栾川县大清沟铁铜矿床地质特征及成矿模式探讨

刘燕青，梁新辉，程蓓雷，黄 岚，常嘉毅，毛 宁

(1. 河南省地质矿产勘查开发局 第一地质矿产调查院，河南 洛阳 471023；2. 河南省金银多金属成矿系列与深部预测重点实验室，河南 洛阳 471023)

栾川县大清沟铁铜矿床位于河南省栾川县大清沟乡，地理坐标位于东经111°40′、北纬33°55′。研究区地处华北地台南缘，结晶基底为新太古界角闪岩相的区域变质岩系，地层时限2.6～2.9 Ga[1-2]。在这套古老的地层中，已经发现了安徽霍邱铁矿、鲁东昌邑铁矿、辽宁抚顺小莱河铁矿、河南舞阳铁山庙铁矿等众多的大型BIF型铁矿床[3-6]，豫西小秦岭—熊耳山—外方山地区的结晶基底—太华群，已经探明一大批大中型金、钼、铜、铅、锌矿床[7-8]，该地层同样具有寻找BIF型铁矿床的条件，前人也对豫西太华群内铁矿床开展过一些研究[9-10]，但公开发表资料较少，通过对栾川县大清沟铁铜矿床地质特征及成矿模式探讨，以期为区域铁、铜矿床勘查找矿工作提供一定的参考。

1 区域地质背景

华北地台南缘出露地层自下而上主要分为四层：新太古界—早元古界太华群区域变质岩系；元古界古宽坪群海底火山—沉积建造；熊耳群浅变质火山岩建造、官道口群、栾川群和陶湾群滨浅海相沉积建造；中新生代碎屑沉积建造。其中太华群区域变质岩构成区域的结晶基底，熊耳群火山岩覆盖其上并广泛分布于豫西地区，滨浅海相沉积岩发育于洛南栾川沿线，而中新生代沉积岩多分布于断陷盆地内(图1)。

图1 区域地质矿产简图(根据参考文献[1]改编)Fig.1 Schematic diagram of regional geological minerals (adapted from reference[1])1—(Q-N)第四系—新近系；2—(K2-E)上白垩统一古近系；3—(K1)早白垩世火山碎屑岩；4—(J3-K1)秦岭型上侏罗统—下白垩统；5—(Pz2)华北型石炭系—二叠系；6—(Pz1)华北型寒武系或寒武系—奧陶系；7—(Z1T)震旦系陶湾群；8—(Pt3l)新元古界栾川群；9—(Pt2-3)华北型中新元古界；10—(Pt2G)中元古界官道口群；11—(Pt2x)中元古界熊耳群；12—(Pt2K)古元古界宽坪群；13—(AR) 新太古界—早元古界；14—早白垩世太山庙A型花岗岩；15—S型花岗岩；16—新元古代花岗岩；17—中元古代花岗岩；18—古元古代花岗岩；19—断层；20—拆离断层；21—高角度正断层；22—推覆体的逆冲断层；23—角度不整合界线；24—金矿床；25—钼矿床；26—铅锌矿床；27—银铅锌多金属矿床；28—铁矿床

区域经太古代至今长期的构造演化，地质构造组合复杂多样，总体构造格局由南北两条反向逆冲推覆带组成：一是位于南缘的洛南栾川推覆带，及北秦岭造山带，发育自北向南推覆的一系列近东西向逆冲断层；二是位于北缘的三门峡宝丰逆冲推覆带，表现为一系列近东西向和北西向的自南向北推覆的逆冲推覆构造[11]。区域性大断裂主要为北侧的三门峡—宝丰断裂、南侧的洛南—栾川断裂(黑沟断裂)、马超营断裂，另外其间发育着一系列北东向、北西向及近东西向的次一级断裂。区域内岩浆活动频繁：太古代主要形成铁镁质中基性火山岩，经区域变质作用，构成该区结晶基底太华群；元古代岩浆活动形成本区安山岩盖层，另外还有一些辉绿辉长岩脉、闪长岩脉等；中生代燕山期形成区域大的岩基包括花山、五丈山、合峪、太山庙等岩体，还有南泥湖、上房沟等小的斑岩体。燕山期岩浆侵入同该区金—银—铜—铅—锌—钼多金属矿化以及萤石、重晶石等非金属矿化具有密切的关系。

2 矿区地质特征

区内出露地层为太古界太华群变质岩系(主要岩性为黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩和含磁铁绢云石英片岩)，中元古界熊耳群许山组(主要岩性为大斑安山岩、玄武安山岩)、鸡蛋坪组(主要岩性为中酸性的英安斑岩、流纹斑岩)，中元古界官道口群龙家园组(主要岩性为碳酸盐岩)及第四系[12]，详见图2。

图2 矿区地质简图Fig.2 Geological map of the mining area1—(Pt2l)官道口群龙家园组碳酸盐岩类；2—(Pt2j)熊耳群鸡蛋坪组流纹岩类；3—(Pt2x)熊耳群鸡蛋坪组安山岩类；4—(Arth)太古界太华群变质岩系；5—地层产状；6—地层界线；7—不整合界线；8—燕山期闪长岩脉；9—加里东期碱性花岗岩体；10—太古代混合花岗岩；11—断裂带(束)编号；12—断层及产状；13—绢云石英片岩带；14—铁矿体及编号；15—铜矿体及编号

区内构造以断裂为主，褶皱主要为小规模的开阔背斜，造成地层产状的变化。区内断裂构造发育，主要为北西向、近东西向，次为北东向和南北向。区内断裂构造发育有两种形式，一种以单条断裂为主，有明显的构造面，构造带宽度较小，带内多充填碎裂岩等，如F1、F3、F9；另一种以断裂束为主，构造带分支复合比较发育，断裂束内无主次之分，构造面不发育，带内主要为绢云石英片岩和绢云石英岩，如F12、F23。

区内岩浆活动比较频繁，岩体规模大小不一。主要有太古代混合花岗岩、加里东期碱性花岗岩体及燕山期闪长岩脉等。混合花岗岩主要分布在北东部、南西部以及中部太华群片麻岩中，区域出露面积较大，推测为太古代强混合岩化作用(岩浆重熔交代)的产物；加里东期碱性花岗岩体主要分布于矿区东南角，岩体较大，为后期侵入于混合花岗岩体中，与混合花岗岩体界线清晰。另外，太华岩群基底变质岩中遍布碱性花岗伟晶岩细脉；燕山期闪长岩主要以小岩脉的形式出露于地表。

3 矿体特征

区内铁、铜矿体较多，类型比较复杂，按矿种及赋矿围岩的不同，分为以下四类：安山岩内铁矿体、片麻岩(混合花岗岩)内铁矿体、绢云石英片岩带内铁矿体、绢云石英片岩带内铜矿体。

3.1 安山岩内铁矿体

此类矿体以F1、F3为主，受北西向构造带控制，呈北西向展布。以F1矿体为例，呈似层状、透镜状、脉状产出，局部有分支复合现象(图3)。矿体长约1 400 m，厚度0.93～6.91 m，平均3.71 m。总体走向205°～225°，倾向北东，倾角45°～75°，平均64°。TFe品位15.33%～50.60%，TFe平均品位32.98%，变化系数31.92%。矿石类型属镜铁矿石。矿石主要金属矿物为镜铁矿，磁铁矿、赤铁矿，褐铁矿较少，脉石矿物主要为石英，磁铁矿呈它形粒状分布于石英等边部，镜铁矿呈铁灰色，片状定向分布于矿石中。铁矿石中伴生组分含量均很低，无法综合回收利用。顶板围岩主要为硅化绢云母化杏仁状变安山岩，底板主要为绿泥石化杏仁状变安山岩、安山玢岩等，近矿围岩蚀变强烈，蚀变带宽度1.5～34 m不等，主要蚀变为绢云母化、绿泥石化、绿帘石化等，蚀变强度近矿则强，远离则逐渐减弱。

3.2 片麻岩(混合花岗岩)内铁矿体

此类矿体以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为主，其中Ⅱ矿体围岩为混合花岗岩，其它矿体围岩为片麻岩。

图3 F1、F3矿体剖面示意图Fig.3 Schematic diagram of the F1 and F3 ore bodies1—熊耳群许山组安山岩类；2—矿体及编号；3—蚀变范围；4—探槽；5—采坑；6—坑道；7—钻孔

以Ⅰ矿体为例，呈似层状、条带状、脉状产出(图4)。矿体产状同赋矿围岩片麻岩的片麻理产状一致，倾向355°～9°，倾角50°～76°。矿体长810 m，沿倾向最大控制斜深81 m。矿体厚度1.51～3.27 m，平均厚度1.70 m；矿石品位TFe 21.13%～37.13%，平均品位27.62%。矿石类型属需选弱磁性铁矿石。矿石金属矿物为磁铁矿，少量赤铁矿，微量的黄铁矿及褐铁矿；脉石矿物主要为角闪石、斜长石、石英、黑云母等，含少量磷灰石、绿帘石等。磁铁矿呈黑灰色，局部表面氧化成赤铁矿，自形-它形粒状，一般为0.5～1.0 mm，分布不均匀，呈条纹条带状、团块状、星点状分布。矿体与围岩接触关系为渐变接触，无明显的蚀变现象。

图4 Ⅰ和K6矿体剖面示意图Fig.4 Schematic diagram of the I and K6 ore bodies1—太华群片麻岩类；2—矿体及编号；3—绢云石英片岩带范围；4—探槽；5—坑道；6—钻孔

以Ⅱ矿体为例，呈似层状、脉状产出。矿体产状同赋矿围岩混合花岗岩内残余的片麻理产状一致，倾向20°～58°，倾角58°～66°。矿体长1 235 m，沿倾向控制斜深135 m。矿体厚度1.51～15.03 m，中部和东段厚度小，沿走向向西厚度逐渐增大，并具膨大缩小的特点，平均厚度8.83 m。矿石品位TFe 18.44%～27.96%，平均品位18.73%。矿石类型属需选弱磁性铁矿石。矿石金属矿物为磁铁矿及少量褐铁矿，脉石矿物主要为石英、绢云母、钠铁闪石、钠长石等。矿体与围岩接触关系多为渐变接触，局部突变接触，围岩无明显的蚀变现象。

3.3 绢云石英片岩带内铁矿体

此类矿体以K1、K6为主，受北西西向绢云石英片岩带控制，呈北西西向展布。以K6矿体为例，赋存于北西西向的绢云石英片岩带(编号F23)中，呈似层状、透镜状、脉状产出，局部有分支复合现象(图4)。矿体长1 591 m，厚度1.00～6.48 m，平均厚度3.03 m；总体走向280°～300°，倾向北东，倾角45°～54°，平均48°；矿石品位TFe 19.04%～42.78%，平均品位35.84%，主要矿化以磁铁矿化为主，磁铁矿呈团块状及浸染状。矿石类型属需选磁性铁矿石。金属矿物主要为磁铁矿，次为褐铁矿、赤铁矿、镜铁矿、微量菱铁矿、钛铁矿、硬锰矿等。脉石矿物主要有石英、绢云母、斜长石、方解石，次为白云石、绿泥石，微量矿物为白云母、褐帘石、磷灰石、锆石、电气石等。按相对含量金属矿物约占20%～40%，脉石矿物约占60%～75%。矿体与围岩渐变接触，矿与非矿依靠化验结果确定。

3.4 绢云石英片岩带内铜矿体

此类矿体以K01、K9铜为主，受北西西向绢云石英片岩带控制，呈北西西向展布。以K01铜矿体为例，赋存于北西西向的绢云石英片岩带(编号F12)中，与北侧K1铁矿体近似平行相邻产出，K01两侧分布着K01S等众多小矿体。矿体呈似层状、透镜状、脉状产出，局部有分支复合现象(图5)。矿体长约1 140 m，总体走向280°～300°，倾向北东，倾向16°～45°，平均30°；倾角43°～70°，平均57°。矿体厚度0.11～6.31 m，平均厚度2.62 m。矿石Cu品位0.29%～3.84%，平均品位1.69%；Co品位0～0.71%，平均品位0.002%。矿石类型属黄铁—黄铜硅化碎裂岩型矿石。金属矿物主要为黄铜矿、黄铁矿、硫钴矿、磁铁矿，含少量褐铁矿、赤铁矿、闪锌矿、方铅矿、斑铜矿等。地表黄铜矿氧化为铜蓝、孔雀石等。脉石矿物主要以石英、菱铁矿、白云母为主，含少量白云石、方解石、高岭石、绿泥石，可见微量磷灰石、电气石、锆石等，相对含量金属矿物占1%～5%，脉石矿物约占95%以上。铜矿围岩主要为绢云石英片岩、绢云绿泥石英片岩、绢英岩，局部为闪长岩。顶底板围岩一般为同一种岩性，矿体与围岩为渐变接触，矿与非矿依靠化验结果确定，近矿围岩蚀变强烈，常伴有绿泥石化、绿帘石化、黄铁绢英岩化、孔雀石化等。钻孔揭露矿体附近普遍存在闪长岩，与铜矿化是否有直接的联系尚不可知，但闪长岩的侵入同铜矿化的密切关系已被大多数学者认可。

图5 K01、K01S矿体剖面示意图Fig.5 Schematic diagram of K01 and K01S ore body1—太华群片麻岩类；2—铜矿体及编号；3—绢云石英片岩带范围；4—探槽；5—坑道；6—钻孔

4 矿床成因类型探讨

前文根据矿种及赋矿围岩的不同，将区内矿体分为安山岩内铁矿体、片麻岩(混合花岗岩)内铁矿体、绢云石英片岩带内铁矿体、绢云石英片岩带内铜矿体四类。总体上，绢云石英片岩带内铁矿体品位富于片麻岩(混合花岗岩)内铁矿体，二者金属矿物主要为磁铁矿，安山岩内铁矿体品位总体介于前二者之间，金属矿物以镜铁为主。分析认为，区内存在矿体成因类型总结为以下四类：

1)片麻岩(混合花岗岩)内铁矿体，如Ⅰ、Ⅱ矿体，产于太古界片麻岩或混合花岗岩中，矿体呈层状、似层状产出，受地层控制，产状与片麻理产状一致，金属矿物主要为磁铁矿，次为赤铁矿，矿石多为贫矿，富矿均产在贫矿体中，属较典型的原生沉积变质(条带状含铁建造)铁矿床。

2)绢云石英片岩带内铁矿体，如K1、K6矿体，该类铁矿赋存于绢云石英片岩带中，矿体呈似层状、脉状产出，受绢云石英片岩带控制，产状一致，矿体在平面上和剖面上有分支复合现象，金属矿物主要为磁铁矿，次为褐铁矿、赤铁矿、镜铁矿、微量菱铁矿、钛铁矿、硬锰矿等，围岩热液蚀变迹象明显，属含铁建造—热液改造型铁矿床。

3)安山岩内铁矿体，如F1、F3等，产于安山岩地层中，呈似层状、透镜状、脉状产出，矿体严格受断层控制，产状同断层产状一致，矿石主要金属矿物为镜铁矿，脉石矿物主要为石英，顶板围岩蚀变强烈，主要为绢云母化、绿泥石化、绿帘石化等，属火山沉积含铁建造—热液改造型铁矿床。

4)绢云石英片岩带内铜矿体，如K01铜矿体，矿体呈透镜状、脉状产出，矿体严格受绢云石英片岩带控制，金属矿物主要为黄铜矿、黄铁矿、硫钴矿、磁铁矿，脉石矿物主要以石英、菱铁矿、白云母为主，矿体与围岩为渐变接触，近矿围岩蚀变强烈，常伴有绿泥石化、绿帘石化，属典型的热液脉状铜矿床。

5 矿床成矿模式

根据矿床成因类型的分析，初步建立了矿床成矿模式(图6)：原生沉积的铁质在太古代经变质重结晶作用发生富集，形成太华群片麻岩含铁建造基底，局部铁质富集成矿形成原生沉积变质铁矿床；古远古晚期岩浆热液形成强烈的混合岩化作用[13]，热液上侵过程中发生交代作用，在片理化片麻岩附近富集成矿，形成含铁建造—热液改造型铁矿床，同时形成了片麻岩内广泛分布的绢云石英片岩带；中生代在区域性的挤压构造环境下，花岗质岩浆沿盆地边缘断裂快速侵位，含铁质的太华群岩石重熔作用沿断裂上侵，铁质发生富集并在火山岩盖层的有利部位冷却形成火山沉积含铁建造—热液改造型铁矿，同时太华群中的磁铁矿随着重熔氧化为镜铁矿；而偏基性的花岗质岩浆沿绢云石英片岩带附近上侵，形成闪长岩脉的同时形成热液脉状铜矿床。

图6 成矿模式图Fig.6 Diagram of metallogenic model

6 结论

1)大清沟铁铜矿位于华北地台南缘，基底为太古界太华群变质岩系，盖层为中元古界熊耳群安山岩、官道口群碳酸盐岩，区内北西西向构造发育，岩浆活动比较频繁；矿体多呈脉状、似层状、透镜状分布，矿体严格受北西西向断裂或片理化带的控制；产于片麻岩内矿体金属矿物主要为磁铁矿，产于安山岩内矿体金属矿物主要为镜铁矿，铜矿体金属矿物主要为黄铜矿；铁矿平均品位由贫到富依次为：原生沉积变质型、火山沉积含铁建造—热液改造型、含铁建造—热液改造型铁矿床。

2)矿床成矿模式：原生沉积的铁质形成了太华群片麻岩含铁建造基底，局部富集成矿形成原生沉积变质铁矿床；古远古晚期岩浆热液交代，在片理化带内富集形成含铁建造—热液改造型铁矿床；中生代花岗质岩浆沿断裂上侵进入火山岩盖层形成火山沉积含铁建造—热液改造型铁矿，在绢云石英片岩带附近形成闪长岩脉的同时形成热液脉状铜矿床。

3)存在的问题：一个是绢云石英片岩带是否形成于古远古晚期的热液活动尚需进一步证实，二是区内铜矿的形成是否与闪长岩脉的侵入有直接的关系。