鄂东南丰山矿田控岩控矿断裂及找矿预测

肖德长,华 二,陈 旭,孙 芳,蒋型义

(中国冶金地质总局 中南地质调查院,湖北 武汉 430081)

鄂东南地区位于长江中下游成矿带的西段[1-2],是中国重要的铁、铜、金等矿产资源开发基地。丰山矿田位于鄂东南地区东部,与赣西北地区相邻,为长江中下游成矿带的重要组成部分。自20世纪50年代末以来,历经60余年的勘查,在丰山矿田探明了丰山大型铜矿、鸡笼山大型金铜矿、李家湾中型铜金矿以及曹家山金矿、竹林塘金矿、张家湾铜矿等小型矿床。区内以往开展了大量的地质调查、矿产勘查、物化探等工作,积累了丰富的资料,其中对区内成矿岩体研究较多[3-11],对控矿构造的研究以接触带和褶皱为主,对断裂的研究较为薄弱[12-16]。区内以往找矿预测局限于已知矿床深边部[17-21],缺少对整个矿田的找矿预测研究。近年来很多找矿预测成果在勘查工作中得到验证,如在曹家山金矿、丰山铜矿取得了较好的找矿效果[22-24],目前需要继续开展找矿预测研究。本文在综合研究丰山矿田地质、物化探成果资料的基础上,对主要控岩控矿断裂进行梳理、划分,并对整个矿田开展找矿预测研究,指导区内找矿工作,以期在新一轮找矿突破战略行动中取得重要成果。

1 区域地质背景

丰山矿田大地构造位置处于扬子板块与华北板块碰撞对接带的长江中下游前缘短缩带中部,北临大别台隆,南为江南台隆与华南地槽褶皱系。区内构造具有多层次构造网络的特点,其构造演化及其在中生代的构造格局,对成矿起到了决定性作用[25]。

晋宁期为本区基底构造的形成期,由一系列近EW向的线状紧密褶皱和同方向的走向断裂组成。寒武纪—三叠纪为盖层发展阶段,沉积建造以海相碳酸盐岩、碎屑岩为主。印支期为区内盖层构造的形成期,由于江南隆起向北往大别台隆挤压,在由南而北的推覆作用下,形成了一系列近EW、NWW向的复式褶皱,各褶皱相间排列,两翼次级褶皱较发育,核部和核翼转折端发育同方向的走向断裂。燕山期是区内盖层褶皱和断裂的改造期,受太平洋板块的俯冲作用,在近NWW向挤压应力场条件下,印支期形成的近EW、NWW向走向断裂发生张性改造,成为重要的控岩控矿构造,对区内铜、金矿的控制作用明显。

2 矿田地质特征

2.1 地层

丰山矿田出露志留系—三叠系地层,其中志留系和泥盆系为一套砂质碎屑岩建造,石炭系、二叠系和三叠系以碳酸盐岩建造为主(图1)。区内主要铜、金矿均赋存于三叠系地层与花岗闪长斑岩体接触带或三叠系地层中。

2.2 构造

区内构造以紧密线状褶皱为主,构造线呈NWW向。自北往南分布有富池—码头倒转背斜、立头复式倒转向斜、枫林—下畈倒转背斜等3个主体褶皱。其中立头复式倒转向斜两翼均由若干次一级的倒转褶皱组成,是本区最重要、最复杂的构造,区内主要铜、金矿均分布于此构造的轴部及其附近两翼。区内断裂主要是与褶皱伴生的顺层走向断裂,形成于印支期,经燕山期构造运动改造,成为岩浆岩、含矿热液侵入与赋存的空间。

2.3 岩浆岩

区内岩浆活动强烈,以燕山期浅—超浅成侵入岩为主,形成封三洞、鸡笼山、李家湾等中酸性小岩体群。岩浆岩大致呈NWW向带状分布,自北向南划分为李家湾—周家湾、丰山—邓家山、伍家坝—鸡笼山、白果树—坳背岩共4个岩浆岩带,单个岩浆岩带长5～7.5 km,断续可见小岩体、岩枝、岩脉出露,岩浆岩带间隔约1 km。由花岗闪长斑岩(主要岩性)、石英闪长斑岩、花岗斑岩、石英二长闪长斑岩、闪长斑岩、细晶岩等组成的复式岩体,侵位于三叠系大冶组、嘉陵江组碳酸盐岩中。封三洞岩体和鸡笼山岩体为主要两个岩体,呈NW-NWW向展布,倾向SW,并向SE侧伏,顶部向四周超覆侵入,呈上大下小的蘑菇状。

3 矿田成矿特征

3.1 接触交代(矽卡岩)型铜金矿

接触交代(矽卡岩)型铜金矿为丰山矿田的主要成矿类型,分布于封三洞岩体、鸡笼山岩体、李家湾岩体与三叠系碳酸盐岩接触带,主要受接触带构造控制,典型矿体有丰山铜矿1、501号铜(钼)矿体,鸡笼山金铜矿1、2号金(铜)矿体,李家湾铜金矿Ⅰ、Ⅱ号铜(金)矿体。矿体规模较大,品位较富。矿石中金属矿物以中温硫化物矿物为主,主要有黄铜矿、黄铁矿、斑铜矿、辉钼矿、自然金等;非金属矿物以中高温矽卡岩矿物为主,主要有石榴子石、透辉石、硅灰石、方解石、白云石等。围岩蚀变在接触构造带以矽卡岩化为特征,在外接触带以大理岩化为主。

3.2 斑岩型铜矿

斑岩型铜矿主要分布于封三洞岩体、鸡笼山岩体的边部,受隐爆角砾岩构造和微裂隙构造控制,典型矿体为丰山铜矿588号铜(钼)矿体。矿体规模一般较小,品位较低。矿石以高温矿物组合为主,金属矿物有黄铜矿、黄铁矿、辉钼矿、磁铁矿等;非金属矿物有斜长石、钾长石、石英、角闪石、黑云母、方解石、绿泥石等。黄铜矿等有用矿物呈细脉、细粒浸染状分布于花岗闪长斑岩角砾岩中。围岩蚀变以硅化、绢云母化、钾化为特征。

3.3 热液脉型金多金属矿

热液脉型金多金属矿分布于封三洞岩体外接触带的大理岩中,主要受NWW向层间滑脱断裂构造控制,典型矿体为丰山铜矿西部的柯家塘金多金属矿体。矿体规模较小,品位较富,Au、Pb、Zn、Cu一般均可达工业品位。矿石以中低温矿物组合为主,金属矿物有方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿、毒砂、雄黄、自然金等;非金属矿物有方解石、白云石等。围岩蚀变以大理岩化、绿泥石化为特征。

3.4 微细浸染型金矿

也有学者称之为远端浸染型金矿[24]。分布于岩体远端的三叠系薄层、层纹状灰岩角砾岩、碎裂状灰岩中,主要受滑脱断裂构造控制,典型矿体为曹家山金矿Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号金矿体和竹林塘金矿体。矿石以低温矿物组合为主,金属矿物有黄铁矿、自然金等,非金属矿物有方解石、白云石、石英、伊利石、高岭石等。围岩蚀变以方解石化、硅化、高岭土化、绿泥石化为特征。

4 控岩控矿断裂

通过对区内岩浆岩产状、上下盘地层层序、岩性特征及破碎带特征进行梳理,划定了13条控岩控矿断裂(图1)。根据断裂产出地质条件、断裂内赋存的岩体大小及其伴随发生的成矿作用类型、矿产规模等,又将其分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等3个级别。

4.1 Ⅰ级断裂

区内自北往南分布FⅠ-1、FⅠ-2、FⅠ-3、FⅠ-4共4条Ⅰ级断裂,均属区域主干逆冲深大断裂带伴生的次级大断裂,走向NW,倾向SW,走向延伸长3～4 km。Ⅰ级断裂是区内岩浆岩带和主要岩体的控岩构造,也是主要矿床的控矿构造。

燕山运动期间,受区域近NWW向挤压应力作用,印支期形成的近EW、NWW向走向断裂被改造成张性断裂,较大岩体、岩墙、岩枝沿规模较大的FⅠ-1、FⅠ-2、FⅠ-3、FⅠ-4断裂侵入,自北而南形成李家湾—周家湾、丰山—邓家山、伍家坝—鸡笼山、白果树—坳背岩等4个岩浆岩带,主要岩体有李家湾岩体、封三洞岩体、鸡笼山岩体、白果树岩体。岩体经钻探控制深度至-1 100 m标高,推测可延深至-1 500 m标高以下。

李家湾铜金矿主要铜(金)矿体赋存于FⅠ-1断裂与上盘围岩界面,即李家湾岩体南缘接触带;丰山铜矿主要铜(钼)矿体赋存于FⅠ-2断裂与上盘、下盘围岩界面,即封三洞岩体南缘、北缘接触带;鸡笼山金铜矿主要金铜矿体赋存于FⅠ-3断裂与上盘、下盘围岩界面,即鸡笼山岩体南缘、北缘接触带。

4.2 Ⅱ级断裂

区内自北往南分布有FⅡ-1、FⅡ-2、FⅡ-3共3条Ⅱ级断裂,呈NW、近EW向分布,倾向SW、S,走向延伸长3.5～4.5 km。

在由南而北的推覆作用下,组成立头复式向斜翼部的地层因岩性差异沿其界面发生滑动,形成Ⅱ级断裂。其中FⅡ-1、FⅡ-3断裂分别出露于立头复式向斜北翼和南翼,沿泥盆系石英砂岩与石炭系白云质灰岩界面分布;FⅡ-2断裂出露于立头复式向斜南翼,沿二叠系页岩与三叠系灰岩界面分布。Ⅱ级断裂为岩脉侵入提供了通道和赋存空间,区内沿Ⅱ级断裂零星见有规模较小的花岗闪长斑岩脉出露。

李家湾铜金矿北东的张家湾铜矿受FⅡ-1断裂控制,赋存于泥盆系与石炭系的层间破碎带中。在李家湾铜金矿北部大岭一带,沿FⅡ-1断裂出露有金属硫化物铁帽。丰山铜矿开凿的长江引水巷道也在该断裂破碎带见有脉状、网脉状黄铁矿和黄铜矿分布。

4.3 Ⅲ级断裂

区内自北往南分布有FⅢ-1、FⅢ-2、FⅢ-3、FⅢ-4、FⅢ-5、FⅢ-6共6条Ⅲ级断裂,走向NW,倾向SW,走向延伸长2.5～5 km。

立头复式倒转向斜轴部及附近分布三叠系大冶组、嘉陵江组碳酸盐岩,不同岩性段因厚度差异较大而容易沿其界面发生滑动,形成区内Ⅲ级断裂。其中FⅢ-1、FⅢ-6断裂分布于三叠系大冶组第二段与第三段界面;FⅢ-2、FⅢ-5断裂分布于三叠系嘉陵江组第一段与第二段界面;FⅢ-3、FⅢ-4断裂分布于三叠系嘉陵江组第二段与第三段界面。断裂为岩脉侵入提供了通道和赋存空间,区内沿Ⅲ级断裂见有大量花岗闪长斑岩脉出露。

区内Ⅲ级断裂主要控制热液脉型金多金属矿和微细浸染型金矿。丰山铜矿西部的柯家塘金银铅锌多金属矿分布于FⅢ-2断裂破碎带中;曹家山金矿Ⅰ号金矿体分布于FⅢ-3上盘附近的地层中,Ⅱ、Ⅲ号金矿体分布于FⅢ-4下盘附近的地层中;竹林塘金矿分布于FⅢ-2上盘附近的地层中。

5 找矿预测

根据丰山矿田成矿地质条件、物化探异常特征,圈定了7个找矿靶区(图1),从北向南依次为中岭层控热液型铜多金属矿靶区(T1)、李家湾西矽卡岩型铜金矿靶区(T2)、李家湾矽卡岩型铜金矿靶区(T3)、曹家山西微细浸染型金矿靶区(T4)、丰山铜矿西部热液脉型金多金属矿靶区(T5)、丰山铜矿东部矽卡岩型铜矿靶区(T6)、白果树矽卡岩型铜矿靶区(T7)。

5.1 中岭层控热液型铜多金属矿靶区

该靶区位于丰山矿田北部,面积为1.0 km2,以寻找层控热液型铜多金属矿为主。区内从北往南出露志留系、泥盆系、石炭系、二叠系地层,位于立头倒转向斜北翼,分布有FⅡ-1断裂,未见岩浆岩出露。

丰山矿田隶属九瑞矿集区,九瑞地区分布有武山、城门山、丁家山、洋鸡山等大型铜多金属矿床及十多个中小型矿床,已探明铜资源储量超过400万t,其中产于泥盆系与石炭系不整合界面的铜金多金属矿体占40%左右。本区沿泥盆系与石炭系地层界面分布有FⅡ-1断裂,沿FⅡ-1断裂见金属硫化物铁帽连续分布达1 200 m以上,丰山铜矿长江引水巷道在该断裂破碎带深部见到黄铜矿化,靶区东部外围的FⅡ-1断裂破碎带中已发现张家湾铜矿,显示出良好的矿化现象。区内深部可能存在隐伏岩体,具有寻找层控热液型铜多金属矿的潜力。

5.2 李家湾西矽卡岩型铜金矿靶区

该靶区位于李家湾铜金矿西部外围,面积为1.0 km2,以寻找矽卡岩型铜金矿为主。区内出露地层为二叠系茅口组灰岩、龙潭组炭质页岩、大隆组炭质页岩夹硅质岩,三叠系大冶组第一—三段碳酸盐岩,龙潭组、大隆组局部缺失。位于立头倒转向斜北翼,分布有FⅠ-3和FⅢ-1断裂,FⅠ-3断裂附近岩石蚀变较强,发育高岭土化、绿泥石化、碳酸盐化、矽卡岩化、大理岩化、蛇纹石化等蚀变。出露岩浆岩为花岗闪长斑岩脉,其中李家湾岩脉、扑虎岭岩脉为主要岩脉。

与李家湾铜金矿矿体对应的Cu化探异常呈带状沿二叠系与三叠系地层界面(FⅠ-3断裂)和李家湾岩脉往北西方向延伸至靶区内,在靶区内分布长620 m,宽约60 m,异常最大值为200×10-6～300×10-6。

本区紧邻李家湾铜金矿北西,成矿有利地层大冶组第二段广泛出露,FⅠ-3、FⅢ-1断裂为花岗闪长斑岩上侵提供了通道,Cu化探异常明显。近期在靶区东部发现了多个铜、金矿体,但控制程度较低,沿走向向西和沿倾向向深部均未完全控制。因此本区具有较好的矽卡岩型铜金矿找矿潜力。

5.3 李家湾矽卡岩型铜金矿靶区

该靶区位于李家湾铜金矿东部及外围,面积为1.5 km2,以寻找矽卡岩型铜金矿为主,次为热液脉型金多金属矿。区内出露地层为二叠系茅口组灰岩、龙潭组炭质页岩、大隆组炭质页岩夹硅质岩,三叠系大冶组第一段—嘉陵江组第一段碳酸盐岩,龙潭组、大隆组局部缺失(图2)。位于立头倒转向斜北翼,分布有FⅠ-3和FⅢ-1断裂。出露岩浆岩主要为李家湾岩体,分布有多条岩脉和多个小岩体,岩性为花岗闪长斑岩。

图2 李家湾矽卡岩型铜金矿靶区地质简图

与李家湾岩体对应的磁异常呈长轴为NEE向的椭圆状,长330 m,宽200 m,异常中心值为300 nT。区内Cu化探异常呈带状沿二叠系与三叠系地层界面(FⅠ-3断裂)和李家湾岩脉分布,长约700 m,宽约200 m,异常最大值为200×10-6～300×10-6。李家湾岩体南部FⅢ-1断裂附近分布有2个椭圆状Cu化探异常,长约200 m,异常最大值达1 200×10-6～1 500×10-6。大面积分布近EW向带状的Au化探异常,异常中心值为20×10-9～40×10-9。

李家湾铜金矿南部Cu化探异常明显,出露多个花岗闪长斑岩小岩体,深部可能存在规模较大的隐伏岩体,其与三叠系大冶组碳酸盐岩接触带是寻找矽卡岩型铜(金)矿体的有利地段。李家湾铜金矿东部外围Au化探异常规模大,强度较高,花岗闪长斑岩脉及角砾岩发育,具有寻找热液脉型金多金属矿的潜力。

5.4 曹家山西微细浸染型金矿靶区

该靶区位于曹家山金矿及西部外围,面积为1.8 km2,以寻找微细浸染型金矿为主。区内出露地层为三叠系大冶组第四段—嘉陵江组第三段碳酸盐岩。构造发育,从北往南依次分布立头倒转向斜及次级柯家塘倒转背斜、竹林塘倒转向斜,以及FⅢ-2、FⅢ-3、FⅢ-4断裂。岩浆活动频繁,花岗闪长斑岩脉发育。

本区磁法扫面成果显示,磁异常与花岗闪长斑岩脉耦合较好,异常强度一般在50～200 nT之间。区内北部三叠系地层中,分布有走向NW、长约750 m、宽约50 m、异常中心值为200 nT的磁异常,推测深部存在隐伏岩体或岩脉。土壤扫面工作在区内圈定了3条Au次生晕异常,分布于嘉陵江组第二段—第三段地层中,走向与地层产状一致,为近EW向,长650～1 000 m,宽140～270 m,异常中心值达40×10-9。

曹家山金矿近年的勘查工作探获的Au金属量达2.68 t,取得了较大的找矿突破,但已知矿体并未有效圈闭,深部及外围尚有较大的找矿空间。靶区位于曹家山金矿及其往西走向延伸部位,褶皱、断裂构造发育,岩浆活动频繁,地层为微细浸染型金矿有利赋矿围岩,分布有较好的Au次生晕异常,具有较好的微细浸染型金矿找矿潜力。

5.5 丰山铜矿西部热液脉型金多金属矿靶区

该靶区位于丰山铜矿西部,面积为0.8 km2,以寻找热液脉型金多金属矿为主。区内出露地层为大冶组第四段—嘉陵江组第三段碳酸盐岩。主要构造有立头倒转向斜及次级柯家塘倒转背斜、竹林塘倒转向斜、仙人洞倒转背斜、大垅倒转向斜,以及FⅠ-2、FⅢ-2、FⅢ-3、FⅢ-4、FⅢ-5断裂。岩浆岩有封三洞花岗闪长斑岩体的西段和花岗闪长斑岩脉。

土壤扫面工作在区内发现了较好的以Au、As、Sb、Ag、Cu、Pb、Zn为主的多元素组合异常,东自柯家塘,西到曹家山,南起封三洞岩体南缘,北至李家湾,呈NW向片状、条带状展布。元素组合在东部以Cu、Mo、Au、Ag、Pb、Zn为主,次为As、Sb;往西以Au、As、Sb为主,次为Pb、Ag、Cu、Zn;由东向西总的变化趋势为Cu、Mo异常由强变弱,Au、As、Sb异常则由弱变强。

以往在区内发现了柯家塘金银铅锌多金属矿体,近期勘查实施了少量钻孔,亦揭露深部有金银铅锌多金属矿体,但整体而言,该区勘查程度低,尚有较大的找矿空间。本区位于立头复式倒转向斜轴部、封三洞岩体西端,断裂及次级裂隙构造发育,为热液脉型金多金属矿提供了良好的通道和赋存空间,分布有较好的多金属化探异常,具有较好的热液脉型金多金属矿找矿潜力。

5.6 丰山铜矿东部矽卡岩型铜矿靶区

该靶区位于丰山铜矿东部及南部外围,面积为2.2 km2,以寻找矽卡岩型铜矿为主。区内出露地层为三叠系大冶组第三段—嘉陵江组第三段碳酸盐岩,岩体附近-400 m标高以浅已角砾岩化(图3)。位于立头倒转向斜核部,分布有FⅠ-1、FⅢ-4、FⅢ-5断裂。岩浆岩主要为花岗闪长斑岩,属封三洞岩体东段,岩体已角砾岩化。

据本区物探成果推测,在丰山铜矿东部-300～-500 m标高为碳酸盐岩,浅部为封三洞主岩体向东超覆部分,深部可能存在自南东向北西侵入的隐伏岩体,倾向S,向SE侧伏。丰山铜矿南部外围推测具有规模较大的隐伏岩体与封三洞主岩体相连(图4)。Cu次生晕异常基本覆盖丰山铜矿东部,整体呈NWW向分布,异常值为80×10-6～3 000×10-6。

图4 丰山铜矿东部矽卡岩型铜矿靶区B9线剖面图

丰山铜矿近年在矿区东部获得了很好的找矿成果,证实了深部存在隐伏岩体,新发现多个矽卡岩型铜钼矿体,其中以J26号矿体最为厚大,钻孔视厚度达60.5 m。丰山铜矿东部工作程度相对偏低,探矿工程稀疏,深部隐伏岩体分布特征有待探索;接触带及附近发现的多个矿体在剖面上均为单工程控制,有待追索控制。丰山铜矿南部外围物探推测的隐伏岩体与封三洞主岩体相连,有待验证;以往施工的钻孔揭露有厚大的铜矿体,但矿体倾向(SW向)方向并未圈闭。因此该靶区隐伏岩体与围岩接触带具有寻找厚大矽卡岩型铜矿体的潜力。

5.7 白果树矽卡岩型铜矿靶区

该靶区位于鸡笼山金铜矿南西约1 km处,面积为1.3 km2,以寻找矽卡岩型铜矿为主。区内出露地层主要为大冶组第一段—第三段碳酸盐岩。构造主要有余家山倒转向斜和FⅠ-4断裂。岩浆岩为白果树花岗闪长斑岩小岩体,走向与鸡笼山岩体大致平行,间隔约1 km。

据磁法剖面工作成果,本区磁异常整体呈较为明显的正负伴生特征,ΔT最大值为627 nT,最小值为-432.2 nT,整体走向NW,从北西向南东异常强度逐渐变强,范围逐渐变大。推断该磁异常为往NW侧伏的隐伏小岩体引起,该小岩体产状总体较陡,往SE方向逐渐变缓、增厚。

以往地质测量在鸡笼山岩体西南侧圈出长约600 m、宽80～100 m,呈NW-SE向延伸的硅化带,结合物探异常特征,推测在鸡笼山岩体西南侧存在一个与鸡笼山岩体大致平行、沿FⅠ-4断裂侵入的隐伏岩体,称之为第二岩体(带),在该岩体与三叠系大冶组碳酸盐岩的接触带,具有寻找矽卡岩型铜矿的找矿潜力。

6 结论

(1) 丰山矿田已探明2个大型矿床(丰山铜矿、鸡笼山金铜矿)、1个中型矿床(李家湾铜金矿)和多个小型矿床(曹家山金矿、竹林塘金矿、张家湾铜矿等),成矿类型有接触交代(矽卡岩)型铜金矿、斑岩型铜矿、热液脉型金多金属矿、微细浸染型金矿。

(2) 丰山矿田分布的主要控岩控矿断裂有13条,其中Ⅰ级断裂4条、Ⅱ级断裂3条、Ⅲ级断裂6条,均形成于印支期,为褶皱伴生的顺层走向断裂,经燕山期构造运动改造,成为岩浆岩、含矿热液的侵入通道与赋存空间。

(3) 根据丰山矿田成矿地质条件、物化探异常特征,圈定了7个找矿靶区,指出了矿田进一步的勘查方向。