湖南衡阳盐田桥铜多金属矿床地质特征及成矿流体研究

2020-07-04李文博邵拥军刘忠法

中国金属通报 2020年4期

李文博，邵拥军，刘忠法

（1.中南大学地球科学与信息物理学院，湖南长沙 410012；2.有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室（中南大学），湖南长沙 410083；3.资源与地质灾害探查湖南省重点实验室，湖南长沙 410083）

盐田桥铜矿床大地构造位置位于扬子板块和华夏板块的结合部位上的南岭多金属成矿带北缘衡阳中生代陆相红层盆地内，目前为止，通过地质特征分析，物化探分析，地球化学研究，前人已在矿区开展一系列的研究工作（何友宇等，2016；何友宇等，2016；王宾海等，2017），但对矿床成矿机理及成矿流体的研究还缺乏进一步的研究。

本文在全面的搜集了本地区有关的地质资料的基础上，对该矿床的地质背景，矿区地质特征，进行了系统的归纳和总结，并借助于流体包裹体显微测温技术探讨了成矿流体的演化，为进一步的成矿机理研究提供了科学依据。

1 区域地质背景

盐田桥铜多金属矿位于湘南地区衡阳县境内，衡阳县城北东部，距县城48km，衡阳盆地北缘的茶恩寺铅锌多金属成矿区。区域性长寿--观音阁-双牌断裂带穿越矿区中部，沿此断裂往北，有南岳、白石峰燕山早期花岗岩体，往南有堰堪、龙秀桥、泉湖、鸡笼街等花岗岩体。该北东向隆起带区域构造活动强烈，地层缺失多，岩浆活动频繁，多期次构造岩浆活动为多金属元素富集成矿创造了良好的地质条件（图1）。矿区南部有白鹤铺铜钴矿床、龙秀桥铜矿床、谭子山重晶石铜矿床，北部有界牌高岭土矿床、马迹钠长石矿、马迹铅锌矿床、罗渡铜矿床。是近年来衡阳盆地找矿成果较显著的一条北东向成矿带（李福顺，2012）。

出露的地层由下至上，由老至新为中元古界冷家溪群第二段灰绿色板岩，白垩系戴家坪组紫红色砂岩，上覆第三系冲积，残坡积物，组分与所处的基岩岩性有关，厚度0m～10m。

区域内构造以断裂构造为主，褶皱构造不发育。区域内褶皱以小型褶曲为主，主要出露于断裂构造带附近。区域性长寿—衡阳—观音阁深大断裂通过本区，受该断裂控制，本区断裂构造以NE向断裂为主；福里庵-招兵山断裂（F1）为区域性—衡阳—观音阁深大断裂的一部分，分布于工作区中部福里庵—招兵山一带，斜穿整个工作区，长约500m，宽20m～100m不等，为一张扭性断裂构造。燕山早期以挤压为主，形成了北东向断裂，燕山中晚期以伸展为主，在伸展作用下，转变为正断层，控制盆地一侧的边界。

图1 衡阳地区区域构造图

2 矿区地质特征

盐田桥铜矿床位于湖南衡阳盆地北缘茶恩寺铅锌多金属成矿区，矿区出露地层为中元古界冷家溪群第二段的灰绿色砂质板岩；白垩系上统戴家坪组的紫红色砂岩，砂砾岩；上覆第四系沉积物，主要为冲积、坡积物。矿区主要构造发育北北东向（NNE）福里庵—招兵山断裂，F1断裂是铜、铁、铅、锌矿体的主要赋存空间，矿化围岩蚀变与成矿关系密切的主要有黄铁矿化、硅化、重晶石化、辉铜矿化（图2）。

矿区内褶皱及断裂构造发育。矿区内褶皱主要以小型褶曲为主，常见于断裂构造带附近；矿区内部构造带发育，但以北东向断裂构造发育规模最大，区域性长寿-衡阳-观音阁深大断裂经由衡阳盆地在此处形成的福里庵-招兵山断裂（F1断层）斜穿整个工作区，该断裂长约5000m，宽20m～100m不等，为一张扭性断裂构造。该断裂构造大部分沿山脊分布，构造带破碎发育，包含板岩砂岩及被石英胶结的铁硅质角砾，也可见少量重晶石，南东侧为板溪群泥质板岩，北西侧则为风化严重的白垩系砂岩；其中可见矿体被不同时代的角砾及石英细脉穿插胶结，表明了此构造活动的多期次的特点，为含矿热液的运移和储存提供了极为有利的条件（李香资等，2012）。

图2 盐田桥铜多金属矿床矿区地形构造图

3 矿体特征

盐田桥矿区Cu矿体严格受北东向构造，矿体呈脉状、透镜状，矿化品味中等，但矿化较连续，厚度大，且向深部有变好的趋势。矿区共圈定4个铜矿体，主要为Cul矿体，矿体赋存于F1硅化角砾岩带内，矿体控制长度为510m，矿体厚度2.03m～13.98m，平均厚度7.07m，矿体品位0.45%～2.57%，平均品位0.91%，矿化分布较均匀。在ZK7202局部共生有钨矿体，厚度0.99m，品味0.175%（图3）。基于野外观察的矿脉穿插关系及镜下矿物共生组合关系，本文作者将盐田桥铜矿与热液型铜矿的热液成矿作用分为三个阶段：即铁硅质-黄铁矿-黄铜矿阶段；石英-黄铁矿-黄铜矿阶段；石英-黄铜矿-方铅矿阶段。

图3 铜矿与热液型铜矿三阶段对比分析

盐田桥矿床矿石的工业类型主要为脉状铜矿石，脉状铁矿石，含铜石英脉矿石，含铁石英脉矿石，角砾岩型铜矿石、角砾岩型方铅矿石，主要矿石矿物为黄铜矿、黄铁矿、方铅矿，偶见磁铁矿、斑铜矿、方铅矿、镜铁矿；脉石矿物主要为石英，含少量长石、绿泥石、白云母、绢云母；次生矿物为褐铁矿、孔雀石等。矿石构造主要有浸染状构造、细脉状构造，角砾状构造以及网脉状构造。矿石结构主要有他形粒状结构和交代溶蚀结构。围岩蚀变主要有重晶石化，黄铁矿化和硅化。

4 样品及分析测试方法

本次研究所需的样品采于盐田桥铜多金属矿床矿体的地表露头和钻孔岩心，样品类型涵盖了三个阶段形成的矿物组合，笔者对采集的样品先选择代表性部位进行切片和包裹体片的制备，然后进行岩相学观察，再进行流体包裹体显微测温。

流体包裹体显微测温工作在中南大学地球科学与信息物理学院有色金属重点实验室流体包裹体实验室完成。测试所采用的仪器为Linkam THMSG 600型显微测温冷热台进行测温实验。仪器的测温范围为-196℃～600℃，仪器测试精度为0.1℃，样品XY轴向移动距离16mm，加热面积22mm2，加热速率0.01℃/mi～130℃/min，冷冻速率0.01℃/min～100℃/min，配备图像采集系统可以实时记录包裹体的相变过程，准确记录均一化温度和冰点温度。

5 测试结果

本次研究主要对不同成矿阶段的热液矿物中的原生流体包裹体进行显微测温分析，采用冷冻和加热两种常用的方法分别测定了包裹体的均一温度，冰的最后熔化温度，铁硅质-黄铁矿-黄铜矿阶段铁硅质中气液两相流体包裹体均一温度范围在288.1℃～354.1℃，平均温度319.3℃，冰的最终熔化温度为-11.5℃～-9.3℃，计算得到的盐度为13.22%NaCleq～ 15.55%NaCleq（平均盐度 14.12%NaCleq）；石英-黄铁矿-黄铜矿阶段石英中，气液两相的流体包裹体均一温度范围为218℃～289℃，主要集中于240℃～280℃，平均温度263.5℃，冰的最终熔化温度为-8℃～-5.8℃，计算得到的盐度数据为8.27%NaCleq～12.07%NaCleq（平均含量10.1%NaCleq）；石英-黄铜矿-方铅矿阶段石英中气液两相流体包裹体的均一温度范围为158.1℃～251.6℃，平均温度209.2℃，冰的最终熔化温度为-4.9℃～1.9℃，计算得到的盐度数据为3.21%NaCleq～7.01%NaCleq（平均盐度5.36%NaCleq）。

6 成矿流体分析

综合三个阶段的流体包裹体特征可以得出，盐田桥铜多金属矿床的成矿流体演化特征主要为，随着成矿阶段的进行，流体温度、盐度逐渐降低，表明成矿流体可能发生了自然冷却或者大气降水的混入，进而发生了成矿物质的沉淀成矿。

结合地质特征和本次研究，盐田桥铜多金属矿的成矿流体演化可以看出，成矿流体不仅受到流体自身影响，还会受到矿床区域内的地质特征及大地构造环境影响。在成矿作用的早期，成矿流体对原始地层的灰绿色板岩进行交代蚀变，形成大量的铁硅质岩，局部铁元素富集区可见浸染状或粒状，随着交代作用的进行，流体的温度不断降低，当温度降到319.3℃左右时，此时NaCl浓度为13.22%～15.55%流体的交代作用也基本完成，标志着早期成矿作用的开始。

在早期成矿作用开始后，由于断裂构造的发生，岩石间的裂隙为流体的运移提供了空间，成矿流体沿裂隙上涌，这时成矿流体的温度处于218℃～289℃，且NaCl浓度可达8.27%～12.07%，随着温度的降低，成矿流体逐渐冷却，充填胶结在岩石裂隙中。

在成矿作用的晚期，随着成矿流体的不断运移，与外部围岩发生水岩反应，同时由于外部大气降水的混合作用，使成矿流体温度盐度进一步降低，温度降至158.1℃～251.6℃，盐度降至3.21%NaCleq～7.01%NaCleq，流体演变为中低温—低盐度流体。

根据本文对流体包裹体的类型，成矿流体，结合控矿构造的研究结果，该地区丰富的岩浆活动，广泛的成矿作用与矿床地质特征，认为喜山期发生大规模活动的北东向断裂是此矿区的控矿因素（陈旭等，2016），盐田桥铜多金属矿床的形成与喜山期活动的岩浆热液有关。这些岩浆流体加上后期的大气降水，为成矿物质的运移和沉淀提供了良好的基础（李永胜等，2017；陈平波等，2018；朱成生等，2019）。