安徽安慶銅礦接觸帶三維形態及其控礦機制分析

趙義來, 劉亮明, 蔡愛良, 鄒 陳

(中南大學計算地學研究中心,長沙 410083)

安徽安慶銅礦接觸帶三維形態及其控礦機制分析

趙義來, 劉亮明, 蔡愛良, 鄒 陳

(中南大學計算地學研究中心,長沙 410083)

安慶銅礦是長江中下游成礦帶中規模最大的銅鐵礦床,其絕大部分礦體產在月山巖體與三疊系灰巖的接觸帶上,礦體的產出位置及規模與接觸帶的特征密切相關。本文通過三維模擬的方法研究了巖體接觸帶的三維形態及其與安慶銅礦礦體空間定位的關系,認為:月山礦田的礦體分布極不均勻,絕大部分礦體產在形態復雜、產狀顯著變化的巖體東枝南接觸帶;安慶銅礦的控礦接觸帶形態從東到西具有階梯狀-階梯狀、舌狀過渡-舌狀的變化規律;階梯狀接觸帶的陡傾及由陡變緩的位置和舌狀接觸帶的尖端處是主要的成礦部位。上述接觸帶控礦規律推測是區域構造應力場、巖體侵位、冷凝造成的局部應力場以及成礦流體共同作用的結果。

接觸帶 礦體 三維形態模擬 控礦機制 安慶銅礦

Zhao Y i-la i,L iu L iang-m ing,Ca i A i-liang,Zou Chen.Three-d imensional geometry of the contact zone in the Anqing copper deposit,AnhuiProvince and its ore-controllingmechan ism[J].Geology and Exploration,2010,46(4):0649-0656.

0 引言

安慶銅礦位于安徽省安慶市,是一個典型的與長英質淺成巖體相關的矽卡巖型銅鐵礦床,也是長江中下游成礦帶目前已發現礦床中規模最大的礦床。其最顯著的特征是:已發現的礦體絕大部分都分布在月山巖體的接觸帶上,且分布極其不均勻。很明顯,礦體的空間定位及規模與接觸帶的特征是密切相關的。

前人對矽卡巖礦床的研究,多側重于地球化學方面(趙一鳴等,1986;毛景文等,1996;聶鳳軍等, 2007;王建中等,2008),部分學者進行了接觸帶控礦的探討,則主要涉及水-巖反應(劉亮明等,2008)、接觸帶兩側的巖性變化(徐輝煌等,2006)及接觸帶的構造特征(或形態特征)(徐輝煌等,2006;劉玉成, 2006;余君鵬等,2007),也有學者對安慶銅礦的接觸帶構造進行了討論(章傳玲等,1994)。然而,矽卡巖礦床接觸帶形態方面的已有研究都局限于二維尺度,未見有從三維形態研究接觸帶控礦的。本文以安慶銅礦為研究對象,主要通過三維形態模擬的方法研究安慶銅礦的接觸帶形態特點及礦體的空間展布規律,并在此基礎上進行接觸帶控礦機制分析。

1 地質背景及礦床特征

1.1 地質背景

安慶銅礦床位于安徽省懷寧縣月山鎮,在板塊構造上位于大別山中生代碰撞造山帶前陸縮短帶江北亞帶安徽省境內中南段,長江中下游弧形成礦帶東翼。這一區域的巖漿作用、成礦作用與中生代前陸縮短帶地殼的擠壓(T3-J2)-伸展(K2-E)機制密切相關(董樹文等,1993)。

控制安慶銅礦產出的巖漿巖是月山巖體。月山巖體地表出露形態呈十字交叉狀,面積約11km2,巖體主要成分為閃長巖,次為石英閃長巖,屬燕山早期(董樹文等,1993;陳江峰等,1991)(圖1)。

礦區出露地層主要為三疊系下統南陵湖組、中統月山組、銅頭尖組及下侏羅統磨山組,與成礦相關的是月山組白云質大理巖(主要含礦層位)及南陵湖組大理巖(有利的成礦圍巖)。

圖1 月山礦田地質略圖(據安徽省326地質隊①修改)Fig.1 Sketch map showing geology of the Yueshan field(modified after 326 Geological Brigade,Anhui Province)

礦區內的骨干構造有軸向NNE至NNW的褶皺構造、近東西向的基本順層的層滑斷裂構造、走向NW的斷裂構造及走向近SN向的斷裂構造四大構造系統(圖1,圖2)。褶皺構造系統和層滑斷裂構造系統產生于月山巖體侵位之前,NW走向和近SN向的斷裂構造系統的斷裂活動則主要發生在巖體侵位以后②。

1.2 礦床特征

安慶銅礦床位于月山巖體東枝南接觸帶,共有40余個礦體,都是隱伏礦體。主礦體有三個:1號、2號和2號西礦體,由東向西一次展布(圖1)。

1號礦體走向近東西,礦體西高東低,隨接觸帶向東側伏,礦體中心厚度較大,兩側則逐漸變薄、尖滅,為一稍具復雜變化的較大透鏡狀礦體,礦體內部較為完整,連續延伸,形態穩定。該礦體銅金屬量40萬噸,平均品位1.4%,占整個安慶礦床總儲量的73%,是安慶銅礦中規模最大的礦體。

2號礦體走向近東西,礦體形態沿走向變化不大。在傾向上,其中心厚度較大,上部則漸趨變薄、尖滅,下部礦體轉彎,緊繞接觸帶發育,呈彎曲的透鏡狀。其銅金屬儲量4.3萬噸,平均品位1.3%,占礦床總儲量的8%,礦體規模僅次于1號礦體。

2號西礦體東高西低,向北西西側伏,沿走向礦體連續,傾向上礦體呈分叉復合自然尖滅,礦體中間膨大,礦頭收縮變薄尖滅,基本呈囊狀,總體呈中間厚兩邊薄的透鏡體。礦體規模比2號礦體小,其銅金屬量3.6萬噸,平均品位1.3%,占礦床總儲量的7%。

圖2 0線地質剖面圖(剖面位置見圖1)Fig.2 Cross section of survey line 0-0’(see Fig.1 for location)

小礦體一般分布于主礦體旁側、靠近內接觸帶的閃長巖裂隙中。如3號礦體即是產于閃長巖中的脈狀銅礦體,走向近南北,傾向西,傾角為55°～60°。該礦體規模較小,其銅金屬儲量占礦總儲量的2%。

安慶銅礦的礦石類型主要是含銅磁鐵礦、含銅矽卡巖及含銅閃長巖。礦石金屬礦物以黃銅礦、磁鐵礦為主,次為磁黃鐵礦、黃鐵礦;脈石礦物以石榴石、透輝石為主,其次為方解石、角閃石、鉀長石、斜長石、方柱石等;礦石構造主要為浸染狀,其次為細脈狀及團塊狀。含銅磁鐵礦體與圍巖間的界線分明,而矽卡巖型礦化和閃長巖型礦化主要發生在巖石裂隙化帶和破損帶中,并伴隨有強烈的圍巖蝕變。

2 三維形態模擬方法

三維形態模擬是進行礦床研究的一種新方法,用該方法構建地質體的三維模型,可以直觀、清楚地表示地質體的形態、產狀以及不同地質體之間的位置關系,是輔助研究者進行礦床分析的有力工具。

對地質領域而言,三維形態模擬方法有顯式模擬和隱式模擬兩種。顯式模擬是根據工程所揭露的點數據,先在二維尺度由對應點構線,再在三維尺度由線構面,從而形成地質體的面模型,或對面模型進行填充,建立三維實體模型;隱式模擬即通過已有采樣點數據,確定分布函數,然后通過函數由已知推未知,將不完備的樣品數據通過空間插值獲得完備的樣品數據,然后再通過三維曲面、實體構建算法自動生成三維可視模型。本文采用顯式方法進行礦體及接觸帶的三維形態模擬。

2.1 軟件平臺及構模方法

本文將AutoCAD與GOCAD軟件相結合來構建接觸帶及礦體的三維曲面模型。AutoCAD是目前世界上應用最廣的CAD軟件,具有完善的圖形繪制、編輯功能,可進行多種圖形格式轉換,具有較強的數據交換能力。GOCAD是主要用于地質領域的三維可視化建模軟件,在地質工程、地球物理勘探、礦業開發和水利工程中均有廣泛的應用。

在不區分準3D和真3D的前提下,空間構模方法可以分為面模型、體模型和混合模型3大類構模體系(吳立新等,2003)。本文采用斷面-不規則三角網法對安慶銅礦礦體及接觸帶進行三維形態模擬,屬面模型構模法。

圖3 礦體及巖體接觸帶模型構建流程圖Fig.3 Flow chart of model construction for ore bodies and intrusion contact zone

2.2 數據來源及構模流程

構建模型所用數據包括:勘探線剖面圖、中段平面圖、巖體等深線圖及局部接觸帶剖面圖。平、剖面圖是由工程所揭露的點數據聯結繪制的,包含的是礦體范圍的地質界限信息,覆蓋范圍小,準確度高,做為構建礦體的數據來源;巖體等深線圖是根據物探等深數據繪制的,覆蓋整個月山礦田,但準確度較差,用來構建月山巖體的整體輪廓;局部接觸帶剖面圖是由EH4數據推測而來的,覆蓋范圍為安慶銅礦南深部區域的接觸帶,精確度高于巖體等深線,用于巖體局部形態的修正。將上述所有曲面對象在同一三維場景中顯示,得到安慶銅礦礦體及接觸帶形態的三維模型(圖3,圖4)。

3 接觸帶控礦規律分析

通過對比礦體產出位置與巖體接觸帶的空間關系,有如下發現:

(1)月山礦田的礦體分布極不均勻,絕大部分產在巖體東枝南接觸帶。

從平面上看,月山礦田的礦體集中定位于兩處(圖1):巖體東枝東端的安慶銅礦和巖體東枝、北枝交叉處的龍門山銅礦床。安慶銅礦是整個礦田中唯一一個達到大型規模的礦床,其銅鐵儲量大大超過礦田內其它礦床銅鐵儲量的總和,三維模型清楚地顯示該礦床產在巖體東枝南接觸帶的內凹部位;龍門山銅礦在空間上位于安慶銅礦西側的巖體內、接觸帶內凹部位前端,和安慶銅礦一樣沿著巖體東枝南接觸帶產出(圖5);而巖體其余部位只有零星小礦體或無礦。

圖4 安慶銅礦接觸帶及礦體形態三維模型Fig.4 3D geometry of the contact zone and ore bodies in the Anqing copper deposit

圖5 龍門山銅礦與接觸帶空間關系示意圖Fig.5 Sketch show ing the spatial relationship between the Longmenshan copper deposit and the contact zone

接觸帶形態應是造成上述礦體分布不均勻的一個重要因素,因為巖體不同部位其成分雖然有所變化,存在閃長巖、石英閃長巖、二長閃長巖等差別(周濤發等,2005),但整個巖體都為閃長巖類巖石,其巖性并無本質不同,不足以因巖性差異造成成礦的巨大反差;而接觸帶形態的復雜程度在成礦和未成礦部位則存在很大差異:巖體東枝南接觸帶形態復雜,巖壟、巖凹構造發育,接觸面起伏多變,接觸帶其它部位多呈平緩延伸,變化不大。從整個礦田來看,復雜接觸帶對應于大規模成礦位置,應是控制礦體形成的重要因素。

(2)巖體東枝南接觸帶雖形態復雜,但并非處處成礦,礦體只產在局部地段。

巖體東枝南接觸帶上產出的即為安慶銅礦,在其東段(圖4b),礦體產在接觸帶陡傾及由陡傾向緩傾轉折的部位,轉折部位的礦體較陡傾處有所增厚;西段(圖4c),礦體產在接觸帶由北傾向南傾的轉折處,而在接觸面的其余部位未見礦。有礦和無礦部位具有如下共同點:巖體巖性相同,均為閃長巖;圍巖相同,都為三疊系灰巖;接觸帶上都有矽卡巖產出。而其最大不同之處是成礦位置接觸帶產狀的顯著變化,這種變化必然通過一定的方式影響成礦過程并引起礦體就位。

(3)安慶銅礦的控礦接觸帶形態沿走向方向具有一定的變化規律。

接觸帶東段的剖面形態為階梯狀,總體傾向南-南東,由淺到深呈現陡傾-緩傾-陡傾的變化趨勢,主要控制1號礦體;西段接觸帶在剖面上呈舌狀形態,即圍巖呈舌狀體插入巖體,-500m以上接觸帶傾向北,從-500m向深部接觸帶反轉南傾,該接觸帶控制2號西礦體;中間地段為兩種接觸帶的過渡類型,淺部為舌狀接觸帶,往深部延伸變為緩傾-陡傾的階梯狀接觸帶,主要控制2號礦體,礦體賦存于舌狀體的前端及由舌狀體向階梯狀過渡的緩傾部位。

4 接觸帶控礦機制分析

對于安慶銅礦的形成,已有研究從巖漿演化(周濤發等,1997)、流體運移(周濤發等,2001)、水巖作用(周濤發等,2002)方面進行了解釋。我們認為:出現上述接觸帶控礦規律的主要原因是區域構造應力場、巖體侵位、冷凝造成的局部應力場以及成礦流體共同作用的結果。

(1)區域構造應力場的影響:月山礦田受中生代前陸縮短帶地殼的擠壓-伸展機制的影響,月山巖體在侵位、基本固化以后,區域地殼運動由逆沖轉為伸展(劉亮明等,2008)。由于閃長巖、灰巖物理特性的差異,在拉張應力場作用下,巖體與圍巖沿二者的接觸界面發生拆離擴容,且陡傾界面顯然比緩傾部位更易于在張應力下形成大的擴容空間,因此階梯狀接觸帶的陡傾部位成為了容納礦體的最有利空間,從而為規模最大的1號礦體定位于此提供了先決條件。

(2)巖體侵位、冷凝的影響:前人對于月山巖體的侵位方式有3種不同認識:①巖體沿多個通道呈多期性侵入(閻桂林等,1990);②侵位中心位于巖體中部,沿地表構造層向四周貫入(邱瑞龍,1992);③侵位中心位于巖體東枝東北側,由NE向S W方向上侵(章傳玲等,1994),這三種觀點實際都難以解釋巖體及其構造背景所表現出來的特征。我們認為巖體應該是受逆沖-褶皺構造系統中斷坪上的斷展褶皺控制而由南向北侵位的,這樣不但巖體的南部要比北部固結晚,巖漿后期的熱液趨于在南部富集,而且由于南部圍巖中正斷層的發育使南部接觸帶的形態變得比北部復雜,復雜的形態造成應力的局部集中,進一步導致該處的巖石破裂擴容,從而為成礦熱液的匯聚和礦石沉淀創造空間。另外,巖體在侵位后的冷凝收縮,亦對儲礦空間的釋放有一定貢獻。

(3)成礦流體的作用:成礦流體包括熱液流體和成礦物質。月山礦田的熱液流體主要來源于巖漿水,其次為大氣降水;成礦物質主要來源于閃長質巖漿,巖漿的熔-流分離作用是成礦物質獲取的主要機制。由巖體侵位帶來的成礦流體于巖體內及巖體邊部發生運移,一方面向巖體東枝南接觸帶上的擴容空間貫入,另一方面流體向上運移過程中與大氣水發生混合,受控于減壓沸騰機制及不同來源流體的物質交換作用,成礦物質不斷沉淀、富集并最終形成礦體(Zhouet al.,2007)。

5 結論

月山礦田的礦體分布極不均勻,絕大部分位于形態復雜的巖體東枝南接觸帶;在巖體東枝南帶上,礦體產出受接觸帶產狀變化的控制;階梯狀和舌狀接觸帶是安慶銅礦典型的控礦接觸帶類型,沿接觸帶走向方向二者呈漸變過渡;階梯狀接觸帶的陡傾及由陡變緩的位置和舌狀接觸帶的尖端處是主要的成礦部位。區域構造應力場、巖體侵位、冷凝造成的局部應力場以及成礦流體的共同作用是造成上述接觸帶控礦規律的原因。

致謝:研究工作得了銅陵有色金屬集團控股有限公司呂才玉、疏志明、王建青、汪宏、王勇及其所屬單位安慶銅礦劉道昆、方志甫、胡強、羅皖東、王建平等同志的大力支持和幫助,在此深表感謝。

[注釋]

①安徽省地質礦產局326地質隊.1989.月山礦田大比例尺成礦預測地質報告:22-29

②劉亮明.2004.安慶礦田銅金成礦規律及找礦潛力分析-銅都銅業股份有限公司地質找礦科研報告:7-10

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Three-D imensional Geometry of the Contact Zone in the Anq ing Copper Deposit, Anhui Province and ItsOre-ControllingM echan ism

ZHAO Yi-lai,L IU Liang-ming,CA IAi-liang,ZOU Chen
(Com putational Geosciences Research Centre,Central South University,Changsha 410083)

The Anqing copper deposit is the biggest copper-iron deposit in the lower-middle Yangtze metallogenic belt.Most orebodies of this deposit lie in the contact zone between Yueshan intrusion and the Triasssic limestone.The position and scale ofore bodies are closely related to the characteristics of the contact zone.Studieson the three-dimensional geometry of the contact zone and its relation to controllingon ore bodiesof the deposit are perfor med based on three-dimensional simulation in thispaper.Results show that the ore bodiesof the Yueshan field are distributedmuch unevenly;ofwhich most are located in the southern contact zonesof the eastern intrusion branchwhich is complicated in shape and highly various in occurrence.In theAnqing deposit,the shapes of ore-controlling contact zone are characterized by step,step-tongue transition,and tongue from the east to the west.The steep position and the position turning from steep to gentle in step-shaped contact zone and the tip of the tongue-like zone are the major sites ofmineralization. It is inferred that the interaction of the regional tectonic stress field,local stress field arose from pluton intruding and cooling and fluid flow resulted in the above mentioned ore-controlling regularities of the contact zone.

contact zone,orebody,three-dimensional geometry,simulation,ore-controllingmechanis m,Anqing copper deposit

book=7,ebook=373

P624.7+P628

A

0495-5331(2010)04-0649-08

2009-10-26;

2010-06-13;[責任編輯]鄭 杰。

國家自然科學基金項目(編號:40772195)資助。

趙義來(1982年-)男,2005年畢業于中南大學,獲學士學位,在讀博士生,主要從事礦床成因及預測方面的研究,Email: zhaoyilai_1982@yahoo.com.cn。