芳畈铜矿成矿地质特征及成因浅析

2022-09-11

芳畈铜多金属矿位于芳畈岩体东侧外接触带上、新 (城) -黄 (陂) 断裂的西侧。在芳畈岩体的北部及新黄断裂带中发现了众多的铜、铅、银等多金属异常及矿化点, 矿化信息丰富。铜等多金属矿规模不大, 但铜矿具有埋藏浅、品位富、易采、易选等特点。

1 区域地质背景

芳畈铜多金属矿床位于华北地台与扬子地台间的俯冲楔中新城-黄陂断裂与澴水断裂的交汇处。

芳畈地区区域上属秦岭-大别地层区扬子板块北缘地层分区中的大悟—河口地层小区, 前寒武系变质地层和古生代地层广泛分布。区内断层构造发育, 早期以发育北西向的区域韧性断裂为特征, 晚期以发育北东向的脆性断裂为特征, 对地层和早期断裂有截切作用。区域岩浆活动频繁, 沿早期大的断裂构造出露有斑状石英正长岩等, 对铜等多金属矿化有重要的控制作用。

2 矿区地质

2.1 地层

矿区内出露地层主要为武当岩群二岩组、陡山沱组、灯影组及公安寨组。

武当岩群二岩组 (Qb W2) :主要为绢云钠长片岩、绿泥钠长片岩、绿帘绿泥钠长片岩, 夹绢云石英片岩、大理岩, 变质程度为绿片岩相, 原岩为中基性—中酸性火山凝灰岩夹碳酸盐岩。武当岩群二岩组是芳畈地区重要的矿源层和含矿层位。

2.2 侵入岩

区内侵入岩主要发育在芳畈的南西, 根据变质变形特征可分为扬子期侵入岩和燕山期侵入岩。

2.2.1 扬子期侵入岩

分布在矿区南西角, 岩性为片麻状中粗粒黑云二长花岗岩, 岩石呈肉红色—浅灰色, 鳞片花岗变晶结构、变余花岗结构, 片麻状构造、眼球状构造, 主要矿物成分为钾长石、斜长石、石英, 次为黑云母、白云母。眼球体为长英质矿物集合体, 云母围绕粒状矿物或长英质矿物集合体定向分布。岩体中包体发育, 包体多呈长条透镜状, 大小不等, 与岩体界面清楚, 成分有黑云钠长片岩、二长片岩、黑云片岩, 黑云钠长角闪 (片) 岩等。岩体经历了韧性变形改造, 粒状矿物压扁拉长现象普遍, 并可见长石旋转碎斑, 矿物退变明显。

2.2.2 燕山期侵入岩

芳畈斑状石英正长岩侵入体, 分布在芳畈南西, 北东侧与武当岩群二岩组呈侵入接触, 南西侧与灯影组呈断层接触。岩石呈肉红色, 局部呈灰白色, 似斑状结构, 基质具细粒结构, 块状构造, 局部具定向构造, 主要由微斜长石 (52%) , 石英 (30%) 组成, 少量钠长石 (5%) 、绢云母 (8%) 、磁铁矿、黄铁矿 (2%~4%) , 班晶成分以微斜长石为主 (3%~5%) 。侵入体受构造变形改造, 局部面状构造发育。化学特征Si O271.03%~78.30%、Al2O39.54%~11.75%、K2O7.00%~7.38%、Na2O0.16~0.28%, 为富钾低钠硅铝过饱和型[1~2]。

该侵入体是矿区成矿热液的重要来源, 尤其是金马坑铜矿与该侵入体关系甚为密切。

2.3 构造

芳畈矿区位于新黄断裂与澴水断裂交汇处, 区内构造以断裂构造为主, 褶皱构造次之。

褶皱构造表现为复杂单斜, 地层从南西向北东逐渐从新到老。层内次级褶皱较发育, 褶皱构造多表现为层内线形平行的正常褶曲, 褶皱轴面近直立, 轴迹走向320°~335°。

断裂构造早期表现以韧性活动为主, 形成了宽数百米的北西向糜棱岩带。根据旋转碎斑、剪切褶曲、矿物成长线理判断其性质为左行走滑。伴随韧性活动, 局部有铜矿化富集。晚期表现为脆性改造为主, 形成了规模不等的北西向、北东向脆性断裂, 其中北西向略早于北东向。北西向断裂具多期活动, 早期以张性活动为主, 形成构造角砾岩、碎裂岩, 晚期以压性活动为主, 形成挤压构造透镜体及压碎岩。伴随北西向脆性活动有铜矿化富集, 北东向断裂以水平运动为主, 破坏了早期形成的面、线构造的连续性。

邓店—仙姑洞断裂规模最大, 是区内重要的控矿断裂, 区内出露长大于5千米, 被北东向断裂破坏, 发育在公安寨组与武当岩群接触界面上, 构造带宽10米~30米, 局部达40米, 其总体走向315°~330°, 倾向南西, 倾角25°~45°, 由构造角砾岩、碎裂岩、构造透镜体、碎裂岩化岩石组成。构造岩具明显分带性, 从上而下依次为构造角砾岩 (角砾成分主要来源为公安寨组) →碎裂大理岩→ (绢云钠长片岩) 碎裂岩→碎裂岩化绢云钠长片岩, 铜矿化在碎裂岩中最为发育, 形成矿体, 其次是碎裂大理岩, 局部形成矿体。断裂带中硅化、绿泥石化普遍。

2.4 蚀变

区内主要围岩蚀变为绿泥石化、硅化、钾化, 它们与铜矿化在空间上伴生, 并成为矿石中的脉石矿物。

2.4.1 绿泥石化

区内绿泥石化至少有两期, 早期与区域变质作用有关, 绿泥石呈大片, 分布较均匀, 颜色为暗绿色;晚期与断裂构造有关, 与铜矿体、矿化体伴生, 绿泥石呈细脉状沿裂隙分布, 颜色为淡—浅绿色。

2.4.2 硅化

以碳酸盐类岩石最为发育, 形成硅化大理岩、硅化岩, 其次沿断裂带分布, 呈条带状、不规则脉状、团块状、或在角砾岩中呈胶结物出现。硅化与铜矿没有直接联系, 但有铜矿 (化) 体地段硅化与铜矿化成正相关关系。

2.4.3 钾化

主要分布在芳畈斑状石英正长岩侵入体附近围岩及侵入体内, 金马坑矿段资料显示, 含矿岩石K2O/N a2O比值在1.1~2.3之间, 铜品位大体稳定在0.3%~0.8%, 而当K2O/Na2O比值达10~20时, 铜品位可出现1.7%~1.9%, 反映矿化与钾化有较密切的关系[3]。

此外, 区内还见有绢云母化、绿帘石化、碳酸盐化、高岭土化等蚀变, 它们与矿化关系一般。

2.5 地球物理特征

2.5.1 重力场特征

矿区处于新城-黄陂重力负异常梯级带中, 等值线向北东方向突出, 为一负值背景上呈现的重力低。芳畈北异常中心部位变化梯度平缓, 南东异常变化梯度较大。推断该异常为澴水断裂及芳畈岩体引起。

2.5.2 磁场特征

经1∶5万高精度磁测, 圈定芳畈矿区存在一低缓磁异常, 该异常带中间为正异常, 两侧伴生负异常, 异常曲线略呈锯齿状, 平面上△T等值线呈多个正、负值封闭圈断续分布。剖面上异常走向北西, △T异常值-n*10-n*100n T。异常极大值420n T, 极小值-369n T。

该异常主要位于武当岩群二岩组及震旦系陡山沱组地层内, 物性测定结果显示武当岩群二岩组地层岩性呈弱-中等磁性, △T高值封闭圈主要分布在该地层中的断裂构造附近。推测该低缓异常为地层中分散的铁磁性暗色矿物和构造部位铁磁性矿物富集所引起。

2.5.3 激电异常特征

在芳畈铜多金属矿区为进一步了解矿床地质特征, 进行了1∶1万激电测量, 采用激电长脉冲扫面, 以ηs=2%圈定的异常多呈长条状北西向展布, 异常分为三个带, 其中在陈家河-仙姑洞异常带中就有12个局部激电异常[1]。大极距 (ABmax=500m) 和小极距 (ABmin=2m) 异常展示的位置、形态均与已知矿床或矿化点基本吻合, 但异常不延续, 呈串珠状沿矿化带分布。

3 矿体特征

区内矿化主要集中分布于张家湾-仙姑洞一线, 受武当岩群二岩组层位和层间断裂构造控制, 共发现铜矿体26个, 其中以陈家河矿段Ⅰ号矿体规模最大, Ⅱ号矿体次之。现将Ⅰ号矿体主要特征叙述如下。

Ⅰ号矿体长475m, 厚度一般5m~15m, 平均厚度10.20m, 最厚达26.32m, 厚度变化系数为72%, 属较稳定范围, 铜品位一般0.64%~1.38%, 平均1.07%, 最高达13%, 品位变化系数为97%, 属不均匀类型。矿体埋深10米~40米, 最深达75米, 矿体走向310°, 倾向北东, 倾角25°, 与控矿构造产状一致。矿体在走向上南东端扬起, 北西端向下侧伏, 侧伏角8°, 为一缓倾斜的透镜体。矿体中部膨大, 有分枝复合现象, 两端变薄并尖灭。赋矿围岩主要是硅化大理岩和 (糜棱岩化) 绢云石英片岩。

3.1 矿石特征

3.1.1 矿石的结构构造

矿石结构主要为交代文象结构、交代残余结构;构造以浸染状构造和细脉状构造为主, 次为条带状构造和角砾状构造及少量的块状构造。

3.1.2 矿石的矿物成分

矿石矿物以斑铜矿、黄铜矿、辉铜矿、黄铁矿为主, 次为蓝辉铜矿、铜蓝、方铅矿、闪锌矿, 氧化矿物有蓝铜矿、赤铜矿、孔雀石、褐铁矿及自然铜。脉石矿物为方解石、白云石、石英、绿泥石、重晶石、斜长石、绢云母、白云母等。

3.1.3 矿石类型

矿石类型根据金属矿物的共生组合可分为斑铜矿、黄铜矿-斑铜矿、黄铜矿矿石三类;从含矿岩石类型可分为含铜碎裂绢云石英片岩和含铜碎裂硅化大理岩两类, 以含铜碎裂绢云石英片岩矿石类型为主, 为含斑铜矿、黄铜矿较富的一种矿石;矿石的自然类型原生硫化铜矿石, 矿体边部有混合矿石。

3.1.4 围岩蚀变

铜矿 (化) 体围岩蚀变以绿泥石化、硅化、绢云母化及钾化最为普遍, 次为黄 (褐) 铁矿化。

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床成因

4.1.1 矿床类型

综合分析芳畈铜矿地质条件及矿体地质特征, 芳畈铜矿以层控改造型为主, 其次为断裂型和接触型。层控改造型矿体均产于武当岩群二岩组大理岩与变火山凝灰岩接触面附近;断裂型铜矿受控于北西向、北北西向脆性断裂;接触型矿体产于斑状石英正长岩与武当岩群二岩组接触界面的内带。

4.1.2 成矿物质来源

从1/5万大悟南半幅、小河幅成果看, 空间上本矿区是Cu元素的集中分布区, 从岩石统计Cu在偏基性岩石中丰度较高[3]。本区武当岩群出露的岩性为一套中基性—中酸性火山凝灰岩夹碳酸盐岩, 岩石中Cu平均丰度值为34.5×10-6, 而矿 (化) 体近矿围岩中Cu的丰度值有明显亏损, 亏损程度与矿体中铜的富集有关, 即矿体Cu品位越高, 围岩中Cu的丰度亏损值越高, Cu的品位低, 则围岩中铜的丰度亏损值低, 说明成矿物质部分来源于武当群围岩。

根据芳畈铜矿区主要硫化物 (黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿) 硫同位素测定, 表明硫同位素的变化幅度不大 (+6.2‰~21.8‰) , 相对变化系数为2.8%, δ34S‰皆为正值, δ32S/δ34S变化范围在21.746~22.084之间, 均低于陨石硫。表明这些硫化物的硫同位素组成的相似性, 硫具有单一的物质来源[2]。

在淘金坑、陈家河、仙姑洞等矿区及芳畈岩体进行了氢同位素测定, 结果表明δD‰皆为负值, 其中淘金坑、陈家河、仙姑洞矿区δD=-112.1‰~-153.4‰, 与天水的δD值接近, 而芳畈岩体δD=-72.9‰, 则与原生岩浆水相当[2]。

4.1.3 矿液的运移及成矿

矿区内由于受印支—燕山期桐柏—大别造山运动的影响, 形成一系列北西向、北东向剪切带阵列, 区内新—黄断裂、澴水断裂形成, 伴随芳畈斑状石英正长岩侵入, 在岩浆作用后期, 形成了富含挥发分和有用金属元素的热水溶液。这些热水溶液在岩体附近围岩中沿不同岩层界面迁移, 并汲取围岩 (武当岩群二岩组) 中铜银物质, 形成富矿热液, 铜初步富集。随着地壳抬升, 断裂活动进一步加剧, 浅表层次脆性改造明显加强, 形成一系列北西向的近平行次级断裂裂隙及断陷盆地, 来源于深部的部分构造热液与岩浆含矿热液混合, 在沿断裂裂隙运移中进一步汲取围岩 (武当岩群二岩组) 中成矿物质, 铜进一步富集。在含矿热液运移中, 当与天水对流循环后, 发生物理化学条件的改变, 含矿热液由高能位向低能位转变, 并在有利场所沉淀, 形成铜矿体。

综上所述, 芳畈铜矿区是与燕山期碱性岩浆后期热液、断裂构造热液活动有关的改造层控型Cu、Ag、Pb、Au等成矿系列, 是受断裂裂隙控制的中低温热液充填交代型铜银矿化类型。

4.2 找矿标志

经过野外工作及综合资料整理表明, 芳畈矿区找矿标志主要有以下几条。

(1) 芳畈岩体不仅提供了部分成矿物质来源, 而且其中的次生断裂又提供了储矿空间, 芳畈岩体是本地区找矿的直接标志之一。

(2) 新黄断裂、澴水断裂控制了矿带的分布, 北西向次级断裂是储矿的有利空间, 因此, 这些断裂构造是区内寻找铜矿的构造标志。

(3) 区内所有已知矿点、矿体的围岩均离不开斑状石英正长岩、绢云绿泥钠长片岩及硅化白云石大理岩, 因而各类岩石出露的程度是寻找铜矿的围岩标志。

(4) 区内已知矿点、矿体的围岩蚀变主要为绿泥石化、硅化, 次为绢云母化、碳酸盐化、钾化、重晶石化、萤石化。绿泥石化、硅化, 钾化是区内寻找铜矿的围岩蚀变标志。

(5) 本地区铜矿化岩石中Cu、Ag元素具有明显的异常显示, 且含量高、强度大, 有完全的共消长关系特征, Pb、Au元素偶见有异常点, 但含量不高, 说明与铜矿化关系不密切。故而Cu、Ag、Pb组合异常, 特别是Cu、Ag异常更具找矿意义, Cu、Ag、Pb异常浓集中心明显的异常一般为矿致异常, 这些异常便是本地区寻找铜矿的地球化学标志。

(6) 在新黄断裂的重力梯级带上局部出现串珠状的高磁异常、磁力梯级带、正负磁场改变带是新黄断裂带次级断裂构造的标志, 在次级断裂构造上出现的激电异常是是主要的物探找矿标志。

(7) 在铜矿化地段, 地表铜草及其发育, 因此, 地表生长铜草的地方是寻找铜矿的植物标志。

综上所述, 芳畈岩体、武当群、公安寨组出露区的北西向构造带, 尤其是岩性变化有显著差异的界面及附近的断裂破碎带是成矿的有利构造;在这些破碎带上, 有绿泥石化、硅化、钾化、绢云母化迭加的地段是成矿的有利地段;在蚀变破碎带有铜矿化、Cu、Ag化探异常、激电异常的地段是找矿最有希望的地段;在有希望的地段出现黄铁矿、黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿等矿物组合, 是矿化富集地段。