大冶市许家咀铜铁矿床成因及找矿潜力分析

2018-03-20黄智辉胡新红华先录余兴江谢晓洪

资源环境与工程 2018年1期

黄智辉, 徐玮, 胡新红, 华先录, 余兴江, 谢晓洪

(湖北省地质局第一地质大队,湖北大冶 435100)

《许家咀矿区铜多金属矿普查》是已实施的省地勘基金项目,近年来,矿区找矿取得重大进展。许家咀铜铁矿是基于找矿规律指导下发现的隐伏矿床,项目组在矿区成矿地质条件、控矿因素及成矿规律等方面有了许多新的发现和认识,对本区下步找矿具有一定的指导意义。

1 矿区地质

矿区位于大冶复向斜南翼,阳新岩体西北端,南接桃花嘴铜铁矿,东临鲤泥湖铜铁矿,处于两矿床纵向延长线交汇的“结点”部位,与桃花嘴铜铁矿受同一成矿构造控制[1]。

1.1 地层

许家咀铜铁矿为隐伏矿床,矿区地势平坦,地表绝大部分为第四系湖积粘土所覆盖,根据工程揭露,第四系覆盖层下分布有三叠系下统大冶组(T1d)、三叠系中—下统嘉陵江组(T1-2j)、三叠系中统蒲圻组(T2p)、侏罗系上统马架山组(J3m)、白垩系下统灵乡组(K1l)、上白垩—古近系公安寨组(K2E1g)等地层(图1)。其中与成矿有关的地层为大冶组第四岩性段、嘉陵江组第一二岩性段、马架山组。

1.2 构造

1.2.1 褶皱构造

依据物探测量成果及钻孔揭露资料,通过对隐伏地层序的建立,并结合邻区研究成果,可恢复二个隐伏褶皱构造,即为北西向隐伏背斜①和北东向隐伏背斜②,由于岩浆的侵入及断裂构造破坏,背斜构造均不完整。

1.2.2 断裂构造

矿区与成矿关系密切的断裂构造有北东向断裂破碎带(F1)、近东西向断裂—侵入主接触构造(F2)和层间破碎带。

断裂破碎带(F1):即鸡冠山破碎带北延部分,区内全被岩体及第四系沉积物覆盖,11-21线剖面钻孔有揭露。破碎带走向北东45°左右,倾向北西,倾角较陡70°～85°,局部近直立。11、15、17及21线剖面钻孔资料显示,在该破碎带的作用下,地层错位缺失,导致上侏罗统马架山组地层与三叠系下统大冶组及三叠系中—下统嘉陵江组地层直接接触,与马架山组接触的大冶组及嘉陵江组地层在破碎带的推覆挤压之下,多呈挤压透镜体形式残存,Ⅲ号主矿体群即赋存于大冶组及嘉陵江组挤压透镜体与岩体接触部位,11线及15线该特征尤其明显。说明F1破碎带是本区主要的控矿及容矿构造。该断裂带具有多期活动的特征,燕山早期石英正长闪长玢岩侵位时,断裂初步形成,断裂带内裹携部分围岩地层,经接触交代作用形成矽卡岩或矽卡岩体大理岩,岩浆期后高中温热液交代形成富铜金铁矿体,后期继承性活动,切割已形成的铜金铁矿体,并在断裂带边部形成粗糜棱岩,伴随有强烈的绿泥石化、碳酸盐化和弱的铜硫矿化。

断裂—侵入主接触构造(F2):分布于矿区东部,断裂—侵入主接触构造沿近东西向展布,北盘为中—下三叠统嘉陵江组碳酸盐岩变质而成的大理岩、白云石及白云质大理岩,南盘为燕山早期侵入的石英正长闪长玢岩。主接触面呈反“S”型,总体倾向北,倾角85°左右,局部转倾向南。断裂—侵入主接触构造带内发育构造角砾岩,有铜铁矿体分布,是鲤泥湖矿区重要的控矿及赋矿构造,该构造向西延伸至本区。

图1 许家咀矿区构造地质略图Fig.1 Geological sketch map of Xujiazhui ore district1.公安寨组;2.灵乡组;3.马架山组;4.蒲圻组;5.嘉陵江组第四段;6.嘉陵江组第三段;7.嘉陵江组第二段;8.嘉陵江组第一段;9.安山玢岩;10.闪长岩;11.石英闪长岩;12.石英正长闪长玢岩;13.玄武岩;14.铁矿;15.破碎带;16.推测地质界线;17.地层产状;18.推测断层;19.推测逆断层;20.推测隐伏背斜;21.勘探线及编号;22.普查区范围。

层间破碎带:各勘探线剖面大冶组及嘉陵江组碳酸盐岩地层中均有见及,是碳酸盐岩地层受岩体及褶皱、断裂作用在层间发育的一种构造形式,层间破碎带厚一般2～35 m,多被岩体及矿体充填。层间破碎带是Ⅲ号主矿体群的一种重要容矿构造。

1.3 岩浆岩

矿区岩浆岩为阳新复式侵入岩体西北端铜绿山石英正长闪长玢岩岩株体的一部分,地表无自然露头,全部被第四系覆盖,据钻孔揭露,主要岩石类型有石英正长闪长玢岩、石英闪长岩。

2 矿体地质

2.1 矿体特征

许家咀矿区共查明三个工业矿体群,由24个大小不等的矿体组成,其中工业矿体15个、低品位矿体9个。

Ⅰ号矿体群由Ⅰ1-Ⅰ9等9个小型矿体组成,均产于石英(正长)闪长玢岩体中(图2),主要受石英(正长)闪长玢岩及其内发育的裂隙带控制。矿体群总体走向为北西西—近东西,倾向北,倾角0°～26°,平均倾角为15°;矿体剖面形态以透镜状为主,次为薄板状,工程穿矿厚度1.07～18.30 m;主要矿石类型为铜矿石,次为钼矿石,少量铜钼矿石,各类矿石均为原生硫化矿石。

Ⅱ号矿体群由Ⅱ1-Ⅱ9等9个小型矿体组成,均产于马架山组火山角砾岩中,受马架山组地层及层间裂隙构造控制(图2)。矿体群总体走向为北西西—近东西,倾向北,倾角1°～37°,平均倾角为10°左右;矿体形态呈似层状、透镜状,工程穿矿厚度1.23～32.76 m;主要矿石类型为铁矿石,次为金矿石,铁矿石全部为氧化矿石,金为硫化矿石。

Ⅲ号矿体群为本区主要矿体群(图2、图3),由Ⅲ1-Ⅲ6等6个矿体组成,矿体群总体分布受北东向隐伏背斜及断裂接触构造带控制,矿体群总体走向延伸为北东70°～30°;捕虏体层间破碎带与断裂—侵入接触复合带为Ⅲ号矿体群的主要赋存部位,也是本矿区Ⅲ号矿体群连接对应的主要依据。矿体群倾向北西,倾角26°～75°;矿体群纵向上呈倒“W”字形,剖面矿体形态呈透镜状,工程穿矿厚度1.30～70.30 m;主要矿石类型为铜金铁矿石、铜铁矿石、铜金矿石、铜矿石,次为铁矿石、钼矿石,少量铜钼矿石、金矿石,各类矿石均为原生硫化矿石。

图2 许家咀矿区11线地质剖面图Fig.2 Geological profile of No.11 line in Xujiazhui ore district1.第四系;2.侏罗系上统马架山;3.三叠系中统蒲圻组;4.三叠系中—下统嘉陵江组;5.三叠系下统大冶组;6.石英正长闪长玢岩;7.矽卡岩;8.推测地质界线;9.推测断层;10.矿体;11.矿体号。

2.2 矿化分带与富集规律

2.2.1 矿化分带

从矿床垂向上看,上部为Ⅰ号矿体群:铜(钼)矿石带;中部为Ⅱ号矿体群:赤铁矿石带;下部为Ⅲ号主矿体群,以铜铁金(硫)为主,钼次之。矿化分带较清楚,基本分布规律从上至下,依次是Mo-Cu-Cu、Au、S-Cu、Fe、Au、S-Cu、Fe-Fe-Cu、Fe-Cu、S-Mo,即钼、铜多分布于矿体的边部,铁主要位于矿体的中间部位。

从矿床纵向上看,铜、金分带不明显,铁矿石的主要金属矿物组合与桃花嘴矿区有着明显的不同:桃花嘴矿区铁矿石主要金属矿物为菱铁矿,次为赤铁矿,磁铁矿较少,而许家咀矿区铁矿石中的金属矿物主要为磁铁矿,次为赤铁矿,菱铁矿较少,即从南到北,菱铁矿含量递减,磁铁矿含量递增。

图3 许家咀矿区Ⅲ号主矿体群垂直纵投影图Fig.3 Vertical projection section of Ⅲ main ore body group in Xujiazhui ore district1.Ⅲ1号矿体纵投影范围;2.Ⅲ2号矿体纵投影范围;3.Ⅲ3号矿体纵投影范围;4.钻孔及编号。

Ⅲ号主矿体群具有明显的分带特征,按不同围岩由内带至外带矿化分带为:石英正长闪长玢岩中矿(化)体——辉钼矿→黄铜矿、黄铁矿;矽卡岩中矿(化)体——黄铜矿、黄铁矿→磁(赤)铁矿、黄铜矿→黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、磁(赤)铁矿;大理岩中矿(化)体——磁(赤)铁矿→黄铜矿、辉铜矿。

2.2.2 矿化富集规律

铜:铜主要富集于以矽卡岩为含矿母岩的含铜磁铁矿矿石中,其次为大理岩中,岩浆岩中矿化强度较弱,以低品位铜矿石为主;一般富钙适度富镁、低硅的围岩利于铜矿富集,含矿围岩孔隙度较高及裂隙较发育有利于矿化富集;矿化强度与所在矿体中的部位有关,一般矿体中部最高,上部偏低,下部最低;富铜矿的形成与多次成矿作用关系密切。

金:金在原生矿石中与铜有着明显的正相关,相关系数为0.79;矿区内含铜的矿石皆含金,其中含金最高的是铜金铁矿石,平均为2.41 g/t,铁矿石含金甚微,一般为0.16～0.21 g/t左右;金在矿体中主要富集于中心部位,边部较贫,矿体上部金含量比下部高,愈往下愈贫。

铁:Ⅱ号矿体群的赤铁矿与地层有关,品位变化不大;Ⅲ号矿体群铁与矽卡岩有关,特别是与透辉石矽卡岩关系密切;铁在单独铁矿石类型中含量最高,纵向上17线铁矿石规模最大,品位富。

3 矿床成因及找矿标志

3.1 成矿控制因素

3.1.1 地层与成矿

区内三叠系下统大冶组第三、四岩性段及三叠系中—下统嘉陵江组第一、二岩性段的碳酸盐岩,该套地层质纯富钙,适量含镁,岩石的化学性质活泼,利于交代作用。同时,厚层状大理岩与薄层状大理岩呈互层状交替出现,受构造应力的作用易产生层间滑脱,形成雁状裂隙和层间破碎带,这些性质为矽卡岩的形成和矿液充填交代营造了良好的岩性条件。

侏罗系上统马架山组火山角砾岩及凝灰角砾岩富含铁质,在后期热液作用下,容易进一步富集成矿。

区内Ⅲ号主矿体群受三叠系下统大冶组第三、四岩性段及三叠系中—下统嘉陵江组第一、二岩性段的碳酸盐地层控制,离开大理岩残留体及其接触交代变质作用形成的矽卡岩,矿体迅速尖灭。Ⅱ号矿体群铁矿体受马架山组火山角砾岩及凝灰角砾岩控制。

3.1.2 构造与成矿

区内Ⅲ号主矿体群总体呈北东向分布,受燕山期北东向的叠加褶皱及断裂破碎带构造控制,主矿体呈透镜状随大理岩残留体及其断裂破碎带延伸。Ⅰ号矿体群受石英(正长)闪长玢岩体内裂隙带控制,产于石英(正长)闪长玢岩体内,呈薄板状、透镜状沿北西西—近东西向展布;Ⅱ号矿体群受马架山组地层层间破碎带控制,呈层状沿沉积地层分布。

3.1.3 岩浆岩与成矿

区内岩浆岩为燕山早期第三次侵入的铜绿山石英正长闪长玢岩体。岩性为石英正长闪长玢岩、石英闪长岩、石英(正长)闪长玢岩,具有富碱、低铁镁、高挥发分、含铜丰度较高的特征,是成矿有利的岩浆岩。岩体属中浅成被动侵位,浅剥蚀,有利于接触交代作用和成矿作用,其所形成的矿体大多得以保存。Ⅰ号矿体群直接产于石英(正长)闪长玢岩体内部,Ⅲ号主矿体群严格受岩体与三叠系碳酸盐岩类围岩的断裂—接触带控制,而接触带、矽卡岩及矿体的空间分布、形态、产状和规模明显受岩体的分布、形态等特征所制约。邻区同位素资料显示,成岩成矿在时间上具有密切联系,石英闪长岩同位素年龄为135-147 Ma,铜铁成矿年龄为145-115 Ma,表明了成矿作用紧随于岩浆岩成岩之后,即岩浆岩—矽卡岩—铁、钼、铜、金、硫矿化为一完整的连续成岩成矿演化过程。

3.2 矿床成因

(1) Ⅰ号矿体群产于石英正长闪长玢岩内,受岩体内裂隙带控制,成矿作用方式为热液成矿作用,与矿化有关的蚀变主要为钾化及硅化、碳酸盐化,其成因类型为斑岩型。根据化探原生晕研究成果,Ⅰ号矿体群对应的原生晕除Cu、Mo异常晕外,主要发育矿尾W异常晕,说明Ⅰ号矿体群斑岩型铜(钼)矿主体已被剥蚀。

(2) Ⅱ号矿体群的赤铁矿体,主要受侏罗系上统马架山组地层控制,矿石具有胶状及鲕状结构,角砾状构造,矿石类型简单,对应地质空间无化探原生晕异常显示,其成因为沉积—热液改造型。马架山组地层中的火山角砾岩及凝灰角砾岩为原始“矿源层”,经后期热液叠加改造,富集成矿。

(3) Ⅲ号矿体群产于石英正长闪长岩与三叠系下统大冶组及嘉陵江组碳酸盐岩接触带及其附近,受断裂—接触带控制,成矿作用方式以接触交代作用为主,矿石类型复杂,有用组分多,品位富,矿体围岩主要为大理岩及石榴透辉石矽卡岩,其成因类型为接触交代矽卡岩型。

根据矿石的结构构造、矿物共生组合、化探原生晕等特征,Ⅲ号矿体群矿化具多期成矿特点:早期以铁为主,中晚期以铜金(硫)为主,证据为①化探原生晕研究结果显示,Ⅲ号矿体群产出部位,除出现矿中晕Cu、Au、Ag、Mo、Fe外,还出现矿头元素As、Pb及矿尾元素Co、Zn、W,矿头与矿尾元素晕叠加,说明成矿具有多期性;②早期生成的磁铁矿,往往被稍晚的赤铁矿交代,保留磁铁矿假象;③矿石中存在大量黄铜矿呈细脉状交代沿裂隙充填交代磁赤铁矿现象;④单纯铁矿石中不含金,金与铜呈完全正相关关系。

3.3 找矿标志

地层:侏罗系上统马架山组,是沉积改造型铁矿的赋矿层及矿源层,三叠系下统大冶组及嘉陵江组碳酸盐岩是接触交代矽卡岩型铜铁金矿的有利围岩,是本区重要的找矿地层标志。

岩体:特别是石英正长闪长玢岩,既是斑岩型铜矿的赋矿地质体,也是接触交代矽卡岩型铜铁金矿体形成的必须条件之一。

接触带:本区碳酸盐岩与石英正长闪长玢岩的接触带是矿体的主要赋存部位,尤其是在有构造叠加时,因此,也是本区找矿的重要标志。

近矿围岩蚀变:主要有蒙脱石化、高岭石化、硅化、矽卡岩化、钾长石化等,尤其是矽卡岩化、硅化、蒙脱石化(高岭石化)叠加地段,多是矿体赋存部位。在深部,矽卡岩化的断续出现,蒙脱石化(高岭石化)及碳酸盐化增强,是找寻隐伏矿体的主要标志。

物探异常:在第四系覆盖或隐伏接触带分布区,根据物探异常可圈出接触带,在本区用磁法、电测深圈定接触带最为显著。利用磁法寻找磁性矿体常可获得较好效果。区内岩浆岩内的隐伏大理岩残留体、铜铁金矿体和矽卡岩是高密度地质体,而砂页岩、杂角砾岩和石英正长闪长玢岩为中密度地质体,岩石的密度差明显。铜金硫矿体及其赋存隐伏大理岩残留体的上方多出现相对重力高异常。铜金硫矿体主要赋存在大理岩残留体的层间破碎带及其与岩体的接触带附近。岩体内的重力高异常是寻找隐伏大理岩残留体最重要间接找矿标志。

化探异常:区内矿体具有叠瓦状分布的特征,单个矿体的原生晕分带特征明显,Cu、Au、Ag化学晕的范围大于矿体的分布范围,通过钻孔原生晕元素组合异常的特征,可以间接判断矿体的存在。主矿体附近的原生晕异常的规模大,连续性好,形态规则,浓度分带明显,叠瓦状矿体下部多叠加矿头晕的元素组合。根据基岩地球化学及钻孔原生晕空间分带特征,可利用深部Pb、As等前缘指示元素指示深部找矿潜力,可利用成矿元素Cu、Au、Mo等浓集中心延伸方向及圈闭特征指导已知矿体旁侧找矿。

4 找矿潜力分析

(1) Ⅱ号矿体群,受盆地边缘马架山组地层控制,矿区的西部及北部为断陷盆地,马架山组火山角砾岩及火山凝灰角砾岩发育厚度大,是寻找沉积改造型铁矿及热液型铜金矿的有利地段。

(2) 矿区东部,物探资料及钻孔揭露资料显示,浅部为三叠系中下统嘉陵江组大理岩及白云质大理岩,深部见石英正长闪长玢岩,成矿地质条件好,且该区是鲤泥湖近东西向主接触带控制的矿体的倾向延深部位,ZK1007孔在接触带见含铜黄铁矿矿石,虽然厚度只有30 cm,但铜含量较高,品位为2.49%,证实接触带含矿,该区是在主接触带寻找接触交代型铜铁金矿的有利区段。

(3) Ⅲ号主矿体群走向总体为北东向,局部转为北东东或北北东向,产状陡,给工程控制和追索增加了不少困难。Ⅲ号主矿体群沿走向及沿倾向绝大部分剖面的矿头和矿尾未完全控制。

(4) 物探重力及电测深剖面成果资料显示,矿区南东深部可能存在一个隐伏的大理岩捕虏体接触带,对应地段化探原生晕为前缘晕显示,该区深部也是下一步一个较好的找矿地段。