云南江城大團包銅礦區構造－蝕變－地球化學綜合方法找礦研究

錢建平，覃順橋，謝彪武，程小珍，朱森林

(1.桂林理工大學地球科學學院，廣西桂林541004;2.普洱市錦晟礦業投資有限公司，云南普洱665900)

滇中中生代(J-K)斷陷盆地中，廣泛分布著陸相碎屑巖系，是砂巖銅礦的含礦巖系。滇中砂巖銅礦在時間分布上具多層位性，目前已發現含礦層位16個。砂巖銅礦的形成經歷了沉積、成巖和后生作用，構造改造和表生改造作用(張可清和熊鵬飛，1995)。方向池(1990)總結了滇中砂巖銅礦的構造控制作用，認為構造形成過程中及形成以后，由于構造使含礦層或礦源層中的有用元素產生活化、溶解，提供通道遷移，在構造有利部位富集成礦。陳根文等(2002)認為本區構造對砂巖銅礦的控制主要表現在:間接控礦，盆地構造演化形成的三色建造是成礦作用的重要物質來源;直接控礦，區域同生斷層控制了礦帶的分布，礦區褶皺構造和次一級斷層直接控制了礦體的產狀，部分成礦物質通過斷裂構造由深部帶上來。吳鵬等(2008)提出多期構造活動對六苴砂巖銅礦成礦的富集作用，早期近南北向壓性斷裂為成礦提供了有利的場所，晚期北西向壓扭性斷裂、北東向扭張性斷裂促使礦體進一步富集。綜上所述，除了礦源層的因素外，構造控礦和成礦亦是重要的因素。韓潤生等(2010)認為該類礦床是褶皺構造圈閉盆地流體－含礦巖相和構造裂隙封閉成礦流體定位成礦的產物，是銅礦源、構造與流體三者耦合作用的結果。

砂巖型銅礦，是現今世界上銅礦儲量及產量僅次于斑巖銅礦，居于第二位的重要銅礦床類型。無容置疑對其開展找礦研究具有實際意義。滇中地區銅礦點星羅棋布，但成型礦床少，具有一定規模的銅礦床往往經過了后期的構造改造作用。含礦熱液在構造應力的驅動下在紅層中運移和沉淀，以致紅層產生硅化蝕變和褪色化，同時形成地球化學異常。如何開展此類礦床的找礦研究?構造地球化學找礦方法(錢建平，1998，1999，2006，2009;錢建平等，2008，2013)顯然是一種很好的選擇。針對礦區實際地質狀況，本次工作提出了構造－蝕變－地球化學綜合方法找礦的思路。

1 礦區地質特征

1.1 礦區地層

礦區出露地層有中侏羅統和平鄉組和下白堊統景星組(圖1)。和平鄉組(J2h)占據礦區主體。上段為紫紅色粉砂巖、泥質粉砂巖、泥巖及淺灰色砂巖、石英砂巖、細礫巖，厚110～500 m;中段主要是淺灰色砂巖、鈣質砂巖與黃、黃綠、紫紅、灰紫色粉砂巖、泥巖、鈣質泥巖互層，夾泥灰巖及生物碎屑灰巖，厚245～770 m;下段淺灰色粉砂巖、砂巖、石英砂巖，厚80～400 m。景星組(K1j)上部為紫紅色泥巖、粉砂質泥巖、砂巖;下部為灰、灰白、淺黃色石英砂巖、含礫砂巖，夾紫紅、灰黃色粉砂質泥巖。和平鄉組中段為區內主要賦礦層位。

1.2 礦區構造

礦區位于江邊寨－大寨背斜北西傾伏端南西翼。礦區總體為一單斜構造，但地層產狀變化較大，傾向北西250°～340°，傾角 40°～70°。礦區斷裂構造發育，按走向可分北西、北東向兩組。其中較大的斷層有:F1斷層(坡腳斷層):走向北西，區內延長約1.6 km，傾向北東，傾角 ＞70°，為一逆斷層，其中部被北東向的F2斷層錯斷。F2斷層(長沖箐斷層):走向北東，區內長約1.6 km，傾向北西，傾角較陡，約70°～80°，為一逆斷層。F3斷層:走向北西，區內延長約0.5 km，兩端順走向延伸出圖，為一推測斷層。目前區內所發現的銅礦體，均產于F2斷裂破碎帶旁側的次級斷裂帶中，受層間裂隙帶、蝕變構造破碎帶控制。

區內劈理非常發育。對劈理產狀測量統計，礦區以北東向劈理最為發育。其次為北西和南北向。多組劈理切割使巖石強烈破碎，為后期含礦溶液遷移沉淀提供了良好的通道，并形成脈狀、網脈狀礦化體。

2 礦床地質特征

2.1 礦體地質特征

礦體主要賦存于F2斷層旁側中侏羅統和平鄉組(J2h)硅化蝕變砂巖和構造角礫巖中，受層間次級斷裂控制，呈似層狀、脈狀展布(圖1)。礦區已圈出6個銅礦體(Ⅰ-Ⅵ)，其中具有工業價值的為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號礦體。礦體近于平行排列，走向40°～60°，傾向310°～330°，傾角50°～60°。單個礦體長最小440 m，最大1000 m。各礦體特征如下:

圖1 大團包銅礦區地質圖Fig.1 Geological map of the Datuanbao copper mine area

Ⅰ號礦體:傾向 310°～320°，傾角 55°～60°?？刂频V體走向長600 m，斜深670 m。單工程礦體厚1.62～5.87 m，平均厚 3.43 m;單工程銅平均品位0.64% ～1.32%，礦體平均品位 0.89%。

Ⅱ號礦體:傾向 310°～315°，傾角 55°～60°?？刂崎L720 m，斜深540 m。單工程礦體厚0.84～13.03 m，平均厚 3.85 m;銅平均品位 0.46% ～1.20%，礦體平均品位0.86%。

Ⅲ號礦體:傾向北西，傾角50°～56°?？刂频V體長440 m，斜深360 m。單工程礦體厚1.07～4.72 m，平均厚 2.85 m;單工程銅平均品位 0.50% ～2.44%，礦體平均品位1.07%。

Ⅳ號礦體:傾向北西，傾角50°～58°，平均傾角56°?？刂频V體長約930 m，斜深304 m。單工程礦體厚1.00 ～9.95 m，平均厚 6.19 m;單工程銅平均品位0.53% ～2.44%，礦體平均品位0.84%。

2.2 礦石特征

礦石結構以半自形－它形粒狀結構為主，構造主要有浸染狀、細脈狀、網脈狀、膠狀構造，部分塊狀構造和角礫狀構造。

礦石礦物主要為黝銅礦、輝銅礦、黃銅礦、斑銅礦、黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦和極少量磁鐵礦，地表氧化帶可見孔雀石、褐鐵礦、銅藍。非金屬礦物有石英、方解石、云母、長石。

黝銅礦呈它形粒狀、板塊狀、浸染狀，部分呈沿裂隙脈狀充填于脈石礦物中。黝銅礦具碎裂現象，斑銅礦、后期脈石礦物、孔雀石沿其微裂隙充填;尚可見到黝銅礦、黃銅礦、斑銅礦三者構成共結邊結構。

黃銅礦極少，呈非常細小的乳滴狀客晶出現在閃鋅礦中，二者構成固溶體分離結構。

黃鐵礦呈細小它形粒狀，浸染狀充填于脈石礦物中;部分具環帶構造，有的被閃鋅礦、方鉛礦從內部充填交代，有的被閃鋅礦包裹。

石英白色、灰白色，呈重結晶集合體或以脈狀充填于砂巖裂隙中，早期石英脈被晚期石英脈切穿。

方解石乳白、白色，亦呈重結晶集合體或以脈狀充填于砂巖裂隙中，常與石英共生。

有用組分除銅礦外還伴生有銀，銀的單樣品位最高達 74.7 ×10－6。

2.3 礦床成因及找礦標志

礦區目前尚未見巖體出露，礦床礦物組合較簡單，礦石礦物主要有含銅礦物、黃鐵礦、方鉛礦和閃鋅礦。銅礦物以黝銅礦、輝銅礦、黃銅礦、斑銅礦等為主，與銅礦物共生的脈石礦物有石英、白云母、方解石等。部分黃鐵礦呈草莓狀和環帶狀。黃鐵礦Co/Ni＜1，S/Se遠大于1。閃鋅礦Cd高Fe低。礦體的產狀、形態、規模嚴格受斷裂控制。礦石結構構造簡單，具細脈狀、網脈狀和角礫狀構造。圍巖蝕變簡單，主要為硅化、高嶺石化、重晶石化等。這些特征表明該礦床為產于斷層破碎帶中的沉積－構造改造型銅礦床。

礦床找礦標志包括斷裂破碎帶;地表及破碎帶銅的淋濾化合物;硅化、褐鐵礦化、褪色化等蝕變;Cu、Pb、Zn、Ag 多金屬地球化學異常。

3 成礦構造分析

3.1 控礦構造型式

區域上北東、北西兩組斷裂均很發育，形成格狀斷裂構造系統。礦區控礦構造型式應屬于區域格狀構造系統的一部分，控礦構造類型主要表現為北東、北西向斷裂和裂隙控礦。

3.2 構造控礦規律

(1)礦體產狀與主要控礦斷裂和地層產狀一致

礦體走向北東(40°～60°)，均向北西傾斜(310°～330°)，與礦區的北東向控礦斷裂(F2)和單斜構造走向和傾向一致。但控礦斷裂(F2)產狀更陡，其作為有利的導礦構造(圖2)。

(2)構造控礦的分級性

江邊寨－大寨背斜北西傾伏端控制了大團包礦床及其所在礦田產出;其上北東、北西向斷裂帶控制了銅礦床的產出(圖1);次級北東向層間斷裂控制了礦體的產出(圖2);層間斷裂中的次級劈理裂隙控制了礦化細脈和網脈的分布(照片1，正文后)。

(3)斷裂控礦的等距性

礦區礦體從北西往南東呈平行等距分布，相鄰兩個礦體之間間距為30～50 m左右(圖2)。

(4)礦體略向北東側伏

由聯合勘探線剖面圖(圖2)和聯合中段平面圖(圖3)可以看出:礦區各礦體均向北東側伏。隨著向北東延深深度的增大，礦化有減弱趨勢。

(5)礦體具有明顯的礦化中心

對各勘探線礦體厚度和品位數據采用加權平均法計算礦化強度，可得出4號勘探線為礦區的礦化中心(圖2)。

圖2 大團包礦區聯合勘探線剖面圖Fig.2 Synthesized profile of the prospecting lines in the Datuanbao copper mining area

圖3 大團包礦區聯合中段平面圖Fig.3 Synthesized geological map of the middle section of the Datuanbao copper mining area

3.3 成礦構造演化

通過野外實地觀察和鉆孔巖芯資料分析，初步認為礦區共發育有五期構造活動:

第一期構造變形，區域性北東向擠壓，形成區域一系列北西向褶皺和壓性斷裂(圖1)。

第二期構造變形，主要表現為北西向擠壓，形成礦區北東向橫向壓性斷裂和劈理大量發育(照片2，照片3)，并錯斷早期北西向縱向斷裂(圖1)。

第三期構造變形，主要表現為北東向擠壓，使北東向構造裂隙張開，含銅礦液沿著北東向張性裂隙充填，形成不規則細脈狀、網脈狀銅礦化、構造蝕變帶和銅異常(照片1，圖4，圖5)。

第四期構造變形，主要表現為北西向擠壓，使北西向構造裂隙張開，含銅鉛鋅等礦液沿北西向張性裂隙充填，形成銅礦化、構造蝕變帶和銅多金屬元素異常帶(照片1，圖4，圖5)。

第五期構造變形，主要表現為北東向的擠壓，使北西向壓性斷裂形成，礦體被斷層錯開而不連續(照片4)，并伴隨大量擠壓劈理面。

4 構造蝕變帶填圖

對礦區通過系統的構造蝕變帶填圖，并配合室內鏡下巖礦鑒定，編制了礦區構造蝕變帶分布圖(圖4)。構造蝕變帶受北東和北西向兩組斷裂控制，形成一個近“干”字形。其主體走向為北東－北東東向，與礦區已知礦體的走向基本一致，但出現北西向分支，表明北西向構造亦是控礦構造。構造蝕變帶表現出一定的分帶性。按蝕變強度變化，可分為硅化蝕變帶和弱硅化蝕變帶及褪色帶。

硅化蝕變帶位于蝕變帶中心，亦稱為硅化構造蝕變帶(圖4，照片5)。走向為北東，形態呈長條狀，長 約 660 m，寬 92～320 m，面 積 約 為 1.06×105m2。帶內巖石劈理裂隙強烈發育，巖石破碎，并具有明顯的硅化現象(照片5)。巖性主要為白色中－粗粒硅化石英砂巖、白色中－粗粒硅化鈣質石英砂巖、重結晶灰巖。帶內分布Ⅳ號礦體(圖4)。弱硅化蝕變褪色帶位于蝕變帶外側(圖4，照片6，照片7)，總體走向為北東，由于同時受北東、北西斷裂控制，而表現為一“干”字形，長約1360 m，寬約125～420 m，面積約為3.6×105m2。該帶巖石破碎程度減弱，巖石粒度變細，巖性主要為褪色化細－中粒弱硅化石英砂巖、褪色化細－中粒弱硅化鈣質石英砂巖、重結晶灰巖。弱硅化蝕變褪色帶規模較大，已探明的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號礦體均分布其中，且走向與其主體走向一致(圖4)。

由弱硅化蝕變褪色帶再向外是正常原巖，巖石破碎不明顯，巖性主要為紫紅色、深灰色泥質砂巖、石英砂巖，且巖石粒度較細，較為致密。

5 構造地球化學測量

5.1 工作方法

本次工作對礦區1.08 km2系統地開展構造地球化學測量，樣品采集原則上按線距100 m，點距20 m，樣量要求500 g以上。各采樣點詳細描述采樣點的位置、采樣方法、樣品編號、巖性、構造發育情況。按照構造地球化學采樣原則，樣品位置在總體上依據一定的網格，但又不拘泥于固定的網格，在斷裂帶、構造破碎帶、蝕變帶、劈理化帶和構造裂隙帶及不同巖性界面附近加密取樣，在無構造發育地帶可適當放稀采樣點距至30 m，采集巖性控制樣。共采集構造地球化學樣品819個，最后化驗樣品812個。分析項目包括 Cu、Pb、Zn、As、Sb、Hg、Au、Ag、W、Sn、Mo、Co、Ni、Mn、Cr、V、Ti、Sr、Ba 19 種。其中 Au 采用化學光譜法，Ag和Sn采用發射光譜法，W用極譜法，Cu、Pb、Zn、Mn、Ti和V采用電感耦合等離子體發射光譜法，Co、Ni和Mo采用電感耦合等離子體質譜法，As、Sb采用原子熒光光譜法，Sr、Ba和Cr采用X射線熒光光譜法，Hg采用RG-1D型測汞儀測試。

圖4 大團包礦區構造蝕變帶地質圖Fig.4 Geological map showing the structural alteration zonation in the Datuanbao copper mining area

5.2 元素含量參數統計

按不同巖石類型計算元素含量均值、標準離差、變異系數和濃度克拉克值參數。由表1可見，紫紅色砂巖濃度克拉克值＞1的元素有Cu、Pb、Zn、Ag、As、As、Hg、Co、Ni、Mn、Cr、V;灰白色砂巖濃度克拉克值 ＞1 的元素有 Cu、Pb、Zn、Ag、As、Sb、Hg、Cr;鈣質泥巖濃度克拉克值＞1的元素有Cu、Pb、Zn、Ag、As、Sb、Hg、Co、Ni、Mn、Cr、V、Ti;泥晶灰巖濃度克拉克值 ＞ 1 的元素有 Cu、Pb、Zn、Ag、As、Sb、Hg、Co、Ni、Mn、Cr、V、Sr、Ba?？傮w來看，Cu、Pb、Zn、Ag、As、Sb、Hg濃度克拉克值高，表明這些元素在地層中具有較高的本底值，可作為成礦物質來源。本區砂巖Cr、V、Ti濃度克拉克值高，表明其為不純的砂巖?；野咨皫r Cu、Pb、Ag、As、Sb 明顯高于紫紅色砂巖，其變異系數大，表明其經歷了后期構造－成礦熱液的蝕變作用，與成礦關系更為密切。

5.3 元素組合分析

對大團包銅礦區礦體樣品進行基于主成分變量的R型因子分析，以累積方差貢獻率81.68%為準，提取7個因子(表2)。

表2 大團包礦區銅礦體微量元素因子分析結果Table2 R-factor analysis of the trace elements of the copper ores in the Datuanbao mining area

由表2可知:

F1因子為 Pb、Zn、Ag、As、Sb，可能為晚期熱液成礦階段的元素組合，表現在礦石中方鉛礦、閃鋅礦的沉淀;

F2因子為 Cr、V、Ti、Ni、Sn，為本區泥質巖的元素組合;

F3因子為Mo、Hg、Au，為更晚期熱液成礦階段的元素組合;

F4因子為Mn、Co、Zn，常作為碎屑巖中的鐵質膠結物，為本區碎屑巖的元素組合;

F5因子為Cu、Ba，表現在礦石中銅礦物如黝銅礦、黃銅礦、斑銅礦和輝銅礦的沉淀;

F6因子為Sr、Sn，為本區不純碳酸鹽巖的元素組合。

5.4 元素構造地球化學分布

對所分析的數據編制各元素地球化學圖(圖5)。由圖5可得:

成礦元素Cu、Mo高值帶總體上呈北東向展布，與本區銅礦帶的展布方向一致，但具有分段富集現象，預示著銅礦帶礦化在走向上的不均一性。此外Cu、Mo高值帶除北東向展布外，尚有向北西展布的趨勢，這與構造蝕變帶填圖的結果較為一致。

成礦元素 Pb、Zn、Ag、As、Sb、Hg 等成礦元素高值帶主要沿北西向分布，與北西向斷裂和北西向構造蝕變帶一致，顯示在成礦晚期北西向構造的張開，引起晚期成礦熱液沿北西向斷裂沉淀。

親鐵元素 Cr、V、Ti、Co、Ni及 Au 高值帶位于礦區東北部、中北部，其主要位于第四系覆蓋區，顯示為風化土壤富集的元素。

親石元素Sr、Ba高值帶的分布有點特殊，其中Ba的高值帶分布類似于親鐵元素，Sr的高值帶分布類似于成礦元素，表明早期碳酸鹽巖石富集的元素在后來的成礦和風化過程中的趨向有所不同。

親石元素W、Sn在整個礦區分布比較均勻，表明其無論是在沉積還是成礦過程中均沒有明顯的富集趨勢。

6 討論和認識

(1)礦區成礦構造具多期活動特征，早期北東向斷裂的張開，帶來了Cu的成礦熱液活動和沉淀，并形成北東向硅化構造蝕變帶;晚期北西向斷裂的張開，帶來了 Pb、Zn、Ag、As、Sb 和Mo、Hg、Au 成礦熱液的疊加和沉淀，并形成北西向硅化構造蝕變帶。因此，北東、北西向斷裂均為本區控礦構造，二者交匯部位是成礦有利的部位。以往僅局限于北東向構造找礦的認識是不全面的，并且Cu的地球化學異常亦顯示，北東向構造在走向上礦化具有不均勻性，其與構造變形破碎程度在走向上的變化相一致。

圖5 江城大團包銅礦區各元素地球化學等值線圖Fig.5 Maps showing the geochemical anomalies of ore metals in the Datuanbao copper mining area

(2)圍巖硅化和褪色化是一種特征的找礦標志，蝕變巖石與侏羅系紅色砂巖形成鮮明的對照。相對于構造變形的強弱，構造蝕變帶具有中心強周邊弱的分帶性，構造蝕變帶填圖應用于中生代紅層地區的找礦可以快速縮小找礦范圍，經濟實用，富有成效。

(3)成礦構造分析著眼于成礦的空間問題和驅動力，構造蝕變帶填圖著眼于成礦過程中礦物巖石成分的變化，構造地球化學著眼于成礦過程中化學成分的變化，三者各具特色、互為補充、相互印證，豐富了地質找礦的手段，提高了成礦預測成果的可信度。

(4)依據成礦構造分析－構造蝕變帶填圖－構造地球化學測量綜合方法找礦思路和研究成果，本次工作提出了三個可供工程驗證的找礦靶區，即:4號勘探線的深部;F5斷層及其與長沖菁斷層(F2)的交匯部位;F1斷層及其與長沖菁斷層(F2)的交匯部位。

①礦區4號勘探線的深部

其依據有:礦帶主要控礦斷裂——長沖菁斷層(F2)為壓扭性多期活動的斷裂，斷層破碎帶規模較大，礦體呈明顯的透鏡狀，壓扭性斷裂控礦易出現尖滅再現、分段富集等特點。礦區4號勘探線附近，脈組厚度最大，脈組中礦體最多，延深最深，當為礦區的礦化中心。

圖6 大團包銅礦區成礦預測圖Fig.6 Metallogenetic prognosis map for the Datuanbao copper mine area

②礦區西南部長沖菁斷層(F2)與F5的交匯部位(圖6)

其依據有:該地段具有北西、北東向兩組斷裂交匯，構造變形強烈，發育北西向硅化蝕變帶和Cu、Mo、Pb、Zn、Ag、As、Sb 等多元素綜合異常，異常規模和強度較大，且較為連續。

③礦區東北部長沖菁斷層(F2)與坡腳斷層(F1)的交匯部位

其基本特征和依據同②號預測區。

致謝:感謝中國冶金地質總局地球物理勘查院李惠教授和另一位評審專家對本文提出的很好的意見和建議。

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照片1 不規則細脈狀、網脈狀銅礦化沿北東向劈理帶分布(右側為東D021)Photo 1 Irregular fine vein，stockwork copper mineralization in the NE-trending cleavage belt

照片2 北東向壓性控礦斷裂帶，斷面呈舒緩波狀(右側為北西，點號D026)Photo 2 NE-trending compressive ore bearing fault with undulatory fractual surfaces