鄂东南地区中生代成岩成矿构造背景与时空分布规律

2014-04-08胡清乐

资源环境与工程 2014年6期

胡清乐

(湖北省地质矿业开发有限责任公司，湖北武汉　430022)

0　引言

鄂东南地区是长江中下游成矿带中的重要组成部分,由鄂东南矿集区和九瑞矿集区西端的丰山矿田组成,面积约5 000 km2。该区成矿地质条件优越,找矿潜力巨大,进入21世纪以来,本区矿床勘查取得了一些新的进展,铜绿山矿田、大冶铁矿田等大型铜铁矿区深部找矿工作成绩斐然。同时该区地质研究工作亦取得了不少新的进展,诸多学者从不同角度对鄂东南地区成岩成矿背景和中生代构造—岩浆演化机制等基础地质问题进行了探讨,本文将综合归纳该区近年来地质研究的一些主要新的成果和观点,并结合本区地质找矿的历史成果资料和近期深部找矿实践,对相关成果进行吸纳和辨析,并就成岩成矿时空架构、深部过程与浅表构造—岩浆演化耦合响应、矿化分带特征及内在机制等地质问题提出见解。

在本轮深部找矿工作(危机矿山+整装勘查)的实施初期,区内外专家们提出了第二层位(泥盆/石炭界面)找矿和小岩体找矿等重要找矿方向,本文将结合对本区成岩成矿作用的一些新认识,同时结合近年来找矿实效,对上述找矿工作方向进行总结和反思。

1　　　　近年来鄂东南地区关于成岩成矿作用的研究进展

前人对于本区中生代大规模成矿作用已作了深入的研究,“七五”科技攻关期间,本区地质科研工作运用槽台学说和地质力学对区内的构造进行了研究分析,在“八五”科技攻关期间,运用伸展—推滑覆构造理论重新研究区内的构造变形特征、演化过程及其与矿产的关系。指出鄂东南地区属于(印支期)挤压推覆和(燕山期)伸展滑覆机制为主体的构造变形区,燕山期北北东向的构造叠加改造印支期北西西向构造是区内地质构造的最主要特征;成矿地质条件和空间分布规律归纳为“一断裂、二序列、三环境、四层位”;“一盖两底”制约金属矿化分带;成岩成矿作用分两阶段四成矿期,区内内生金属矿床的成矿作用主要发生于燕山期,分燕山期早、晚两个阶段,各含两个成矿期[1]。

进入上世纪90年代以后,中科院资源所、中国地质大学、合肥工业大学、广州地化所等科研单位开始引入运用岩石圈减薄和壳幔作用等观点,揭示鄂东南地区深部结构,以及深部过程与浅表构造—岩浆演化的时空耦合关系,相关学者在年代学、岩石学、矿床学方面开展了一些研究工作,并提出了很多建设性、开拓性的见解和观点。

1.1　年代学研究和成岩成矿时空架构

年代学研究是近年来本区科研的主要方向和重点领域,并取得比较丰硕的成果。主要体现在测年数据精度大幅提高,可信度和可靠度增强;其次是测年数据采集相对比较系统,尤其是谢桂青等从本世纪初至今,已持续开展相关研究工作达十年之久。

1.1.1新的测年数据表明中生代大规模成岩成矿作用时期相对集中于25～30 Ma的时间跨度内

鄂东南地区前期金属矿床的成矿时代都是利用岩体的K-Ar和Rb-Sr等时线年龄来推定的,等时线年龄范围相对较宽,测年的结果存在较大的误差。近年来岩体测年方面多采用锆石SHRIMP测年方法,成矿测年采用辉钼矿Re-Os测年等技术方法,提高了区内年代学数据的精确度和可靠性,测年数据的离散性、跳跃性明显改善。如按前期测年数据,铜绿山矿区的石英正长闪长玢岩为127 Ma(Rb-Sr)、鸡冠咀矿区的正长闪长玢岩为122.9 Ma(K-Ar),而目前新的测年数据则趋同于137～142 Ma区间内。新一批测试数据显示,中生代大规模成岩成矿作用时期相对集中于25～30 Ma(150～120 Ma)的时间跨度内[2-3](图1)。

图1　鄂东南地区主要岩体、矿体测年数据(据谢桂青综合[4])Fig.1　Dating data of main rock mass and orebody1.志留—侏罗系地层;2.白垩—第三系盆地;3.燕山期侵入岩;4.燕山期火山岩;5.背斜;6.向斜;7.倒转背斜;8.倒转向斜;9.断裂;10.铁矿;11.铜矿;12.铁铜矿;13.铜金矿;14.铜钼矿;15.铜钼钨矿;16.岩体测年数据;17.矿床测年数据。

前期的两阶段四成矿期结论中,第一期成矿作用发生于156～152 Ma,侵入铁山岩体、灵乡岩体,形成矿浆贯入式铁矿;侵入阳新岩体,形成接触交代式铜矿。第二期成矿作用发生于150～139 Ma,在铁山、灵乡岩体和阳新岩体周边形成接触交代铁铜矿、铜铁矿;该期侵入的小斑岩体形成接触交代—斑岩型铜(钼)矿床。第三期成矿作用发生在132～128 Ma,形成矿浆—矽卡岩型铁矿(程潮、张福山)。第四期成矿作用发生于117～115 Ma,矿化微弱,有铅锌铜钼铁等形成。而根据新的测年数据,殷祖岩体为区内最早侵位的岩体,其形成时代约150～146 Ma,其他岩体侵入活动集中于145～130 Ma,之后岩浆活动转为大规模的火山喷发为主。斑岩体形成接触交代—斑岩型铜(钼)矿床的时间多比周边大岩体成矿的时间同期或略早。第一期成矿和第二期成矿基本是集中于145～137 Ma的时间段内,没有明显的时间先后差别。前期认为成岩与成矿时差为5±Ma,新的测年数据则表明成矿时代与岩体的侵位时代大致相当,岩浆侵位到成矿作用结束所持续的时间一般<1 Ma,少数矿床由于具有多次热液活动可以持续1 Ma以上,很少>2 Ma[5]。

1.1.2成岩成矿阶段划分

鄂东南地区燕山期成岩成矿作用具有多期多阶段的特征,该区六大岩体多为复式岩体,岩浆多期侵入并伴随多期次矿化。前期提出两阶段、四期成岩成矿阶段的观点,近年来依据新的测试数据,相关学者也提出了一些新的划分方案:

二期岩浆活动和一期成矿作用赵新福等大致划分为(143～132 Ma)早白垩世早期的岩浆侵入活动和(132～120 Ma)早白垩世中晚期的火山喷发作用,认为鄂东南矿集区内大规模的成矿作用集中发生在143～132 Ma的早白垩世,各主要岩体和岩株是同一次岩浆活动的产物,形成鄂东南地区主要的矽卡岩型矿床及斑岩铜矿。

二期岩浆—成矿事件+四种矿化类型谢桂青等提出本区可划分为两期岩浆—成矿事件,即集中于147～136 Ma侵入的辉长岩+闪长岩+石英闪长岩+花岗闪长斑岩,以及对应的144～143 Ma斑岩—矽卡岩型铜金钼钨矿和144～137 Ma矽卡岩铜铁金矿;集中于134～125 Ma侵入的花岗岩+石英二长岩+石英闪长岩+闪长岩和火山岩,以及对应的133～132 Ma矽卡岩铁矿(不含铜和金)和129～128 Ma火山热液型金矿(?)。

三阶段成矿周涛发等提出,长江中下游地区不同矿集区的成岩成矿时代阶段性大致为145～137 Ma、135～127 Ma、126～123 Ma等三个阶段,分别对应铜矿化、铁矿化、铀金矿化[6]。

综合区内前期资料和相关学者的观点,笔者认为鄂东南地区中生代成岩成矿事件虽有25～30 Ma的时间跨度,其地质背景是一致的,均处于燕山期挤压向伸展转换阶段,其成岩作用和成矿作用是连续演化的,总体来说是一次成矿阶段的产物,但根据岩浆源区的差异、岩浆活动时间的序次性以及成矿专属性的差异,基本赞成谢桂青提出的划分方案,大体可以137 Ma为界,将其分为两次岩浆活动和两次成矿阶段:

(1) 燕山早期侵入活动及铜金成矿阶段。岩体侵入时间发生在150～137 Ma,沿大冶—九江一带形成北西向岩浆岩带,侵入殷祖、灵乡(东部)、阳新、铁山(东部)等大岩体,以及在北北东向深断裂的构造交汇节点侵入丰山洞、阮家湾、白云山、铜山口等小岩体。小岩体的侵入时间基本与大岩体同时甚至略早于大岩体。岩性以石英闪长岩+石英二长岩+闪长岩为主,小岩体以花岗闪长斑岩为主。成矿时间集中在145～137 Ma,相关矿产是矽卡岩型铜铁金、斑岩型铜金矿床,是成铜的主要阶段。

(2) 燕山晚期侵入—喷发活动及铁成矿阶段。分侵入和喷发两类岩浆活动形式,沿梁子湖凹陷带一侧形成北北东向岩浆岩带,侵入活动大体发生在133～127 Ma,自南向北形成灵乡岩体(西部)、金山店岩体、铁山岩体(西部)、鄂城岩体,以花岗岩+石英闪长岩+闪长岩为主,相关矿产是矽卡岩型铁矿,是成铁的主要阶段。喷发活动大体发生在130～115 Ma,自北向南形成金牛、花湖两个火山岩盆地,岩性以玄武岩+英安岩+流纹岩为主,该岩浆活动目前未发现成规模成矿作用,仅在王豹山地区、吴伯浩见少量小型、零星的火山热液型矿体和部分金矿化。

需要指出的是,这里所提及的“先铜后铁”指的是区域上所表现的矿化时间分布特征(内在机制后文将阐述),而不是指某一具体矿床的矿化阶段或期次,如矽卡岩矿床由于成矿流体的演化,通常表现为“先铁后铜”的矿化特征。不应将这两者混为一谈。

依据成铜成铁的时空分布特征,建议应重视在铁矿分布区找早期铜金矿的工作,如在铁矿分布区西部(如铁山岩体西部、灵乡岩体西部)具有找燕山早期铜金矿床的潜力,目标区域有铁西的下蒋硫铁矿地区,地表富银的硫铁矿指示了该区具有找铜金矿床的潜力。

1.2　岩石学研究进展和成矿物质来源

本区的侵入岩成因主要有幔源(经历同化混染+结晶分异(AFC)过程)、幔壳混合源、下地壳熔融等三种观点,前期以壳幔混合源为主流观点。近年来,诸多学者从不同的角度论述了本区岩浆岩的来源和演化机制。

(1) 同位素地质证据。鄂东南侵入岩的Sr-Nd同位素组成与鄂东南、宁芜和庐枞地区的中生代火山岩及长江中下游地区的基性侵入岩具有一致的特征,认为起源于上地幔[7]。黄圭成等近年对铜绿山岩株体锆石和继承锆石(晶核)的U-Pb年龄和Hf同位素的测试数据显示,岩浆源区物质为亏损地幔中产生的新生地壳,并有中元古代晚期和新元古代地壳物质的加入[8]。

(2) 熔融包裹体证据。广州地化所赵斌等在湖北大冶铁矿接触带大理岩中发现有熔融包裹体和流体—熔融包裹体,在鄂东南的中酸性侵入岩中普遍发现了丰富的熔融包裹体,其均一温度高达1 100～1 280 ℃以上[9],中科院地化所在鄂东南地区7个典型矿床采集的矽卡岩样品的寄主矿物中发现硅酸盐熔体成分的熔融包体,说明上述地区中酸性侵入岩的源区或母岩浆具有非常高的温度,可能是底侵的幔源玄武质岩浆加热、熔融下地壳的产物。赵斌等指出鄂东南地区先前确认为交代成因的含矿矽卡岩可能有相当大一部分为岩浆成因矽卡岩。

(3) 中基性岩石包体证据。鄂东南地区和铜陵地区的中酸性岩中经常发育有中基性的岩石包体,有角闪石、辉石堆积岩(晶)包体和具有岩浆混合特征的微粒闪长质包体两类,表明在中酸性岩浆侵位时普遍存在基性岩浆的活动[10]。

(4) 微量元素证据。鄂东南地区不同程度的壳幔混合作用造成了不同岩体间HREE含量以及La/Yb比值的显著差异,以及Sr/Y比值的变化。早期(>137 Ma)中酸性岩(包括石英闪长岩、花岗闪长斑岩、二长岩)具有埃达克岩某些地球化学特征,以无负铕异常、高Sr/Y和(La/Yb)为特征,指示地壳较厚;晚期(<137 Ma)酸性岩(包括花岗斑岩、花岗岩、火山岩)地球化学方面则明显不同于埃达克岩,非埃达克质岩浆岩形成时期(132～128 Ma)可能是岩石圈减薄高峰时间。

综合多家观点,鄂东南地区的侵入岩类为壳幔混合型证据是充分的。赵新福研究认为鄂东南地区石英闪长岩类以下地壳部分熔融的岩浆为主,而闪长岩类主要源自上地幔部分熔融的岩浆。谢桂青等通过Sr-Nd同位素模拟计算表明铁山、鄂城和阳新岩体岩浆起源于富集地幔的部分熔融,后期约有5%～30%的物质来源于下地壳[11]。本区前期资料认为少壳源同熔型岩浆岩系列的分布区(褶皱隆起区)以铜金钨钼矿床为主;多壳源同熔型岩浆岩系列的分布区(相对坳陷区)以铁矿床为主。而长江中下游的主流观点是在隆起区岩浆岩以多壳源为特征,坳陷区以多幔源为特征,隆坳过渡区则以壳幔混合源为特征。鄂东南地区处于坳隆过渡区,综合前期和近期的资料,认为鄂东南中生代岩浆岩底侵作用形成的玄武质下地壳和上地幔部分熔融产生的岩浆是发生不同程度的混合作用而形成的,在构造—岩浆演化的不同阶段,壳幔混合的程度和比例是不同的,总体来看其中与以成铜金为主的岩体(145～137 Ma)来源于富集地幔的部分熔融,并有部分(5%～20%)下地壳物质混染和分离结晶作用;与成铁为主有关的岩体来源于富集地幔的部分熔融,并有较大比例(高达35%)下地壳物质混染和分离结晶作用;而火山岩和次火山岩为富集地幔的部分熔融和分离结晶后,发生不同比例下地壳混染的产物。总体上的趋势为在侵入阶段,从成铜金岩体到成铁岩体,壳源的比例在增大,在喷发阶段,则幔源的比例增加。

2　　　　深部过程与浅表构造—岩浆演化耦合响应

华东地区中生代的运动总体来讲是板块汇聚和增生的过程,鄂东南地区在中生代经历了印支期—燕山期构造体制转换与重大调整,构造体制转换造成了相应的深部过程:陆壳挤压收缩加厚—地幔上隆—陆壳减薄,以及深部壳幔相互作用的变化过程,作为对于深部过程的响应,在浅表出现了滑覆构造、隆—坳构造、盆岭构造等构造形迹,以及大规模的岩浆火山活动和成矿作用。

印支运动(250～180Ma,三叠纪)期间三叠纪末扬子板块与华北板块的南北向碰撞,使中三叠世之前地层产生强烈褶皱变形,该期构造特征以南北向挤压、对冲为特征[12],在区内形成大幕—枫林、殷祖—筠山、铁山—黄金山三个叠瓦式逆冲推覆构造带,由北西西—近东西向的褶皱和同方向的走向断裂组成,相伴出现北东、北西向的压扭性断裂,构成以九江地区为顶点的弧形断褶束构造区,奠定区内的构造基础,在此期间地块挤压缩短、地壳增厚;鄂东南三角形构造岩浆区的西北边界(襄广断裂),南部边界(大畈—排市断裂)均形成于这个阶段。在区内山坡—枫林一带形成基底缝合线。

燕山运动(165～80Ma,侏罗纪—白垩纪)期间本区经历了构造机制的转换和重大调整,一方面印支造山运动的后碰撞阶段的南北向伸展一直持续运动,并贯穿于整个燕山运动期间;另一方面太平洋板块的斜向俯冲使得本区构造应力场发生了转化,从印支期南北向挤压—燕山早期南东—北西向挤压—燕山晚期北北东左行旋扭[13]。需要指出的是,本区在印支运动期奠定区内基本构造格架,燕山期构造主要是继承、影响、改造印支期的构造体系,如燕山期侵入的岩浆岩,主要就位于燕山期构造影响下转为拉张的原印支期形成的构造空间内。在燕山早期,区内为北西西—南东东向的挤压应力场,原印支期近东西向断裂构造转为张剪,应力薄弱带为北西向(大冶—九江一带),燕山晚期,区内为近南北向左行扭动应力场,应力薄弱带为北北东向(鄂城—灵乡一带),因此随着构造应力场的转换调整,区内应力薄弱带的方向也在调整,并控制了深部岩浆活动的上侵方向和定位空间。

根据构造应力场、岩浆—成矿事件的差异大体可将燕山期运动划分为挤压阶段(165～145 Ma)、转换阶段(145～125 Ma)、主伸展阶段,其中转换阶段又可以进一步分为转换阶段早期(145～137 Ma),调整期(137～133 Ma),转换阶段晚期(133～125 Ma)三个亚阶段(表1)。

165～145Ma挤压阶段。晚侏罗世早期构造应力场发生改变,受太平洋板块的斜向俯冲的影响,形成北西西—南东东向的挤压应力场。形成区内北北东向的断裂褶皱带,并叠加于早期印支期北西西—近东西向构造之上,同时原印支期近东西向—北西西向断裂重新活动,具张剪性质,形成团风—咸宁(梁子湖大断裂)、鄂城—灵乡、姜桥—下陆、韦源口—浮屠街、花果—阳新、富池口—枫林等北北东向深断裂,鄂东南三角形式构造体系初具雏形。

145～125Ma挤压伸展机制转换阶段,是本区中生代大规模岩浆活动和成矿时间集中爆发的时期。

转换阶段早期(145～137Ma)地幔沿武汉—九江一带上隆,形成北西向武汉幔隆,上地幔的部分熔融作用(或软流圈上涌减压熔融作用)产生的玄武质岩浆通过底侵作用进入下地壳,形成壳幔同熔型高钾钙碱性系列岩浆,沿山坡—枫林等深断裂侵入至地壳浅表,形成大冶—九江北西向构造岩浆岩带,以及相应的矽卡岩型—斑岩型铜金矿体。

调整期(137～133Ma)该时期为构造机制的调整期,在此期间岩浆活动的年代学数据少见,岩浆活动处于暂时平静的时期。该阶段在侵入大岩体(如铁山岩体东部外围、阳新岩体北部等)的外围,由于构造热液的活动形成铅锌银为主的中低温热液型矿床。

转换阶段晚期(133～125Ma)由于洞庭—武汉地幔相对隆起的影响,以及梁子湖断裂深切于岩石圈形成北北东向的板内拉张带,多壳源物质的富钠钙碱性系列火成岩沿鄂城—灵乡一带侵入至地壳浅表,形成北北东向构造岩浆带,以及相应的矽卡岩型铁矿体(127～133 Ma),在转换阶段后期,以酸性岩为主体的双峰式火山岩喷发,在金牛和花湖地区形成火山盆地,标志着进入主伸展阶段。

表1　深部过程与浅部构造岩浆演化耦合响应表Table 1　Coupling response of magmatic evolution of deep process and shallow structure

<125Ma伸展阶段。原印支期逆冲断层区内主干逆冲断层均转化为犁式断层,其下盘上升形成断块,上盘下降形成箕式盆地。箕式盆地有李沛盆地、阳新盆地、太和盆地、大冶盆地、花湖盆地等,盆地中沉积物由侏罗系—东湖群地层所组成,表明箕式盆地的发育时限为侏罗纪—老第三纪,指示伸展构造作用的持续周期一直到老第三纪。至熹山期(约80 Ma)在大冶断陷盆地、阳新断陷盆地有小规模裂隙式玄武岩喷溢,形成近东西向的玄武岩墙,此后本区再没有岩浆活动的记录。

3　“T”形隆—坳构造的形成

如前所述,鄂东南地区内晚中生代的构造格局受深部构造和深部过程控制,其中表层的隆—坳构造是深部构造在地表的直接反映。在燕山期构造—岩浆活动中,隆—坳构造区决定了构造—岩浆活动的差异和岩浆成因类型的空间分布。

常印佛将长江中下游矿集区划分为三类成矿环境[14]：①断陷火山岩盆地的坳陷区,发育,主要容矿层在侏罗系上统和白垩系下统之间,庐枞和宁芜为此类型矿集区;②断块褶皱隆起区,发育与高钾闪长岩系有关的铜金矿,主要容矿层在五通组和黄龙组之间,如铜陵、九瑞、安庆—贵池和宁镇;③产于隆起和坳陷过渡区,主要容矿层中三叠统大冶组,如鄂东南,位于其西部梁子湖坳陷区和九瑞隆起区之间。所谓坳隆区的划分只是一个相对的概念,以是否出露古生代以前的地层,是否为褶皱断块,是否存在火山岩盆地等为标准划分。

前期认为鄂东南地区大体以山坡—枫林断裂为界,南区为隆起区,北区为坳陷区,在隆起区内以铜金矿产为主,坳陷区内以铁(硫)矿产为主。这一划分方法和本区地质实际并不吻合,如金牛火山岩盆地有相当部位位于山坡—枫林断裂南侧;在山坡—枫林断裂北侧大冶湖北缘也有古生代地层的出露。

长江中下游印支—燕山期岩浆侵位、喷发和成矿作用大爆发,与地幔隆起的关系非常密切。鄂东南地区处于“T”字形幔隆交界处东南部(图2),一是北西向的武汉—九江幔隆,其北侧为大别幔陷(对应造山带),南侧为幕阜幔陷(对应江南隆起);其次是北东向(洞庭—武汉)的幔隆区,表现为莫霍面等值线图上等深线(如鸡公山—天柱山之间)的畸变,说明鄂东南地区处于北西向地幔隆起和北北东向地幔隆起的共同影响区域,鄂东南地区其西部，尤其是西北部地幔隆起程度相对最高,对应的是地壳厚度最薄(相对坳陷区),而其南部，尤其是东南部则地幔隆起程度最低,对应的是地壳厚度最厚(相对隆起区)。鄂东南地区深部T字形地幔隆起决定了浅部T字形隆—坳格局。

图2　湖北省东部及邻区莫霍面深度及深部构造分区图Fig.2　Zone map of deep structure and Moho depth of east of Hubei Province 1.莫霍面等深线(km);2.深部构造分区界线;3.一次级深部构造界线;4.地壳类型界线。

(1) 相对隆起区:鄂东南地区的东部、东南部的大冶—丰山洞一带,对应于北西向地幔隆起。发育一套以壳幔混合源(少壳源)的中—深成中酸性岩(包括石英闪长岩、花岗闪长斑岩、二长岩),在隆起的边缘一侧出现壳幔混合源的花岗闪长斑岩及小型花岗岩侵入体。形成时代集中于137 Ma以前。

(2) 相对坳陷区:主要分布于鄂东南的西区,鄂城—灵乡一带,对应于叠加近北北东向地幔隆起影响、岩石圈进一步减薄的地质背景。相对凹陷区下地壳混染程度较相对隆起区更强,岩浆岩以多壳源为特征,鄂东南西部金牛盆地、花湖盆地分别位于坳陷区的北部和南部。

4　“T” 形铜铁矿化分区

鄂东南的金属矿化分布具有分带性,前人形象的称之为“南铜北铁”、“东铜西铁”,认为以山坡—枫林断裂为界,北部为富含铁镁质和火山物质的川中式基底,南部为复理石建造的江南式基底,基底物质成分的差异决定了南铜北铁的矿化分带格局,但该解释难以合理解释区内又具有的“东铜西铁”的现象,如铁山岩体均位于山坡—枫林断裂以北,灵乡岩体均位于该断裂以南,但是铁山岩体、灵乡岩体均具有东铜西铁的特征,又如阳新岩体,其90%以上的铁矿均聚集在其西部,东部则以铜矿为主,故区内矿化分区不能简单用南北基底的差异来予以解释。

本文提出,鄂东南地区矿化分区特征为“T”字形的铜铁矿化分带,即北西向以成铜为主的大冶—九瑞成铜带和北北东向以成铁为主的鄂城—灵乡成铁带,铜绿山矿区基本位于以上两个矿化分带的结合部。北西向成铜带和北北东向成铁带分别受北西向和北北东向构造岩浆带的控制,在深部机制上，北西向构造岩浆带是受北西向武汉—九江幔隆所控制,形成一套少壳源的钙碱性系列火成岩,主要形成斑岩型—矽卡岩型铜金、铜钼钨矿床;北北东向构造岩浆带则是受北北东向洞庭—武汉相对地幔隆起的影响(浅部表现为梁子湖坳陷),形成壳幔混合型火成岩,其中与矽卡岩铁矿有关的岩体混染了较多的下地壳物质,而喷发阶段的火山和次火山岩,其幔源成分比例增多。铁山、灵乡早期侵入岩(东部)是受北西向大冶—九瑞构造岩浆带的控制,以成铜为主;而后期侵入岩(西部)受北北东向鄂城—灵乡构造岩浆带控制,以成铁为主。因此构造岩浆演化背景的差异是本区铜铁矿化分带的决定性因素,并与基底成分的差异一起起作用控制了矿化分带格局。基底成分的差异对成矿也具有一定的影响,如大型铁矿均分布北部,最北部程潮铁矿规模最大,而南部的灵乡至今未发现大型铁矿,这一地质现象则是基底差异的体现,说明四大成铁岩体虽都处于同一构造岩浆带上,但北部基底更有利于铁矿的富集。

金的矿化则主要受北北东向断裂所控制,在下陆—(铜绿山)—姜桥断裂控制了鄂东南地区金矿化最为集中的部位,自北向南有肖铺、金井咀、铜绿山(伴)、鸡冠咀(共)、宋家湾、张海等,且鄂东南主要的单金矿体大多集中于该金矿化带上,该金成矿带属于北北东向构造岩浆带的一部分。丰山矿田的金矿化富集也与通过该区的北北东向深断裂有关。

5　构造网络与成岩成矿空间分布特征

印支期构造以南北向挤压、对冲为特征,在区内则主要表现为由南向北推挤形成一系列叠瓦式逆冲推覆构造系统及滑覆构造变形,主要形成一系列近东西向线性褶皱、弧形褶皱、逆冲断层,以及有规模相对较小北东及北西向的共扼断层,燕山期构造早期为北西—南东向挤压,晚期为北北东向旋扭,主要形成北北东向的隆坳带、叠加褶皱及北北东向断裂带。印支期形成的不同方向、不同规模的断裂,在燕山期拉张应力场中均呈不同程度的拉张状态,深断裂与盖层断裂组成了一个不同深度、不同层次的通道网络系统,控制岩浆侵位、成矿流体演化、汇集、定位。控制岩浆和幔源成矿流体生成的是北西向地幔隆起带和北北东向地幔相对隆起带,控制岩浆、成矿流体演化、汇集是岩石圈断裂、基底断裂,控制矿床定位的是盖层断裂与岩石圈断裂沟通,并复合改造的部位。

鄂东南地区构造控岩控矿中一个显著特征是帚状构造体系对成岩成矿的控制。大冶—九瑞地区,中生代的构造运动时期使其形成了以九江地区为砥柱,向北西的鄂东南地区发散的一个帚状旋扭构造体系,该体系总体向北西方向发散,向南东方向收敛,因此岩浆岩的展布受构造体系的控制,同熔型中酸性浅成—中深成侵入岩带总体呈北西西—北西向扇形(弧形)展布,从总体上看自东向西岩体规模由小变大,由以斑岩为主递变为中深成岩+斑岩为主(图3)[15]。该帚状体系在不同的规模尺度上均有体现,如大冶—九宫山—九江—彭山地区就是以彭山为砥柱,向九宫山、大冶地区发散的帚状旋扭体系,九宫山—幕府山岩体群、鄂东南六大岩体群均位于该帚状构造体系的发散端上;又如姜桥—铜山口—何锡铺地区就是以姜桥岩体为砥柱,向铜山口、何锡铺地区发散的帚状构造体系,铜山口小岩体、何锡铺小岩体均分布在该帚状构造体系的发散端上。帚状构造体系内矿体分布的总体特征为，与大岩体有关的矿床主要集中出现在轴状构造体系的发散端，矿床类型以矽卡岩型为主；而与小岩体有关的矿床多集中出现在轴状构造体系的收敛端，矿床类型以斑岩型为主。而出现于轴状构造体系内部的，如铜山口(铜绿山、鸡冠咀也类似)等矿床，则兼有矽卡岩型和斑岩型的成矿特征。

6　对鄂东南若干找矿地质问题的再认识

6.1　关于鄂东南S/C界面找层控式矽卡岩的前景

在长江中下游铜金矿成矿带中,层状矽卡岩矿体和(或)层状块状硫化物矿体占据着重要的地位。这些铜金矿体可以出现于D/C、T1j/T2p、J3w/K1等地层界面,翟裕生等总结为矿田构造的“三层结构”模式。其中在隆起区(如九瑞、铜陵)D/C(泥盆系五通组砂页岩与上石炭统黄龙组白云岩)层间滑脱界面是最重要的赋矿层位,而在隆坳过渡区鄂东南地区T1j/T2p则是主要的赋矿层位。在本区2006年度开展危机矿山深部找矿以来,众多学者提出在鄂东南地区寻找类似九瑞或长江中下游地区的层控矽卡岩矿床,即受S/C(区内因D层位大多缺失,故也称之为S/C)界面控制的层状矽卡岩矿体[16-17],经过危机矿山、整装勘查多轮次、多区段的探索工作,本区一直未能在该界面找矿工作方面有所斩获,在此对该S/C界面找层控式矽卡岩的找矿方向应进行反思和总结。

6.1.1对层控状矽卡岩矿床或硫化物矿床成因的认识

由于长江中下游地区层状矽卡岩矿床具有层状矿体的形态以及具有一些同生沉积和交代成矿共有的特征,近年来,有不少研究提出为海底喷流沉积成矿之成因,推测成矿时代为海西—印支期。但更多的研究结果倾向于层控矽卡岩矿床主要形成于燕山期,燕山期岩浆活动提供了主要的物质来源,而海西期热水沉积形成的硫化物有矿质预富集的作用,在其中为次要因素。这一认识目前也得到多数业内人士的认同。

不整合面之上沉积的黄铁矿层为后期矿床的形成提供了部分物源;层间滑脱构造与其他构造的复合部位常常是岩浆侵入作用在地壳表层的就位空间,层间滑脱构造的虚脱部位有利于成矿物质的运移、沉淀和富集。

图3　鄂东南—赣西北坳陷地质构造与金属矿产分布简图(赣西北队杨明桂等[15])Fig.3　Diagram of geological structure of depression of south-east Hubei and north-west Jiangxi and distribution of metallic mineral resources

6.1.2鄂东南地区层控矽卡岩型矿床不发育的原因探讨

九瑞地区以D/C界面层控型矽卡岩矿床为主,在鄂东南地区却很难见到中型规模以上矿床,仅有如龙角山钨铜矿、马家山硫铁矿、西雷二山铁矿等一些小型层控改造型矿床,在本区成矿类型里面居于次要地位。九瑞和鄂东南在其地质背景方面存在一些差异,可能是导致鄂东南地区层控矽卡岩型矿床不发育的原因。

(1) 构造背景的差异。大冶—九江带虽都处于北西向幔隆上,但由于北北东向的隆坳带(西部梁子湖坳陷带,东部鄂城—大幕隆起带),叠加在早期构造之上，因此从大冶—九江呈现出相对凹陷区(金山店—铁山)—相对隆起区(大冶—阳新)—隆起区(丰山洞—九瑞)的变化趋势,地壳厚度有加厚趋势,侵位层位则依次变深由T2p/T2j—T2j/T1d—D/C。同时郯庐(走滑)断裂从九江地区通过,九瑞地区相对于鄂东南地区有明显抬升(庐山变质核杂岩的出露为证据),虽然大冶—九江构造岩浆带是相连的,不能简单地认为在鄂东南地区和九瑞地区相邻,就一定能找到对应层位的类似矿体。九瑞和鄂东南地区大体以江西东雷山岩体为界,西侧赋矿层位以三叠地层为主,东侧则以D/C界面为主,由于浅部隆坳程度的差异,导致矿体的主要赋存空间的差异性。

(2) 古地理环境的差异。九瑞地区处于早古生代水下凸起和晚古生代海底沉陷部位,并在两期之间出现陆上环境,海西早期海侵时形成“古铜陵半岛”,其分布范围大体涵盖铜陵—九瑞地区。在古铜陵半岛范围内普遍分布有菱铁矿、黄铁矿等沉积层,为后期矿床的形成提供了部分物源。而在鄂东南地区石炭系底部原生沉积硫化物、菱铁矿层并不发育。值得注意的是在黄梅地区马鞍山式菱铁矿的分布,常印佛先生曾指出要重视黄梅地区找层控型矿床的找矿方向,目前该地区工作程度相对较低。

(3) 岩体和S/C界面的配置关系的差异。九瑞、长江中下游等层控矽卡岩矿床,多是斑岩体和D/C界面的配置,而且成矿小岩体的顶部侵位深度大致在D/C界面深度附近,而大冶地区则多为大岩体和S/C界面的配置,且大岩体顶部多已穿过S/C界面达1 km以上,主要定位于三叠系地层中。因岩体成矿有利部位主要是在其顶部附近,因此尽管在鄂东南地区岩体深部也穿过了S/C界面,但其成矿条件是不利的,以区内剥蚀程度最大的殷祖岩体为例,在殷祖岩体北缘从白烟袋—大小暑庙断续出露有近30 km的S/C界面,包括前期及近年来曾做过大量的探索工作,除发现数处零星铜钼钨矿点(胡家湾铜钨钼矿点、马岭卢钨铜矿点、大小暑庙铜矿点)外,一直未发现规模以上的矿体。

鉴于层控矽卡岩型矿床主要分布于隆起区的实际,建议今后寻找S/C界面的重点区域应放在东部、南部地区(相对隆起区),如丰山洞地区、东西断裂带东段等重点区域。

尽管鄂东南目前没有发现类似铜陵及九瑞的大中型的层控铜硫矿床(D/C界面),但本轮深部找矿中鸡冠咀Ⅶ号矿体的发现,表明在蒲圻组、嘉陵江组的层间,存在层控铜金硫矿体,Ⅶ号矿体与浅部的矽卡岩型铁铜金矿床的赋存特征明显不同,小岩体和蒲圻组、嘉陵江组的层间(或界面)组合是区内深部找矿要加以重视的方向。

6.2　对小岩体找矿的再认识

鄂东南地区已知的小岩体据统计为119个[18],其中成矿小岩体所占比例约为10%,从成矿意义上讲,小岩体与成矿关系更加密切,本区大多数规模以上铜金矿等都与小岩体有关,如铜绿山、鸡冠咀、铜山口、鸡笼山、丰山洞、阮宜湾等等。如何判别小岩体是否具有成矿属性也是区内地质工作者一直探索的课题。

6.2.1小岩体时空分布特征

(1) 空间分布特征。本区小岩体平面上大多围绕大岩体群出现,呈现大岩体和小岩体相伴而生的格局。小岩体的分布有三种情况:①独立式。独立分布于大岩体外围,如铜山口花岗闪长斑岩小岩体;②分支式。分布于大岩体周缘,为大岩体的岩枝(株),例如阳新岩体边部的东角山花岗斑岩小岩体;③体中体式。小岩体明显侵入大岩体中,如铜绿山石英二长闪长斑岩小岩体侵入于阳新岩体。含矿小岩体主要为独立式和体中体式,鄂东南独立式含矿小岩体(如铜山口、阮家湾、丰山洞)集中分布于北西向构造岩浆带上,多数分布于鄂东南地区的南部和东部。体中体式含矿小岩体主要分布于北西向构造岩浆岩带和北北东断裂构造的交汇部位。

(2) 时间分布关系。从区域看,独立式含矿小岩体主要侵入于燕山早期(>137 Ma),比大岩体的侵入时间基本同期或略早。体中体式含矿小岩体侵入时间则要略晚于其所侵入的大岩体。

(3) 物源成分关系。大岩体与其周围的小岩体基本同源,具有相似的地球化学特点,含矿小岩体多具有埃达克质岩特征。传统观点认为,小岩体从地壳深部向上侵入到最终固结下来可能要经过一个十分复杂而漫长的过程,即可能要通过中间岩浆房的多次“传递”才逐步到达地表。近几年,一些学者根据埃达克质类岩浆在源区形成后沿深大断裂(尤其是断裂交汇点)快速上升侵位的特征,提出本区部分小岩体可能是源区岩浆直接由深断裂上升到浅处固结而成,如铜山口岩体等。

(4) 侵入定位方式。鄂东南地区的小岩体有不同的侵位方式:顶蚀侵位(主动)式、贯入侵位(被动)式,其中主动侵位的小岩体其成矿性更好。与顶蚀侵位小岩体有关的矿床以斑岩型—接触交代矽卡岩型矿床为主,而与贯入侵位小岩体有关的矿床以中低温热液矿床为主。

6.2.2判别小岩体成矿的几个判别标志

笔者认为,在鄂东南地区小岩体是否有利于成矿,除了传统的地、物、化等判别依据外,可以将以下六条作为成矿有利小岩体的判别条件:①位于北西向和北北东向断裂构造节点处;②为独立式或体中体式;③主动侵位;④具有埃达克质岩特征,具有富Al2O3和Sr,贫Y和Yb,LREE富集和无Eu异常,为壳幔同熔型岩浆岩;⑤岩体顶部附近具有三叠系地层或D/C界面配置;⑥侵位时间为燕山早期。

7　结论和建议

(1) 鄂东南地区在中生代经历了印支期—燕山期构造体制转换与重大调整的过程,构造体制转换造成了相应的深部过程,作为对于深部过程的响应,在浅表出现了滑覆构造、隆—坳构造、盆岭构造等构造形迹,以及大规模的岩浆火山活动和成矿作用。新的测龄数据表明中生代大规模成岩成矿作用时期相对集中于25～30 Ma的时间跨度内,大体以137 Ma为界,可以划分为两阶段岩浆活动和两次成矿事件。

(2) 将燕山期运动划分为挤压阶段(165～145 Ma)、转换阶段(145～125 Ma,又可以分为145～137 Ma,137～133 Ma,133～125 Ma三个亚阶段)、主伸展阶段(<125 Ma？)等若干阶段,燕山期构造应力场的转换调整使得区内应力薄弱带的方向也在调整,并控制了深部岩浆活动的上侵方向和定位空间。

(3) 鄂东南地区深部T字形地幔隆起决定了浅部T字形隆—坳格局,并控制了T字形的铜铁矿化分带,即北西向以成铜为主的大冶—九瑞成铜带和北北东向以成铁为主的鄂城—灵乡成铁带。因此构造岩浆演化背景的差异是本区铜铁矿化分带的决定性因素,并与基底成分的差异一起起作用控制了矿化分带格局。

(4) 大冶—九瑞地区帚状构造体系对成岩成矿的控制。在中生代的构造运动作用下，形成以九江地区为砥柱,向北西鄂东南地区发散的一个帚状旋扭构造体系,岩浆岩的展布受构造体系的控制,总体呈北西西—北西向扇形(弧形)展布,自东向西岩体规模由小变大,由以斑岩为主递变为中深成岩+斑岩为主。

(5) 对深部结构和深部过程的深入认识,可以指导对鄂东南地区找矿工作的新认识。如S/C界面找矿的重点找矿方向应转移到相对隆起区,提出本区的东部和南部应是重点区域,如丰山洞—鸡笼山地区、东西断裂带的东部;而小岩体找矿的重点方向应以北西向构造岩浆岩带，尤其与北北东向断裂的节点部位,如丰山洞—鸡笼山及其南部地区、东西断裂带的东部、姜桥—下陆断裂带等。在铁矿分布区西部(如铁山岩体西部、灵乡岩体西部)具有找燕山早期铜金矿床的潜力,目标区域有铁西的下蒋硫铁矿地区,地表富银的硫铁矿指示了该区具有找铜金矿床的潜力。

致谢:本人在担任原鄂东南地质大队(现更名为省地质局第一地质大队)技术负责人期间,幸逢新世纪地质找矿高潮。以中国地大李建威、赵新福,地科院毛景文、谢桂青,合肥理工周涛发、袁峰,武汉地调中心陈富文、黄圭成等为代表的众多地质学者,在鄂东南地区基础地质科研方面开展了富有成效的工作,并向一队分享了部分测试数据和研究成果。本省薛迪康、余元昌、李松生、马元、董意群、熊继传、杨明银、刘劲松、孙四权、祝敬明等众多专家,近年来为鄂东南地区地质找矿理论与实践提出了很多宝贵的指导意见。因水平有限,本文对相关学者、专家资料的取舍、归纳上可能有“存伪去真”之处,不当之处敬请包涵、指正,在此也对支持关心鄂东南地区找矿事业的各位学者、专家和曾经一起奋斗过的鄂东南的同事们表示深深的敬意！

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