云南江城大团包铜矿区构造－蚀变－地球化学综合方法找矿研究

2013-06-25钱建平覃顺桥谢彪武程小珍朱森林

大地构造与成矿学 2013年2期

钱建平，覃顺桥，谢彪武，程小珍，朱森林

(1.桂林理工大学地球科学学院，广西桂林541004;2.普洱市锦晟矿业投资有限公司，云南普洱665900)

滇中中生代(J-K)断陷盆地中，广泛分布着陆相碎屑岩系，是砂岩铜矿的含矿岩系。滇中砂岩铜矿在时间分布上具多层位性，目前已发现含矿层位16个。砂岩铜矿的形成经历了沉积、成岩和后生作用，构造改造和表生改造作用(张可清和熊鹏飞，1995)。方向池(1990)总结了滇中砂岩铜矿的构造控制作用，认为构造形成过程中及形成以后，由于构造使含矿层或矿源层中的有用元素产生活化、溶解，提供通道迁移，在构造有利部位富集成矿。陈根文等(2002)认为本区构造对砂岩铜矿的控制主要表现在:间接控矿，盆地构造演化形成的三色建造是成矿作用的重要物质来源;直接控矿，区域同生断层控制了矿带的分布，矿区褶皱构造和次一级断层直接控制了矿体的产状，部分成矿物质通过断裂构造由深部带上来。吴鹏等(2008)提出多期构造活动对六苴砂岩铜矿成矿的富集作用，早期近南北向压性断裂为成矿提供了有利的场所，晚期北西向压扭性断裂、北东向扭张性断裂促使矿体进一步富集。综上所述，除了矿源层的因素外，构造控矿和成矿亦是重要的因素。韩润生等(2010)认为该类矿床是褶皱构造圈闭盆地流体－含矿岩相和构造裂隙封闭成矿流体定位成矿的产物，是铜矿源、构造与流体三者耦合作用的结果。

砂岩型铜矿，是现今世界上铜矿储量及产量仅次于斑岩铜矿，居于第二位的重要铜矿床类型。无容置疑对其开展找矿研究具有实际意义。滇中地区铜矿点星罗棋布，但成型矿床少，具有一定规模的铜矿床往往经过了后期的构造改造作用。含矿热液在构造应力的驱动下在红层中运移和沉淀，以致红层产生硅化蚀变和褪色化，同时形成地球化学异常。如何开展此类矿床的找矿研究?构造地球化学找矿方法(钱建平，1998，1999，2006，2009;钱建平等，2008，2013)显然是一种很好的选择。针对矿区实际地质状况，本次工作提出了构造－蚀变－地球化学综合方法找矿的思路。

1 矿区地质特征

1.1 矿区地层

矿区出露地层有中侏罗统和平乡组和下白垩统景星组(图1)。和平乡组(J2h)占据矿区主体。上段为紫红色粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩及浅灰色砂岩、石英砂岩、细砾岩，厚110～500 m;中段主要是浅灰色砂岩、钙质砂岩与黄、黄绿、紫红、灰紫色粉砂岩、泥岩、钙质泥岩互层，夹泥灰岩及生物碎屑灰岩，厚245～770 m;下段浅灰色粉砂岩、砂岩、石英砂岩，厚80～400 m。景星组(K1j)上部为紫红色泥岩、粉砂质泥岩、砂岩;下部为灰、灰白、浅黄色石英砂岩、含砾砂岩，夹紫红、灰黄色粉砂质泥岩。和平乡组中段为区内主要赋矿层位。

1.2 矿区构造

矿区位于江边寨－大寨背斜北西倾伏端南西翼。矿区总体为一单斜构造，但地层产状变化较大，倾向北西250°～340°，倾角 40°～70°。矿区断裂构造发育，按走向可分北西、北东向两组。其中较大的断层有:F1断层(坡脚断层):走向北西，区内延长约1.6 km，倾向北东，倾角＞70°，为一逆断层，其中部被北东向的F2断层错断。F2断层(长冲箐断层):走向北东，区内长约1.6 km，倾向北西，倾角较陡，约70°～80°，为一逆断层。F3断层:走向北西，区内延长约0.5 km，两端顺走向延伸出图，为一推测断层。目前区内所发现的铜矿体，均产于F2断裂破碎带旁侧的次级断裂带中，受层间裂隙带、蚀变构造破碎带控制。

区内劈理非常发育。对劈理产状测量统计，矿区以北东向劈理最为发育。其次为北西和南北向。多组劈理切割使岩石强烈破碎，为后期含矿溶液迁移沉淀提供了良好的通道，并形成脉状、网脉状矿化体。

2 矿床地质特征

2.1 矿体地质特征

矿体主要赋存于F2断层旁侧中侏罗统和平乡组(J2h)硅化蚀变砂岩和构造角砾岩中，受层间次级断裂控制，呈似层状、脉状展布(图1)。矿区已圈出6个铜矿体(Ⅰ-Ⅵ)，其中具有工业价值的为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号矿体。矿体近于平行排列，走向40°～60°，倾向310°～330°，倾角50°～60°。单个矿体长最小440 m，最大1000 m。各矿体特征如下:

图1 大团包铜矿区地质图Fig.1 Geological map of the Datuanbao copper mine area

Ⅰ号矿体:倾向 310°～320°，倾角 55°～60°。控制矿体走向长600 m，斜深670 m。单工程矿体厚1.62～5.87 m，平均厚 3.43 m;单工程铜平均品位0.64% ～1.32%，矿体平均品位 0.89%。

Ⅱ号矿体:倾向 310°～315°，倾角 55°～60°。控制长720 m，斜深540 m。单工程矿体厚0.84～13.03 m，平均厚 3.85 m;铜平均品位 0.46% ～1.20%，矿体平均品位0.86%。

Ⅲ号矿体:倾向北西，倾角50°～56°。控制矿体长440 m，斜深360 m。单工程矿体厚1.07～4.72 m，平均厚 2.85 m;单工程铜平均品位 0.50% ～2.44%，矿体平均品位1.07%。

Ⅳ号矿体:倾向北西，倾角50°～58°，平均倾角56°。控制矿体长约930 m，斜深304 m。单工程矿体厚1.00 ～9.95 m，平均厚 6.19 m;单工程铜平均品位0.53% ～2.44%，矿体平均品位0.84%。

2.2 矿石特征

矿石结构以半自形－它形粒状结构为主，构造主要有浸染状、细脉状、网脉状、胶状构造，部分块状构造和角砾状构造。

矿石矿物主要为黝铜矿、辉铜矿、黄铜矿、斑铜矿、黄铁矿、闪锌矿、方铅矿和极少量磁铁矿，地表氧化带可见孔雀石、褐铁矿、铜蓝。非金属矿物有石英、方解石、云母、长石。

黝铜矿呈它形粒状、板块状、浸染状，部分呈沿裂隙脉状充填于脉石矿物中。黝铜矿具碎裂现象，斑铜矿、后期脉石矿物、孔雀石沿其微裂隙充填;尚可见到黝铜矿、黄铜矿、斑铜矿三者构成共结边结构。

黄铜矿极少，呈非常细小的乳滴状客晶出现在闪锌矿中，二者构成固溶体分离结构。

黄铁矿呈细小它形粒状，浸染状充填于脉石矿物中;部分具环带构造，有的被闪锌矿、方铅矿从内部充填交代，有的被闪锌矿包裹。

石英白色、灰白色，呈重结晶集合体或以脉状充填于砂岩裂隙中，早期石英脉被晚期石英脉切穿。

方解石乳白、白色，亦呈重结晶集合体或以脉状充填于砂岩裂隙中，常与石英共生。

有用组分除铜矿外还伴生有银，银的单样品位最高达 74.7 ×10－6。

2.3 矿床成因及找矿标志

矿区目前尚未见岩体出露，矿床矿物组合较简单，矿石矿物主要有含铜矿物、黄铁矿、方铅矿和闪锌矿。铜矿物以黝铜矿、辉铜矿、黄铜矿、斑铜矿等为主，与铜矿物共生的脉石矿物有石英、白云母、方解石等。部分黄铁矿呈草莓状和环带状。黄铁矿Co/Ni＜1，S/Se远大于1。闪锌矿Cd高Fe低。矿体的产状、形态、规模严格受断裂控制。矿石结构构造简单，具细脉状、网脉状和角砾状构造。围岩蚀变简单，主要为硅化、高岭石化、重晶石化等。这些特征表明该矿床为产于断层破碎带中的沉积－构造改造型铜矿床。

矿床找矿标志包括断裂破碎带;地表及破碎带铜的淋滤化合物;硅化、褐铁矿化、褪色化等蚀变;Cu、Pb、Zn、Ag 多金属地球化学异常。

3 成矿构造分析

3.1 控矿构造型式

区域上北东、北西两组断裂均很发育，形成格状断裂构造系统。矿区控矿构造型式应属于区域格状构造系统的一部分，控矿构造类型主要表现为北东、北西向断裂和裂隙控矿。

3.2 构造控矿规律

(1)矿体产状与主要控矿断裂和地层产状一致

矿体走向北东(40°～60°)，均向北西倾斜(310°～330°)，与矿区的北东向控矿断裂(F2)和单斜构造走向和倾向一致。但控矿断裂(F2)产状更陡，其作为有利的导矿构造(图2)。

(2)构造控矿的分级性

江边寨－大寨背斜北西倾伏端控制了大团包矿床及其所在矿田产出;其上北东、北西向断裂带控制了铜矿床的产出(图1);次级北东向层间断裂控制了矿体的产出(图2);层间断裂中的次级劈理裂隙控制了矿化细脉和网脉的分布(照片1，正文后)。

(3)断裂控矿的等距性

矿区矿体从北西往南东呈平行等距分布，相邻两个矿体之间间距为30～50 m左右(图2)。

(4)矿体略向北东侧伏

由联合勘探线剖面图(图2)和联合中段平面图(图3)可以看出:矿区各矿体均向北东侧伏。随着向北东延深深度的增大，矿化有减弱趋势。

(5)矿体具有明显的矿化中心

对各勘探线矿体厚度和品位数据采用加权平均法计算矿化强度，可得出4号勘探线为矿区的矿化中心(图2)。

图2 大团包矿区联合勘探线剖面图Fig.2 Synthesized profile of the prospecting lines in the Datuanbao copper mining area

图3 大团包矿区联合中段平面图Fig.3 Synthesized geological map of the middle section of the Datuanbao copper mining area

3.3 成矿构造演化

通过野外实地观察和钻孔岩芯资料分析，初步认为矿区共发育有五期构造活动:

第一期构造变形，区域性北东向挤压，形成区域一系列北西向褶皱和压性断裂(图1)。

第二期构造变形，主要表现为北西向挤压，形成矿区北东向横向压性断裂和劈理大量发育(照片2，照片3)，并错断早期北西向纵向断裂(图1)。

第三期构造变形，主要表现为北东向挤压，使北东向构造裂隙张开，含铜矿液沿着北东向张性裂隙充填，形成不规则细脉状、网脉状铜矿化、构造蚀变带和铜异常(照片1，图4，图5)。

第四期构造变形，主要表现为北西向挤压，使北西向构造裂隙张开，含铜铅锌等矿液沿北西向张性裂隙充填，形成铜矿化、构造蚀变带和铜多金属元素异常带(照片1，图4，图5)。

第五期构造变形，主要表现为北东向的挤压，使北西向压性断裂形成，矿体被断层错开而不连续(照片4)，并伴随大量挤压劈理面。

4 构造蚀变带填图

对矿区通过系统的构造蚀变带填图，并配合室内镜下岩矿鉴定，编制了矿区构造蚀变带分布图(图4)。构造蚀变带受北东和北西向两组断裂控制，形成一个近“干”字形。其主体走向为北东－北东东向，与矿区已知矿体的走向基本一致，但出现北西向分支，表明北西向构造亦是控矿构造。构造蚀变带表现出一定的分带性。按蚀变强度变化，可分为硅化蚀变带和弱硅化蚀变带及褪色带。

硅化蚀变带位于蚀变带中心，亦称为硅化构造蚀变带(图4，照片5)。走向为北东，形态呈长条状，长约 660 m，宽 92～320 m，面积约为 1.06×105m2。带内岩石劈理裂隙强烈发育，岩石破碎，并具有明显的硅化现象(照片5)。岩性主要为白色中－粗粒硅化石英砂岩、白色中－粗粒硅化钙质石英砂岩、重结晶灰岩。带内分布Ⅳ号矿体(图4)。弱硅化蚀变褪色带位于蚀变带外侧(图4，照片6，照片7)，总体走向为北东，由于同时受北东、北西断裂控制，而表现为一“干”字形，长约1360 m，宽约125～420 m，面积约为3.6×105m2。该带岩石破碎程度减弱，岩石粒度变细，岩性主要为褪色化细－中粒弱硅化石英砂岩、褪色化细－中粒弱硅化钙质石英砂岩、重结晶灰岩。弱硅化蚀变褪色带规模较大，已探明的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号矿体均分布其中，且走向与其主体走向一致(图4)。

由弱硅化蚀变褪色带再向外是正常原岩，岩石破碎不明显，岩性主要为紫红色、深灰色泥质砂岩、石英砂岩，且岩石粒度较细，较为致密。

5 构造地球化学测量

5.1 工作方法

本次工作对矿区1.08 km2系统地开展构造地球化学测量，样品采集原则上按线距100 m，点距20 m，样量要求500 g以上。各采样点详细描述采样点的位置、采样方法、样品编号、岩性、构造发育情况。按照构造地球化学采样原则，样品位置在总体上依据一定的网格，但又不拘泥于固定的网格，在断裂带、构造破碎带、蚀变带、劈理化带和构造裂隙带及不同岩性界面附近加密取样，在无构造发育地带可适当放稀采样点距至30 m，采集岩性控制样。共采集构造地球化学样品819个，最后化验样品812个。分析项目包括 Cu、Pb、Zn、As、Sb、Hg、Au、Ag、W、Sn、Mo、Co、Ni、Mn、Cr、V、Ti、Sr、Ba 19 种。其中 Au 采用化学光谱法，Ag和Sn采用发射光谱法，W用极谱法，Cu、Pb、Zn、Mn、Ti和V采用电感耦合等离子体发射光谱法，Co、Ni和Mo采用电感耦合等离子体质谱法，As、Sb采用原子荧光光谱法，Sr、Ba和Cr采用X射线荧光光谱法，Hg采用RG-1D型测汞仪测试。

图4 大团包矿区构造蚀变带地质图Fig.4 Geological map showing the structural alteration zonation in the Datuanbao copper mining area

5.2 元素含量参数统计

按不同岩石类型计算元素含量均值、标准离差、变异系数和浓度克拉克值参数。由表1可见，紫红色砂岩浓度克拉克值＞1的元素有Cu、Pb、Zn、Ag、As、As、Hg、Co、Ni、Mn、Cr、V;灰白色砂岩浓度克拉克值＞1 的元素有 Cu、Pb、Zn、Ag、As、Sb、Hg、Cr;钙质泥岩浓度克拉克值＞1的元素有Cu、Pb、Zn、Ag、As、Sb、Hg、Co、Ni、Mn、Cr、V、Ti;泥晶灰岩浓度克拉克值＞ 1 的元素有 Cu、Pb、Zn、Ag、As、Sb、Hg、Co、Ni、Mn、Cr、V、Sr、Ba。总体来看，Cu、Pb、Zn、Ag、As、Sb、Hg浓度克拉克值高，表明这些元素在地层中具有较高的本底值，可作为成矿物质来源。本区砂岩Cr、V、Ti浓度克拉克值高，表明其为不纯的砂岩。灰白色砂岩 Cu、Pb、Ag、As、Sb 明显高于紫红色砂岩，其变异系数大，表明其经历了后期构造－成矿热液的蚀变作用，与成矿关系更为密切。

5.3 元素组合分析

对大团包铜矿区矿体样品进行基于主成分变量的R型因子分析，以累积方差贡献率81.68%为准，提取7个因子(表2)。

表2 大团包矿区铜矿体微量元素因子分析结果Table2 R-factor analysis of the trace elements of the copper ores in the Datuanbao mining area

由表2可知:

F1因子为 Pb、Zn、Ag、As、Sb，可能为晚期热液成矿阶段的元素组合，表现在矿石中方铅矿、闪锌矿的沉淀;

F2因子为 Cr、V、Ti、Ni、Sn，为本区泥质岩的元素组合;

F3因子为Mo、Hg、Au，为更晚期热液成矿阶段的元素组合;

F4因子为Mn、Co、Zn，常作为碎屑岩中的铁质胶结物，为本区碎屑岩的元素组合;

F5因子为Cu、Ba，表现在矿石中铜矿物如黝铜矿、黄铜矿、斑铜矿和辉铜矿的沉淀;

F6因子为Sr、Sn，为本区不纯碳酸盐岩的元素组合。

5.4 元素构造地球化学分布

对所分析的数据编制各元素地球化学图(图5)。由图5可得:

成矿元素Cu、Mo高值带总体上呈北东向展布，与本区铜矿带的展布方向一致，但具有分段富集现象，预示着铜矿带矿化在走向上的不均一性。此外Cu、Mo高值带除北东向展布外，尚有向北西展布的趋势，这与构造蚀变带填图的结果较为一致。

成矿元素 Pb、Zn、Ag、As、Sb、Hg 等成矿元素高值带主要沿北西向分布，与北西向断裂和北西向构造蚀变带一致，显示在成矿晚期北西向构造的张开，引起晚期成矿热液沿北西向断裂沉淀。

亲铁元素 Cr、V、Ti、Co、Ni及 Au 高值带位于矿区东北部、中北部，其主要位于第四系覆盖区，显示为风化土壤富集的元素。

亲石元素Sr、Ba高值带的分布有点特殊，其中Ba的高值带分布类似于亲铁元素，Sr的高值带分布类似于成矿元素，表明早期碳酸盐岩石富集的元素在后来的成矿和风化过程中的趋向有所不同。

亲石元素W、Sn在整个矿区分布比较均匀，表明其无论是在沉积还是成矿过程中均没有明显的富集趋势。

6 讨论和认识

(1)矿区成矿构造具多期活动特征，早期北东向断裂的张开，带来了Cu的成矿热液活动和沉淀，并形成北东向硅化构造蚀变带;晚期北西向断裂的张开，带来了 Pb、Zn、Ag、As、Sb 和Mo、Hg、Au 成矿热液的叠加和沉淀，并形成北西向硅化构造蚀变带。因此，北东、北西向断裂均为本区控矿构造，二者交汇部位是成矿有利的部位。以往仅局限于北东向构造找矿的认识是不全面的，并且Cu的地球化学异常亦显示，北东向构造在走向上矿化具有不均匀性，其与构造变形破碎程度在走向上的变化相一致。