寧夏西華山地區簸箕掌銅金礦床地質特征及成礦地質條件分析

梅超,魏向成,海連富,3,母彩霞

(1.寧夏回族自治區礦產地質調查院,銀川 750021;2.寧夏回族自治區礦產地質研究所,銀川 750021;3.中國地質大學(武漢)資源學院,武漢 430074)

0 引言

寧夏金屬礦產資源相對較貧乏,目前已發現的金屬礦多以礦點為主,僅個別達到小型礦床規模,且整體勘查程度較低[1]。寧夏的金屬礦主要分布于賀蘭山北段、衛寧北山、香山及南、西華山等地區,其中西華山地區主要以銅、金礦為主[2]。該地區找礦工作始于20世紀60年代初,先后有多家地勘單位在該區開展了不同比例尺的地質、物探、化探、遙感等工作,發現了多處銅、金等小型礦床或礦(化)點及物化探異常區[3],如馬場溝金礦、柳溝金礦、簸箕掌銅金礦、山岔臺銅金礦等,其中簸箕掌銅金礦為該區發現的最大的銅金礦床[4]。本文在綜合分析研究該區前人勘查成果、研究資料并進行詳細野外調查的基礎上,對簸箕掌銅金礦床地質特征進行了系統總結,初步對銅金礦成礦地質條件進行了分析,可為西華山地區銅金礦的下一步調查工作提供參考。

1 區域地質背景

西華山地區大地構造位置位于柴達木—華北板塊之祁連早古生代造山帶東端[5-6],與阿拉善陸塊、鄂爾多斯地塊毗鄰(圖1a),是穩定的活動陸塊與造山帶相接部位[7]。該區自中元古代主要以裂陷、裂谷為主,至早古生代晚期結束,該時期主要以火山碎屑巖、基性火山巖和碳酸鹽巖建造為主,厚度巨大,均已變質為以綠片巖、云母鈉長石英片巖、石英片巖及大理巖等為主的綠片巖相變質巖系[3,9]。早古生代晚期演化為匯聚碰撞構造環境,伴隨有中酸性巖漿巖侵入,在南-西華山兩側深大斷裂見有多處花崗閃長巖、二長花崗巖巖株及花崗細晶巖、長英質和巖漿期后的鈉長巖脈、煌斑巖脈、花崗偉晶巖脈、石英脈和碳酸巖脈。晚古生代發育少量陸緣拗陷型海陸交互相碎屑沉積層,現僅見小面積零星分布的泥盆系、石炭系弧蓋層沉積,中新生代以來以逆沖推覆-走滑作用為主[10]。

圖1 西華山地區地質簡圖(底圖據文獻[7-8],修編)Fig.1 Schematic Geological map of Xihuashan area1.第四系;2.海原群西華山巖組上巖段;3.海原群西華山巖組下巖段;4-9.海原群園河巖組第六至第一巖段;10.海原群南華山巖組;11.石英脈;12.加里東期斜長巖脈;13.加里東期煌斑巖脈;14.元古代基性次火山巖;15.加里東期鈉長巖脈;16.金礦體;17.鉛礦(化)體;18.銅礦化體;19.正斷層;20.逆斷層;21.性質不明斷層;22.背斜軸;23.向斜軸;24.地質界線;25.地名;26.研究區

西華山地區構造較復雜,總體表現為一復式向斜,即天都山—馬場溝向斜,在向斜轉折端右側,斜列著一個形態不完整的背斜,該背斜為窩堡溝—老爺寺背斜。其中向斜軸部位于馬場溝—文常山一帶,長度大于9 km,并從西華山主峰附近通過,樞紐沿北西向傾斜,傾角40°～50°,東南端揚起。背斜斜列于向斜仰起端東側呈高角度向北西傾伏,近轉折端受軸向NNW向的次級背斜影響,使褶曲復雜化。東翼被南、西華山—六盤山東麓深大斷裂所破壞,輪廓已不甚完整。簸箕掌銅金礦床就位于背斜轉折端附近。西華山南、北側深大斷裂之間的隆起地帶,發育有許多不同方向、不同性質、不同期次的次級斷裂,主要有NE向、NW向和NWW向斷層,其次為EW向和近SN向斷層[9]。受長期構造活動影響,巖石比較破碎,形成西華山地區縱橫交錯的構造格局(圖1b)。

2 礦區地質特征

圖2 簸箕掌地區地質簡圖Fig.2 chematic Geological map of the Bojizhang area1.第四系;2.園河巖組五巖段;3.園河巖組四巖段;4.園河巖組三巖段;5.園河巖組二巖段;6.園河巖組一巖段;7.白云石大理巖;8.含石墨石英片巖;9.綠泥綠簾鈉長陽起片巖;10.石英脈;11.鈉長巖脈;12.銅礦(化)體及編號;13.實測逆斷層;14.推測逆斷層;15.實測性質不明斷層;16.推測性質不明斷層;17.片理;18.產狀;19.地質界線;20.地名

礦區構造未見規模較大的褶皺,僅在礦區南部受老爺寺背斜轉折端的影響,地層、礦層多呈倒臥的“S”型彎曲;以斷裂構造為主,以近SN向斷裂為主干、NE向斷裂同時發育的基本格局。NE和SN向斷裂分別呈順時向和反時向扭錯。近SN向斷層主要發育在礦區東、北部,走向為340°,在礦區內延伸超過800 m,傾向NE,傾角50°～65°,斷層帶寬2～5 m,石英脈、鈉長巖脈多與近SN向斷層有關;NE向斷層主要表現為逆沖性質,兼具平移特征,主要發育于礦區中西部,走向20°～50°,傾向NW,傾角一般40°～60°,在礦區內長度300～600 m,切割近SN向斷層、含礦地層,在斷層帶附近見有含銅礦化斜長巖脈、石英脈及鈉長巖脈被切割、錯斷。

礦區巖漿活動較強烈,在屈吳山—南、西華山等地有花崗閃長巖巖基(圖3a—b),沿月亮山—南、西華山兩側深斷裂等地多呈巖脈、巖株產出。巖漿期后的煌斑巖脈(圖1b)、鈉長巖脈(圖2)、花崗偉晶巖脈、石英脈及碳酸巖脈發育。

斜長巖脈:集中分布于窩寶溝—簸箕掌一帶,總體呈北東向延伸,長數米至數十米,寬多小于2 m,呈透鏡狀,常伴有孔雀石化[12]。

鈉長巖脈:主要分布于礦區東部,呈不規則透鏡狀穿插于園河巖組片巖中,與圍巖片理斜交,走向50°,寬3～10 m,長逾30 m;巖石呈灰白色,主要由鈉長石和少量白云母等礦物組成(圖3d),碎裂狀它形粒狀結構,塊狀構造,圍巖蝕變強烈,并見有少量碳酸鹽沿裂隙充填,接觸帶附近有明顯銅礦化(圖3e),伴隨弱的金礦化。

石英脈、石英-方解石脈:簸箕掌地區石英脈、石英-方解石脈較發育,走向各異,以北東、北西向為主,脈體規模較小,一般長1～30 m,寬2～50 cm,少數長大于50 m、寬度達0.5 m。石英脈、石英-方解石脈大體分兩期:早期沿片理產出,與圍巖過渡,形態多呈不規則狀,脈體多細小,未見礦化現象[12];晚期與含石墨石英片巖(圖3f)、含石墨大理巖及煌斑巖脈關系密切,常常相伴而生,產狀陡峻,一般呈煙灰、褐黃色,其多呈脈狀、細脈狀,沿斷裂破碎帶或斜切、直交片理展布,規模大小懸殊,無韌性變形,而常具脆性破碎,多有不同程度的黃鐵礦、褐鐵礦化及金、銅礦(化)體(圖3g—i)。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

簸箕掌礦區目前共圈定銅礦體3條,礦體編號依次為Cu1、Cu2、Cu3(圖2)。其中Cu1、Cu2兩個礦體規模較大,受含石墨石英片巖帶控制。

3.2 礦石類型及礦物成分

簸箕掌礦區礦石類型以氧化礦為主,氧化礦石中主要金屬礦物有黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、褐鐵礦、斑銅礦、輝銅礦、銅藍等,非金屬礦物有石英、白云母、絹云母、鈉長石、方解石等。

礦石結構主要有碎裂狀結構、粒狀結構,礦石構造以塊狀構造、侵染狀構造及角礫狀構造為主。礦石中黃銅礦呈不規則粒狀,邊緣常被銅藍交代,黃銅礦呈交代殘晶狀包裹于銅藍之中,有時可見銅藍外圍包裹黃鐵礦。黃銅礦呈大小不等的壓碎粒狀,粒徑0.05～2 mm,沿破碎裂隙分布,在裂隙中褐鐵礦及少量不規則粒狀石英、碳酸鹽礦物集合體呈網狀充填。

在石墨云母片巖下部大理巖中有石英-方解石脈呈網脈穿插,也常見不同程度的銅礦化,含銅礦物以黃銅礦和斑銅礦為主;在與圍巖接觸部位有不均勻的孔雀石化。

3.3 圍巖蝕變

礦區內圍巖蝕變較弱,蝕變以褐鐵礦化、黃鐵礦化、硅化為主,其次是鈉化、絹云母化、綠泥石化。黃鐵礦化較為發育,出現于含石墨云母石英片巖、含銅碎裂石英脈及石英方解石脈中,通常與褐鐵礦化相伴。黃鐵礦化有兩種形式:一是以單體或聚合體浸染交代圍巖,使圍巖中出現黃鐵礦星點或聚斑;二是以斑塊狀、條紋和條帶狀交代圍巖,并沿碎屑間和裂隙、空隙充填,在裂隙面和間隙中可見。

褐鐵礦化相對較發育,主要為褐鐵礦呈團塊和點狀浸染交代圍巖,使圍巖中出現斑塊和星點褐鐵礦。沿節理或片理穿插,充填于石香腸張斷部位的石英脈和石英-方解石脈,銅的礦化較強。褐鐵礦多呈黃鐵礦假象,少見呈細脈狀、皮殼狀,充填于圍巖裂隙中,顏色轉變為褐黃色、土黃色和灰褐色。在片巖與大理巖分界處常形成厚度達0.5～2 m的土狀、蜂窩狀褐鐵礦層或鐵帽。褐鐵礦化往往與硅化作用相伴。

4 成礦地質條件分析

4.1 地層變質作用與銅金礦化

形成于約1765 Ma—1426 Ma之間的長城系海原群,是一套形成于活動大陸邊緣與弧前盆地環境的基性火山巖—火山凝灰巖—碎屑巖—碳酸鹽巖的沉積建造[13]。在這套地層中,銅金等成礦物質的含量相對較高,可視為銅、金等礦物的礦源層(表1)。

表1 海原群中銅金元素含量及濃集系數Table 1 Content and concentration coefficient of copper and gold in Haiyuan Group

西華山簸箕掌地區的銅金礦化全部集中于海原群中,而震旦紀和志留紀地層中并未見礦化現象。海原群中綠片巖、云母鈉長石英片巖、含石墨云母石英片巖及大理巖等,其含銅、金元素等成礦物質普遍較高、濃集系數普遍大于1,可為成礦提供了礦質來源。銅礦化多發生在碳酸鹽巖中,在碳酸鹽巖類中銅的含量及濃集系數均較其它巖類低;而金礦化主要發生于變質碎屑巖中,變質碎屑巖類中金的含量及濃集系數也均較其它巖類低,這種現象表明圍巖中的銅、金元素參與了成礦作用[14]。該區銅、金礦化具有明顯的巖性控制特征,表明海原群變質巖系與銅、金礦化關系密切。

海原群在中元古代晚期遭受了以動力變質作用為主的區域變質作用,而后在加里東晚期強烈的巖漿活動過程中又受屈吳山花崗閃長巖體的影響,使得西華山地區的白云母石英片巖(類)硅質和成礦物質強烈活化,并沿巖石片理及裂隙形成的早期石英脈及石英條帶,而這類石英脈及條帶的金含量與圍巖接近一致,雖無金的明顯富集,但后期受構造影響破碎后,有利于礦化蝕變和成礦物質的沉淀,可促使成礦元素的進一步富集成礦[15]。

4.2 構造作用與成礦關系

在元古代和早古生代西華山地區曾兩度裂開,形成裂谷,后經歷多次構造運動,形成了NW-SE向延伸的弧形推覆構造帶,構造帶兩側為南、西華山深大斷裂。該斷裂控制了區域內的構造格局和地質演化,受深大斷裂面的擠壓作用,使礦物和巖石發生形變和變質,并伴有與其平行的線狀褶皺、次級斷裂和裂隙。加里東中晚期南、西華山兩側斷裂活動進入高潮,并有中酸性巖體的侵入,構成該區的一次最重要的熱液事件,是區域金、銅等元素活化、沉淀的能源和主要物源。加里東晚期,南、西華山一帶發育大型的韌性剪切構造,帶內發育各種韌性剪切變形構造、脆性斷裂破碎帶和大量糜棱巖類[16]。

在西華山東北側柳溝、大溝門等地可見由逆沖深大斷裂構成的滑脫面,將海原群以低角度推覆至新生界地層之上,表明西華山地區構造活動一直比較活躍。同時強烈的構造運動產生的巨大動力熱能,使得來自深部和圍巖的成礦物質發生分異、活化、聚集,沿深大斷裂帶向淺部運移。因此,研究區NW-SE向深斷裂為導礦構造,而NE向、NW向次級斷裂為成礦物質的富集、搬運、沉淀提供了空間[15]。已發現的含礦石英脈、煌斑巖脈及蝕變帶多與NE向、NW向次級構造有關,為重要的容礦構造空間。

4.3 巖漿活動與銅金礦化

一般來講,Cu、Au、Ag、Pb、Zn等成礦元素來自于上地幔與深部地殼,借助深部巖漿的分異、上侵與噴發,把地球深部的造巖元素與成礦物質轉移至地表淺部。在一定地質條件下,把較為分散的造巖礦物相對集中于各類巖石中(含巖漿期后的熱液作用),并在適宜環境下沉淀下來[17]。

加里東晚期強烈的巖漿-熱液活動形成了以西華山南側屈吳山一帶花崗閃長巖基為代表的巖漿巖,對研究區銅、金礦化有著極其重要的控制作用,它不僅為海原群中的銅金成礦物質活化、遷移、富集提供了動力和熱源,而且也直接提供礦質,同時使早期沉積—變質形成的礦化層沿巖石片理、斷層破碎帶、碎裂石英脈及其兩側進一步富集成礦,進而形成銅、金礦化。

由表2可知,石英鈉長石化巖中Au、Cu元素均明顯富集,w(Cu)=47×10-6、w(Au)=25.0×10-9。這已表明巖漿中Au、Cu等成礦物質在巖漿演化晚期階段已從巖漿中分異,并在蝕變的石英鈉長石化巖中進一步富集;巖漿活動是礦質富集、遷移的重要條件,并為研究區的Au、Cu礦化提供了成礦物質[18],即巖漿活動與研究區的銅、金礦化有著十分密切的關系,它不僅為本區銅、金礦化的形成提供了關鍵性的動力熱條件,而且為成礦提供了主要的成礦物質。

表2 南華山地區中酸性侵入體中銅金元素含量Table 2 Content of Cu and Au in intermediate-acid intrusions in Nanhuashan area

綜上所述,西華山地區銅金礦的成礦作用受地層變質作用、構造活動及巖漿活動控制,礦床類型為沉積-變質-熱液改造型銅金礦床。

5 結語

(1)簸箕掌銅金礦體主要賦存于海原群園河巖組中,其巖性主要為含石墨大理巖、含石墨云母石英片巖、鈉長云母石英片巖。共有礦體3條,以含石墨云母片巖為主、其次為含銅鈉長云母石英片巖、含銅碎裂石英脈和鈉長巖脈。

(2)礦石類型以氧化礦石為主,主要金屬礦物有黃鐵礦、黃銅礦、褐鐵礦、斑銅礦、輝銅礦、銅藍等。圍巖蝕變較弱,主要以褐鐵礦化、黃鐵礦化、硅化為主。

(3)海原群中銅、金元素等含量較高,是主要礦源層;區內構造發育,其為成礦物質的搬運、富集、沉淀提供了空間;巖漿活動為賦礦地層中的銅金成礦物質的活化、運移和富集提供了動力和熱源,同時巖漿分異晚期形成的各類脈巖及各種熱液也為成礦提供了銅金物質來源。

(4)簸箕掌銅金礦床的成因類型屬于沉積-變質-熱液改造型。