湖北省随州吴山铜钼多金属矿地质特征及找矿方向

王茂林, 王贤茂

(湖北省地质调查院,湖北 武汉　430034)

0　引言

吴山是个多宝之地,相传国宝——随珠(夜明珠,与和氏璧齐名)就出自随州吴山,自古引无数人到此寻找宝藏,遗留有大小不一、年代无法考证的采矿老窿数十处,初步查证有铅硐、银硐、铜硐、金硐等,矿化具明显的分带性,金在外、铅在中、铜在内,具典型斑岩型矿床成矿系列特征。

1　区域地质背景

吴山铜钼多金属矿区处于秦岭—大别山造山带东部,武当—桐柏—大别多金属矿化集中区内的新市—太山庙金银钼多金属成矿带[1]。出露最老地层为新元古代武当岩群浅变质沉积—火山碎屑岩系。其上不整合覆盖新元古代南华纪耀岭河组浅变质基性火山岩系、震旦纪浅变质泥质碎屑岩—碳酸盐岩系、早古生代寒武—奥陶—志留纪浅变质硅质岩—碎屑岩—基性火山岩系、晚古生代泥盆纪浅变质碎屑岩系。在中新生代盆地充填有红色碎屑—泥质岩系。岩浆活动强烈,中生代七尖峰花岗岩岩基,呈北西向纺锤状展布,出露面积达千余平方千米,主要岩性为黑云二长花岗岩。在七尖峰花岗岩岩基周缘见有稍晚时期小的花岗斑岩体出露。区域复杂的物质组成和构造演化呈现出极为复杂的构造格架,主体构造定型于中生代。北西和北东向两组断裂构造相互交织形成格子状构造体系,在北东向断裂与近东西向断裂或北西向断裂交切部位,大多分布有燕山期斑状杂岩体,控制了区域有色金属矿(化)点的分布,如安寺沟铜矿,上塘儿湾铜钨矿,刺沟、毛家大坡铅锌矿,乌稍岭铅矿(化)点等。在斑状杂岩体的外接触带近岩体部位的铜钼矿化,容矿岩石具多样性,如吴山铜钼矿;远离花岗岩边界的铜钼矿,容矿岩石主要为石英脉,如张庄、枣扒矿化点等。

2　矿区地质

2.1　矿区地质特征

矿区内出露地层主要为中元古代武当山岩群、震旦纪地层,主要岩性为白云钠长片岩夹绿泥阳起片岩、黑云(白云)斜长片麻岩;大理岩、石英岩、浅粒岩。

主要构造线有北西向(以F1为代表)和近东西向(以F2为代表)两组。F1为吴山断裂,属区域性断裂,断裂斜穿矿区中东部,具多期次活动特征,成矿前断裂组合呈向北西散开的帚状(也可能是岩浆主动侵位形成的环形构造的一部分？);成矿期形成次一级断裂及大量羽毛状裂隙,切割花岗斑岩脉,组成含矿溶液的运移通道,使充填的脉岩具互相切割现象;成矿后主断层表现为南西盘向北东逆冲。F2为鲁和寨断裂,属区域性断裂,早期表现为滑覆构造,晚期上盘逆冲,使武当山岩群逆掩于震旦纪陡山沱组(在鲁和寨一带局部还残存有寒武纪地层)之上。

东谷山斑状杂岩体出露于矿区北东部,吴山断裂的南西盘,长约1 800 m,宽约600 m,呈椭圆形,长轴呈北西向。岩体呈岩株状产出。主要由石英正长岩、似斑状花岗岩、花岗斑岩组成(见图1)。包体少见。

花岗斑岩：岩石为肉红色,斑状结构,基质具显微晶质结构,块状构造,主要矿物为微斜长石20%～35%，更长石30%，石英25%～35%，角闪石、黑云母5%,斑晶主要为微斜(条纹)长石。钾长石Ng∧2°～9°、Δ0.11～0.5、δT0.15～0.7,斜长石δT0.1～0.3,An19～21,-2V52°～72°。除一般常见副矿物外,另见有黄铜矿、辉钼矿、白钨矿等。

从表1可知,东谷山花岗斑岩SiO2>71%,K2O+Na2O为9.57%,K2O / Na2O>1,Al2O3为12.49%,Al2O3/(K2O+Na2O+CaO)=1.259,属高钠高硅钙碱性系列。

从表2可知,东谷山花岗斑岩与世界花岗岩平均值相比,Mo、W、Ba、Cu、Sr富集,Mo富集系数达40,Sn、Pb、Zn、Cr、F亏损。

从表3可知,东谷山花岗斑岩稀土总量为178×10-6,ΣCe/ΣY8.216,轻稀土富集明显,铕异常系数(δEu)为0.93,铕亏损不明显,La/Yb为41.65,Sm/Nd为0.169,说明岩浆源自地壳。

图1　吴山铜钼矿区矿产地质图

表1东谷山花岗斑岩岩石化学特征表(%)

Table 1Lithochemistry characteristics of granite-porphyry

氧化物SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2O含量75．970．1212．491．50．230．020．090．354．754．82

表2　东谷山花岗斑岩微量元素含量表(10-6)

表3　东谷山花岗斑岩稀土元素特征表(10-6)

蚀变类型主要有：矽卡岩化、硅化、钾长石化、云英岩化、高岭土化和碳酸盐化。硅化和钾长石化与铜钼成矿关系密切。

斑岩体蚀变较强,更长石大多被高岭石、蒙脱石、绢云母和石英取代,并有红柱石出现。局部见长石被白云母和石英取代,在云英岩化岩石中有重晶石细脉充填。

围岩中蚀变带较宽,自岩体向外依次分布有硅化、高岭石化、碳酸盐化,蚀变特征是分带性不明显;硅化主要沿高岭石化带内断裂构造呈带状分布;属热液蚀变的高岭石化、碳酸盐化分布面广而不集中;云雾状碳酸盐化岩石中常伴生有方铅矿、铜矿、辉钼矿和少量闪锌矿,有时伴生有重晶石和玉髓。远离岩体硅化减弱、碳酸盐化增强。

2.2　矿区地球化学特征

1∶20万水系沉积物测量显示,在吴山一带W、Mo、Cu、Au、Ag、Bi元素异常反映强烈。通过1∶5万土壤扫面,异常重现性好,其中Mo在斗笠坡、西谷山、肖家大坡、姚家湾、黄家山等地具有五个明显的浓集中心。各元素分布,具明显的水平分带现象：在姚家湾—陡壁一带主要为Mo、Cu元素异常,Mo、Cu元素异常套合较好,Cu元素异常分布范围稍宽;Zn异常分布于Mo、Cu元素异常的北侧和南侧;Pb、Ag异常主要分布于Mo、Cu元素异常的南东—南—南西侧;以Au为主的低温元素组合异常主要分布于Pb、Zn异常外侧,部分与Pb、Zn异常重叠。平面上元素异常的分带特征可与河南省母山斑岩型铜钼矿区元素异常的分带特征类比。

通过岩石地球化学剖面测量,对Mo异常浓集中心进行检查,大致查明W、Sn、Bi、Mo、Cu、Pb、Zn、Au、Ag、As等元素在不同地质单元内的丰度和变异特征。利用(Pb+Mo+Ag)/(Bi+Sn+W) 和(Pb+Mo)/(W+Sn)比值,初步判断黄家湾一带Mo异常为尾晕异常(≥5,≥3.5,元素组合WMoCu);肖家大坡以西Mo异常为分散矿化异常(≥5～9,≥3.5～9,元素组合为PbZnAuAgAs);主要分布于姚家湾—斗笠坡一带Mo异常为成矿异常,其中姚家湾一带的Mo异常为近矿异常(≥60,≥50元素组合MoCuPb),斗笠坡一带的Mo异常为前晕异常(≥9～60,≥3.5～50元素组合MoCuPbZnAuAgAs)。

2.3　矿区成矿系列

矿区采矿历史悠久,遗留有无数采坑和老窿,初步考证,古人采银、铜和铅,近代主要采铜,当代主要采铜、钼和金。虽然古采遗迹规模不大,但为成矿规律总结提供了实证。由东谷山斑岩体向西南侧依次出现钨钼铜矿化、铅锌矿化、金银矿化,矿化对围岩无明显的选择,主要受构造和热液蚀变作用控制,地域上矿化的分带性与元素异常的分带性和蚀变组合的分带性相对应,具典型斑岩矿床成矿系列组合特征。

3　矿床地质

3.1　矿体特征

吴山铜钼矿床,成矿与岩浆作用关系密切,但岩浆岩本身不含矿,铜钼矿化主要发育于岩体的外接触带。

根据矿化特征差异,划分出陡壁、青山寺、东谷山、银洞坡、斗笠坡五个矿段。各矿段矿(化)体产出特征见表4。

表4　吴山铜钼矿区矿(化)体产出特征一览表

矿体与围岩没有明显界线,呈渐变过渡关系。近岩体的矿体,矿化强度相对较高,有的以铜为主伴生钼,有的以钼为主伴生铜,主矿体铜钼共生,一般情况下铜矿化范围比钼矿化范围大1～3 m;远离岩体受构造控制的矿体,矿化强度相对较低,铜钼分离;斗笠坡一带的铜钼矿(化)体普遍含金,少数矿(化)体含钨,多数矿(化)体含金及砷(致吴山水库水质差,不能饮用)。

3.2　矿物特征及共生组合

矿石矿物主要有黄铜矿、辉钼矿、方铅矿、闪锌矿。主要脉石矿物为石英。

黄铜矿常与辉钼矿共生,同石英一起呈不均匀浸染状、团块状产于角砾状混合岩内脉体近侧的基体中,或产于角砾岩的胶结物中,或以单晶产于石英脉内,或以集合体产于长石石英脉中。所见方铅矿粒径数毫米至十余毫米,呈立方体单晶或聚晶产出;闪锌矿粒径为1 cm的单晶,常与辉钼矿共生产于长石石英脉内,或与不规则状黄铜矿团块伴生产于不规则状方解石脉内。所见白钨矿粒径数毫米至2 cm,呈半自形柱状单晶或聚晶产于长石石英脉内。另在薄片中见含银乳滴状矿物(未定名)产于方铅矿中。

矿石主要矿物组合有:①石英—辉钼矿;②石英—黄铁矿—辉钼矿;③石英—微斜长石—黄铁矿—辉钼矿—黄铜矿—白钨矿—方铅矿—辉锑矿;④石英—黄铁矿—黄铜矿。

矿石类型主要有块状浸染状含铜钼石英矿石、角砾状含铜钼混合岩矿石、网脉状含铜钼长石石英矿石。含铜钼石英矿石和含铜钼长石石英矿石,多呈脉状,其矿化可形成于开放空间的充填,也可形成于渗透交代作用。充填脉以矿物由外向内生长、平直的脉壁、切穿早期构造为特征;交代脉以脉体矿物交代围岩矿物为特征。赋矿的角砾岩可形成近垂直的柱状岩筒,也可形成水平方向延伸较大的角砾岩带。

3.3　成矿期的划分与矿物生成顺序

根据矿石矿物的结晶特点,矿物间的交代、穿插、溶蚀等结构特征及表生作用下的产出特点,将成矿作用归为一期4个阶段。成矿主要发生于岩浆期后热液成矿期。初步将岩浆期后热液成矿期分为四个活动阶段：

(1) 早高温汽液阶段:主要为斑岩体成岩早期,在岩浆汽成热液作用下,岩体周缘形成含团块状黄铁矿、黄铜矿的混合岩,继而破碎形成被长英质脉体胶结的角砾状混合岩,钼矿化较弱。

(2) 晚高温汽液阶段:钼矿体的主要成矿阶段。 在岩浆汽成热液的继续作用下,对造岩矿物进行交代,岩体自变质,以高岭石化为主、云英岩化次之。有用组分高度分离并由岩体向外迁移,在外接触带形成大量的网状含铜、钼石英脉,或铜、钼以自形度较高的硫化物的形式存在于角砾岩的胶结物中。矿物组合以石英、辉钼矿、白钨矿为主。

(3) 高—中温阶段：在脉动性热液活动的作用下,形成相互穿插的各类矿化脉岩,较早形成的为含黄铜矿、黄铁矿、辉钼矿、方铅矿及少量白钨矿、辉铋矿、辉锑矿的长石石英脉,碳酸盐化和高岭石化开始出现,形成含铜、钼、铅、锌的石英方解石脉或石英高岭石脉或方解石脉。本阶段形成矿种较多,出现中温矿物组合,但矿化分散不集中,矿化强度减弱。

(4) 低温阶段：为硅化碳酸盐化阶段。形成不含矿或微弱方铅矿化的玉髓脉、方解石脉或玉髓—方解石脉。

在岩浆期后汽水热液系统演化中,由早至晚依次出现高温→中温→低温矿物;由内向外依次出现高温→中温→低温元素异常组合及矿物组合。

3.4　容矿岩石性质与铜钼品位变化规律

通过对陡壁矿段内浅粒岩、片(麻)岩、花岗岩的基岩样分析结果统计：在花岗岩中铜、钼含量均低,未见铜的富集,钼也很弱;在浅粒岩、片(麻)岩中铜、钼矿化呈消长关系,浅粒岩中钼的矿化强度高于铜,片(麻)岩中铜的矿化强度高于钼。矿石中铜钼品位无明显变化规律,主要受成矿期羽毛状构造裂隙的发育程度制约。

3.5　矿石的结构、构造

矿石的结构主要有自形—半自形结构、交代残余结构、碎裂状结构;矿石的构造主要有浸染状构造、细脉—网脉状构造。

3.6　矿床成因及找矿标志

根据矿区W、Mo、Cu、Pb、Zn、Ag、Au各元素异常的分带性、蚀变及高温→中温→低温矿物组合的分带性,矿床成矿系列的空间展布规律及成矿特征,结合东谷山斑岩体特征分析,吴山铜钼矿与国内已知斑岩型铜钼矿特征十分相似,属浅成斑岩型钼矿床。

找矿标志：①东谷山斑岩体的外接触带;②隐爆角砾岩;③相互穿插的网状节理、裂隙或长英质脉体发育部位;④硅化、钾长石化蚀变带;⑤WMoCu组合异常浓集中心。

4　找矿潜力分析

吴山铜钼矿通过局部勘查,在东谷山斑状岩体西南侧陡壁一带的外接触带中发现有铜钼工业矿体存在。但至今找矿未能突破。本次工作利用斑岩型成矿系列理论,综合研究前人采集的各类矿化信息,找出待解课题,通过实践,取得一系列新发现和新认识,揭示吴山铜钼多金属矿找矿潜力较大,有进一步勘查的必要。

(1) 东谷山岩体为复式小斑岩体,属高钠钙碱性系列花岗岩。主要矿物成份中见有角闪石、黑云母,说明岩浆富水;微量元素Mo的富集系数高达40,副矿物中见有黄铜矿、辉钼矿、白钨矿,说明岩浆携带了丰富的主成矿元素;深源包体少,富Sr,贫Cr、F,稀土总量少,轻稀土富集明显,说明岩浆源自地壳;长石有序度及微斜长石三斜度低,-2V较小,具浅成侵入岩特征;结合成矿期次少,矿化强度弱,未发现有多个矿化体存在,东谷山斑岩体可能属汇集大陆板块边缘的岩浆弧型花岗岩,据Westra等研究,这类花岗岩有利于形成中型以上钼矿床。岩株型花岗岩最大钼储量可达30万t,深成侵入体型花岗岩最大钼储量可达160万t[2]。

(2) 以吴山断裂(F1)为界,在断裂南西盘由岩体向外依次出现钾化、硅化、高岭石化、碳酸盐化,蚀变分带性不明显。据钾化、硅化减弱,高岭土化、碳酸盐化增强及岩体周围蚀变的不对称性(岩体北东部蚀变带被掩藏)分布特征,推断吴山地区可能隐伏有大规模的近矿蚀变。加强对不同类型蚀变的分带性研究,尤其是斑岩体内硅化、云英岩化、高岭石化的相关性研究,对指导深部勘查意义重大。

(3) 吴山Mo-Cu-Pb-Zn-Ag异常主要分布于吴山斑状杂岩体的南西侧,自岩体向外,依次出现WSnBiMo→CuMo→PbZn→AuAg元素组合异常,地域上元素组合异常的分带性与蚀变组合的分带性和矿化的分带性相对应,揭示吴山斑状杂岩体对元素异常、蚀变及矿化具有明显的控制作用。在吴山地区具有利的斑岩型铜钼矿床的成矿条件。在勘查中,将金银(砷)矿化→铅锌矿化→作为寻找斑岩型铜钼矿床的标志。主元素Mo异常具有斗笠坡、西谷山、肖家大坡、姚家湾、黄家山五个明显的浓集中心,通过异常查证大致查明黄家湾一带Mo异常为尾晕异常;肖家大坡以西Mo异常为分散矿化异常;姚家湾—斗笠坡一带Mo异常为成矿异常。其中姚家湾一带的Mo异常为近矿异常;斗笠坡一带的Mo异常为前晕异常。目前仅对姚家湾浓集中心陡壁一带开展了普查,其它浓集中心所作工作较少。说明吴山矿区还存在较大找矿空间。

(4) 据已知矿体产出特征分析,前人在陡壁一带偏重于对北西向控矿构造的普查,事实上矿区内主元素CuMo异常的浓集中心走向及多数矿脉均呈北东东向展布。在露头尺度上矿脉按产状可划分出相互切割、控制的数组。同一露头上不同方向矿脉矿化类型相同,不同露头上矿脉矿化类型差异明显。多数矿化形成于开放空间的充填,部分形成于渗透交代作用。在不同岩性层接触界面附近,矿化相对富集,尤其是大理岩层的底部,等等。吴山地区存在的大规模角砾状含铜钼混合岩矿石是否为隐爆角砾岩值得探索。这些现象和问题说明进一步勘查应注意调整勘查技术路线。

(5) 现有资料反映姚家湾一带存在较大规模的铜钼矿化体,已知矿体位于矿化体内,矿体在勘探剖面上呈“V”字型,说明已查明的矿体要么是主矿体剥蚀残余,要么是主矿体上部沿构造充填的分支,类比典型矿床的地球化学勘查模型,初步推断下一步应优先对东谷山矿段进行勘查,在大致查明8Mo、11Mo与7Mo成矿规律的基础上,对斗笠坡矿段及肖家大坡一带可能存在的隐伏矿进行探查。

5　结论

吴山铜钼矿具典型的斑岩型铜钼矿床的蚀变分带、元素分带及矿化分带特征,已知矿化体规模与蚀变带规模和元素异常的强度、规模不匹配、不协调,达标成型的矿体应在大规模的铜钼矿化体之下,有进一步勘查的必要。在七尖峰杂岩基周缘,新市、陡山寨、新城等地成矿地质背景和成矿条件与吴山类同,加强吴山铜钼矿成矿类型和成矿规律的研究,有利于指导邻区找矿,亦有望在该地区或邻区发现大中型斑岩型铜钼或钼矿床。

参考文献：

[1]陈守余，等.湖北省随(州)—枣(阳)北部吴山地区综合异常查证及找金靶区优选[J].物探与化探,1998(6)：420-424.

[2]简伟，等.斑岩型钼矿研究进展[J].矿床地质，2010(2)：308-316.