云南省金平县中良铜镍多金属矿床地质特征及找矿标志

何正文,李宁,廉永彪

(1.云南旅游职业学院,云南 昆明 650221;2.山东省第一地质矿产勘查院,山东 济南 250014)

0 引言

金平铜镍成矿研究区属哀牢山“三江”成矿带南延,位于大理-元江-金平镁铁质、超镁铁质岩带的南东段,整体上与云南墨江金厂、元江安定及越南板幅、塔布等铜镍矿床处于同一构造岩浆成矿带[1]。中良铜镍多金属矿床位于金平铜镍成矿研究区内,前人在研究区内进行了1∶1万的地质勘查工作,基本查明了该区的地层组合、构造格局、岩浆岩、成矿地质背景及矿化特征,但由于对研究区内的成矿地质特征、成矿规律和找矿标志缺乏系统性研究,限制了对深部地质结构和进一步找矿方向的认识[2]。为此,笔者以研究区矿床地质特征、矿石类型组合和围岩蚀变特征为研究对象,分析矿床成因,总结成矿规律及找矿标志,为后续开展地质勘查任务提供依据。

1 研究区地质概况

云南省金平县中良铜镍多金属矿位于金平县城105°方位,平距约50km处,地处云南哀牢山结晶基底断块东南端、哀牢山铁-铜-钒-钛-非金属-稀有金属成矿亚区。区域上发育的NW向深大断裂具多期活动特征,基性-超基性岩浆岩沿断裂带侵入,为铜镍多金属矿提供了成矿地质条件,形成了区域铜镍铁成矿带。受区域构造的影响,区内的主断裂、变质岩、矿化带等均呈NW向分布(图1)。

1—阿龙组;2—黑云花岗岩;3—基性—超基性岩;4—断层;5—实测、推测地质界线;6—地层产状;7—铜镍矿点;8—铜矿化点;9—铁矿化点;10—勘查剖面位置及编号

1.1 地层

研究区出露地层较单一,主要为元古代阿龙组变质岩和新生代第四系。

元古代哀牢山群阿龙组,出露于研究区的大部分区域,总体呈NW—SE向展布。岩性主要为角闪斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩、黑云母片麻岩、二长片麻岩等。由于受区域构造作用的影响,岩石已发生不同程度的变质[3]。变基性—超基性杂岩体沿NW向断层侵位于阿龙组中,并普遍具铜镍矿化和磁铁矿化。

第四系主要分布于山间凹地及沟谷地带,出露面积小,为残坡积、冲积物。残坡积物主要由黑色、褐黑色腐植土、褐色含砾砂质黏土组成;冲积物由浅灰色、灰色、紫红色黏土、砂、砂砾、砾石等组成。

1.2 构造

研究区褶皱不发育,地层为总体倾向NE的单斜岩层,倾角一般25°～50°;局部地层发育揉皱构造。

研究区主要发育NW向(F1)和NE向断层(F2、F3),其中以NW向断层(F1)最为发育,是研究区重要的控岩和控矿构造[4]。

F1断层:位于研究区中部阿龙组地层中,总体走向为NW—SE向、倾向NE、倾角44°～50°,为一断层破碎带,一般断层破碎带宽5～8m,由构造角砾岩及断层泥组成。构造角砾成分主要由角闪斜长片麻岩、石英、长石等组成,角砾大小为5～12cm,可见褐铁矿化、黄铁矿化、磁铁矿化、高岭土化、绿泥石化等矿化,具蚀变现象[5]。区内残坡积物较厚、植被覆盖严重,导致断层断续出露。沿断裂带有基性-超基性杂岩侵入,其中断续分布铜镍矿点和磁铁矿矿化点。

F2、F3断层:走向NE向,该2条断层形成时间晚于F1断层,对主要控岩、控矿构造(F1)起破坏作用[6]。

1.3 岩浆岩

研究区岩浆活动强烈,岩石类型主要有基性—超基性杂岩类和花岗岩类[7]。其中,花岗岩类分布最广泛,而基性—超基性杂岩类则与研究区铜镍矿、磁铁矿的形成密切相关。

基性—超基性杂岩类主要沿F1断层侵入阿龙组地层中,呈岩脉、岩墙产出,走向与F1断层的走向一致。由于遭受强烈的变质作用,原岩的结构构造、矿物成分等均发生了较大的改变。岩石类型主要为斜长角闪岩,少量为角闪辉石岩、辉绿岩。其中,斜长角闪岩中主要矿物有:角闪石(73%),多呈不规则状或集合体,少数为自形粒状,粒径0.1～2.0mm;斜长石(15%),呈他形粒状,粒径0.05～2.50mm;辉石(4%),多呈他形细粒状,粒径0.1～0.6mm;石英(4%),呈他形粒状,粒度0.05～0.50mm;榍石(1%),呈半自形或他形粒状,粒径0.05～0.60mm;磁铁矿物呈细粒或粒状集合体均匀分散分布,粒度0.02～1.0mm。

研究区内的基性—超基性杂岩体普遍发育铜镍矿化和磁铁矿化,呈现一定的分带性。铜镍矿化主要富集于岩体上部。基性-超基性杂岩体是区内铜镍矿、磁铁矿的成矿母岩。

花岗岩类广泛分布于研究区西南部,成岩时期为燕山晚期[8]。岩性主要为中-细粒黑云花岗岩,灰白、浅灰色,局部肉红色;变余花岗结构,片麻状构造;可见伟晶岩脉穿插于其间;主要矿物成分为钾长石(30%～45%)、斜长石(25%～30%),石英(25%～35%),黑云母(1%～5%)。副矿物主要有磁铁矿、锆石、褐帘石及少量钛铁矿等[9]。经岩石化学特征研究(表1)表明,该岩体属于铝过饱和的钙碱性系列I型花岗岩,岩石糜棱岩化作用较强烈,经变形-变质作用的改造,化学成分具有不均一性特点,属板内花岗岩环境。

表1 岩浆岩化学成分分析测试结果表 单位:%

1.4 地球物理特征

根据磁法测量数据分析,研究区共圈定6个异常,其中异常C04、C05和C06具有一定的找矿意义(图2)。

1—阿龙组;2—基性—超基性岩体;3—实(推)测断层及编号;4—磁铁矿化点及编号;5—铜镍矿点;6—铜矿化点及含量;7—异常编号

C04磁异常位于F1主断裂两侧,异常以强磁正异常为主,两侧局部出现相对较低负磁异常,多个异常浓缩中心呈串珠状沿断裂构造分布,正异常值较高,规模较大,长约2900m,宽约250～650m,负极值达-234nT,正极值为305nT。异常区出露地层为阿龙组,异常边缘发育变基性—超基性杂岩体,F1断层从异常区通过。结合C04异常所处的地层、岩性以及磁性特征,推测C04磁异常可能为隐伏基性—超基性杂岩体引起[10],磁性体规模较大,埋藏深度较浅。

C05磁异常处于阿龙组和变基性—超基性杂岩体的接触带上,主断裂F1北东侧,北西端与C04异常相接,呈带状,展布方向为NW—SE向;由3个正负交替异常组成,长约1.2km,宽约0.36km;正负极值接近,负极值达-604nT,正极值为628nT;正负交界处梯度大,中间部分梯度变小。经分析,推测C05大范围背景异常应为黑云二长片麻岩自身磁性矿物增多所引起的,而3个正、负交替异常是由于变基性—超基性杂岩体內外接触带或热接触变质作用所导致的磁铁矿富集引起的。

C06磁异常区处于研究区东南端,出露地层为阿龙组,F1断层从附近通过。异常呈带状,沿NW—SE向展布,以正值为主,周围被负异常环绕。异常幅值强,规模大,正、负异常交替,呈串珠状分布。在异常周边分布变基性—超基性杂岩体,并已发现一个铜镍矿化点。

1.5 地球化学特征

1∶1万土壤地球化学测量显示,Cu、Ni、Co元素在变质岩、花岗岩地区含量较低,在变基性—超基性杂岩零星出露地段出现明显富集,说明Cu、Ni、Co元素异常是由变基性—超基性杂岩引起的。通过化探测量,研究区共圈定Cu、Ni综合异常4个,编号Z01～Z04(图3)。

1—阿龙组;2—燕山晚期花岗岩;3—断层及编号;4—探槽及编号;5—岩层产状;6—实(推)测含矿(铜、镍)变基性岩体;7—土壤化探铜元素异常及编号;8—勘探线位置及编号;9—铜镍矿化点;10—铜矿化点;11—铁矿化点

Z01综合异常位于研究区北西部,呈条带状分布,长轴方向158°,与NW向构造带一致,异常面积约0.2km2,铜元素含量50×10-6～287×10-6,镍元素含量52×10-6～350×10-6。镍异常出现三级分带,浓集中心明显,规模较大,铜、镍异常套合较好。异常区对应地质体为变基性—超基性杂岩,其控制了异常分布。

Z02综合异常位于研究区中部,由4个孤岛状异常组成,呈串珠状分布,长轴方向125°,与NW向构造带一致,异常面积约0.5km2,铜元素含量50×10-6～352×10-6,镍元素含量52×10-6～322×10-6。铜异常浓集中心明显,规模较大,铜、镍套合较好。异常区出露有变基性—超基性杂岩,推测异常与隐伏变基性—超基性杂岩体有关。

Z03综合异常位于研究区南东,由2个孤岛状异常组成(北西侧异常未圈闭),呈串珠状分布,长轴方向109°,与NW向构造带一致,异常面积约0.76km2,铜元素含量50×10-6～5876×10-6,镍元素含量52×10-6～1159×10-6。异常出现多级分带,浓集中心明显,规模大,峰值高,铜、镍套合好。异常区零星出露变基性—超基性杂岩,经探矿工程查证为矿致异常。

Z04综合异常位于研究区东部(东侧未圈闭),铜元素含量50×10-6～246×10-6,镍元素含量52×10-6～251×10-6。铜异常浓集中心明显,铜、镍套合较好,异常区出露变质岩,推测异常与隐伏的变基性—超基性杂岩体有关。

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

研究区已发现的矿体主要为铜镍矿体和铁矿体。

铜镍矿体主要分布于研究区东南部,赋存于沿NW向断层F1侵位的变基性—超基性杂岩体中(图4)。圈定的工业矿体主要有V1,矿体埋深在地表至地下300m的范围内,标高在1200～1400m之间,矿体主要由6个浅部钻探工程控制,控制矿体长200m、斜深193m,矿体产状28°～45°(平均36°)∠30°～45°(平均38°)。控制矿体厚度11.02～46.07m,平均22.58m,厚度变化系数52.25%。Cu品位0.43%～0.75%,平均0.60%,品位变化系数21.61%;Ni 0.160%～0.333%,平均0.240%,品位变化系数29.99%;Co 0.014%～0.032%,平均0.020%,品位变化系数34.45%。

1—第四系;2—阿龙组;3—黏土、砾石、砂;4—黑云母片麻岩;5—二长片麻岩;6—辉绿岩;7—伟晶岩岩脉;8—实测断裂及编号;9—钻孔位置及编号;10—铜镍矿体;11—铜镍矿化体

铁矿(化)体呈似层状、细脉状赋存于基性岩体与黑云斜长片麻岩接触带附近的斜长角闪岩中[11]。走向NW,倾向NE,层厚0.71～7.32m,含量TFe 20.21%～40.07%、mFe 3.46%～31.28%。在钻孔及探槽中可见磁铁矿化体和钒钛磁铁矿体。

2.2 矿石类型

2.2.1 矿石结构构造及矿物组分

(1)铜镍矿:矿石自然类型主要为硫化矿,在地表可见少量氧化矿(图5a)。矿石结构构造主要为他形粒状结构,块状、斑杂状构造[12]。矿石矿物主要为黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿及白铁矿,脉石矿物主要为辉石、斜长石、绿泥石、绢云母等。矿石矿物主要呈他形粒状、细脉状充填于岩石裂隙中,并在裂隙交叉处局部富集。其中,黄铜矿嵌布粒度大小差异悬殊,少数可达2～3mm(图6a),一般为0.02～0.15mm;黄铁矿呈不规则状(图6b),多沿裂隙分布,与黄铜矿、磁黄铁矿连生,大者可达2～3mm,小者仅为0.011mm;磁黄铁矿多呈他形粒状集合体产出,星点状分布,磁黄铁矿单体粒度较细,粒径一般为0.02～0.10mm;白铁矿呈不规则粒状,沿孔洞、裂隙充填,内部具胶状环带结构,可见放射状集合体(图6c),为胶黄铁矿重结晶形成,粒径0.05～0.20mm,含量少。铜镍矿品位总体偏低,属贫—超贫铜镍矿,矿石工业类型为基性—超基性岩铜镍矿。

a—铜镍矿体野外形态;b—磁铁矿带状分布野外形态

a—黄铜矿呈他形粒状星散分布;b—黄铁矿呈他形粒状及不规则状分布于磁铁矿中;c—白铁矿呈片状集合体分布于胶结物的空洞及裂隙中;d—钒钛磁铁矿呈板状集合体分布

(2)铁矿:矿石自然类型主要为磁铁矿石、钒钛磁铁矿石(图5b),含少量镜铁矿石和褐铁矿石[13]。矿石结构构造主要为他形—半自形粒状结构,稀疏浸染状构造[14]。矿石矿物多为磁铁矿、钒钛磁铁矿(图6d),次为黄铁矿、锐钛矿、褐铁矿,偶见黄铜矿,脉石矿物主要为角闪石、黑云母、斜长石。矿石矿物均呈他形—半自形细粒状、星散浸染状分布于非金属矿物粒间及裂隙中[15];磁铁矿分布不均,颗粒较细,粒径一般为0.05～0.20mm;锐钛矿粒径一般为0.03～0.10mm;褐铁矿多环绕黄铁矿分布,具胶状环带构造;黄铜矿多分布于非金属矿物粒间,具穿插交代黄铁矿现象,粒径0.01～0.05mm,黄铜矿穿插交代黄铁矿及磁铁矿,显示黄铜矿晚于黄铁矿及磁铁矿形成。铁矿石品位总体偏低,属贫--超贫铁磁铁矿,矿石工业类型均为需选磁性铁矿石。

2.2.2 矿石化学成分

铜镍矿石中主要有益组分是Cu,含量为Cu 0.43%～0.75%,平均0.60%。可供综合利用的伴生有益组分为Ni和Co,含量为Ni 0.160%～0.333%,平均0.240%;Co 0.014%～0.032%,平均0.020%。有害组分为As、F、Zn等,含量甚微。

铁矿石主要有益组分是Fe,其中TFe 13.74%,mFe 10.16%,磁性铁占全铁总量的73.95%。可供综合利用的伴生有益组分为V2O5、TiO2、S,含量为S 4.94%～25.36%(普遍>8%),V2O50.22%～0.33%,TiO24.61%～7.47%(普遍>5%)。有害组分为P、As等,含量甚微。

2.3 矿体围岩蚀变特征

铜镍矿体主要赋存于辉绿—辉长基性岩体上部,近矿围岩普遍具蚀变现象。顶板为黑云斜长片麻岩及铜镍矿化基性岩,呈侵入接触,界线清晰;底板为铜镍矿化基性岩,呈渐变过渡;近矿围岩发育硅化、褐铁矿化、混合岩化、黄铁矿化、绿泥石化、绿帘石化、绢云母化、铜镍矿化等蚀变,其中硅化、黄铁矿化(地表为褐铁矿化)与铜镍矿关系密切。

铁矿体呈层状、似层状产于黑云斜长片麻岩和基性—超基性侵入斜长角闪岩、辉石岩接触部位,顶板岩石为黑云斜长片麻岩,底板岩石为斜长角闪岩、辉石岩;近矿围岩发育硅化、褐铁矿化、混合岩化、黄铁矿化、绿泥石化、绿帘石化、绢云母化等蚀变,其中绿泥石化与铁矿关系密切[16],在矿体与围岩、矿体之间的夹层或矿体之中的夹石等接触处,均有明显的绿泥石化蚀变,其强烈程度与矿体的厚薄成正相关关系。

3 矿床Ar同位素定年

应用40Ar/39Ar法对研究区侵入岩(辉石岩、辉长岩)进行了全岩年龄测定,年龄测定由桂林地质矿产研究院进行。计算得出侵入岩体时间为(172.35±2.5)～(163.63±3.29)Ma之间,相当于燕山期的中侏罗世,与Ali等[17]报道过的年龄值一致,这一年龄值可能反映了在177～135 Ma期间拉萨板块与羌塘印支板块之间的会聚碰撞事件。推测该区成矿是中侏罗世期间一次热事件作用的结果,该构造热事件以燕山造山期(190～90 Ma)的基性—超基性岩浆侵入作用为特征。

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床成因

通过对矿床地质特征、岩石薄片及矿石光片鉴定结果的分析表明,金属组分在岩浆初期,由于温度、压力较高,岩浆呈熔融状态,在重力作用和动力作用下,岩浆发生分异和聚集,挥发性组分易挥发,物质发生活化迁移和重新沉淀。绿泥石化、绿帘石化、绢云母化等蚀变矿物的出现说明岩浆在冷凝过程中,挥发性组分卤素元素的活动十分强烈,容易形成物质迁移。金属硫化物与含水的硅酸盐矿物(如绿泥石、绿帘石和绢云母等)共生,同样也说明研究区岩浆热液作用导致的岩浆活化迁移与岩浆期后构造热事件有关。热液蚀变岩石及共生的蚀变改造硫化矿石的40Ar/39Ar同位素定年结果表明,中良铜镍矿床具有明显的热液流体改造特征,该热液改造作用可能与侏罗纪作用于该地区构造热事件有关[18]。构造热事件的热液流体渗入到构造裂隙中对原有的基性—超基性侵入岩体及硫化矿物进行改造,加之受到区域变质作用、交代作用、混合岩化等变质作用的影响,形成了稀疏浸染状、块状、斑杂状充填的矿石类型。

研究区主要含矿岩石原岩为辉长--辉绿岩,岩矿体为复合岩体,岩浆多次侵位,含矿岩体与晚期基性—超基性岩体关系密切,分异程度越好,越容易成矿。通过化学分析显示该区基性程度越高的岩石铜镍含量越高,基性—超基性岩浆在沿NW向断层侵位过程中,温度、氧逸度、硫逸度的变化,对铜镍硫化物和钛铁氧化物的形成起控制作用[19]。随着温度、压力、浓度、氧逸度、硫逸度等条件的改变,岩浆开始发生结晶分异和熔离作用。在岩浆冷凝初期,岩浆高温、高的氧逸度条件下,岩浆通过氧化作用形成的钛铁氧化物先结晶分离出来,形成钒钛磁铁矿床,类似于四川攀枝花钒钛磁铁矿床;随着岩浆温度、氧逸度逐渐降低到一定程度,硫逸度增大,挥发性组分减少,Cu、Ni、Co等元素与硫亲和形成的硫化物熔离出来,在重力作用下,硫化物向岩浆底部逐渐沉降,形成底部为铜矿化辉长--辉绿岩、顶部为斜长角闪岩、侵入接触界线清晰的富含铜镍的粒状、块状铜镍矿床。

在成矿以后,由于强烈的区域变质作用,岩体和矿体同时产生重组合结晶作用、变质交代作用、混合岩化和重结晶等变质作用,改变了原有的结构构造和矿物成分,形成了现有铜镍矿床和磁铁矿床。因此,矿床成因类型属于岩浆结晶分异和熔离矿床[20]。

4.2 找矿标志

(1)岩性标志:研究区内的铜镍矿体和磁铁矿体均赋存于变基性—超基性杂岩体中,变基性—超基性杂岩是研究区内铜镍矿体和磁铁矿体的成矿母岩,可以为富矿熔浆提供部分硫质来源,促进铜镍硫化物分离富集、成矿。

(2)构造标志:研究区NW向断裂带及沿断裂带对铁质、超镁铁质基性—超基性岩浆侵入活动起着明显控制作用,是控制本地区成岩、成矿的主要因素,侵入的变基性岩体是寻找铜镍矿体和磁铁矿体的有利地带。

(3)围岩蚀变标志:研究区硅化、黄铁矿化(地表为褐铁矿化)与铜镍矿关系密切;绿泥石化与铁矿关系密切[21]。

(4)物化探标志:研究区内的铜镍矿体和磁铁矿体均赋存于变基性—超基性杂岩体中。研究区磁异常均与变基性—超基性杂岩体关系密切,磁异常可大致指示变基性—超基性杂岩体的位置和形状。变基性—超基性杂岩体出露及隐伏地段,Cu、Ni、Co、V、Ti等元素表现为土壤化探异常[22]。

(5)矿化露头标志:风化后的含矿岩石,以其特有的黄褐色区别于一般岩体的黄绿色风化壳,在地表形成松散多孔的皮壳状、蜂窝状铁帽,为直接找矿标志。

(6)植物标志:在研究区,凡“云南铜草”发育的地段,间接指示附近存在含铜变基性—超基性体。

4.3 找矿方向

中良铜镍矿床为隐伏矿体,铜镍矿体品位较低,规模为小型,矿体沿走向、倾向尚未完全控制,在研究区西南部、东部与东北部无勘查工程控制,这些地区具有中小型铜矿成矿地质条件,成矿远景可观[23]。

(1)沿NW向的F1断层是基性—超基性岩浆侵入活动的通道,亦是岩浆结晶分异和熔离作用进行的有利场所,对成岩、成矿有决定性作用。在断裂构造产状由陡变缓地方、多组构造裂隙交叉处等有利的部位易形成岩浆熔离型铜镍矿床[24]。因此,在断层、构造交会处要作为重点勘查的区域进行验证。

(2)金平铜镍成矿研究区超基性岩显著富集Cu、Ni、Co、V、Ti等元素,地球化学和岩石化学指标对超镁铁质岩中铜镍矿的成矿具有明显的指示作用,要结合物化探靶区对Cu、Ni、Co、V、Ti等元素表现出来的土壤化探异常进行深入勘查,特别是在研究区尚无工程控制的西南部、东部与东北部区域要作为下一步重点勘查的对象。

(3)要整体研究研究区各类找矿标志的内在联系,提高对研究区外围及矿床深部岩带、超基性岩体特征及成矿性的认识,在有利的部位实施钻探工程查证。结合研究区矿体地质特征、围岩蚀变特征、物化探找矿标志和矿化露头标志等,在研究区和研究区外围的变基性—超基性杂岩体,Cu、Ni元素地球化学异常区是铜镍矿体和磁铁矿体的重要地段,较为明显的硅化、黄铁矿化(地表为褐铁矿化)区域是寻找铜镍矿的重要地段;有明显绿泥石化蚀变现象,地表形成松散多孔的皮壳状、蜂窝状铁帽区域是寻找铁矿床的重要地段。

5 结论

(1)F1断层是基性—超基性岩浆侵入活动的通道,矿体主要沿F1断裂带分布,分为NW向构造带侵位的铜镍矿体和似层状、细脉状的铁矿(化)体。

(2)研究区主要成矿岩石为辉长—辉绿岩,矿床的形成受燕山期构造热事件的影响,成因为岩浆结晶分异和熔离矿床。

(3)研究区及外围的基性—超基性杂岩体,NW向分布的断裂带,Cu、Ni、Co、V、Ti等元素的土壤地球化学异常区,地表出露的皮壳状、蜂窝状铁帽是研究区重要的找矿标志。

(4)研究区位于金平铜镍成矿研究区,在区内已有白马寨、牛栏冲、新安里等多个铜镍矿床存在,在地质勘查中发现低磁性混合铁矿体、磁铁矿化体及钒钛磁铁矿体等3种类型铁矿体,说明该区具有较好的铜镍矿和铁矿找矿远景。