衡阳盆地北缘金竹冲地区矿化地质特征及成矿机理探讨

刘 旭,曾宪科,王诗潮,李云辉,刘红兵,朱武全

(湖南省核工业地质局三○六大队,湖南衡阳 421008)

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衡阳盆地北缘金竹冲地区矿化地质特征及成矿机理探讨

刘 旭,曾宪科,王诗潮,李云辉,刘红兵,朱武全

(湖南省核工业地质局三○六大队,湖南衡阳 421008)

文章在分析金竹冲地区地质特征基础上,总结了铁矿及铜、铅、金矿矿化特征,初步探讨了该区金属矿成矿机理,提出了找矿方向。

衡阳盆地;金竹冲地区;矿化特征;成矿机理;找矿方向

衡阳盆地矿产资源丰富,其北缘金竹冲地区铁矿及铜、铅、金矿等多金属矿矿化地质特征明显,具备较为优越的多金属成矿地质条件。本区多金属成矿机理主要表现为成矿演化过程和“铁帽”型铁矿判据及找矿意义两个方面,其中成矿演化过程分为三个阶段:(1)铁矿预富集阶段;(2)热液成矿期;(3)表生氧化淋积阶段。

下面分别从地质概况、矿化地质特征和成矿机理三个方面进行探讨,并进一步得出结论。

1 地质概况

金竹冲地区位于上扬子陆块武陵雪峰断隆带与下扬子陆块湘东基底残块带交接部位,衡阳盆地北缘,长寿-衡山-观音阁区域性深断裂从区内穿越。在衡阳境内沿此深断裂带产出一系列金属、非金属矿床,由南往北,产有白鹤铺铜钴矿、龙秀桥铜矿、谭子山重晶石矿及铜矿、招宾山铅锌矿、界牌高岭土矿、马迹纳长石矿、罗渡铀矿等。在漫长的地质演化历史进程中,区域上构造活动强烈,北东主导构造形迹明显;地层缺幅较大,从本区而言,仅存留两大构造层,即中元古界和中生界构造层;岩浆活动频繁,沿深大断裂带产有南岳、白石峰、堰堪、龙秀桥、泉湖、鸡笼街等花岗岩体[1]。区域上多期次的构造岩浆运动为多金属元素富集成矿提供了良好的条件。

1.1 赋矿岩层特征

该区出露地层有冷家溪群、白垩系和第四系,其中以白垩系红层分布最广。

主要含矿地层为中元古界冷家溪群(Pt2L)和白垩系戴家坪组(K2d)。冷家溪群为一套深海-半深海相具复理式韵律的板岩、岩屑杂砂岩、凝灰质砂岩、浊积岩等组成的浅变质岩系[2]。

出露于金竹冲东南部,地层产状为20°～110°∠30°～65°,与上覆白垩系呈角度不整合,属断裂接触关系。白垩系戴家坪组底部为紫红色砂砾岩、长石石英砂岩、粉砂岩,夹透镜状砾岩;往上为一套粉砂岩、泥岩、夹薄层细砂岩,厚度大于400 m,广泛分布于矿区北西侧呈单斜产出,倾向南东,倾角平缓。

区内无岩浆岩出露,邻区出露的白石峰岩体,其岩性为细～中粒二云母花岗岩,同位素年龄147Ma,产出时代为侏罗纪燕山早期第二阶段。

1.2 构造特征

区内断裂构造发育,褶皱构造不发育。断裂构造主要包括F1、F2和F3。

F1是矿区主干断裂,区域上归于深断裂系,属脆、韧性剪切带性质,具拉张与压扭性特点,且有多期次活动表征。其长度在衡阳盆地内大于10 km,整体宽度5～100 m不等,走向NE,倾向NW,倾角40°～70°。断裂主要由含矿构造角砾岩、碎裂岩组成,多次遭受期后基中性岩脉入侵,局部地段见弱片理化带、碎粉岩和断层泥。断裂带上盘为白垩系戴家坪组(K2d),下盘为冷家溪群,与冷家溪群和白垩系戴家坪组的不整合面重合。矿区铁矿体产于F1构造角砾岩与碎裂岩中,并与黄铜矿矿体和方铅矿矿体呈共生产出。F2、F3断裂规模不大,位于工作区东北角,其中F2为F1断裂的分支,具有导矿与储矿作用;F3断裂主要为硅化破碎带,展布方向北西西,含矿性较差(见图1)。

图1 金竹冲地区地质图

2 矿化地质特征

在该区3 km2范围内,构造热液蚀变强烈,主要有硅化、赤铁矿化、黄铁矿化、绿泥石化、绢云母化、重晶石化、萤石矿化、碳酸盐化,金属矿化地表以铁矿化为主,属“铁帽型”铁矿,次为铜矿化;在铁帽下部产有铜、铅、金、银等金属矿化,浅深部勘探证实,铁帽下部赋存有厚度较大,且品位富的铜、铅矿体。

2.1 “铁帽型”地质特征

2.1.1 矿体特征

区内共发现铁矿体五个,主矿体分布于黑石砣和金竹山地段。初步估算,矿区Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ号矿体(333+334)资源量合约10万t。

铁矿体形态呈透镜状、脉状或扁豆状,产于F1和F2断裂中,多以不连续的单体出现。其中产于构造角砾岩中的铁矿体品位较贫,产于碎裂岩中的铁矿体品位较富。

矿体规模:在黑石砣地段,Ⅰ号矿体长度为240 m、平均厚度为1.61 m、平均品位为40.2%;金竹山FeⅢ号矿体控制长度为260 m、平均厚度为1.27 m、平均品位为36.1%。次级小规模矿体有Ⅳ号、Ⅱ号、Ⅴ号铁矿体,其中Ⅳ号矿体位于小水库附近,长度为180 m、平均厚度为0.99 m、平均品位为32.9%;Ⅱ号、Ⅴ号铁矿体受F2控制。

2.1.2 矿石特征

矿石类型:分为硅化角砾岩型和碎裂岩型两类。矿石具致密块状构造或浸染状构造,多以铁质胶结物形式或脉状形式赋存于角砾岩和碎裂岩中。金竹冲地区铁矿主要矿化类型为赤铁矿-镜铁矿-石英型。

矿石矿物组分:矿物成分主要为镜铁矿、赤铁矿,伴生金属矿物主要是方铅矿、黄铜矿、黄铁矿或含金、银的硫化物等。其中镜铁矿为热液作用的产物,是赤铁矿的变种,亦是赤铁矿,常与石英共生。赤铁矿为一种氧化铁矿石,主要成份为Fe2O3,呈隐晶质产出,是此矿区主要矿石之一。

脉石矿物主要是石英、重晶石,少数地段脉石矿物中见绢云母、绿泥石、萤石和方解石等矿物。

2.1.3 矿石的化学成分

根据近期金竹冲地区勘查中铁矿样测试结果: TFe含量20.3%～55.64%,平均35.3%;SiO2含量19.1%～64.72%,平均37%;S含量0.012%～8.98%,平均1.05%;P含量0.005%～0.036%,平均0.02%;Pb含量0.000 3%～1.59%,平均为0.10%;CaO含量约为4%;MgO含量约为2%; Al2O3含量约为5%。(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3) =(4+2)/(37+5)=0.14(＜0.5),表明此铁矿石属高硫、低磷的酸性铁矿石。

铁矿石中相对富含铜、铅、金、锑等金属元素(见表1),推测这些金属元素为铁帽中残留的成矿元素。

表1 铁矿石中铜、铅、金、锑元素含量统计表

2.2 铜、铅、金矿化特征

该区除铁矿化外,主要还有铜、铅、金、银的矿化。铜、金、银的矿化主要集中在金竹山和芭蕉冲地段;铅的矿化主要产于金竹山、白石坳、黑石坨地段。

2.2.1 铜矿化特征

2.2.1.1 铜矿体特征

本区共圈定铜矿体3个,其中金竹山地段2个(见图2的3号勘探线剖面图),芭蕉冲地段1个。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号矿体中Cu(333+334)资源量合约3 kt。铜矿体的基本特点为:(1)明显受F1断裂控制,主要赋存在硅化角砾岩和碎裂岩中;(2)与金、银硫化物或方铅矿等多金属矿呈共生关系产出;(3)矿化程度不均匀,矿石品位差异大,黄铜矿最高品位达12.96%,平均品位约2.0%。 2.2.1.2 铜矿石特征

图2 金竹冲地区3号勘探线剖面图

区内铜矿石主要为黄铜矿(CuFeS2),是一种铜铁硫化物矿物。多与黄铁矿、方铅矿及金、银的硫化物等矿物共生,脉石矿物为重晶石、萤石等,多呈不规则粒状、致密块状或直接以浸染状集合体出现。颜色为黄铜黄色,地表氧化后多呈孔雀石颜色。

2.2.1.3 热液蚀变

与铜矿化相关的蚀变有黄铁矿化、重晶石化和硅化、绿泥石化、绢云母化,这些蚀变也是铜矿重要找矿标志。

地表所见铜绿或蓝铜矿、褐铁矿型铁帽(紫色层)等可作铜直接找矿标志。

2.2.2 铅矿化特征

区内共圈定铅矿体1个。铅矿体出露于0号与1号勘探线之间,走向与F1方向一致,主要由地表(0号勘探线处)向深部(1号勘探线处)延伸,倾角约10°～30°,平均厚度1.07 m,Pb平均品位1.22%,Ⅰ号矿体Pb(333+334)资源量333 t。

矿石矿物主要为方铅矿。方铅矿一方面表现为与铜、金等多金属矿呈共生现象产出,另一方面表现为与铁矿体呈伴生甚至共生关系产出。

方铅矿(PbS),铅灰色,条痕灰黑色,金属光泽,不透明,集合体多呈柱状或致密块状,主要为岩浆期后作用的产物,常与黄铜矿、黄铁矿、石英、方解石、重晶石等共生。

2.2.3 金、银矿化特征

至今,本区发现金(Au)矿化的最高品位1.0× 10-6,厚度1.0 m,位于ZK0301钻孔孔深60.6～61.6 m处;地表最高品位0.48×10-6,位于剥土BT2101处,厚0.8 m。其中金竹山地段ZK0301钻孔深35.57～47.90 m处,金矿化厚度近12 m,最高品位0.52×10-6,平均品位约0.35×10-6;而银(Ag)的矿化主要位于芭蕉冲地段ZK2301钻孔88.08～89.70 m处,品位分别为30.3×10-6和97.4 ×10-6,厚度分别为0.50 m与0.30 m。

区内金、银的矿化主要共生于F1脆、韧性剪切带中,带内构造角砾岩、碎裂岩、石英脉发育,热液蚀变强,并在氧化或强氧化环境下有次生富集成矿现象。

金矿主要以显微金形式存在。含金矿石多为网脉状、片状和粒状,金矿物粒径一般0.010～0.20 mm,最大达3.0～6.0 mm,以自然金为主。

主要伴生矿物为毒砂、黄铁矿、黄铜矿和方铅矿等,主要脉石矿物为石英。

围岩蚀变:主要发生在冷家溪群岩石中,常见绢云母化、绿泥石化、黄铁矿化和硅化,并与褪色化和褐铁矿化有关。

金矿化和银矿化多与铜矿化共生。

3 成矿机理初探

综上述铁、铜、铅、金、银等金属矿化的特点,这几种金属元素成矿是一个有机统一体,是一个成矿系列。区内成矿过程主要受地层岩性、区域变质、断裂构造、邻区岩浆活动、古气候等因素制约。

3.1 成矿演化过程

铁矿预富集阶段:冷家溪群岩石含Fe为7.03%,丰度值较高[2],Pt2L本身已成为能够提供部分“浅源”铁质的母体。区域变质作用造成冷家溪群原岩轻度脱硅变质,促成Fe在板岩、岩屑杂砂岩、凝灰质砂岩中活化转移,通过区域性断裂构造活动产生热动力变质作用,使沿断裂带分布的冷家溪群浅变质砂岩类中铁元素进一步活化预富集[3]。

热液成矿期:野外观察证实,区域性断裂带F1至少有四期活动,由于构造多期次活动,除构造自身产生热动力导致的热液迁移活动外,也将不断从地壳深部带来富硅质的含矿热流体,沿构造角砾岩、碎裂岩或破碎带的空隙或裂隙大量渗透、运移,在物理化学条件变化的构造空间上沉淀富集形成硫化物矿体集合体。至此,矿区各种矿体、矿化带、异常带和蚀变带的就位机制初步完成。

表生氧化淋积阶段:由于表生氧化作用下,加上地下水和大气降水的反复渗透与流动,金属离子和金属硫化物等矿物质再度分解、离析、迁移再沉淀,铁硫化物则氧化形成赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿;铜、铅硫化物经氧化及酸溶作用,铜、铅等活泼金属元素透过上部铁帽下渗形成铜、铅矿再生富集,进而地表则残留形成“铁帽”型铁矿[3]。从Ⅲ号铜矿体的结构形式则反映:上层为铜氧化淋积层,它在地表出露于褐紫色层中,状如锅巴,层内富含黄铜矿,其中大部分黄铜矿已氧化为铜绿或蓝铜矿,厚度0.2～0.4 m,平均品位4.84%;下层为赤铁矿化含铜、金构造角砾岩,厚0.6～0.8 m,平均品位0.89%。此层矿带富集于主构造F1断裂带中,经钻孔验证向下延伸富集趋势。

3.2 “铁帽”型铁矿判据及找矿意义

据上所述,金竹冲铁矿应属热液型成因类型。从矿体就位机制初步判断,应属“铁帽型”铁矿。理由有四:(1)铁矿体所处部位均属正地形顶部;(2)严格受F1、F2断裂带控制,所有铁矿体赋存于以F1断层接触的冷家溪群(Pt2L)和白垩系戴家坪组(K2d)呈角度不整合带中;(3)钻探勘查表明,铁矿化深度有限,铁矿体由地表向深部一般在0～50 m范围内,再往深部则为铜或铅矿体;(4)地表铁矿石中富含铜族等过渡金属元素(Cu、Ag、Au、Pb、Sb),这些金属元素在内生条件形成的矿多是硫化物矿物。

据此可初步推测,金竹冲铁矿体或铁帽是铜或铅矿体经表生风化淋滤作用形成,广义上亦属热液成因。铁矿体中镜铁矿是白垩纪红盆形成时期高温干旱气候条件下,地表硫化物通过氧化产生硫酸溶液,经自上而下淋滤,加之有与构造变动有关的热液活动或地壳深部热源所形成的热液活动而反应生成的矿物,同时在裂隙中遇Ba等阳离子则成生重晶石。与镜铁矿共生的褐铁矿是由其它硫化物氧化而成。

因此,该区铁帽是深部铜、铅、金多金属矿的找矿标志。

4 结 语

综上所述,金竹冲地区位于有利的铜多金属成矿带上,无论从成矿地质条件,还是近期勘查成果而言,该区存在巨大的成矿前景,可以预期铜铅矿将替代铁矿成为该区主要勘查矿种。今后该区找矿方向主要是:(1)在进一步查明“铁帽”成因基础上,加强沿F1断裂带深部铜矿、铅矿勘探;(2)区内东南部金、银矿化地段的勘查和评价;(3)找矿类型仍是热液型,找矿地段是黑石砣、金竹山、芭蕉冲地段;(4)铜、铅、金、银矿多属共生成矿,应加强综合找矿、综合评价。参考文献:

[1] 湖南省地质局区调队.区域地质调查报告1∶200000衡阳幅(矿产部分)[R].衡阳:湖南省地质局,1973.

[2] 田应龙.湖南省前震旦系铀矿化成因探讨[J].铀矿地质, 1990,6(1):12-17.

[3] 韩吟文,马振东.地球化学[M].北京:地质出版社,2003.

Abstract:Based on the analysisof the geological featuresof Jinzhuchong region,the paper summarizes the mineralization characteristic of iron ore,copper,gold and lead ore,discusses the ore mineralization mechanism and puts forward prospecting direction.

Key words:Hengyang basin;Jinzhuchong region;mineralization characteristic;mineralizationmechanism; prospecting direction

Discussion on the Mineralization Geological Characteristics and Mineralization Mechanism of Northin Rim of Jinzhuchong Region Hengyang Basin

LIU Xu,ZENG Xian-ke,WANG Shi-chao, LI Yun-hui,LIU Hong-bing,ZHU Wu-quan
(Geological Bureau of Hunan Province N uclear Industry Brigade306,Hengyang421008,China)

TD15

A

1003-5540(2011)03-0001-04

2011-04-10

刘 旭(1968-),男,工程师,主要从事地质调查与矿产勘查工作。