探明其外圍鉬多金屬礦資源分布狀況,對新店地區(qū)鉬多金屬礦開展了一系列的研究和勘察工作,在鄰近湯家坪的羅家灣異常區(qū)勘探新發(fā)現(xiàn)了羅家灣斑巖型鉬礦。
羅家灣鉬礦位于河南省商城縣南約35 km,行政區(qū)劃隸屬于達權(quán)店鄉(xiāng)新店村、十二道河村和長竹園鄉(xiāng)張花店村,216省道在東南部穿越,交通條件十分便利(圖1)。該礦位于大別山北麓,地形切割中等—強烈,山勢陡峭,總體北低南高,海拔195~892m,高差697m;屬溫帶向亞熱帶過渡型氣候,四季分明,雨量充沛,年平均降雨量1200 mm,平均氣溫13℃;區(qū)內(nèi)地表水發(fā)育,為淮河水系,淮河一級支流灌河縱貫本區(qū)。
圖1 羅家灣鉬礦區(qū)交通位置圖
本文總結(jié)了新發(fā)現(xiàn)的羅家灣鉬礦的礦床地質(zhì)特征,并對礦床成因進行了分析,進而探討其成礦機理,指出該區(qū)具有潛在的找礦前景。研究成果可為后續(xù)找礦勘探提供參考。
羅家灣鉬礦位于河南省商城縣南約35 km,地處達權(quán)店鄉(xiāng)新店村、十二道河村和長竹園鄉(xiāng)張花店村交接區(qū)域(圖2)。大地構(gòu)造上位處秦嶺—大別造山帶東段,桐柏—大別山變質(zhì)核雜巖隆起帶北部。區(qū)域主干斷裂與區(qū)域構(gòu)造線一致,呈NWW向展布,如桐柏—商城斷裂帶、龜山—梅山斷裂帶等,早期均表現(xiàn)為韌性剪切變形,后期在伸展機制下疊加脆性變形;而NNE向和NE、NW向斷裂發(fā)育相對稍晚,如商城—麻城斷裂帶等。它們控制著大別山地區(qū)火山巖和巖漿巖的分布(圖2)。
圖2 大別山北坡構(gòu)造地質(zhì)圖
以桐柏—商城斷裂(F3)為界,北部秦嶺地層區(qū)主要出露中元古界龜山巖組(Pt2g)、中新元古界滸灣巖組(Pt2+3h)、下古生界二郎坪巖群(Pz1Er)、震旦系—奧陶系肖家廟組(Z-O1x)、泥盆系南灣組(Dn)、上石炭統(tǒng)楊小莊組(C2y)和胡油坊組(C2h)、下白堊統(tǒng)陳棚組(K1c)等;南部大別地層區(qū)主要出露太古宇大別巖群(ArDb)以及古老侵入巖強變形后形成的大別片麻雜巖、超高壓變質(zhì)帶。
受揚子板塊向華北板塊俯沖、碰撞和后期中國中東部地區(qū)伸展機制的影響,大別山地區(qū)巖漿活動十分頻繁,超基性—基性—中性—酸性—堿性巖均有出露,以華力西期及燕山晚期酸性侵入巖分布最廣,規(guī)模最大,巖性主要為中細?!毩:谠颇感遍L花崗巖;其中燕山期侵入的花崗斑巖多為小巖體,規(guī)模大小不等,具深源淺成特點,巖性為黑云母二長花崗巖。本區(qū)中生代火山活動亦較活躍,西起信陽游河、東到安徽郯廬斷裂均有分布,主要沿大別山北麓、龜山—梅山斷裂兩側(cè)呈EW向展布。
礦區(qū)出露地層有太古宇大別巖群(變質(zhì)表殼巖)(ArDb)角閃黑云二長片麻巖、磁鐵石英巖、斜長角閃片麻巖、白云石英片巖等;元古界變質(zhì)深成巖系大別片麻雜巖(PtDog)黑云二長片麻巖、角閃斜長片麻巖夾斜長角閃巖、云英閃長質(zhì)片麻巖、花崗閃長質(zhì)片麻巖等,普遍具綠泥石化、黃鐵礦化及硅化等;中新元古界滸灣巖組(Pt2+3h)黑云斜長片巖、黑云鉀長片麻巖、二云斜長片麻巖夾斜長角閃片巖等,以及第四系全新統(tǒng)(Qh)沖積層砂、含礫砂、礫石(圖3)。
圖3 羅家灣鉬礦區(qū)地質(zhì)圖
礦區(qū)褶皺不發(fā)育,僅在將軍寨滸灣巖組中發(fā)育一大型褶鈹、伴生黏滯型石香腸構(gòu)造,其北端大理巖標(biāo)志層展布略具反“Ω”形,揭示其由北向南剪切運動特征。斷裂構(gòu)造發(fā)育,主要有NNE向商城—麻城斷裂帶、NE向趙家灣斷裂(圖3)。
商城—麻城斷裂帶:走向NNE、傾向NWW,傾角60°~70°,寬100~500 m,區(qū)內(nèi)分布于長竹園、新店、達權(quán)店一線,在達權(quán)店以北被鲇魚山水庫所掩蓋。該斷裂由多條糜棱巖帶、碎裂巖帶組成,顯示早期韌性剪切形成糜棱巖,從中心向兩側(cè)糜棱巖化作用遞減;而碎裂巖分布于糜棱巖帶的中部或兩側(cè),為后期脆性變形的結(jié)果。它直接控制羅家灣和湯家坪花崗斑巖體的產(chǎn)出。
趙家灣斷裂:分布于徐瓦屋、趙家灣一線,呈NE向展布,其南端在新店北與商城—麻城斷裂帶交匯,出露長16.5 km,斷裂帶寬1~3 m,由強硅化碎裂巖帶和角礫巖帶組成。
礦區(qū)巖漿巖出露規(guī)模相對較小,主要為分布于后老墳園—涼水井一帶的新元古代輝長巖(Pt3νν)和分布于羅家灣和湯家坪一帶的早白堊世香子崗序列花崗斑巖;北部有小范圍的早白堊世達權(quán)店二長花崗巖(K1Dηγ)出露。早白堊世香子崗序列花崗斑巖與鉬礦化關(guān)系密切。
香子崗序列花崗斑巖呈巖株狀侵位于古元古界羅家大寨黑云斜長片麻巖中,巖性為二長花崗斑巖(K1X1ηγπ)和鉀長花崗斑巖(K1X2ξγπ),出露面積約0.5 km2。
據(jù)巖體中硅酸巖樣品分析結(jié)果(表1),邊部向中心K2O含量逐漸增高,與花崗巖平均化學(xué)成分相比,SiO2和Na2O+K2O含量較高,而其他氧化物含量較低,全堿w(K2O+Na2O)≥8.45%,w(K2O) /w(Na2O)≥1.33,巖石酸度較高,鋁指數(shù)為0.95~0.98,屬于高鋁、富鉀、鋁不飽和的鈣堿性系列;包體為深源暗色角閃安山巖,氧同位素石英7.79,屬小泰勒正常δ18O花崗巖。因此,該巖體屬“Ⅰ”型花崗巖類,源巖為地幔與地殼的混合物,物質(zhì)來源于下地殼,具深源淺成型特點。
表1 巖石化學(xué)成分
巖體中輕重稀土比值為9.42,說明輕稀土富集、重稀土虧損比較明顯。巖石中微量元素的豐度以富Mo為特征,鉬礦體即產(chǎn)于該巖體內(nèi),是鉬礦體的母巖。
礦區(qū)巖石經(jīng)受了中—深區(qū)域變質(zhì)作用,變質(zhì)程度較高,主要為黑云二長花崗片麻巖、角閃斜長片麻巖、白云斜長片麻巖等,其原巖為花崗質(zhì)巖石。
物性測定結(jié)果表明,輝鉬礦化花崗斑巖的極化率為15.48%,強黃鐵礦化巖石極化率在20%以上,最高可達61.5%,其他巖石極化率為3.64%~8.27%。黃鐵礦化的強弱對極化率值的高低有很大影響。
礦區(qū)地球化學(xué)異常以Mo、W為主,并伴有Sn、Cu、Pb、Ag等元素的弱異常。Mo、Cu異常發(fā)育在礦區(qū)中部,其它元素的異常則主要分布在Mo、Cu異常的南北兩端,且圍繞Mo、Cu異常發(fā)育。
據(jù)1∶20萬水系沉積物測量結(jié)果,區(qū)內(nèi)w(Mo)max=212.4×10-6,w(Mo)min=0.4×10-6,平均2.39×10-6,標(biāo)準(zhǔn)離差為5.39,變化系數(shù)為225.14%。以w(Mo)=20×10-6為下限圈出的異常呈橢園形,長軸NNE向,與巖體延伸方向一致,面積2.16 km2。
另據(jù)1∶20萬商城幅區(qū)調(diào)資料,區(qū)內(nèi)測制了4條原生暈剖面和兩條次生暈剖面,結(jié)果表明Mo含量在巖體上較高,而進入圍巖則急劇降低,較為清晰地反映出鉬礦化的范圍、規(guī)模與含礦巖體的一致性。
1∶1萬地球化學(xué)土壤測量也發(fā)現(xiàn)了異常由Mo、W、Cu、Pb元素組合而成,異常近圓形,面積達4.1 km2。異常以Mo為主,內(nèi)帶平均值為101×10-6,最高異常強度最高達992×10-6,面積達1.5 km2,遠大于礦床分布范圍。
綜上,研究區(qū)鉬礦成礦與早白堊世羅家灣花崗斑巖體呈巖株侵入有直接關(guān)系,該巖體地表出露面積約0.5 km2,整個巖體及接觸帶均為鉬礦體。
羅家灣鉬礦體主要賦存于早白堊世羅家灣花崗斑巖中,部分礦體產(chǎn)于接觸帶的斜長角閃片麻巖、黑云斜長片麻巖等圍巖地層之中。礦體出露面積約占巖體出露面積的75% (圖4)。礦體長約400 m,平均寬約200 m,最寬處約250 m,在剖面上礦體呈陡立外傾的巖株狀(圖5),走向290°~325°,傾角一般為75°,礦體規(guī)模向深部變大。礦體內(nèi)部夾石較少,夾石多呈透鏡狀,內(nèi)部構(gòu)造較簡單,屬較簡單型礦體。從地表厚度穩(wěn)定程度看,礦體厚度變化較大,有較多的漲縮、分枝現(xiàn)象,屬不穩(wěn)定型;但從地下鉆孔資料看(圖5),礦體形態(tài)完整,構(gòu)造破壞程度很小,有個別斷層和巖脈穿插于礦體中,但對礦體形態(tài)影響極小。礦體與斜長角閃片麻巖、黑云斜長片麻巖等圍巖無明顯的界線,呈漸變過渡關(guān)系。礦區(qū)氧化帶厚度一般為5~10 m,氧化程度低,因氧化淋濾,近地表礦石品位略低,向下迅速變富。
圖4 礦體分布及勘探線布置圖
圖5 B—B′ 勘探線剖面圖
礦石品位變化不大,在平面上,從礦體中心向邊緣,品位逐漸變低;在垂向上,礦體地表品位略低,向下變富。富礦段鉬平均品位為0.123%;貧礦段鉬平均品位為0.044%;單個樣品最高品位為0.24%,礦體品位變化系數(shù)為83% (礦區(qū)288個樣品統(tǒng)計結(jié)果)。W、Bi、Cu、Pb、Zn伴生組分含量低,均無利用價值。
礦石礦物主要為輝鉬礦、黃鐵礦、鏡鐵礦,次為褐鐵礦、鉬華。脈石礦物為鉀長石、斜長石、石英、絹云母及少量黑云母、高嶺石、綠泥石。輝鉬礦呈自形—半自形晶細鱗片狀賦存于巖石及其節(jié)理裂隙中,與黃鐵礦共生。
礦石主要為粒狀結(jié)構(gòu)、斑狀—似斑狀結(jié)構(gòu),半自形鱗片狀結(jié)構(gòu);網(wǎng)脈狀構(gòu)造、細脈浸染狀構(gòu)造、稀疏浸染狀構(gòu)造、蜂窩狀構(gòu)造等。
羅家灣鉬礦石的工業(yè)類型僅有鉬礦石一種,其自然類型則有多種。按礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征劃分為蜂窩狀礦石、浸染狀礦石、細脈—網(wǎng)脈狀礦石;按礦石氧化程度可分為氧化礦石和混合—原生礦石兩種;按礦石的礦物組成可分為花崗斑巖型和蝕變片麻巖型礦石。
礦區(qū)巖石普遍遭受不同程度的熱液蝕變。主要蝕變類型有硅化、鉀長石化、黃鐵礦化、絹云母化、高嶺土化、綠泥石化、綠簾石化等。其中硅化、鉀長石化強烈發(fā)育,黃鐵礦化廣泛發(fā)育,其余類型蝕變主要分布于巖體邊部及近地表。
根據(jù)含礦巖石的蝕變類型、蝕變特征、蝕變礦物的相對含量,將蝕變強度大致分強、中、弱三級。強蝕變帶以硅化、鉀長石化、黃鐵礦化為主,分布在巖體中心部位,形成富礦帶;中等蝕變帶以鉀長石化、黃鐵礦化為主,大致呈不規(guī)則的橢圓環(huán)狀分布,與礦區(qū)的主要工業(yè)礦體的分布基本一致;弱蝕變帶以絹云母化、高嶺土化為主,與低品位工業(yè)礦體及邊部貧礦體的分布一致。
礦床大致呈同心的不規(guī)則橢圓狀分帶,與蝕變類型、蝕變程度、元素含量等基本一致。礦石類型從中心向邊部依次為網(wǎng)脈狀→脈狀礦石→細脈浸染狀礦石→稀疏浸染狀礦石。礦石品位:礦體中心部位品位大于0.10%、中部品位0.06%~0.10%、礦體邊部品位0.03%~0.06%,最外側(cè)礦化帶0.015%~0.03%。
羅家灣鉬礦賦存于早白堊世羅家灣香子崗序列花崗斑巖體內(nèi)部,前述已闡明該花崗斑巖源巖為地殼與地幔的混合物,即巖漿物質(zhì)起源于下地殼,并有少部分地幔成分加入。
礦石中硫同位素樣品測試結(jié)果,黃鐵礦中δ32S為+2.13‰~3.65‰;輝鉬礦中δ32S為+4.27‰~4.46‰,硫同位素組成范圍窄,且均為正值,重硫相對富集;氧同位素測定石英中δ18O=7.49%。表明成礦物質(zhì)源于下地殼及上地幔,與巖體來源一致。
從礦區(qū)巖石地球化學(xué)特征看,鉬元素高含量異常區(qū)與該巖體及蝕變帶的分布、走向等基本一致,反映了礦化與巖體的成生聯(lián)系。巖體內(nèi)平均w(Mo)=354.59×10-6,是世界花崗巖類的177倍;而圍巖中平均w(Mo)=0.63×10-6(豫南地區(qū)為0.76×10-6),與區(qū)域背景值相差不大。由此也說明成礦物質(zhì)鉬是花崗斑巖體自身攜帶而來的。
羅家灣鉬礦主要賦存于早白堊世羅家灣香子崗序列花崗斑巖體內(nèi)部及接觸帶,而斑巖一般產(chǎn)于淺成環(huán)境,與淺成環(huán)境對應(yīng)的還有代表近地表條件下的低溫?zé)嵋航淮g變作用的高嶺土化。礦物組合及礦石類型則反映了成礦期的物理化學(xué)環(huán)境,下部原生礦石以硫化物為主,反映其主成礦期為還原環(huán)境,上部的氧化礦石,則反映成礦后期經(jīng)歷了氧化環(huán)境。
因此,成礦環(huán)境總體是淺成的斑巖體內(nèi)部及巖體接觸帶附近,主成礦期主要為還原環(huán)境,后期礦體上部處于氧化環(huán)境。
礦體的產(chǎn)出形態(tài)、礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造及蝕變特征等是成礦作用的反映。
羅家灣鉬礦礦體主要產(chǎn)于花崗斑巖體內(nèi)部,部分產(chǎn)于接觸帶的斜長角閃片麻巖、黑云斜長片麻巖等圍巖中,并大致呈同心的不規(guī)則橢圓狀分帶產(chǎn)出,且礦化與蝕變類型、蝕變程度、元素含量等基本一致;原生礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造主要為浸染狀、細脈—網(wǎng)脈狀,這些表明主成礦作用以交代作用為主,成礦流體來自花崗斑巖自身,為花崗斑巖自交代作用的結(jié)果[3-4],符合斑巖型成礦作用特點。
礦石除了原生礦石外,還有蜂窩狀的氧化礦石,說明成礦作用后期疊加有風(fēng)化作用。
綜上所述,羅家灣鉬礦與國內(nèi)已知斑巖型鉬礦特征十分相似[5-10],屬于深源淺成斑巖型鉬礦床。
秦嶺—大別造山帶是呈EW向橫亙于我國中部的一個非常重要地質(zhì)構(gòu)造單元,也是我國重要的Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Sn、Mo、W等貴重金屬和有色金屬成礦帶,究其原因主要是地處揚子板塊和華北板塊俯沖碰撞的接合帶,歷經(jīng)了自晉寧期—喜山期漫長地史時期強烈的地質(zhì)構(gòu)造變動、變質(zhì)和變形,而各時期構(gòu)造運動特點迥異[5,11-12],非常復(fù)雜。在板塊運動作用下,區(qū)內(nèi)地殼持續(xù)變厚,莫霍面凹陷,且向西逐漸加深,在30 km處有一個不連續(xù)界面[13]。地球化學(xué)研究表明,這個不連續(xù)界面地殼富鉬,為含鉬斑巖的巖漿源[14]。
區(qū)域性NWW向深大斷裂帶,如桐柏—商城斷裂帶等隨著板塊俯沖碰撞經(jīng)歷了長期構(gòu)造活動,受區(qū)域應(yīng)力場影響[15],晉寧期—燕山期發(fā)生韌性剪切變形[16],為巖漿活動和礦物質(zhì)富集提供了上侵空間和通道。中生代以來,秦嶺~大別造山帶陸內(nèi)俯沖,使下部地殼發(fā)生拆離,滑脫,地殼厚達35~45 km,承受著巨大的垂向壓力,富鉬的深部地殼及少量幔源物質(zhì)開始重熔,Mo元素隨之進入巖漿,形成了含鉬的深源淺成型花崗巖漿。至早白堊世的燕山期,桐柏—商城斷裂帶以及NNE向商城—麻城斷裂帶的韌性剪切活動,其兩側(cè)不同性質(zhì)巖層間出現(xiàn)差異變形,并產(chǎn)生有利的空間,巖漿順NWW向深大斷裂帶或與NNE向深大斷裂帶(如商城—麻城斷裂帶)交匯部位侵位于地殼淺部而成礦。羅家灣花崗斑巖體型鉬礦即是如此。
在巖漿上侵、分異、定位過程中,巖漿自身分異,同時與圍巖發(fā)生同化混染,巖漿晚期的高溫氣液使巖體發(fā)生自變質(zhì)[3-4],后期熱液活動強烈,隨著溫度降低,介質(zhì)酸度增大,鉬的溶解度降低,開始出現(xiàn)輝鉬礦結(jié)晶析出,出現(xiàn)星散狀黃鐵礦及大花瓣狀輝鉬礦。在巖漿期后,中—高溫?zé)嵋贺S富的SiO2、K2O等沿節(jié)理、裂隙產(chǎn)生了強烈的交代作用,它促使分散在造巖礦物中的鉬活化轉(zhuǎn)移至熱液中,發(fā)生反應(yīng)、交換后,鉬再次以細脈、網(wǎng)脈狀得到沉淀富集,從而形成斑巖型鉬礦。
據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料,在羅家灣花崗斑巖體以南,出露兩個規(guī)模更大的花崗斑巖體,即SW40°約8 km的水竹園花崗斑巖體和SE20°5 km的黃柏山國營林場花崗巖斑巖體,均以巖株形式出露,出露面積分別約3 km2和2.3 km2,它們同樣受控于桐柏—商城斷裂帶和商城—麻城斷裂帶,其中水竹園花崗斑巖體恰好產(chǎn)出于兩斷裂帶交匯部位,具有與羅家灣鉬礦相同的成礦地質(zhì)環(huán)境。重力和航磁資料揭示,水竹園、黃柏山國營林場、羅家灣和湯家坪4個花崗斑巖體同處于一個NNE向重力負(fù)異常中心以及正負(fù)磁異常交替部位,同時,位于同一個Mo元素的強異常區(qū),主要元素組合為 Mo、W、Bi,Cu、Pb、Zn、Ag等中—低溫元素在斑巖體的接觸帶及外圍地層中富集,由此,筆者認(rèn)為近地表水竹園花崗斑巖體和黃柏山國營林場花崗巖斑巖體均有良好的找礦前景。此外,地下深部4個巖體可能同屬一個大的花崗斑巖體,故羅家灣以南約100 km2左右的區(qū)域,地下深部應(yīng)有較好的找礦前景。
區(qū)域上,大別山地區(qū)金、銀、鉬、鉛、鋅、銅等多金屬礦找礦優(yōu)先區(qū)域應(yīng)為NWW向深大斷裂帶控制的中酸性巖體,尤其是與NNE向斷裂帶復(fù)合、交匯部位是最佳成礦地帶。
羅家灣鉬礦處于秦嶺—大別山鉬礦成礦帶上,是秦嶺—大別造山帶長期地質(zhì)演化和區(qū)域性NWW向深大斷裂帶活動的產(chǎn)物。本次研究獲得以下幾點主要認(rèn)識:
(1)羅家灣早白堊世花崗斑巖沿商城—麻城斷裂帶呈巖株狀產(chǎn)出,桐柏—商城深大斷裂帶與其共同控制了該巖體的侵位。
(2)各種地球化學(xué)測量結(jié)果表明,鉬礦化的范圍、規(guī)模、展布方向、品位、產(chǎn)狀等與羅家灣花崗斑巖體高度一致、緊密相關(guān),而且羅家灣鉬礦體出露面積約占巖體出露面積的75%,說明羅家灣花崗斑巖體為成礦母巖。
(3)礦床分帶和蝕變分帶呈現(xiàn)高度相關(guān)性,即強蝕變帶以硅化-鉀長石化-黃鐵礦化為主,在巖體中心形成富礦帶;中等蝕變帶以鉀長石化-黃鐵礦化為主,與主要工業(yè)礦體一致、呈不規(guī)則橢圓環(huán)狀分布;弱蝕變帶以絹云母化-高嶺土化為主,與低品位工業(yè)礦體及邊部貧礦體的分布一致。
(4)據(jù)巖石化學(xué)成分、包體同位素和礦石硫同位素測試結(jié)果等分析,羅家灣花崗斑巖屬“Ⅰ”型花崗巖類,源巖為地幔與地殼的混合物,來源于下地殼,具深源淺成型特點;成礦物質(zhì)鉬是花崗斑巖體自身攜帶而來的,屬典型斑巖型鉬礦。
(5)據(jù)區(qū)域地質(zhì)、重力、航磁和地球化學(xué)資料,結(jié)合巖體和桐柏—商城斷裂帶、商城—麻城斷裂帶間關(guān)系,認(rèn)為羅家灣花崗斑巖體、湯家坪花崗斑巖體、長竹園花崗斑巖體和黃柏山國營林場花崗巖斑巖體之間約100 km2左右的區(qū)域具有良好的成礦環(huán)境,發(fā)現(xiàn)大型乃至超大型鉬礦的可能性較大。