河南商城县罗家湾钼矿床地质特征及成矿机理探讨

2023-08-23徐公权

矿产与地质 2023年3期

徐公权

(河南省地质局矿产资源勘查中心,河南郑州 450053)

0 引言

河南省商城县钼矿找矿工作始于20世纪70年代末,但一直未取得突破。直至2004年,河南省地质矿产勘查开发局第三地质调查队在综合以前区域及物化探资料的基础上,结合地表工程和钻探工程,发现并查明了汤家坪中型斑岩型钼矿床[1-2]。随后,为探明其外围钼多金属矿资源分布状况,对新店地区钼多金属矿开展了一系列的研究和勘察工作,在邻近汤家坪的罗家湾异常区勘探新发现了罗家湾斑岩型钼矿。

罗家湾钼矿位于河南省商城县南约35 km,行政区划隶属于达权店乡新店村、十二道河村和长竹园乡张花店村,216省道在东南部穿越,交通条件十分便利(图1)。该矿位于大别山北麓,地形切割中等—强烈,山势陡峭,总体北低南高,海拔195～892m,高差697m;属温带向亚热带过渡型气候,四季分明,雨量充沛,年平均降雨量1200 mm,平均气温13℃;区内地表水发育,为淮河水系,淮河一级支流灌河纵贯本区。

图1 罗家湾钼矿区交通位置图

本文总结了新发现的罗家湾钼矿的矿床地质特征,并对矿床成因进行了分析,进而探讨其成矿机理,指出该区具有潜在的找矿前景。研究成果可为后续找矿勘探提供参考。

1 区域地质概况

罗家湾钼矿位于河南省商城县南约35 km,地处达权店乡新店村、十二道河村和长竹园乡张花店村交接区域(图2)。大地构造上位处秦岭—大别造山带东段,桐柏—大别山变质核杂岩隆起带北部。区域主干断裂与区域构造线一致,呈NWW向展布,如桐柏—商城断裂带、龟山—梅山断裂带等,早期均表现为韧性剪切变形,后期在伸展机制下叠加脆性变形;而NNE向和NE、NW向断裂发育相对稍晚,如商城—麻城断裂带等。它们控制着大别山地区火山岩和岩浆岩的分布(图2)。

图2 大别山北坡构造地质图

以桐柏—商城断裂(F3)为界,北部秦岭地层区主要出露中元古界龟山岩组(Pt2g)、中新元古界浒湾岩组(Pt2+3h)、下古生界二郎坪岩群(Pz1Er)、震旦系—奥陶系肖家庙组(Z-O1x)、泥盆系南湾组(Dn)、上石炭统杨小庄组(C2y)和胡油坊组(C2h)、下白垩统陈棚组(K1c)等;南部大别地层区主要出露太古宇大别岩群(ArDb)以及古老侵入岩强变形后形成的大别片麻杂岩、超高压变质带。

受扬子板块向华北板块俯冲、碰撞和后期中国中东部地区伸展机制的影响,大别山地区岩浆活动十分频繁,超基性—基性—中性—酸性—碱性岩均有出露,以华力西期及燕山晚期酸性侵入岩分布最广,规模最大,岩性主要为中细粒—细粒黑云母斜长花岗岩;其中燕山期侵入的花岗斑岩多为小岩体,规模大小不等,具深源浅成特点,岩性为黑云母二长花岗岩。本区中生代火山活动亦较活跃,西起信阳游河、东到安徽郯庐断裂均有分布,主要沿大别山北麓、龟山—梅山断裂两侧呈EW向展布。

2 矿区地质

2.1 地层

矿区出露地层有太古宇大别岩群(变质表壳岩)(ArDb)角闪黑云二长片麻岩、磁铁石英岩、斜长角闪片麻岩、白云石英片岩等;元古界变质深成岩系大别片麻杂岩(PtDog)黑云二长片麻岩、角闪斜长片麻岩夹斜长角闪岩、云英闪长质片麻岩、花岗闪长质片麻岩等,普遍具绿泥石化、黄铁矿化及硅化等;中新元古界浒湾岩组(Pt2+3h)黑云斜长片岩、黑云钾长片麻岩、二云斜长片麻岩夹斜长角闪片岩等,以及第四系全新统(Qh)冲积层砂、含砾砂、砾石(图3)。

图3 罗家湾钼矿区地质图

2.2 构造

矿区褶皱不发育,仅在将军寨浒湾岩组中发育一大型褶铍、伴生黏滞型石香肠构造,其北端大理岩标志层展布略具反“Ω”形,揭示其由北向南剪切运动特征。断裂构造发育,主要有NNE向商城—麻城断裂带、NE向赵家湾断裂(图3)。

商城—麻城断裂带:走向NNE、倾向NWW,倾角60°～70°,宽100～500 m,区内分布于长竹园、新店、达权店一线,在达权店以北被鲇鱼山水库所掩盖。该断裂由多条糜棱岩带、碎裂岩带组成,显示早期韧性剪切形成糜棱岩,从中心向两侧糜棱岩化作用递减;而碎裂岩分布于糜棱岩带的中部或两侧,为后期脆性变形的结果。它直接控制罗家湾和汤家坪花岗斑岩体的产出。

赵家湾断裂:分布于徐瓦屋、赵家湾一线,呈NE向展布,其南端在新店北与商城—麻城断裂带交汇,出露长16.5 km,断裂带宽1～3 m,由强硅化碎裂岩带和角砾岩带组成。

2.3 岩浆岩

矿区岩浆岩出露规模相对较小,主要为分布于后老坟园—凉水井一带的新元古代辉长岩(Pt3νν)和分布于罗家湾和汤家坪一带的早白垩世香子岗序列花岗斑岩;北部有小范围的早白垩世达权店二长花岗岩(K1Dηγ)出露。早白垩世香子岗序列花岗斑岩与钼矿化关系密切。

香子岗序列花岗斑岩呈岩株状侵位于古元古界罗家大寨黑云斜长片麻岩中,岩性为二长花岗斑岩(K1X1ηγπ)和钾长花岗斑岩(K1X2ξγπ),出露面积约0.5 km2。

据岩体中硅酸岩样品分析结果(表1),边部向中心K2O含量逐渐增高,与花岗岩平均化学成分相比,SiO2和Na2O+K2O含量较高,而其他氧化物含量较低,全碱w(K2O+Na2O)≥8.45%,w(K2O) /w(Na2O)≥1.33,岩石酸度较高,铝指数为0.95～0.98,属于高铝、富钾、铝不饱和的钙碱性系列;包体为深源暗色角闪安山岩,氧同位素石英7.79,属小泰勒正常δ18O花岗岩。因此,该岩体属“Ⅰ”型花岗岩类,源岩为地幔与地壳的混合物,物质来源于下地壳,具深源浅成型特点。

表1 岩石化学成分

岩体中轻重稀土比值为9.42,说明轻稀土富集、重稀土亏损比较明显。岩石中微量元素的丰度以富Mo为特征,钼矿体即产于该岩体内,是钼矿体的母岩。

2.4 变质作用

矿区岩石经受了中—深区域变质作用,变质程度较高,主要为黑云二长花岗片麻岩、角闪斜长片麻岩、白云斜长片麻岩等,其原岩为花岗质岩石。

2.5 地球物理特征

物性测定结果表明,辉钼矿化花岗斑岩的极化率为15.48%,强黄铁矿化岩石极化率在20%以上,最高可达61.5%,其他岩石极化率为3.64%～8.27%。黄铁矿化的强弱对极化率值的高低有很大影响。

2.6 地球化学特征

矿区地球化学异常以Mo、W为主,并伴有Sn、Cu、Pb、Ag等元素的弱异常。Mo、Cu异常发育在矿区中部,其它元素的异常则主要分布在Mo、Cu异常的南北两端,且围绕Mo、Cu异常发育。

据1∶20万水系沉积物测量结果,区内w(Mo)max=212.4×10-6,w(Mo)min=0.4×10-6,平均2.39×10-6,标准离差为5.39,变化系数为225.14%。以w(Mo)=20×10-6为下限圈出的异常呈椭园形,长轴NNE向,与岩体延伸方向一致,面积2.16 km2。

另据1∶20万商城幅区调资料,区内测制了4条原生晕剖面和两条次生晕剖面,结果表明Mo含量在岩体上较高,而进入围岩则急剧降低,较为清晰地反映出钼矿化的范围、规模与含矿岩体的一致性。

1∶1万地球化学土壤测量也发现了异常由Mo、W、Cu、Pb元素组合而成,异常近圆形,面积达4.1 km2。异常以Mo为主,内带平均值为101×10-6,最高异常强度最高达992×10-6,面积达1.5 km2,远大于矿床分布范围。

综上,研究区钼矿成矿与早白垩世罗家湾花岗斑岩体呈岩株侵入有直接关系,该岩体地表出露面积约0.5 km2,整个岩体及接触带均为钼矿体。

3 矿床地质特征

3.1 矿体形态

罗家湾钼矿体主要赋存于早白垩世罗家湾花岗斑岩中,部分矿体产于接触带的斜长角闪片麻岩、黑云斜长片麻岩等围岩地层之中。矿体出露面积约占岩体出露面积的75% (图4)。矿体长约400 m,平均宽约200 m,最宽处约250 m,在剖面上矿体呈陡立外倾的岩株状(图5),走向290°～325°,倾角一般为75°,矿体规模向深部变大。矿体内部夹石较少,夹石多呈透镜状,内部构造较简单,属较简单型矿体。从地表厚度稳定程度看,矿体厚度变化较大,有较多的涨缩、分枝现象,属不稳定型;但从地下钻孔资料看(图5),矿体形态完整,构造破坏程度很小,有个别断层和岩脉穿插于矿体中,但对矿体形态影响极小。矿体与斜长角闪片麻岩、黑云斜长片麻岩等围岩无明显的界线,呈渐变过渡关系。矿区氧化带厚度一般为5～10 m,氧化程度低,因氧化淋滤,近地表矿石品位略低,向下迅速变富。

图4 矿体分布及勘探线布置图

图5 B—B′ 勘探线剖面图

3.2 矿石质量

矿石品位变化不大,在平面上,从矿体中心向边缘,品位逐渐变低;在垂向上,矿体地表品位略低,向下变富。富矿段钼平均品位为0.123%;贫矿段钼平均品位为0.044%;单个样品最高品位为0.24%,矿体品位变化系数为83% (矿区288个样品统计结果)。W、Bi、Cu、Pb、Zn伴生组分含量低,均无利用价值。

矿石矿物主要为辉钼矿、黄铁矿、镜铁矿,次为褐铁矿、钼华。脉石矿物为钾长石、斜长石、石英、绢云母及少量黑云母、高岭石、绿泥石。辉钼矿呈自形—半自形晶细鳞片状赋存于岩石及其节理裂隙中,与黄铁矿共生。

矿石主要为粒状结构、斑状—似斑状结构,半自形鳞片状结构;网脉状构造、细脉浸染状构造、稀疏浸染状构造、蜂窝状构造等。

3.3 矿石类型

罗家湾钼矿石的工业类型仅有钼矿石一种,其自然类型则有多种。按矿石结构、构造特征划分为蜂窝状矿石、浸染状矿石、细脉—网脉状矿石;按矿石氧化程度可分为氧化矿石和混合—原生矿石两种;按矿石的矿物组成可分为花岗斑岩型和蚀变片麻岩型矿石。

3.4 围岩蚀变及分带

矿区岩石普遍遭受不同程度的热液蚀变。主要蚀变类型有硅化、钾长石化、黄铁矿化、绢云母化、高岭土化、绿泥石化、绿帘石化等。其中硅化、钾长石化强烈发育,黄铁矿化广泛发育,其余类型蚀变主要分布于岩体边部及近地表。

根据含矿岩石的蚀变类型、蚀变特征、蚀变矿物的相对含量,将蚀变强度大致分强、中、弱三级。强蚀变带以硅化、钾长石化、黄铁矿化为主,分布在岩体中心部位,形成富矿带;中等蚀变带以钾长石化、黄铁矿化为主,大致呈不规则的椭圆环状分布,与矿区的主要工业矿体的分布基本一致;弱蚀变带以绢云母化、高岭土化为主,与低品位工业矿体及边部贫矿体的分布一致。

3.5 矿化分带

矿床大致呈同心的不规则椭圆状分带,与蚀变类型、蚀变程度、元素含量等基本一致。矿石类型从中心向边部依次为网脉状→脉状矿石→细脉浸染状矿石→稀疏浸染状矿石。矿石品位:矿体中心部位品位大于0.10%、中部品位0.06%～0.10%、矿体边部品位0.03%～0.06%,最外侧矿化带0.015%～0.03%。

4 矿床成因类型分析

4.1 成矿物质来源

罗家湾钼矿赋存于早白垩世罗家湾香子岗序列花岗斑岩体内部,前述已阐明该花岗斑岩源岩为地壳与地幔的混合物,即岩浆物质起源于下地壳,并有少部分地幔成分加入。

矿石中硫同位素样品测试结果,黄铁矿中δ32S为+2.13‰～3.65‰;辉钼矿中δ32S为+4.27‰～4.46‰,硫同位素组成范围窄,且均为正值,重硫相对富集;氧同位素测定石英中δ18O=7.49%。表明成矿物质源于下地壳及上地幔,与岩体来源一致。

从矿区岩石地球化学特征看,钼元素高含量异常区与该岩体及蚀变带的分布、走向等基本一致,反映了矿化与岩体的成生联系。岩体内平均w(Mo)=354.59×10-6,是世界花岗岩类的177倍;而围岩中平均w(Mo)=0.63×10-6(豫南地区为0.76×10-6),与区域背景值相差不大。由此也说明成矿物质钼是花岗斑岩体自身携带而来的。

4.2 成矿环境

罗家湾钼矿主要赋存于早白垩世罗家湾香子岗序列花岗斑岩体内部及接触带,而斑岩一般产于浅成环境,与浅成环境对应的还有代表近地表条件下的低温热液交代蚀变作用的高岭土化。矿物组合及矿石类型则反映了成矿期的物理化学环境,下部原生矿石以硫化物为主,反映其主成矿期为还原环境,上部的氧化矿石,则反映成矿后期经历了氧化环境。

因此,成矿环境总体是浅成的斑岩体内部及岩体接触带附近,主成矿期主要为还原环境,后期矿体上部处于氧化环境。

4.3 成矿作用

矿体的产出形态、矿石结构构造及蚀变特征等是成矿作用的反映。

罗家湾钼矿矿体主要产于花岗斑岩体内部,部分产于接触带的斜长角闪片麻岩、黑云斜长片麻岩等围岩中,并大致呈同心的不规则椭圆状分带产出,且矿化与蚀变类型、蚀变程度、元素含量等基本一致;原生矿石的结构构造主要为浸染状、细脉—网脉状,这些表明主成矿作用以交代作用为主,成矿流体来自花岗斑岩自身,为花岗斑岩自交代作用的结果[3-4],符合斑岩型成矿作用特点。

矿石除了原生矿石外,还有蜂窝状的氧化矿石,说明成矿作用后期叠加有风化作用。

综上所述,罗家湾钼矿与国内已知斑岩型钼矿特征十分相似[5-10],属于深源浅成斑岩型钼矿床。

5 成矿机理探讨

秦岭—大别造山带是呈EW向横亘于我国中部的一个非常重要地质构造单元,也是我国重要的Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Sn、Mo、W等贵重金属和有色金属成矿带,究其原因主要是地处扬子板块和华北板块俯冲碰撞的接合带,历经了自晋宁期—喜山期漫长地史时期强烈的地质构造变动、变质和变形,而各时期构造运动特点迥异[5,11-12],非常复杂。在板块运动作用下,区内地壳持续变厚,莫霍面凹陷,且向西逐渐加深,在30 km处有一个不连续界面[13]。地球化学研究表明,这个不连续界面地壳富钼,为含钼斑岩的岩浆源[14]。

区域性NWW向深大断裂带,如桐柏—商城断裂带等随着板块俯冲碰撞经历了长期构造活动,受区域应力场影响[15],晋宁期—燕山期发生韧性剪切变形[16],为岩浆活动和矿物质富集提供了上侵空间和通道。中生代以来,秦岭～大别造山带陆内俯冲,使下部地壳发生拆离,滑脱,地壳厚达35～45 km,承受着巨大的垂向压力,富钼的深部地壳及少量幔源物质开始重熔,Mo元素随之进入岩浆,形成了含钼的深源浅成型花岗岩浆。至早白垩世的燕山期,桐柏—商城断裂带以及NNE向商城—麻城断裂带的韧性剪切活动,其两侧不同性质岩层间出现差异变形,并产生有利的空间,岩浆顺NWW向深大断裂带或与NNE向深大断裂带(如商城—麻城断裂带)交汇部位侵位于地壳浅部而成矿。罗家湾花岗斑岩体型钼矿即是如此。

在岩浆上侵、分异、定位过程中,岩浆自身分异,同时与围岩发生同化混染,岩浆晚期的高温气液使岩体发生自变质[3-4],后期热液活动强烈,随着温度降低,介质酸度增大,钼的溶解度降低,开始出现辉钼矿结晶析出,出现星散状黄铁矿及大花瓣状辉钼矿。在岩浆期后,中—高温热液丰富的SiO2、K2O等沿节理、裂隙产生了强烈的交代作用,它促使分散在造岩矿物中的钼活化转移至热液中,发生反应、交换后,钼再次以细脉、网脉状得到沉淀富集,从而形成斑岩型钼矿。

6 找矿前景预测

据区域地质资料,在罗家湾花岗斑岩体以南,出露两个规模更大的花岗斑岩体,即SW40°约8 km的水竹园花岗斑岩体和SE20°5 km的黄柏山国营林场花岗岩斑岩体,均以岩株形式出露,出露面积分别约3 km2和2.3 km2,它们同样受控于桐柏—商城断裂带和商城—麻城断裂带,其中水竹园花岗斑岩体恰好产出于两断裂带交汇部位,具有与罗家湾钼矿相同的成矿地质环境。重力和航磁资料揭示,水竹园、黄柏山国营林场、罗家湾和汤家坪4个花岗斑岩体同处于一个NNE向重力负异常中心以及正负磁异常交替部位,同时,位于同一个Mo元素的强异常区,主要元素组合为 Mo、W、Bi,Cu、Pb、Zn、Ag等中—低温元素在斑岩体的接触带及外围地层中富集,由此,笔者认为近地表水竹园花岗斑岩体和黄柏山国营林场花岗岩斑岩体均有良好的找矿前景。此外,地下深部4个岩体可能同属一个大的花岗斑岩体,故罗家湾以南约100 km2左右的区域,地下深部应有较好的找矿前景。

区域上,大别山地区金、银、钼、铅、锌、铜等多金属矿找矿优先区域应为NWW向深大断裂带控制的中酸性岩体,尤其是与NNE向断裂带复合、交汇部位是最佳成矿地带。