湖北金牛中生代火山岩盆地地质找矿研究进展

李雄伟, 汪国虎, 周世卿, 田望学, 吴　兵, 施　彬

(湖北省地质调查院,湖北 武汉　430034)

1　区域地质背景

燕山晚期长江中下游地区在地壳上隆仰冲及太平洋板块俯冲的影响下,处于强烈的拉张环境,在NE—NNE向和EW向岩石圈断裂控制下,形成以NE—NNE向和EW向断裂为边界的北东向断陷盆地,同时诱发强烈岩浆活动[1],构成具有地区特色的大冶金牛、庐枞怀、宁芜繁三个系列断陷火山盆地,控制了该期火山岩的空间分布(图1)。金牛火山岩盆地位于该系列断陷火山盆地西部,西起梁子湖断裂,东至黄石—咸宁断裂,北为襄樊—广济深断裂所限。火山岩主要分布在太和—灵乡一带,总体表现为板内伸展环境下火山喷发中心带由东向西迁移特征[2]。金牛火山岩盆地主体为一套流纹质—英安质—安山质—玄武质喷发(爆发)、溢流或喷溢相火山岩,火山活动间歇期有陆相碎屑物质(沉积砾岩、粉砂岩等)沉积。火山早期活动剧烈,有爆发角砾岩或集块岩出现[3]。

图1　长江中下游燕山期断陷盆地分布图

2　火山岩方面研究进展

(1)采用火山旋回—火山构造—火山地层—岩性、岩相一体化思路[4],在火山岩区进行地质填图,完成金牛幅火山构造及岩相地质图编制,取得了很好的地质效果。

(2)厘定区域火山地层层序。首先在同一旋回的火山机构内,测制剖面,厘定火山地层层序,尔后把不同旋回火山机构内的地层层序叠置,建立区域综合地层层序,在此基础上,确定三个组级岩石地层单位(马架山组、灵乡组、大寺组)和六个段级填图单位。

(3)火山喷发旋回。测区火山活动集中于中生代晚侏罗世—早白垩世,属燕山中晚期火山活动(亚)旋回,火山喷发形成一套基性—中酸性火山岩石,由早到晚划分为三个火山喷发旋回：马架山期初始火山喷发、灵乡期火山间歇、大寺期火山强烈喷发。

(4)火山喷发韵律。区内各火山喷发旋回中包含多个火山喷发韵律,并且各喷发韵律具有不同特征。

马架山期由早到晚火山喷发韵律类型有：爆发、空落—溢流—侵出—溢流。

灵乡期火山喷发韵律表现为火山沉积—溢流,为火山间歇期产物。早期为湖盆沉积碎屑岩,无火山活动,到晚期休眠的火山开始萌动,在沉积碎屑岩中出现安山岩、玄武岩夹层,夹层厚度一般1～3 m,反映火山活动较弱。

大寺期由早到晚火山喷发韵律为：溢流—火山沉积—溢流—强烈火山喷发—溢流—火山沉积—溢流—小规模火山喷发—火山消亡。

(5)火山岩相。火山岩相是火山作用产物最本质最重要的地质实体[5],本区火山岩相发育程度与不同期岩浆成分关系密切：基性岩浆多形成溢流相；酸性岩浆成分多形成溢流相,爆发空落相次之。另外与火山活动阶段有关,主喷发阶段爆发空落相、碎屑流相所占比例较大,随时间推移,溢流相所占比例较大。研究区火山岩相包括：火山溢流相、火山爆发相(火山崩落堆积相、火山空落相、火山碎屑流相)、火山喷发沉积相、火山颈相、潜火山相。

(6)岩石地球化学特征。金牛盆地火山岩主要为流纹岩,部分为粗安岩或粗面岩、粗面英安岩,极少数为玄武岩。属高钾钙碱质(偏碱质)火山岩系。轻稀土含量高于重稀土含量,轻、重稀土分馏明显,具板内和岛弧火山岩稀土元素特征。δEu值变化不大,主要介于0.21～0.29之间,只个别样品较低,为0.07和0.18,铕负异常不明显。但酸性火山岩还是体现了一定铕负异常,铕谷较为明显,说明酸性火山岩成岩过程中斜长石的分离结晶作用较强,而中性火山岩成岩过程中斜长石的分离结晶作用不强。Sm/Nd=0.14～0.18,<0.3。微量元素中相对富集Ba、Rb等大离子亲石元素和轻稀土元素,相对贫Zr、Hf、Nb、Ta等元素和重稀土元素。其中Ba、Rb等元素的含量远远高于地幔平均值,且比大陆地壳值也明显偏高。火山岩微量元素原始地幔配分型式与大陆地壳相似,表现为较为明显的Nb负异常和明显的Sr负异常,这一特征通常出现在俯冲带火山岩中,也可能和岩石圈地幔的交代作用有关,而且这一特征是典型陆壳岩石的标志,所以该区火山岩在成岩过程中很可能有陆壳物质的参与。

(7)火山构造。研究区为线形构造与环形火山构造组合形成的线—环构造格局。参照东南沿海火山岩带的火山构造类型级别[6],本区常见的Ⅲ级火山机构有6种：破火山口、穹状火山、锥状火山、火山颈相熔岩岩穹、层状火山、小型火山锥；Ⅱ级火山机构有2种：火山构造隆起、火山构造洼地。金牛盆地火山机构在空间上呈并列式串珠状展布(图2)。

(8)同位素年龄。近年来高精度的岩浆岩年龄分析(包括SHRIMP锆石U-Pb法、LA-ICPMS锆石U-Pb法和单矿物40Ar-39Ar法)表明,长江中下游地区存在两期重要的岩浆事件(140±5)Ma和125～130 Ma,其中火山岩时代主要集中于125～130 Ma,表明长江中下游地区存在一期早白垩世强烈火山喷发事件[7]。

图2　湖北金牛盆地火山机构分布图

近年金牛火山岩盆地获得较多高精度同位素年龄(据谢桂青介绍),马架山组和灵乡组的火山岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄分别为(130±2)Ma和(128±1)Ma；大寺组第一段流纹岩、第二段流纹岩、第三段流纹岩和第四段玄武岩的SHRIMP年龄分别为(127±2)Ma、(127±1)Ma、(127±2)Ma和(124±2)Ma,第二段的玄武岩的LA-MC-ICPMS锆石U-Pb年龄为(127±1)Ma,这些锆石U-Pb年龄分别代表相应组的火山岩的形成年龄,表明金牛盆地火山岩形成于(130±2)Ma～(124±2)Ma,形成时代为早白垩世,与长江中下游地区宁芜和庐枞盆地火山岩的时代一致。

(9)火山机构演化规律。一个火山机构内的岩相类型及相序是确定的,同一旋回的不同火山机构内的岩相类型及相序具有相似性和差异性,而且差异性是绝对的。例如：同一旋回的火山机构内有的以火山碎屑流相堆积为主；有的则以喷溢相熔岩堆积为主；还有的以爆发空落相各种粒级的火山碎屑岩堆积为主。这些火山机构的火山作用景观就有明显的不同,这给火山地层的横向对比增加了难度。根据金牛火山岩盆地研究成果的综合分析,火山机构不同演化阶段可能出现的火山喷发类型与相应的火山岩相—岩石类型以及由它们组成的火山地层序列如表1所列。

表1　湖北金牛盆地火山机构演化特征及地层序列表

3　火山岩区找矿进展

3.1　物探异常特征

1∶5万高精度磁测资料成果显示,测区北部以吴官塘、谢埠、向阳村(朱山头)一线为界,东部以茗山村—傅家庄一线为界,南部以上佘畈、马桥村、傅家庄一线为界,西部以工区边界附近为界,ΔT出现一近似等轴状半封闭正异常(南部正异常区)。剖面上异常呈锯齿状,北侧负异常明显,正异常区最大ΔT值1 614.04 nT,负异常区最小ΔT值-2 249.05 nT；平面上异常呈片状,异常面积135 km2左右,异常由多个局部高圈闭异常组成,异常西南未封闭。上延2 000 m后,异常呈由西南向北东插入的椭圆形；异常长轴走向北东,中心位于吴伯浩附近。

区内共圈定局部磁异常15个,据异常特征,并结合地化及遥感资料,在区内确定成(找)矿有利地段(异常)4处,可进一步工作地段(异常)4处,成(找)矿意义不大地段(异常)4处,已知矿异常1处,已知岩体异常1处,性质不明异常1处。

磁异常由隐伏岩体、岩体、火山岩综合引起。区内地表出露为白垩纪火山岩,东南部及南部见灵乡、瓦雪地、铜鼓山等岩体出露,中部为吴伯浩隐伏岩体,自不同高度延拓平面图可以推断：区内岩体在深部连为一体,其中心位于吴伯浩附近。地表出现的铜铅锌矿点与深部隐伏的岩体关系密切。

测区吴伯浩—柯良姿一带,视电阻率(ρs)曲线在极距AB/2≤500 m以上的浅层部位,曲线呈高低相间的异常形态出现,总体呈水平展布,反映该段浅部火山岩的不同岩性特征。在极距AB/2≥500 m以下,深部出现一个似馒头状向上隆起的相对高电阻率异常,呈近北西西—南东东方向展布,ρs值250～400 Ωm,推测为隐伏岩体或次火山岩的反映。该高阻体北侧ρs曲线为一个明显向北陡倾的低阻异常区,ρs值100～175 Ωm,在该低阻异常区内,在AB/2=500～1 000 m的部位伴有视极化率(ηs)为1.5%～2%的低缓激电异常,视极化率(ηs)最大值达8.6%,在AB/2=1 000～1 500 m极距的部位也伴有ηs=2%～3%的激电异常。该激电异常沿高、低阻异常带分布,可能为隐伏岩体或破碎带中的多金属硫化矿物局部富集引起。

3.2　化探异常特征

水系沉积物异常铁矿无明显异常,铜铅锌矿化带附近有Pb、Zn、CuⅠ级异常,以及个别Pb、Zn、CuⅡ或Ⅲ级异常。

次生晕异常铁矿一般显示Cu、Co或Cu、Co、Zn组合异常,或显示Co、Cu单元素异常；以铅锌为主的多金属矿化常显示Pb、Zn、Cu、Ag或Pb、Zn、Ag或Pb、Zn、Cu组合异常。以吴伯浩为中心(眼珠)Pb—Zn—Cu(Au、Ag)组合异常,规模较大,分带明显,浓集中心明显,且与矿化异常吻合。异常形态总体呈“眼睛”状,外部(眼眶)异常和东西两端的(眼角)异常,分别与袁大、排头柯铅矿点吻合。矿物组合样显示出吴伯浩以黄铜矿、孔雀石、蓝铜矿为组合中心,外围为方铅矿、闪锌矿组成环圈组合型式,表明了火山含矿热液活动以吴伯浩火山机构为中心的特点。异常元素主要为中低温元素,组合较好,异常清晰,分带明显,从蚀变特点、矿化特点、异常和矿(化)点分布规律,与江西银山铜多金属矿床有诸多相似之处,本区有可能找到斑岩型铜金多金属矿床。

重砂异常铜铅锌矿化带附近,常有雄黄、辰砂Ⅰ、Ⅱ级异常出现。

3.3　矿产特征

通过槽探工程对地表矿点(矿化点)的控制,地表矿化较好的地段为吴伯浩—上扬—袁大一线。呈近东西向展布。

吴伯浩铜多金属矿点地表矿化蚀变主要为硅化及重晶石化,次为碳酸盐化、绢云母化、绿泥石化、黄铁矿化,矿化体呈脉状、透镜状赋存在大寺组三段安山玄武岩硅化重晶石化破碎带中,矿化体多达20余条,规模小,长一般为几米—几十米,宽0.5～2 m,最窄仅0.1 m,最宽8 m。走向近东西向为主,倾向北或南,倾角65°～85°,次为北西、北东，倾角较陡。主要金属矿物为黄铜矿、方铅矿、闪锌矿,呈浸染状分布在细小的石英脉中,也呈浸染状、脉状、颗粒状分布在硅化重晶石脉中。Au、Cu、Pb、Zn含量多低于边界品位,化学分析：Cu0.1%～0.7%,Pb0.1%～0.61%,Zn0.1%～0.87%,Au0.2～0.6 g/t(最高1.05 g/t)。脉石矿物有：重晶石、石英、玉髓、方解石、白云石、高岭石、长石、黑云母等。

袁大铅矿点地表矿化蚀变主要表现为硅化及重晶石化,围岩为大寺组二段安山岩、安山质火山角砾岩,矿体产于北北西向破碎带中,主矿体呈脉状,长约200 m,平均宽11.33 m,倾向65°,倾角42°～65°,主矿体东侧尚有8个小矿体呈脉状、透镜状产出。矿石具自形、半自形粒状、角砾状结构,浸染状、带状、脉状、团块状构造。化学样品位：Au平均0.125 g/t(最高0.18 g/t)、Pb平均0.875%(最高3.66%)、Zn平均0.678%(最高0.95%),矿体厚度变化大,为2～20 m不等。尤其是金,多呈2～8 m矿化层间隔分布。

上扬铅矿点地表矿化蚀变主要表现为强硅化及重晶石化,围岩为大寺组三段安山岩,矿化体赋存在破碎带中,长11～115 m,宽0.3～1.65 m,化学样品位：Au平均0.135 g/t(最高0.16 g/t)、Pb平均0.77%(最高2.33%)、Cu平均0.11%,矿体厚度3～4.5 m。

区调工作中重视地质找矿和矿产检查与评价工作,在充分研究测区内已有地质矿产资料的基础上,通过区域地质矿产调查、高精度地面磁测、异常查证、矿点检查等工作,初步查明了区内成矿地质背景条件、矿(化)体特征、矿产分布规律和找矿标志。对地、物、化、遥等多种找矿信息综合分析,划分出吴伯浩A级铜多金属成矿远景区、叶家垄B级铜金成矿远景区,圈定柯良姿隐伏铜多金属矿找矿靶区。

图3　吴伯浩隐伏铜多金属找矿预测模型

4　结语

1∶5万金牛镇、高桥幅区域地质调查项目,在研究火山岩盆地基础地质问题的同时,还注重铜多金属矿产成矿规律总结,通过对湖北金牛火山岩盆地中生代火山岩活动及演化规律的研究,结合吴伯浩—上扬—袁大一线地表铜多金属矿化分布特征,发现地表矿化与深部隐伏次火山岩关系密切,指出该地区向深部找矿具有一定前景,经综合研究与类比,建立了吴伯浩铜多金属找矿预测模型(图3),为该地区寻找与火山岩有关的隐伏铜多金属矿产具有一定的指示意义。

参考文献:

[1]戚学祥,杜树三.长江中下游燕山期火山岩地质特征及其与成矿的关系[J].火山地质与矿产,2000,21(1)：47.

[2]李雄伟,等.1/5万金牛镇、高桥幅区域地质调查报告[R].武汉：湖北省地质调查院，2009:92-101.

[3]周世卿,李雄伟,汪国虎.湖北金牛火山岩盆地火山岩成因及构造环境[J].资源环境与工程,2009,23(4)：383-385.

[4]陶奎元.火山岩地区工作方法与找矿思路[M].南京：江苏省科技出版社,1992:2-5.

[5]R.A.F.凯斯,J.V.怀特.火山序列的相、堆积环境及构造背景分析方法[M].吴岐，黄辉，等译.北京：地质矿产部直属单位管理局,1989:80-87.

[6]区域地质矿产地质司.火山岩地区区域地质调查方法指南[M].北京：地质出版社,1987:112-119.

[7]谢桂青,毛景文，李瑞玲，等.长江中下游鄂东南地区大寺组火山岩 SHRIMP定年及其意义[J].科学通报,2006(19):2283-2290.