鄂州市陈盛铁铜矿区“三位一体”深部找矿预测

周贤荣, 杨伟卫, 曾 斌, 邬 磊, 梁鹏程

(1.湖北省地质局 第五地质大队,湖北 黄石 435000; 2.湖北省地质局 第一地质大队,湖北 大冶 435100)

鄂州市陈盛铁铜矿区“三位一体”深部找矿预测

周贤荣1, 杨伟卫2, 曾 斌1, 邬 磊1, 梁鹏程1

(1.湖北省地质局 第五地质大队,湖北 黄石 435000; 2.湖北省地质局 第一地质大队,湖北 大冶 435100)

陈盛矿区成矿地质体为铁山杂岩体中燕山早期第一侵入期次闪长岩、透辉石闪长岩岩株及深部隐伏三叠系碳酸盐岩;成矿构造为侵入接触构造、断裂构造及捕虏体构造;成矿作用特征标志为金云母化矽卡岩+透辉石化矽卡岩+磁铁矿化,是典型的接触交代型(矽卡岩型)矿床。矿区内深部找矿方向为寻找深部隐伏三叠系碳酸盐岩,重点关注的成矿构造为侵入接触构造及捕虏体构造,重点关注的成矿作用特征标志为金云母化矽卡岩、磁铁矿化。

铁铜矿;“三位一体”找矿模型;陈盛铁铜矿区;鄂州市

研究区位于长江中下游重要的鄂东南铜铁矿矿集区内,矿集区内矿床类型以矽卡岩型为主,区内分布有多个矽卡岩型铜、铁矿床(点)。研究区是鄂东南地质研究程度和工作程度相对较高的地区之一,积累了丰富的地质资料。已有的成矿规律研究成果大致查明铁山岩体东部地区矿产的分布规律,根据此规律和矿床特征分析而建立起来的找矿标志、矿产预测标志,已获得了实际找矿效果。本文旨在对前人研究成果和矿床特征进行综合分析,采用研究成矿地质作用确定成矿地质体、研究成矿构造分析矿体空间分布特征、研究成矿特征标志确定找矿方向的“三位一体”找矿研究方法[1]。通过对鄂州市陈盛铁铜矿区进行综合分析研究,探寻铁山岩体北缘深部矽卡岩型铁铜矿找矿方向。

1 研究区地质背景

陈盛铁铜矿区位于扬子准地台下扬子台褶带西段大冶凹褶断束(Ⅳ级)北部的花家湖向斜(Ⅴ级)南翼上,铁山岩体中段北缘附近。矿区出露地层较简单,除局部有少量零星的三叠系中统蒲圻组(T2p)碎屑岩出露外,大片地段为第四系覆盖。矿区内隐伏地层主要为三叠系中下统嘉陵江组(T1-2j)和三叠系下统大冶组(T1d)碳酸盐岩[2]。

矿区内构造受岩浆岩的侵蚀破坏,加之第四系大面积覆盖,构造形迹在地表不明显。根据零星的露头和有限的钻孔及附近矿山坑道揭露归纳矿区内有褶皱构造、捕虏体接触带构造、断裂破碎带构造。

矿区位于铁山岩体中部北缘,铁山复背斜和碧石渡—花家湖复式向斜的公共翼上,燕山早期的闪长岩、透辉石闪长岩沿三叠系下统嘉陵江组和三叠系中统蒲圻组接触界面侵入。

2 矿区地质概况

2.1 地层

矿区地层出露不多,仅西部有蒲圻组粉砂岩页岩出露外,大片地段均被第四系冲洪积层、残坡积层覆盖。现由老至新分述如下。

(1) 三叠系下统(T1):隐伏于第四系之下,根据钻孔揭露三叠系下统嘉陵江组、大冶组碳酸盐岩已蚀变为大理岩、云质大理岩,主要矿物方解石为白色,中粒结构,为半自形—自形。厚层状构造,该层与成矿关系密切。

(2) 三叠系中统蒲圻组(T2p):出露于矿区西部,其岩性为紫红色夹黄褐色的粉砂岩页岩,粉砂泥质结构,页状构造,该段底部夹灰岩透镜体,出露厚度>60 m。

(3) 第四系(Q):① 残坡积层。分布于矿区南部和北西山坡附近,主要由亚砂土、亚粘土夹粉砂质页岩、闪长岩碎块组成,厚度0～8 m。

图1 陈盛铁铜矿床基岩地质综合图Fig.1 Geological map of bedrock of Chensheng iron copper deposit1.蒲圻组泥质粉砂岩;2.大理岩;3.燕山期闪长岩;4.矽卡岩;5.硅质岩;6.实测地质界线;7.图切剖面线;8.推测大理岩界线;9.矿体水平投影及编号;10.正磁力线;11.零磁力线;12.负磁力线;13.磁力异常及编号。

② 冲洪积亚粘土层。广泛分布在矿区地表,以灰白色、灰黄色亚粘土为主,局部夹褐红色亚粘土,厚度8～26 m。

③ 冲洪积亚砂土、砂砾石层。分布于陈盛河与两岸漫滩,厚度约5～10 m。

2.2 构造

矿区构造为一单斜构造,地层走向北东75°,倾向北西,倾角25°～50°。除此以外,根据区内钻孔揭露,深部存在断裂破碎带。

2.3 岩浆岩

区内岩浆岩属铁山杂岩体北缘中段闪长岩体过渡—边缘相的一部分,岩性主要为闪长岩、闪长玢岩。出露于矿区南东部。

2.4 接触变质及围岩蚀变

受接触热变质作用影响,区内碳酸盐岩普遍大理岩化,在接触带及其附近发育矽卡岩。围岩蚀变主要有硅化、碳酸盐化、金云母化、透辉石化、钠长石化等蚀变。其中与矿化有关的主要为金云母化、透辉石化、硅化、碳酸盐化。

2.5 磁异常特征

磁异常分布在陈盛—铜坑异常西部(图1),异常强度较大,异常展布区域与矿体分布一致,北部磁异常呈北东向展布,南部磁异常近南北向展布。磁异常极大值达4 000伽玛,梯度大,北部磁异常正负伴生,异常区内已发现多个矿体,为典型的矿致异常。

3 成矿地质体

3.1 成矿地质体特征

鄂州市陈盛铁铜矿属典型的接触交代型矿床(矽卡岩矿床),矿区内燕山早期侵入的闪长岩和隐伏大理岩为矿区成矿地质体。其地质特征如下:

3.1.1 闪长岩

闪长岩分布于矿区东、南两侧,属铁山杂岩体主体闪长岩—透辉石闪长岩相,为矿床成矿母岩(134百万—165百万年)。

根据区域地质报告成果,闪长岩—透辉石闪长岩相由闪长岩及透辉石闪长岩两种岩石类型组成,分布于岩体北部。两种类型的岩石矿物成分均为更长石、条纹长石、角闪石,区别主要在于透辉石含量的变化,闪长岩中很少或未见透辉石,透辉石闪长岩中则含透辉石较多,一般在5%～8%。

矿区内闪长岩—透辉石闪长岩相属硅酸过饱和—弱过饱和,过碱性—弱过碱性岩石,碱质(K2O+Na2O)含量平均为9.02%,且Na2O>K2O。接触带内岩体蚀变主要为透辉石化、矽卡岩化、钾钠长石化、硅化、碳酸盐化、金云母化、高岭石化等。

3.1.2 大理岩

矿区内隐伏大理岩为三叠系嘉陵江组、大冶组的白云岩、云质灰岩、灰岩蚀变而成,矿区西部的大理岩由西向东呈半岛状突入闪长岩体内,在矿区东部、深部以不规则状残留体、捕虏体形态存在于闪长岩体内,其与岩体接触部位矽卡岩化、金云母化、磁铁矿化等矿化蚀变现象明显。

3.2 成矿地质体与矿体空间关系

铁铜矿体主要赋存于闪长岩与隐伏大理岩的接触带上,特别是下接触带断裂破碎发育处及大理岩上翘的尖端附近,是矿体产出的主要部位,矿体规模较大,多为铁铜矿体,而产于闪长岩中的矿体规模都比较小,多为单一的铁矿体。

4 成矿构造及成矿结构面

4.1 侵入接触构造

根据前人研究成果表明铁山岩体是一个呈北西西走向、向东倾斜的巨大岩墙(不排除局部向南陡倾斜),推测岩墙沿北东向延伸,在大范围内顺花家湖复向斜的蒲圻组、大冶组、嘉陵江组界面贯入。根据航磁资料,深度约2.5 km与鄂城岩体相连,显示两岩体实质为一大岩盘,其南与歇担桥岩体有成因联系,说明岩体是一个受褶皱层间构造控制的多次顺层侵入体。由于主岩体顺层侵入的差异,岩体内赋存有规模不等的残留体,致使岩体表现为多“层”状。

陈盛矿区位于铁山岩体中部北缘,岩体多“层”性表现明显,大冶组和嘉陵江组的碳酸盐岩(大多变质成为大理岩或镁质大理岩)呈捕虏体或“夹层”分布在岩体内,矿体大多分布在大理岩与岩体接触带上,少部分分布在岩体裂隙内。

成矿结构面主要为大理岩与岩体接触界面(见图2),岩体内裂隙处也会成为小矿体赋存处。接触界面总体上向北北西倾,产状变化较大,上缓下陡,倾角25°～70°。

图2 陈盛铁铜矿床4线剖面图Fig.2 Profile of Chensheng iron copper deposit of 4 line1.粘土;2.大理岩;3.透辉石矽卡岩;4.闪长岩;5.矿体及编号。

4.2 断裂褶皱构造

矿区构造为一单斜构造,倾向北北西,由于后期构造运动的影响,使地层略有波状起伏,倾角25°～50°。断裂构造比较发育,主要为张性结构面,可分为成矿前和成矿后两期。成矿前的断裂破碎带胶结紧密,已固结成角砾岩,主要沿下接触带发育,成为良好的储矿构造,其展布方向为北北东向。成矿后的断裂破碎带,胶结松散,常有岩脉充填,并切断矿体,主要沿北西向展布,如Ⅲ号矿体被切断。

4.3 捕虏体构造

陈盛矿区内大冶组和嘉陵江组的碳酸盐岩(大多变质成为大理岩或镁质大理岩)呈捕虏体分布在岩体内,数量较多,规模大小不一,走向上延伸几十—几百米不等,整体倾向北北西,矿体大多分布在捕虏体与岩体下接触带上。

5 成矿作用特征标志

5.1 矿体特征

铁铜矿体主要赋存于闪长岩与隐伏大理岩的接触带上,特别是下接触带断裂破碎发育处及大理岩上翘的尖端附近,是矿体产出的主要部位,矿体规模较大,多为铁铜矿体,而产于闪长岩中的矿体规模都比较小,多为单一的铁矿体。

目前矿床内已探明10个工业矿体,其中Ⅱ号矿体最大,其次为Ⅰ、Ⅲ、Ⅷ、Ⅸ号矿体,北部主矿体一般分布在接触带内带与大理岩接触部位,顶板一般为大理岩或矽卡岩,底板为闪长岩,矿体长200～300 m,厚几米—几十米,其中Ⅱ号矿体最厚达60 m,产状与侵入界面产状一致,变化较大,整体倾向北北西或北西,矿体的矿石类型主要为铁矿石及少量单铜矿石。

南部小型矿体分布在高岭石化闪长岩中,矿体长几十米,厚约几米,产状变化较大,矿体的矿石类型主要为高硫铁矿石、铜铁矿石及少量单铜矿石。

5.2 矿石特征

矿石类型可分为铁矿石、铜矿石和铁铜矿石三大类,其中以铁铜矿石为主,铁矿石次之,铜矿石极少。

(1) 铁铜矿石:一般赋存于接触带靠大理岩一侧,可分为氧化、混合、硫化矿石三个亚类。此类矿石多为原生矿石,仅铜矿石受到氧化。

(2) 铁矿石:一般赋存于接触带靠闪长岩一侧或闪长岩岩体中,按成因可分原生、氧化矿石两个亚类。

(3) 铜矿石:赋存于近接触带的大理岩的一侧或大理岩层间。

组成矿床的矿物较多,其中金属矿物主要为黄铜矿、黄铁矿、辉铜矿、斑铜矿、磁铁矿、赤铁矿、自然铜、磁赤铁矿、赤铜矿、赤褐铁矿、褐铁矿、孔雀石等,次为辉钼矿、白铁矿、闪锌矿、铜兰、镜铁矿等。

脉石矿物主要为方解石、金云母、透辉石、玉髓、石英、白云母、绿高岭石、高岭石、蒙脱石、绿泥石、阳起石、石榴石等,次为黑云母、重晶石、蛇纹石、角闪石、绿帘石、磷灰石、透闪石、斜长石、皂石、榍石、石棉、锆石等。

矿石以自形及他形粒状结构为主,次为交代、压碎结构。矿石构造以致密块状、粉粒状构造为主。

5.3 蚀变特征

区域上铁山岩体及接触带由内至外蚀变规律大体可分为四个带:闪长岩—透辉石化闪长岩—矽卡岩化闪长岩;透辉石矽卡岩—金云母;透辉石或石榴石矽卡岩—磁铁矿—磁铁矿化白云质大理岩或矽卡岩化;磁铁矿化闪长岩—白云质大理岩。

矿区内围岩蚀变现象较发育,种类较多,主要有金云母化、透辉石化、碳酸盐化、硅化、钾钠长石化等。受接触热变质作用影响,大冶组、嘉陵江组碳酸盐岩普遍大理岩化,岩体内残留体及捕虏体均变质为大理岩。

矿区内矽卡岩主要有三类,与矿化均有直接关系,一般情况下矿化最富集地段矽卡岩最发育。其中金云母透辉石矽卡岩最发育,多为矿体直接交代;金云母矽卡岩不甚发育,见于下接触带靠闪长岩一侧,极少产于矿体中;石榴石矽卡岩,仅见于Ⅷ号矿体底板。

5.4 成矿期和成矿阶段

区域内岩浆活动有两期五次,矿区内主要铜铁矿的形成与铁山杂岩体第一次侵入的闪长岩有关。主要成矿期可分为矽卡岩晚期和热液期。

碳酸盐岩石与闪长岩呈侵入接触,使碳酸盐岩石发生重结晶作用,含镁碳酸盐因铁白云石化导致铁镁逸失,闪长岩因钾、钠长石化有部分铁质析出,为矿液准备了物质基础。由于接触变质,发生硅、铝、铁、镁、钙等元素的交代作用,形成矽卡岩,矽卡岩晚期由于温度下降,磁铁矿大量结晶析出,形成矿区主要铁矿体。

岩浆后期热液沿已有通道(早期复合断裂带、接触带),交代矽卡岩形成铁铜矿体。从磁铁矿—黄铁矿—黄铜矿的结晶析出,伴随碳酸盐化、硅化、钾钠长石化、金云母化等围岩蚀变。

矿石中常见的主要结构为自形及他形粒状结构、交代结构和压碎结构等,磁铁矿空隙分布硫化物;黄铁矿大部分为自形晶,少量为他形晶,黄铜矿为他形晶,经常见黄铁矿交代残余;磁铁矿可为赤铁矿交代,黄铜矿为辉铜矿交代,磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿呈浸染状交代围岩。

6 找矿标志

矿区找矿标志首选为岩体与大理岩侵入接触构造带(含大理岩捕虏体构造),是矿体主要富集部位,其次为岩体内断层节理裂隙带,也是小型矿体富集区。

(1) 地层岩性层位:区内隐伏的三叠系大冶组、嘉陵江组碳酸盐岩是主要赋矿层位,特别是靠近闪长岩部位,是矿体主要富集部位。

(2) 构造标志:岩体与大理岩侵入接触构造带,岩体内大理岩残留体、捕虏体及断裂褶皱构造等,均是重要找矿标志。

(3) 热液蚀变:金云母化、透辉石化、碳酸盐化等,特别是金云母化蚀变,其金云母透辉石矽卡岩多为矿体直接交代,也是较明显找矿标志。

(4) 矿区地表磁异常、激电异常以及Fe、Cu、Ti等元素化探异常对深部找矿也有很大指导作用。

7 “三位一体”找矿模型

综合湖北省鄂州市陈盛矿区“三位一体”要素特征(见表1)认为,陈盛矿区成矿地质体为铁山杂岩体中燕山早期第一侵入期次闪长岩、透辉石闪长岩岩株及深部隐伏三叠系碳酸盐岩;成矿构造为侵入接触构造、断裂构造及捕虏体构造;成矿作用特征标志为金云母化矽卡岩+透辉石化矽卡岩+磁铁矿化,矿床成因类型为接触交代型(矽卡岩型)。根据以上分析成果建立矿区深部找矿预测模型(图3)。

8 深部找矿前景预测

8.1 矿区物化探异常特征

前期地磁测量表明,矿区位于磁异常区,异常强度大,异常值在数千伽玛以上,梯度大,正负相伴,异常分布范围较广,异常展布区域与矿体分布一致。通过岩石地球化学测量矿区内存在Fe、Cu、Ti等元素化探异常,异常值较高,面积在1 km2以上,矿区成矿物化探条件较好。

8.2 隐伏大理岩的分布

陈盛矿区由于岩体顺层侵入的差异,岩体侵入深度1.6～2 km,区域内三叠系大冶组、嘉陵江组碳酸盐岩厚度在500 m以上,矿区内发现较多碳酸盐岩残留体、捕虏体,厚度一般在几米—几十米,岩体超覆在碳酸盐岩之上,矿区内深部存在隐伏大理岩可能性较大[3]。

8.3 预测成矿靶区

根据“三位一体”找矿模型,结合矿区成矿地质特征,在矿区内圈画出两个深部成矿靶区:YC1和YC2。

表1 陈盛矿区“三位一体”要素特征Table 1 Characteristics of “Trinity” elements in Chensheng mining area

图3 找矿预测模型图Fig.3 Model map of prospecting prediction1.三叠系中统蒲圻组;2.三叠系中下统嘉陵江组;3.三叠系下统大冶组;4.角岩化;5.大理岩化;6.大理岩;7.矽卡岩;8.金云母化;9.铜铁矿。

成矿靶区YC1位于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ矿体西北侧,预测深部隐伏铁矿体中心位置在Ⅱ矿体4勘探线西北,赋存部位在隐伏大理岩与岩体接触带,埋藏深度在-500 m以下(见图4),在铁矿体上部,隐伏大理岩中可能伴生小型铜矿体。

图4 4线深部铁矿体预测剖面图Fig.4 Prediction profile of deep iron ore body of 4 line1.勘查施工钻孔;2.燕山期闪长岩;3.大理岩;4.矽卡岩;5.角砾岩;6.铁矿体;7.预测深部存在的铁矿体;8.伴生铜矿体。

成矿靶区YC2位于Ⅷ、Ⅸ矿体西部,赋存部位在隐伏大理岩与岩体接触带,埋藏深度在-200 m以下(见图5),根据收集的深部矿体中段平面图,Ⅸ铁矿体在-130～-145 m处产状较陡,近直立;在-145～-160 m处向西倾,倾角变缓,约40°左右。矿体水平截面先缩小后膨大,向深部延伸,预测Ⅸ矿体在深部继续延伸[4]。

图5 Ⅸ号矿体深部水平投影叠合图Fig.5 Superposition graph of horizontal projection of Ⅸ orebody in deep level1.闪长岩;2.大理岩;3.-130 m中段巷道;4.-145 m中段巷道;5.-160 m中段巷道;6.-130 m中段矿体投影平面图;7.-145 m中段矿体投影平面图;8.-160 m中段矿体投影平面图。

8.4 找矿模型应用

根据矿区“三位一体”找矿模型,认为矿区内深部找矿方向为寻找深部隐伏三叠系碳酸盐岩,重点关注的成矿构造为侵入接触构造及捕虏体构造,重点关注的成矿作用特征标志为金云母化矽卡岩、磁铁矿化。在综合分析岩体与碳酸盐岩接触界面产状、形态特征及矿体赋存状态情况下,结合物化探成果,部署勘查工程,进行深部找矿,有望在深部发现新的矿体。

9 结语

通过对矿区现有的成果资料的分析研究,建立了研究区内接触交代型矿床的“三位一体”找矿模型,预测了陈盛矿区2个铁矿找矿靶区。矿区内成矿地质体为铁山杂岩体中燕山早期第一侵入期次闪长岩、透辉石闪长岩岩株及深部隐伏三叠系碳酸盐岩;成矿构造为侵入接触构造、断裂构造及捕虏体构造;成矿作用特征标志为金云母化矽卡岩+透辉石化矽卡岩+磁铁矿化。对铁山岩体的矽卡岩型矿床的深部找矿方向有一定参考意义。

[1] 叶天竺,吕志成,庞振山,等.勘查区找矿预测理论与方法【总论】[M].北京:地质出版社,2014.

[2] 湖北省地质局区域地质测量队.1∶50 000区域地质调查报告(矿产部分)[R].武汉:湖北省地质局,1977.

[3] 李享洲,白瑛,汪建华.鄂东南铁山岩体内部大理岩捕虏体分布规律及找矿探讨[J].资源环境与工程,2009,23(1):13-18.

[4] 李海忠,李勇涛,林敏,等.湖北省鄂州市陈盛铁铜矿床Ⅳ-Ⅸ号矿体资源储量核实报告(截至2010年12月底)[R].武汉:湖北省地质局,1977.

Deep Prospecting Prediction of “Trinity” in ChenshengIron Copper Deposit,Ezhou

ZHOU Xianrong1, YANG Weiwei2, ZENG Bin1, WU Lei1, LIANG Pengcheng1

(1.FifthGeologicalBrigadeofHubeiGeologicalBureau,Huangshi,Hubei435000; 2.FirstGeologicalBrigadeofHubiGeologicalBureau,Daye,Hubei435100)

The metallogenic geological body in Chensheng mining area is the first intrusive stage of dioritein Early Yanshanian periods of Tieshan complex,diopside diorite rocks and deep buried Triassic carbonate rocks.The ore forming structures are intrusive contact structures,fault structures and xenoliths.The mineralization is characterized by the skarn skarn+diopside skarn+magnetite mineralization,and is a typical contact metasomatic skarn type deposit.The deep ore prospecting direction in the mining area is to find deep buried Triassic carbonate rocks.The key metallogenic structures are intrusive contact structure and xenoliths structure.The key metallogenic features are marked by skarn and magnetite mineralization.

iron copper ore; trinity prospecting model; Chensheng iron copper mining district; Ezhou

P618.31; P618.41

A

1671-1211(2017)06-0700-06

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.06.007

2017-08-21;改回日期2017-09-30

周贤荣(1968-),男,高级工程师,地质矿产专业,从事地质找矿工作。E-mail:453304792@qq.com

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.P.20171114.1047.008.html数字出版日期2017-11-14 10:47

于继红)