湖南衡陽柏坊銅礦控礦因素與找礦方向分析

吳思　張曉文　楊立志

摘 要： 平江—衡陽地區構造復雜，地層發育較齊全，多期次巖漿活動強烈，為銅礦的形成與空間分布創造了良好的地質條件。通過對柏坊銅礦床地質分析，下石炭系、二疊系和白堊系是本區的主要礦源層，為銅礦的形成提供了物質來源，礦區的構造為礦化提供了進一步富集的動力條件，使得礦質能夠在有利的成礦空間內形成銅礦體。本文系統分析了礦區主要控礦因素，對進一步找礦方向進行了探討。

關鍵詞： 礦床成因； 控礦因素； 找礦方向； 柏坊銅礦

前言

自20世紀80年代開始，前人在柏坊銅礦開展了大量的地質研究工作，但是礦床成因及主要控礦因素等方面仍存在較大的分歧。筆者根據實際調查及已有資料，分析了礦區的主要控礦因素，為進一步找礦方向提供方向，供研討。

1. 區域地質概況

柏坊銅礦大地構造位置處于平江—衡陽華夏系拗陷帶，塔山東西向構造背部，耒—臨南北向構造北端，處于不同構造迭加的復合部位。區域地層出露較齊全，除下泥盆統、中三疊統、新第三系缺失外，自元古界冷家溪群至第四系均有出露；區內構造主要發育一系列SN、NWW向褶皺和NWW、NNE向斷裂構造；區域內巖漿活動十分強烈，活動時間較長，已形成的巖體為印期和燕山中晚期巖漿活動的產物。

2. 礦床地質概況

2.1 地層

地臺構造層和地洼構造層為礦區的主要出露地層，而地臺構造層僅有石炭系和二疊系出露，地洼構造層僅有白堊系出露，它們分別分布在礦區的東部和西北部[2]。石炭系地層由老到新為：孟公坳組、劉家塘組、石磴子組、測水組和梓門橋組以及壺天群。二疊系在本區廣泛出露。由一套滯流海灣相及潮坪相的碳酸鹽巖、硅質巖和砂頁巖及煤系地層組成。根據化石特性、巖石特征、巖性組合將二疊系分為上下二統，下統分棲霞及當沖組，上統為斗嶺組。白堊系是本區出露最為廣泛的地層，由于其巖石顏色多為紅色或紫色，巖性多為砂巖、粉砂巖或頁巖，故統稱紅層。白堊系地層是本區砂巖銅礦的主要賦礦巖層。銅鼓塘礦區的五號礦體及柚子塘、大坪等礦區的砂巖銅礦則產于白堊系地層中，總厚度大于800m，本區僅出露白堊系下統和中統的是戴家坪組。

2.2 構造

礦區構造呈多期次活動的特點，構造比較復雜，且處多個構造體系相交的部位，它們對礦區內礦體的形成與空間分布，起著至關重要的控制作用。區域內構造主要有褶皺、斷層、不整合面和溶洞構造。

褶皺在礦區內發育很不平衡，主要集中在礦區的中北部。按照形成時代和軸向可分為：北北東向褶皺，規模較大的有楊家灣背斜，柏坊向斜，憩山嶺背斜；北西西向褶皺，由北往南有銅鼓塘倒轉向斜，劉家灣倒轉背斜；北東向褶皺，其中五背沖背斜和廟門前背斜出露較完整；弧形褶皺，位于礦區背部，產生在白堊系地層中，屬于表層褶皺。

斷層在礦區內按走向主要有北西西向、北北東西、北西向和北東向，他們形成的先后時代不一，迭加、復活現象十分明顯，其中北西西向和北東東向兩組斷層與成礦關系密切。北北西向斷裂形成較早的有F22、F20、F40，他們在后期的構造運動中又有多次活動特點，晚期形成的斷裂有F9、F10、F201、F202。北北東向斷裂形成規模較大的主要有F26、F25、F24、F11、F33，它們同樣具有多期活動的特點；而北西向斷裂規模較大的僅有位于礦區南部的F29，長約1700米，地表并未見到斷層出露；北東向斷裂在礦區內不發育，據分析，它們可能為不同時期形成的斷裂。

不整合面在礦區西部普遍存在，形態十分復雜，主要是白堊系和下伏石炭統間的接觸面，在陸上環境下，變形的地層受到長期的風化剝蝕形成凹凸不平的剝蝕面，當地殼重新下降到水下沉積環境后，在剝蝕面上又形成了新的原始沉積巖層，而白堊系后的構造活動，常常沿著不整合面產生斷層。

溶洞在礦區較為常見，其中銅鼓塘礦段十分發育。溶洞主要形成于石炭系灰巖，白云質灰巖中，他們的形成與分布跟褶皺、斷層的關系十分密切。

2.3 巖漿巖

礦區內無大面積巖漿巖出露，僅在礦區南部有零星幾個小巖體、小巖脈出露。在礦區周圍約15km范圍內，一共有9條巖脈，呈北西走向，傾向不定，傾角較陡，一般在60°以上，出露寬約幾米至幾十米，長約幾十米至幾百米，形成一透鏡狀巖脈，另外，本次工作在新灣附近還發現幾個連續出露的巖脈群，組成以新灣村為中心的類似橢圓狀排列。據物探、化探、遙感等資料推測，在該地區可能存在隱伏巖體，且與成礦關系密切。

3. 礦床地質特征

3.1 礦體地質特征

柏坊銅礦礦體受斷裂控制非常明顯，賦礦層位為石炭系壺天群白云質灰巖，礦區由多個礦體組成，礦體規模較小、品位較高、成因類型呈多樣化。

柏坊銅礦礦床按照其成因類型分為兩類礦體： 一類為沉積砂巖型銅礦體；另一種為地下水淋濾再造型銅礦體。在空間分布上，礦體因其成因類型不同而異。沉積砂巖型銅礦體產在白堊系中，頂底板圍巖為紫紅色泥質粉砂巖，含礦層為灰白色長石石英砂巖（淺色層），礦體一般呈層狀、透鏡狀礦體沿淺色層斷續分布。

而在礦區中占主導地位的為地下水淋濾再造型礦體，按照產出部位和分布特征又分以下四種類型：一是產于白堊系底部不整合面礫巖中的礦體；二是產于斷層破碎帶中的透鏡狀礦體；三是產于白堊系紅色巖層或壺天群灰巖中的脈狀礦體；四是產于斷裂裂隙內的脈狀礦體。礦體外部形態復雜，即使是同一礦體， 在不同標高形態也相差甚遠，主要有層狀、透鏡狀、柱狀及脈狀等形式。[3]

3.2 礦石特征

礦區常見的礦石結構有他形粒狀結構、溶蝕交代結構、交代殘余結構、碎裂結構等。礦石的主要構造有塊狀、角礫狀、侵染狀和膠狀等構造。

該礦床為一砂巖型銅-鈾共生礦床，在沉積砂巖型礦體中，輝銅礦呈星點狀、豆狀，極少部分呈網脈狀分布，礦體品位不高，0.5%～1.8%的礦石礦物主要為輝銅礦、黃銅礦、斑銅礦、赤銅礦、藍輝銅礦、孔雀石、銅藍、黃鐵礦、閃鋅礦、瀝青鈾礦、汞銀礦等。礦體中主要含銅礦物是輝銅礦，斑銅礦次之，藍銅礦、赤銅礦、孔雀石等亦可見到。

礦區常見脈石礦物主要是方解石和少量石英。方解石呈乳白色，晶形較差，石英以硅化形式出現，集合體常呈蜂窩狀。在地下水淋濾再造礦體中，輝銅礦呈致密塊狀，形成透鏡狀、大脈狀、細脈狀礦體，而在古風化殼角礫巖帶中，礦化多呈星點狀、浸染狀、團斑狀，若礦化產在方解石集合體中，則輝銅礦一般沿方解石晶面產出。礦區還見有少量黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦、輝銀礦等，呈星點狀分布于地下水淋濾再造型礦體中。

3.3 蝕變礦化特征

3.3.1 圍巖蝕變

礦區圍巖蝕變類型不多，分布范圍也不大，常用的蝕變主要硅化、碳酸鹽化、綠泥石化、褪色化。硅化發育于層狀礦體內部或透鏡狀礦體、柱狀（囊狀）礦體邊緣；碳酸鹽化一般在透鏡狀、柱狀、脈狀礦體中多見，由碳酸鹽化形成的方解石呈乳白色，晶形不好；綠泥石化多見于透鏡狀、脈狀礦體邊緣，呈狹窄條帶狀分布；褪色化現象多見于近礦圍巖中，由地下水作用引起.以上圍巖蝕變均為中低溫熱液蝕變，應為地下熱鹵水成礦作用產生的[4]。

3.3.2 礦化特征

礦區礦化嚴格受地層層位和巖性的雙重控制；大坪的銅礦化局限在K2c的（上白堊統戴家坪組）紅層內淺色砂巖中，有大小礦體二十余個，柚子塘銅礦體產于K2c紅層內淺灰色砂巖中，銅鼓塘部分Ⅱ號礦體亦產在K2c的淺色砂巖內[5]。礦化富集于淺、紅砂巖交界的淺色層一側，而其底部又較頂部為富，連續性也較好。礦體往往產于水下隆起或背斜軸部、傾伏端等構造部位，呈單斜產出，礦體呈似層狀、扁豆狀、透鏡狀、帶狀產出，與圍巖產狀一致或基本一致，金屬硫化物常以膠結物形式呈條帶狀、紋層狀、小扁豆狀、浸染狀沿層分布，相互平行，尚能見到硫化物穿層現象，尤以亞號礦體最顯著，甚至可見沿裂隙（斷裂）分布的脈體。礦石礦物較單一，大坪以斑銅礦為主，輝銅礦次之，柚子塘以輝銅礦、斑銅礦為主，Ⅱ號礦體則以輝銅礦為主，似有由東向西由Cu2S逐漸轉變Ca5FeS4的空間分帶特征（若從Cu+，Fe2+分離的物化條件考慮，古湖水似有向西變深的趨勢。）。硫化物多呈它形細粒狀，沿砂屑間隙分布，除膠結砂粒外，尚可見到它們交代泥質膠結物的現象，其他尚有豆狀、網格狀、結核狀、島狀等結構。

4. 主要控礦因素

4.1 成礦地質背景控礦

礦區處于多個構造體系相交處，礦區構造的形成，經歷了漫長的地質年代，后期構造是在前期構造基礎上形成發展，前期構造控制了后期構造的形成，后期構造又改造了前期構造，這種構造的間的相互制約與迭加，使得礦區構造比較復雜，他們對礦體的形成和空間分布，起著重要的控制作用，為礦體賦存提供了良好的空間[6]。

4.2 地層控礦

礦區含礦巖系主要是白堊系和中上石炭統壺天群。白堊系既是賦礦地層又是礦源層，而壺天群灰巖則是淋濾再造礦體的賦礦層位。

白堊系是在衡陽盆地南緣沉積的一套泥質粉砂巖（紫紅色巖層）與較粗的碎屑巖層（長石石英砂巖即淺色層）互層，其形成主要是由于地殼振蕩運動及季節水的變化，即水位上升沉積區水動力減弱，沉積以泥質粉砂質為主的紫紅色巖層，當水位下降，水動力增強，則沉積碎屑顆粒較粗的巖層。而當時湖盆周圍存在含銅礦源層，成礦物質以機械搬運和化學搬運形式至含礦巖系中，并主要賦存在較粗的碎屑巖層內（此類巖石孔隙度好，透水性強，有利于地下水的循環），后經成巖作用及地下水在碎屑巖層中的循環作用使含銅碎屑中的銅質溶離出來，并與生物硫化物化合成輝銅礦，含礦層也逐漸褪色成淺色層。

壺天群灰巖裂隙或巖溶邊緣產出的淋濾再造型礦體其富集原因有二：首先，白堊系直接不整合于壺天群灰巖之上，成礦物質易于隨地下水進入壺天群的構造裂隙中；其次，碳酸鹽巖巖性活潑，大氣降水或層間水的作用下發生溶解，攜帶礦質的地下水與碳酸鹽巖產生交代作用，同時改變其物化條件，使成礦物質結晶沉淀。[7]

4.3 構造控礦

本區內構造控礦主要反映在導礦和容礦兩個方面，據目前研究來看，褶皺斷裂、不整合面等對礦體的形成與分布都起著重要的作用。其主要表現如下。

4.3.1 褶皺控礦

礦區內褶皺的倒轉翼是遭受擠壓十分強烈的部位，常形成斷裂，構造變形一般按從褶皺到斷裂的序列發展，一旦斷裂產生，就對其后的形成和形變起控制作用。褶皺倒轉翼上早期形成的斷裂，在后期構造運動中，往往容易得到后期斷裂的遷就和改造，或者是重新活動，成為有利的容礦空間，背斜的傾伏端也是后期構造容易迭加和改造的部位，常形成有利的礦化空間。

4.3.2 斷裂控礦

作為導礦和容礦構造的斷裂，嚴格控制著礦體的產出部位。如在銅鼓塘礦段，對礦體形成起控制作用的主要有F22北西西向大斷層。

4.3.3 不整合面控礦

礦區不整合面為一形態復雜的曲面，其上沉積了一套顆粒較粗的碎屑巖，特別是古地形下凹的部位，堆積著粒徑大小懸殊的礫石（層），因而不整合面對成礦起了兩個方面的作用：一是在礫巖層附近富集成礦，成為容礦構造；二是成礦物質沿不整合面下滲，在基底巖層裂隙中聚集成礦（如V號礦體），成為導礦構造。

4.4 巖溶控礦

礦區巖溶十分發育，由現場地質調查和編圖資料分析，古巖溶多在成礦前就被圍巖角礫和方解石充填，在后期淋濾成礦時沒有足夠空問，而新巖溶的形成時間不在成礦期內，因此古巖溶和近代巖溶與成礦無關，與成礦關系密切的是老巖溶和新巖溶。礦區內淋濾再造型礦體多沿老巖溶和新巖溶構造帶分布，礦體一般產在老巖溶和新巖溶的邊緣。

4.5 巖相古地理控礦

晚古生代，區內沉積了厚度上達千米的碳酸鹽巖，特別是中上石炭紀時期，就已經出現較厚的碳酸鹽沉積。因碳酸鹽巖性活潑，滲透性較好，便于礦液的交代充填和活化轉移，是成礦有利的巖性之一。其外，區內碳酸鹽巖中，廣泛發育著古溶洞構造，便于礦液儲藏沉淀，是后期儲礦的有利空間，經研究發現，區內眾多工業礦體發育在溶洞中及其附近，因而，古溶洞是賦存礦體的有利場所。

在晚古生代和中生代之間，沉積間斷大，不整合面上下也是礦液轉移和沉淀的有利場所，特別是當有斷裂通過時，在不整合面的凹陷部位，極易形成一定規模的工業礦體。

在白堊系地層中，Cu、Pb、Zn含量普遍高于背景值幾倍至幾十倍，而砂巖屬于滲透性能好、孔隙度大的巖石，便于地下熱水的運移和沉淀，當砂巖上下為泥巖或頁巖時，于是就形成了一條天然的屏障，這些地下水或者熱鹵水攜帶的礦漿就沉淀在砂巖中，就形成了區內具有工業價值的砂巖銅礦。

4.6 巖漿與成礦的關系

本區地表出露的花崗閃長斑巖脈群為同源不同階段的兩期復式巖脈、屬Ⅰ型花崗巖系列，鋁過飽和，鉀高于鈉：銅高而鉛鋅低，其巖石化學和地球化學特征均在有利的成礦范圍，此次遙感地質信息、GDP深部物探、高精度磁測以及礦床學的研究都反映礦區域東部存在與熱液成礦關系密切的隱伏侵入巖體；可能為同源巖漿的更晚階段的繼承性活動產物，并有可能為本區提供新的礦化類型，新的成礦區間的標高是-600m～-1000m。

4.7 主要控礦因素綜合分析

綜上所述，筆者認為礦區內區域地質背景、地層、構造和巖相古地理四者屬于聯合控礦條件：地質背景各種地質事件的演化控制了對礦區的形成和展布；地層提供了成礦物質的來源，形成了礦源層；構造提供了區內（下轉178頁）（上接11頁）成礦的動力學因素，是礦質遷移的通道，并在區內有利部位形成工業富集；巖相古地理為礦體的形成提供了有利的容礦空間。

5. 找礦方向

通過上述礦區主要控礦因素的分析，筆者認為：礦區找礦深邊部工程的投入是本區獲得突破性找礦進展的關鍵，尤其以銅鼓塘礦段生產為主。據此，提出的具體找礦方向如下：

（1）銅鼓塘生產區西南部：本地段位于古窿起的邊緣，F11切F22后，將F22西段移置此處，北東向的古凹陷通過此處，是多處構造迭加的部位，目前該地段未有工程揭露，預測存在一定規模的工業礦體。

（2）銅鼓塘生產區中部：本地段曾是南南東—北北西向構造應力集中部位，形成的北北西—北西向張—張扭性斷裂，為礦液的充填提供了有利的空間，在此部位極有可能找到具有工業價值的盲礦體。

（3）銅鼓塘生產區西北部：F22由走向北北西轉為南西后延伸至本段，并且與F11交切，由于后期構造運動，沿著F22斷面形成的斷裂嵌入白堊系紅層中，常常伴有二疊系炭質層沿著斷裂擠入，為淋濾型礦體或破碎帶型銅礦體形成提供了有利的環境。

參考文獻：

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