河南罗山竹园西铜钼矿区地质特征及找矿远景

2022-02-23李瑞强李开文陈泳霖

金属矿山 2022年1期

刘坤李瑞强李开文,2 陈泳霖

(1.河南省地质调查院,河南郑州 450001;2.河南省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室,河南郑州 450001)

桐柏—大别造山带位于中国大陆中东部,为华北与扬子两陆块经中生代强烈拼贴碰撞形成[1-2]。该地区岩浆活动较为强烈,地质构造十分复杂,成矿条件优越,Mo、Pb、Zn、Ag、Au 等多金属矿化广泛发育。桐柏—大别钼成矿带地处华北陆块南缘与秦岭造山带衔接部位,呈近EW向展布,经历了中生代时期陆内碰撞和大规模中酸性岩浆活动。该钼成矿带现已发现超大型钼矿床5处,大型钼矿床4处及中小型钼矿床十余处,探获钼资源量大于430万t[3-5]。近年来,许多学者对该成矿带钼矿床的成矿类型、成矿时代、成矿母岩特征、成矿流体特征等进行了研究[6-8]。本研究在现有成果的基础上,分析罗山竹园西铜钼矿区地质特征与地球化学特征,通过与成矿带上典型钼矿床地质特征进行对比,对该矿区成矿条件、控矿因素、矿床成因以及找矿标志进行讨论,进而圈定找矿靶区,为该地区深部找矿工作提供参考。

1 区域地质背景

矿区位于大别山北麓,属桐柏—大别造山带,夹持于华北与扬子两大陆块之间。华北陆块与扬子陆块于晚三叠世拼贴,随之进入陆内演化阶段,经历了超高压变质作用和穹窿伸展构造作用[9]。早白垩世桐柏—大别造山带进入动力体制转换时期,发生了造山带地壳增厚、大规模岩浆上涌、岩石圈伸展减薄等一系列构造事件,并伴随多期成矿事件[10](图1)。

图1 大别造山带地质特征[11-13]Fig.1 Geological characteristics of Dabie orogenic belt

区域出露地层主要为中—新元古界龟山岩组(Pt2g)、泥盆系南湾组(Dn)等。龟山岩组主要岩石类型为斜长角闪片岩、绢云石英片岩、变粒岩等,为一套混杂堆叠岩石组合。南湾组主要岩石类型为黑云变粒岩、浅粒岩,局部夹斜长角闪片岩,属典型的深水复理石沉积建造。二者为灵山成矿岩体的直接围岩,地层整体向NEE向缓倾。

区域构造以断裂为主,地层展布方向与主构造线方向基本一致,均呈NWW向,矿区位于龟山—梅山断裂(F2)与定远—八里畈断裂(F5)之间。此外,规模不等的NE向断裂也较为发育。

区域中生代岩浆活动十分强烈。矿区所处的灵山花岗岩体为一大型岩基,出露面积约570 km2,其可分为4个期次,岩石类型较为单一,主体为黑云母二长花岗岩,岩浆演化主要为结构演化,其次为成分演化[11]。化学成分上,灵山花岗岩体硅(w(SiO2))为70%～80%、碱(w(Na2O+K2O))为8.15%～9.48%含量较高,为高钾钙碱性系列,A/NCK为0.97～1.07,平均1.02,属弱过铝质花岗岩[11]。微量元素中大离子亲石元素相对富集,而高场强元素相对亏损;稀土元素含量较高,具有较明显的负铕异常,稀土配分模式呈现为向右缓倾的“海鸥”型配分模式;整体表明灵山岩体的演化分异作用较为充分[11]。灵山岩体表现出S型花岗岩特征,其岩浆物质多来源于下地壳,锆石 U-Pb同位素年龄为 130.70～108.91 Ma[11,14],表明岩体形成于早白垩世,为秦岭造山带晚中生代大规模岩浆活动晚期的产物。

区域上发育以Mo、Pb、Zn为主的多金属矿床。围绕灵山岩体广泛发育辉钼矿化,如其周缘的母山、肖畈斑岩型钼矿床、岩体东南缘二长花岗岩中的陡坡钼矿床,以及岩体内部多处节理脉型辉钼矿化[17]。此外,桐柏—大别钼成矿带上还赋存有千鹅冲、汤家坪、天目山等大中型钼矿床。该成矿带钼矿床的成矿时代集中于142～125 Ma与122～110 Ma[12],为成矿带印支期后构造体制由挤压收缩向拉张伸展转换的构造事件响应。

2 矿区地质特征

矿区位于桐柏—商城断裂带内,该断裂带为区域上重要的控矿构造,沿断裂带及两侧已发现多处内生金属矿产地。矿区内构造以脆性断裂为主,酸性侵入岩(灵山岩体)在全区广泛分布(图2)。

图2 竹园西铜钼矿区地质特征Fig.2 Geological characteristics of Zhuyuanxi copper molybdenum mining area

2.1 地层

矿区内出露地层为第四系,分布于河床沟谷中,主要由砾石黄土、坡积物组成,未见其它地层出露。

2.2 构造

矿区内发育NE向与NW向两组脆性断裂。NE向断裂长350～400 m,走向 30°～70°,倾向 SE,倾角55°～60°,断层两侧均为花岗岩,断层性质以正断层为主,规模相对较大。NW向断层长300～350 m,走向 310°～330°,倾向 NE,倾角 40°～50°,断层两侧均为花岗岩,断层性质为正断层。

2.3 岩浆岩

矿区内大面积出露的花岗岩体为灵山岩体。其可划分为4个期次,第1期岩石类型主要为粗粒黑云母二长花岗岩,多呈形态不规则的小岩株产出;第2期岩石类型主要为中粗粒黑云母二长花岗岩,在岩体中分布面积最广;第3期岩石类型主要为中细粒黑云母二长花岗岩,粒度较前2期明显变细;第4期岩石类型主要为细粒黑云母二长花岗岩[11]。

矿区岩体的主要岩石类型为中细粒二长花岗岩、似斑状粗粒黑云母花岗岩、花岗斑岩,单元之间为侵入接触。岩石具有中粗粒、中细粒、细粒花岗结构,块状、似斑状、斑状构造。主要矿物为石英、斜长石、钾长石、黑云母等。岩石具有高钾、低钠、富硅等特征,铕负异常明显,属铝质钙碱性岩系,具有S型花岗岩特征。岩石破碎,裂隙发育,石英细脉中偶见零星辉钼矿与黄铁矿化。普遍发育硅化、钾化蚀变,与多金属矿产的形成关系较为密切。

2.4 围岩蚀变

(1)蚀变类型。竹园西铜钼矿产出形态受花岗斑岩体控制,围岩蚀变主要为硅化和钾长石化,局部发育绢云母化。①硅化,与铜钼矿成矿关系十分密切,具有范围广、强度大、时间长的特征。早期呈团块状或细脉状分布,后期呈网脉状或细脉状沿裂隙充填。成矿脉体多互相穿插,且脉体中多含有黄铁矿、黄铜矿、辉钼矿等矿物。②钾长石化,早期位于花岗斑岩体中,多为粒间交代,分布范围广;后期多呈细脉状,充填节理裂隙。③绢云母化与黄铁绢英岩化,绢云母以细鳞片状沿裂隙或粒间生长,局部可形成绢英岩,当存在黄铁矿时,可形成黄铁绢英岩化。

(2)蚀变分带特征。①强蚀变带,位于成矿岩体中部,以硅化、钾长石化为主,其次为绢云母化。硅化呈脉状,多有黄铁矿、黄铜矿、辉钼矿等矿物伴生,该蚀变带中形成钼矿体的部位均经过多期次硅化叠加;钾长石化呈面状,局部蚀变较为强烈,可形成钾化花岗斑岩[18]。②弱蚀变带,位于成矿岩体边部,以硅化、绢云母化为主,其次为钾长石化。硅化以细脉状为主,绢云母化多分布于裂隙与粒间。该蚀变带中石英脉相对较少,钼品位相对较低[18]。

3 矿区物化探异常特征

3.1 矿区所在区域重力场与磁异常特征

区域上布格重力异常为一NW向分布的重力梯度带(图3),反映了桐柏—商城断裂分布形态及其两侧地层密度差异。断裂南侧为重力低值区,其应与商城、新县、灵山以及草店等燕山期花岗岩体的分布有关,该区域也为Mo地球化学异常高值区,为成矿有利地段。位于断裂北侧的信阳上天梯至光山罗陈店一带的重力高值区多与中—基性岩浆活动关系密切。矿区位于重力低值区向高值区过渡的梯度带上。

图3 矿区所在区域布格重力异常分布(单位:(×10-5 m/s2))Fig.3 Distribution of regional gravity anomaly in mining area

区域上航磁异常分布规律不明显(图4),整体以桐柏—商城断裂为界线,断裂南侧主要为宽缓的负磁异常区,沿断裂断续分布正异常区,形态呈串珠状、带状。断裂北侧正负磁异常区相间分布,断裂南侧为相对低值负异常区与商城、新县、灵山等燕山期花岗岩相关,断裂北侧与断裂带中的局部高值正异常区与中基性岩体有一定关系。矿区位于负磁异常向正磁异常转换的过渡区域。

图4 矿区所在区域航磁异常分布(单位:nT)Fig.4 Regional distribution of aeromagnetic anomaly in mining area

3.2 矿区化学异常特征

桐柏—大别化探异常区主要发育Mo、Au等元素地球化学异常,为华北陆块南缘活动带Mo、Au、Cu等元素地球化学省的重要组成部分。其元素组合相对复杂,以Mo、Au等元素富集、叠加、分异为特征,与Mo、Au等多金属矿床关系十分密切。位于该地球化学省东端的大别山Mo异常带可分为桃山岭—亮山和涩港—汤家坪两个地球化学带。竹园西矿区位于涩港—汤家坪地球化学带内,主要元素组合为Mo-Au及多金属、Mo-Cu及多金属、Mo-Pb等。

区域上Mo异常区以1.5×10-6的含量值圈定,北到涩港以北,东至曾店,南到白果树北,西至肖家畈,面积约120 km2,形状不规则。其内大于2.5×10-6的浓集中心有3个,分别为朝阳寺浓集中心、母山浓集中心和曾家老湾浓集中心,其面积均大于7 km2。母山浓集中心已有母山钼矿存在,朝阳寺浓集中心也已发现具有较大经济价值和成矿远景的钼矿床。矿区Mo异常即为朝阳寺浓集中心的一部分,成矿潜力巨大。

矿区开展了1∶10 000土壤测量工作,地球化学异常以Mo为主,并伴有 Cu、Sn、Pb、Ag等元素弱异常。Mo异常发育在矿区南北两侧,本研究共圈出了Mo Ⅰ与 Mo Ⅱ2个Mo异常(图5)。

图5 竹园西铜钼矿区Mo化探异常特征Fig.5 Mo geochemical anomaly characteristics of Zhuyuanxi copper molybdenum mining area

4 矿床地质特征

4.1 矿体特征

竹园西铜钼矿床赋存于灵山花岗斑岩体内。矿区内存在2条Mo矿体,1条Cu矿体,其中Mo Ⅰ矿体与Cu Ⅰ矿体位于南矿带,Mo Ⅱ矿体位于北矿带(图6和图7)。经过工程控制,Mo Ⅰ、Cu Ⅰ矿体地表出露面积约0.17 km2,Mo Ⅱ矿体未出露地表。Mo矿体呈面状分布,赋存于花岗斑岩体内。

图6 竹园西铜钼矿区07号勘探线剖面Fig.6 Profile of No.07 exploration line in Zhuyuanxi copper molybdenum mining area

图7 竹园西铜钼矿区29号勘探线剖面Fig.7 Profile of No.29 exploration line in Zhuyuanxi copper molybdenum mining area

(1)Mo Ⅰ矿体。南北长550 m,东西宽490 m,厚16.00～75.26m,平均厚度为50.82m,厚度变化系数88.47%。矿体整体呈似层状,与围岩无明显的界线。钼矿石品位变化区间为0.031%～0.376%,品位变化系数为106.32%。

(2)Cu Ⅰ矿体。东西长490 m,南北宽185 m,厚2.00～2.47 m,平均厚度为2.08 m,厚度变化系数为56.33%。矿体整体呈似层状,与围岩无明显的界线。铜矿石品位变化区间为0.36%～0.63%,品位变化系数为78.59%。

(3)Mo Ⅱ矿体。东西长320 m,南北宽280 m,厚10.39～31.69m,平均厚度为20.74m,厚度变化系数为39.65%。矿体整体呈似层状,与围岩无明显的界线。钼矿石品位变化区间为0.043%～0.048%,品位变化系数为45.68%。

4.2 矿石特征

矿石主要矿物成分为辉钼矿、黄铁矿、黄铜矿、磁赤铁矿、自然铁等,约占矿物总量的2%;脉石矿物主要为石英、斜长石、钾长石,其次为绿泥石、黑云母等。

矿石化学成分分析结果见表1。由表1可知:矿石w(SiO2)为 73.60%～76.94%,w(CaO)＞w(MgO),w(K2O)＞w(Na2O),w(K2O)/w(K2O+Na2O)＞0.6,矿石具有高钾、富碱特征。

表1 竹园西铜钼矿石化学全分析结果Table 1 Chemical analysis results of Zhuyuanxi Cu-Mo Deposit %

矿石组合样品中各微量元素含量见表2。在矿石组分中,Pb、Zn、Co、WO3、Bi等含量微小,无工业利用价值;矿石中Cu平均品位达0.12%左右,达到综合回收利用标准。

表2 竹园西铜钼矿石组合分析结果Table 2 Analysis results of combined samples from Zhuyuanxi copper-molybdenum deposit %

Mo主要赋存于辉钼矿中,Cu主要赋存于黄铜矿中,矿石中Cu、Mo品位在岩体中分布无明显规律,主要受构造发育程度和赋矿岩石化学性质活泼程度制约。构造裂隙发育地带岩石化学性质活泼,热液蚀变程度高,Mo、Cu富集强烈。Mo Ⅰ、Cu Ⅰ矿体中心裂隙发育,品位较富,两侧随着蚀变程度减弱,品位逐渐降低。

5 矿床成因及找矿标志

5.1 矿床成因

竹园西铜钼矿床以花岗斑岩体为矿化中心,其成矿与成矿岩体的成岩作用关系密切。根据矿床地质特征以及花岗斑岩地球化学特征与钼矿化之间的关系,认为竹园西铜钼矿与灵山岩体周缘的母山钼矿床、肖畈钼矿床、陡坡钼矿床特征较为相似,具有典型的斑岩钼矿特征[11]。

桐柏—大别钼成矿带钼矿化分布状态与岩体之间存在密切联系,钼矿化于岩体内部及围岩中呈面状分布。由于成矿地质条件不同,矿化强度在空间分布上主要呈现3种方式(表3):①全岩体矿化,如汤家坪钼矿、竹园西钼矿,矿化主要集中发育于花岗斑岩体中,分布相对均匀,围岩矿化较弱;②接触带矿化,如母山钼矿、肖畈钼矿、陡坡钼矿等,矿化细脉集中发育于岩体周边,岩体外接触带为成矿有利部位;③条带状矿化,如千鹅冲钼矿,矿化受断裂控制,在岩体或围岩中呈线状分布[18]。

表3 桐柏—大别钼成矿带典型矿床特征[11-13,15-16]Table 3 Characteristics of typical deposits in Tongbai-Dabie molybdenum metallogenic belt

结合竹园西铜钼矿床成矿地质特征,其成矿模式可总结为:在NWW向走滑断裂剪切应力作用过程中,断裂两侧岩层发生扭曲变形,产生有利于成矿的空间,之后富含Mo、Cu等成矿物质的岩浆沿通道上侵、定位,形成了富含Mo、Cu的花岗斑岩体;在岩浆侵位过程中,后期的高温气液致使早期结晶的岩体发生变质,生成了黄铁矿、黄铜矿、辉钼矿等金属矿物;在岩浆期后,高温成矿流体(富含SiO2、K2O)沿裂隙侵入,与围岩发生强烈的交代作用,致使围岩中的Mo、Cu元素活化转移至成矿流体中,在成矿物质发生反应与交换之后,Mo、Cu以细脉状得到富集。

5.2 灵山岩体与成矿关系

灵山岩体在区域上呈带状展布,由东向西逐渐变窄。岩体侵位与NWW向展布的深大断裂关系密切,其侵位过程整体可划分为4个阶段:①早白垩世期间,在区域构造应力作用下形成了NWW向走滑深大断裂带,深熔岩浆沿断裂带上涌、侵位;②构造活动增强,大量岩浆沿着断裂带迅速上侵,将第1期岩体吞噬破坏,该期岩浆活动在区域上广泛分布;③随着构造活动减弱,局部仍有岩浆侵位,但由于各期次岩浆活动时间间隔较短,各期次间热蚀变现象不发育;④岩浆活动末期,伴随着NWW向断裂带活动,岩浆侵入早期已结晶岩体,形成第4期岩浆活动[11]。

灵山岩体于早白垩世受到挤压应力作用,致使深部富含Mo、Cu等多金属的地壳物质重熔,并沿构造软弱带上侵。随着熔融体持续侵位、分异,成矿流体随之释放,当熔融体侵位至断裂发育地段时,压力骤然降低,导致成矿流体沸腾,成矿物质涌入裂隙,并与大气降水混合,随之沉淀[19](图8),从而形成了与灵山岩体密切相关的竹园西钼矿、母山钼矿、肖畈钼矿、陡坡钼矿等矿床。

图8 灵山岩体周缘钼矿床成矿模式[19]Fig.8 Metallogenic model of molybdenum deposits around Lingshan pluton

5.3 成矿时代

桐柏—大别钼成矿带位于华北陆块与扬子陆块汇聚部位,两陆块碰撞造山的峰期大致在242～227 Ma[20],220 Ma后进入后碰撞成矿期,大规模成矿事件是一定地球动力学环境中的产物[21-22]。东秦岭—大别钼矿带中斑岩型矿床的成矿时代集中在145～115 Ma[23],其中大别山北缘地区存在142～125 Ma和122～110 Ma两期重要的成矿事件[12],形成于华北与扬子两陆块碰撞对接后的大陆板内环境。

位于灵山岩体周缘的母山钼矿、陡坡钼矿、肖畈钼矿,其成矿时代集中于(142.0±1.8)Ma～(125.4±1.2)Ma(表4),由此推测竹园西钼矿的成矿时代应为142～125 Ma。

表4 桐柏—大别钼成矿带典型钼矿床成矿作用时间Table 4 Metallogenic ages of typical deposits in Tongbai-Dabie molybdenum metallogenic belt Ma

5.4 找矿标志

(1)岩体。竹园西铜钼矿体赋存于早白垩世灵山花岗斑岩体内,因此,灵山岩体内具有富酸、富碱、高钾等特征的花岗斑岩分布区域为铜钼矿勘查潜在靶区。

(2)构造。NWW向与NE向断裂交汇处为含矿热液上升、富集提供了通道与空间。因此,断裂交汇处为成矿有利地段。

(3)地球化学异常。竹园西铜钼矿勘查过程中1∶10 000地球化学测量成果发挥了重要作用,因此,1∶10 000 Mo化探异常为重要的找矿标志。

(4)围岩蚀变。矿区内发育的硅化、钾长石化、绢云母化、黄铁绢英岩化、高岭土化等围岩蚀变为重要的找矿标志,其中,钾长石化和网脉状硅化与成矿关系最为密切。

6 找矿前景

灵山岩体内花岗斑岩为竹园西铜钼矿的含矿母岩。铜钼矿体主要分布于花岗斑岩体内,在岩体顶部呈面状产出。花岗斑岩体普遍发育硅化、钾长石化,且具有富酸、富碱、高钾等特征。该区铜钼矿主要蚀变有钾长石化、硅化、绢英岩化,且矿区位于朝阳寺Mo化探异常浓集中心(w(Mo)≥2.5×10-6),具有优越的成矿远景。本研究结合地质特征与化探成果,圈定了2处找矿靶区(图9)。

图9 竹园西一带钼矿找矿靶区分布Fig.9 Distribution of molybdenum prospecting target areas in the Zhuyuanxi

6.1 靶区A

靶区A位于地窝山—朝阳寺一带,经过工程验证,靶区内现探明Mo矿体1条(Mo Ⅰ)、Cu矿体1条(Cu Ⅰ)(图 10(a)),且存在 1∶10 000 Mo化探异常1处(Mo Ⅰ异常)。Mo Ⅰ矿体呈似层状产出于花岗斑岩中(图11(a)),Mo品位0.050%,(控制)+(推断)矿石量2 038.47万t,Mo金属量1.14万t,资源储量规模为中型。Cu Ⅰ矿体呈似层状产出于花岗斑岩中(图11(a)),Cu品位0.48%,(控制)+(推断)矿石量29.87万t,Cu金属量0.14万t,资源储量规模为小型。

图10 靶区已施工工程分布Fig.10 Distribution of the construction projects of target areas

图11 靶区内勘探线剖面示意Fig.11 Schematic of the profiles of exploration lines in target areas

靶区内侵入岩主要为灵山岩体花岗斑岩,少量二长花岗岩,其中花岗斑岩为钼矿床的含矿母岩。靶区内NE向断裂较为发育,规模较大,延伸长度大于10 km,其次为NW向断裂,延伸长1～2 km,且靶区内存在NE向断裂与NW向断裂交汇处,为成矿提供了运移通道与储矿空间。靶区内圈定Mo异常区1处,Mo Ⅰ异常区呈椭圆状,长约900 m,宽约650 m,面积0.58 km2。该异常连续性好,浓度分带清晰,异常内带位于花岗斑岩之上,含量峰值大于100×10-6,平均55×10-6。

通过对比分析矿体与化探异常之间的关系,并结合已施工的16个钻孔特征,证实靶区内矿体分布与化探异常分带具有高度的一致性,深部应有更富的矿体存在,为进一步开展勘查工作提供了依据。

6.2 靶区B

该靶区位于花石板—黄云寺一带,经工程验证,靶区内现探明 Mo矿体1条(Mo Ⅱ)(图10(b)),且存在 1 ∶10 000 Mo化探异常1处(Mo Ⅱ异常)。Mo Ⅱ矿体呈似层状产出于花岗斑岩中(图11(b)),Mo品位0.046%,(控制)+(推断)矿石量254.65万t,钼金属量0.12万t,资源储量规模为小型。

靶区内侵入岩主要为灵山岩体二长花岗岩与花岗斑岩,花岗斑岩体内Mo矿化较强。靶区内NE向断裂较为发育,延伸长2～3 km,且靶区北西侧存在规模较大的NE向隐伏断裂,延伸长度大于3 km。靶区内圈定了Mo异常区1处,Mo Ⅱ异常区呈不规则状,长约760m,宽约620m,面积0.47 km2。该异常连续性好,浓度分带清晰,异常内带位于花岗斑岩之上,含量峰值大于 80×10-6,平均 45×10-6。

通过与邻近钼矿床对比,并结合已施工的3个钻孔特征,认为靶区内钼矿床成矿地质特征与母山钼矿、肖畈钼矿、陡坡钼矿具有高度的相似性,因此,该区有望成为下一步找矿勘查工作的远景区。