福建玉水多金属矿床地质特征及成因分析

福建玉水多金属矿床地质特征及成因分析

梅水硫铜是一种特殊的铜硫铁，具有铜、锌、铜的金属矿床。位于广东省梅县县城北北东方向13km处。矿石多以块状形式产出,具有较高的开采价值。对矿床的地质特征及其成因进行探讨,以期对区域内的找矿探矿工作,具有借鉴作用。1基本矿浆岩1.1矿床成矿作用矿床产在永安—梅县晚古生代海西拗陷的中段。区内海相地层发育,厚度较大,岩相比较复杂,基底断裂构造活动活跃,并伴有海西期海底火山活动,在中上石炭统的底部多处发现有工业意义的铁矿、多金属矿床,是一个很有远景的铁矿、多金属矿成矿区(图1)。1.2下白恶统金应山岩地层矿区出露地层比较简单,自下而上有:中泥盆～下石炭统(D2～C1),为浅海-滨海相碎屑岩建造,厚度大于300m,主要岩石是中细粒石英砂岩、细粒石英砂岩、含砾石英砂岩、砾岩夹薄层泥岩、粉砂岩;中上石炭统壶天群(C2+3ht),壶天灰岩的主体是浅海-滨海相碳酸盐岩,厚200～350m,以白云岩为主夹白云质灰岩、石灰岩。上述地层倾向北东,倾角25～40°;上侏罗统高基坪群(J3gj),为陆相火山岩,有中基性-中性和酸性熔岩、碎屑岩等,以喷发不整合近于平铺覆盖于中泥盆-下石炭统及壶天群之上,厚约30～80m;下白恶统官草湖群(K1gn),为内陆湖相火山-碎屑沉积岩,地层往北倾斜。岩石以紫红色为特征,厚度大于200m,呈角度不整合覆于上述地层之上(图2)。1.3断层至fps3断层断裂构造按与矿床的位置关系可分为位于矿区东部的北北西走向的F25断层;南部近东西走向的F22断层;西部北北东向的F12断层及位于矿区北部的F23断层,这4条断层构成矿区小盆地的四周边界。其中F25、F22、F12断层为产生于壶天群、高基坪群之后的成矿后断裂;F23断裂为隐伏于高基坪群之下的控矿主干断裂,它的北西盘下降、南东盘上升,断层面沿走向、倾向都显波状扭曲,是产生于泥盆-石炭系中的古断裂,与1号矿体空间上紧密相联。这一断层后期又产生活动,矿体局部被破坏。1.4枝状花岗斑岩、辉绿岩井巷工程、矿区地表及钻孔中均未发现较大的侵入体,多为岩脉、岩枝状的花岗斑岩、辉绿岩,且两者常共存于同一空间。根据区域对比及在ZK1-0钻孔所采辉绿岩钾氩法同位素年龄150.04Ma数据,系燕山期产物,属成矿后侵入岩,对矿体有一定的破坏作用。1.5蚀变现象治矿矿床内蚀变作用总的来说是比较弱的。有微弱的硅化、碳酸盐化、黄铁矿化等蚀变现象。下石炭统忠信组石英砂岩顶部的多金属矿化的部位蚀变较强烈。1.6炭统忠信组s1dz石英砂岩与中-上石炭统熔喷德岩的假整合接触部位1号矿体(P1)是矿床唯一有工业价值的矿体,隐伏于地表之下51～387m处。矿体呈似层状、透镜状,局部呈脉状赋存于下石炭统忠信组(C1dz)石英砂岩与中-上石炭统壶天群(C2+3ht)灰岩的假整合接触部位,矿体产状与接触面近于一致,即倾向50°左右,倾角20～30°。当矿体受断层或侵入岩的影响时,形态及产状会发生一定变化,局部出现树枝状矿化或矿体与断层产状相一致的情况。矿体集中在走向长150～250m、沿倾斜宽500m的0.1km2范围内,沿倾斜的宽度大于沿走向的长度。1.7控矿地质及矿化1号矿体(P1)包括如下3层矿石。现对各含矿层的矿化特征分述如下:(1)矿化砂岩(C1P)。矿化砂岩(C1P)居于下石炭统忠信组的最顶部并沿着与壶天群不整合面呈不规则透镜状分布,以具强烈的热液蚀变和条带状、浸染状铜矿化为特征。蚀变的种类有硅化、绢云母化及多金属矿化等,矿化形式或沿着砂岩层理充填交代形成条带状矿石或交代砂岩中的胶结物呈浸染状矿石。矿化砂岩仅在其上出现有块状铜矿层时才能见到,主要分布在0～-75m及-170～-195m水平。厚度一般1～3m,矿化的厚度、矿化强弱与蚀变的强度成正比。含铜品位0.5%～3.5%,铅、锌品位0.5%以下。(2)块状铜铅锌多金属矿层(P)。块状矿层是1号矿体的主要含矿层位,占矿体铜、铅、锌金属含量的80%以上。可分为块状铜铅锌矿层和块状铅锌矿层。块状铜铅锌矿层主要分布于-208m水平以上,矿石矿物成分主要是黄铜矿、斑铜矿、方铅矿,有少量闪锌矿、辉铜矿,脉石矿物仅见少量的碳酸盐岩及硅质物。黄铜矿在此矿层中稳定存在,斑铜矿则主要集中在-45～-130m水平。当块状铜矿体受辉绿岩脉或断层构造的影响而形态、产状发生较大的变化时,斑铜矿则比较集中,成为该地段的主要矿物。矿层厚0～9.4m,一般2～4m。黄铜矿化为主的铜矿石呈浅铜黄色-铜黄色;斑铜矿化较集中时,矿石的新鲜面呈铜红色,氧化面为蓝锖色。块状铜矿石均具强金属光泽,呈致密块状,多为隐晶质结构,见少量的方铅矿晶体,宏观和微观上都呈层状,有明显的层理,使块状矿层有明显的层纹状构造。可见到由硫化物组成的密集层纹产生扭动弯曲如涡流状、波浪状的塑性流动构造或层纹绕早期矿石角砾而弯曲的流动构造。块状矿层内有不同程度的角砾化现象,相当于同生构造角砾。该矿层含铜品位一般为15%～25%,斑铜矿较集中地段达35%～55%,含铅品位4%～8%。块状铅锌矿层主要分布在-208m水平以下及-190m中段的东部,矿层厚度一般2.5～7m。矿物成分主要是方铅矿、闪锌矿、黄铁矿,有少量黄铜矿、斑铜矿。矿石呈深灰色-黑灰色,具金属光泽,致密块状,多为隐晶质结构,常见强金属光泽的方铅矿晶体,有明显的层理。该矿层品位变化范围为:铅12%～25%;锌8%～16%;铜0.5%～3.5%(图3)。(3)产于灰岩中的浸染状、毛发状铜铅锌矿石(C2P)。此矿层位于块状铜矿层与壶天群灰岩的接触部位,厚度1～3.5m,呈不规则不连续的透镜状。碳酸盐岩的颜色显粉红色,呈致密块状。其中有充填于不规则细微裂隙中的网脉状矿化,其次是浸染状、团块状矿化局部有沿断层充填的脉状斑铜矿化。矿化以铜为主,矿物成分主要是辉铜矿,少量斑铜矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿。蚀变微弱,仅有少量的碳酸盐岩和石英细脉。含铜品位0.5%～2%,含铅0.5%～1.5%、锌0.5%～1%。1.8矿体厚度及矿化强度矿体内铜、铅、锌元素具有水平、垂直分带现象。沿走向矿区0～2勘探线约50m范围是矿化中心,矿体厚度大、矿化集中,往两端矿体厚度及矿化强度呈降低趋势。垂直分带现象比水平分带明显,-58～-160m水平,为厚富矿体集中之所在,系铜元素的高度富集的地段;-58m水平以上矿体厚度变薄,铜铅锌含量逐步变低;-160～-208m水平铜含量逐步降低,铅锌升高;-208m水平以下,铅锌品位升高,铜渐居次要位置。故金属元素垂直分带现象可归结为:中上部是铜-铅-锌元素组合,下部是铅-锌-铜元素组合。2关于床成因的研究2.1矿层及火山-沉积岩块状多金属矿层粒度普遍细微并有十分清晰且密集的水平层理,矿层的顶部有一层铁硅质岩,铁硅质岩主体是赤铁矿岩、硅质岩,夹有白云岩等。赤铁矿岩呈粉状-胶状,常见鲕粒结构。硅质岩色泽艳红,致密,常具贝壳状断口,矿物成分主体是隐晶质石英微晶质玉髓,颗粒间枝面明显,紧密相嵌。夹有生物贝壳碎片及少量凝灰质、长三石、石英碎屑等。硅质岩的化学成分:SiO290.6%、TiO20.00%、AL2O30.36%、Fe2O30.35%、FeO3.6%、MnO0.04%、MgO0.51%、CaO1.31%、NaO20.02%、K2O0.03%、P2O50.066%。几个指示性比值为Fe2O3/FeO0.1、SiO2/Al2O3252、SiO2/(K2ONa2O)181、SiO2/MgO178。化学成分具有高硅、低钾钠、低钙镁、比值低等特点,与一般的生物或化学作用生物的硅质岩石化学成分不同。根据矿床硅质的产出特征、岩石组成及矿物、化学成分等分析,它是一种与海底火山作用有关的由硅质胶体沉积而成的碧玉岩。这套火山-沉积物的最大厚度(块状矿层和铁硅岩组)为13.1m。从矿层及火山-沉积岩的沉积特征来看,沉积环境是比较低能的宁静的,但沉积厚度小,沿垂向岩—矿石性质变化很大,反映盆地当时振荡较快,盆地形成和终止的时间也相对较短,因此可以判断,矿床产于一个范围很小(面积约0.2km2)的海底局限小盆地中。在1号矿体(P1)分布的范围内均见有这套海相火山-沉积岩存在。在无矿地段,这套火山-沉积物则缺失,故海底局限小盆地是矿床形成的先决条件。2.2含矿段热液蚀变这个成矿的海底局限小盆地北缘,有古断裂存在(即F23断层)。赋存1号矿体(P1)的海相火山-沉积岩位于F23断层南侧,而在其北侧没有见到这组海相火山-沉积岩。故推测F23断层可能是中上石炭统沉积之前发生于中泥盆-下石炭统之中的古断裂构造,并沿断裂形成盆地,沉积了海相火山-沉积岩。含矿段矿石类型都以靠近F23断层处相对发育,特别是底盘矿化砂岩的矿化蚀变强度也是靠近北部增强。含矿段内有硅质岩(碧玉)、火山碎屑、熔岩等火山作用产物及其共生的多金属成矿物质。同时,含矿段下部的矿化砂岩中有强烈的热液蚀变,其内多金属矿化呈脉状沿构造裂隙进行的热液充填交代为主。这一热液蚀变矿化的强度和影响范围,由南往北增强增大,总的趋势是呈往北倾斜的漏斗状,表明其形成与陡倾的F23断层有空间联系。因此F23断层可能是伴随有海底火山作用的成矿热液通道。2.3成立侵入岩整个含矿段内岩浆活动不强烈,没有见到与矿床成因有直接联系的侵入岩。但含矿段内出现有一些薄层的或团块状的沉凝灰岩,凝灰岩及少量熔岩,表明矿床形成时有过岩浆喷出活动,这意味着成矿阶段矿床地段地温相对较高,可能为成矿作用提供了热能。2.4岩性结构的海底沉积相块状多金属矿层、矿化沉凝灰岩保留有原沉积特征,矿化铁硅岩组中所夹薄层块状多金属矿石与未变质的粉砂岩、泥岩、具鲕粒结构的菱铁矿岩互层、多金属矿物层状矿体基本上没有受到变质改造影响,热液蚀变也很微弱。可以断定,层状矿体主要是在海底盆地中通过沉积作用方式形成的。当块状矿体的产状与断层一致时,矿石的纹理方向与断层面相互平行,具塑性流动构造,说明断层形成时还伴有矿液活动。2.5采矿固稳定的区位特征2.5.1多伊模式下表型铅的同位素组成比较稳定,在207Pb/204Pb～Pb206/204Pb、208Pb/Pb204～Pb207/204Pb坐标图上,大部分在正常演化曲线上或附近,属正常铅(单阶段演化铅)。根据多伊模式计算的μ值9.49～9.88。除Rz8号样采自矿化砂岩的黄铜矿模式年龄为316.87Ma相当于早石炭纪可视为“整合铅”外,其余采自壶天群底部、含矿段中上部的样品,模式年龄427.42Ma～518.78Ma,相当于早古生代,可视为来自老于含矿地层的基底中。2.5.2“火山型”平均32s值硫同位素组成分布于两个区间,有5个样品δ34S‰集中在-0.83～-3.47之间,平均-2.7左右;2个样品负值较大,富轻硫。桑斯特(1968)据66个层控硫化物矿床的平均δ34S‰值与同期海相硫酸盐比较,证实“火山型”平均偏轻17.5。这样的平均值差别是和这些层控矿床的硫来自细菌还原海相硫酸盐的假设相一致的。据美国密西西比河谷型矿床硫同位素研究,石炭纪时海水硫酸盐δ34S‰为+15,此值与17.5相差-2.5,与玉水矿床的δ34S‰平均值相近。因此玉水层状矿体的硫很可能也是由海水硫酸盐还原而来。富轻硫为团块状、脉状矿石,可能与还原硫再次转移时的馏作用有关。2.6含矿热盐水产矿根据以上依据,我们对矿床的成因作如下分析:玉水铜铅锌多金属矿床为一产生于海底的热液沉积矿床,热液来源与海西期海底火山活动有关。海底火山活动使受静压下渗的海水加热,发生循环对流并溶解、淋滤基底地层岩石中的成矿物质,使之成为含多金属的热卤水。受断裂构造影响,这种含矿热卤水沿着中泥盆-下石炭统碎屑岩的断裂上升,在断裂中和旁侧形成宏观上陡倾的强蚀变脉状多金属矿化。当含矿热卤水上升,开始出现能够接受碳酸盐沉积的海