肖德長(zhǎng), 華 二, 戴進(jìn)玲, 張 旦, 楊 朋, 孫 芳

(中國(guó)冶金地質(zhì)總局中南地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430081)

0 引言

豐山銅礦位于長(zhǎng)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(guān)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(zhǎng)江中下游成礦帶的重要組成部分。礦區(qū)地質(zhì)勘查工作始于20世紀(jì)50年代末,歷經(jīng)60余年的勘查,取得了豐碩的找礦成果,積累了豐富的地質(zhì)、物化探資料。以往地質(zhì)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(chǎn),前期為井下露天聯(lián)合開(kāi)采方式,露天生產(chǎn)于2001年結(jié)束采礦后,2002年礦山全部轉(zhuǎn)入井下生產(chǎn)[3]。歷經(jīng)多年開(kāi)采,現(xiàn)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(chǎn)能力逐年下降,嚴(yán)重制約了礦山的可持續(xù)發(fā)展[4-5]。

本文在總結(jié)礦床地質(zhì)特征及前人研究成果[4-14]的基礎(chǔ)上,依據(jù)近年來(lái)豐山銅礦的地質(zhì)勘查資料,對(duì)礦床成礦地質(zhì)條件與成礦規(guī)律進(jìn)行綜合分析,開(kāi)展深部找礦預(yù)測(cè),以期為區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)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(zhǎng)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(gòu)造位置隸屬于揚(yáng)子板塊與華北板塊碰撞對(duì)接帶的長(zhǎng)江中下游前緣短縮帶的中部[15-18]。北臨大別臺(tái)隆,南為江南臺(tái)隆與華南地槽褶皺系。區(qū)內(nèi)構(gòu)造具有多層次構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),其構(gòu)造演化及其在中生代的構(gòu)造格局,對(duì)成礦起了決定性作用。

礦區(qū)為長(zhǎng)江中下游鄂城—大冶—陽(yáng)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(nèi)碳酸鹽巖廣泛分布,巖漿侵入和噴發(fā)活動(dòng)強(qiáng)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(nèi)生礦床。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

豐山銅礦區(qū)位于近EW向緊密線(xiàn)狀褶皺帶中的立頭復(fù)式倒轉(zhuǎn)向斜軸部[15-18],該復(fù)式倒轉(zhuǎn)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(gòu)成近于對(duì)稱(chēng)的雙喇叭形,兩翼由若干次級(jí)倒轉(zhuǎn)背向斜組成,并為若干斷裂破壞而復(fù)雜化(圖1)。封三洞巖體正好處于構(gòu)造作用最為強(qiáng)烈的壓扭地段,直接受立頭倒轉(zhuǎn)向斜及次級(jí)柯家塘倒轉(zhuǎn)背斜、竹林塘倒轉(zhuǎn)向斜等褶皺控制(圖2)。

圖1 湖北省陽(yáng)新縣豐山礦田地質(zhì)簡(jiǎn)圖

圖2 豐山銅礦床地質(zhì)及銅礦體分布圖

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層較為簡(jiǎn)單,主要為下三疊統(tǒng)大冶群(T1Dy)碳酸鹽巖,細(xì)分為7個(gè)巖性段,其中大冶群第四段至第七段白云質(zhì)灰?guī)r是區(qū)內(nèi)主要的賦礦地層。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造以緊密線(xiàn)狀褶皺為主,構(gòu)造線(xiàn)方向呈NW285°。主要褶皺構(gòu)造為立頭倒轉(zhuǎn)向斜,其南翼發(fā)育有次級(jí)柯家塘倒轉(zhuǎn)背斜、竹林塘倒轉(zhuǎn)向斜,北翼有次級(jí)仙人洞倒轉(zhuǎn)背斜、大垅倒轉(zhuǎn)向斜,構(gòu)成一組近EW向的擠密褶皺構(gòu)造帶。主要礦體賦存于柯家塘倒轉(zhuǎn)背斜和仙人洞倒轉(zhuǎn)背斜的軸部頂緣及翼部。斷裂構(gòu)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(dòng)強(qiáng)烈而普遍,巖性以花崗閃長(zhǎng)斑巖為主。主巖體為沿立頭倒轉(zhuǎn)向斜軸面侵入的花崗閃長(zhǎng)斑巖巖株—封三洞巖體,平面上呈NWW—SEE方向的橢圓狀,出露長(zhǎng)度2200 m,中部最大寬度800 m,向東、西兩側(cè)逐漸變小而尖滅,面積約為0.9 km2。巖體產(chǎn)狀與柯家塘倒轉(zhuǎn)背斜軸面產(chǎn)狀一致,向南傾斜,向南東側(cè)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(chǎn)狀與仙人洞背斜軸面一致,向南傾斜,淺部?jī)A角較為平緩,中深部變陡,局部近于直立或倒轉(zhuǎn)向北傾。在長(zhǎng)1600 m、向南傾斜深約800 m的范圍內(nèi)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(zhuǎn)背斜翼部地層與巖體接觸部位,整體產(chǎn)狀與柯家塘倒轉(zhuǎn)背斜軸面一致,向南傾斜。受印支期由南向北推擠應(yīng)力場(chǎng)作用,柯家塘倒轉(zhuǎn)背斜南翼地層形成次級(jí)褶皺(裙邊褶皺)構(gòu)造,南緣接觸帶也依次級(jí)褶皺彎曲,礦化發(fā)育在次級(jí)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(guān)上來(lái)看,豐山銅礦內(nèi)由中心花崗閃長(zhǎng)斑巖向外到灰?guī)r方向存在著如下的圍巖蝕變分帶現(xiàn)象:花崗閃長(zhǎng)斑巖 → 高嶺土化花崗閃長(zhǎng)斑巖 → 蝕變花崗閃長(zhǎng)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(zhǎng)斑巖 → 鈣鐵榴石矽卡巖(內(nèi)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(guān)系最為密切。

3 礦體地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦床受封三洞巖體與立頭復(fù)式倒轉(zhuǎn)向斜的聯(lián)合控制,主要賦存于封三洞巖體與下三疊統(tǒng)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(cè)和北側(cè)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(xiàn),各礦體受NWW向線(xiàn)性構(gòu)造控制,在平面上相互平行;在空間上,受區(qū)域緊密線(xiàn)性構(gòu)造和深部隱伏次級(jí)褶皺(裙邊褶皺)構(gòu)造控制,呈疊瓦狀、圓弧狀或呈雁行排列。礦體的形態(tài)、產(chǎn)狀嚴(yán)格受接觸帶構(gòu)造形態(tài)和圍巖產(chǎn)狀控制。

目前控制的主要礦體有1、J1、J2、501、J26號(hào)等礦體,主要分布于0～20線(xiàn)的-1200 m高程以上范圍內(nèi),東西長(zhǎng)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(lèi)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(lèi)礦石致密、堅(jiān)硬,比重較大。礦石呈細(xì)—中粒浸染狀構(gòu)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(gòu)造控礦

4.1.1 斷裂

NWW向基底斷裂為本區(qū)導(dǎo)礦構(gòu)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(chǎn)狀。前古生代基底地層中NWW向斷裂構(gòu)造,是引導(dǎo)地下深處花崗閃長(zhǎng)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(xiàn)狀褶皺,軸部產(chǎn)生強(qiáng)烈擠壓破碎,形成地質(zhì)構(gòu)造上的軟弱帶,導(dǎo)致沿基底斷裂上升的花崗閃長(zhǎng)斑巖順著軟弱帶進(jìn)入到上構(gòu)造層中(圖1),構(gòu)成了本區(qū)成礦的物質(zhì)來(lái)源條件。

4.1.2 褶皺

立頭倒轉(zhuǎn)向斜控制了封三洞巖體的產(chǎn)出空間位置,南北兩翼的次級(jí)褶皺構(gòu)造分別控制著南北緣接觸帶的形態(tài)和礦體產(chǎn)出空間部位。區(qū)內(nèi)地層在由南向北的推覆力作用下,形成形狀復(fù)雜的復(fù)式向斜,其南翼地層中形成揉皺折曲構(gòu)造,北翼地層-600 m至-800 m高程以上形成滑動(dòng)斷裂構(gòu)造,-600 m至-800 m高程以下地層以揉皺折曲構(gòu)造為主。隱伏次級(jí)褶皺構(gòu)造的存在,使成礦有利地層 (T1Dy5、T1Dy6) 重復(fù)出現(xiàn)。在接觸帶構(gòu)造與褶皺構(gòu)造的復(fù)合控制下有利于礦液的聚集儲(chǔ)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(zhǎng)斑巖主侵入體為礦區(qū)成礦母巖,表現(xiàn)為以下幾個(gè)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(xiàn)在距接觸帶不遠(yuǎn)的圍巖中,在空間上緊密相關(guān),表明巖體與成礦有直接成因關(guān)系。

(2)圍巖蝕變及金屬礦物圍繞主巖體具明顯的分帶現(xiàn)象,反映出由高溫到低溫的分布特點(diǎn):輝鉬礦 →黃銅礦 → 鉛鋅礦,表明成礦流體及成礦物質(zhì)與成礦熱源來(lái)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(nèi)礦體的形成、分布和富集。伴隨著花崗閃長(zhǎng)斑巖巖漿的侵入,在強(qiáng)大的壓力、熱力作用下,對(duì)圍巖產(chǎn)生了巨大的擠壓、同化作用,由于物理化學(xué)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(yùn)移和沉積儲(chǔ)存。而不同巖石界面之間形成滑動(dòng)面,成為礦液運(yùn)行的通道,或?yàn)橛欣傻V的場(chǎng)所。巖漿侵入時(shí),由于受到周?chē)鷰r性、構(gòu)造、地層產(chǎn)狀不同應(yīng)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(gòu)造,大理巖呈舌狀體凸向巖體中,在這些構(gòu)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(zhǎng)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(zhì)灰?guī)r為主,巖石化學(xué)性質(zhì)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(lèi)型劃分成礦帶,依次為斑巖型銅鉬礦成礦帶(巖體內(nèi))—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(jù)現(xiàn)有勘查成果,垂向上按礦石類(lèi)型劃分成礦帶,南緣分兩個(gè)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(gè)成礦帶,分布在-850 m高程以上,每個(gè)成礦帶在垂向上由上至下依次為鐵銅、銅鉬、鉬銅的礦石類(lèi)型分布,表明巖體的多期次性。礦床分帶特征見(jiàn)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(gòu)造、地層巖性和巖漿巖的聯(lián)合控制,特別是主礦體,主要賦存于構(gòu)造應(yīng)力集中的次級(jí)褶皺構(gòu)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(zhì)灰?guī)r),巖性特征變化相對(duì)穩(wěn)定,形成獨(dú)有的厚大扁豆體礦體和似層狀礦體。

(2)以花崗閃長(zhǎng)斑巖體(已大部角礫巖化)為中心,由內(nèi)到外,銅的含量有明顯的變化規(guī)律:地表沿勘探線(xiàn)方向,在火成巖角礫巖的中心部位有一個(gè)寬100～200 m、銅含量低于0.08%的無(wú)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(cè)進(jìn)入大理巖銅含量低于0.3%,逐步遠(yuǎn)離接觸帶方向,含銅量進(jìn)入正常背景值,此現(xiàn)象也說(shuō)明成礦與巖體及角礫巖化作用緊密相關(guān)。

(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(qiáng)度低、品位低。

6 深部找礦預(yù)測(cè)

豐山銅礦床是由多期次熱液活動(dòng),疊加富集成礦。礦體受構(gòu)造、地層巖性和巖漿巖的聯(lián)合控制,特別是主礦體,主要賦存于構(gòu)造應(yīng)力集中的次級(jí)褶皺構(gòu)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(duì)穩(wěn)定,形成獨(dú)有的厚大扁豆體礦體和似層狀礦體。

通過(guò)對(duì)豐山銅礦成礦地質(zhì)條件與成礦規(guī)律進(jìn)行綜合分析,結(jié)合其成礦元素、圍巖蝕變分帶特征,預(yù)測(cè)在豐山銅礦3～17線(xiàn)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(zhuǎn);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(zhuǎn),其成礦地質(zhì)條件相對(duì)于南緣第三成礦帶稍弱。

圖4 豐山銅礦深部找礦空間預(yù)測(cè)示意圖

7 結(jié)論

(1)礦床的形成、分布和富集主要受斷裂構(gòu)造、侵入接觸構(gòu)造、褶皺構(gòu)造控制;封三洞花崗閃長(zhǎng)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(nèi)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(lèi)型南緣分兩個(gè)成礦帶,北緣分一個(gè)成礦帶,每個(gè)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(gòu)造應(yīng)力集中的次級(jí)褶皺構(gòu)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(dú)有的厚大扁豆體礦體和似層狀礦體。

(4)預(yù)測(cè)豐山銅礦3～17線(xiàn)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。