沅麻盆地砂岩型铜矿成矿地质特征及其控矿条件研究

罗 卫，孙 宁，魏红军

（1.有色金属矿产地质调查中心南方地质调查所，湖南 长沙410001；2.长沙中色矿产勘查有限公司，湖南长沙 410001）

沅麻盆地砂岩型铜矿成矿地质特征及其控矿条件研究

罗 卫1，孙 宁2，魏红军2

（1.有色金属矿产地质调查中心南方地质调查所，湖南 长沙410001；2.长沙中色矿产勘查有限公司，湖南长沙 410001）

沅麻盆地是湖南省重要的铜矿成矿区之一，盆地内砂岩型铜矿床（点）多，铜矿具有规模大、品位高、矿石选冶性能好等特点。因此，研究该盆地砂岩型铜矿的成矿地质背景和控矿条件，为沅麻盆地砂岩型铜矿的评价及扩大找矿前景提供科学依据和成矿背景资料具有重要意义。笔者在前人研究的基础上，结合麻阳铜矿矿床地质特征对盆地成矿条件和控矿因素进行分析和研究，提出区内矿体的产出状态主要受三角洲的分流河道及构造的控制，矿体在空间上的分布则主要受岩相与构造的制约；区内含铜岩系“红层”与“浅色层”的互层为有利于成矿物质汇集成矿的岩性组合；地下水在成矿过程中把岩碎屑中的铜质溶离出来和把溶离出来的铜质运移到弱碱性环境下的岩性－构造有利部位聚集成矿起到了重要作用；生物有机质在铜质的吸附还原、铜质的溶解和运移及铜质的富集都起了重要作用。认为：该矿床的形成受物源、古构造、岩相、地下水活动以及生物有机质等因素的联合控制，沅麻盆地铜矿床主要是以机械沉积为主，后经地下含矿热卤水叠加改造而最终形成的砂岩型铜矿床，并指出有利的找矿部位。

沅麻盆地；砂岩型铜矿；成矿地质特征；控矿条件

沅（陵）麻（阳）盆地地处湖南省西部雪峰山脉与武陵山脉之间，是湖南省最重要的铜矿成矿区之一。区内铜矿床（点）较多，砂岩型铜矿为区内主要矿床类型，铜矿具有规模较大、品位高、矿石选冶性能好等特点。前人对区内矿床的地质特征进行过总结［1－2］，对其控矿条件也进行过分析［3］，在此基础上，提出沅麻盆地砂岩型铜矿成因为化学沉积的同生矿床［1］和陆源再造矿床［2］等类型。这些成果和认识，极大地提高了沅麻盆地砂岩型铜矿的成矿理论研究水平，并为指导区内的找矿工作打下了扎实的基础。笔者在前人工作的基础上，通过对近年来矿床开发揭露出的地质特征进行总结，认为区内铜矿床的形成是岩相、构造、地下水活动以及有机质参与的最佳组合，是以机械沉积为主，后经地下含矿热卤水叠加改造而最终形成的砂岩型铜矿。

1 区域地质背景

沅麻盆地在大地构造上属于上扬子地块与华南裂陷槽的过渡地带—江南地块的北西部，为一中生代侧叠式山间断陷盆地。盆地总体呈NE－SW向延伸，长约255km，宽30～65km，面积约10500km2［4］。整个盆地似一个向西歪斜的不对称平缓复式向斜。

1.1 地层

盆地内地层走向与盆地展布方向基本一致，呈NE－SW向分布，倾角一般5～15°，主要出露地层为侏罗系－白垩系，第三系仅有零星分布。其中白垩系下统第三岩组（K31）分布最广，约占盆地红层出露面积的2/3以上，为区内主要含矿岩系。［5］

侏罗系主要分布于盆地南东侧，以黄绿色、暗紫红色的砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩为主。

白垩系根据岩性的不同可分为四个岩组。

第一岩组（K11）：中上部为紫红色厚层状粉砂岩夹含砾粗砂岩，底部0～30m 为砖红色砾岩层，厚532m。

第二岩组（K21）：紫红色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、砂岩，厚555m。盆地东侧底部见厚约32m的砾岩、砂砾岩及含砾砂岩。

第三岩组（K31）：紫红色粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩，厚2350m。麻阳铜矿等地上部为浅色含砾砂岩、细砂岩与紫红色粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩互层，组成含铜岩系。该岩组是区内砂岩型铜矿的主要赋矿层位。

第四岩组（K41）：为土黄色及紫红色泥岩，以水平层理为主。

第三系主要为紫红色砂砾岩及含砾砂岩，厚度大于110m。

1.2 构造

盆地内构造比较简单，沅麻盆地为印支、燕山运动形成的山间断陷盆地。新构造运动破坏了盆地的完整性，整个盆地可视为一个向西歪斜的不对称向斜。

1.2.1 断裂

盆地北段以高角度北东向的大型正、逆断层为主。中段断裂不发育，主要为一些次级北西向小断裂。南段断裂比较发育，多为北北东向的大型高角度正、逆断层。

1.2.2 褶皱

在盆地形成后，盆地南东边不断隆起，形成了莱草坡背斜与晓坪复式背斜等，使盆地划分成两个以上的沉积中心。中心由南东向北西迁移。芷江一带为紧密线状褶皱，造成南东高、北西低的构造地形，轴向北东－北东东；麻阳一带为宽缓线状褶皱，轴向北东－北东东。

1.3 矿产

主要有铁、锰、铜、铅锌、钼、镍、钨锑金、汞、硫、磷、煤、重晶石等。湘西钨锑金矿，新晃汞矿，田湾、花桥磷矿，江口、小沈铁矿，辰溪、溆浦一带煤和耐火黏土等都具有较大的规模，其中大部已被开采利用。

盆地内共发现砂岩型铜矿点（床）14处。主要有九曲湾（麻阳铜矿）、三眼桥、黄双、浦市、老鸦溪、乌宿、岩桥、杉木溪、谭家寨、岩角坪、尖坡等。在麻阳、凤凰一带的楠木寨、咸池坳等地发现有含铜、铅、锌矿点。

2 典型矿床类型及主要地质特征

位于麻阳县吕家坪镇九曲湾村的麻阳铜矿为沅麻盆地内最大、最典型的砂岩型铜矿床。

2.1 地层

矿区位于沅麻盆地中南部东侧，矿区内除广泛出露白垩系第三岩组（K31）外，矿区北部洞门前一带向斜核部还出露一块面积约0.35km2的第三系紫红色砂砾岩。区内白垩系第三岩组（K31）岩性主要为紫红色、紫色及灰绿色砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩及泥岩等。

2.2 构造

2.2.1 褶皱

矿区位于茶溪－吕家坪不对称向斜南东翼。矿区南段（北10线以南）呈一单斜构造，地层走向北东30°左右。矿区南端南10线附近，走向急剧向西转，构成微向东弧形突出，向南张开延伸，形成北部薄窄、南部宽厚的“帚状”弧形构造。地层倾向290～350°，倾角15～60°不等。一般是含矿岩系北部陡、南部缓，下部陡、向上逐渐变缓，地表和浅部陡深部缓。北10线以北，构造形态由南段的单斜弧形构造，逐渐演化成一个向斜（洞门前向斜）和一个背斜（荒田冲背斜）。

洞门前向斜为一完整封闭的短轴向斜，由第三系和白垩系两个构造层叠加组成，二者呈微不整合接触。轴部为第三系砂砾岩，两翼由白垩系第三岩组含铜岩系分布。向斜轴向北北东－南南西，轴线不平直，向斜两构造层之轴部位置和轴向也不完全一致，白垩系轴部位置偏东，第三系轴部位置偏西，显示了构造的继承性和叠加性。

荒田冲背斜为一向南西倾伏的不对称背斜，在北10线附近向南西倾没，转为南段的单斜构造。北19线以南，背斜平缓开阔，形态完整明显。北19线以北，褶皱紧密，产状极陡以至直立，加之在背斜轴部附近有一组纵向大断层，使背斜两翼Ⅱ－Ⅳ号及其上下层位大部分缺失。

北段地层产状随着褶皱形态的变化而变化，含铜岩系厚度由地表往地下逐渐加大，尤其是背斜轴部以西地段，由于距湖盆边缘较远，沉积厚度增大，加之沉积基底起伏，后期构造变动等原因，背斜西翼深部岩层产状急剧变陡（60°以上），含矿岩系厚度突增，在剖面上形成“喇叭口”状。

2.2.2 断裂

区内共发现大小断层142条，矿区南段断层不发育，断层与褶皱关系密切，在岩层产状陡缓变化转折处和北10线附近单斜与背－向斜构造过渡地带，以及北段背斜轴部及以东地区，断层最为发育。多系伴随褶皱而引起的一系列巨大的块状断层或成组成群互相切割的断层。按断层发育方向大体可分成两组。

1）走向近于东西的横断层。规模一般不大，延长以数十米为常见，位移以数米为普遍。断层性质以平移和高角度正断层为主（张性和张扭性），倾向以北东向为主。这组断层对矿层和浅色层的破坏通常以相互平行的一组断层与矿层斜交，使矿层向同一方向错动而形成阶梯状、有时则由两组或两组以上不同方向或不同性质的断层，使矿层向不同方向相对错移而形成小型地堑、地垒构造。

2）走向近于南北的纵断层。这组断层发育于矿区北部，与北段受近东西方向的水平应力作用而产生背、向斜有关。其性质多为受挤压力作用而形成的压性高角度逆断层。这组断层规模较大，对矿区构造形态、含矿岩系出露的完整程度及对矿层的破坏等都有很大的影响。

2.3 含铜岩系特征

区内含铜岩系属白垩系第三岩组（K31）的中上部，为一套紫红色粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩（习惯称为“红层”）与灰色、灰绿色等浅色砂岩、含砾中－粗砂岩、砂砾岩互层（称“浅色层”）形成的岩性组合，属河口三角洲相沉积。含铜岩系平均厚度567m。其厚度自南向北由厚急剧变薄，南10线厚728m，中0线厚588m，北10线厚335m，至北18线附近厚为165m，形成北部收敛向南撤开的“帚状”展布。红层呈巨厚层状，厚2～40m不等；浅色层多为薄层状和透镜状，矿区内厚度大于0.5m的浅色层有135层，其中见有铜矿化层50层，含工业矿体达38层。

岩石的颜色深浅随岩石的粒度粗细而变，一般浅色层的岩石粒度较粗，以细砂岩粒级以上为主。矿层泥质含量少，主要有细砂岩、中粗粒砂岩、含砾砂岩等。不稳定组分较高，占25%～33%，砂粒主要是长石、石英和少量岩屑及燧石。岩石孔隙式、充填孔隙式胶结，胶结物以钙质为主，泥质次之。层内往往有一定的同生泥砾，泥砾的褪色程度与铜矿化程度密切相关。泥砾为紫红色者，一般无矿化，泥砾为灰白－灰绿色则有矿化，褪色越强烈，矿化越好。

2.4 矿体特征

2.4.1 矿层和矿体形态特征

区内共发现矿体160余个，矿体大小规模不一，形态各异，规模大者，沿走向长近1600m，宽10～300m，铜金属量14000余吨，如：12号矿层1号矿体；规模小的长宽仅数米，金属量不超过10t。矿体的形态多呈不规则的长条状、似层状。除12号、19号矿层矿体外，其它矿体均呈长条状，并且矿体沿走向延伸短，沿倾斜方向或侧伏方向延伸长，如17号矿层在0线矿体沿走向长40m，沿倾斜方向长达200余米。矿体的边界也很不规则，其尖灭方式主要有：①含矿浅色层沿走向呈透镜状，浅色层尖灭，矿体也随之尖灭；②含矿浅色层沿走向逐渐过渡到深色层，在浅色层相变地段，矿化逐渐消失；③矿体边界以断层为界，矿化体在断层上盘或下盘突然尖灭。

矿体的产状与围岩产状基本一致，由于区内矿体的产出状态主要受三角洲上的分流河道及构造控制，矿体在空间上的展布形式有以下特点：①大多数矿体沿分流河道分布，矿体的长轴方向与分流河道延伸方向一致，分流河道侧伏，矿体也随之侧伏，侧伏角的大小取决于分流河与流向，分流河与流向偏离含矿层倾斜方向越大，矿体的侧伏角就越小，矿区内河口三角洲上的分流河延伸方向变化于南西到北北西之间，大多数矿体的侧伏方向也介于这个范围；②矿体的产出与构造有关，有的矿体形成于浅色层中的向斜部位，矿体的延长方向与向斜轴近于一致；③对于同一含矿层由于分流道上的砂体呈船形状、鸟爪状分布，矿体在平面上也呈这种展布形式，如19号矿层在N7线至N11线，分流河道呈鸟足状分布，其矿体分布形式也呈鸟足状。

2.4.2 矿体空间分布规律

矿体在空间上的分布主要受岩相和构造控制，就单个矿层而言，矿体分布具有如下规律：①大多数矿体的长轴方向与含矿层走向近于直交，与原勘探线方向近于平行，如22号矿层在N2线至N11线，三个矿体的长轴方向均为北西向，与含矿层走向近于垂直；②同一矿层赋存多个矿体，各矿体间沿走向则大致等距离分布，如22号矿层；③含矿层沿走向往北北东，矿体埋藏深度逐渐加大，如12号矿层在0线矿化深度在－50m标高以上，到N9线矿化深度则在标高－125m以下；④有的矿层在局部地段分上下两层，中间夹有一厚度不大的深色层或深色层透镜体，使矿体也分为上、下两层，如12号、19号矿层在0线以下的矿体；⑤大多数矿体沿走向和倾向矿化连续性较好，矿体形态较完整。

从整个矿区来看，矿体在空间上的分布具有以下的规律：①浅色层总的展布方式是从低层位到高层位逐渐向北侧列，因而矿体在空间上也有向北侧列的趋势。如12号矿层矿化范围在S10线至N10线，往北到23号矿层，矿化范围向北移至N4线到N12线之间；②河口三角洲上的古分流河道在不同时期有来回摆动的现象，矿体的分布范围也呈现出这种摆动趋势；③矿体的形成与空间分布明显受构造因素的控制。在部分地段不同矿层中的矿体在空间上同步产出，如15号、16号、17号矿层在0线三个不同层位的矿体在空间上迭置产出。

2.4.3 主要矿层特征

2.4.3.1 Ⅷ号矿层

1中上部，全区均有出露。是矿区粒度最粗、厚度最大、层位稳定、特征明显的一条标志层，形成规模较大的主矿体。

1）岩性特征及矿层结构。本层岩性稳定，地表为厚层－巨厚层状灰白、灰绿色砾质粗砂岩，局部为细砾岩、砂砾岩和中－细粒砂岩。本层厚度一般4～5m，最大6m（南2～南3线）。矿区南北两端厚度稍薄（3～4m），粒度也变细。本层中下部断续含一夹层，厚0.1～1.2m不等。岩性主要为紫红色粉砂质泥岩，次为细砂岩。深部Ⅷ号亦稳定，一般厚2～4m，最大6m多。岩性多为灰绿色－灰白色含砾粗砂岩，并常夹一至数层紫红色泥岩或细砂岩薄层。

2）矿物成分。碎屑矿物：常见有石英、斜长石、钾长石、硅质岩（包括燧石）、板岩、石英岩、变质砂岩等矿物或岩屑，以石英和钾长石、斜长石为主。

副矿物：常见的有电气石、锆石，偶见有磷灰石、白钛石、锐钛矿、磁铁矿、钛铁矿。

胶结物：胶结物含量变化于15%～40%之间，普遍大于20%。胶结物成分有泥质（黏土质）、石英、方解石、铁质、自然铜、辉铜矿、赤铜矿、孔雀石等多种，其中以泥质为主，石英次之。

砾石：本矿层绝大部分含砾，砾石含量一般在l%～25%左右。砾石成分常见的有灰绿色、浅灰色板岩，灰黑色、紫红色燧石、脉石英，肉红色或灰白色石英岩，偶见有砂岩、灰岩、火山岩等。砾石形状有等轴状、圆扁平状、不规则状等，砾径2～46mm不等，一般在2～30mm之间。

3）韵律及其变化：一般有两个韵律：为粗－细－粗，多发育在南部，北部韵律减少或不明显，多为一整层。0线以南，下部还有一个粗－细的韵律。本层普遍见1～2个冲刷面，以底部的一个最为发育，冲刷作用由南往北逐渐减弱（图1）。

4）矿化及矿体：地表北8线以北有连续矿化，往南至南2线一段有断续矿化，南2线以南无矿化。深部以南6～北40线矿化较好，铜矿物主要为自然铜，地表多为孔雀石。

模型几何比尺 1∶5，模型包括上游水库、鱼道池室及下游量水堰等，模型长度约20.0 m。鱼道池室采用有机玻璃制造，共设10块隔板(自上游往下游以1～10编号)，隔板为同侧竖缝布置，间距80 cm(原型为4.0 m)，底坡比1∶78。模型布置见图2。模型控制边界条件为水深，调整上下游水位得到各级水池水深，待水位稳定后采用旋浆流速仪测量沿程典型隔板(4～6 号隔板)竖缝流速及池室流速分布。试验选取了鱼道水池水深H为1.0 m、2.0 m、2.5 m三种运行工况，三种工况上下游池室水深保持相等。

工业矿体均为盲矿体，矿体埋深较大，主要分布在标高100～300m，各矿体之间的无矿段，一般均有弱矿化，分布于背斜轴部及轴部偏西部位。矿体连续长度1270m，平均厚度2.59m，平均品位1.29%。

图1 麻阳铜矿0号勘探线地质剖面图

2.4.3.2 XⅢ号矿层

本矿层位于K3－Ⅲ1中部，Ⅻ号矿层之上，距约7～13m。

1）岩性特征及矿层结构：XⅢ号矿层为二元结构，且比较稳定，下矿层比上矿层岩石粒度要粗，矿化也较好。

下矿层：地表在北7线以北，深部在北5线以北，为一层灰绿色粗砂砾岩、含砾粗砂岩，本层厚度0.3～2.6m。

夹层：岩性为黄褐色细砂岩、粉砂岩、紫红色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等，成互层产出。厚度一般为1～3m，在北部局部变薄为0.3m。

上矿层：岩性主要为细砂岩，次为中砂岩，局部有含砾粗砂岩、薄层泥质粉砂岩等，厚0.3～1.8m。

2）成分：本矿层成分比较复杂，主要造岩矿物为：石英、长石、硅质岩屑、板岩屑，另有少量绿泥石和黑云母等。胶结物多为钙质，次为泥质。

3）接触关系：本层见冲刷面0～2个。比较普遍的是下矿层的底部冲刷，而上矿层层底冲刷仅局部发育。此外，夹层中的透镜体砂岩也偶见层底冲刷现象。

4）矿化及矿体：地表矿化主要见于北7线以北，深部主要在北5线以北。其余地段仅南2～南3线间见零星的矿化。有用金属矿物地表主要为孔雀石、深部为自然铜。

工业矿体主要集中于北5～北16线，由8个矿体组成，均为似层状或透镜状矿体。其中以XⅢ－2、3、4三个矿体为主。最大矿体走向长度645m，最小345m，全矿层矿体平均厚度1.43m，平均品位1.11%。

2.5 矿石特征

矿石以细砂岩和含砾中粗砂岩自然铜矿石为主，中细粒砂岩自然铜矿石矿化最好，品位最高可达40%。

矿石具它形不等粒状、胶结状、溶蚀交代结构等，浸染状、板状、条带状和结核状、环状构造等。

矿石有用金属矿物主要有自然铜、辉铜矿、赤铜矿及孔雀石，其中自然铜占有用矿物组分的85%以上，辉铜矿占10%左右，赤铜矿、孔雀石以及部分辉铜矿为自然铜矿体中的次生矿物，在矿床中所占的比例很小。

自然铜主要以胶结物的形式赋存于砂岩碎屑物之间的孔隙中，其次呈规则粗粒状、连晶状充填于砂岩胶结物中的溶蚀孔内。

3 控矿因素

沅麻盆地砂岩型铜矿其成矿物质主要以碎屑物形式从古陆搬运到湖盆河口三角洲，在氧化、中偏酸性环境下沉积。当含碎屑物埋到地下深处，受到静压作用，沉积物被压实、脱水，有机物开始分解，层间水变成酸性流体，并溶解碎屑物中的部分铜质，使之成为酸性含矿流体，含矿流体渗流到低压弱碱性还原环境中，产生第一亚阶段成矿作用，含铜矿物以胶结物的形式产出。此后，受构造作用影响，地下水重新活动，有机质进一步分解出，地下水再度成为酸性流体，并溶解岩屑中的铜矿物或早期形成的铜矿物，又一次成为含矿流体，这时的含矿流体流向弱碱性还原环境下的低压扩容区，在那里聚集成矿，成为第二个亚成矿阶段。第三纪以后再次受到构造活动影响，又一次出现与第二亚成矿阶段相类似的成矿作用，成为第三个亚成矿阶段，从成矿物质的搬运沉积到以后的多次成矿作用，区内成矿主要受物源、古构造、岩相、地下水活动以及有机质等因素的联合控制。

3.1 成矿物质来源

沅麻盆地北西侧为武陵山区，南东部为雪峰古陆，雪峰古陆为江南古陆的南西延伸部分，自元古代至中生代中期，区域上经历多次构造活动，并伴随有多次岩浆活动，区内广泛分布的板溪群马底驿组、震旦系和寒武系等地层，含铜均较高，区内发现了以沅陵寺田坪铜金矿为代表的赋存于马底驿组中的板岩型铜矿及热液型铜矿床（点），它们在古陆不断上升，并经受长期风化剥蚀。据区域资料，在白垩纪，沅麻盆地的南东侧有三条大的河流自南东向北西注入沅麻沉积盆地（图2），这些古河流发源于当时的雪峰古陆并流经雪峰山区，将其水系分布区的风化剥蚀物不断搬运至湖盆，在河口三角洲地带堆积成一套粗细相间的陆源碎屑岩，沅麻盆地砂岩型铜矿的成矿物质大多由这些河流搬运而来。

图2 沅麻盆地K12、K13岩相古地理图

3.2 古构造条件

沅麻盆地地处武陵山脉与雪峰古陆之间，为一典型的山间断陷盆地，盆地在发展形成过程有一个缓慢下陷与回升的过程，从古陆风化剥蚀而来的成矿物质，经过短距离的搬运后，全部汇聚于该盆地中，有利于成矿物质的聚集成矿，此外盆地与盆地边缘的古陆也为成矿物质的风化剥蚀及汇聚创造了有利条件。

3.3 岩相条件

本区铜矿床属河湖三角洲相带的沉积（图2），从该区岩性特征和古动力资料分析，矿体与浅色层走向、倾向大体一致，古动力方向来自南东与矿体走向切交。因此，矿体中心也即是主流位置，岩石颗粒较粗则矿化较富。由于河水进入浅湖时，水流速度突然变缓，所搬运的铜矿物大多数迅速在三角洲相堆积下来，又因地壳频繁震荡和主流位置的摆动，矿体多集中在三角洲中间亚相，并成为多个复杂透镜体，三角洲的边缘亚相进一步向浅湖相过渡，以紫红色泥质粉砂岩和粉砂质泥岩所代替。

3.4 岩性组合条件

矿区含铜层顶底板围岩，一般为紫红色泥质粉砂岩或紫红色粉砂质泥岩，这对成岩期的还原改造，起了良好的封闭作用。

区内含铜岩系为一套紫红色粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩（称红层）与灰色、灰绿色等浅色砂岩、含砾砂岩、砂砾岩互层（称浅色层）而成的岩性组合，浅色层大多数孔隙度较大、渗透率高，红层孔隙度较小、渗透率低，它们的互层组成一个良好的地层封闭系统，使含矿溶液进入砂岩层后不易散失，且能够在砂岩层中较自由的流动，在一定的地段富集形成矿体。因此，区内含铜岩系为有利于成矿物质汇集成矿的岩性组合［6］。

3.5 地下水活动

初始成矿物质含于碎屑物中，要使成矿物质溶离出来并再度富集成另一种形式，必须借助于地下水的作用。

区内地下水主要来自于层间孔隙水，矿层之间的水力联系由断裂来沟通，形成一个地下水的循环系统，若断层切到地下深处或露出地表，也有部分地下水来自深部或当时的地表水。

地下水在成矿过程中起两大作用：一是把岩碎屑中的铜质溶离出来；二是把溶离出来的铜质运移到弱碱性环境下，在岩性－构造合适的部位聚集成矿。最初的地下水是中偏酸性，在成岩过程中由于地热的作用，有机物的分解，使之成为热的酸性流体，因而加大了对铜矿物的溶解能力。从岩屑中溶离出来的铜质，可呈多种络合物的形式随地下热水迁移，没有地下热水不断补充铜质来源，就不可能在某一地段形成具有工业价值的矿体。

由于地下水对成矿作用的影响，成矿具有以下特点：①地下水携带成矿物质在岩石孔隙较好的地段循环，并具有一定的流动方向，因此，矿体的延长方向一般与地下水流动方向近于一致，并且由于地下水在横向上的渗透作用，使得矿体在短轴方向 上的边界极不规则；②地下水循环是在某一地段进行，若这一地段存在多个含矿层（浅色层），它们之间通过断裂有水力联系，则在这一地段的几个矿层中都有可能成矿，就是说矿化在空间上有叠置现象；③地下水将成矿物质带入砂岩中，便形成浸染状的矿化，若把成矿物质带到构造裂隙中，则形成板状、树枝状自然铜板。

3.6 生物有机质对成矿的作用

3.6.1 生物有机质的空间分布特征

区内砂岩型铜矿中的生物有机质主要含于浅色层中，紫红色岩层中的有机质含量不多。有机质主要有两种来源：一是浮游生物或动植物死亡后，其遗体与沉积物一起掩埋到地下，由菌解作用形成的有机质；另一种是在成岩成矿阶段，由细菌作用形成的有机质。前者大多分布在水动力由强变弱的地带，如河口三角洲的前缘、河道两侧或迴水湾；后者多集中于地下水循环较好的地段，地下水的循环为细菌提供新陈代谢及繁衍的条件。

3.6.2 生物有机质参与成矿作用的依据

区内生物有机质参与成矿作用的依据主要有以下几点。

1）矿体中铜含量的高低与有机碳含量呈正比，如在22号矿层在－25m、－55m、－85m中段采有8个样品，测得的有机碳含量与铜含量列于表1。

表1 22号矿层中有机碳与铜含量关系表

2）可见自然铜与有机质相间产出，有的铜矿化与有机质一起构成生物遗迹，如蠕虫状、鱼卵状等。

3）在用砂岩切制的光片中，矿相镜下可观察到动植物化石。如植物须根、浮游动物等，这说明含矿层沉积时，有动植物碎屑含于沉积物中。

4）辉铜矿经红外光谱分析，光谱曲线出现硫氢键，说明辉铜矿中的硫来源于生物硫。

5）在黄双、杉木溪等铜矿点，浅色层变成黑色或暗灰色，肉眼和镜下均可见到大量生物碎片或遗迹化石，在有机物碎片发育的地段辉铜矿化较好，表明矿化富集与有机质有关。

6）据湖北省地质研究所资料，矿区浅色层岩石在500倍显微镜下发现有细菌化石存在，在凝胶化的有机质中保存完好，经鉴定为放线菌属和真菌目［7］。据C.W.M 利杰姆巴赫研究表明：只有耐腐蚀有机质才能与无机碎屑一起保存下来，成为岩石中分散的有机质。麻阳图铜矿含矿层中这些有机质与生物硫的形成有关，反映成矿与它们有成因联系。

7）本次工作中石膏、辉铜矿的δ34S测定结果介于－19.02‰～－39.31‰之间，平均为－28‰左右，表明该矿床的形成与沉积有关，有一部分硫来源于生物硫。

3.6.3 生物有机质在成矿过程中的作用

区内砂岩型铜矿的形成，生物有机质对铜质的还原晶出和富集起了重要作用，主要体现以下方面。

1）对铜质的吸附还原作用。有机物掩埋到地下后，在细菌作用下，进行分解，形成有机碳，当碎屑物中的铜被溶解出来并与有机碳相遇，有机碳便对铜质产生吸附还原作用，形成自然铜。如在这期间还提供有生物硫S2－，便形成辉铜矿。

2）对铜的溶解和运移作用。有机物在菌解的同时，放出 H2S、NH4、CO2、CH4等气体，这些气体在水中离解后，使水溶液变为酸性，从而加大了对铜的溶解能力，溶解出的铜与阴离子团化合，形成稳定的含铜络合物，这些络合物在酸性条件下不与其它离子或化合物反应，只有当它们随水溶液（地下水）运移到弱碱性还原环境中才发生离解，并结晶沉淀出含铜矿物，如自然铜、辉铜矿等，所以，含矿层中生物有机质的存在，对加大铜质的溶解能力和运移能力起有重要作用。

3）对铜的富集作用。近年来研究发现，在地下深处，还生存着许多种类的厌氧细菌，这些微生物有的对金属十分敏感，它们的细胞能吸附某些金属。最近，巴西的Antonio Carlos Augusto da costa等人还应用固定于海藻钠的Chlorella homospharea细菌对废液中的镉和锌等金属分别单独进行处理，当镉和锌的浓度分别为20～40mg/L和75～720mg/L时，固定化菌体几乎能吸附和清除100%的镉和锌。

事实上，在成岩成矿阶段，含矿层中还活跃着许多微生物，如硫杆菌属（Thiobacillus），这些微生物能“食进”铜质，并在体内聚集，当它们在某一地段死亡、堆积，便把铜质聚集到那里，使铜质局部富集。

4 找矿方向

根据区内砂岩型铜矿地质特征和控矿地质条件分析，认为区内铜矿床是在有充足物源的保障下，在有利的古构造条件和合适的岩相地段，通过地下水的进一步活动及有机质参与下而形成，矿化在下列地段富集。

1）河口三角洲的分流河道上。河道上沉积了一套含砾中－粗砂岩或细砂岩，这套岩性孔隙度好，且夹于泥质粉砂质岩层中，有利于地下水的定向循环，是成矿的良好场所。

2）分流河的分枝、交汇部位。这些部位既有对成矿有利的岩性，也是地下水汇集并且改变流向与流速的地段，成矿物质易于在这些地段聚集。

3）面形分布的砂砾岩或粗砂岩外缘。这些部位是岩性由粗变细的过渡地带，以含砾中－粗砂岩、细砂岩为主，地下水从一种岩性渗流到另一种岩性往往会改变流速和流向，因而在这些部位有利于成矿物质的聚集。

4）粗砂岩中夹有细砂岩透镜体的部位。这种部位往往沉积有丰富的有机物。地下水携带成矿物质迁移到这一地段，其流动方式与流速突然发生变化，成矿物质被有机质吸附，并且愈聚愈多，形成富铜矿体。

5）浅色层底部的古冲刷面及其附近。冲刷面的下部为紫红色泥质、粉砂质岩层，其上部沉积有粗－中细粒砂岩，并含有大小不等的紫红色泥砾，这些地段是地下水聚集，并且循环缓慢的部位，常形成特高品位的铜矿。

6）沉积时浅色层底部出现微凹的地段。这些地段碎屑物沉积厚度较周围的大，并且沉积时水的流速减慢，有利于有机物的生存和堆积。由于浅色层底部下凹，地下水易于聚集，所携带的成矿物质也相对集中。

5 结 语

在对沅麻盆地砂岩型铜矿矿床地质特征研究的基础上，通过对成矿物质来源、控矿因素以及生物有机质在成矿中的作用等方面的分析，认为该矿床是在弱碱性还原环境下形成的，生物有机质对铜质的还原晶出和富集起有重要作用，成岩后的构造活动使含矿流体对储矿层进行多次改造，促使成矿物质多阶段叠加富集，矿床成因以机械沉积为主，后经地下含矿热卤水叠加改造而最终形成的砂岩型铜矿。

［1］涂登峰.华南一个自然铜一含铜砂岩型铜矿成因问题探讨［J］.地质论评，1963（2）：64－68.

［2］宋宏邦.湖南砂岩型铜矿床的成因及找矿方向［J］.湖南冶金［J］，1990（1）：34－37.

［3］曾勇.沅麻盆地砂岩型铜矿控矿条件［J］.国土资源导刊，2007（3）：24－26.

［4］贾宝华.湖南雪峰隆起区构造变形研究［J］.中国区域地质，1994（1）：65－71.

［5］湖南省地质局407队.麻阳九曲湾铜矿区地质勘探报告［R］.1974.

［6］中南工业大学，等.麻阳铜矿矿化富集规律研究及生产区盲矿体预测［R］.1994.

［7］湖北省地质研究所.湖南沅麻盆地白垩－第三纪砂岩铜矿的分布规律和找矿方向的初步研究报告［R］.1973.

Geological characteristics and ore－control condition of sandstone－type copper deposit in Yuan－Ma Basin，Hunan province

LUO Wei1，SUN Ning2，WEI Hongjun2
（1.South Institute of China Non－ferrous Metals Resource Geological Survey，Changsha 410001，China；2.China Non－ferrous Metals Resource Exploration Co.，Ltd.，Changsha，Changsha 410001，China）

Yuan－Ma basin is one of the most important copper metallogenic regions in Hunan province.The copper deposits in Yuan－Ma basin have the characteristics of large scale，high grade and ore metallurgical performance etc.It has significance to provide scientific basis and mineralization background information for reevaluating sandstone－type copper deposits in Yuan－Ma basin and expanding the periphery prospecting by researching sandstone－type copper metallogenic geological background in Yuan－Ma basin and its control on sandstone－type copper deposits.Based on the geological characteristics of Mayang copper deposits and some previous information，the mineralization conditions and ore controlling factors of the sandstone－type copper deposits in Yuan－Ma basin are researched.It shows that the distribution of ore bodies are mainly restricted by petrographic and tectonics in space.A lithology combination for minerals with the copper bearing rock series“red layer”and“light”cross.Groundwater plays an important role in the oreforming process of the rock debris of copper leaching from the leaching from copper migration to the weak alkaline environment litho tectonic favorable sites for poly metallogenic.The biological organic matter plays an important role on the copper adsorption and reduction，dissolution and migration and enrichment of the copper.Studies suggest that the formation of joint control by material source deposits，ancient structures，lithofacies，groundwater activities and organic matter and other factors that is based on the geological characteristics of Yuan－Ma sandstone－type copper deposit.The deposit is mainly mechanical deposition，after superposition of hot brine underground ore transformation and ultimately the formation of sandstone－type copper.At last，the favorable prospecting areas are pointed.

Yuan－Ma basin；sandstone－type copper deposit；geological characteristics；orecontrol condition

2014－04－13

国土资源部公益性行业科研专项经费项目04课题资助 （编号：200911007—04）；全球铜矿分布规律与找矿战略区划研究项目资助 （编号：国土资厅发 ［2011］7号）

罗卫 （1977－），男，2009年毕业于中南大学矿产普查与勘探专业，获博士学位，高级工程师，主要从事成矿预测与矿产勘查方面的研究工作。E－mail：luowei665＠163.com。

P618.41

A

1004－4051（2015）09－0072－08