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特征及成矿作用分析

时间:2022-02-01 百科知识 版权反馈
【摘要】:铜的矿化是在初始矿源层的基础上,经区域变质作用及动力变质作用富集成矿。该类铜矿主要分布于湖南西部的沅陵、泸溪、古丈、芷江、麻阳等县境内,面积达1.4万km2。1 区域成矿地质背景湘西地区位于扬子准地台八面山褶皱带及江南地轴雪峰隆起之间,是自雪峰运动以来长期隆起的构造单元。2 矿化地层及岩石组合本区古红层铜矿主要赋存于新元古界板溪群马底驿组。此外,在碳酸盐岩中亦有铜的矿化,沅陵响水洞及芷江双岩塘铜矿均产于其中。
特征及成矿作用分析_追寻地质梦湖

陈迎培1,陈明辉2,鲍振襄3,鲍珏敏3

(1.湖南省有色地质勘查局二四五队,湖南 吉首 416007;[1]

2.中南大学地球科学与信息物理学院,湖南 长沙 410083;

3.湘西矿产资源综合研究发展中心,湖南 吉首 416007)

摘 要:湖南西部古红层铜矿,主要赋存于新元古界板溪群浅变质岩系中。按其容矿层岩性及矿床(化)产状形态特点,可划分为3类,即含铜板岩型、含铜碳酸盐岩型和脉状铜矿型,矿体(化)呈似层状、透镜状及脉状产出。主要铜矿物为辉铜矿、斑铜矿、黄铜矿。成矿与雪峰裂谷的成生演化关系密切。铜的矿化是在初始矿源层的基础上,经区域变质作用及动力变质作用富集成矿。矿床类型属于沉积动力变质热液型。主要找矿类型为受断裂控制的脉状铜矿和板岩型铜矿。

关键词:古红层;板岩铜矿;碳酸盐岩铜矿;脉状铜矿;成矿作用;找矿;湖南西部

0 前言

纵观星罗棋布的湖南西部铜矿,主要赋存于新元古界板溪群、三叠系巴东组和白垩系3个地层层位,由于其赋矿岩系均为“红色岩系”,故称为“红层铜矿”。相对于湘西地区三叠系、白垩系铜矿而言,板溪群铜矿时代最为古老,分布也最广泛,故称“古红层”铜矿[1]。该类铜矿主要分布于湖南西部的沅陵、泸溪、古丈、芷江、麻阳等县境内,面积达1.4万km2。铜矿(点)产地近50处,成群成组集中产出,其中探明小型铜矿2处,中型铜矿2处,具有一定的成矿潜力和找矿研究意义。

笔者等自20世纪70年代参加原冶金工业部地质局下达的“我国前寒武系变质岩铜矿成矿规律与找矿方向”研究课题(即“8号专题”)以来,一直从事湘西红层铜矿找矿研究工作,根据已获得的地质成果,参考湖南冶金地质二三七队、二三九队、二四五队等有关资料,综合整理成文,以供参考。

1 区域成矿地质背景

湘西地区位于扬子准地台八面山褶皱带及江南地轴雪峰隆起之间,是自雪峰运动以来长期隆起的构造单元。区内出露最老地层为中元古界冷家溪群,岩性为灰绿色板岩、砂质板岩夹变质砂岩,局部见有凝灰质细碎屑岩,出露厚度大于2450m,其沉积建造是缘于扬子地台东南缘陆内裂谷演化的结果[2]。中元古代末期兴起的武陵运动是本区规模大、波及面广的重要构造运动,使冷家溪群褶皱并普遍发生区域变质,形成低绿片岩相,造成板溪群马底驿组与之呈角度不整合接触。晚元古代早期阶段沉积板溪群厚度为1059.2~3488.8m。分上、下两组。下组为马底驿组,大致以新晃溆浦宁乡一线为界,北部为紫红色绢云母板岩、含钙板岩及白云质灰岩透镜体,属冒地槽沉积的陆源碎屑岩系;南部为深灰色、灰黑色含碳及含钙板岩,为优地槽类复理石浊流沉积。上组为五强溪组,其下段为变质砂岩或含砾砂岩;上段为板岩、凝灰质板岩等,继承了马底驿组的沉积构造环境。晚元古代早期末,雪峰运动结束了本区裂谷发展的历史,褶皱、回返,地壳不均匀上升为陆。下震旦统长安组超覆其上,构成了裂谷的盖层,从此长期隆起。

晚志留世发生的加里东运动对本区地质构造的形成和发展有着极其重要的意义,从此结束了海侵历史,成为一个NE向展布的、长期遭受剥蚀的构造单元,江南地轴最后发育定型开创了地史上的新纪元[3]。海西—印支运动为一继承性隆起,遭受剥蚀的构造单元。燕山运动亦显示出构造发展的继承性,使区内以NE向构造为主体的景观得到了加强并趋于复杂化。

区内岩浆岩活动微弱,仅在沅陵、古丈、芷江一带见到基性岩及少量超基性岩出露。岩体多侵入板溪群五强溪组中。呈岩墙(脉)、岩床等产出,据邻区黔阳隘口镁铁质—超镁铁质岩Sm-Nd等时线年龄测定为890±104Ma[4],可能为元古宙江南碰撞造山带中段的一个组成部分,如弧后盆地开张初期的产物。古丈盘草赋存于板溪群中,其顶被震旦纪冰碛岩底侵蚀面切截覆盖的酸性、基性火山岩出露在裂陷盆地边部,岩石组合属碱性玄武岩 粗面岩类,反映出地壳初始拉张、陆壳厚、裂谷初裂阶段的火山活动[2],为陆内裂陷海盆构造环境中的产物。

2 矿化地层及岩石组合

本区古红层铜矿主要赋存于新元古界板溪群马底驿组。岩性以紫红色层纹状板岩、砂质板岩及板岩为主,间夹厚度不大的白云岩、石灰岩、长石石英砂岩、砂砾岩及层凝灰岩等。厚度变化较大,以西南部芷江一带最厚,中部古丈一带明显变薄,至东北部沅陵一带增厚。按岩性之不同可分为3段。

(1)下段:为灰绿色、紫灰色厚层至块状浅变质复成分砾岩、砂砾岩、含砾砂岩夹砂质板岩,局部地段底部见1层似层状-透镜状灰岩,桃源西安溪似层状的白钨矿以及古丈大溪一带透镜状赤铁矿层即产于此层中,本段厚88.2~167.9m。

(2)中段:为古红层铜矿化的主要层位,厚450~921.9m。按岩性和含矿性之不同可分为3部分。底部以紫红色板岩夹灰绿色板岩为主。中部为紫红色绢云母板岩夹灰绿色层状板岩、似层状和透镜状白云岩、块状灰岩等。在碳酸盐岩之上的灰绿色板岩、砂质板岩中见铜矿化,系第Ⅰ含铜岩系,厚1~85m,一般20~30m,古丈水田溪,沅陵楠木铺,芷江杨门坳等铜矿产于该层位。此外,在碳酸盐岩中亦有铜的矿化,沅陵响水洞及芷江双岩塘铜矿均产于其中。上部为紫红色绢云母板岩、砂质板岩夹灰绿色板岩,其上部和顶部为第Ⅱ含铜岩系,厚5~120m,一般30~60m,古丈黄泥溪、泸溪上堡、沅陵三门洞、麻阳粟坪及芷江双岩塘等铜矿即赋存于该层位中,第Ⅱ含矿岩系与第Ⅰ含矿岩系间隔距数十米至400余米不等。

(3)上段:为紫红色、灰绿色绢云母板岩、凝灰岩、层纹状凝灰质板岩,厚450~921.9m。在芷江一带以凝灰质岩石为主,厚度较大,至古丈一带相变为板岩、细砂岩及粉砂岩,厚度也相应地减薄。妙溪铜矿即产于该杂色岩系中。

3 铜矿类型及主要地质特征

湘西古红层铜矿按其赋存岩性、产出特征及矿化组合可分为3类(图1)[2],即板岩中似层状-扁豆状辉铜矿床(化)(简称板岩型铜矿),碳酸盐岩中浸染状辉铜矿、黄铜矿床(化)(简称碳酸盐岩型铜矿)和石英-碳酸盐脉型黄铜矿床(化)(简称脉型铜矿)。

3.1 板岩型铜矿

主要分布于沅陵、古丈、泸溪、麻阳、芷江等县境,其中矿化较好的有沅陵寺田坪、楠木铺、三门洞,泸溪上堡,古丈黄泥溪等,已知铜矿床(点)10余处。

该类铜矿均赋存于板溪群马底驿组中段紫红色板岩内之灰绿色泥质、粉砂质、砂质板岩夹浅色层中,即含铜岩系中。区内每套含铜岩系的浅色层由2至12层灰绿色板岩组成,铜矿化一般产于紫色层与浅色层交替出现的浅色层一侧。在楠木坪—杨堡一带浅色层多达34层,其中21层见有铜矿化,7层为稳定的含铜层。浅色层厚度有数米至100余米,间夹数层紫红色板岩。

图1 湖南西部“古红层”铜矿地质略图

本区浅色层长30~4500m,断续延伸数公里至10余千米;厚0.5~5.27m,单层最厚达17.83m。矿体多赋存于浅色层的中下部或下部,在厚度较大的中心部位呈似层状、透镜状,与围岩整合产出,长126~1600m,延深50~100m。沅陵一带矿体厚0.50~3.60m,品位0.44%~3.74%。上堡铜矿厚1.12m,最厚3.70m,含Cu0.2%~0.6%,最高2.885%;古丈一带厚0.36~0.46m,含Cu0.32%~0.36%。以寺田坪矿床为例[5]。该矿床已发现12条矿(化)层,沿NE向带状延伸,走向长400~2300m,单层厚1~10m,间距1~30m不等。矿体呈层状、似层状产于含铜岩系下部,产状与地层产状一致。矿体长126~1600m,平均厚1.00~2.90m,平均品位0.44%~2.84%,伴生Ag含量平均16.18× 10-6,伴生Au含量平均0.14×10-6

含铜板岩的岩石主要为条带状含粉砂质板岩、砂质板岩,岩石呈现条带状构造,变余粉砂状(砂状)显微鳞片变晶结构。其组分主要由基质成分和部分碎屑成分组成,同时见少量铜矿物。

据镜下观察,岩石基质以绢云母为主,少量绿泥石白云石氧化铁泥质物。绢云母(68%~83%)呈鳞片状,彼此紧密结合在一起组成基底,具定向排列。绿泥石(3%~5%)为鳞片状集合体,稀疏分布于绢云母基质中。白云石(2%~3%)呈半自形—他形晶,粒状晶体,稀疏分布于粉砂质条带中,作为胶结物存在于岩石内。

岩石碎屑成分以石英为主,少量长石碎屑、白云母碎片等。石英(14%~18%)大部分为粉砂,少量为细粒、粒状、次棱角状,集中呈条带状分布于岩石中,或均匀分散于绢云母基质中。长石碎屑主要为粉砂级,稀疏分散于石英碎屑集中部位即粉砂质、砂质条带中,以钠长石为主,可能还有钾长石;白云母碎片亦为粉砂级,稀疏分布于粉砂质、砂质条带中。

金属矿物主要为铜矿物(3%~5%),分散浸染于岩石中,少量分散于岩石基质中。以辉铜矿、斑铜矿为主,少量蓝辉铜矿、铜蓝、孔雀石、黄铁矿,偶见黄铜矿。辉铜矿呈铅灰色,大部分为微晶,少数达细晶,为他形极不规则状的晶形,稀疏浸染于砂质条带中,少量分散浸染于岩石基质中,亦见于方解石脉旁和白云石集中部位及横切裂隙中。粒径一般小于0.05mm,大者0.08~0.2mm。斑铜矿呈粉红、粉红褐红色等,为极不规则状的晶形,少量单晶与辉铜矿呈连生体,颗粒较为圆滑,嵌布于辉铜矿晶体中,成为辉铜矿包裹体,或被辉铜矿穿插等。其粒度比辉铜矿更细,分散浸染于粉砂质、砂质集中部位即粉砂质、砂质条带中,亦见于方解石脉旁及横切裂隙中。

该类铜矿具有一定的矿物分带性,主要表现为辉铜矿-斑铜矿混合带,上部层位为黄铜矿-黄铁矿带,下部层位为辉铜矿-斑铜矿带。含铜矿物以辉铜矿、斑铜矿为主,黄铜矿次之,伴生矿物有黄铁矿、方铅矿等,次生矿物有孔雀石、蓝辉铜矿等,其生成顺序为黄铁矿-黄铜矿-斑铜矿-辉铜矿,即按富铁、富硫向贫铁、贫硫方向演化,铜矿物单矿物分析结果,含Cu61%~72%,杂质元素有Pb、Sn(0.05%~0.10%)、Zn、Mo、Bi(0.001%~0.1%)、Ag(10×10-6~30×10-6)。矿石构造主要为条带状,次为浸染状,少数为豆状、结核状及细脉状构造,细粒状、斑点状结构等。

3.2 碳酸盐岩型铜矿

主要分布于芷江及沅陵县境,以芷江双岩塘和沅陵响水洞、毛岗头为代表。有2个与板岩铜矿一致的铜矿化部位。一为马底驿组中段下部,如响水洞铜矿、毛岗头铜矿,产于紫红色板岩与碳酸盐岩过渡部位的硅化白云岩、薄层层纹状灰岩及钙质板岩内。由于岩相很不稳定,故在区域上难以对比。二是马底驿组中段上部,如双岩塘铜矿,产于紫红色钙质板岩夹薄层泥质灰岩向灰绿色板岩过渡的钙质板岩夹石灰岩的浅色层中,成矿部位在区域上十分稳定。

该类铜矿分布亦较广泛,含铜岩系厚度较大,均限于碳酸盐层内,其矿化富集程度与围岩蚀变强度及构造裂隙发育程度一致,但矿化一般较分散。如双岩塘含铜岩系长1300~1500m,钻探控制延深达500m,厚90m,但矿化厚度仅0.3~0.8m,最厚1.08m。地表铜化层含Cu0.29%~0.57%,平均0.36%;深部钻孔含Cu0.30%~0.52%。毛岗头含铜岩系总长2000m,连同板岩夹层在内总厚100余米,有3个矿化层,最下层厚20m,中间层厚约8m,上层厚约10m,各层间距30~80m,含Cu0.05%~0.156%;响水洞铜矿含Cu1%左右,最高1.7%。

铜矿物在芷江一带主要为黄铜矿,局部尚见斑铜矿、黝铜矿等。沅陵一带主要为辉铜矿,少量黄铜矿及斑铜矿。次生矿物为孔雀石及蓝铜矿。非金属矿物主要为石英、方解石、白云石。矿石类型主要有两类。一为铜矿物呈稀疏星散状浸染于碳酸盐岩石中;二为石英、方解石-黄铜矿、辉铜矿呈细脉状充填于碳酸盐岩层的裂隙或层面间。矿石呈浸染状、细脉状、条带状构造,具微晶质、细粒结构。围岩蚀变主要有硅化、碳酸盐化、褪色化、黄铁矿化,局部见叶蜡石化、蛇纹石化。

3.3 脉型铜矿

主要分布于古丈、沅陵等县境,此外,新晃马王、永顺黄坪、西洪溪等地也有发现。该类铜矿主要赋存于马底驿组紫红色板岩、灰绿色砂岩及砂质板岩中,少数见于冷家溪群。断裂构造为其主要容矿构造,以妙溪铜矿为代表。

妙溪铜矿位于古丈县复背斜南东翼近轴部地段,大致为NE SW向的单斜构造,褶皱平缓,断裂发育,并密集成组成带出现,沿走向延伸6km[6],由3个矿(化)段组成。东北段石门寨为石英脉型黄铜矿,地表矿脉少,但含Cu较高;中段妙溪为石英-碳酸盐脉型黄铜矿,矿脉密集成带,含Cu高,系妙溪铜矿矿化富集中心;西南段葛竹溪为碳酸盐-石英脉型黄铜矿多金属矿,矿脉较多,脉中白云石、方解石及铅锌硫化物相对增多,并有黝铜矿出现等。

妙溪铜矿已发现NE—NEE向断裂49条,主要控矿构造为成组成带分布的NEE向张扭性断裂(图2),倾向NW,倾角65°~85°,长度一般为100~300m,最长500m,宽0.2~2.5m,一般0.4~0.8m,其中见黄铜矿化17条,目前已在2条矿脉中探明7个矿体,单条矿体长40~60m,最大延深大于300m,延伸深度大于走向长度数倍,为沿倾向发育较深的陡倾斜交错脉状矿体。矿体平均厚0.54~1.15m,最厚2.24m,平均含Cu0.58%~1.45%。最高1.98%(单工程)。矿体厚度呈波状起伏变化,品位分布不够均匀。

图2 妙溪铜矿地质图

1.板溪群五强溪组;2.板溪群马底驿组;3.断层;4.矿脉及编号

此外,在断裂破碎带上、下盘蚀变围岩或其附近,尚见有与之相伴生的细脉带型铜矿体,矿体长40m,延深40m,平均厚0.85~1.28m,平均含Cu1.8%~1.98%。细脉带由数条平行或略斜交的黄铜矿细脉集聚于紧贴断裂破碎带上、下盘蚀变围岩中,以及远离蚀变带(20~25m)的羽状裂隙中,其产状与主断裂一致或呈5°~15°的交角,矿体厚度较大,品位较高。

矿石组分较简单。金属矿物以黄铜矿、黄铁矿为主,其次为毒砂、斑铜矿及少量方铅矿、黝铜矿、铜蓝、孔雀石等。非金属矿物主要有石英、方解石和白云石等。矿石具他形粒状、脉状交替、压碎和固溶体分离等结构;角砾状、脉状、块状及浸染状构造。成矿具有石英 黄铁矿化、石英 黄铜矿化及方解石黄铁矿化等多矿化阶段的特点。围岩蚀变有褪色现象、碳酸盐化、硅化、黄铁矿化等。

研究认为,妙溪铜矿的富集特点是:①NEE向控矿断裂构造成组成带出现,在其“入”字形分支、交会部位,常形成厚大矿体;②矿体形态受围岩化学及物理性质制约,一般含钙镁质较高的厚层块状脆性砂质板岩、粉砂岩,有利于矿液的交代充填,故在其断裂膨大拉张部位矿化强烈,这也是本区出现氧化的含铜矿物孔雀石和黝铜矿的原因;而在塑性泥质岩石中断裂较紧闭,对成矿不利;③由于成矿裂隙具有张剪复合、多次构造叠加的特点,从而呈现出沿倾向延伸较大的脉状矿体成矿特点;当断裂产状呈波状变化时,且在其由陡变缓部位矿化往往较富集;④成矿裂隙上闭下开,矿化上贫下富,多呈盲矿脉出现;⑤多次构造活动,多期次热液活动、多种蚀变叠加的含多种硫化矿物的部位为铜矿化最集中部位。据近年探采资料,矿脉呈柱板状向深部延伸,长度加大,厚度稳定,品位增高,是湘西北地区唯一具有沿倾向发育较深、侧伏、成矿和柱状富集的矿体,值得进一步开展找矿研究。

4 成矿作用分析

4.1 铜的来源及搬运沉淀方式

根据区域成矿地质背景分析,本区在沉积过程中Cu的主要来源应是古大陆的风化壳中含Cu的基性熔岩,以及黏土质岩石中的Cu质,部分来自陆内裂谷海盆的海底火山喷发或富含铜矿物的热水。Cu的搬运形式主要是无机络合物,即氯化物络合物[3]。含氯化物的溶液对Cu的搬运具有重要的、甚至是决定性的作用,原因是氯化物的络合作用能使Cu的浓度大大增加。其次Cu也可被无机矿物(黏土矿物)等吸附呈纳米级悬浮状态搬运。被搬运的含铜矿物的沉淀方式,主要为携带Cu(氯化物的络合物)的溶液物理化学条件的变化。溶液与固体界面的反应是沉积物铜矿富集的一个重要方面。这些反应可以在沉积物与水界面或其附近发生,也可以是由于溶液渗透通过固结的沉积物发生,从而达到铜的初始富集成为矿源层。沉积期后成岩期间或沉积物沉积后遭受蚀变期间组分的扩散,也是形成铜硫化物沉淀的一个方面。含铜砂岩沉积后,便进入了成岩阶段。在成岩压固作用下形成的成岩泥水(含后期的地表渗流水)产生岩石的褪色,易带动铜矿物在地下水侵蚀面附近二次富集[7]

该区铜矿另一沉积成矿特点是,Ag几乎都与矿床中的Cu伴生,Cu-Ag呈正相关关系,它们从氧化作用区淋滤出来,沉淀具有还原条件的地区。这是由于Cu和Ag的低温地球化学特性决定的,在氧化条件下,Cu的溶度场较大,在还原条件下,Cu作为一种硫化物而沉淀。这样,Cu就有从氧化区转移并向还原区集中的趋势[8]。Ag的氧化还原特征与Cu相似,所以Ag大都与Cu一起富集。沉积的铜-银几乎都出现在细粒岩石中。

4.2 矿化具有一定层位和岩石组合

湖南西部新元古界3种不同类型的古红层铜矿,共同特点是成矿具有一定层位和部位——板溪群马底驿组紫红色板岩中的浅色层及杂色岩系。板岩型铜矿与碳酸盐岩型铜矿都具有两个基本上对应的含铜岩系和成矿部位,其中板岩型铜矿主要位于紫红色板岩向灰绿色板岩过渡的浅色层中。铜矿化多富集于浅色层下部,有时靠近上部,具有条带(粉砂 细砂)发育、砂粒相对较粗,以及具水平层理和韵律沉积特点。位于紫红色板岩向碳酸盐岩或灰绿色板岩过渡的碳酸盐岩型铜矿,含铜矿物则充填、浸染于岩石裂隙及石英、方解石脉中,大部分矿化露头见有蚀变现象。脉型铜矿常产于杂色岩系粉砂岩、砂质板岩之陡倾斜切层张剪性断裂带及其附近的蚀变围岩中,岩石含钙镁质较高,利于矿液交代充填的脆性岩中。

4.3 沉积成岩的成矿作用

湘西古红层铜矿主要分布于由东北向西南呈带状展布的板溪群马底驿组出露地区,即由沅陵经泸溪、古丈到麻阳、芷江一带。含铜岩系的一套厚大的紫红色板岩,是在强氧化环境过渡为弱还原环境的条件下沉积的,板岩型铜矿(浅色层)的岩性与上、下围岩没有明显改变,分选差,则矿化好。

从浅色层的正常产状及与红层的关系来看,浅色层基本上是沿层分布,呈不稳定的似层状、透镜状产出,在上、下围岩的紫红色板岩的分层处呈不平整的渐变过渡关系,且自然尖灭,并随着上、下盘围岩中紫红色板岩条带的增加,浅色层厚度变薄,以致过渡为紫红色板岩,呈现沉积过渡的渐变关系。主要含铜矿物的辉铜矿多富集于浅色层下部或底部之含粉砂质、砂质条带发育的浅色层,且自上而下矿化趋贫,以及矿石具有豆状、结核状结构等特征表明,浅色层在沉积成岩阶段已有铜质的初步富集,成为矿源层或含矿层。成岩作用在岩石产生褪色过程中,带动铜物质的二次富集作用。因此,矿体一般都赋存于浅色层中下部或下部厚度较大、还原条件较好的地段,且浅色层的颜色越浅,矿化越好。

4.4 变质热液的成矿作用

本区武陵、雪峰运动使裂谷褶皱、回返,广泛发育区域及动力变质变形作用,成为地壳的热流高值带。在区域变质变形过程中,随着温度、压力的逐渐增加,岩石脱水作用不断加剧,在漫长的地质历史和广泛的变质地区中,形成变质热液。温度的升高可使物质发生重结晶和重新组合;变质溶液的产生可携带Cu等金属组分呈氯化物形式搬运,并在一定的地质条件下再富集重新成矿。因此,区内浅色层中铜矿化富集的地段,往往都有构造因素(动力变质)存在,从而表明板岩型铜矿的富集成矿作用与成岩期后的构造作用有关,主要表现在,铜矿化富集带一般都是断裂构造发育带,同时伴有蚀变现象发生,且矿化的强弱与构造裂隙发育与蚀变程度一致;碳酸盐岩中的铜矿也概莫能外。脉型铜矿与构造的关系就更加密切,它们直接产于成组成带分布的断裂构造及其蚀变围岩内,并都受同一方向的高角度断裂带控制,故张剪性矿化的分布都是呈线性分布,并且有比板岩型铜矿、碳酸盐岩型铜矿具有更显著的多期次构造活动、热液蚀变叠加而显示后生低温热液矿床的成矿特征。

4.5 成矿具有低温浅源热液特征

由本区古红层铜矿中伴生矿物与微量元素组合,以及主要围岩蚀变作用可以看出:①浅色层中方铅矿、闪锌矿、辰砂和重晶石等矿物的出现,是低温热液成矿的特征;②新晃马王铜铅锌矿床中,黄铜矿、方铅矿富Hg,分别为46.40×10-6~48.40×10-6、133.60×10-6~148.00×10-6,闪锌矿富Cd (0.29%~0.36%)、Ga(0.005%~0.007%)、Ge(0.0039%~0.0050%),贫In(0.0024%~0.0048%),也显示其成矿热液低温体系的微量元素组合特点;③常见的硅化、方解石化等蚀变作用,其硅化来源于岩石在蚀变过程中的绢云母、绿泥石等释放出来的Si O2和岩石中的钙质成分,但蚀变前后岩石主要化学成分含量变化不大,表明其低温浅源的成矿特点。

据本区古红层铜矿中黄铜矿和黄铁矿(各1件)硫同位素组成测定结果,δ34S值平均为-5.9× 10-3,富集轻硫,与板溪群岩石中的黄铁矿(7件)富集重硫(平均δ34S=15.9×10-3)相悖,这表明浅色层中硫化物由于区域及动力变质变形作用的影响使其富集轻硫。此外,邻区沃溪钨锑金矿床同层位浅色层(褪色蚀变带)氧同位素测定结果,其δ18O值为17.1×10-3(2件),红层(紫红色板岩)(1件)均具有高的δ18O值(15.6×10-3[8,9],由于浅色层中δ18O值高于紫红色板岩的δ18O值,从而否定了浅色层是大气降水或海水热液蚀变成因的可能性,可以将其理解为是在变质重结晶水范围内,具变质热液氧同位素组成的特点。

综上所述,可以看出湖南西部产于新元古界板溪群马底驿组中海相砂岩-碳酸盐岩型的古红层铜矿,其大地构造环境是陆内裂谷海盆[10];主要为冒地槽型陆源碎屑岩系[11]。是在板溪群早期海侵体系域沉积时期,由氧化环境向弱还原环境转化阶段,经沉积分异作用以氯化物络合物和纳米级Cu质随着粉砂、细砂、重矿物及硫化物一起沉积下来,成为初始矿源层,经沉积成岩的泥水和区域变质变形作用, Cu得到进一步富集,形成了含矿层。此后,在加里东期,由于构造作用的影响,产生一系列不同方向、性质的断裂构造,并伴随程度不同的热液蚀变,形成不同类型的铜矿床(化)。总之,本区古红层铜矿,成矿与雪峰裂谷成生演化具有紧密的关系。裂谷发育早期,形成矿源层;褶皱、回返期形成含矿层;裂谷封闭形成铜矿床(化)。铜源主要来自古大陆壳含铜地质体、黏土岩及上地幔基性熔岩。矿化具有沉积成岩、低温热液成矿双重特点,其成因应属沉积动力变质热液矿床类型。

5 湖南西部古红层铜矿找矿浅见

我国南方元古宇海相变质岩系中的古红层铜矿占有重要的铜矿位置[12]。与本区临近的西南地区,产于康滇地轴及其边缘、赋存于中元古界昆阳群,受“上紫下红”的浅色过渡层及藻白云岩控制的云南东川、易门等大型铜矿床,属于“古红层”铜矿的典型代表。虽然湖南西部古红层铜矿远不能与东川、易门等大型铜矿床相比,但湖南西部古红层铜矿点多、面广,星罗棋布,十分瞩目,值得进一步进行找矿研究。

虽然前人对此类铜矿已作过不同程度的调查,但大多限于地表及少量浅部工作,加之对矿区地质构造研究的粗略,所以其价值如何,尚难定论。尤其是脉型铜矿床,由于地表出露厚度薄,品位低,大多数为隐伏—半隐伏盲矿脉,且向深部矿体变厚,品位增高,形成沿倾向发育较深的脉状矿床。如妙溪铜矿及其近围、外围控矿的NEE向断裂发育,找矿潜力甚大。这是湘西地区“古红层”铜矿当前勘查的主要对象。

从前述区域成矿地质背景及矿区地质特征,不难看出,该类铜矿是受层位、岩性和构造诸因素控制的。因此找矿工作首先应找板溪群马底驿组这个特定的含铜层位及其含铜岩系,即下部紫红色砂泥质岩系,其上为灰绿色富含粉砂质、砂质条带,具水平层理和韵律沉积特点的浅色岩层。而Cu的初始富集则位于陆缘浅海之相对微凹陷带内。这是湘西古红层铜矿赋存的先决条件之一。由于区域变质变形及构造断裂作用对铜质起了显著的富集作用,因此也是本区寻找富铜矿的构造标志。基于这两个前提,在沅陵、古丈一带厚大的含铜岩系及浅色层发育地区,应进一步加强区域及矿区控矿构造的找矿研究工作。

寻找含铜岩系,要注意发现与马底驿组中含火山物质丰富的层位。从区域大地构造来看,本区位于元古界江南古岛弧西段,伴随古岛弧-海沟系的形成,有着广泛的火山喷溢作用,从而为成矿提供了重要的物质来源。因此,在芷江一带含火山物质发育地区的马底驿组,尤其应注意古红层铜矿的找矿研究工作。

再从本区马底驿组沉积环境分析,位于沅陵—常德以北的马底驿组底部为底砾岩层,其南为中粒砂岩(或含砾砂岩)和细砂岩,再南到西安—磨子坪一带为碳酸盐岩,表明马底驿组沉积之前武陵山区已露出水面,向南不整合面被海水淹没,且海水有逐渐加深趋势。遵循含铜岩系由泥砂质向泥质沉积过渡,特别是泥砂质向碳酸盐沉积过渡时,处于氧化—还原介质的过渡带最有利于成矿的地质环境,区内沅陵东部与西安—磨子坪一带的过渡沉积岩带,以及芷江西部等地,应作为古红层碳酸盐岩型铜矿成矿预测区加以研究。

当前,湘西地区古红层铜矿应继续加大脉型铜矿的找矿力度。因为,这类沿倾向发育的脉状矿床,是扩大资源量的最佳途径。所以妙溪铜矿近围、外围及其以南以北地区发现的NEE向成组成带展布的NEE向张剪性断裂复合带,为其主要找矿地段。此外,还应注意该类矿床中毒砂化硅化板岩中的砷金类型金矿的找矿研究工作。其次,重视板岩型铜矿中众多铜矿点和Cu异常的找矿研究工作,这是开创湘西地区铜矿找矿的重要方向。

参考文献

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[1]文章来源:《2011年湖南科技论坛国土资源分论坛论文集》(下)。作者简介:陈迎培(1985—),男,河北邢台人,助理工程师,主要从事矿产地质勘查工作。

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