湖北大冶市铜绿山铜铁矿地质特征及矿床成因

邵 显

(中国有色集团大冶有色金属集团控股有限公司铜绿山矿，湖北 黄石435005)

铜绿山矿床位于鄂东铁铜成矿带鄂东铁铜金成矿区的中部。该区处于淮阳地块与江南地块(幕阜山-九岭地体)之间的下扬子拗陷带鄂东断褶带内，北西侧以NW向桐柏-黄陂断裂与淮阳地块相邻，东南侧以NEE向江南地块北缘断裂(江南古断裂)与江南地块相隔，东以NNE向郯庐断裂为界，呈西宽东窄之楔状地质体。

1 矿区地质概况

矿床位于阳新复式岩体西北端，铜绿山花岗闪长斑岩体的中部。矿区地层较简单，主要为下三叠统大冶组碳酸盐岩，岩浆岩主要为花岗闪长斑岩，矿区构造非常复杂，褶皱和断裂构造均较发育。

1.1 矿区地层

矿区内地层在岩体内呈残留状态，主要有呈隐伏状的三叠系下统大冶组、三叠系中下统嘉陵江组、白垩系下统大寺组。与成矿关系密切的为大冶组、嘉陵江组碳酸盐岩地层。

(1)三叠系下统大冶组(T1d)：为一套海相连续沉积的以碳酸盐岩为主的岩石，在大冶地区总厚度为235m～910m，分为4个岩性段。矿区内仅见第三至第四岩性段，呈隐伏状分布。大冶组第三岩性段(T1d3)：分布于矿区的南北两侧-460m标高以下，厚度大于220m。自下而上岩性为矽卡岩化条带状含白云质大理岩、条带状大理岩、大理岩及含白云质大理岩；大冶组第四岩性段(T1d4)：主要位于矿区南部和中部，厚度83m～107m。自下而上岩性为厚层大理岩、中厚层大理岩夹含白云质大理岩、含灰质白云石大理岩。

(2)三叠系中-下统嘉陵江组(T1-2j)：为一套滨海相及泻湖相连续沉积的以碳酸盐岩为主的岩石，分为3个岩性段，矿区内分布较广泛。嘉陵江组第一岩性段(T1-2j1)：位于-125m标高左右，自下而上岩性为含灰质白云石大理岩、灰质白云石大理岩及白云质大理岩，厚度约250m；嘉陵江组第二岩性段(T1-2j2)：自下而上岩性为角砾状大理岩、黑白相间条带状含白云质大理岩、灰质白云石大理岩夹含白云质大理岩、大理岩，厚度约为220m；嘉陵江组第三岩性段(T1-2j3)：自下而上为白云质大理岩、角砾状灰质白云石大理岩、角砾状白云质大理岩、灰质白云石大理岩，厚度约为330m。

(3)白垩系下统大寺组(K1d)：零星分布在矿区西部，其岩性为流纹质凝灰角砾熔岩、凝灰岩，覆盖于岩体之上。

1.2 构造

铜绿山矿床主矿带(矿体)呈北北东向展布，矿区构造非常特殊。矿区褶皱和断裂构造主要为北北东向、北西向-北北西向、北东向。控制岩体与矿体分布的构造主要为印支-燕山期形成的北西西向和北北东向构造。

1.2.1 褶皱构造

矿区褶皱构造比较复杂，燕山期形成北北东向褶皱横跨于印支期形成北西西向褶皱之上。由矿区残留地层可恢复这些褶皱构造的大致轮廓。

(1)北西西向褶皱：印支期形成的北西西向褶皱是矿床的基础构造，现存构造形迹因遭受燕山期构造-岩浆作用的破坏而不完整。

(2)北北东向褶皱：主要为柯家山-仙人座横跨背斜，是燕山期叠置在北西西向构造上的北北东向构造。其构造形迹因遭受燕山期构造-岩浆作用的破坏而残缺不全。该背斜构造由南至北纵贯矿区，轴线方向22°，向北北东倾伏。受北西西向构造牵制，背斜轴线蜿蜒起伏，两翼产状变化较大。

图1 湖北大冶铜绿山铜铁矿地质图

1.2.2 断裂-接触带构造

以北北东向和北西西向为主，次为北西向和北东东-北东向。

(1)北北东向向断裂-接触带构造：发育于花岗闪长斑岩与大理岩北北东向接触部位，为断裂与接触带构造叠加复合而成，具多期活动特征。北北东向断裂-接触带构造是该区的主要控矿构造，主要控制Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ号等矿体(图1)。

(2)北西西向断裂-接触带构造：地表可见数条规模较小的北西西向断裂，且矿区许多钻孔中见有隐伏北西西向钠长斑岩脉，这些钠长斑岩脉也间接表明矿区北西西向断裂非常发育，并表现为高角度密集断裂。

(3)北西向断裂构造：矿区的北西向断裂可能是北西西向断裂派生或变形的产物，以F61断裂为代表(图1)。F61断裂出露于Ⅰ号矿体北端，长约500m。断裂面舒缓波状，陡倾斜，倾向北东，断面光滑且水平擦痕发育。

(4)北东向断裂：主要是指控制北东向矿带的断裂，沿北东方向断续出露的Ⅹ号、Ⅺ号、Ⅷ号、Ⅶ号和Ⅸ号矿体似乎指示了该断裂的存在。

(5)缓倾斜接触带构造：缓倾斜接触带构造可能是被忽略的控矿构造。矿区似乎存在缓倾斜接触带构造，在一些勘探线地质剖面上，可以见到大理岩与花岗闪长斑岩呈互“层”状，两者间的接触带构造产状平缓，沿接触带构造应有缓倾斜矿体产出。

1.3 侵入岩

矿区侵入岩主要为铜绿山花岗闪长斑岩体[2～3]。岩体为一向南超覆向南东倾斜的偏心半蘑菇状岩株体，形成于燕山早期(表1)，出露面积约11km2。岩体北缘接触带产状很陡，倾角一般90°左右，南缘接触带浅部产状较陡，深部向南倾，倾角缓。柯家山至马叫一带岩体呈岩被超覆于大理岩之上。西北缘鸡冠嘴一带，浅部岩体呈岩枝状侵入大冶群及中-上三叠统蒲圻群，并为燕山晚期第一次侵入的细粒闪长岩切穿，深部岩体产状向东倾，倾角中等，至柯西太岩体产状急剧变陡。岩体东缘在刘家至石头咀一线，与阳新复式岩体石英正长闪长岩接触。岩石类型主要为中-中浅成相花岗闪长斑岩、斜长石岩等，接触带附近的岩石常蚀变为斜长石化花岗闪长斑岩、钠长斑岩。

表1 铜绿山岩体同位素年龄

表2 铜绿山岩体岩石化学成分(wt%)

铜绿山岩体岩石化学特征见表2[6]。与同类岩石相比，铜绿山岩体花岗闪长斑岩具有高硅、低铁镁、富碱特征。

2 矿床地质特征

2.1 矿体

铜绿山矿床已发现的12条大小不等的矿体(群)构成三大矿带。Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅺ和Ⅻ号这7条矿体构成了北北东向矿带，长2100m，宽约300m～350m，以Ⅲ号矿体为中心的富矿带为特征，此系本区的主矿带。Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ和Ⅹ号矿体构成了北东向矿带，长约1850m，宽约100m，以矿体规模较小分布不连续为最大特征。第三个矿带由Ⅱ号矿体及4线～6线间的小矿体所组成。12条矿体体特征见表3，其中Ⅰ号、Ⅲ号、Ⅳ号和Ⅺ号矿体规模较大(图2)，占了矿床总储量80%。

表3 主要矿体规模、形态及产状

矿石中的矿物成分多达130余种，其中常见的只有20余种。金属矿物50余种，占39%，脉石矿物80多种，占61%。含铜的矿物有黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿等，以黄铜矿为主。含钼的矿物主要为辉钼矿。金主要为自然金、金银矿和银金矿。含钴的矿物主要为硫钴矿等。

铜绿山矿床矿石类型分为矿石矿物和脉石矿物。其中矿石矿物主要由黄铜矿、黄铁矿、斑铜矿、磁铁矿、赤铁矿、孔雀石、褐铁矿及少量的辉铜矿、辉钼矿、白铁矿、磁黄铁矿、针铁矿、蓝铜矿、赤铜矿、菱铁矿、自然铜、铜蓝等矿物组成；脉石矿物主要由方解石、白云石、石英、玉髓、透辉石、次透辉石、钙铝榴石、铁铝榴石、金云母、绿泥石、绿帘石、斜长石、高岭土及少量的石榴子石、硅灰石、蛇纹石、方柱石、透闪石、阳起石、绢云母、黑云母、石膏等矿物组成。

矿石构造有浸染状、块状、细脉状、细脉-浸染状、角砾状等。矽卡岩型矿石以块状为主，浸染状次之。结构以粒状变晶结构、交代残余结构和压碎结构为主。

图2 湖北大冶铜绿山铜铁矿4线剖面图

2.2 矿体围岩蚀变及找矿标志

矿床具有明显的蚀变分带[4]，不同成矿阶段，不同矿种，其围岩蚀变种类及强度有所不同。大理岩主要发生硅化、透辉石化、金云母化；矽卡岩、斜长石岩主要发生硅化、钠长石化、绿帘石化、碳酸岩化，钾长石化，偶见高岭土化、蒙脱石化；火成岩主要发生透辉石化、绿帘石化、碳酸岩化，硅化，钾长石化，偶见高岭土化、蒙脱石化。

区内存在较明显的找矿标志，常见的找矿标志有铁帽、近矿围岩蚀变、接触带等。铁帽可作为找矿的直接标志，主要是由矿体或近矿蚀变带经氧化淋滤作用，金属硫化物被氧化迁移，保留的褐铁矿、褐铁矿化磁铁矿及少量的孔雀石暴露地表形成；近矿围岩蚀变主要有蒙脱石化、高岭土化、硅化、矽卡岩化、钾长石化等，尤其是矽卡岩化、硅化、蒙脱石化、高岭土化叠加地段，多是矿体赋存部位。在深部，矽卡岩化的断续出现，蒙脱石化、高岭土化及碳酸盐化增强，是找寻隐伏矿体的主要标志；区内碳酸盐岩与花岗闪长斑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，接触带也是本区找矿的重要标志。

3 矿床地球化学特征

3.1 硫同位素

铜绿山矿床的δ34S(‰)值为-4.9～15.2，变化较大。硫同位素组成可分成3类：重硫，即硫酸盐硫，δ34S(‰)为13.2～15.2；以陨石硫为主的幔壳混合硫，δ34S(‰)一般为-2～+7；与生物作用有关的轻硫，δ34S(‰)一般为-5～-4。铜绿山矿床中的硫同位素组成特征与鄂东成矿区中的丰山矿田、城门山矿田基本一致[5]，表现出多种类型的硫共存的特点。

3.2 铅同位素

(1)铜绿山矿床侵入岩、各类型矿石铅同位素组成206Pb/204Pb为17.9719～18.3180，207Pb/204Pb为15.5670～15.6371，208Pb/204Pb为38.3978～38.6674，变化较大，说明放射性成因铅含量较高。

(2)铅同位素组成结构模式图表明，矿石与岩浆岩铅同位素样品均投影在地幔铅演化线与造山带铅演化线之间，大多数靠近造山带铅演化线，说明矿石及岩浆岩铅的演化与地幔和造山作用有关，属壳幔混源铅。

(3)矿田铅同位素φ值年龄变化较大，为93～367Ma，与中生代时限相符。

3.3 氢、氧同位素

铜绿山矿床氢、氧同位素组成表明其样品多投点于地热水区域，少数样品投点于岩浆热液区。这表明成矿热液以大气水为主，有岩浆热液混入。氢、氧同位素组成变化大，既有大气降水，也有岩浆水，可能还有建造水，表明热液水具有多源性的特点。

3.4 成矿构造环境判别

铜绿山花岗闪长斑岩的Rb-(Y+Nb)和Rb-(Yb+Ta)图解(Pearce，1984)表明，样品投影点均落在火山弧花岗岩区域，说明铜绿山花岗闪长斑岩体的形成与板块俯冲作用有关。

4 矿床成因分析

矿床地质地球化学特征硫、铅同位素和稀土元素特征表明，成矿物质既来自上地幔或下地壳，也来自上地壳或含矿建造。氢、氧同位素特征表明，成矿热液水具多源特征，主要来自大气水，有岩浆水混入，成矿具多期次、多物源、多类型等特点，不同成矿作用形成不同类型矿床(矿体)，不同矿床类型是同一成矿流体在不同演化阶段的产物。

印支期构造运动为成矿作用的发生提供了基础必备条件，印支期形成北西西向叠瓦状断层及派生的北西向断裂为岩浆侵入作用提供了构造条件的必要准备。燕山期构造-岩浆作用为成矿提供了热动力、矿质及其运移通道和沉淀场所。燕山早期，在区域板块俯冲作用下，壳幔混源的花岗质岩浆通过深达地幔的深断裂(岩石圈断裂和壳断裂)运移到达地表，在这一过程中，岩浆发生明显的结晶分异作用，并形成花岗闪长斑岩、花岗闪长岩等侵入岩。燕山期构造-岩浆活动，使先前的构造被改造，并形成北北东向断裂和NNE向横跨褶皱及派生的北东向断裂，并与印支期构造一起控制侵入岩体的产出。构造-岩浆活动伴随的含矿热液沿北北东向断裂和北北东向横跨褶皱及派生的北东向断裂侵入石灰岩中，经多阶段、多期次的成矿作用形成富集于接触-断裂带构造的矽卡岩型铜铁矿和区域性的大理岩地层及与中酸性岩体有关的岩浆期后高-中温热液接触交代型铜铁矿床。

5 结论

(1)成矿作用明显受地层和围岩岩性影响，质纯富钙或适度富镁的碳酸盐岩对成矿有利，赋矿地层主要为下三叠统大冶组和嘉陵江组碳酸盐岩。

(2)褶皱与断裂构造控制矿床的空间展布，而接触构造和破碎带控制矿体的规模、形态与产状，矿床中规模较大的矿体，均赋存于接触带中。

(3)矿体围岩蚀变强烈，具有明显的分带现象，与矿化密切相关的蚀变有硅化、透辉石化、绿帘石化、钾长石化等；区内常见的较明显的找矿标志有铁帽、近矿围岩蚀变、接触带等。

(4)成矿时代为燕山期，成矿方式以接触交代作用为主，矿床成因类型为中高温条件下，成矿元素经多阶段、多期次的成矿作用而富集于接触-断裂带构造形成的矽卡岩型铜铁矿和与燕山早期第三次侵入的中浅成中酸性岩体有关的岩浆期后高-中温热液接触交代型铜铁矿床。