郑 平，肖清华

(湖南工程职业技术学院，湖南 长沙 410151)

麻阳铜矿位于湖南省麻阳县九曲湾铜矿区，行政区划属湖南省怀化市麻阳县管辖。自20世纪60年代至今，多家地矿单位对沅麻盆地铜矿开展了普查与勘探工作，多家科研院和多位地质工作者对矿床地质、矿体地质特征、矿床成因等做了相关研究，部分学者根据与遗迹化石和有机质共生的自然铜矿化，强调生物成因说[1]；有的提出矿床沉积改造成因说[2]，认为沉积环境为河湖三角洲水上、水下交替沉积，或河湖水下三角洲相沉积；部分学者根据古流向和碎屑长石认为含铜砂岩碎屑成分的来源是雪峰古陆，铜是以碎屑形式机械搬运至矿区，经淋滤—溶解—沉淀形成矿化富集[3]；也有学者认为该矿床类似其它铜矿床，其形成是后期热液作用结果。

前人所做的工作大部分以基础地质特征为主，部分涉及到地球化学方面的研究，未曾运用GIS 技术对矿床的形成环境、形成机制等开展过相关研究工作。随着科学技术的发展以及各种先进精密仪器及专业软件的问世，如GIS 技术在研究恢复古地理环境方面的应用，使得对矿床的研究广度与深度不断增加和革新。笔者拟通过资料分析、现场踏勘、采样鉴定分析、GIS 运用等方式，从物质组份、岩相特征、数字高程显示（DEM）、铜元素迁移富集的因素、铜矿化富集规律方面开展麻阳铜矿铜元素迁移机制的研究。

1 麻阳铜矿地质概况

麻阳铜矿位于黔桂地洼区雪峰地穹系沅麻地洼中段的南东侧。矿区地层包括第三系和白垩系下统。二者呈角度不整合接触。第三系为一套紫红色砂砾岩，厚度大于110 米，底部有零星工业矿体，不整合于白垩系下统之上。白垩系下统为一套滨湖一河口三角洲环境沉积的碎屑岩。碎屑岩分为三个岩性组，第一岩组由紫红色厚层状粉砂岩夹含砾粗砂岩与砖红色砾岩层组成；第二岩组为一套砾岩、砂砾岩及砾砂岩层、砂砾岩；第三岩组由泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、砂岩、粗砂岩粉砂质泥岩等多种岩性组成的复杂岩层，期间存在细砂岩与紫红色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩互层，含砾中-粗砂岩局部夹砾岩透镜体现象，为含矿层位。

矿区内构造十分发育，主要为类型为褶皱和断层，其中，矿区北部以褶皱为主，由一系列轴向北北东的背、向斜组成。由北往南，含矿岩系逐渐过渡到向北西倾斜的单斜构造。去呢断层按走向分为NNE、NE、NNW、NW 和SN 向五组。

矿床中有用矿物以自然铜为主，辉铜矿次之，此生含铜矿物主要由孔雀石、赤铜矿和少量辉铜矿。

2 研究方法

（1）文献研究：收集整理有关麻阳铜矿的地质特征、成矿规律及不同成因类型的铜矿床、GIS在地质地理方面的应用研究等相关研究资料，了解熟悉国内外的研究现状及迄今对麻阳铜矿研究的深度与广度，为课题的研究提供参考与理论依据。

（2）样品测试分析：通过现场踏勘，采集矿区地层典型岩石标本，从矿物组分、显微鉴定特征及地球化学特征等方面研究地层、构造与成矿的关系，并探讨对铜元素迁移富集的影响因素，总结其迁移富集规律。

（3）GIS 运用研究：结合麻阳铜矿现状，运用GIS 软件绘制其地形地质图，并构建麻阳铜矿区数字高程模型(DEM)，利用GIS 软件，提取该区高程、坡度、坡向等基本地形指标的栅格图层，统计高程、坡度、坡向等地貌特征，为后期古地理地貌恢复研究提供对比参照。

（4）对比研究：结合收集资料及其它相关研究，对麻阳铜矿区附近的铜矿床及外省个别典型的铜矿床的地质特征、流体包裹体特征、矿床成因等进行对比研究和分析总结，为麻阳铜矿后期的深度与广度研究提供参考和依据。

表1 含铜岩石主要造岩矿物及岩屑等组份的平均含量统计

3 研究内容

3.1 物质组份及其特征分析

3.1.1 含铜岩石组分特征

通过对采集标本的肉眼鉴定、放大观察及测试分析统计，发现研究区含铜岩石中，非金属矿物和岩屑组份等非常复杂，各种组份多达30 余种(见表1)，其总含量在65%～90%左右。胶结类型主要为孔隙式胶结，少数为接触式和基底式胶结。

含铜岩石组份上表现为不稳定组份含量高，约占25—33%。其中主要为长石、板岩类、泥岩、泥质粉砂岩和少量灰岩等。因而岩石的成熟度较低。根据20 个岩石碎屑组份统计，绝大部分属长石硬砂质石英砂岩和石英长石硬砂岩，其中岩屑总量占20%～40%，平均28%，个别达74%。岩石的分选性偏差，据粒度分析资料的统计，岩石的分选系数绝大多数2-2.345，个别最大为3.742，极少数在1.581 以下。砂岩的滚圆度较差，为多棱角到次棱角状。

含铜岩石粒度范围很广，从砂砾岩到微砂岩，均可不同程度的含铜。其中主要为中—粗粒(微含砾)砂岩，其次是中细粒砂岩、少量巨砂岩和砂砾岩。粉砂岩及其以下粒级的岩石，则—般不含铜。

3.1.2 地层岩石标本显微特征

本次在研究区采集了数块典型的白垩统、古新统地层岩石标本，制成薄片，在偏光显微镜镜下鉴定观察，其鉴定结果显示主要为棕红色泥质粉砂岩，其砂粒以石英为主，次为云母，岩屑极少，胶结物主要是粘土、钙质和铁质；含砾中-粗砂岩、含砾细砂岩和细砂岩,砾石、碎屑成分复杂,包括石英、长石、云母等30 余种晶屑以及岩浆岩、变质岩、沉积岩等各种岩屑，泥质含量少,以钙质胶结为主。部分样品显微特征如下：

3.1.3 地球化学特征

选择在麻阳铜矿区不同方向断裂带处、同一断裂不同深度部位共选取了10 块标本，对其进行地球化学分析，分析结果如下表2 所示。

从上述分析可以看出，和断层产状一致、倾向相同的断裂含Cu 一般高于和矿层倾向相反的断层或NE 向断层，可推测层间华东和顺层切割断层能促使成矿物质的活化改造和叠加富集；成矿物质和断裂深度存在一定的关系，挥发性元素（As、Sb 等）从浅部向深部明显减少，Cu 含量由浅部向深部略有增高趋势。根据Zn/Cd 比值推测，在断层与矿层相切割部位有成矿物质被活化改造的热流体通过，造成矿物质的局部富集的可能性。

3.2 含铜层岩相特征分析

根据矿区内含铜层的岩性特征、结构构造、古地理位置及毗连岩相类型等多方面资料分析，我们认为麻阳铜矿含矿岩系是属河口三角洲环境沉积，其主要依据如如下：

（1）据区内古动力及岩性变化等资料分析，该区是处于河流与湖盆汇合处，沉积物既有河流相的（如浅色层中的沙体），也有浅湖湘的（深色层物质）。

（2）含铜层在空间上呈不规则的扇形桨叶状；在断面上表现为透镜状，常常一个含铜层由若干个透镜体组成。

（3）含铜层与浅湖相多次交替出现，二者在空间、时间上均是相变过渡关系。在时间上由岩性粒度较粗的含铜层往上部与粒度较细的湖相过渡；在空间上含铜层扇形中心向边缘粒度逐渐变小，并最后向湖相过渡。

（4）含铜层的岩石组份较为复杂，不稳定组份含量高，分选性较差。

表2 麻阳铜矿含矿断裂中样品的地球化学特征

（5）层理一般不发育，但在含铜层透镜体中心部位，常有大型单向斜层理和交错层理，而透镜体边缘可见水平层理和小斜层理。

（6）含铜层底部常有小冲刷，特别是在透镜体的中心冲刷幅度较大，往边缘或湖心冲刷强度逐渐减弱和消失。

（7）存在分流河环境，沙体中常含砾石，局部见透镜状砾岩层，扁平状砾石定向排列；含粗碎屑的沙体呈树枝状、线条状分布；沙体的交错层理等。

根据岩性特征及与河口相对距离等，可进一步把河口三角洲划分为三个亚相，分别为中心亚相（以砾岩、含砾粗砂岩为主）、中间亚相（以含中-粗砂岩为主），边缘亚相（以中-细砂岩为主）。根据岩性和岩性的空间分布以及原生沉积构造特征推测，由于地壳的震荡运动和季节性的水位变化，这个三角洲的沉积环境是动荡不定的。当湖盆水位上涨，三角洲淹没在较深的水下，水动力较弱，沉积环境相对稳定，沉积物以泥质、粉砂质为主（深色层）；当水位下落，三角洲露出水面或接近水面，水动力增强，在三角洲上发育一些分流河，沉积物以砂、砾等碎屑物为主（浅色层），并形成象波痕、泥裂、冲刷面、斜层理等层面构造。这种沉积方式的反复进行，就形成了浅色层和深色层相互交替出现的一套含矿岩系。

3.3 高程数据三维显示

图1 麻阳铜矿三维地貌图

图2 麻阳铜矿格网立体图

图3 麻阳铜矿现代地貌高程三维图

数字高程模型是对地球表面地形地貌的数字表达、模拟。基于MapGIS6.7 提取离散高程数据，利用“图像处理”模块中的“电子沙盘”，装入GRD 高程文件，全景显示实体模型，添加“光照效果”可以得到高程三维图（图1）及格网立体图（图2）。用Surfer 软件也能够绘制三维图[4]，其步骤如下：点击网格菜单，进入网格化数据对话框，网格化方法选择地学上常用的克里格法，网格间距设置为30m，生成＊.grd 文件；点选Surface 三维曲面图命令按钮，打开创建的格网文件，即可生成一个模拟的三维曲面图（图3）。从图上可以清晰的观察到麻阳铜矿区现代地形地貌全态，为后期古地理地貌恢复研究奠定研究基础，并提供对比参照。

4 研究结论与成果

4.1 分析总结影响铜元素迁移富集的因素

从物质组份及其特征分析、岩相特征分析、古地理环境推测等方面可总结出影响铜元素迁移富集的因素主要包括是矿区的铜质来源于古老铜矿床；地壳的震荡运动为使母岩铜矿床破坏、剥蚀、搬运和沉积，是形成本矿床的先决条件；古动力作用中等时，矿较好，即水流速度从快到慢的一段时间内(河湖三角洲地段)，才适合铜矿物粒的沉积；炎热干燥气候对于形成该类铜矿床是有利的条件；岩石颗粒较粗则矿化较富；矿区含铜层顶底板围岩，一般为紫红色泥质粉砂岩或紫红色粉砂质泥岩，这对成岩期的还原改造，起了良好的封闭作用。

4.2 分析总结铜矿化富集规律

根据矿床地质特征、控矿因素分析、矿体的空间分布以及矿化与岩、构造的关系分析等,该矿床的矿化富集规律可归纳为以下几点：矿化集中于河口三角洲分流河的河道上；在分流河分枝的部位,常形成较好的矿化；矿化常富集于古冲刷面上；层理较发育的细砂岩或含砾中--细砂岩,也可形成较好的矿化；夹于紫红色泥质岩层中的薄层状细矿岩常出现特高品位的铜矿化；位于粗砂岩中的细砂岩透镜体,有时可形成特高品位的铜矿化；构造背斜倾伏端及其两侧有分流河道存在，常在河道上形成工业矿体；向斜核部或含矿层作微凹的地段，也是地下水聚集,作缓慢循环的部位，常形成工业矿体；断层与浅色层(含矿层)交切、且浅色层向断层作缓斜的地段往往具较好的矿化；断层顺浅色层产出,在断层的两侧矿化较富集；在浅色层产由陡变缓的地段，一般形成较好的矿化；在矿体内或矿体附近的断层中,常可见到自然铜呈片状、树枝状沿断层面充填。

4.3 初步建立麻阳铜矿现代地貌数字高程模型

通过构建麻阳铜矿地区的数字高程模型（DEM），在一定程度上，为古地理环境恢复研究奠定基础，并提供参照对比模型。在后期研究中可结合从各个探井点或剖面上采集到的高程数据点，地层厚度、砂砾岩的颗粒含量、水动力影响因子等，运用GIS 技术，以其方便快捷的多源数据采集与输入功能、强大的地图编辑与空间数据管理功能、独特的多种空间分析方法，以及直观的图形和属性数据的可视化表达方法推测构建古地理地貌，从而追溯铜元素的迁移富集历史与轨迹。