河南省西南某地二郎坪地块中首次发现铜钴镍硫化物矿

2017-03-17贾培乾江建浪

化工矿产地质 2017年4期

贾培乾江建浪

中化地质矿山总局河南地质局，河南郑州 450011

1 引言

研究区位于河南省西南部，地处秦岭山脉东段、伏牛山脉南麓，行政区划属河南省西峡县米坪镇管辖。

东秦岭二郎坪群【1】地层中铜钴镍硫化物是笔者在该地区进行二郎坪群地层的铜铁矿勘查中，为了查清深部的矿化情况开展了大功率物探工作，在查证物探异常的过程中发现的。该套地层西起天水，东至信阳，连绵数百公里。二郎坪群的时代归属、岩石成因、矿化特征等，一直都是地学界的热点。所以，在二郎坪地层中发现铜钴镍硫化物矿床具有指导意义的。

关于二郎坪群地层铜镍钴多元素矿床和成因，前人鲜有报导。中国地质调查局2003年的课题项目“中国重要成矿区带成矿模型及技术方法（1212010310703）”，承担该项目的河南地调院课题组，对豫西南东秦岭二郎坪群地层的成矿规律进行了研究；2007年燕长海、彭翼等编制了《东秦岭二郎坪群铜多金属成矿规律》，书中主要介绍了铜、铅、锌、银等多金属成矿规律、成矿模式和找矿模型等，未涉及钴镍等【2】。所以本次铜钴镍找矿成果必将会为二郎坪群地层中的找矿工作带来新的思路，对该套地层的进一步研究起到重要作用。

2 区域地质背景及工作区地质特征

2.1 区域地质背景

豫西南二郎坪群地层分布区位于北秦岭构造带南缘，处于扬子板块与华北板块分界线—华北板块一侧。两大板块主缝带-商丹断裂带位于该区南侧数十公里处，向北与主缝带平行伴生的依次有朱阳-夏馆-大河深断裂带、瓦穴子-鸭子河口-明港深断裂带、栾川-摩维寺深大断裂带等【3】（图 1）。

二郎坪地层区处于朱夏断裂带和瓦穴子断裂带之间；朱夏断裂带以南为中元界峡河岩群地层，瓦穴子断裂带以北分布为中新元古界的宽坪群地层。二郎坪群地层的岩性主要为下古生界海相基性火山岩喷发沉积变质形成的变细碧角斑岩，为一套陆源碎屑岩—碳酸盐岩夹基性火山岩建造。变质作用相当复杂，有角闪岩相、绿片岩相等变质作用叠加而成。区内岩浆活动强烈，以晚期的酸性岩浆侵入活动最发育。区域上铜、银、金、铅、锌等多金属矿产分布较多。

图1 秦岭造山带基本构造单元划分简图（据张国伟，2001，修编）Fig.1 Sketch for basic tectonic units of Qingling orogenic belt （after Zhang Guowei, 2001）

2.2 地层

按照河南省新的地层划分标准，本区地层属秦岭地层区、北秦岭地层分区、南召地层小区。地层层序由老至新自下而上分为中元古界峡河岩群（Pt2X）、中-新元古界宽坪群（Pt2K），下古生界二郎坪群（PZ），包括火神庙组（Pz1H）、大庙组(Pz1d)、小寨组（Pz1x）和新生界第四系(Q)。

峡河岩群（Pt2x）：分布于朱夏断裂带以南，与二郎坪群呈断层接触。岩性主要为一套浅变质陆源碎屑岩、钙硅酸盐岩夹碳酸盐及中基性火山岩组成。主要岩性有石榴石英二云片岩、黑云石英片岩、大理岩、斜长角闪片岩等。

中-新元古界宽坪群（Pt2K）：分布于瓦穴子断裂带北侧，与南部的二郎坪群呈断层接触。岩性主要为一套中基性火山岩、碎屑岩、碳酸盐岩经变质而成的变质岩，代表岩性有角闪片岩、斜长角闪片岩、含石榴子石二云片岩、二云石英片岩、大理岩、石英岩等。

二郎坪群：是构成北秦岭构造带主体的一部分，呈透镜状介于瓦穴子—乔端与朱夏两断裂之间，呈北北西—南东东向展布，断续延伸约400km，南北宽约10～30km，不少地段为后期酸性或中基性岩体吞噬。该群与下伏地层多为断层接触，它是由早古生代一套陆相复理式碎屑岩沉积及碳酸岩和海相火山喷发沉积的细碧角斑岩系组成，经变质而形成不同的岩石类型。

二郎坪群地层层序由老至新，自下而上，划分为火神庙组（Pz1h），大庙组（Pz1d），刘山岩组（Pz1l），小寨组（Pz1x）。

（1）火神庙组（Pz1h）：原岩岩性以细碧岩为主夹变凝灰岩，下部夹硅质岩，上部夹石英角斑岩等。变质后的岩性主要为斜长角闪片岩、黑云斜长片岩、二云石英片岩、变粒岩、变石英角斑岩、钙质绿泥绢云石英片岩等。1982年劳子强等在该层的硅质岩夹层中发现放射虫 Liosphoendae indet，Stylosphaeridae indet，Cyrtoidae 等和海绵骨针【4】，为最终确定该套地层的时代归属奠定了基础。

（2）大庙组（Pz1d）：岩性以泥沙质碎屑岩、碳酸岩为主夹角斑岩细碧质火山碎屑岩。代表岩性有黑云斜长片岩、硅质板岩、大理岩、变长石石英砂岩、黑云石英片岩等。

（3）刘山岩组（Pz1l）：岩性以变细碧岩、石英角斑岩为主，夹少量变凝灰岩、火山碎屑岩、碳酸岩等。

（4）小寨组（Pz1x）：岩性主要为黑云石英片岩、黑云片岩、绢云母片岩组成，顶部局部见角闪石片麻岩。

新生界第四系（Q）：分布于河谷地带，主要为现代河床及河漫滩砂卵石、淤泥。河谷Ⅱ级阶地上部为冲积黄土，下部为砂砾石层。河谷Ⅲ级阶地为洪积红色砂质粘土，底部为漂砾堆积，厚0～20m。

本次工作和研究的区域内仅见有火神庙组地层（图2）。

图2 铜多金属矿地质简图Fig.2 Geological sketch of copper polymetallic ore

2.3 构造

褶皱构造：褶皱主要表现为二郎坪-刘山岩晋宁地向斜褶皱束，该褶皱位于瓦穴子-鸭河口-明港和朱阳关-夏馆-大河两深断裂之间，呈北西西向狭窄带状展布在卢氏县汤河-西峡县二郎坪-桐柏县刘山岩-光山县马畈一带，是－个在中条期褶皱带基础上形成的晋宁期断陷型地向斜褶皱束。晋宁运动使二郎坪群褶皱隆起，结束了地槽发展阶段，区域一级褶皱带为陆家曼背斜，轴向北西，长约80km，核部被加里东—燕山期花岗岩体所占据在此后地质发展过程上述两深断裂多次活动，沿深断裂及其附近大量的深部岩浆物质上侵，形成了复杂的北西西向岩浆岩带和动力变质带及中生代、新生带断陷陆相碎屑沉积。

断裂构造：区内分布着两条较大的北西西向区域性断裂构造，即北侧的瓦穴予-鸭河口-明港断裂带和南侧的朱阳关-夏馆大河两深断裂带,它们控制着本区沉积建造、岩浆活动、矿产形成及其地质构造的发展演化，两断裂带中间形成了二郎坪群地块。地块内部断裂一般规模不大，多以挤压破碎带形式出现，对于区内矿产富集和形成起着积极的作用。

2.4 岩浆岩

本区岩浆活动十分普遍，主要以燕山期、加里东期为主，主要岩体有黑烟镇岩体、张家庄岩体、黄龙湾岩体。

黑烟镇中斑中细粒二长花岗岩体（ηγ）：分布于西峡县黑烟镇-柳树沟，出露面积约 17km2，岩石呈灰白—浅肉红色，中细粒花岗结构，块状构造。主要矿物有钾长石25%～45%，斜长石25%～40%，石英20%～30%，黑云母10%。岩体由中心向边部矿物颗粒变细，钾长石和石英含量减少，斜长石增多，从而构成不同的岩相带。

黄龙湾细粒黑云母闪长岩体（δ）：呈扁圆形岩株状，岩石呈灰绿色，细粒结构，块状构造。主要矿物有角闪石 15%～35%，斜长石 25%～40%，石英20%～30%，黑云母10%。岩体由中心向边部矿物颗粒变细，长石和石英含量减少，斜长石增多，从而构成不同的岩相带。

张家庄细中粒斜长花岗岩体（γο）：岩石呈灰白色，中细粒花岗结构，块状构造。主要矿物有斜长石55%～65%，石英25%～40%，黑云母5%。

3 工作区地质特征

3.1 地层

工作区出露地层为下古生界二郎坪群火神庙组（Pz1h）。主要岩性以斜长角闪片岩、细碧岩为主，石英角斑岩及角斑岩次之，局部还可见到火山集块岩、火山凝灰岩等（照片1、2）。

斜长角闪片岩：暗灰色、灰绿色，细粒—中粒柱状变晶结构，块状及片状构造。矿物成分主要有角闪石、斜长石、石英等，镜下矿物具定向排列现象。岩石的蚀变较强烈，而且矿物成分较复杂。矿物主要成分为斜长石、角闪石、石英，其次为绿泥石、绿帘石、榍石、石榴子石，金属矿物有黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、磁铁矿，局部甚至还有辉铜矿及斑铜矿等，蚀变的矿物含量较高。其中黄铁矿呈自形，而黄铜矿则呈不规则的浸染状分布于晶形较完整的斜长石及角闪石的颗粒之间，用肉眼几乎分辨不出黄铜矿的颗粒。角闪石发育不同程度绿泥石化。

该岩性为一套边缘海盆扩张到一定程度形成的以基性火山岩为主的沉积岩系列，岩石遭受了广泛的绿片岩相—低角闪岩相的区域变质作用。在该套地层中产出有透镜状、似层状的磁铁矿层。地层倾向南西为主，倾角30°～45°左右。

3.2 构造

工作区内见有一条（F1）小型的高角度断裂构造，断层倾向南西，倾角75o，断层带中部分段落有石英脉充填，局部伴有孔雀石化、黄铁矿化等现象，断层沿走向延伸为约1km（图2）。

3.3 岩浆岩

地层南北两侧均为二郎坪群超单元的酸性花岗岩岩体【5】，岩石呈灰白色，中细粒花岗结构，块状构造。主要矿物有斜长石 55%～65%，石英25%～40%，黑云母 5%。岩体在矿区内矿床形成过程中的作用可能表现在为矿床的形成提供热动力和热流体，促使地层中的成矿元素活化、迁移而富集成矿。

4 矿床地质特征

工作区内，在火神庙地层近地表赋存有透镜状、似层状的火山喷发变质成因的铁铜矿体，在对该层铁铜矿体进行勘查的过程中开展了深部物探工作，发现在深部火神庙组地层中存在着高极化率低电阻率似层状的地质体，并对其进行了钻探验证工作，在 670～690m、829～884m 发现两层硫多金属矿体，经过化学分析，上层段落的铜钴镍分别达到了工业品位，形成了铜钴镍硫多金属矿层，而下层矿段仅铜达到工业品位，形成低品位铜矿层（图3）。

图3 铜多金属Zk709钻孔柱状图Fig.3 Columnar section of drill Zk709

铜钴镍矿体产于火神庙组地层内，共有2个含矿层段，其中上层段所含的钴镍品位较高，下层钴镍品位较低。

4.1 矿物成分及结构构造特征

根据野外肉眼观察和岩矿鉴定结果，赋矿层以强烈的黄铁矿化为明显特征，具有似斑状现象，硫化物呈现浸染特征，矿石呈似斑状，片粒状变晶结构等。构造以块状构造为主，局部由于硫化物分布不均构成条带状构造。矿石矿物主要有黄铁矿、黄铜矿、蓝辉铜矿、赤铁矿、褐铁矿、磁铁矿、镍黄铁矿、铜兰等。矿石矿物分布于角闪石晶粒间，绿帘石碳酸盐等蚀变矿物以及角闪石、辉石晶体中。

矿石结构复杂，主要有黄铁矿等矿物显自形—半自形粒状结构，磁黄铁矿、黄铜矿等矿物具有他形粒状结构。黄铜矿有的集合体呈微脉状分布在破碎的黄铁矿的裂隙中，细小磁黄铁矿、黄铜矿等矿物被其他矿物包裹，而构成包含结构（照片 3）。常见的矿石构造为浸染状构造、条带状构造等（照片5）。

照片3：磁铁矿包含于黄铁矿呈包含结构，光片放大500╳照片4：黄铜矿边缘受篮辉铜矿交代，呈交代-反应边结构，光片放大100╳

照片5：硫多金属矿条带-团块状构造特征

4.2 化学成分特征

铜钴镍矿体产于火神庙组地层，分为上、中、下矿含矿层段。

上层段矿体：埋深671.31m，止于695.39m，共有4层铜钴镍多金属矿层，累计厚度为15.8m，其中最厚的一层为7.92m。经过对4层矿层的取样测试分析，Cu最高单层平均品位为0.712%，最低平均品位 0.205%；Co单层平均品位在0.01%～0.032%之间；Ni单层平均品位在0.145%～0.285%之间，该矿体的顶底板也存在矿化异常；本层段铜钴镍均达到工业指标，可综合利用。

下层段矿体：埋深829.76 m，止深884.40 m，由5层铜矿层组成，累计厚度23.58 m，单层最厚为6.22 m。样品测试分析结果：Cu单层最高平均品位达0.306%，最低平均品位0.240%。该层段的顶底板也存在铜矿化异常，本层钴镍含量较低，达不到工业指标要求。

从该层硫多金属矿层的化学分析可以得出以下结果：Cu的含量 0.1%～1.11%，Co的含量0.01%～0.05%，Ni的含量0.017%～0.287%；铜的含量特征反映了其火山喷发沉积的成因特点；从铜钴镍三者含量的相关关系对比分析，其含量呈正相关关系，如 H45样为三者的最高峰值（Cu 1.11%、Co 0.05%、Ni 0.287%）（图4）。

图4 铜、钴、镍含量相关关系图Fig.4 Correlation diagram for contents of copper-cobalt-nickel

铜钴镍硫多金属矿层赋存于由斜长角闪片岩中，顶底板岩性特征基本一致。通过对该段硫化物及顶底板及含矿段采取样品进行硅酸盐分析，除硫化物含矿层外，顶底板斜长角闪片岩的SiO2含量均大于 45%，Al2O3含量均大于 15%，说明岩石中的硅酸盐组成矿物中硅铝成分含量较高，表现为基性特征。综合分析，该套斜长角闪片岩是由海底火山喷发的基性火山岩（玄武岩类）变质而成，这与区域研究资料和研究成果是吻合的（表1）。

表1 铜多金属矿ZK709矿石化学成分（%）Table1 Analysis results of ores from drill ZK709

5 成因初析

研究区处于华北板块与扬子板块缝合带的华北板块一侧。据研究资料介绍，在新元古代晚期—早古生代初期秦岭地区仍处于岩石圈的裂解状态，裂谷体质向现代板块体质转变，直到古生代初期，商丹断裂（主缝带）已经扩张出现古秦岭洋盆，华北与扬子板块分离，最终成为华北与扬子板块的分解。在板块形成的早期，由于拉张挤压，形成弧后盆地及陆缘裂谷带【6】。二郎坪群的形成就是裂谷带内海底基性火山喷发沉积经变质而成的。在基性火山喷发的过程城中由于多期剧烈及间隙平静的交替，也可能阶段性的出现超基性岩的喷发，可是由于海底浊积岩的混入使其表现为基性特征，也形成了有一定差异变化的岩石特征及矿化类型。本次工作钻孔中发现的多层次的含铜硫化物出现说明了其喷发成岩的脉动性，而物质成分的差异也说明不同阶段喷发也与地壳内部物质成分的运动有关系的。综合以上因素分析认为，本区的铜钴镍硫化物矿床的成因为海底基性—超基性火山喷发形成。