甘肅省天水寨溝銅及多金屬礦地質(zhì)特征及成因探討

孫學(xué)博

寨溝銅及多金屬礦位于中秦嶺華力西褶皺帶與北秦嶺加里東構(gòu)造帶接合地段的反“S”型構(gòu)造轉(zhuǎn)折部位（圖1），地層區(qū)劃屬祁連－北秦嶺地層分區(qū)。成礦的熱動力來自變質(zhì)作用產(chǎn)生的熱能，加之地下熱水與其共同作用，為礦床形成提供了條件，成礦作用主要為交代和充填兩方式共存，該礦床成因類型為中低溫?zé)嵋盒停渥匀活愋鸵允⒚}型為主。從礦區(qū)地質(zhì)特征、礦體特征等多個方面對該礦進(jìn)行綜合研究和分析，確定其成礦規(guī)律及礦床成因，對今后區(qū)內(nèi)同類型礦床尋找具有重要的參考作用。

圖1 礦區(qū)大地構(gòu)造位置圖

1 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)位于天水市秦州區(qū)南部娘娘壩－大門一帶，出露地層主要有泥盆系舒家壩組第二巖性段、第三巖性段及新近系甘泉寺組。舒家壩組分布廣泛，是礦區(qū)金銀銅礦的主要賦礦層位。

1.1 地層

泥盆系舒家壩組（Dsh）。

礦區(qū)出露地層主要有泥盆系舒家壩組第二性段、第三巖性段，以第二巖性段為主，總體呈北西向展布。

（1）舒家壩組第三巖性段（Dsh3）：主要分布在圓洞寺－硬瓦溝腦一帶，與舒家壩組第二巖性段（Dsh2）呈整合接觸。巖性為由粉砂質(zhì)板巖、鈣質(zhì)板巖偶夾絹云母板巖。

（2）舒家壩組第二巖性段（Dsh2）：在礦區(qū)內(nèi)大面積分布，是區(qū)內(nèi)主要含礦巖性段，其特征如下：

①寨溝－硬瓦溝一帶由北向南、由新到老劃分為4 個巖性層：Dsh2-4：該巖性主要為中厚層狀長石石英細(xì)砂巖夾粉砂質(zhì)板巖，石英細(xì)砂巖組成，厚度約700m。Dsh2-3：該巖性主要為粉砂質(zhì)板巖偶夾鈣質(zhì)板巖，厚度約500m。Dsh2-2：該巖性主要為中厚層狀細(xì)砂巖夾鈣質(zhì)板巖，厚度約600m。Dsh2-1：該巖性主要為鈣質(zhì)板巖、細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)板巖互層，厚度約800m。②寨溝調(diào)查區(qū)北部瓦子一帶由南西向北東劃分出3 個巖性層：Dsh2-3：該巖性主要為灰綠色板巖、粉砂質(zhì)板巖，厚度大于1000m。Dsh2-2：該巖性主要為粉砂質(zhì)板巖夾石英砂巖，厚度大于700m。Dsh2-1：該巖性主要為中厚層狀石英砂巖，厚度大于500m。③馬家灣勘查區(qū)劃分為2 個巖性段：Dsh2-1：呈北西向分布于馬家灣勘查區(qū)中部曹王－馬圈溝一帶，其巖性為：粉砂巖、石英砂巖夾粉砂質(zhì)、鈣質(zhì)板巖。厚度大于100m。Dsh2-2：廣泛分布，與Dsh2-1整合接觸，其巖性為：鈣質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖偶夾粉砂巖，厚大于870m。

新近系甘泉寺組（Ng）。

主要分布在寨溝普查區(qū)的西部蘇家溝、寨溝調(diào)查區(qū)中部的大門鎮(zhèn)－孫旗家及馬家灣詳查區(qū)北部的長溝一帶，巖性主要由紅色泥巖、白色泥巖及少數(shù)紫紅色礫巖構(gòu)成，厚度大于10m，與下伏泥盆系舒家壩組呈角度不整合接觸。

1.2 構(gòu)造

1.2.1 寨溝－硬瓦溝一帶構(gòu)造

位于區(qū)域金長溝倒轉(zhuǎn)向斜的南西翼，地層以南西傾為主，總體發(fā)生了倒轉(zhuǎn)。區(qū)內(nèi)斷裂較發(fā)育，以近東西向為主，北東向為次，均為區(qū)內(nèi)主要控（容）礦構(gòu)造。

（1）近東西向斷裂：該組斷裂斷層內(nèi)組成物質(zhì)以黃鐵礦化、黃銅礦化石英脈及斷層角礫巖為主，是礦區(qū)最主要容礦構(gòu)造。

（2）北東向斷裂：該組斷裂面呈舒緩波狀展布，產(chǎn)狀120°∠30°～60°，斷裂帶寬2m 左右，帶內(nèi)巖石主要有碎裂

石英脈、斷層角礫巖等，巖石普遍具褐（黃）鐵礦化、孔雀石化蝕變、硅化，為區(qū)內(nèi)主要容礦構(gòu)造。

1.2.2 瓦子村、烽火山一帶構(gòu)造

瓦子村一帶斷裂不發(fā)育，僅發(fā)現(xiàn)北西向和北東向斷裂各1條。

（1）北西向斷層位于北西部，為一逆沖斷層，寬度2m ～8m，出露長度約100m，呈近東西走向，產(chǎn)狀220°∠60°～70°，斷面見擦痕、鏡面等特征。斷層域中組成物質(zhì)為絹云母化、硅化斷層角礫巖、碎裂巖塊等，斷層兩盤巖石為灰綠色粉砂質(zhì)板巖，近斷層處巖石褪色蝕變明顯。

（2）北東向斷層位于松林坡東南部，寬1m ～8m，呈北東走向，產(chǎn)狀130°∠68°，斷層性質(zhì)為逆斷層， 斷層域中組成物質(zhì)為石英脈及斷層角礫巖，巖石具弱的褐鐵礦化蝕變。

烽火山一帶近東西向斷裂發(fā)育，斷裂帶寬度一般為1m ～7m，長度約80m ～300m，傾向不定，走向80°～120°，斷層帶內(nèi)巖石主要為（黃）褐鐵礦化、孔雀石化石英脈。

1.2.3 馬家灣一帶構(gòu)造

受區(qū)域反“S”型構(gòu)造的影響，區(qū)內(nèi)層間復(fù)式褶曲多見，斜歪、平臥短軸褶皺眾多。區(qū)內(nèi)總體為一軸向北西、向北東傾伏的向斜構(gòu)造，核部為Dsh2-1的石英砂巖、粉砂巖，兩翼為Dsh2-2的鈣質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖，礦（化）體分布在該向斜構(gòu)造的北東翼Dsh2-2中。

斷裂構(gòu)造較發(fā)育，多集中分布在背斜的北東翼，以北東向和北西向兩組斷裂為主，規(guī)模較小，寬度一般在0.5－3.0m，斷裂帶中巖石普遍具褐鐵礦化、硅化蝕變。北西向斷裂是礦區(qū)主要控（容）礦構(gòu)造。

1.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)巖漿活動微弱，未見侵入體出露，僅見有脈狀產(chǎn)出的閃長玢巖脈（δ）等。

閃長玢巖脈：區(qū)內(nèi)出露較少，僅在馬家灣勘查區(qū)的馬圈溝內(nèi)見順巖石板理產(chǎn)出的閃長玢巖脈，寬1.5m，出露長。巖石呈灰－灰黃色，塊狀構(gòu)造，細(xì)粒結(jié)構(gòu)、斑狀結(jié)構(gòu)，成分為斜長石、角閃石、及微量金屬礦物。

1.4 變質(zhì)作用及圍巖蝕變

1.4.1 變質(zhì)作用

礦區(qū)內(nèi)主要為一套淺變質(zhì)的石英砂巖、長石石英砂巖、巖屑雜砂巖、粉砂質(zhì)板巖等，分布較廣。根據(jù)變質(zhì)巖石在礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造上所具有的特征，礦區(qū)內(nèi)變質(zhì)作用主要為區(qū)域變質(zhì)作用和動力變質(zhì)作用。

（1）區(qū)域變質(zhì)作用。礦區(qū)位于秦嶺造山帶核部，以區(qū)域低溫變質(zhì)作用為主，熱液變質(zhì)較弱，形成礦區(qū)內(nèi)廣泛分布的各種砂巖、板巖，變質(zhì)程度較低，僅達(dá)到低綠片巖相，該套變質(zhì)巖基本未發(fā)生重結(jié)晶作用，其平行層理、透鏡狀層理、交錯層理等原始沉積構(gòu)造，后期構(gòu)造雖對其改造，但均可在野外直接恢復(fù)原巖，含泥質(zhì)成分較低的巖石基本不含變質(zhì)礦物，原巖與成分變化不大。

（2）動力變質(zhì)作用。動力變質(zhì)作用影響范圍涉及斷裂構(gòu)造帶內(nèi)及兩側(cè)，主要與斷裂構(gòu)造有關(guān)，是動力變質(zhì)作用長期持續(xù)作用的結(jié)果，形成的動力變質(zhì)巖有斷層角礫巖、碎裂巖等。在區(qū)內(nèi)呈線狀分布，動力變質(zhì)巖延長與斷裂一致；寬度受斷裂規(guī)模控制，分布于斷面外十米之內(nèi)。

1.4.2 圍巖蝕變

礦區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育蝕變交代變質(zhì)作用，各種蝕變巖石形在區(qū)內(nèi)廣泛分布。蝕變類型主要有：褐鐵礦化、黃鐵礦化、黃銅礦化、藍(lán)銅礦化、孔雀石化及硅化、碳酸鹽化、綠泥石化等，分布在斷層及其附近的圍巖中。在地表蝕變強(qiáng)度一般較弱，隨深度增加而增強(qiáng)，隨遠(yuǎn)離斷層而減弱。褐鐵礦多呈粉末狀，分布范圍較寬，可達(dá)斷層以外10m。黃鐵礦一般呈不規(guī)則細(xì)脈狀、呈星點(diǎn)狀、碎裂團(tuán)塊狀及不等粒狀集合體產(chǎn)出，含礦石英脈及含礦斷層角礫巖與其關(guān)系密切，多發(fā)育于石英脈中及其旁側(cè)，在礦體中蝕變程度明顯增強(qiáng)，是區(qū)內(nèi)主要的找礦標(biāo)志；孔雀石化、黃銅礦化發(fā)育在斷層及石英脈中，孔雀石呈斑點(diǎn)狀分布，含量極不均勻，礦化較強(qiáng)時可達(dá)10%，多數(shù)含量較低，而黃銅礦化在近地表較孔雀石化弱，僅在孔雀石發(fā)育地段偶見，一般呈他形晶與黃鐵礦共生在一體，深部則黃銅礦化明顯加強(qiáng)，并見巨粒晶集合體發(fā)育于石英脈中；區(qū)內(nèi)硅化蝕變非常廣泛，其分布除與斷層有關(guān)外，還與巖石有關(guān)，硅化表現(xiàn)形式有兩種：①均勻地交代原巖，在硅質(zhì)含量高的巖石中硅化強(qiáng)。②呈石英脈的形式沿斷層、裂隙充填，與金銅礦化關(guān)系密切。

2 礦體特征

礦區(qū)主要有寨溝銅礦、烽火山銅礦、硬瓦溝銅礦、馬家灣金礦四個礦點(diǎn)。共圈出石英脈型銅礦體10 個，金礦體2 個（表1）。其中在寨溝銅礦區(qū)圈出石英脈型銅礦體5 個（含銅盲礦體2 個），圈出金盲礦體1 個；在硬瓦溝銅礦區(qū)圈出石英脈型銅礦體2 個（含銅盲礦體1 個）；在烽火山銅礦區(qū)圈出石英脈型銅礦體3 個；在馬家灣金礦區(qū)圈出金礦體1 個。其主要礦體地質(zhì)特征見下表。

表1 礦區(qū)礦（化）體特征一覽表

所圈定銅、金礦體均為石英脈型，礦體多呈脈狀、透鏡狀賦存于泥盆系舒家壩組第二、三巖性段中，頂、底板巖石主要為長石石英細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)板巖、巖屑砂巖、泥巖等。礦體受近東西向或北西向兩種斷裂構(gòu)造的控制，礦石類型均為石英脈型，礦石礦物主要為孔雀石、黃銅礦、斑銅礦、藍(lán)銅礦、黃鐵礦、褐鐵礦等，脈石礦物為石英及方解石，主要礦化蝕變有褐鐵礦化、黃鐵礦化、黃銅礦化、藍(lán)銅礦化、孔雀石化及硅化、碳酸鹽化、綠泥石化等

3 礦石質(zhì)量

3.1 礦石礦物成分

礦區(qū)銅（金）礦石類型均為石英脈型，銅礦石的氧化礦石中金屬礦物主要有褐鐵礦、孔雀石，并伴有少量斑銅礦、銅蘭等，硫化礦石中金屬礦物主要為黃銅礦、黃鐵礦、孔雀石、褐鐵礦等；金礦石的氧化礦石中金屬礦物主要為褐鐵礦，硫化礦石中金屬礦物主要為褐鐵礦、黃鐵礦等，脈石礦物為石英及方解石、絹云母等。

褐鐵礦：分布在礦體近地表的氧化帶中，褐鐵礦成粉末狀、蜂窩狀，含量可占5%以下，為不規(guī)則集合體，或呈細(xì)脈狀充填在礦石的裂隙中，多數(shù)以交代黃鐵礦的形式存在，部分褐鐵礦成膠體狀態(tài)聚集，形成星散狀，大部分褐鐵礦為隱晶質(zhì)土狀集合體分布，褐鐵礦的存在證明了成礦后存在氧化過程。

孔雀石：由黃銅礦交代而成，為不規(guī)則團(tuán)狀、條帶狀，分布或充填于礦石的裂隙處，含量變化較大。

黃鐵礦：呈淺黃色、黃白色，硬度6 ～6.5，比重5，黃鐵礦以浸染狀、團(tuán)塊狀、細(xì)脈狀的形式分布。

黃銅礦：在礦體中以浸染狀、細(xì)脈狀、團(tuán)塊狀及碎粒狀集合體等形式分布，含量在0.2%～10%之間，平均1%以上。

石英：是礦石中含量最多的脈石礦物之一，呈白、淺灰白、煙灰色，半透明狀，石英為他形粒狀，粒度在0.4mm ～2mm，最大10.5mm，并具強(qiáng)烈的波狀消光及韌性拉長變形現(xiàn)象，顆粒以長軸方向的緊密鑲嵌定向排列，石英晶體內(nèi)不潔凈，含有塵狀泥質(zhì)質(zhì)點(diǎn)、鐵質(zhì)斑點(diǎn)，表面有星點(diǎn)狀的泥質(zhì)物等。

方解石：主要出現(xiàn)在二次破碎的脈石英裂隙中，為成礦后的蝕變礦物，多數(shù)粒度大于0.1mm，一般呈細(xì)脈狀、不規(guī)則團(tuán)塊狀分布。

礦區(qū)礦石結(jié)構(gòu)主要有粒狀結(jié)構(gòu)、交代殘留結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)、包含結(jié)構(gòu)等。構(gòu)造主要有侵染構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、細(xì)脈侵染構(gòu)造等。

3.2 礦石類型

3.2.1 銅礦石

氧化礦石：交代殘余結(jié)構(gòu)，團(tuán)塊狀、浸染狀構(gòu)造，礦石礦物主要為褐鐵礦（約5%～30%）、孔雀石（約3%～5%），褐鐵礦為膠粒狀（部分褐鐵礦中含有交代后黃鐵礦的殘留），孔雀石為集合體狀。脈石礦物主要為石英、少量的方解石或圍巖碎塊，石英多為粒狀變晶結(jié)構(gòu)。

硫化礦石：碎裂、交代殘余結(jié)構(gòu)，浸染狀、團(tuán)塊狀構(gòu)造，礦石礦物主要為黃銅礦（約3%～5%）、黃鐵礦（約3%～5%）、孔雀石（約2%～3%）、褐鐵礦（約5%～10%），金屬礦物分布于礦石或礦石裂隙中，多呈團(tuán)塊狀、浸染狀及細(xì)脈狀。脈石礦物主要為石英、方解石及少量圍巖碎塊等。

3.2.2 金礦石

氧化礦石：礦石呈中－粗粒鑲嵌結(jié)構(gòu)，浸染狀構(gòu)造，礦石礦物主要為褐鐵礦（約10%～30%），多分布與礦石某些裂隙中，脈石礦物主要為石英，礦石具硅化等蝕變。

硫化礦石：粒狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)，斑點(diǎn)浸染狀構(gòu)造，礦石礦物主要為黃鐵礦（5%～10%），黃鐵礦主要分布在斷層面與石英脈接觸處，多成細(xì)粒它形晶，脈石礦物主要為石英。

3.3 礦體圍巖蝕變特征

礦區(qū)銅、金礦體均分布在泥盆系舒家壩組第二性段、第三巖性段，受區(qū)內(nèi)斷層控制，礦體頂、底板圍巖為粉砂巖、巖屑雜砂巖、長石石英細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)板巖、泥巖等。近礦體圍巖均發(fā)生了不同程度的蝕變，蝕變類型有黃（褐）鐵礦化及硅化、碳酸鹽化，其中黃（褐）鐵礦化與銅金成礦關(guān)系最密切。

4 成礦規(guī)律及礦床成因

4.1 成礦規(guī)律

礦區(qū)銅（金）礦為石英脈型，賦礦層位主要為泥盆系舒家壩組第二巖性段（Dsh2），該層位巖性組合主要為巖屑雜砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)板巖及泥巖等。

礦區(qū)控礦構(gòu)造的傾向、傾角均相對集中，控礦構(gòu)造的優(yōu)勢方位為近東西向和北西向兩種，近東西向構(gòu)造和北西向構(gòu)造既是導(dǎo)礦構(gòu)造又是容礦構(gòu)造。

石英脈型銅礦屬典型的后生礦床，其成礦作用方式主要有含礦熱液在控礦構(gòu)造中的充填或交代作用兩種。同時，礦體的規(guī)模大小嚴(yán)格受構(gòu)造規(guī)模大小的控制，因此，礦體規(guī)模特征可出現(xiàn)較大的變化，礦體的規(guī)模大小變化也可間接反映控礦構(gòu)造的規(guī)模大小變化。

4.2 礦床成因

從地質(zhì)環(huán)境來看，礦區(qū)位于娘娘壩反“S”型構(gòu)造的轉(zhuǎn)折部位西部，中秦嶺李壩金成礦帶的東部，成礦環(huán)境優(yōu)越，賦礦地層為泥盆系舒家壩組，該地層中金、銅元素的高背景值較高，為礦床的形成提供了主要的物質(zhì)來源。

從控礦條件分析，礦區(qū)內(nèi)礦體均受斷裂控制，主控礦斷裂帶與巖層斜交，為成礦流體形成后萃取深部巖石中的成礦物質(zhì)及為成礦流體的對流、上升提供了通道，為成礦物質(zhì)沉淀提供空間。

從蝕變特征和礦石組構(gòu)分析，礦區(qū)內(nèi)有多期的成礦作用，經(jīng)其疊加演變，使礦石由貧變富，成礦作用為由交代向充填逐漸發(fā)展的過程。

綜上所述，礦區(qū)的成礦物質(zhì)主要來自于舒家壩組地層，經(jīng)變質(zhì)作用產(chǎn)生的熱能為成礦提供了熱動力，加之地下熱水與其共同作用，為礦床形成提供了條件，成礦作用主要為交代和充填兩種方式。因此，該礦床成因類型為中低溫?zé)嵋盒停渥匀活愋鸵允⒚}型為主。