山西省吕梁山秦家崖钨铜矿床地质特征及找矿前景

2022-09-28裴进云宁建国谭富诚

地质与勘探 2022年5期

裴进云，刘飚，宁建国，宗琪，谭富诚

(1.中国冶金地质总局第三地质勘查院，山西太原 030002;2.中南大学，有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室，湖南长沙 410083)

0 引言

山西省位于华北克拉通中部，其自古元古代末至早中生代长期保持稳定，晚三叠世开始遭受强烈改造，在晚侏罗世-早白垩世发生强烈的壳幔作用与花岗质岩浆侵入事件(Xu,2001;Gao et al.,2004;吴福元等，2008;Ying et al.，2011;杨进辉等，2021)，例如西部离石断裂附近紫金山岩体(肖媛媛等，2007；王亚莹等，2014，2015)、柳林尖家沟金伯利岩①；中部狐偃山-太岳山断裂附近万荣孤峰山花岗闪长岩岩体(齐玥等，2011；霍腾飞等，2016)。前人对区域断层中生代活化历史(廖昌珍等，2007；魏荣珠等，2017)、花岗质岩体(脉)的年代学、地球化学与Sr-Nd-Hf同位素组成做了大量研究，确定其形成时代集中在早白垩世(125～145 Ma)，在伸展背景下富集岩石圈地幔部分熔融并底侵到下地壳，引起古老下地壳部分重熔形成花岗质岩浆(吴智平等，2007；肖媛媛等，2007；霍腾飞等，2016)，常伴随着大量的钨铜多金属成矿，例如五台山东部及灵丘地区(邴颖和孟瑞发，2009；李文良等，2012；Mao et al.,2019;Yuan et al.,2019；靳月文，2020;Liu et al.,2022)，而西部吕梁山地区有色金属成矿研究较少。

吕梁山秦家崖钨铜矿床位于山西省方山县东北25 km处的秦家崖一带，行政隶属方山县马坊镇管辖。区内地质找矿工作始于20世纪60～70年代②，近年来普查工作圈定出2条具有一定规模的钨铜矿化体，显示出区内具有一定的钨铜找矿潜力③。本文通过对本区地质特征、控矿因素、物化探异常特征与成矿规律等方面进行综合分析，希望对本矿区乃至区域内寻找内生多金属矿床起到借鉴作用，同时为中生代岩浆活动与成矿研究提供案例。

1 区域地质背景

研究区位于吕梁山脉中北段(图1a)，区域出露地层为太古界老变质岩系和新生界覆盖层，主要为吕梁山群、古生界寒武系、新生界第四系等②(图1b)。区内发现的钨铜多金属矿体主要赋存于吕梁山群赤坚岭组地层中，地层岩性对成矿类型、规模与热液蚀变均有一定的控制作用③。矿点位于NNE向离石大断裂与近EW向马坊-娄烦断裂带的交汇部位(图1b)，研究区以NE走向的褶皱和断裂最为发育，其次为NEE和NW走向的断裂。区域岩浆活动频繁，种类较多，主要为侵入岩，以岩脉形式穿插于地层中，主要有辉绿岩和花岗岩、伟晶岩等。

图1 山西吕梁山地区秦家崖钨铜矿床大地构造位置(a)和矿点分布图⑤(b)

2 矿区地质特征

2.1 地层

区内出露地层主要为新太古界吕梁山群赤坚岭组、杜家沟组与新生界第四系，地层以单斜形式产出，倾向120°～150°，倾角30°～40°。赤坚岭组(Ar3Lc)主要分布在矿区北部，厚度大于500 m，岩性主要为灰色、黄褐色黑云母钾长变粒岩;杜家沟组(Ar3Ld)地层主要分布在矿区南部，厚度大于400 m，岩性主要为灰褐色、黄褐色黑云母钾长片麻岩。两组地层中均有呈透镜状分布的斜长角闪岩，与地层走向基本一致，与围岩呈断层接触关系(图2a)。

图2 秦家崖钨铜矿床地质图(a)与L10线剖面图(b)

2.2 构造

矿区构造主要为NE向断裂(图2a)，其次为NEE向和NW向的断裂。NE向挤压破碎带(F1)为主要的导矿与容矿构造，整体走向NE 30°～40°，延伸大于2 km，破碎带宽250～280 m，断面沿走向及倾向均呈波状弯曲，倾向135°～150°左右，倾角50°～85°或近于直立，局部断面可见斜冲擦痕，为逆断层。破碎带内岩石发生角砾岩化、糜棱岩化、赤铁矿化、绢云母化、绿泥石化，长英质岩脉与矿脉主要填充在其中(图2a)。NW向断裂从矿区南部穿过，规模较小，走向300°～350°，倾向SW或NE，倾角45°～85°，破碎带宽几到几十厘米，断距几到几十厘米，错断了长英质岩脉与矿脉，为成矿后断裂。

2.3 岩浆岩

矿区内岩浆岩主要为长英质岩脉(图3a、b)、辉绿岩脉(图3c)、伟晶岩脉等。长英质脉主要沿断层破碎带(F1)内或两侧分布，走向NE，明显受破碎带控制(图2a)，与围岩呈侵入接触(图3a)，附近发育石英脉型钨铜矿体(图3b)。岩脉走向延长数十米至百余米，宽几米至几十米，倾向140°～170°，倾角56°～85°，主要矿物为微斜长石(35%～65%)、斜长石(10%～35%)、石英(10%～30%)及少量石榴子石和黑云母，副矿物有磁铁矿、锡石、黄铜矿、辉钼矿、磷钇矿、黑钨矿、白钨矿、萤石，局部发育绿帘石化、赤铁矿化、云英岩化等。辉绿岩脉出露于矿区中部片麻岩地层中(图3c)，穿切了矿脉和长英质岩脉，为成矿后侵入的脉岩。伟晶岩脉在深部钻孔中揭露，矿物成分主要为长石、石英，其次为石榴子石、黑云母等。

图3 秦家崖钨铜矿床花岗岩与矿石地质特征

3 矿床地质特征

3.1 矿带特征

矿带主要分布在F1断层破碎带内及两侧(图2b)，形成NE-SW走向的透镜状，长约2 km，中间宽130 m，延深大于500 m，矿带SW端倾向127°～139°，倾角57°～79°，NE端倾向150°～157°，倾角58°～63°。矿带内矿脉分布呈现明显分带规律：在垂向上中间为密集高品位矿脉，而两边则多为稀疏的低品位矿脉(图2b)，在走向上中部矿脉密度与品位较高，而NE和SW两端较低(表1)，主要可分为北、中、南三个矿带。

表1 矿脉密度和含矿率统计表

3.2 矿体特征

矿体产于断层破碎带内及两侧次级节理裂隙中，多为后期充填的石英脉(图3a、b)，共圈定钨铜矿体2条，并发现多条钨、铜、金、钼矿化体。Ⅰ号矿体为含钨石英脉，矿体延长455 m，倾斜延深230 m，平均见矿厚度1.32 m，倾向125°～140°，倾角50°～80°，平均品位Cu 0.107%，WO30.236%，赋存标高1500～1700 m。Ⅱ号矿体为含钨铜石英脉，矿体延长300 m，倾斜延深205 m，平均见矿厚度1.05 m，倾向140°，倾角53°～86°，平均品位Cu 0.35%，WO30.45%，赋存标高1510～1710 m。Ⅰ号钨矿体探获推断的钨资源量7.28万t，伴生Cu资源量77.90 t；Ⅱ号钨矿体求得推断的钨资源量3.24万t，伴生Cu资源量68.04 t。全区共探获推断的钨资源量10.52万t，伴生Cu资源量145.94 t，平均品位Cu 0.14%，WO30.24%。矿脉在地表发育强烈的褐铁矿化，见少量孔雀石(图3d)；在坑道中(50 m深)可见半氧化的石英黑钨矿细脉(图3e、f)，在荧光灯下可见少量浸染状的白钨矿，发蓝色荧光，脉壁有强烈的绢云母化；而在钻孔ZK1001(220 m深)揭露的原生石英黑钨矿、黄铜矿脉,可见团簇状黑钨矿与细脉状黄铜矿(图3h、i)。

3.3 矿石特征

矿石类型以石英脉型为主(图3h、i)，含少量蚀变岩型，其中石英脉型矿石品位较高，蚀变岩型为含少量黑钨矿与白钨矿的长英质岩脉(图3b)。矿石矿物为黑钨矿、白钨矿、黄铜矿、褐铁矿、黄铁矿以及少量的锡石、辉钼矿与辉铋矿，脉石矿物主要为石英、长石、黑云母、白云母等。黑钨矿在矿石中分布极不均匀，黄铜矿、褐铁矿多的部位黑钨矿含量相对高，呈脉状或团块状出现在矿脉中心部位，而在矿脉边部发育独立的黑钨矿，另外在矿脉分枝复合处常有黑钨矿集合体，为自形板状晶体，WO3含量高达71.6%～74%。白钨矿一般呈黄白色，粒状或致密块状，荧光灯下为天蓝色。黄铜矿在地表或浅部多数已被氧化成斑铜矿、辉铜矿、褐铁矿(图4a～b)，浅部坑道中可见半氧化的黑钨矿、斑铜矿(图4c～d)，深部钻孔为新鲜的黑钨矿、黄铜矿、黄铁矿(图4e～h)，黑钨矿中包裹少量的白钨矿，局部见团块状白钨矿(图4i)。基于矿物共生与穿切关系可分为三期：第一期为主成矿期，矿物组合为黑钨矿+白钨矿+黄铜矿(斑铜矿、铜蓝)+石英；第二期为石英+白钨矿细脉；第三期为石英+黄铁矿(褐铁矿)细脉。第一期的黑钨矿与白钨矿为自形晶，粒径较大，与黄铜矿共生；第二期白钨矿呈脉状穿切或交代早期黑钨矿；第三期石英黄铁矿细脉穿切前两期的黑钨矿与白钨矿。

图4 秦家崖钨铜矿床矿石显微特征

4 物化探异常特征

4.1 磁异常特征

矿区内1:5万航磁异常特征为：走向NEE，长约4 km，宽约2 km，异常极大值为460 nT，北侧伴有约100 nT的负异常。异常对应地表出露吕梁群杜家沟组黑云钾长片麻岩，异常中心偏北有一条NEE向的逆断层通过，异常西部外侧，有钨矿化带出露④。1:2000高精度磁测剖面磁异常与航磁异常吻合较好(图5)，根据标本测试成果，结合已知地质情况，分析认为本区较弱的正磁异常可能与太古界吕梁群地层有关，相对低磁异常与已知钨铜矿带吻合较好，推测是钨矿带发生蚀变退磁后的影响。在40线225～250号点、80线250～270号点、120线210～230号点附近发现近EW向相对高磁异常，视电阻率表现为相对高阻异常，且附近发现辉绿岩脉露头，结合标本测试成果，分析认为该异常是隐伏辉绿岩脉引起。在120线320～330号点、160线335～350号点附近发现NE向高磁异常，视电阻率表现为相对高阻异常，结合标本测试成果，认为该异常也是辉绿岩脉引起。

图5 秦家崖钨铜矿床高精度磁法测量图

4.2 激电异常特征

矿区岩石标本的电性参数测定结果显示，黑云斜长片麻岩、黑云钾长片麻岩视极化率平均值相对较高，斜长角闪岩视极化率平均值为中等强度，而长英质岩脉、钨矿石、辉绿岩脉视极化率平均值相对较低，其中黑云斜长片麻岩视极化率平均值最高，辉绿岩视极化率平均值最低(表2)。黑云钾长片麻岩、辉绿岩视电阻率平均值相对较高，钨矿石视电阻率平均值为中等强度，斜长角闪片岩、黑云斜长片麻岩电阻率平均值相对较低，其中辉绿岩视电阻率平均值最高，黑云斜长片麻岩视电阻率平均值最低。钨矿石整体表现为相对中低视极化率、中高视电阻率的特征，与围岩具有一定的物性差异，中高阻中低极化的钨矿化带为异常目标体。

表2 秦家崖钨铜矿床地层、岩体与矿石电性参数表

激电中梯剖面视电阻率成果可以较好地反映出断层F1的存在。以断层F1为界线，F1断层北部视电阻率普遍偏低，而F1断层南部视电阻率普遍偏高；其中由磁异常推测出的蚀变区域主要为中高阻体，与钨矿石标本测试成果一致，推测是钨矿化蚀变带(图6)。在120线275～295号点、160线270～280号点、200线235～245号点、240线225～235号点附近发现NE向高极化异常，视电阻率表现为相对中高阻特征。通过槽探揭露，在TC01、TC03、TC12、老硐LD02中不同程度地发现了钨铜矿体，与异常吻合较好。

图6 秦家崖钨铜矿床激电中梯测量图

4.3 对称四极测深

为了进一步了解控矿断裂破碎带F1的产状、主矿体延深等特征，在10线、15线针对已知矿化破碎带部位开展对称四极测深，激电测深异常形态以及对应位置与中梯剖面吻合较好(图7)。P10线与P15线视极化率异常、视电阻率异常梯度带往东陡倾斜，反映构造破碎带F1往东陡倾斜，与已知F1矿化带产状吻合。视极化率异常向下未封闭，反映极化地质体向下有一定的延深，P15线测深断面相对高阻高极化异常与地表钨矿化点吻合较好。另外，在深部揭露的凸起状极高阻体(～2000 Ω·m)可能为隐伏的岩体。

图7 秦家崖钨铜矿床10线对称四极测深

4.4 化探异常特征

矿区完成了3条地表化探剖面测量，合计2.91 km，共采集样品232件，样品采自样点及其周围3～5处同种岩性的岩石碎块，单样品重量大于250 g。对钻孔ZK1001、ZK2401岩心开展了岩石地球化学测量，共采集样品199件，基本点距为5 m，矿化明显地段加密采集，单样品重量大于 250 g，分析测试由中国冶金地质总局第三地质中心实验室完成。

地面地球化学测量与钻孔岩心地球化学测量均有不同程度的化学异常，其中A-A′岩石剖面在吕梁山群杜家沟组黑云二长片麻岩中呈现出宽约250 m的Au、Ag、Cu、Pb、Zn、W、Sn、Mo地球化学组合异常，其平均含量分别为Au含量115×10-9、Ag含量0.8×10-6、Cu含量555×10-6、Pb含量93.4×10-6、Zn含量82.6×10-6，W含量364×10-6、Sn含量26.6×10-6、Mo含量21.9×10-6，其极值含量分别为Au含量427×10-9、Ag含量4.59×10-6、Cu含量4524×10-6、Pb含量323×10-6、Zn含量190×10-6，W含量5540×10-6、Sn含量63×10-6、Mo含量107×10-6，各元素之间呈共消长的关系。从异常特征来看，为矿带异常所引起，由于成矿元素Cu、W的异常强度极高，均达边界品位，显示出该区具有良好的成矿远景。

钻孔ZK1001中94～284 m处圈出了一段宽约190 m的Au、Ag、Cu、Zn、W、Mo地球化学组合异常，其平均含量分别为Au含量22.8×10-9、Ag含量2.67×10-6、Cu含量3039×10-6、Zn含量149×10-6，W含量372.64×10-6、Mo含量23.6×10-6，其极值含量分别为Au含量92.3×10-9、Ag含量26.1×10-6、Cu含量32492×10-6、Zn含量409×10-6，W含量4541×10-6、Mo含量111×10-6，各元素之间呈协同变化的关系，从异常特征来看，成矿元素Cu、W和Cu、Mo异常套合较好，强度较高。另外296～307 m处呈现单Mo元素异常，极值含量348×10-6，282～290 m呈现一段Zn、Cu、Mo组合异常，极值含量Zn 830×10-6、Cu 287×10-6、Mo 1055×10-6，在294～298 m处呈现一个单Mo元素高值异常点，极值含量27492×10-6。整体上化探异常显示Cu、W异常明显，同时伴有Au、Mo异常，均为穿插于黑云二长片麻岩或二长花岗岩中的长英质岩脉所引起，异常反映强烈地段同时也是含矿带断裂裂隙构造发育密集、含矿长英质岩脉矿化强烈处，黑云二长片麻岩作为矿脉的围岩基本不含矿。

5 成矿规律与找矿方向

秦家崖钨铜矿床矿脉严格受NE向断裂控制，不论沿走向或倾向都呈分枝复合、尖灭再现特征。断裂破碎带及矿脉两壁发育褐铁矿化、绢云母化、绿泥石化、硅化等热液蚀变(图3、图4)。矿区的长英质岩脉发生了不同程度的钨铜矿化，且长英质岩脉发育地段也正是矿脉较多的部位，二者具有密切的空间关系(图3b)。尽管尚未获得准确的成岩、成矿年代学数据，但是离石大断裂附近已发现了多处燕山晚期花岗岩体，例如紫金山岩体(134.7±1.5 Ma,MSWD=1.08,王亚莹等，2014)，岩石地球化学与Sr-Nd-Hf同位素指示燕山晚期吕梁地区整体处于伸展的构造背景，软流圈多次上涌引起岩石圈地幔和中下地壳物质部分熔融形成强烈中酸性岩浆活动(肖媛媛等，2007；王亚莹等，2014，2015)。矿区的对称四极测深剖面也在矿体的深部揭露了凸起状高阻体(～2000 Ω·m)，很有可能为隐伏的花岗岩体(图7)。因此，秦家崖钨铜矿床成矿流体与物质来源应与矿区长英质岩脉以及深部隐伏岩体有关，为岩浆期后高温热液脉型矿床，NE向构造破碎带是主要的导矿、容矿构造，而燕山期中酸性岩浆活动携带大量气水热液、成矿物质，沿断裂构造、层间破碎带运移到有利于沉淀的空间聚集成矿。

秦家崖钨铜矿床的成因类型、蚀变特征均与我国华南岩浆期后热液有关的石英脉型钨矿床具有较高的相似度(祝新友等，2015；Liu et al.,2019;Liu et al.,2020;蒋少涌等，2020)。大规模的钨成矿主要与S型或A型花岗岩有关(Chen et al.,2013;Lehmann,2020;Cao et al.,2020)，少数与高演化的I型花岗岩有关(Su et al.,2018;毛景文等，2020；Liu et al.,2022)。华南石英脉型钨矿床从地表至深部矿脉的宽度逐渐增大，从微脉带(厘米级)逐渐过渡至大脉带(米级)，且在深部岩体接触带发育云英岩型与蚀变岩型钨矿体(王登红等，2010；赵正等，2017)。而秦家崖矿床控制的钨矿脉均为厘米级的细脉，指示其仍为石英脉型钨矿“五层楼+地下室”分带的浅部。激电中梯剖面、对称四极测深剖面与地球化学剖面测量均指示了钨铜矿体在走向上与倾向上有一定规模的延深(图6与图7)，钻孔ZK1001与ZK2401中多处揭露了钨铜金钼多金属矿脉，且在钻孔ZK1001中94～284 m发现了宽约190 m的Au、Ag、Cu、Zn、W、Mo地球化学组合异常。此外，在地表及浅部则多为斑铜矿、辉铜矿、铜蓝、褐铁矿等氧化矿体，而深部均为原生的石英脉型钨铜矿体，Cu的含量比地表偏高，同时伴有Au、Mo异常，充分显示区内深部有钨铜多金属矿的成矿潜力。因此，基于秦家崖钨铜矿床地质特征，综合分析成矿地质条件及物探成果，结合以往工作，认为矿区具有一定的找矿前景，尤其是围绕10线、24线已经控制的钨铜矿体，对其进行进一步的追索，可能发现规模较大的工业矿体。