鄂东南地区成矿地质特征简介与认识

2013-10-16薛迪康

资源环境与工程 2013年1期

薛迪康

(湖北省地质矿产勘查开发局，湖北武汉 430022)

0 引言

最近，参与了鄂东南内生铁、铜、硫成矿区划工作，接触到有关区域成矿地质特征的资料文献，内容多且丰富，在某些问题上深得启发。为了便于该队地质综合研究工作深入开展，实现以提高地质研究程度为基础，多快好省寻找矿产资源为目的的方针，想就此次涉猎到的资料中认为是比较新的，带实质性的内容归纳作一简介，其中也夹杂着个人的看法和认识。由于水平和工作上的局限性，很不全面，甚至有谬误之处，仅供大家参考。

1 关于控矿因素

1.1 地层与铁铜矿化关系

据化验分析和统计资料说明，本区所有主要矿床的围岩是质地比较纯净的碳酸盐岩层，相当于三叠系大冶群下段的顶部和上段地层，即T1dy4、T1dy5、T1dy6、T1dy7四个岩性段。在远离矿区的地段，这些层位中成矿元素的同生含量低于上下岩层。因此，矿源层的问题并不存在。那么上述层位控矿的原因何在呢?据各家分析，主要论及三个方面因素:其一，此层位岩石的物理性质独特，具有易碎、易溶、多空洞和富钙质等特性，因而利于矿质交代沉淀;其二，这些层位产出于特定的地质环境，与上下层位的物理性质差异较大，有利于被褶皱改造，造成层间虚脱等控岩控矿的构造。此层位上层粉砂岩、粘土岩，当受热变质角岩化后更加致密，以致可阻挡矿液渗透流失，起到屏蔽作用，有利于交代作用的进行;其三，大冶群上段有富含膏盐矿物，矿化剂成分的蒸发岩。当岩浆侵位同化这些岩石后，岩浆的物理化学性质发生变化，即增加了碱质和挥发组分，粘度变小，结晶温度降低，岩浆期后气―水溶液数量增多。这些变化有利于铁铜组分的分离、运移和富集，产生蚀变和矿化。

1.2 侵入岩与铁铜矿化关系

本区岩体的形成，是矿质得以集中的主导因素。据1974年冶金地质科技情报报道，对岩石和矿石中的磁铁矿做CuPbZn光谱分析，与铁铜矿床、铜矿床有关的岩体中的磁铁矿，其CuPbZn达到中等以上含量，矿石中的磁铁矿含Cu也高;与铁矿床有关的岩体，其磁铁矿中CuPbZn含量很低，铁矿石中磁铁矿含Cu也低。所以认为，岩浆活动是矿质运移聚集的主要媒介。

据岩石学及矿床地质特征，宜昌地质矿产研究所的同志划出两个岩浆成矿系列。

第一，以浅成—超浅成相花岗闪长斑岩为主，形成斑岩型—接触交代型复合式铜(铂)矿床。如铜山口、封山洞。单独的斑岩铜矿也可能存在。如白云山。

第二，以中―浅成相闪长岩一花岗岩类的一系列过渡性岩石，形成本区接触交代型―热液型等铁铜成矿系列。例如与本区六大侵入体有关的矿床。

目前，对六大岩体与成矿关系的认识主要有:

(1)岩浆―成矿活动具有多期性、脉动性。六大岩体均为多次侵入的复式岩体(表1)，铁铜矿化也尾随每次的侵入活动而形成。例如知名的三大铁矿分别形成于燕山早期第一次闪长岩侵入(铁山)，燕山晚期第二次石英闪长岩―二长花岗岩(张福山)和燕山晚期第三次花岗岩侵入(程潮)活动之后。铜硫矿床主要发育于燕山早期第二、三次侵入活动(铁山岩体及阳新岩体据同位素年龄，部分铜矿化可能与晚期侵入活动有关)。

在岩浆多次侵入活动中，从早到晚均表现为从中性向酸性方向演化，晚期以花岗岩结束。例如:早期三次活动是闪长岩—石英正长闪长岩—花岗闪长(斑)岩。晚期三次活动是闪长岩—石英闪长岩(或二长花岗岩)—花岗岩。

表1 燕山期侵入岩期次与成矿关系表

表2 几个岩体岩相分带表

(2)伴随形成大中型矿床的岩体，其岩相分带明显(表2)。当岩体岩相带不明显时(殷祖岩体)，相伴的矿化作用也很微弱。

分异较好的中—浅成岩体边缘相中，常出现辉石，形成基性边缘，证实同化混染作用强烈，并伴随大型铁矿床的形成(铁山、金山店);浅―超浅成相岩体边缘，则只出现酸性边缘，混染作用微弱，但形成大型铜矿床(如铜录山、铜山口)。

岩相分带反应了岩浆侵入活动过程中，分异演化程度。岩浆是否分异完全，决定其是否富含矿化剂。而矿化剂可以在其侵位活动过程中从围岩中获得。例如大冶群上段中的蒸发岩，可以提供 Na、K、Mg、Ca、SO4、C、CO3、H2O等组分，从而促进岩浆的分异、矿质富集和沉淀。

(3)铁铜矿化与侵入体岩石的碱量变化关系密切，而与岩石的酸度无关。本区与成铁有关的岩石由闪长岩到花岗岩，成铜岩体由闪长岩到花岗闪长岩。因此，铁、铜矿化与岩浆岩的酸度、岩石类型无关。但与铁铜矿床有关的岩体其碱值含量毫无例外地高于中国同类岩浆岩的平均值，其总量的变化、Na2O与K2O增长变化与铁铜钨钼矿化呈现一定的关系(关于碱量变化与铁铜矿化关系论述较多，此略。)

1.3 构造与铁铜矿化关系

1975—1977年，宜昌地质矿产研究所运用地质力学理论和方法，在收集资料及野外调查基础上，阐述了本区成岩成矿的构造控制规律，提出隐伏矿床的找矿方向。这次较系统的区域构造调查研究工作，取得以下几点主要成果(详见《中南地质科技情报》1978年第5期):

①本区成岩成矿受山字型及新华夏系双重控制，其中新华夏系起主导作用。②新华夏系的发生、发展可分为三个阶段。早期与山字型、东西向构造呈联合关系，控制南部三岩体及以铜为主的矿床;中期是复合关系，控制北部三个岩体及以铁为主的矿床;晚期北北东向断裂发育，并与东西向，山字型呈反接复合关系，控制小岩体及小型铁铜矿床。③在分析本区成岩成矿构造特点的基础上，提出褶皱改造控岩、断裂改造控矿的论点。④进一步总结了区域控岩控矿的层位性、分带性、等距性和等深性规律，并提出隐伏岩、矿体的预测方案。

以上成果的取得，为今后进一步以地质力学理论和方法详细研究本区构造控矿规律和预测隐伏矿床打下了基础。但就区域构造的发生发展及控岩控矿的认识，尚有争议之处，其中以北西西向构造的归宿问题看法较多，其次对褶皱改造控岩或是断裂构造控岩的问题，北东向构造、东西向构造对成矿的控制作用问题，也有不同看法。下面就区域构造格架及控制矿床(体)构造提出归纳和认识。

1.3.1 区域构造格架及发展过程

北西西向构造是本区主要的控岩控矿构造，其归宿问题目前至少有四种意见:第一，属山字型构造前孤西翼的组成部分;第二，属南淮阳断裂派生的人字型构造;第三，属山字型构造前弧西翼改造区域性东西向构造结果;第四，属联合构造(称北西西向联合构造)，是区域性东西向构造和山字型前弧西翼两个不同应力场联合作用的结果。

区域复式褶皱呈“隔挡式”，为断块凹陷区盖层之典型褶皱。盖层构造线方向以北西西为主，其次有北北东、北东东、北北西等。据卫片及航磁资料，比较清楚的基底构造有北西、北东、东西、北北东四组。北西向南淮阳断裂带，是区域两个大地构造单元的分界线。航磁图反映，此大断裂以北磁异常走向北西，断裂以南变为东西走向。因此，可以推定长江断裂即为淮阳山字型构造前弧西翼南界。此外，次一级的尚有保安—石头咀—赤马山北西向断裂，控制着金山店、阳新岩体(北半的)的展布方向;北东向基底断裂以金牛—南河最为显要，将本区分割为两个自三叠系末以来，具有不同发展历史的地区。其西北部分受此断裂的影响，中三叠世海退后继续下陷，形成内陆盆地，接受陆源碎屑和火山岩的堆积，中生代陆相地层发育较全，伴随岩浆活动形成以铁为主的矿床;东南部相对上抬，除黄石市西北侧有上三叠世及侏罗纪地层分布外，其余地区缺失上三叠—下白垩纪地层，此区岩浆活动形成以铜为主的矿床，东西向构造以两剑湖断裂带(即银山—横山断裂)最重要，依此分出南北两个各具有不同地质特征的地区，其本身控制着部分小岩体和多金属矿化的展布，北北东向鄂城―大磨山复合断裂隆起带，控制着本区的重要铁矿床，其形成时间较晚。晚白垩世后形成的东西向、北西向、北东向断陷盆地(K2－R)，零星分布其周围。

当东西向构造发展到全盛时期(T2)，区域边界条件发生变化，南部受江南古陆抵挡，加之早期形成的北东、北西向断裂的影响，山字型扭动构造得以继承性的发展并逐步加强，东侧弧顶(广济段)南推，西侧相对北移，产生顺时针扭动，东部收敛，西部撒开，原东西向构造渐转为北西西向，形成华容—温泉—广济三角形地带。原压性(东西向)压扭性(北东向)受到不同程度的拉张，以西南部为例，控制了早期岩体的侵入及铜、铜铁矿床的形成。晚期北北东向新华夏系加强，东盘北移:北西西向构造受到张性改造，控制晚期岩体及主要铁矿床的形成。

1.3.2 控制矿床(体)构造

区内控制矿床(体)的构造，经归纳补充，共有八类十八种型式。但尚觉不完全，还有待深入研究总结。现列出其种类和代表矿床(体)。

(1)褶曲控矿;包括向斜(铜坑)、背斜(铜山口)、卷曲(铁山之尖山)。

(2)断裂控矿:包括六种型式。①东西向纵向断裂(王豹山);②张性断裂(大石山);③层间破碎带或滑动面(龙角山、李家山);④岩体顶部或两个岩体接触带附近的节理裂隙系(猴头山);⑤断裂破碎带与接触带复合段(张福山、石头咀);⑥两组断裂交叉部位(猴头山)。

(3)不整合面及其附近控矿。主要是志留系或上泥盆系与石炭二叠系的不整合面及其附近。(如马家山、西雷二山)。

(4)北北东向横跨褶曲及其与侵入接触带复合段控矿(如铜录山、鲤泥湖、石头咀等)。

(5)复杂形式接触带控矿。①“夹板式”(程潮);②“圈闭式”(程潮);③“半岛状”“岛链状”(铜录山、赵家湾)。

(6)岩体中的大理岩捕虏体，岩体之下潜伏大理岩体控矿。包括:①岩体内带状起伏之大理岩小褶曲或单斜构造，如灵乡岩体西区铁矿床;②大理岩呈“残留顶盖”或“悬垂体”(如冯家山、柯家山浅部);③潜伏大理岩呈“古潜山式”(柯家山深部);④岩体内不规则捕虏体(黄土咀)。

(7)爆发(隐爆)—侵入角砾岩控矿(铜山口六号矿体、封山洞等)。

(8)古岩溶控矿(黄牛山)。

1.3.3 控矿构造的垂向变化

(1)矿体有规律地聚集在一定的标高段。据几个勘探矿区剖面统计(图1)，沿控矿构造斜深方向，矿体富集或肥大部分，有规律地赋存在三个标高段，即+100～－100 m;－200～－400 m;－400～－800 m。当然，由于勘探深度限制，不会是仅有的3个，－800 m以下可能还会出现新的富集地段。

图1 鄂东南部分矿区主要矿体赋存标高对比示意图

第一个标高段(+100～－100 m)矿体，只有铁山、铜山口矿区保存较好，其他矿区遭受不同程度侵蚀，有的仅剩下根部(铜录山Ⅲ1矿体、大广山Ⅰ号矿体)。这个标高段矿体是20世纪50年代及其以前地质找矿工作的研究对象。目前判断其富集中心在0 m标高。

第二个标高段(－200～－400 m)，属隐伏矿体，大部是在60年代与磁法勘探结合发现的，其肥大富集处，位于－300 m标高上下。

第三个标高段(－400～－800 m)矿体是70年代对成矿规律研究的深入及找矿手段(井中物探及深钻)的提高发现的。也是当前老矿区及其周围寻找隐伏矿体的重点深度，其中心部位大致在－600 m标高处。(统计赋存矿体较多的部位)。

上述三个标高段的矿体富集厚大中心，多数是在0 m、－300 m、－600 m标高，既显示矿体群的分段性，又表现出每段富集中心间的等深性。这个赋矿规律，显然受控于断裂复合接触带的性质和围岩地层层位。同时同一岩性的地层围岩条件下，断裂—接触带沿斜深弯曲波状延深的幅度是有规律的，矿液就位交代沉淀形成矿体也将继承这个特点，并受其控制。

图2 石头咀矿区不同标高矿体展布图

(2)控矿构造由地表浅部的复杂的多方向性向深部渐趋单一。据统计，大致以－500 m标高为界，以上为复杂的上部构造层，以下为简单的下部构造层。上构造层中矿体群展布方向多，呈网状、网格状，单个矿体最大延深200 m;下构造层控矿断裂方向减少，趋向单一，单个矿体最大延深已有超过400 m者(图1)。例如石头咀、程潮矿床不同中段矿体展布方向(图2、3)清楚反映深部趋于简单，石头咀矿床到－450 m以后，矿体呈单一的北西向延伸，程潮矿床到－600 m时，也呈北西向分布。此外，大广山诸矿体也反映如此规律，0 mNW、NWW、NNW、SN、EW;－200 mEW、NW，NWW;－420 mNW、NNW。到深部趋于简单，说明接近基底断裂，上层(盖层上部)张性控矿断裂延深有一定的局限性。

图3 程潮西区不同标高矿体展布图

1.3.4 矿床(体)在空间上的分布受构造的交叉、重合、转折、截接部位制约

交叉:指两组构造交叉部位。例子很多，重要的有NWW与NNE向，NWW与NE向。

重合:断裂破碎带重合侵入接触带，不整合面及层面。例如张福山等大中型矿床。

转折:指构造线方向(沿走向及倾斜方向)及倾角发生改变的地段。例如由陡变缓，由缓变陡、追踪、斜列等，如程潮。

截接:经改造形成的横跨褶曲、层间破碎带被侵入体截接的部位。矿体受小褶曲、层间控制，如龙角山、铜山口Ⅱ号矿体。

2 关于矿床成因类型

对本区铁铜矿床成因的认识，目前虽仍以岩浆热液说占优势，但也曾有部分学者提倡过用另一些成因理论解释本区矿床。例如60年代中期以侧分泌说、花岗岩化说和同生说;70年代中期以火山说、卤水说，70年代末以深层重熔说、矿源层活化转移、矿浆说以及复合成因等假说，讨论过本区铁铜矿床的形成过程。但除岩浆热液说外，尚无引用别的观点对本区矿床进行成因分类。

近十年来，由于大量矿山进行开发，许多矿床地质现象能直接为人们所观察。同时同位素地质学、包体测温等新技术方法的应用，均为研究成矿地质特征和矿床成因提供了大量资料和数据。目前各家分析总结的趋势，是朝着复杂成因的观点发展，笔者认为这种观点也符合最近勘探工程所揭露的事实。例如铜山口矿床就是明显例证，矿床中的六个主要矿体，可划分四种成因类型(见表3)。基于这个观点，将本区内生矿床分五个矿种十四个矿物组合，划分七个成因类型(表3)。七个成因类型中除矿浆贯入型、角砾岩型、后生堆积型外，其余均为大家所熟悉，不加赘述，现只就上述三类矿床特征作一简介。

2.1 矿浆贯入型

据1978年武汉地质学院资料，铁山矿床狮子山、铁门坎矿体和接触交代类型不同，矿体大都是陡立的脉状、柱状、透镜状，产于接触带或其附近岩石裂隙中，与围岩界线清楚截然，矿体边缘含有尖棱状围岩角砾，围岩没有交代蚀变现象，矿石中含V、Ti量高。又如大广山Ⅰ号矿体，在开坑中见其西界清楚(东界复盖)，矿体中水平裂隙未穿入围岩，可能是其自身冷凝收缩产生(图4)。磁铁矿中含T1O2，V2O5大于灵乡狮子山矿体(热液充填型，见表4)。

灵乡脑窖矿体边部见被其捕获的带棱角状之闪长玢岩角砾，界线清楚。

黄牛山铁矿采坑见大理岩溶蚀面发育，表面光滑，矿体充填其间，界线截然，采去矿石后大理岩表面(溶蚀面)仅留下黑色印记，无蚀变矿化现象(图5)。

就上述诸矿体特征，很可能是富铁矿浆沿构造裂隙、接触带及其附近碳酸盐岩的古岩溶构造贯入结晶而成。

2.2 爆发—侵入角砾岩型

本区封山洞铜钼矿床经冶金地质研究所研究，定为爆发―侵入角砾岩型。龙角山铜矿大面钨钼矿化岩体，也有认为是角砾岩筒者。以往认为是一次岩浆侵入活动，分异较好，岩相带明显的铜山口小岩体，经过近期工作，认为此岩体是二期四次岩浆活动的结果。燕山早期有三次活动:第一次为花岗闪长斑岩，石基较粗，深部变为似斑状结构;随后第二次爆发侵入，形成隐爆型花岗闪长斑岩角砾岩;第三次是石英二长斑岩侵入。铜矿化和第一、二次活动有关。晚期是花岗闪长斑岩脉穿插，岩脉本身亦有铜矿化(含量低)，并以含黑云母及褐帘石为其特征。

表3 鄂东南铜铁矿床(体)成因类型划分表

图4 大广山采坑Ⅰ号矿体示意图

图5 黄牛山采坑示意图

表4 大广山、狮子山T1O2、V2O5含量表

铜山口含矿角砾岩体(图6)，赋存于22－23线南－190～－240 m标高，角砾岩体呈透镜状，内中矿体呈似层状贯穿南北平卧其间。角砾成分复杂，有大理岩、矽卡岩、含铜磁铁矿、含铜金云母矽卡岩等角砾(后两者为原已知矿体中所没有的)，胶结物是碳酸盐等蚀变矿物及硫化物，胶结紧密，岩石完整，角砾多为浑圆状、次棱角状，矿化多为浸染状、团块状，其矿石铜品位较其他矿体为高(平均达1.01%)。据上述角砾岩成分、产出部位、形态产状，将其定为隐爆―侵入型角砾岩。

2.3 后生堆积型

图6 铜山口隐爆—侵入角砾岩型Ⅵ号矿体图

图7 中广山露采区平面图

是在原内生铁矿床的基础上，经外力作用富集堆积而成。有三种形成方式:一是经机械风化作用，搬运堆积而成。如灵乡群底部砾岩层中铁矿砾石，某些地段(如刘文一带)构成可供开采小矿山;二是成矿后的断层，辗碎矿体，将其推移挤进断裂交叉部位和大理岩溶洞(古岩溶)中，形成以铁矿石碎块、红色粘土为主，另有大理岩、闪长岩碎块组成的囊状体。如中广山(图7)正由地方进行开采;三是原铁矿体经化学风化作用富集，形成赤铁矿、磁铁矿组合之富铁矿石(平炉富矿)。如刘家畈矿床上部矿体(相当古风化壳型)。

后生堆积型铁矿床，虽属“外生”之列，但直接由原生矿体改造而成，关系密切，对它们的分析认识可以提供富铁矿形成及分布规律，就近寻找隐伏矿体的线索。

3 关于成矿物质来源

一般认为成矿物质的来源有两大类:酸性花岗岩类来自地壳硅铝层，是深层重熔花岗岩化造成;基性超基性岩来自上地幔。对鄂东南地区物源认识尚不统一，试作简单介绍。

宜昌所(杨超群)认为成矿物质来源于上地幔，长江大断裂可能为本区的导岩导矿构造。据铁山、灵乡和鄂城岩体中的黑云母，以及铜录山、张福山矿体中的金云母，经铷锶年龄测定和锶同位素分析结果，由铷锶等时线求得的(Sr87/Sr86)初始同位素比值为0.700，说明上述岩体和矿体之间物源是相同的。其初始值比地壳低，而与上地幔上升成的岩石极为接近(玄武岩0.704，安山岩0.703 ～0.706)。

宜昌所张理刚提出分层深熔假说，认为存在两种不同的混合型岩浆，分别析出两种不同含矿流体。一种是全硫 δ34SεS≈ +12‰形成铁矿床;另一种全硫δ34SεS≈+5‰左右形成铜钼矿床。

湖北冶金所苏欣栋同意张理刚的论点，并进一步分析了混合岩浆形成的机理:上地幔熔融物质与沿基底断裂(长江断裂)向下俯冲的地壳物质(含铁铜的沉积变质岩)重熔相混形成，并沿断裂上升至盖层成岩成矿。由于混合的比例不同，控制着不同的内生矿化。以地源物质为主时，则富碱，δ34S‰较高;以深源上地幔物质为主时，碱度较低，δ34S‰也较低。并提出根据δ34S值富集程度找不同矿床，具体是:δ34S‰值＞+10～＜20‰时找单铁矿;＞+4～＜+10‰找以铁为主的铁铜矿;＞0＜+4‰时找以铜为主的铜钼矿床;＞－2～＞+4找铜矿床，并注意伴生有钼、钨和铅锌。

冶金部地质所同位素室陈民扬(《地质与勘探》1979年第6期)统计资料，矽卡岩型铜矿δ34S‰变化范围(－80～ +7.0)介于斑岩铜矿(－3.8～ +5.7)和火山岩铜矿(－8.1～+15.4)之间，认为三者均属混合岩浆型矿床，其 Sr87/Sr86比值为 0.700 ～ 0.719，O18‰变化范围是+7～+14。因此，认为矽卡岩铜矿的硫源主要来自地壳下部，部分来自地壳岩石圈，而不是来自硫同位素更趋均一的上地幔。

涂光炽所长根据邯邢式铁矿床所作大量硫同位素资料(铁矿石中硫δ34S‰大多落在10～25之间)认为，硫的来源很难与中基性岩浆活动相联系，很可能与海水中的硫酸盐有关。因为和成矿有关的闪长岩受中奥陶统多层崩塌角砾岩(盐溶角砾岩)控制，这种角砾岩富含石膏，在铁矿床形成过程中，提供了部分硫源。

综合各家意见，矿质来源与岩浆有关，岩浆中成矿物质的来源则有多种解释，但多源性的说法比较合理。花岗岩化、物质活化转移和聚集，并可继承性地发展岩相岩石，在岩浆侵入演化过程中，深层重熔、混合岩浆同化交代作用都可以使成矿物从本区的成矿特征和硫同位素组成证明蒸发起到重要作用。特别是铁矿床提供了矿化剂和硫源，使铁质分离、交代充填成矿。铜矿床硫同位素更趋均一化，接近上地幔特点，但δ34S‰变化范围大于铜镍硫化矿床，其矿质可能主要来自地壳下部，部分来自地幔及岩石圈。