龙门山铜多金属矿床成矿地质条件和控矿因素

及其成因分析

邹林¹，赵晓霞²，刘忠法²，张普斌¹，疏志明³，郑明泓²

(1. 有色金属矿产地质调查中心，北京，100012；

2. 中南大学 地球科学与信息物理学院，湖南 长沙，410083；

3. 铜陵有色金属集团控股有限公司，安徽 铜陵，244000)

摘要：通过对成矿地质条件进行分析，对地层、构造、岩浆岩与成矿的关系进行探讨，对矿床形成的控矿因素及矿床成因进行分析和总结。研究结果表明：矿区内与成矿有关的地层主要为三叠系中统月山组(T₂y)含膏盐白云质灰岩和下统南陵湖组(T₁n)灰岩；控矿构造主要为月山岩体与围岩的接触带构造体系；成矿母岩主要为来自于上地幔的中酸性钙碱性燕山早期月山岩体；岩浆带来了大量的成矿流体、成矿物质和巨大的热能，是成矿的先决条件；构造为岩浆的侵位和就位以及成矿流体的运移和沉淀提供了良好的通道和场所；地层主要以其有利的岩性参与了成矿活动；矿体形态主要为透镜状、似层状，矿石组构主要为交代结构和块状、稠密浸染状构造，成矿作用主要为接触交代作用，围岩蚀变主要为石榴子石、透辉石等矽卡岩化及大理岩化，认为矿床的形成与燕山早期岩浆活动有密切关系，矿床成因属于以接触交代作用为主形成的矽卡岩型铜多金属矿床。

关键词：成矿地质条件；控矿因素；矿床成因；龙门山铜多金属矿床

中图分类号：P611.1         文献标志码：A         文章编号：1672-7207(2011)09-2783-07

Geological ore-formation conditions, controlling factors and analysis of genesis of Longmenshan Cu-polymetallic deposit in Anhui Province

ZOU Lin¹, ZHAO Xiao-xia², LIU Zhong-fa², ZHANG Pu-bin¹, SHU Zhi-ming³, ZHENG Ming-hong²

(1. China Non-ferrous Metals Resource Geological Survey, Beijing 100012, China;

2. School of Geoscience and Info-Physics, Central South University, Changsha 410083, China;

3. Tongling Nonferrous Metals Group Co. Ltd., Tongling 244000, China)

Abstract: The relationship between mineralization and strata, structure, magmatite rock of Longmenshan Cu-polymetallic deposite was researched based on the analysis of geological conditions.The ore-controlling factors and genesis of deposit were summarized. The results show that the strata concerned with mineralization are dolomitic limestone with thin layer of gypsum of middle Triassic Yueshan group (T₂y) and limestone of lower Triassic Nanlinghu group (T₁n); the ore-controlling structures are contact zone between Yueshan intrusion and wall rock, the Yueshan intrusion that hosts the mineralization originates from upper mantle in early Yanshanian is mid-acid calc-alkaline rock. The magma is the precondition for mineralization, brings a lot of metallogenic fluid, metallogenic material and enormous thermal energy. The structure provides the favorable passage and place for the emplacement of magma and migration and deposition of ore-forming fluid. The favorable lithologic character of strata also takes part in the mineralization and the orebody shapes are mainly phacoidal and stratoid. The ore fabrics are metasomatic texture and massive structure, dense impregnation structure, the mineralizing process is contact metamorphism, and the wall-rock alteration is mainly skarnization of garnet, diopside and marmarization. The formation of deposit has affinity with magmatic activity of early Yanshanian, and the genesis of deposit in this area is skarn copper-polymetallic deposit controlled by contact metamorphism.

Key words: geological conditions; controlling factors; genesis of deposit; Longmenshan copper-polymetallic deposit

安徽龙门山铜多金属矿床位于长江中下游成矿带安徽沿江地段，是贵池—安庆矿集区内著名的铜矿床。Pan等^[1-11]在成岩机制、岩体地球化学、矿床地球化学、同位素年龄、流体特征、构造变形、控矿因素、成因分析等方面对矿集区进行了大量的研究工作，认为本区岩体是由深部岩浆经过结晶分异和同化混染联合作用形成的，形成时代为136~147 Ma，岩体富碱富轻稀土元素；构造格局以北东向褶皱为主，具有多期次变形叠加和多类型构造组合的特征；矿体主要产于岩体与围岩捕虏体的接触带中；主要矿床类型为矽卡岩型矿床。迄今为止，人们对矿集区的研究较多，而对本区龙门山铜多金属矿床的研究较少。为了提高龙门山铜多金属矿床的研究程度，本文作者在野外调研的基础上，从地层、构造、岩浆岩与成矿的关系分析入手，开展了针对龙门山铜多金属矿床成矿地质条件及关键控矿因素的研究工作，结合成矿物质来源、控矿构造、矿体形态、矿石组构、成矿作用及围岩蚀变等方面的综合分析，对龙门山铜多金属矿床的成因进行探讨，以便为进一步找矿提供理论依据。

1  矿区地质特征

龙门山铜多金属矿床位于燕山早期月山岩体的北枝与三叠系中下统碳酸盐岩的接触带中。成矿岩体为中浅成、中酸性闪长岩类组合，主要由闪长岩、石英闪长岩和钾长闪长岩等组成，呈岩株、岩脉状产出。矿体的产状多倾向北西，倾角变化较大，为20°~50°；形态以透镜状、似层状为主，沿走向具分叉现象。与成矿有关的地层主要为三叠系中统月山组(T₂y)含薄层膏盐白云质灰岩和下统南陵湖组(T₁n)灰岩。控矿构造为接触带构造体系，主要矿石类型包括矽卡岩型铜矿石、矽卡岩型铁矿石、脉型硫化物矿石等。岩石矿石结构主要有自形-半自形粒状结构、它形粒状结构、交代结构、共结边结构等(图1)。矿石构造主要有块状构造、浸染状构造、脉状及条带状构造等。围岩蚀变包括石榴子石、透辉石、方柱石、绿帘石、绿泥石、蛇纹石等矽卡岩化以及大理岩化、角岩化、硅化、碳酸盐化和高岭土化等蚀变。根据矿物共生组合特征，本区成矿期次大致可分为矽卡岩期和硫化物期。其中矽卡岩期次以高温氧化条件为代表，包括石榴子石—透辉石—方柱石矽卡岩阶段、绿帘石—绿泥石—蛇纹石矽卡岩阶段、磁铁矿—镜铁矿阶段共3个阶段；硫化物期以中高温还原条件为代表，包括磁黄铁矿—黄铁矿—石英阶段、黄铜矿—斑铜矿—石英—绢云母—方解石2个阶段。

2  成矿地质条件

2.1  地层及其与成矿的关系

矿区出露的地层包括二叠系上统龙潭组(P₂l)炭质板岩和大隆组(P₂d)薄层硅质岩、含结核大理岩、三叠系中统月山组(T₂y)含膏盐白云质灰岩、下统南陵湖组(T₁n)灰岩以及上三叠统铜头尖组(T₃t)砂页岩和炭质页岩。区内矿床的产出与一定的地层层位有关，主要受控于三叠系月山组和南陵湖组地层。地层与矿体之间的这种空间关系并不完全是地层本身所造成，而主要是由于构造和岩体的侵位作用使得三叠系地层正好处于一种有利的空间位置。从地层的含矿性来看^[12]，本区地层中成矿元素的含量与地层中矿体并没有对应关系。从宏观上来看，尽管矿体主要受控于三叠系地层，但地质调查结果表明：矿体主要产在闪长质岩体与三叠系碳酸盐岩地层形成的矽卡岩接触带内及其附近，远离接触带的地层中目前尚未见到工业矿体存在。本区三叠系地层化学性质活泼，容易分解，岩石性质较脆，特别是硅化后容易破裂而产生裂隙，因而渗透性增强，有利于含矿热液流通及与有利围岩产生接触扩散交代和渗滤交代作用，为矿床的形成提供了有利的地层条件。二叠系上统龙潭组(P₂l)碳质板岩和大隆组(P₂d)薄层硅质岩由于渗透性差，对矿液起到了很好的屏蔽作用，有利于矿液的集中。由此可知：地层对成矿的控制作用主要表现在以其有利的层位、岩性以及活泼的化学性质和屏蔽层效应来影响矿质的就位、沉淀和矿体的定位。

图1  龙门山铜多金属矿床典型岩石矿石结构

Fig.1  Typical rock ore textures of Longmenshan Cu-polymetallic deposit

2.2  构造及其与成矿的关系

月山矿田总体构造格局表现为北东向褶皱和北东向、近东西向基底剪切带复合的特点。近东西、北东向的基底断裂带不但控制了月山岩体的形态，而且是形成月山岩体的岩浆自深部母岩浆房上侵的通道。月山岩体位于百子山背斜的倾没端^[8]，北东向背斜的产出状态对岩浆及其热液的运移、沉淀以及富集作用控制明显。

矿区内构造以小型断裂为主，伴有多个很小的舒缓褶曲，褶曲构造为受岩浆岩侵入影响形成的同步褶曲，舒缓转折，其中稍具规模且位于龙门山矿床上部的为铁铺岭向斜，轴向北东，长约11.5 km，宽约1.2 km；断裂构造主要有近南北向和北西向2组，距离矿床较近的有北西向断层F₄。

与成矿关系密切的构造主要为接触带构造体系，具体表现形式包括简单接触矽卡岩带(超覆构造、凹部构造、捕虏体构造、波状起伏界面、不规则界面等)、断裂接触矽卡岩带以及层间破碎矽卡岩带、层间滑脱矽卡岩带等，总体倾向北西，倾角变化较大，多为30°左右。

接触面产状变化的部位有利于接触交代作用的进行进而易于形成矿体，尤其是岩体超覆、凹部等接触带部位含矿热液流动性差，热量不易散失，更有利于接触交代作用的进行，往往形成富矿体。在印支期区域北西—南东向应力场作用下，中下三叠统地层内部层间滑动、破碎及拉张现象明显，形成层间破碎带、层间滑脱带及褶皱顶部附近的虚脱部位，为含矿热液的沉淀、聚集提供了有利的容矿空间。此外，本区节理裂隙发育，有利于矿液的运移与接触交代作用的发生，是本区脉状矿体产出的有利容矿构造部位。

2.3  岩体特征及其与成矿的关系

2.3.1  岩石学及岩石化学特征

月山岩体主要由闪长岩、石英闪长岩和钾长闪长岩等组成，多呈灰色、灰白色和灰绿色，具有中细粒半自形粒状结构。造岩矿物以斜长石为主(50%~65%，质量分数，下同)，钾长石含量相对偏高(8%~20%)，石英含量变化较大(2%~15%)；暗色矿物以角闪石为主(5%~15%)且含有少量的黑云母(≤3%)。岩体SiO₂平均含量为58.37%，岩石总碱含量(K₂O+Na₂O)平均值为7.31%，w(Na₂O)/w(K₂O)平均值为1.54；碱度率平均值为2.00，里特曼组合指数(σ)平均值平均为3.50，基本上属于一套中酸性钙碱性侵入岩。

2.3.2  岩体地球化学特征

稀土总量()平均值为262.76×10^-6，w(LREE)/w(HREE)平均值为9.94，属轻稀土富集型；δw(Eu)平均值为0.82，δw(Ce)平均值为0.84，稀土配分曲线均向右倾，几乎重合在一起，显示了较好的同源性(见图1)。岩体中Th含量明显高于维氏值，而Rb和Ba明显低于维氏值。Brown等^[13]在研究岛弧花岗岩类岩石的地球化学特征与岩浆来源时指出，来自幔源的火成岩选择性地富集Th，而且一般贫Rb和Ba，推知本区岩浆可能来源于深部的上地幔。侵入岩中含有接近碱性玄武岩的超高Sr含量, 远高于上地壳含量(350×10^-6)和下地壳含量(230×10^-6)，不可能是地壳岩石深熔或重熔的产物，也表明月山岩体可能来源于高钾富碱的地幔岩浆(见图2)。但也有Sr丰度较低者，为91.9×10^-6，表明原始岩浆在上侵过程中可能受到不同程度的地壳混染。

图2  月山岩体稀土元素分布

Fig.2  REE distribution of Yueshan rockbody

2.3.3  岩体与成矿的关系

现有矿体一般产于岩体与围岩的接触带内及其附近，矿床的形成明显与本区中酸性成矿岩体密切相关。

岩体的微量元素定量分析结果见表1。从表1可见：岩体中Cu等成矿元素含量明显高于维氏值，显示出明显的富集性；而在地层中Cu等成矿元素含量均远低于维氏值，表明本区成矿物质主要来源于岩浆。岩体与成矿关系密切，是矿区范围内与燕山期中酸性岩浆侵入活动有关的成矿作用的成矿母岩。

H-O同位素结果显示：成矿流体以岩浆水为主晚期有大气水加入^[14-15]；铅同位素结果表明：本区成矿物质绝大部分来自于岩浆^{[14, 16]}；锆石U-Pb法测定的成岩年龄为(138.7±0.5) Ma ^[4]，Re-Os法测定的成矿年龄大致为131 Ma^[17]，成矿时间稍晚于成岩活动时间。同位素测试结果显示燕山早期中酸性岩浆侵入活动与成矿作用关系密切，不仅提供了巨大的热能，而且带来了大量的成矿物质和成矿流体，对矿床的形成起主导性控制作用。

表1  微量元素含量(质量分数)

                                     Table 1  Contents of trace elements                                 10^-6

3  关键控矿因素

(1) 控岩构造：北东向、近东西向基底断裂控制了成矿岩体的侵位和就位，是重要的导岩控岩构造，是成矿的先决条件。

(2) 成矿母岩：燕山早期闪长岩、石英闪长岩、钾长闪长岩等闪长质岩类组成的中酸性岩体，其所代表的岩浆侵入活动带来了主要的成矿物质和大量的成矿流体，是矿区范围内成矿作用发生的首要条件。

(3) 地层层位：矿床的产出与一定的地层层位有关，受控于三叠系中统月山组和下统南陵湖组地层。围岩岩性、岩体侵位深度、流体演化以及物理化学条件等因素的耦合控制作用是导致矿质沉淀于岩体与三叠系中下统碳酸盐岩地层之间的主要原因。

(4) 有利岩性：三叠系中统月山组含薄层膏盐白云质灰岩和下统南陵湖组灰岩，属典型含膏盐的不纯碳酸盐岩，对成矿流体的演化以及成矿进程控制作用明显，是接触交代成矿作用发生的必备条件,同时也是矽卡岩型矿床形成最有利的围岩岩性条件。

(5) 隔挡层：二叠系上统渗透性差的龙潭组炭质板岩和大隆组硅质岩，对成矿流体的汇聚起到了一定的屏蔽和隔挡效应。

(6) 控矿构造：主要为接触带构造体系，具体表现形式包括简单接触矽卡岩带(超覆构造、凹部构造、捕虏体构造、波状起伏界面、不规则界面等)、层间破碎矽卡岩带及层间滑脱矽卡岩带等，其中富矿体的产出受接触带捕虏体构造、波状起伏界面以及超覆构造控制明显。

(7) 围岩蚀变：主要有石榴子石、透辉石、方柱石、绿泥石、绿帘石、蛇纹石等矽卡岩化，其次为大理岩化、角岩化、硅化、绢云母化、碳酸盐化、高岭土化等蚀变。整体矿化蚀变分带性从岩体到灰岩依次为：岩体—含矿矽卡岩捕虏体—岩体—含矿矽卡岩—大理岩—灰岩。具体按照岩石矿物共生组合表现为：闪长岩—矽卡岩化闪长岩—石榴子石、透辉石、绿帘石矽卡岩—黄铁矿、黄铜矿、石英—石榴子石、透辉石、绿帘石矽卡岩—矽卡岩化闪长岩—闪长岩—矽卡岩化闪长岩—石榴子石、透辉石、方柱石、绿帘石、绿泥石、蛇纹石矽卡岩—磁铁矿、镜铁矿—磁黄铁矿、黄铁矿、石英—黄铜矿、斑铜矿、石英、绢云母、方解石、高岭石—石榴子石、透辉石、方柱石、绿帘石、绿泥石、蛇纹石矽卡岩—矽卡岩化大理岩—大理岩—角岩—大理岩化灰岩—灰岩。

铜矿化主要出现于石榴子石、透辉石、方柱石、绿帘石、绿泥石矽卡岩带，其次产于矽卡岩化岩体和大理岩中。

(8) 找矿标志：大理岩化、矽卡岩化、矽卡岩化岩体、矽卡岩化大理岩、矽卡岩接触带、岩体中矽卡岩捕虏体等为本区主要的找矿指示标志。

4  矿床成因分析

从成矿物质来源来看，微量元素、铅同位素、氢氧同位素、成矿年代学等方面的特征均说明岩体与矿体之间具有密切的成因联系，是成矿物质的主要提供者。

从形成条件来看，矿体主要产于燕山早期中酸性岩浆岩与三叠系不纯碳酸盐岩之间的接触带中，远离接触带只有少量热液脉型矿化产出，符合矽卡岩型成矿的形成条件。

从矿体形态和控矿构造来看，矿体形态以小而富的透镜状、似层状为主，矿体的产出主要受控于岩体与灰岩形成的矽卡岩接触带，富矿体的产出受接触带捕虏体构造、波状起伏界面以及超覆构造控制明显，符合矽卡岩型矿床的典型控矿特征。

从矿石结构和构造来看，矿石结构以交代溶蚀、交代残余为主；矿石构造以块状、稠密浸染状、条带状、脉状为主，具有矽卡岩型矿床典型的组构特征。

从围岩蚀变及其分带来看，本区围岩蚀变强烈，主体以矽卡岩化和大理岩化为主，从中酸性岩浆岩到矽卡岩到碳酸盐岩，显示了良好的矽卡岩型矿床的分带性。

综合以上分析可以看出：矿床形成与燕山期中酸性岩浆侵入活动关系明显，矿床成因属以接触交代作用为主形成的典型矽卡岩型铜多金属矿床。

5  结论

(1) 本区成矿岩体为由闪长岩、石英闪长岩和钾长闪长岩等组成的燕山早期中酸性侵入体；围岩为三叠系含膏盐的不纯碳酸盐岩；矿体的产状倾向北西，倾角较缓，形态以透镜状、似层状为主，主要产于接触带构造体系内；矿石组构以交代结构和块状、稠密浸染状和条带状构造为主；围岩蚀变表现为强烈的矽卡岩化和大理岩化；成矿过程经历了典型的矽卡岩期和硫化物期。

(2) 岩体多呈灰白和灰绿色，具中细粒半自形粒状结构，造岩矿物主要包括斜长石、钾长石、角闪石、石英和黑云母。SiO₂平均质量分数为58.37%，里特曼组合指数(σ)平均为3.50，属典型的中酸性钙碱性岩浆岩。稀土总量平均值为262.76×10^-6，轻重稀土比w(HREE)/w(LREE)平均值为9.94，稀土配分曲线均向右倾，属轻稀土富集型；δw(Eu)平均值为0.82，δw(Ce)平均值为0.84，铕、铈亏损不明显。

(3) 燕山期中酸性岩浆侵入活动与成矿作用关系密切，不仅提供了巨大的热能，而且也带来了大量的成矿物质和成矿流体，对矿床的形成起主导性控制作用。三叠系含膏盐的不纯碳酸盐岩主要以其有利的层位、岩性、活泼的化学性质来影响矿质的就位、沉淀和矿体的定位，是形成矽卡岩型矿床的必备条件；岩体与围岩的接触带构造体系为成矿物质的运移和沉淀提供了有利的通道和空间，控制矿体的产状及规模，是成矿最重要的控制因素。

(4) 从成矿物质来源、形成条件、矿体形态、控矿构造、矿石组构、蚀变分带等方面分析论证了矿床成因，认为龙门山铜多金属矿床的形成与燕山期中酸性岩浆侵入活动关系明显，矿床成因属以接触交代作用为主形成的典型矽卡岩型铜多金属矿床。

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(编辑 陈灿华)

收稿日期：2011-03-10；修回日期：2011-05-28

基金项目：国家重点基础研究发展计划(“973”计划)项目(2007CB411405)；国家“十一五”科技支撑计划课题(2006BA01B07)；国土资源部公益性行业专项经费项目04课题(200911007-04)；国家危机办项目(20109901)基金联合资助

通信作者：赵晓霞(1975-)，女，山西朔州人，博士研究生，讲师，从事矿床地球化学方面的研究；电话：15973120500 ；E-mail: shaoyongjun@126.com