甘肃北山磨盘山铜矿床地质特征与成矿条件研究

当前我国的热液铜矿主要分布在新疆、甘肃及内蒙古地区的古亚洲成矿带上。此类矿山为火成热液铜矿床，主体类型为中酸性侵入体。这种岩石类型比较复杂，由斑岩花岗岩和白云母等各种类型的岩体组成。该类铜矿自身的成矿地质规模变化较大，存在岩株、岩脉等，从构造面的角度讲该矿的结构面主要是断裂面，成矿的流体物质主要来源为岩浆。北山成矿带在近年来的勘探之中发现其物质主要来源为上地幔，其在成型过程之中的热力学条件为岩浆活动。北山磨盘山铜矿的形成同区域断裂存在着密切的联系，起到了导矿和成矿的作用

。矿区之中北西向的断层为矿热液的有效沉积创造了良好的条件。主要对磨盘山铜矿床的成矿类型、时期、控制因素将进行详细研究，从而可以进一步表明北山成矿带的形成规律提供更有说服力的证据，有效的丰富北山成矿带的相关研究资料。

1 北山磨盘山铜矿床区域地质特征概述

北山磨盘山处于甘肃省和新疆省交界的位置，行政划分隶属于甘肃省，该地区为低山荒漠丘陵地形，整体上的地势特点为北高南低。磨盘山所在的北山整体上由东西向的大断裂构造断层组成。当前学术界对于北山地区的大构造仍然未形成统一的认识

。部分学者和专家认为北山地区是哈萨克斯坦和塔里木板块之间的缝合线，部分学者则认为其属于华北板块西北边缘的裂谷。

1.1 区域地层

当前对于北山磨盘山铜矿床的研究依据地层形成的时间将其划分为以下五个部分：一是新太古——古元古界敦煌岩群。该地层为矿区的结晶基底岩系，在矿区之中以南北走向的两个带状体露出，露出宽度在1km到7km之间。构成该组合的岩石主要为灰白色——灰绿色混合岩；二是上泥盆统墩墩山群，该区域在矿区之中主要分布在辉铜山的东坡和山西南侧的区域之中，部分零星区域则分布在龙山的北侧，呈现出了东西向的狭长发展带，其面积在5km

左右。构成该地层的岩石主要是流纹岩、安山岩以及石英，其中地层的下部主要由安山岩、玄武岩、流纹岩构成；三是石炭系。依据当前的调查成果可知石炭系在矿区之中的露出较少，主要分布在红柳园以东的区域，露出的面积整体上看小于15km

。构成该地层的岩石岩性主要为杂色砾岩，其中还包含了长石石英岩和部分粉砂岩。在该地层之中还包含了少量的灰岩和钙质砂岩；四是二叠系，该地层在矿区之中的分布最为广泛，其总面积约为160km

。依据学术标准可将该地层划分为下二叠统双堡塘组和上二叠统金塔组。前者主要分布一个东西向的狭窄区域之中，整体面积约为60km

，是一个不完整的向斜构造，其主要岩性为灰绿色、黄白色等碎岩屑。后者主要分布在红柳园南部区域，分布形状为狭窄的三角形区域，整体面积约为100km

，组成该地层的基本岩性为玄武岩。五是第四系，该地层在矿区之中的分布极为有限，主要分布区域为河谷、凹地等区域，当前学术界尚未对该区域进行深入系统的相关研究

。

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1.2 区域构造

北山磨盘山铜矿自身的区域地质构造较为复杂，进而使区域内的断裂构造和褶皱构造发育较为完善。断裂构造以压扭性的断裂为主，在矿区之中呈现了东西向的压性结构，在整个矿区内占据了绝对的主导地位，形成了区域内的构造框架基础。东西向的压扭性断裂主要有布特南断裂、狼山断裂、玉石岭断裂、辉铜山断裂、沙沟西山断裂。在矿区之中东北方向分布的压扭性断裂，主要是狼山-大泉断裂，其延伸长度约为27km。西北方向的压性断裂主要发育位置在玉石岭、宝石山的区域之中。矿区内的张性断裂主要分布在大泉东山和石人子井北花岗岩之中，其一般的延伸长度约为1.5km～2.5km。矿区之中的扭性断裂主要分为两组：一是分布在狼山、小泉北山东北走向的扭性断裂；二是主要分布在磨金洞区域的斑状花岗岩。从分布范围角度看扭性断裂的分布范围较小，长度在4km～5km之间。区域内的褶皱也呈现了东西向的分布态势，基本的褶皱形态为背斜和向斜，从整体上区域内主要的褶皱构造有以下几个：一是东西展布的褶皱构造，此类构造主要有大泉东山向斜、石人子井向斜、龙山背斜等；二是轴向结构氛围为北西向的褶皱构造，此类构造的整体规模较小，其主要分布在玉石岭以下的区域之中，分布的长宽均小于1km。

1.3 区域岩浆

侵入岩整体上呈现了带状、面状分布的基本特点，以岩基、岩株、岩脉等形式产出，在空间上可以将侵入岩划分为三个带状的区域：一是北岩带；二是钻井沟带；三是南山岩带。不同区域的侵入岩其形成的时间存在一定的差异，自身的侵入原因和特点也存在一定的区别。依据当前的研究资料北岩带形成过程之中发生侵位的岩浆主要是中酸性岩浆，其在成岩之后存在的基本特点是岩体的剥蚀较浅、岩体的顶部和边缘存在明显的过渡特征，存在较为普遍的混染现象，岩石自身粒度呈现了一定的不均匀性。钻井沟带的侵入岩类型较为复杂，且其侵入的时间较长，在不同时间点侵入的岩石又呈现了不同的特点。早期侵入的岩浆以基性和超基性岩为主，中期侵入的岩浆则形成了大小和外部形状存在较大差异的岩株，晚期形成的岩石则主要为岩基和岩株；南山岩带之中的侵入岩主要类型为基性岩浆，最终形成了各种具有超基性的小型岩体。

北山磨盘山区域的岩浆活跃度较高，其根本原因在于在不同的时期该区域的构造演化较为复杂。从整体上看矿区内的岩浆活动主要集中在地壳活动时期

。依据当前的研究结论，矿区内的岩浆类型较为丰富，分布范围较为广泛，其中分布区域最大的岩浆类型为侵入岩，其在矿区内三分之一的区域均存在，其主要侵入的对象为花岗岩，约占被侵入岩性的92%。

根据目前的勘探资料，磨盘山已查明矿产23种，其中矿石10种，废矿13种。矿石之中的金属硫化物有金属硫、黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、毒砂，最为常见的脉石矿物为黑云母。黄铜矿是磨盘山矿区之中主要的含铜矿物质，其外部颜色为铜黄色，外部几何形状通常为不规则形体，其通常同其他的矿物质结合为同一个矿体。黄铜矿不规则的外部结构表明结晶过程中出现的物理化学环境是一个不稳定的物理化学环境，在不同阶段会受到不同热液的影响。黄铁矿是当前最常见的金属硫化物之一，其外部呈现了淡黄色，以但单矿物质或块状的形式产出，其集合体通常分布在黄铜矿之中。斑铜矿也是主要的含铜矿石之一，在观察过程中，其外形呈紫红色，质地比较均匀，主要分布在钾长石、黄铜矿和铜蓝之间。矿体中部分黄铜矿与斑铜矿整体接触。毒砂通常与黄铁矿、黄铜矿共生。毒砂晶体呈现为自形和半自形，其颗粒通常与黄铁矿、磁黄铁矿的颗粒组合成为聚合体，三者之间不存在明显的穿插和交代。黑云母自身以片状的结构存在，其厚度通常在0.4mm以下。在显微镜下观察到的各种黑云母其自身的外部结构均经历过后期的改造，但水晶的清晰轮廓仍然存在。一些黑云母矿物在接触绿泥石时变成浅绿色，而一些黑云母则逐渐失去其自身的晶体结构。

磨盘山区域存在强烈的岩浆活动，进而形成了大量的岩浆岩，依据当前已经探明的资料，矿区之中包含了黑云母花岗岩、辉长岩、安山岩等多种类型的岩石。上述岩石在深层岩床和浅层的岩脉上均有着极其广泛的分布

。依据上述岩石自身形成的时间，可以将其划分为三个时间段：一是在晚奥陶-早志留世的岩浆活动形成的岩石。这一时期形成的岩石类型主要是黑云母花岗岩，其在矿区之中主要以岩基和岩株的形状分布，主要分布区域为矿区的中部，广泛分布于矿区。黑云母花岗岩为纯红色，花岗岩结构为中粗粒，主要结构块状，所含矿物主要以石英、斜长石和钾长石为代表。黑云母本身是一种鳞片状粗粒花岗岩结构，二是中志留统花岗闪长岩，其在矿区的分布面积比较有限，主要以岩石形式存在，岩石呈灰色。中西纹样的特点。该地层的矿物组成主要以斜长石、钾长石和黑云母为代表。斜长石形态为半面板，个别为宽板，矿物颗粒外观有黏土痕迹，黑云母的基本色彩为黑褐色，其呈现了片状分布的特点，矿物之中具有一定的磁铁矿。三是晚志留世钾长石花岗岩。矿区现场观察到的钾长石花岗岩主要以岩刺和岩脉侵入体形式存在于花岗角闪岩中，主要分布在矿区北部和南部地区。受到断裂控制构造自身的影响，岩体自身呈现了东西向的分布特点。岩体之中矿物质的结晶状况较差，岩体之中主要包含的矿物质是钾长石、石英以及少量的黑云母。石英结构自身具有独特的粒状结构，具有较高的透明度，外形自呈现了不规则分布的特点，大部分的石英主要分布在长白石之中的孔隙之中，其基本粒径的大小在0.2mm～1mm之间。

2 矿区地质特征概述

2.1 矿区地层特点概述

当前矿区之中的露出地层主要分为以下四种类型：一是下二叠统，其主要分布在矿区的北部，是矿区内分布范围最广的地层，构成该地层的基本岩石类型为长石石英砂岩，其基本特征是呈现了灰白色的色彩、具有粒状的晶体结构，外部则呈现了块状的构造。在岩石之中含有的矿物质主要是石英和斜长石，在部分岩石之中也发现了黑云母等矿物质。从外形分布上看岩石的外部结构较为破碎，石英脉枝的发育呈现了网状分布的基本特点，在部分硅化的区域之中能够看到片状的结构，该类构造之中存在的矿物质主要是黑云母、绿泥石，整体上看起呈现了鳞片状的布局结构。二是中二叠统哲斯群，其主要的分布区域为矿区的北部，其主要岩性为长石砂岩，受风化作用的影响，该类矿石的外部特征为灰白色，其中含有的矿物质有石英、斜长石、正长石。岩石之中存在的主要胶结物为泥质、钙质、硅质物。岩石整体的形态分布为粗粒结构，整体的颗粒分布较为均匀，部分正长石呈现了细丝状的微观结构。受风化作用的影响在不同矿物质填充的缝隙之中存在云母的集合体；三是上二叠统，该地层的主要岩性为英安斑岩，其主要分布在矿区的中部位置，受风化作用的影响，该部分岩石外部颜色为灰色和灰绿色，外部基本几何结构形状为斑状结构。岩石之中的砾石含量小于整体的20%，且各种类型的成分含量存在一定的差异。四是第四系地层，其主要分布在矿区内沟谷地形之中，平均厚度较小，基本构成为各种类型的砾石、砂及砂土，外部形状和岩石的构成较为复杂。

2.2 岩浆岩特征概述

矿区之中存在的火山岩较少，仅存在泥盆纪和二叠系金塔组阶段的火山岩。泥盆纪火山岩主要分布在辉铜山一带，基本走向为东西，延伸的长度小于35km，露出的最大宽度在2.2km左右，最小宽度则不到100m。构成泥盆纪火山岩的主要岩石为流纹岩、英安岩、安山岩以及砾岩等，此类岩石本质上是矿脉断裂带初期拉长环境中，出现断裂所构造的裂缝，并从裂缝中喷出产物。二叠纪火山岩主要分布在红柳园以南的区域之中，其延伸的长度为42.5km，呈现了西窄东宽的分布特点，矿区内部最大的裸露宽度为9km。

3 北山磨盘山铜矿矿体地质特征概述

3.1 矿体特征概述

当前在磨盘山矿区之中一共发现的铜矿数量为五条。铜矿体主要分布在矿区的北部和南部，从岩石分布特点的角度讲其主要分布在钾长花岗岩裂隙之中，在部分中粗粒的黑云母花岗岩裂缝之中也存在铜矿体。从整体上看铜矿体上的分布规律同断裂的分布有着密切的关系，矿体的富集程度受到了构造位置处裂缝的控制

。五条铜矿带自身的特点和分布也存在着一定的差异：第一条铜矿带由7条深槽、1个钻孔和2个坑道组成。该矿体的基本结构形态为脉冲形，其形成受到了东北向的断层的控制和影响。矿体的走向为60°，矿体的延伸长度为280m。第二条铜矿带发育位置在矿区的北部，其矿体造型也为脉状，其矿体的走向接近90°。矿体的长度约为140m。其宽度在1.0m到3.13m之间。第三条铜宽带的基本构成是2条深槽、1个竖井和斜井控制。该矿体呈现了透明状的晶体，矿体在形成的过程之中受到了东北走向的断层的影响。该矿带自身整体的连续性较差，该矿矿体的长度为150m，宽度为1.0m，铜品味在0.38%～2.34%。第四条铜宽带由3条深槽构成，其形态也为透镜状，且沿着自身的走向出现了一定的膨胀和收缩，从整体上看该条宽带的连续性较好，矿体的长度为200m，宽度在1.20m到4.92m之间。第五条铜宽带由6条深槽控制，外部形态接近透镜状，矿体走向接近90°，矿体向正南方向连续分布，矿体的长度为360m，宽度3.93m到11.14m，在深部巷道的铜品味含量在5%。

3.2 矿石与矿物特征概述

(1)将已装好探头的加长套管插入稀释釜，固定后通电开搅拌并开始测试，釜内已有树脂，进行保温一段时间；注入新树脂、搅拌一段时间；再进行降温测试、最后排料。在线黏度、温度过程曲线1见图2。

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3.3 矿石结构构造概述

依据当前的勘探研究北磨盘山的矿物质结构形态主要有以下几种：一是水形、半粒状和其他粒状结构：早期结晶能力强的矿物大多具有自面体和半面体粒状结构；二是鳞片状结构：手标本中可见灰黑色叶片状、鳞片状辉钼矿，镜下呈绳结状，呈鳞片状结构；三是交代结构：这种结构在矿石中最为常见。它可以在金属矿物和脉石矿物之间找到，斑铜矿交代黄铜矿和铜蓝交代黄铜矿形成的多期交代带；四是共边结构：斑铜矿与蓝铜矿、黄铜矿与黄铁矿、黄铜矿与斑铜矿、闪锌矿与黄铜矿、反射光显微镜下的黄铜矿，黄铜矿通过直线或曲线的边界形状相互连接，形成共同的边缘结构。五是充填结构：显微镜下可见，后期形成的不规则形成的黄铜矿填满了黄铁矿裂缝或脉石矿物；六是镶嵌粒状结构：不规则形状的石英颗粒，局部粒径可达9mm以上，颗粒形状不规则，颗粒结痂致密，无色透明，因部分杂质而略带浑浊，呈波浪状消光。

根据目前的勘探研究，北磨盘矿石的结构分为以下几种类型：一是块状：黄铁矿和黄铜矿以大小不一的聚集体均匀分布在矿石中，形成边缘不均匀的块状；二是浸染状。构造：矿石的主要构造之一，主要特征是在黑云母花岗岩、花岗闪长岩和细石英脉中稀有辉钼矿、黄铁矿、黄铜矿等硫化物。散布的黄铁矿颗粒通常大小为0.02mm～0.3mm，较小的颗粒直径可达0.006mm～0.02mm。浸染辉钼矿以鳞片状为主，粒径为0.02mm～0.6mm，部分可达1.1mm～2.3mm，多分布于花岗闪长岩中。黄铜矿多为半粒状粒状，粒度为0.006mm～0.7mm，有的可大至1.1mm左右，浸染性矿化是矿区重要的矿化类型。

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