湖南牛头寨锑矿地质特征及控矿因素分析

2022-06-23何立斌唐志祥黄新华黄小军

矿产与地质 2022年1期

何立斌，唐志祥，黄新华，肖亮，刘伟，黄小军，刘远

(1.湖南省地质矿产勘查开发局四一八队，湖南娄底 417000 2.广西壮族自治区矿产资源储量评审中心，广西南宁 530029)

0 引言

区内是越城岭—四明山NW向锑钨多金属成矿带的重要组成部分，蕴藏着丰富的矿产资源，已知矿床(点)94处，其中各类锑矿床(点)最多，共54处[1]。矿床的空间分布与构造密切相关，锑矿为脉状，赋存于寒武系硅化硅质板岩、震旦系硅质岩、硅质板岩中。区内相关的矿床和矿点主要分布于高挂山—舜皇山钨、锑矿成矿远景区、牛头寨锑矿成矿远景区和四明山钨、锡、铅、锌矿成矿远景区。高挂山一带靠近花岗岩体形成中高温的钨、锑、锡矿，代表性矿床有中型高挂山锑钨矿、回水湾锑矿。牛头寨矿区远离岩体，主要形成以锑为主的多金属中低温热液矿床，区内已有锑矿床(点)4处，即线江冲、大硐子、小牛头寨、袁家岭锑矿。2015—2018年矿山边部找矿取得重大突破，新增锑资源储量锑矿石资源量8.87万吨、金属量7915 t。区内众多盲矿脉的发现，既展示了该矿床所处成矿带广阔找矿前景，拓宽了找矿视野，又表明深部具有巨大的找矿潜力，是实现锑矿突破的有利远景区。目前，探矿和采矿工作已到210 m中段，随着探矿工程向深部实施，其深部构造展布格局不清、矿体定位规律不明，制约了深部找矿勘查，亟待开展深部构造控岩控矿模式研究。本文结合矿床浅部地质信息，提出矿床主要受地层、构造和岩性“三位一体”控矿模式。总结构造类型及其主要特征，阐明构造对矿体的控制作用，为该区深部找矿预测提供重要依据。

1 区域地质特征

矿区隶属湖南省永州市东安县，大地构造位于华南褶皱系北缘，湘中、湘南印支褶皱带、祁阳弧形褶皱构造带西部，新宁—蓝山莫霍面断裂、新宁—宁乡基底断裂及牛头寨—四明山串珠状NE向构造带三者交汇处，是越城岭—四明山NE向锑钨多金属成矿带的重要组成部分[2]。牛头寨矿区位于区域性断裂塘田市—对江断裂(F2)与魏家冲—江田断裂(F1)所夹持的地段内，锑矿主要分布于次级断裂中，富矿含矿断裂以NW向(具有代表性的是2号矿脉)—NWW向(具代表性为7号、6-4号矿脉)为主，次为NE向含矿矿脉(代表性含矿断裂有201、202号等断裂)(图1)。

图1 东安县牛头寨矿区地质简图

由于多次构造活动影响，区内断裂的性质十分复杂，在平面上呈舒缓波状，剖面上呈“S”状，遇脆性岩石形成宽度不一的棱角状角砾岩，大多属导矿构造。沿背斜轴方向分布有近SN向、NNE向断层。本区构造对锑矿起着逐级控矿规律，即一级构造控制大区域成矿带、二级构造控制区域成矿远景、三级构造控制矿田、四级构造控制矿体[3]。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区发育的地层有震旦系、寒武系和第四系组成。其中上震旦统留茶坡组及中下寒武统下组为区内锑矿主要赋矿地层。

上震旦统留茶坡组(Z2l)：下部为浅灰—深灰色厚层状含云质硅质岩夹硅质岩，上部为深灰色、灰白色厚层状夹薄层状硅质岩。

2.2 构造

区内加里东期构造表现不甚明显，主要表现由印支期及燕山期两期构造叠加组成。

印支期主要由SN向的褶皱构造、NW向的压扭性、NNW向的张性(张扭性)断裂构成，除刘家冲—蒋家院深大断裂(F4)外，主要表现为容矿构造的特征。褶皱以近SN向短轴(倒转)背斜为主，由西向东具代表性的有大瓜冲背斜、大硐子倒转背斜，目前所控制的矿体主要产于大瓜冲背斜的北倾伏端部位；具代表性的断裂主要有NW向的刘家冲—蒋家院隐伏深断裂(F4)、NW—NWW向含矿断裂，该断裂带主要见于大瓜冲区段内，由众多大体平行的含矿断裂呈组分布，受燕山期NW向切割影响，表现不连续，以压扭(张)性含矿破碎带为特征，主要有6、7、7-1、6-1、6-2、6-3、6-4号等含矿断裂，断裂倾向北，倾角较陡，一般为60°～70°，含矿断裂普遍具锑矿化，局部见锑矿体，往深部见金矿化有增强的趋势[4]。

燕山期构造以继承和改造印支期构造为主，表现为强烈的褶断及陡倾角断裂，主要由NE向、NEE向压扭性断裂组成，断裂构造具控矿、赋矿特征[5]。主要有大牛头寨NE向断裂带、小牛头寨NE向断裂带、SN向魏家冲—江田断裂(F1)及线江冲NE—NEE向断裂及大瓜冲NE向断裂带组成。①大牛头寨NE向褶断带：由一系列近NE向排列、大致平行、走向NE的紧闭型倒转褶皱及断裂组成，代表性的断裂有201、202号等含矿断裂，倾向西，倾角70°～80°，其断裂带中，局部见锑矿化，偶见小锑矿体，在断裂两侧，常发育紧闭型倒转褶皱。②魏家冲—江田断裂(F1)：为区域断裂之一部分，切穿牛头寨复式背斜东侧，在南部切穿刘家冲—蒋家院深断裂，该断裂形成于区内岩浆期后，先具压性，后为张性的正断层。其控矿、成矿作用不明显。③大瓜冲NE向断裂带：位于大瓜冲区段内，发育一系列大体平行展布的NE—NNE向断裂，以先压(扭)性后张断裂切断早期的NW向断裂或斜交NWW向断裂为特征。主要有F11、F12、F13、F14、F15、F16、F17等，倾向NW，个别倾向东，倾角60°～86°(图1)。

2.3 岩浆岩与围岩蚀变

矿区内未见岩浆岩出露，外围大瓜冲西侧至将军石一线见花岗斑岩脉，据重磁资料，矿区深部有可能存在隐伏花岗岩体。热液蚀变主要有硅化，其次有黄铁矿化、毒砂化和绢云母化，无明显分带现象。矿区硅化普遍，主要见于锑矿化围岩蚀变或锑矿体的容矿部位，硅化与锑矿化关系密切，一般硅化强，硅化规模大，锑矿化存在的可能性越大[6]。

3 矿床地质特征

3.1 矿脉(体)特征

矿区内共有矿脉18条，主要有NWW向—NW向及NE向两组，均为受断裂控制的破碎带蚀变岩型锑矿脉，其中NWW向—NW向以7号脉、6-4号和2号脉含矿性最好[7]；NE向矿脉位于33线以东，分别有201、202号脉，其控制工程较少，未圈定矿体。

3.1.1 7号矿脉(体)

7号脉出露于4～35线之间，控制走向长约900 m，脉厚0.05～4.00 m，倾向20°～355°，倾角61°～86°，受NNE向、NE向断层切割影响，走向上极不连续。地表氧化矿体厚2.00～4.00 m，Sb的品位为1.19%～1.71%，坑道内及钻孔中见矿较好，以脉状、团块状辉锑矿为主，坑道内及钻孔中矿体厚0.05～4.00 m，Sb的品位为1.96%～15.36%。圈定矿体3个，编号分别为7-Ⅰ、7-Ⅱ、7-Ⅲ，矿体特征表见表1。

表1 牛头寨锑矿区7号脉矿体特征

3.1.2 6-4号矿脉(体)

出露于21线西侧至35线东侧线之间，已控制长大于640 m，自西往东倾向由72°逐渐过渡至近EW向，倾角54°～88°，受NE—NNE向断裂错移影响，大体分成三段，以中段21线至35线含矿性最好，地表一般未见矿化，圈定6-4-Ⅰ和6-4-Ⅱ两个工业矿体。矿体厚0.25～1.26 m，平均厚0.61 m，Sb的品位范围为0.38%～34.48%，平均品位为8.67%，矿体沿走向及倾向较连续，矿体厚度变化系数为52.8%，品位变化系数为126.1%，属厚度稳定，品位不均匀薄脉型高品位锑矿，矿体特征见表2。

表2 牛头寨锑矿区6-4号脉矿体特征

3.2 矿石特征

3.2.1 矿石矿物成分

矿石矿物较常见的是辉锑矿、黄锑华、黄铁矿、针铁矿；脉石矿物主要有石英、重晶石、绿泥石、水云母、黏土矿物等。

3.2.2 矿石结构、构造

矿石的主要结构有微粒变晶结构(显微粒状变晶、镶嵌变晶结构)、交代结构、压碎结构。矿石构造具角砾状构造、块状构造、脉状构造、浸染状构造、蜂窝状构造。

3.2.3 矿石自然类型

区内锑矿石主要有三种，一是产于硅化构造角砾岩中，为本区最主要矿化类型(图2a)，二是紧贴主断面碎裂化硅质岩中充填致密块状矿石(图2b)，三是产于上、下盘围岩碎裂化硅质板岩网状石英微脉中，石英脉宽一般为0.02～1.50 mm，不规则状，石英脉局部见锑的氧化物，氧化物呈脉状、束状。其自然类型以硫化矿为主，伴少量的氧化矿石。锑的氧化物，黄锑华粒度微小，集合体粒度为0.1～2.0 mm，硫化矿为石英-辉锑矿矿石(图2c)。

图2 矿石自然类型野外特征照片

4 控矿因素分析

区内锑矿最大的特色就是成矿与构造、地层关系极为密切，具“岩性+断裂+背斜”三位一体的控矿规律，即在湘南地区常见的“背斜加一刀”成矿构造，背斜走向为SN向，在背斜核部和垂向断裂破碎带的上盘发育多层层状、似层状锑锌矿体、金矿体，断裂破碎带走向为EW向，其内形成脉状矿体，这类矿体常形成局部富集[8](图3)。

图3 牛头寨锑矿赋矿特征纵投影示意图

4.1 地层与成矿

表3 地层岩石Sb元素含量统计

4.2 构造与成矿

4.2.1 构造组合联合控矿

1)基底构造与浅部断裂联合控矿。区内深断裂所夹持的地块是锑矿形成的最佳场所，牛头寨正处于魏家冲—江田断裂、唐田市—对江断裂所夹持上升地块的有利部位，构造交叉部位常形成富矿脉、富矿囊、富矿包[13]。

2)背斜与断裂组合联合控矿。矿区内锑矿最主要的构造控矿特点是背斜+断裂的联合控矿[14]。控矿构造体系由褶皱之背斜核部及其配套横张断裂所组成，断裂多成组出现，且与背斜轴垂直[15]。表现为富矿地段主要集中于背斜(或倒转背斜)转折端部位的断裂中，并且矿体严格受断裂控制，远离转折端部位，沿走向及倾向矿化减弱或无矿，造成单个矿体规模有限。

4.2.2 褶皱控矿

矿床主要位于复式背斜核部应力集中部位，主要有两种矿(化)体控制形式。

1)一种呈脉状矿分布于背斜核部张性裂隙中(图3)。张性断裂多成组出现，且与背斜轴垂直，大致平行分布于背斜(或倒转背斜)核部和倾伏端[16]。走向NWW，倾向NE或SW，倾角较陡，多在65°以上。一般规模较小，走向长数百至百余米，倾斜延深不大，常呈楔形，断裂破碎带宽数厘米至1米余，断面呈锯齿状，有含锑、石英脉充填。

2)另一种呈层状、似层状锑锌矿体，分布于背斜构造核部的层间滑动造成的虚脱空间部位，呈平行多层状出现，背斜核部和正常翼控制了矿体的产出位置，但矿化连续性一般，矿(化)体呈多层透镜产出，矿化体规模不大，封闭的背斜构造，尤其是核部倾伏端有可能存在矿(化)体。

4.2.3 断裂控矿

矿区位于两条区域性断裂(F1、F2)所夹持的地段内。矿区内的构造体系在垂向方向和水平方向均具显示一定的构造分带。

1)矿区近地表断裂破碎带宽，张性明显，低序次配套分支断裂发育，结构面不规则，矿液易于富集，常形成以充填为主矿化体。向深部破碎带则变为密集的节理裂隙带，很少发育次级断裂，不利于矿化的富集。垂向上表现为越向断裂的深部，破碎带呈逐渐窄小的趋势，矿(化)体亦随之变小、尖灭。

2)矿区内锑矿化严格受NW向—NWW向断裂和NE向断裂破碎带的控制。矿区NW向—NWW向断裂带的含矿性明显强于NE向断裂带。

5 矿床成因探讨

5.1 稳定同位素特征

矿区硫同位素 δ34S 值变化范围在-5‰～10‰之间，与岩浆期后热液矿床硫同位素范围值一致。脉石矿物重晶石及黄铁矿的 δ34S 值较高且为正直，具沉积源特征。特征表明，区内矿床的硫主要来自岩浆岩，并在成矿过程中不同程度地利用了围岩中的硫，具多源性特征。

矿区石英氢氧同位素石英包体水δ18D‰ 值的变化范围为-58.3%～64.0%，石英 δ18OH2O‰值的变化范围为2.52～6.73，平均值为4.1。δ18D‰ 值和石英 δ18OH2O‰ 值介于岩浆水和变质水之间，说明该区锑矿床成矿溶液主要来自岩浆热液，并混有变质溶液。

5.2 矿物包体温度及成分特征

矿区辉锑矿爆裂温度为143℃～225℃，石英101℃～289℃，黄铁矿147℃～291℃，重晶石192℃～242.5℃，均一温度平均为157℃。反映了成矿溶液来自深部。

石英样品测定的包裹体大小一般在6～20 μm之间，形态多属不规则。气液相比为13%～15%，以液相包裹体为主。液相成分Cl>F、(K+Na)>Ca、Ca>Mg、K>Na，水的类型为K-Na-Ca-Cl型。阳离子组分Na/K比值为0.22～1.12，平均比值为0.54，K/Ca+Mg为0.03，其结果与花岗岩矿物包裹体值基本接近，反映该区该类矿床的成矿溶液以岩浆热液为主[17-18]。

矿石矿物主要为一些简单的硫化物，和石英关系密切，共(伴)生矿物有黄铁矿、闪锌矿，锑矿形成温度为101℃～289℃，成矿温度较低，说明当时处于低温、低压、还原环境[19-20]。

5.3 矿床成因类型

矿床硫同位素、氢氧同位素特征和包裹体成分，说明矿床的成矿热液以岩浆期后热液为主。区内无花岗岩出露，成矿母岩可能是深部隐伏岩体。矿床成因类型为岩浆期后中低温热液矿床。

6 成矿模式探讨

通过上述对本矿区成矿特点分析，认为锑矿主要产于复式背斜正常翼与倒转翼的转折端部位，寒武系底部的含炭硅质板岩与留茶坡组硅质岩接触带附近，具“背斜+断裂+岩性”的赋矿规律。

矿区构造活动具多期次，致使成矿作用的多阶段性，导致矿化的叠加富集。成矿物质来源具多源性，一部分来自深部，在深部热源的驱动下产生对流，以深断裂为通道，在通道中或附近成矿有利部位形成充填为主的矿化体；另一部分淬取岩石中Sb元素，在构造与岩浆热液驱动力的作用下，沿裂隙上升并沉淀于裂隙破碎带中，形成以微粒变晶结构为主，交代结构和压碎结构为辅的透镜状矿化体[21-22](图4)。

图4 牛头寨锑矿成矿模式图

7 找矿远景分析

区内主要导矿及容矿构造，为张性断裂，矿液一部分来自深部，一部分淬取岩石中Sb元素，破碎带蚀变单一，矿化存在特定的构造部位，且多呈矿包出现，如湘西北地区的锑矿床，各矿包在垂向上可相差200 m，平行矿脉较少出现，下一阶段的找矿工作应注意分析该破碎带在走向上与倾向上的膨缩变化规律，富矿体常出现于破碎带膨大部位。现已知背斜往北倾伏，沿背斜轴纽方向往应是较为理想的找矿靶区，也是本矿床未来大幅度提高资源储量的勘探思路。

通过矿区成矿地质特征及控矿因素分析认为，沿将军石—大瓜冲—大硐子—大牛头寨—线江冲一带，钨、锑(金)、铅锌(金)矿存在明显的分带性，以大瓜冲至线江冲一线的铅锌矿脉组为界线，向南以铅锌矿、往北以锑矿为主，由北西向南东可分为钨锑—锑—锑金—铅锌金—铅锌等5个矿化带(图5)，表明成矿温度依次降低[23]。这种由于成矿温度引起的梯度分带与龙山锑矿的分带具有极强的相似性(图6)。通过与龙山锑金矿成矿条件对比，矿区的区域地质背景、构造、地层及矿化特征亦具有较强的相似性，推测矿区存在龙山式锑金矿的可能性很大。

图5 牛头寨矿区矿化带分布平面图

图6 龙山地区钨-锑-金-铅锌矿分带图

通过与矿区控矿模型对比分析研究可知，区内具多个有潜力的成矿背斜构造，尤其是位于牛头寨背斜核部的大瓜冲—大硐子—线江冲以北地段，有众多老窿揭露到锑金矿体。提示在大硐子—大牛头寨之间穹隆核部江口组中存在龙山式锑金矿床可能性很大。

因此大瓜冲、大硐子及线江冲区段往深部仍具较好的找矿远景，建议在大瓜冲、大硐子及线江冲区段背斜核部的江口组(Z1j)与NWW向—NW向印支期断裂带交汇处开展探矿验证工作(图7)。要注意的是，由于背斜核部只是在上部才处于张性，而下部则处于压性，因此图7预测的背斜核部靶区由于比较靠近下部，张性有减弱趋势，所以推测矿化不如上面发育。