杨光龙，崔登伟，杨 旭,钟祖峰，张 辉

黔北上沙溪庙组铜矿地质特征及成矿作用
——以习水县条台铜矿为例

杨光龙1，崔登伟1，杨 旭2,钟祖峰1，张 辉1

黔北仁怀-习水地区含铜砂岩型铜矿产于四川台拗边缘大型内陆盆地红层组合中，含矿岩石主要为中侏罗统上沙溪庙组浅灰绿色富含硅（碳）化木的长石砂岩.以习水县条台铜矿为例，对上沙溪庙组铜矿床地质特征和成矿条件进行了总结和分析.其成矿作用过程经历了：①含铜砂岩层原生沉积；②表生氧化作用；③次生富集成矿3个阶段.该矿是一个含铜砂岩层原生沉积后经地下水渗滤再造的淋积矿床.

地质特征；成矿作用；含铜砂岩型铜矿；上沙溪庙组；仁怀-习水地区；贵州

黔北地区含铜砂岩型铜矿主要分布在仁怀、习水一带，产出层位有上二叠统龙潭组、下三叠统夜郎组、中侏罗统上沙溪庙组、上侏罗统遂宁组和蓬莱镇组等，其中以上沙溪庙组铜矿分布较广.1958～1979年间，贵州有色地质勘查二总队、贵州省地质局娄山关队先后对本区铜矿进行了踏勘和普查工作，得出的结论是：矿点多，但矿体规模小，矿化也较分散.2008～2011年，贵州省地矿局106地质大队对本区条台铜矿进行了地质详查工作，通过钻探控制并圈定了2个规模较大的铜矿体，但矿石品位不高、变化较大，找矿远景有限.

1 区域地质背景

黔北仁怀－习水地区大地构造位置处于扬子准地台黔北台隆与四川台拗的接合部位，地层区划属扬子地层区，燕山期和喜马拉雅期运动形成了区内的主要褶皱构造.区域地层发育较全，以侏罗系的一套紫红色碎屑岩最为醒目，属四川台拗边缘大型内陆盆地红层组合［1］.侏罗纪至白垩纪期间，在沉积作用和构造活动的过程中，形成了一些有用的矿产资源，如侏罗纪初期的綦江式铁矿、中侏罗世下沙溪庙时的油页岩和上沙溪庙时含铜砂岩.含铜砂岩型铜矿有仁怀大湾、罗村和习水新房、两岔河、条台等矿（床）点（图1）.

图1 仁怀－习水地区构造单元及铜矿分布图Fig.1 Tectonic units and distribution of copper deposits in Renhuai-Xishui area

2 铜矿地质特征

2.1 含铜岩系特征

仁怀－习水地区含铜岩系产于中、上侏罗统的一套红色碎屑岩沉积组合中，其中以中侏罗统上沙溪庙组（J2s）分布广泛.岩性为紫红色泥岩、粉砂岩与浅灰—紫红色中至细粒长石砂岩、长石岩屑砂岩，呈不等厚互层.岩屑粒度自下而上表现为由粗变细的韵律层序，各韵律层间多见有冲刷现象.韵律层内与碎屑粒度对应，由下往上具斜层理→断续微波状层理→水平层理.砂级碎屑岩中时见有许多个体较大的硅化木片及碳化植物碎屑.上沙溪庙组厚850～900m，与下伏中侏罗统下沙溪庙组（J2x）、上覆上侏罗统遂宁组（J3sn）均呈整合接触.这套沉积物是在气候炎热和干湿交替的河相环境中堆积而成，属内陆河流洪冲积相碎屑岩建造❶贵州省地质矿产局.贵州省区域矿产志.1986..

含铜砂岩层主要赋存在上沙溪庙组中上部，岩性由浅灰、灰、灰绿色中至细粒长石砂岩、含砾长石砂岩组成，时夹少量粉砂岩或泥岩.其顶板为灰、灰绿色中粒长石砂岩，常夹1～2层厚0.6～4.0m的角砾灰岩团块.底板为暗紫、紫红色粉砂质泥岩或泥岩（图2）.含矿层呈层状产出，产状与围岩产状一致，长一般80～750m，最长者逾 1300m，厚一般 13.5～20m，薄者仅5.2m.

图2 上沙溪庙组含铜砂岩层综合柱状图（据贵州地矿局106队，2008，修改）Fig.2 Stratigraphic column of the cupreous sandstone in Shangshaximiao Formation（modified fromGuizhou No.106 Geological Brigade,2008）

2.2 矿床地质特征

2.2.1 矿体特征

矿体产出于浅灰—灰绿色富含硅（碳）化木的中至细粒长石砂岩中，铜矿物多附于硅（碳）化木及灰绿色泥砾表面，或围绕硅（碳）化木富集成斑点状、团块状矿石,或沿节理裂隙面呈脉状产出，矿化不均匀.矿石富集往往与硅化木含量多少成正比.凡硅化木堆积厚大时，矿体较厚，品位也较富，反之贫化.矿体多呈透镜状、扁豆状及不规则囊状（图3）单个或成群出现，规模较小，长一般 13～85m，个别长者可达 270～450m（习水条台），宽一般10～25m，厚1.0～1.5m，最厚者为2.87m.成群出现者，矿体间距数米至数十米不等.

图3 条台铜矿北段地质略图Fig.3 Geological sketch map of the northern part of Tiaotai deposit

2.2.2 矿石类型与物质组分

矿石类型以硫化矿为主，其次为氧化矿.硫化矿物主要为辉铜矿，次为铜蓝、斑铜矿、黄铜矿和蓝辉铜矿；氧化矿物主要为孔雀石、蓝铜矿，次为硅孔雀石、赤铜矿及少量黑铜矿.脉石矿物有黄铁矿和微量方铅矿、闪锌矿及铅的氧化物；碎屑矿物以长石（斜长石和钾长石）、石英和炭质（屑）为主，次为黑云母、白云母、锆石、榍石、绿帘石、磷灰石、石榴子石、锐钛矿等.

2.2.3 矿石结构构造

根据手标本与镜下观察，矿石结构以溶蚀结构为主，他形粒状结构、微粒结构次之.

溶蚀结构：黄铜矿呈细脉穿切并包裹黄铁矿，蓝辉铜矿向铜蓝转变，辉铜矿向蓝铜矿过渡，斑铜矿内见交代残存的黄铁矿等明显交替溶蚀现象.

他形粒状结构：多由半滚圆至半棱角状石英（17.5%～52.5%）、长石（20%～57.5%）、岩屑（7.5%～30%）等组成，胶结物主要是再生石英和再生长石，以再生增长式胶结，其次为绿泥石、黏土矿物、方解石，以薄膜式、孔隙式、接触式胶结.

矿石构造主要为星散状、斑点状、团块状及被膜状构造，次为细脉状、层纹状、砂状构造.

星散状构造：辉铜矿呈星点浸染于粒状长石砂岩中，分布不均匀，氧化后出现孔雀石.

斑点状、被膜状构造：铜矿物附集于富含硅化木的灰绿色泥砾或浅灰色细粒长石砂岩表面，成斑点状、被膜状或团块状.

细脉状构造：辉铜矿赋存于含炭屑、硅化木砂岩中，氧化后形成细脉状、层纹状孔雀石或蓝铜矿，同时见有层间错动的擦痕.

2.2.4 矿石化学成分及微量元素

矿石主要有用组分为Cu，化学成分以Cu2S、CuS为主，次为 CuCO3·Cu（OH）2、2CuCO3·Cu（OH）2.据化学分析，本区矿石铜含量为0.23%～2.64%，平均1.32%，斑点状、星散状及被膜状矿石的铜含量较细脉状、团块状矿石低.

据光谱分析，矿石含 Pb 165.47×10-6～259.00×10-6、Zn 52.74×10-6～146.90×10-6、Ag 0～39.71×10-6，个别含镓、钡较高，其余元素含量均很低.

2.2.5 矿体氧化带及次生变化情况

矿体在地表所见铜矿物以孔雀石为主，伴有少量硅孔雀石、蓝铜矿、赤铜矿及含铜褐铁矿.据野外观察和岩矿鉴定资料，矿体在地表至深部20m范围内，蓝辉铜矿向铜蓝过渡，铜蓝向孔雀石过渡，矿石显著贫化，应属氧化淋滤带范围.

据老硐观察和浅部钻孔揭露，矿体所见铜矿物以蓝辉铜矿（伴有辉铜矿）为主，尚有黄铜矿、斑铜矿、铜蓝，偶见孔雀石、赤铜矿等.经镜下鉴定，蓝辉铜矿向辉铜矿过渡，斑铜矿边缘变为蓝辉铜矿，或被蓝辉铜矿包裹，或被蓝辉铜矿溶蚀，斑铜矿向铜蓝过渡，黄铜矿也被包裹于蓝辉铜矿中.矿体深部（距地表80～100m以下）经钻孔控制未见矿.这些现象表明，矿体在氧化带之下60～80m范围内应属次生硫化物富集带部位，深部80～100m以下矿体贫化渐变为含铜砂岩层.

3 成矿作用及成矿过程

铜是具亲硫性的中等活泼元素，多呈硫化物出现，并可受褐铁矿、有机质或富硫化物的碎屑物质吸附而富集.铜在本区以含炭屑或硅化木和富硫化物的碎屑岩中含量较高，因此上沙溪庙组浅灰绿色含硅（碳）化木长石砂岩应是矿源层.矿源层中铜的原生硫化物近地表部分，由于物理化学条件的改变发生表生氧化，后经地下水淋滤作用使含铜碎屑岩中的铜质溶离出来，渗透到地下水流动带并交代围岩中的生物硫化物形成辉铜矿、铜蓝等次生硫化矿床［2］.其成矿作用过程经历了：①含铜砂岩层原生沉积；②表生氧化作用；③次生富集成矿3个阶段（图4）.

3.1 含铜砂岩层原生沉积

本区含铜砂岩层岩石地球化学Cu元素平均含量264.9×10-6～502.0×10-6，其富集作用发生于岩石原生沉积成岩过程❶贵州一○八地质大队第三分队.1∶20万桐梓幅区域地质调查报告（矿产部分）.1978..就组成含铜砂岩层的主要成分观之，除含量较高且较稳定的石英外，长石多属抵抗风化较强的碱性、酸性类矿物，而抵抗风化较差的超基性、基性岩类长石未见.这些碎屑矿物外形多呈半滚圆、半棱角状.组成岩石的碎屑物质虽来自各种岩类，但现存于岩石中的则是抵抗风化较强的矿物，而最易遭受破坏之不稳定矿物在岩石中却占量甚少.这些都反映了组成岩石的物质经过了一定距离的搬运.另据西南地区地层总结（侏罗系）资料，早侏罗世晚期（上沙溪庙时），黔北仁怀-习水一带恰位于湘黔丘陵区与四川湖之间.据此认为，含铜砂岩之碎屑物质及铜质主要来源于南东部的湘黔丘陵区.该区之梵净山群和下江群或板溪群遭受了区域变质作用，同时还经过多次岩浆活动和成矿作用，特别是梵净山群和下江群中之铜矿化比较普遍.这些物质经过长期剥蚀之后，可为含铜砂岩的形成提供物质基础.

根据上沙溪庙组含矿岩系韵律组合特征和含铜砂岩层中富含的硅化木片和碳化植物碎屑，中侏罗世晚期属干热-潮湿气候河相环境［3］.已有资料表明，铜的富集层位和含矿体均产于浅色岩，且绝大部分位于浅色岩的下部，由紫色岩迅速变为浅色岩之偏浅一方，说明沉积作用过程中氧化环境（紫色岩）迅速变为还原环境（浅色岩），有利于铜的富集.但是，由于沉积区距物源区较远，加之在外生条件下铜质受易溶解、易沉淀等地球化学行为的限制，故难以富集成矿.

图4 成矿作用示意图Fig.4 The metallogenic model

3.2 表生氧化作用

随着燕山期和新构造运动的发生，地壳大面积的间歇性掀斜隆升，导致贵州阶梯状重叠的多级剥夷面依次产生［4］.本区河谷呈深切的箱状侵蚀谷地，浅表含铜砂岩层中的硫化矿物，由于物理化学条件的改变而和水溶液中的氧化合生成硫酸盐，现以黄铜矿为例说明其变化.

黄铜矿氧化为FeSO4和CuSO4：

CuFeS2+4O2→FeSO4+CuSO4

其中一部分硫酸盐（FeSO4）继续氧化形成稳定的褐铁矿，残留于地表形成铁帽：CuSO4则溶于水向下渗透，遇到石灰岩或方解石脉可以形成颜色鲜艳的孔雀石、蓝铜矿等：

本区氧化淋滤带范围内，蓝辉铜矿向铜蓝过渡，铜蓝被包裹于孔雀石中，矿石显著贫化，但铜质并未完全失去，推测可能属氧化带发育的初期或中期阶段.

3.3 次生富集成矿

从硫化矿物的氧化带中淋滤出来的部分硫酸铜溶液，当渗透到潜水面之下流动带的还原环境中，便以交代原生硫化物的方式生成新的辉铜矿、铜蓝等次生硫化矿物，从而使原生含铜砂岩经次生富集作用可变为矿石，形成具有工业价值的铜矿床［5］.从氧化带到还原带，地下水中O2和CO2逐渐减少，pH值降低，渗滤下来的硫酸铜溶液（CuSO4）遇到含铜砂岩层中的原生硫化矿物（如黄铜矿、黄铁矿等）发生交代作用：

含金属卤水成矿，必须具备2个条件：其一是金属元素，其二是成矿层位内有大量的硫质［6］.在硫酸铜溶液渗透到潜水面之下流动带的还原环境中，由于含铜砂岩层中含有硅化木片和碳化植物碎屑的硫质，所以铜矿物多附于富含硅（碳）化木的泥砾表面聚集成矿.在硫化物的次生富集和硫酸盐交代原生硫化物的过程中，有机质起着非常重要的作用.有机质不但与陆源的铜化合而生成铜的硫化物，而且作为介质的组成部分而影响成矿元素的迁移、聚集和再分配［5-6］.本区矿体次生硫化物富集带，辉铜矿溶蚀替代胶结物，并溶蚀包裹岩屑或完全替代岩屑，斑铜矿与铜蓝呈交叉网脉分布，蓝辉铜矿向铜蓝转变，辉铜矿向蓝辉铜矿过渡，黄铜矿呈细脉穿切并包裹黄铁矿等.这些事实表明，硫化矿物间交替或溶蚀是存在的，这种交替溶蚀现象，是由富含硫酸铜的溶液从上向下渗透并与原生硫化物交替作用的结果.个别矿点（潘家沟LD5）含铜砂岩较破碎，矿石氧化后形成蓝铜矿沿岩石裂隙充填或呈脉状产出，并有相互穿切现象，应属后期改造结果.

4 结语

（1）黔北仁怀-习水地区含铜砂岩型铜矿产于四川台拗边缘大型内陆盆地红层组合中，含矿岩石主要为中侏罗统上沙溪庙组浅灰绿色富含硅（碳）化木的长石砂岩.

（2）矿体呈透镜状、扁豆状断续产出，矿石类型主要为硫化矿，矿石结构以溶蚀结构为主，他形粒状结构、微粒结构次之，矿石构造主要为星散状、斑点状、团块状及被膜状构造.

（3）黔北地区上沙溪庙组富含硅化木和碳化植物碎片的浅灰绿色中至细粒长石砂岩层，以及由褐铁矿和孔雀石、蓝铜矿等组成的“铁帽”是寻找含铜砂岩型铜矿的重要标志.

（4）矿体在地表至深部20m左右为氧化淋滤带范围，矿石显著贫化.在氧化带之下60～80m范围内为次生硫化物富集带部位，矿石高度富集，深部80～100m以下矿石贫化渐变为含铜砂岩层.

（5）黔北上沙溪庙组铜矿的成矿作用过程为：含铜砂岩层的原生沉积→含铜砂岩（原始矿胚层）暴露地表遭受氧化淋滤→金属溶液渗透至地下水流动带交代原生硫化物富集成矿.

［1］贵州省地质矿产局.贵州省区域地质志［M］.北京：地质出版社，1987:629—630.

［2］邓湘伟，戴雪灵，黄满湘.柏坊铜矿成矿规律及成矿模式探讨［J］.华南地质与矿产，2008，96（4）:22—25.

［3］贺永忠，熊兴国，陈文彬，等.藏北南羌塘坳陷盆地中侏罗世硅化木的发现与意义［J］.贵州地质，2007，24（2）:126—129.

［4］秦守荣，张慧，王天华.贵州的多级剥夷面［J］.贵州地质，2002，19（2）:86—92.

［5］姚凤良，孙丰月.矿床学教程［M］.北京：地质出版社，2006:163—165.

［6］张秋生，刘连登.矿源与成矿［M］.北京：地质出版社，1982:58—60.

GEOLOGY AND METALLOGENY OF THE COPPER DEPOSITS IN THE SHANGSHAXIMAO FORMATION IN NORTHWEST GUIZHOU:A case study of the Tiaotai copper deposit in Xishui County

YANG Guang-long1,CUI Deng-wei1,YANG Xu2,ZHONG Zu-feng1,ZHANG Hui1

（1.No.106 Brigade,Guizhou Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration and Development,Zunyi 563004,Guizhou Province,China;2.No.102 Brigade,Guizhou Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration and Development,Zunyi 563003,Guizhou Province,China）

The cupreous sandstone type of copper deposit in Renhuai-Xishui area,Northern Guizhou Province occurs in the red beds in the large inland basin on the edge of Sichuan platform-depression.The ore-bearing rocks are mainly the arkose containing silicified or carbonized wood of Middle Jurassic Shangshaximiao Formation.Taking the Tiaotai copper deposit as an example,this paper summarizes and studies the geologic characters and metallogenic conditions of the copper deposits in Shangshaximiao Formation.The metallogenesis experienced three stages,i.e.1）primary sedimentation of cupreous sandstone layer;2）surface oxidation;and 3）secondary enrichment and mineralization.The deposit is formed by the groundwater leaching after the primary sedimentation of the cupreous sandstone layer.

geologic characters;metallogenesis;cupreous sandstone type of copper deposit;Shangshaximiao formation;Renhuai-Xishui area;Guizhou Province

（1.贵州省地质矿产勘查开发局一○六地质大队，贵州 遵义 563004；2.贵州省地质矿产勘查开发局一○二地质大队，贵州 遵义 563003）

1671-1947（2011）04-0282-05

P618.41

A

2011－03－21；

2011-04-15.编辑：李兰英.

贵州省国土资源厅项目“贵州省习水县条台铜矿地质详查”（09-12）资助.

杨光龙（1971—），男，地质工程师，从事基础地质和矿产勘查工作，通讯地址遵义市海尔大道，E-mail//ygl-106@163.com