福建玉水多金屬礦床地質(zhì)特征及成因分析

福建玉水多金屬礦床地質(zhì)特征及成因分析

梅水硫銅是一種特殊的銅硫鐵，具有銅、鋅、銅的金屬礦床。位于廣東省梅縣縣城北北東方向13km處。礦石多以塊狀形式產(chǎn)出,具有較高的開采價(jià)值。對(duì)礦床的地質(zhì)特征及其成因進(jìn)行探討,以期對(duì)區(qū)域內(nèi)的找礦探礦工作,具有借鑒作用。1基本礦漿巖1.1礦床成礦作用礦床產(chǎn)在永安—梅縣晚古生代海西拗陷的中段。區(qū)內(nèi)海相地層發(fā)育,厚度較大,巖相比較復(fù)雜,基底斷裂構(gòu)造活動(dòng)活躍,并伴有海西期海底火山活動(dòng),在中上石炭統(tǒng)的底部多處發(fā)現(xiàn)有工業(yè)意義的鐵礦、多金屬礦床,是一個(gè)很有遠(yuǎn)景的鐵礦、多金屬礦成礦區(qū)(圖1)。1.2下白惡統(tǒng)金應(yīng)山巖地層礦區(qū)出露地層比較簡(jiǎn)單,自下而上有:中泥盆～下石炭統(tǒng)(D2～C1),為淺海-濱海相碎屑巖建造,厚度大于300m,主要巖石是中細(xì)粒石英砂巖、細(xì)粒石英砂巖、含礫石英砂巖、礫巖夾薄層泥巖、粉砂巖;中上石炭統(tǒng)壺天群(C2+3ht),壺天灰?guī)r的主體是淺海-濱海相碳酸鹽巖,厚200～350m,以白云巖為主夾白云質(zhì)灰?guī)r、石灰?guī)r。上述地層傾向北東,傾角25～40°;上侏羅統(tǒng)高基坪群(J3gj),為陸相火山巖,有中基性-中性和酸性熔巖、碎屑巖等,以噴發(fā)不整合近于平鋪覆蓋于中泥盆-下石炭統(tǒng)及壺天群之上,厚約30～80m;下白惡統(tǒng)官草湖群(K1gn),為內(nèi)陸湖相火山-碎屑沉積巖,地層往北傾斜。巖石以紫紅色為特征,厚度大于200m,呈角度不整合覆于上述地層之上(圖2)。1.3斷層至fps3斷層斷裂構(gòu)造按與礦床的位置關(guān)系可分為位于礦區(qū)東部的北北西走向的F25斷層;南部近東西走向的F22斷層;西部北北東向的F12斷層及位于礦區(qū)北部的F23斷層,這4條斷層構(gòu)成礦區(qū)小盆地的四周邊界。其中F25、F22、F12斷層為產(chǎn)生于壺天群、高基坪群之后的成礦后斷裂;F23斷裂為隱伏于高基坪群之下的控礦主干斷裂,它的北西盤下降、南東盤上升,斷層面沿走向、傾向都顯波狀扭曲,是產(chǎn)生于泥盆-石炭系中的古斷裂,與1號(hào)礦體空間上緊密相聯(lián)。這一斷層后期又產(chǎn)生活動(dòng),礦體局部被破壞。1.4枝狀花崗斑巖、輝綠巖井巷工程、礦區(qū)地表及鉆孔中均未發(fā)現(xiàn)較大的侵入體,多為巖脈、巖枝狀的花崗斑巖、輝綠巖,且兩者常共存于同一空間。根據(jù)區(qū)域?qū)Ρ燃霸赯K1-0鉆孔所采輝綠巖鉀氬法同位素年齡150.04Ma數(shù)據(jù),系燕山期產(chǎn)物,屬成礦后侵入巖,對(duì)礦體有一定的破壞作用。1.5蝕變現(xiàn)象治礦礦床內(nèi)蝕變作用總的來說是比較弱的。有微弱的硅化、碳酸鹽化、黃鐵礦化等蝕變現(xiàn)象。下石炭統(tǒng)忠信組石英砂巖頂部的多金屬礦化的部位蝕變較強(qiáng)烈。1.6炭統(tǒng)忠信組s1dz石英砂巖與中-上石炭統(tǒng)熔噴德巖的假整合接觸部位1號(hào)礦體(P1)是礦床唯一有工業(yè)價(jià)值的礦體,隱伏于地表之下51～387m處。礦體呈似層狀、透鏡狀,局部呈脈狀賦存于下石炭統(tǒng)忠信組(C1dz)石英砂巖與中-上石炭統(tǒng)壺天群(C2+3ht)灰?guī)r的假整合接觸部位,礦體產(chǎn)狀與接觸面近于一致,即傾向50°左右,傾角20～30°。當(dāng)?shù)V體受斷層或侵入巖的影響時(shí),形態(tài)及產(chǎn)狀會(huì)發(fā)生一定變化,局部出現(xiàn)樹枝狀礦化或礦體與斷層產(chǎn)狀相一致的情況。礦體集中在走向長(zhǎng)150～250m、沿傾斜寬500m的0.1km2范圍內(nèi),沿傾斜的寬度大于沿走向的長(zhǎng)度。1.7控礦地質(zhì)及礦化1號(hào)礦體(P1)包括如下3層礦石。現(xiàn)對(duì)各含礦層的礦化特征分述如下:(1)礦化砂巖(C1P)。礦化砂巖(C1P)居于下石炭統(tǒng)忠信組的最頂部并沿著與壺天群不整合面呈不規(guī)則透鏡狀分布,以具強(qiáng)烈的熱液蝕變和條帶狀、浸染狀銅礦化為特征。蝕變的種類有硅化、絹云母化及多金屬礦化等,礦化形式或沿著砂巖層理充填交代形成條帶狀礦石或交代砂巖中的膠結(jié)物呈浸染狀礦石。礦化砂巖僅在其上出現(xiàn)有塊狀銅礦層時(shí)才能見到,主要分布在0～-75m及-170～-195m水平。厚度一般1～3m,礦化的厚度、礦化強(qiáng)弱與蝕變的強(qiáng)度成正比。含銅品位0.5%～3.5%,鉛、鋅品位0.5%以下。(2)塊狀銅鉛鋅多金屬礦層(P)。塊狀礦層是1號(hào)礦體的主要含礦層位,占礦體銅、鉛、鋅金屬含量的80%以上?？煞譃閴K狀銅鉛鋅礦層和塊狀鉛鋅礦層。塊狀銅鉛鋅礦層主要分布于-208m水平以上,礦石礦物成分主要是黃銅礦、斑銅礦、方鉛礦,有少量閃鋅礦、輝銅礦,脈石礦物僅見少量的碳酸鹽巖及硅質(zhì)物。黃銅礦在此礦層中穩(wěn)定存在,斑銅礦則主要集中在-45～-130m水平。當(dāng)塊狀銅礦體受輝綠巖脈或斷層構(gòu)造的影響而形態(tài)、產(chǎn)狀發(fā)生較大的變化時(shí),斑銅礦則比較集中,成為該地段的主要礦物。礦層厚0～9.4m,一般2～4m。黃銅礦化為主的銅礦石呈淺銅黃色-銅黃色;斑銅礦化較集中時(shí),礦石的新鮮面呈銅紅色,氧化面為藍(lán)錆色。塊狀銅礦石均具強(qiáng)金屬光澤,呈致密塊狀,多為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),見少量的方鉛礦晶體,宏觀和微觀上都呈層狀,有明顯的層理,使塊狀礦層有明顯的層紋狀構(gòu)造?？梢姷接闪蚧锝M成的密集層紋產(chǎn)生扭動(dòng)彎曲如渦流狀、波浪狀的塑性流動(dòng)構(gòu)造或?qū)蛹y繞早期礦石角礫而彎曲的流動(dòng)構(gòu)造。塊狀礦層內(nèi)有不同程度的角礫化現(xiàn)象,相當(dāng)于同生構(gòu)造角礫。該礦層含銅品位一般為15%～25%,斑銅礦較集中地段達(dá)35%～55%,含鉛品位4%～8%。塊狀鉛鋅礦層主要分布在-208m水平以下及-190m中段的東部,礦層厚度一般2.5～7m。礦物成分主要是方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦,有少量黃銅礦、斑銅礦。礦石呈深灰色-黑灰色,具金屬光澤,致密塊狀,多為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),常見強(qiáng)金屬光澤的方鉛礦晶體,有明顯的層理。該礦層品位變化范圍為:鉛12%～25%;鋅8%～16%;銅0.5%～3.5%(圖3)。(3)產(chǎn)于灰?guī)r中的浸染狀、毛發(fā)狀銅鉛鋅礦石(C2P)。此礦層位于塊狀銅礦層與壺天群灰?guī)r的接觸部位,厚度1～3.5m,呈不規(guī)則不連續(xù)的透鏡狀。碳酸鹽巖的顏色顯粉紅色,呈致密塊狀。其中有充填于不規(guī)則細(xì)微裂隙中的網(wǎng)脈狀礦化,其次是浸染狀、團(tuán)塊狀礦化局部有沿?cái)鄬映涮畹拿}狀斑銅礦化。礦化以銅為主,礦物成分主要是輝銅礦,少量斑銅礦、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦。蝕變微弱,僅有少量的碳酸鹽巖和石英細(xì)脈。含銅品位0.5%～2%,含鉛0.5%～1.5%、鋅0.5%～1%。1.8礦體厚度及礦化強(qiáng)度礦體內(nèi)銅、鉛、鋅元素具有水平、垂直分帶現(xiàn)象。沿走向礦區(qū)0～2勘探線約50m范圍是礦化中心,礦體厚度大、礦化集中,往兩端礦體厚度及礦化強(qiáng)度呈降低趨勢(shì)。垂直分帶現(xiàn)象比水平分帶明顯,-58～-160m水平,為厚富礦體集中之所在,系銅元素的高度富集的地段;-58m水平以上礦體厚度變薄,銅鉛鋅含量逐步變低;-160～-208m水平銅含量逐步降低,鉛鋅升高;-208m水平以下,鉛鋅品位升高,銅漸居次要位置。故金屬元素垂直分帶現(xiàn)象可歸結(jié)為:中上部是銅-鉛-鋅元素組合,下部是鉛-鋅-銅元素組合。2關(guān)于床成因的研究2.1礦層及火山-沉積巖塊狀多金屬礦層粒度普遍細(xì)微并有十分清晰且密集的水平層理,礦層的頂部有一層鐵硅質(zhì)巖,鐵硅質(zhì)巖主體是赤鐵礦巖、硅質(zhì)巖,夾有白云巖等。赤鐵礦巖呈粉狀-膠狀,常見鮞粒結(jié)構(gòu)。硅質(zhì)巖色澤艷紅,致密,常具貝殼狀斷口,礦物成分主體是隱晶質(zhì)石英微晶質(zhì)玉髓,顆粒間枝面明顯,緊密相嵌。夾有生物貝殼碎片及少量凝灰質(zhì)、長(zhǎng)三石、石英碎屑等。硅質(zhì)巖的化學(xué)成分:SiO290.6%、TiO20.00%、AL2O30.36%、Fe2O30.35%、FeO3.6%、MnO0.04%、MgO0.51%、CaO1.31%、NaO20.02%、K2O0.03%、P2O50.066%。幾個(gè)指示性比值為Fe2O3/FeO0.1、SiO2/Al2O3252、SiO2/(K2ONa2O)181、SiO2/MgO178?；瘜W(xué)成分具有高硅、低鉀鈉、低鈣鎂、比值低等特點(diǎn),與一般的生物或化學(xué)作用生物的硅質(zhì)巖石化學(xué)成分不同。根據(jù)礦床硅質(zhì)的產(chǎn)出特征、巖石組成及礦物、化學(xué)成分等分析,它是一種與海底火山作用有關(guān)的由硅質(zhì)膠體沉積而成的碧玉巖。這套火山-沉積物的最大厚度(塊狀礦層和鐵硅巖組)為13.1m。從礦層及火山-沉積巖的沉積特征來看,沉積環(huán)境是比較低能的寧?kù)o的,但沉積厚度小,沿垂向巖—礦石性質(zhì)變化很大,反映盆地當(dāng)時(shí)振蕩較快,盆地形成和終止的時(shí)間也相對(duì)較短,因此可以判斷,礦床產(chǎn)于一個(gè)范圍很小(面積約0.2km2)的海底局限小盆地中。在1號(hào)礦體(P1)分布的范圍內(nèi)均見有這套海相火山-沉積巖存在。在無礦地段,這套火山-沉積物則缺失,故海底局限小盆地是礦床形成的先決條件。2.2含礦段熱液蝕變這個(gè)成礦的海底局限小盆地北緣,有古斷裂存在(即F23斷層)。賦存1號(hào)礦體(P1)的海相火山-沉積巖位于F23斷層南側(cè),而在其北側(cè)沒有見到這組海相火山-沉積巖。故推測(cè)F23斷層可能是中上石炭統(tǒng)沉積之前發(fā)生于中泥盆-下石炭統(tǒng)之中的古斷裂構(gòu)造,并沿?cái)嗔研纬膳璧?沉積了海相火山-沉積巖。含礦段礦石類型都以靠近F23斷層處相對(duì)發(fā)育,特別是底盤礦化砂巖的礦化蝕變強(qiáng)度也是靠近北部增強(qiáng)。含礦段內(nèi)有硅質(zhì)巖(碧玉)、火山碎屑、熔巖等火山作用產(chǎn)物及其共生的多金屬成礦物質(zhì)。同時(shí),含礦段下部的礦化砂巖中有強(qiáng)烈的熱液蝕變,其內(nèi)多金屬礦化呈脈狀沿構(gòu)造裂隙進(jìn)行的熱液充填交代為主。這一熱液蝕變礦化的強(qiáng)度和影響范圍,由南往北增強(qiáng)增大,總的趨勢(shì)是呈往北傾斜的漏斗狀,表明其形成與陡傾的F23斷層有空間聯(lián)系。因此F23斷層可能是伴隨有海底火山作用的成礦熱液通道。2.3成立侵入巖整個(gè)含礦段內(nèi)巖漿活動(dòng)不強(qiáng)烈,沒有見到與礦床成因有直接聯(lián)系的侵入巖。但含礦段內(nèi)出現(xiàn)有一些薄層的或團(tuán)塊狀的沉凝灰?guī)r,凝灰?guī)r及少量熔巖,表明礦床形成時(shí)有過巖漿噴出活動(dòng),這意味著成礦階段礦床地段地溫相對(duì)較高,可能為成礦作用提供了熱能。2.4巖性結(jié)構(gòu)的海底沉積相塊狀多金屬礦層、礦化沉凝灰?guī)r保留有原沉積特征,礦化鐵硅巖組中所夾薄層塊狀多金屬礦石與未變質(zhì)的粉砂巖、泥巖、具鮞粒結(jié)構(gòu)的菱鐵礦巖互層、多金屬礦物層狀礦體基本上沒有受到變質(zhì)改造影響,熱液蝕變也很微弱?？梢詳喽?層狀礦體主要是在海底盆地中通過沉積作用方式形成的。當(dāng)塊狀礦體的產(chǎn)狀與斷層一致時(shí),礦石的紋理方向與斷層面相互平行,具塑性流動(dòng)構(gòu)造,說明斷層形成時(shí)還伴有礦液活動(dòng)。2.5采礦固穩(wěn)定的區(qū)位特征2.5.1多伊模式下表型鉛的同位素組成比較穩(wěn)定,在207Pb/204Pb～Pb206/204Pb、208Pb/Pb204～Pb207/204Pb坐標(biāo)圖上,大部分在正常演化曲線上或附近,屬正常鉛(單階段演化鉛)。根據(jù)多伊模式計(jì)算的μ值9.49～9.88。除Rz8號(hào)樣采自礦化砂巖的黃銅礦模式年齡為316.87Ma相當(dāng)于早石炭紀(jì)可視為“整合鉛”外,其余采自壺天群底部、含礦段中上部的樣品,模式年齡427.42Ma～518.78Ma,相當(dāng)于早古生代,可視為來自老于含礦地層的基底中。2.5.2“火山型”平均32s值硫同位素組成分布于兩個(gè)區(qū)間,有5個(gè)樣品δ34S‰集中在-0.83～-3.47之間,平均-2.7左右;2個(gè)樣品負(fù)值較大,富輕硫。桑斯特(1968)據(jù)66個(gè)層控硫化物礦床的平均δ34S‰值與同期海相硫酸鹽比較,證實(shí)“火山型”平均偏輕17.5。這樣的平均值差別是和這些層控礦床的硫來自細(xì)菌還原海相硫酸鹽的假設(shè)相一致的。據(jù)美國(guó)密西西比河谷型礦床硫同位素研究,石炭紀(jì)時(shí)海水硫酸鹽δ34S‰為+15,此值與17.5相差-2.5,與玉水礦床的δ34S‰平均值相近。因此玉水層狀礦體的硫很可能也是由海水硫酸鹽還原而來。富輕硫?yàn)閳F(tuán)塊狀、脈狀礦石,可能與還原硫再次轉(zhuǎn)移時(shí)的餾作用有關(guān)。2.6含礦熱鹽水產(chǎn)礦根據(jù)以上依據(jù),我們對(duì)礦床的成因作如下分析:玉水銅鉛鋅多金屬礦床為一產(chǎn)生于海底的熱液沉積礦床,熱液來源與海西期海底火山活動(dòng)有關(guān)。海底火山活動(dòng)使受靜壓下滲的海水加熱,發(fā)生循環(huán)對(duì)流并溶解、淋濾基底地層巖石中的成礦物質(zhì),使之成為含多金屬的熱鹵水。受斷裂構(gòu)造影響,這種含礦熱鹵水沿著中泥盆-下石炭統(tǒng)碎屑巖的斷裂上升,在斷裂中和旁側(cè)形成宏觀上陡傾的強(qiáng)蝕變脈狀多金屬礦化。當(dāng)含礦熱鹵水上升,開始出現(xiàn)能夠接受碳酸鹽沉積的海