河北省承德市寿王坟铜矿床成矿规律及找矿方向研究*

2022-07-13周红芳梁景利赵二丽任俊霖姚嘉琪

现代矿业 2022年6期

周红芳梁景利赵二丽任俊霖姚嘉琪

（华北地质勘查局五一四地质大队）

寿王坟铜矿位于河北省承德市鹰手营子区寿王坟镇，是冀北地区典型的矽卡岩型铜铁矿床，具有镁矽卡岩型和钙矽卡岩型双重成矿特征。经过约60 a的采掘活动，矿山累计动用铜矿金属量156 560 t、铁矿资源储量23 547.54 kt，目前主矿体已开采殆尽。矿区中心地理坐标（1980）：东经117°47′20″，北纬40°30′40″。本项目对区域地质特征、矿床地质特征和成矿地质条件进行分析，为该区成矿规律和找矿方向提供指导。

1 区域成矿地质背景

矿床位于中朝准地台（Ⅰ2）、燕山台褶带（Ⅱ22）的南缘，马兰峪复式背斜（Ⅲ27）的北翼，中生代月明山火山盆地北部边缘，涵盖了寿王坟破火山口的全部，处于寿王坟—小寺沟北东向铜钼多金属成矿带内。花岗闪长杂岩体外观呈葫芦状，面积约72 km2，根据矿物成分和组织结构的差异可分出6个岩相带，各岩性界线不明，以涌动式侵入接触关系为主。杂岩体南部（弧形）接触带是火山机构环形构造的一部分，为本区矽卡岩型铜（铁）矿床提供了良好的赋矿空间（图1）［1-4］。

根据1∶5万航磁资料，寿王坟地区围绕杂岩体存在1个较大的磁异常场，与岩体形态基本一致，似葫芦状，正负异常配套（杂岩体部分为正异常场，正异常周围出现负值），总面积约120 km2。区内1∶5万水系沉积物测量Cu、Mo、Pb、Zn、Au、Ag组合异常发育，强度高，面积大，组分多，浓集中心明显。多年的探采活动证实冀C-59-63号磁异常与甲277—CuMoPbZnAg化探异常均由寿王坟铜矿引起。

地球物理方法是本区寻找铜铁矿产的直接方法，而地球化学的找矿方法可为矿山企业寻找铅锌银金等接替资源［5-7］。

2 矿床地质特征

狭隘的寿王坟矿区则指从朝梁子沟—北湾子沟—寿王坟镇—义巨号沟一带、花岗闪长岩体内外接触带覆盖的弧形区域，面积约7 km2［3，8］。

2.1 地层

矿区内出露地层简单，包括元古界蓟县系雾迷山组（Jxw）、中生界侏罗纪后城组（J2h）以及新生界第四系全新统（Q4）。

雾迷山组（Jxw）地层是本区的主要围岩，呈半环状，出露于花岗闪长岩的外接触带上（朝梁子沟—小北沟），东西长约5 km，南北宽0.6～1 km。岩性为中—厚层状含燧石条带和燧石结核的白云质灰岩；岩石坚硬致密，层理清楚；燧石条带不太发育，条带长1.5～23 m，宽0.01～0.1 m；产状多变，褶曲现象明显，局部倒转，倾向南西或北东，倾角大多在70°［9］。

后城组（J2h）地层主要产于燧石条带白云质灰岩外侧，与灰岩大部为断层接触，部分不整合超复于燧石条带白云岩之上。岩性为紫红色砾岩夹凝灰质砂岩，砖红色砂砾岩；呈紫褐色，灰绿色；总体近东西走向，向北倾斜，倾角为10°～15°。

全新统（Q4）冲、洪积物主要沿老牛河谷两侧分布，厚1～10 m。

2.2 构造

受大断裂和火山机构影响，矿区内构造发育，接触构造和背斜构造相辅相成，共同奠定了矿床构造的总体轮廓［10］。

（1）接触构造。花岗闪长岩体侵入雾迷山组燧石条带白云质灰岩，形成了矿区最主要的接触构造带。总体呈北西—南东向弧形展布（朝梁子沟—北湾子沟—寿王坟镇—小北沟一带），长约5 km，剖面上呈波状，产状变化较大；其中朝梁子沟—古洞沟一带接触带倾向南西，倾角约70°；古洞沟—小北沟一带接触带浅部近乎直立，深部转向北东。该接触构造带是本区矽卡岩型铜（铁）矿的主要成矿、赋矿空间。

（2）背斜构造。在北湾子沟（66线）—半截沟（6线）一线，靠近接触构造带外带区域，存在一个复式背斜构造，长约1.5 km。背斜的轴部被花岗闪长岩不同程度侵位，形成南、北两翼接触带。南翼接触带倾角较陡（70°），延深较大；北翼接触带倾角较缓（30°～60°），延深较浅（170～500 m），并由北西向东南方向侧伏。北翼接触带亦有铜（铁）钼矿体赋存，是本区的第二找矿空间。

（3）断裂构造。主要发生于侵入体的外侧，围绕侵入体呈弧形展布，规模较小。

2.3 岩浆岩

矿区内侵入岩发育，主要为花岗闪长岩体及脉岩。花岗闪长岩（γδ53）主要于寿王坟镇—车河梁一带出露，呈肉红—灰白色，中细粒结构，块状构造，主要矿物有更长石、钾长石、角闪石、石英及黑云母和少量中长石，副矿物有榍石、锆石、磷灰石、磁铁矿等。硅酸岩分析结果：SiO2为61%～67%，（K2O+Na2O）为7.3%～11.2%，CaO为2.20%～3.67%，Al2O3为14.41%～17.89%，A/CNK为1.22～1.38，属高钾钙碱性过铝质岩石，对有色金属成矿有利。主要造矿元素Cu含量普遍高于矿区内其他岩石，表明花岗闪长岩体是本区Cu矿体的成矿母岩［2，6，11］。赵承志［5］认为寿王坟杂岩体的侵入时代为侏罗纪末—白垩纪初期；部分学者用K-Ar法测定寿王坟花岗闪长岩体成岩年龄为127 Ma［12-13］；张瑞斌等［14-15］用Rb-Sr法测定黄铜矿成矿年龄为111.0 Ma；张运强等［12］用锆石U-Pb法测定花岗闪长岩成岩年龄为133.48±0.53 Ma；董朋生等［4］用锆石U-Pb法测定成岩年龄为128+1 Ma。结合矿区岩体侵入关系及矿石矿物特征，本研究认为成矿母岩花岗闪长岩成岩年龄属于白垩纪早期，而成矿年龄略晚，属白垩纪中期。

区内脉岩主要为花岗斑岩及闪长斑（玢）岩、煌斑岩脉，其中花岗斑岩脉、闪长岩脉为成矿前产物，煌斑岩脉多属成矿后期产物。

3 矿体地质特征

3.1 矿体特征

寿王坟矿床产于花岗闪长岩与燧石条带白云岩接触带及外带（200 m以内的大理岩中）。经多年探采活动，自东向西3.5 km接触构造带内，已基本查明了大小铜铁矿体及钼矿体46个，且绝大多数为盲矿体，铜、铁密切共生。铜铁矿体36个，钼矿体10个，其中较大的铜铁矿体为1、S2、9、S6、4、34号矿体，占全区储量的80%以上。单一矿体走向延长100～600 m，垂直延深180～700 m，厚3.85～55 m；除此外尚有规模较小的矿体，但资源储量小，约占全区储量的20%，一般长30～50 m，垂直延深稍大于走向长度；已查明主要矿体特征见表1。

从已有资料来看，本区铜（铁）矿床成因类型为接触交代型，工业类型属矽卡岩型，也有少量热液型和裂隙充填型及斑岩型铜矿脉、钼矿脉。铜铁资源主要产于东部龙潭沟—小北沟一带，其次是西部北湾子沟附近。矿床资源分布特点与所控构造的不同决定了矿体形态、产状的差异：一般东部、西部呈扁豆状、似脉状、筒状；中部多呈细脉状、条带状；总体上部铜铁共生，以高品位铜矿为主；下部铜矿资源减少，以铁为主。

3.2 矿石质量

3.2.1 矿石矿物成分

（1）金属矿物有磁铁矿、黄铜矿、黄铁矿、辉钼矿、磁黄铁矿、斑铜矿等，次生矿物有孔雀石、蓝铜矿、褐铁矿等。

（2）非金属矿物有透辉石、透闪石、粒矽镁石、蛇纹石、阳起石、绿泥石、石英、方解石、绢云母、滑石等。

3.2.2 矿物组合特征

区内矽卡岩矿物与矿石紧密伴生，矽卡岩为矿石的主要脉石。根据矿物之间关系，透辉石、镁橄榄石被磁铁矿、粒矽镁石、阳起石、透闪石等交代和穿插，故认为形成较早；而磁铁矿、粒矽镁石、阳起石等又被金属硫化物绢云母、绿泥石等交代和重选沉积，因此形成时间次之；同时方解石又充填交代了上述矿物集合体和裂隙中，所以生成最晚。因此它们的生成顺序是镁矽卡岩阶段—变镁—钙矽卡岩阶段—矿化阶段—碳酸盐阶段—外生阶段。根据矿物生成顺序可知，磁铁矿在镁矽卡岩阶段即有生成，但不富集，而在变镁—钙矽卡岩阶段，交代镁钙矽卡岩矿物，叠加在镁矽卡岩之上，富集沉淀形成。由于铁矿的沉淀，从而降低了溶液的溶解度，辉钼矿、黄铜矿此刻大量沉积。又根据辉钼矿化特点及形成时温度条件，认为其形成时间晚于磁铁矿，早于黄铜矿［1，6，14］。

3.2.2 矿石结构、构造

矿石结构主要有自形晶结构、半自形晶结构、它形晶结构、交代残留结构、结核状结构、压碎结构。在磁铁矿石中，主要金属矿物为磁铁矿，呈细—中粒状，少部分呈粗粒状，粒径达3 cm以上，脉石矿物与之镶嵌紧密，矿石致密坚硬；主要脉石矿物为蛇纹石、粒矽镁石、阳起石、透辉石等。铁矿石主要分布于粒矽镁石矽卡岩带中形成粒矽镁石磁铁岩，矿体呈扁豆状、条带状或斑点状构造。

在铜矿石中，主要金属矿物为黄铜矿，常呈浸染状和脉状分布在磁铁矿或矽卡岩中，其伴生矿物主要有磁铁矿、磁黄铁矿、钠铁矿、透辉石、透闪石、阳起石、绿泥石、绢云母等，黄铜矿呈金铜黄色，常为致密细粒状集合体，或星散状分布在其它矿物间，甚至偶尔可见到它的四面晶体，亦有呈乳滴状分布在磁黄铁矿中。粒度大小不均，最大达2 mm，最小在0.002 mm以下，并以细粒为主。黄铜矿常交代磁铁矿、磁黄铁矿和黄铁矿，但个别情况下也可见到黄铁矿交代黄铜矿现象。

矿石构造主要有致密块状构造、浸染状构造、脉状构造、斑点状构造、团块状构造。

3.3 围岩蚀变特征

区内围岩蚀变集中发育于接触构造带附近，包括矽卡岩化、大理岩化及角岩化等。

（1）矽卡岩化是本区铜铁矿的直接找矿标志。高温的花岗闪长岩侵位于白云质灰岩，发生重熔变质作用，形成镁、钙矽卡岩，并具分带特点，由内带的单矿物透辉石带，向外带逐渐变为镁橄榄石—粒矽镁石带和镁橄榄石—白云质大理岩带，其中钙矽卡岩多呈小夹层局部出现。近矿围岩的矿物组合为镁橄榄石、透辉石、石榴石、方解石和后期的退变质矿物（绿泥石、绢云母、蛇纹石、滑石等）。铜铁矿化主要发生于镁质矽卡岩形成之后、退化变质之前。

（2）大理岩化在远离外接触带的区域，白云质灰岩受花岗闪长岩体侵入作用发生重结晶和褪色蚀变，形成大理岩。其一般不赋存铜铁矿体，但对岩体及热液蚀变有间接指示作用。

（3）角页岩化主要发生于接触带中心或侵入岩体的顶部，它是由泥砂质、灰砂质细粒岩层经热变质而成，在寿王坟矿区内是比较常见的蚀变现象。角页岩化所形成的盖层，由于透气差，能够对热液成矿起到屏障作用，其下腹储藏空间是本区寻找盲矿体的第三空间。

4 成矿规律及找矿方向

4.1 成矿分带

矿区内铜、铁、钼元素存在明显的水平分带和垂直分带现象。在水平方向，靠近内带以铁为主，靠近外带以铜为主，有时出现独立的小规模铜矿体，钼多数发育于岩体以内。在垂直方向，上部以铜为主（地表-400 m标高以上），下部以铁为主（南6号矿体）。

而整个寿王坟杂岩体周边部发现有一系列的矿床和矿化点，如寿王坟本区接触带附近的矽卡岩型铜（铁）矿床，远离接触带的大南沟银铅锌矿，岩体内的三道河钼（铜）矿等，显示出大范围Cu、Fe、Mo、Pb、Zn、Au、Ag等多金属成矿，均与岩体侵入有关，在空间上都分布于寿王坟破火山口附近，在成矿时间上同属燕山期白垩纪中期，系岩浆分异演化的产物［16］。

4.2 成矿规律

4.2.1 成矿的必然和特定性

一处矿化现象的出现基本离不开地层—构造—岩浆岩三因素，而寿王坟之所以形成中—大型铜（铁）矿床，从成矿地质条件上分析有一定的必然性。由于它处于古北口—平泉近东西向大断裂带与马家沟—寿王坟北西向张扭性断裂带的复合部位。2组较大构造的强烈活动产生寿王坟火山机构，发生寿王坟火山喷发和后期花岗闪长杂岩体的侵入。当花岗闪长岩浆侵入钙镁质岩石，即与灰岩和白云岩发生交代作用，形成大理岩、矽卡岩及构造软弱带，为后期矿液活动和上升创造了岩石条件和构造条件，金属硫化物（Cu、Fe、Mo、Pb、Zn、Au、Ag等）在此条件下沉淀富集形成大—中型矿体。但本区成矿又有特定性，并不是整个花岗闪长岩与白云质灰岩的南翼接触带都有矿，而是矿化赋存部位是特定的，从三维矿区模型上可以清晰看出，已查明的铜铁矿体主要产于岩体舌状突出体两侧似港湾部位，即特定的大规模岩舌“台阶”附近（图2）。

4.2.2 南翼接触带深部找矿

目前南翼接触带已查明2个岩舌“台阶”，有规律性出现。第一个岩舌（枝）顶出现在古洞沟（主要在19～47线，间距350 m）600 m标高上下，在-50 m标高上下出现第二个岩舌。据此推测南翼接触带第二个赋矿空间在-150～0 m标高上下（图2）。目前该标高段已揭露两处铜铁矿段，整区同水平是主要的找矿空间。

4.2.3 北翼接触带下赋控矿

在接触构造带西段，岩体侵位过程中造成白云质灰岩局部突起而形成复式背斜构造。背斜呈北西—南东向与花岗闪长岩体紧密接触，背斜的轴部为花岗闪长岩充填，总体产状呈北西走向，向北东倾，倾角在65°。其中北翼接触带由北西向南东方向侧覆，北西端54线—50线露出地表，往南东方向覆于地下，38线以东基本熔融消失。而南翼接触带则稳定存在，但其倾向反转，66线～33线倾向南西，倾角在60°～70°居多，35线～51线由直立转向北东。据以往勘查资料，62线～40线已有工程证实北翼接触带局部赋存矿体，因此继续围绕北翼接触带是寻找寿王坟铜（铁）矿第二找矿空间。