贵州金沙铜厂沟铜矿地质特征及找矿标志

吴忠银，葛枝华

(1贵州省地质环境监测院，贵州 贵阳 550000；2贵州腾达诚发土地资源开发有限公司，贵州 贵阳 550000)

0 引言

铜矿作为我国大宗性战略矿产资源，是最为突出的紧缺矿种之一[1]。全球铜矿资源较为丰富，截至2018年底，全球铜矿资源储量约为8.3亿吨，主要分布在环太平洋成矿带的南北美地区及东欧、中亚和中南部非洲，其中储量最多的国家为智利，约占全球资源总量的20%，其他储量较多的国家有秘鲁、澳大利亚、墨西哥等。我国铜矿资源储量约为600万吨，位居全球第八位，占全球铜矿资源储量的3.2%[2-4]。我国铜矿资源量严重不足，主要依存对外进口。因此，进一步开展铜矿资源的勘查工作意义重大。21 世纪以来，西南地区是中国有色金属工业发展和战略储备的重要基地，也是实施“西部大开发战略”的重要发展区域之一，重视和加快西南地区新一轮铜矿资源的勘查评价工作，加大力度勘查大型、超大型重要成矿类型铜矿资源，对提升西南地区矿产资源储量、增强区域经济发展的动力、缓解中国铜矿资源的紧张局面、降低铜矿资源的对外依存度等具有重要的现实意义[5]。贵州省内金、铝、磷、煤等矿产比较丰富，而铜矿资源相当匮乏，因此，在新一轮地质大调查的基础之上，对贵州的铜矿资源的勘查、开发利用具有重大意义。

研究区位于金沙县东部的铜厂沟，贵州省一零八地质大队曾对该地区做过区域调查，并在1975年提交了《中华人民共和国区域地质调查报告(遵义幅)1∶200000》[6]。“八五”期间，贵州省有色金属和核工业地质勘查局在铜厂沟一带开展银、铜矿找矿和勘查工作，不同程度地评价了测区内的找矿前景。2008年，贵州省金沙县铜厂沟铜矿对矿区进行普查并完成了《贵州省金沙县铜厂沟铜矿普查地质报告》[7]。本文以贵州省金沙县铜厂沟铜矿地质资料为基础，深入分析地质特征，辨析找矿标志，为下一步的铜矿资源勘查开发利用提供参考意义。

1 区域地质背景

铜厂沟铜矿大地构造位置位于扬子准地台黔北台隆毕节北东向构造变形区，黔中隆起北缘，区域构造属川黔经向构造带的一部分，主要褶皱构造形成于燕山期和喜马拉雅期[8]。侏罗纪至白垩纪期间，在构造运动和沉积作用下形成部分矿产资源，如在侏罗纪初期形成綦江式铁矿、中侏罗统形成下沙溪庙油页岩和上沙溪庙含铜砂岩[9]。区域内出露地层从震旦系到第四系，其中缺失泥盆和石炭系，部分地区仅有奥陶系中、下统分布，震旦系上统和侏罗系中统出露不全，其余岩层均有出露。地层总体上有东老西新的产出分布趋势，由南向北，地层厚度渐次加大。一般东部地区多呈南北向展布，西部地区多呈北东向展布。海相沉积物多分布于东部地区，陆相沉积物分布于西部地区。侏罗系地层主要分布在区域的西部，出露地层由老到新有：下统香溪组(J1x)，中统自流井组(J2z)，下沙溪庙组(J2x)，上沙溪庙组(J2s)，上统遂宁组(J3sn)和蓬莱组(J3p)。上沙溪庙组是区域内重要的含铜层位，其岩性主要为一套铁质粘土质粉砂岩或铁质钙质粘土质粉砂岩及中至细粒长石砂岩组成，厚约1081 m。

由南北向构造体系和北东向构造体系构成区域构造基本格架，以褶皱为主，背斜较缓，多属一级构造，断层多配置于褶皱两翼及核部，多数为造向断层，在构造体系复合部位较为发育(图1)。

1-侏罗系上统遂宁组；2-侏罗系中统上沙溪庙组；3-侏罗系中统下沙溪庙组；4-侏罗系中统自流井群；5-侏罗系下统香溪群；6-三叠系；7-二叠系；8-奥陶系；9-寒武系；10-震旦系；11-断层；12-地质界线；13-铜矿点。图1 铜厂沟矿区区域地质图及主要矿点分布图(据1∶20万遵义幅地质图)Fig.1 Geological sketch of Tongchanggou CopperMine and distribution of deposits

2 矿床地质特征

2.1 构造特征

矿区位于鸭溪向斜南翼。鸭溪向斜轴向为NE75°，轴面倾向NW，轴长45公里，宽12公里。区域内构造简单，未发现有深大断裂构造，局部地段或坑道中存在层间滑动和小断裂，规模极小。地层呈单斜产出，倾向300°～320°，倾角10°～40°。靠近西部，地层产状有变缓的趋势。

矿区含铜层位多数为侏罗系上沙溪庙组(J2Sn)，主要分布在太平渡向斜，茶房坳向斜，茅台向斜和鸭溪向斜中，在它们之中均有银矿化点分布。这四个向斜在区域上位于西部，沿北东向大致平行展布，长数十公里。向斜大多比较宽缓，两翼地层倾角多在10°～50°，铜矿(化)点主要分布在褶皱的两翼。

2.2 矿床地质特征

区域内矿产资源较丰富，主要矿产有煤、铁、铜、银等。本区矿产主要产出于二叠系至侏罗系地层中。铁、煤产于上二叠统龙潭组，铜、银产于侏罗系中统上沙溪庙组，均为沉积矿产。

地层组合：

矿区出露地层为中侏罗统下沙溪庙组(J2x)、上沙溪庙组(J2s)和上侏罗统遂宁组(J3sn)，地层由老至新描述如下：

中侏罗统下沙溪庙组(J2x)：顶部为灰绿色粘土岩夹数米厚黑色页岩，下部为岩屑砂岩、粘土岩及其互层组成。厚度约222 m。

中侏罗统上沙溪庙组(J2s)：主要为铁质粘土质粉砂岩或铁质钙质粘土质粉砂岩及细中粒长石砂岩组成。局部夹铁质粉砂质粘土岩、铁质粘土岩、含粉砂质泥灰岩、粉砂质泥灰岩及含砾砂岩透镜体等。表现为中粒—细粒—粉砂—粉砂质粘土岩等有规律的多次重复。与下伏地层呈整合接触，厚度约1081 m。

据其岩石中长石、石英及岩屑等粒度以粗变细到粘土岩的重复出现将上沙溪庙组划分成13个韵律层(图2)。

图2 铜厂沟矿区上沙溪庙组地层柱状图Fig.2 Stratigraphic histogram of the Upper ShaximiaoFormation in Tongchanggou Copper Mine

上侏罗统遂宁组(J3sn)：由铁质钙质粉砂岩或铁质钙质粘土质粉砂岩组成。厚度大于140 m。

含铜岩系特征：

中侏罗统上沙溪庙组(J2s)是矿区内的含铜层位，含矿岩系与下伏下沙溪庙组(J2x)含叶、肢介石的页岩或砂质页岩及上覆遂宁组(J3sn)铁质钙质粉砂质粘土岩或铁质钙质粘土质粉砂岩均为整合接触。根据岩性组合可划分出8个韵律层：铁质粉砂质粘土岩及铁质钙质粘土质粉砂岩；细中粒长石砂岩；局部夹铁质粉砂质粘土岩；铁质粉砂岩；铁质粘土岩；含粉砂质泥灰岩；粉砂质灰岩；含砾砂岩透镜体。表现为中粒—细粒—粉砂—粉砂质粘土岩等多次有规律的重复，岩性和厚度在纵横方向上有一定的变化。

该含矿层中矿(化)体赋存于含矿层底部(距底界7～13 m范围内)，为灰色或灰绿色中厚层状中细粒长石砂岩。具代表性的矿(化)体有小里的Ⅲ号矿(化)体，该矿(化)体厚度大，含铜较高，是本区的主要含矿层之一。

该含矿层中的含矿体在本区仅在小里一带有零星矿化，长50 m，位于含矿层近底部的0～7 m范围内。岩性为灰色、灰紫色中厚层状中粒，中细粒长石砂岩。

矿(化)体位于含矿层底部或近于底部的0～13 m范围内。为灰色、灰紫色中厚层状中粒、中细粒长石砂岩和透镜状含碳质、沥青质含砾、长、石砂岩、灰色砾岩等。矿(化)体在含矿体中呈雁行排列，在铜厂沟一带发育较好。具代表性的矿(化)体有铜厂沟的Ⅰ号矿(化)体。

2.3 矿体特征

矿区含矿层的含矿体或矿层矿(化)体主要赋存于各韵律层(含矿层)底部或近底部的浅色细-中粒长石砂岩或砾质砂岩透镜体中。产出部位稳定，厚薄变化较大，长数十米至数百米。而矿(化)体在其上下不同部位产出，相距3～8 m，呈雁行排列或不等距斜列。

矿(化)体规模较小，主要表现在矿体厚度较小，一般厚0.5～2.5 m，走向长20～70 m，沿倾斜方向一般也在数十米以内，个别地段可达100 m以上。本次估算的铜矿体，大都为硫化矿，仅接近地表处有一点混合矿，氧化矿极少。

现将各个矿化体分述如下(图3)：

1)铜厂沟矿体(Ⅰ)

1-侏罗系上统遂宁组；2-侏罗系中统上沙溪庙组第8至13韵律层；3-侏罗系中统上沙溪庙组第7韵律层；4-侏罗系中统上沙溪庙组第6韵律层；5-侏罗系中统上沙溪庙组第5韵律层；6-侏罗系中统上沙溪庙组第4韵律层；7-侏罗系中统上沙溪庙组第3韵律层；8-侏罗系中统上沙溪庙组第1至2韵律层；9-侏罗系中统下沙溪庙组；10-探槽；11-老平硐；12老硐；13-地质界线；14-产状；15-铜矿体。图3 矿区部分工程布置及铜矿体分布Fig.3 Layout of projects and copper deposits inTongchanggou Copper Mine

2)周家寨矿体(Ⅱ)

表1 单工程矿体平均厚度、Cu平均品位表(采样规格20*5cm)Tab.1 Average thickness and Cu grade in singeengineering ore bodies

3)小里矿体(Ⅲ)

矿(化)体分布于禹谟向斜南东翼，即小里、蔡家田一带。

2.4 矿石特征

本矿(化)区岩石风化强烈，地表矿石矿物全部氧化。主要铜矿物有辉铜矿、黄铜矿、铜兰、斑铜矿、赤铜矿、孔雀石。脉石矿物有长石、石英、方解石。辉铜矿以它形粒状结构为主，呈脉状、浸染状、块状构造。黄铜矿呈块状，斑铜矿呈脉状。铜兰及孔雀石为脉状、薄膜状、星点状。

辉铜矿：粒径大小悬殊(0.05～0.5 mm)，呈他形粒状与黄铜矿共生。

黄铜矿：粒径大小悬殊(0.05～0.5 mm)，呈他形粒。

铜兰及孔雀石：为脉状、薄膜状、星点状。

粘土矿物：以水云母为主，含少量高岭石及绢云母等。呈鳞片状及隐晶质，常为砂砾屑的胶结物。统计含量<10%。

碎屑矿物：主要有粉砂状长石、石英，粒径0.01～0.06 mm，呈次棱状，部分被后生矿物所交代。统计含量<10%。

方解石：呈他形微晶胶结物或脉状产出。

3 矿床成因分析

铜为亲硫中等活泼元素，一般以硫化物存在，易被褐铁矿、富硫化物的碎屑物质或有机质吸附富集。沉积矿床中，铜在低温条件下，由于Eh-Ph值的变化为氧化络合物的作用，铜在氧化环境中迁出，在还原环境中沉淀，使铜富集成矿，一般在成岩阶段形成的铜矿(化)体，含Cu不高，多伴生有Ag，其岩性为含砂砾岩，该层多呈透镜状及似层状产出。在沉积过程中，沉积环境由氧化环境突变为还原环境，有利于铜的富集，沉积岩石由紫色岩变为浅色岩，铜一般富集于浅色岩下部[10]。

从矿区矿体分布可看出，铜的工业矿体均分布于向斜和弧形拐弯处，由于区域构造运动形成褶皱，在向斜内形成封闭还原环境，有利于Cu的富集，但局部的层间滑动和小断裂为铜的富集和补充提供来源和通道。在Cu含量高值地段普遍见弱的方解石方，黄铁矿化。这说明Cu的富集受后期改造控制，区内未发现断裂构造，但小褶皱构造发育。岩层在褶皱过程中，褶皱的不同部位存在着构造应力差(特别是在弧形拐弯处)，应力梯度的出现伴随着压力和温度的变化，这就使地层岩石中的水介质以渗透式运移，岩石中部分Cu矿物被溶解，被溶解的元素与水溶液一起沿节理等岩石裂隙向低压区运移，并在容矿空间里沉淀，使Cu富集成矿。硫化矿常见的呈星散状、团块状、结核状，与硅化木交代富集呈不规则状[11]。铜矿物易附于富含硅化木的泥砾表面，有机质在硫酸盐交代原生硫化物和硫化物的次生富集的过程中，均发挥重要作用。氧化矿多为薄膜状(镜下称脉状)，充填在砂岩的层间与裂隙之中，有的呈星散状、结核状、团块状、皮壳状，保存了原生硫化物的产出形态[11]。

灰色、灰绿色、浅紫红色细粒、中粒长石砂岩、紫红色粉砂质粘土岩组成，呈不等厚互层，这些红色、紫红色、灰绿色的粉砂岩、粉砂质黏土岩、泥岩等沉积于氧化环境可能含有丰富的有机质，并在沉积铜矿床中广泛存在，被认为是铜的主要来源[12-13]。

鲜艳的孔雀石、蓝铜矿等可能由于外部条件改变，浅表矿源层中的硫化物被水溶液氧化而生成。含铜岩层中铜的原生硫化物浅表部分，因物理化学条件改变发生表生氧化，随之经地下水淋滤作用，铜质溶液从含铜岩中溶离出来，渗透到地下水流动带，与围岩中的生物硫化物交代形成辉铜矿、铜蓝等次生硫化矿床[13]。

4 找矿标志

根据以往地质资料及本次工作成果，对沉积型铜矿的成矿条件和富集规律分析，认为有以下几个标志可供找矿参考：

(1)岩性标志(浅紫交互)

赋矿岩石以紫色中细粒长石砂岩为主，矿体产于紫色岩石与浅色岩石交互部位的浅色岩层一边，浅色岩体是铜矿成岩后生成矿阶段的重要产物，含矿岩石的变为浅色反映了沉积环境改变，成为还原环境，铜在氧化环境中迁出，在还原环境中沉淀。

(2)矿物标志

后生脉体发育富含有大量的硫化物石英脉和碳酸盐石英脉，尤其是富集部位因此硫化物石英脉和碳酸盐石英脉矿物是较好；孔雀石和铜蓝等次生硫化物的形成，经历含铜岩层的原生沉积、表生氧化和次生富集，所以孔雀石和铜蓝等组合也是含铜砂岩型铜矿的标志。

(3)构造标志

铜矿的形成具有多期性，铜矿的聚集部位处于围岩形成之后构造活动带，褶皱形成良好的沉积环境，断裂裂隙及破碎带为铜的转移提供了通道和空间。所以，褶皱及其周边的断层在砂岩铜矿区是极其重要的构造标志。