福建连城吉龙山锰及硫铁矿地质特征与成因探讨

2018-01-18接晶

福建地质 2017年3期

接晶

(福建省地质测绘院，福州，350011)

连城吉龙山锰及硫铁矿床位于连城丰图—马家坪Ⅴ级成矿区西北部，先后开展了锰矿普查、详查等工作。在区内的文笔山组中含铁锰结核的粉砂岩和其底部含锰页岩夹层，由于含锰量较高，经风化淋滤形成含铁锰矿床。2010年开展1∶1万激电中梯测量，针对低阻异常区进行了深部钻孔验证，发现花岗岩与栖霞组石灰岩的接触带为矽卡岩型硫铁矿体。栖霞组石灰岩是影响矽卡岩型矿体产出的重要层位，尤其是与花岗斑岩接触部位，为矿体的产出提供了容矿空间，同样也为含矿元素的交代作用提供了化学条件，因此，笔者认为矿区深部花岗岩与栖霞组石灰岩的接触带为寻找矽卡岩型硫铁矿最有潜力的部位。

1 区域地质概况

连城吉龙山锰及硫铁矿区位于南武夷晚古生代坳陷区，明溪—武平坳陷带东部的连城—上杭复式向斜中段东翼，北东向上杭—屏南深大断裂的西南部，属连城—上杭Ⅳ级成矿区中部的连城丰图—马家坪Ⅴ级成矿区西北部，是闽西南地区锰矿成矿背景最好的一个区[1]。区内出露地层主要有晚泥盆世—晚白垩世陆相碎屑沉积岩系及中酸性火山喷发岩系。

区域断裂构造发育，以北东-北北东向为主，次为北西-北北西向和近南北向，呈现为断块构造形态。北东向断裂属区域性枢纽张性陷落断层，北北西向断层具先压后张现象，为矿区风化淋滤型锰矿的贮矿断层。燕山期侵入岩发育，多呈岩株、岩枝状产出，其与栖霞组石灰岩接触带附近形成矽卡岩型铜、铅、锌、硫铁矿等矿床(图1)。

图1 连城县吉龙山锰及硫铁矿区域地质图Fig.1 Regional geologic map of Jilongshan manganese and pyrite deposit in Liancheng county1—沙县组；2—下渡组；3—翠屏山组；4—童子岩组；5—文笔山组；6—栖霞组；7—林地组；8—桃子坑组；9—燕山早期第三阶段第三次侵入中细粒似斑状黑云母花岗岩；10—整合接触；11—角度不整合接触；12—平行不整合接触；13—断层；14—矿区范围；15—小型铁矿点；16—小型锰矿点

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露地层主要有中二叠世栖霞组、文笔山组，晚白垩世下渡组及沿河谷分布的第四系(图2)。

图2 连城县吉龙山锰及硫铁矿地质图Fig.2 Geologic map of Jilongshan manganese and pyrite deposit in Liancheng county1—第四纪；2—晚白垩世下渡组；3—中二叠世文笔山组；4—中二叠世栖霞组； 5—燕山早期第三阶段第三次侵入中细粒似斑状黑云母花岗岩；6—花岗斑岩；7—辉绿岩；8—闪长玢岩；9—二长花岗斑岩；10—流纹斑岩；11—正长斑岩脉；12—石英脉；13—破碎带；14—锰矿体及编号；15—实、推测地质界线；16—不整合地质界线；17—断层及编号； 18—斜井及编号/高程(m)；19—平硐及编号/高程(m)；20—钻孔位置及编号；21—探槽及编号；22—勘查线及编号

栖霞组：在矿区中西部零星出露，大部分隐伏于文笔山组之下，为一套浅海相沉积的石灰岩夹含泥质灰岩、炭质灰岩、大理岩，厚度70～310 m。

文笔山组：在矿区西部、南部、东部均有出露，东北部零星出露，为一套海相细碎屑沉积的泥岩、粉砂岩、粉砂质泥岩夹细砂岩、石英砂岩，含磷质及铁锰质结核，底部夹含铁锰质页岩，厚度20～180 m。与下伏栖霞组呈整合接触，局部断层接触。

下渡组：主要分布于矿区西部及中部，为一套火山喷发相沉积的流纹质凝灰熔岩、角砾岩、凝灰岩、凝灰质粉砂岩、泥岩等。厚度大于200 m。与下伏地层呈不整合接触。

2.2 构造

矿区构造复杂，以断裂构造为主，次为褶皱构造。主要断裂有北东向、北北西向和近南北向3组。

北东向断裂：为区域赖坊—庙前断裂的组成部分，主要有F2、F4、F5、F6、F7、F8等6条。其中F2、F4、F5为矿区锰矿体的贮矿断层，表现为张扭性断裂，走向20°～60°,倾向南东或北西，倾角20°～40°，长150～400 m，宽2～10 m，各断裂中充填物均为构造角砾岩，其在走向或倾向呈波状起伏。F6、F7、F83条为隐伏断层，产于文笔山组和栖霞组接触界面、二者地层中或地层与花岗斑岩接触界面，走向北东-北北东，倾向北西或南东，倾角15°～40°，延伸长度均大于200 m，带内岩石成分有角砾岩、泥岩、石灰岩、花岗斑岩。

北北西向断裂(F1)：表现为数米至数十米宽窄不一的破碎带，倾向南西，倾角40°～70°，走向与地层褶皱轴向一致，具先压后张现象，为风化淋滤型锰矿的贮矿断层。

近南北向断裂( F3)：规模较小，倾向南东东，倾角 30°～50°，属张性断裂，为风化淋滤型锰矿的次要贮矿断层。

褶皱构造：属连城—上杭复式向斜翼部之次级小褶皱，轴向呈近南北或北北西向，主要为兰桥—江畲向斜东翼，其轴向和翼部均受断层破坏。

2.3 侵入岩

区内侵入岩为燕山早期中细粒似斑状黑云母花岗岩，主要分布于矿区中东部，呈岩株、岩枝状产出。

除外，尚有燕山晚期侵入的花岗斑岩、石英斑岩、二长花岗斑岩、流纹斑岩、闪长玢岩脉和辉绿岩脉等。

2.4 围岩蚀变

锰矿围岩蚀变不强烈，与矿化关系较密切的为绿泥石化，在脉状绿泥石化蚀变强烈地段常相伴形成沿裂隙充填的铁锰质细脉；而硫铁、铅锌多金属矿围岩蚀变较强烈，与其密切相关的为石榴石化、透辉石化、绿帘石化、绿泥石化等矽卡岩矿化特征。

2.5 地球物理异常特征

据工作区及邻近区的岩石的电性参数的测定(表1)，硫铁矿石视电阻率值较低，仅是其他岩石的1/18～1/204，视极化率较高，是其他岩石的1.5～3倍，具低阻高极化特征。低阻异常集中分布于测区中部，浅部的低阻异常以北东向为主，有多处呈条带状或椭圆状的局部异常，随着深度的增加，逐渐变为南北向-北西向，其规模由大变小，再变大。其异常的分布状况反映了矿区存在着以测区中部低阻异常带为中心的次级背斜构造，其上部和两翼分布着北东向、南北向和北西向等多组张性断层和挤压破碎带，它们均表现出低阻异常。

表1 吉龙山勘查区各类岩矿石的电阻率参数统计

位于14-16线的D5异常区是区内最为复杂的异常地段，长600 m，呈北东东向带状。该异常位于花岗岩和二叠世的接触带部位上，由多个规模较小的椭圆状高强度低阻异常构成。其深部还存在有多处产状不同、不连续的局部异常，构成倾向于西、倾向于东或水平状异常带(图3)。根据深部低阻异常的分布状态判断，二叠世中断裂构造发育，可能贮存有呈低阻的硫化物富集体，推测异常与矽卡岩矿化有关。经164，160，152等剖面线钻孔深部验证，在异常分布范围揭露了FeS-1硫铁矿体，显现其为矿致异常。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿区共圈定6个锰矿体和1个隐伏硫铁矿体。锰矿体产于浅表，贮存于断裂破碎带中，地表偶见露头，为半隐伏矿体，属淋滤型氧化软锰矿，走向北东、北西或南北皆有，以北东为主，倾向南东，倾角20°～40°。矿体呈透镜状、不规则状沿走向延伸长50～270 m，倾向延伸15～80 m，厚度为1～1.96 m。矿体平均品位Mn 20.35%～34.58%，TFe 1.81%～11 .65%。主要矿体为Mn1、Mn2和Mn4。

Mn1矿体：产于F1北北西向断裂破碎带中(图4)，呈透镜状、不规则状产出，断续延伸长约260 m，平均厚1.79 m，推测倾向延伸最大约80 m，贮矿标高540～600 m，走向由北西 327°转为北东18°，倾向近西，倾角 40°～48°。矿石品位：Mn17.45%～30.98%，TFe 1.38%～4.76%，矿体平均Mn 25.23%，TFe 3.03% 。

图4 连城县吉龙山矿区锰矿0线地质剖面图Fig.4 Diagram showing the geological profile in the No.0 exploration line in Jilongshan manganese deposit, Liancheng county1—下白垩统下渡组；2—中二叠统文笔山组；3—浮土；4—流纹质凝灰熔岩；5—粉砂质泥岩；6—构造破碎带；7—断层及编号；8—实、推测地质界限；9—完工探槽及编号；10—完工斜井及编号/高程(m)；11—产状；12—采样位置及编号；13—锰矿体及编号；14—真厚度(m)/平均品位Mn(%)

Mn2 矿体：分布于F4北东向断裂破碎带中，呈透镜状、不规则状产出。断续长190 m，平均厚 1.68 m ，推测倾向延伸最大约 70 m，贮矿标高540～590 m，走向约39°，倾向北西，倾角 20°～30°。矿石品位：Mn 16.48%～32.01%，TFe 2.49%～11.65%，矿体平均品位Mn 22.26%, TFe 4.97%。

Mn4 矿体：产于北东向 F5断裂破碎带中，呈透镜状、不规则状产出。其断续延伸大于270 m，厚1～4.0 m，平均厚1.96 m，推测倾向延伸最大约25 m，贮矿标高580～650 m，走向北东，倾向南东，倾角21°～39°。矿石品位：Mn 17.20%～37.21%, TFe 1.34%～8.57%.，矿体平均品位Mn 31.88%, TFe 6.60%。

FeS-Ⅰ矿体：产于中深部花岗斑岩与栖霞组石灰岩的外接触带中(图5)。呈脉状、透镜状产出，矿体形态主要受接触带控制，总体走向北东，倾向南东，倾角由北西较缓(15°～20°)往南东过渡至倾角较陡(47°～53°)。贮存标高183～353 m，控制走向延伸200 m，控制倾向延伸约250 m。真厚度0.73～11.76 m，厚度变化较大,局部出现夹石,厚度变化系数74%。矿石品位：Ts一般6.04%～28.16%，最高50.61%，平均品位：Ts 22.81%。

图5 连城县吉龙山矿区硫铁矿152线地质剖面图Fig.5 Diagram showing the geological profile in the No.152 exploration line in Jilongshan pyrite deposit, Liancheng county

3.2 矿石特征

锰矿矿石矿物主要有软锰矿和褐铁矿，脉石矿物主要为粘土类矿物和石英、方解石、白云石。

硫铁矿矿石矿物主要有黄铁矿、磁黄铁矿和黄铜矿，脉石矿物主要为石英、方解石、石榴子石、石膏。

锰矿矿石结构呈隐晶质结构和半自形-自形粒状变晶结构。此外，矿石中常见由隐晶状软锰矿重结晶而成的柱粒状、扇状软锰矿( 局部见恩苏塔矿)集合体。矿石构造有斑杂状、反斑杂状、砂土状、肾(豆)状、块状、蜂窝状等构造。

硫铁矿常见结构有自形-半自形粒状结构、他形粒状结构、乳浊状结构。矿石构造为浸染状构造、条带状构造、团块状构造。

3.3 矿体围岩和夹石特征

矿区内所见的6个锰矿体贮存于构造破碎带中，其直接顶、底板均为构造角砾岩和断层泥。构造角砾岩成分复杂，常见有(角砾状)晶屑凝灰岩、硅质岩、石英、石灰岩等。

硫铁矿体顶板为石灰岩、泥灰岩或矽卡岩，底板为石灰岩、矽卡岩或花岗斑岩。矿体与围岩界线清楚，在ZK16527揭露了1.5 m厚的夹石，其岩性为黄铁矿化、绿帘石化、石榴石化、绿泥石化矽卡岩，其原岩为石灰岩。

4 矿床成因分析及找矿标志

4.1 锰矿床

4.1.1 成因分析

(1)根据矿区及连城锰矿外围采样分析，林地组中的锰质粉砂岩、文笔山组铁锰质结核风化淋滤层、文笔山组底部含铁锰质页岩夹层，含锰丰度普遍较高(表2)。根据我国已知矽卡岩矿床产出地质条件和成矿特征的分析，碳酸盐岩围岩和一些钙质岩石的存在是矽卡岩矿床形成的必要条件之一[3]。当碳酸盐岩的MgO含量小于2%时，一般形成钙矽卡岩矿物组合，伴有Pb、Zn(Ag)矿化的锰质矽卡岩的出现，经风化淋滤作用，锰矿质析出，富含锰质矿液沿下渡组、文笔山组断裂破碎带及其接触带迁移富集成矿，为锰质得以“就地取材”创造了条件。

表2 矿区围岩及含锰矿破碎带品位

(2)矿区重要的锰矿床受闽西南晚古生代坳陷区，明溪—武平坳陷带东部的连城—上杭断裂带的控制，且成群产出，形成多个矿床集中区。区内断裂构造发育，有几组不同方向的断层存在，为锰矿体的形成提供了良好的空间。

(3)矿区地处亚热带，气候温暖潮湿，雨量充沛，地下水丰富，植被、森林覆盖茂密，为加速含锰岩层的风化和锰质的分解运移增加了有利条件。

(4)区内出露的地层及燕山晚期侵入岩含锰丰度均较高，其中文笔山组含铁锰结核的粉砂岩和其底部含锰页岩夹层含锰均较高，风化淋滤后形成了含铁锰矿体。

4.1.2 找矿标志

(1)地表残坡积层中分布的锰粒、锰块可作为直接找矿标志。

(2)有锰矿体存在的附近，往往有呈浅紫红色的杂色土，可作为找矿标志。

(3)上述含锰地层分布地段的断裂带也是寻找此类型锰矿的有利线索。

(4)细脉状绿泥石化蚀变强烈地段常伴有铁锰质细脉产出，可作为主要找矿标志。

4.2 硫铁矿床

4.2.1 成因分析

(1)矿区内中栖霞组岩性以碳酸盐岩为主，钙含量高，岩性特征导致其成为了接受矿液沉淀的有利空间。一方面石灰岩的钙质成分为矿液的交代提供了有利的介质条件，另一方面，石灰岩的脆性和溶洞特性，以及受岩浆熔蚀所形成的溶洞空间，促使含矿热液在外界压力骤减的情况下沉淀了下来。经燕山早期岩浆活动作用，故而造成含硫铁矿热液与栖霞组石灰岩接触变质形成矽卡岩型硫多金属矿床。

(2)区内燕山早期侵入岩活动强烈，岩体在上侵过程产生高浓度气液，沿北北东向、北东向等断裂上升运移，热流体运移至栖霞组石灰岩接触带附近，经交代形成石榴石、透辉石等矽卡岩和含铜、铅、锌、硫铁多金属矿体。

(3)区内北东向、北西向和近南北向断裂构造发育，为含矿热液运移、交代、沉淀富集提供了良好的通道和有利空间。

(4)矿体围岩蚀变较强烈，具有石榴石化、绿帘石化、绿泥石化等矽卡岩特征。矽卡岩和金属矿化之间在空间上、时间上都有着密切的成因联系，大部分金属矿化虽晚于矽卡岩，但矽卡岩常是金属矿化的先导，磁铁矿化、多金属等硫化物大多是紧跟矽卡岩的形成，和富含挥发成分的交代矿物一起交代有关的矽卡岩矿物。

4.2.2 找矿标志

(1)矽卡岩矿床大多产于中酸性岩浆岩与碳酸盐类岩石的接触带上[4]。栖霞组石灰岩是硫铁矿体产出的重要层位，尤其是其与花岗斑岩接触部位，为找矿的主要标志之一。

(2)围岩中普遍具较强的绿泥石化、绿帘石化、石榴石化、硅化、碳酸性化，使岩石变得致密坚硬，呈现暗绿、黄绿等色调，这是间接找矿标志。

(3)由于硫铁矿属于隐伏矿床，硫铁矿石电阻率很低，根据低阻异常的分布状态判断，深部可能贮存有呈低阻的硫化物富集体，推测异常与矽卡岩矿化有关。因此低阻高极化异常特征为间接的找矿标志。