衡阳盆地及周缘铜多金属矿成矿系列与找矿新突破

何友宇， 南小龙， 覃金宁， 朱成生， 姜必广， 李光耀

(1.湖南省核工业地质局306大队， 衡阳 421008； 2. 中国地质调查局天津地质调查中心， 天津 300170)

成矿系列是指在一定的地质时期和地质环境中，在主导的地质成矿作用下形成的，在时间上、空间上和成因上有密切联系的一组矿床类型的组合[1]。成矿系列的划分主要以研究区与成矿作用关系密切的沉积作用、岩浆作用或变质作用为基础[1-4]。

衡阳盆地及其周缘矿产资源具有长时期、多矿种、强富集的特征，成矿作用均与中生代以来的盆地演化密切相关。

何友宇等[5-6]研究认为衡阳盆地周缘铜多金属矿床具有高幅频率低电阻率特征；王宾海等[7-8]研究认为区域性长寿-观音阁断裂与区内的Cu、Pb、Zn成矿关系密切；裴荣富等[9]认为多源构造岩浆的形成、岩浆侵入表壳的岩浆构造动力及其侵位于围岩形成的侵入接触构造体系与一定构造岩浆、一定成矿系列的成岩成矿属性密切。文献[10-12]认为衡阳盆地周缘铜等多金属矿床元素地球化学特征表明深部地壳或地幔物质参与了成岩-成矿作用。文献[13-14]表明衡阳盆地铜等多金属矿床成矿系列在时间分布式具有不连续的广谱性和高度相对集中性的特点，空间上具有明显的成矿作用选择性和矿化强度不均衡性。文献[15-17]表明在一定构造环境中可以形成一系列具有成因联系和垂向分带序列的矿床组合。

为此，现结合在衡阳盆地多年的地质找矿、科研工作的认识以及前人研究成果，提出以衡阳盆地成矿系列找矿预测方法为指导，在总结衡阳盆地及周缘主要成矿区带和多金属矿床成矿特征和成矿模式的基础上，探讨衡阳盆地铜多金属矿成矿系列和找矿新突破，对盆地内今后地质勘查找矿工作部署具有实际意义。

1 衡阳盆地地质矿产概况

衡阳盆地大地构造处于钦杭成矿带中部与南岭东西向构造-岩浆-成矿带中段北缘交汇区(图1)[18]。地层有新元古界、南华系、震旦系、寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系、第四系；岩浆岩活动频繁，具多期性。

衡阳盆地的变质基底为中元古界冷家系群和新元古界高涧群前变质岩系，沉积盖层为形成于白垩纪早期-古近纪晚期的一套红色的陆相碎屑岩。

衡阳盆地主要经历武陵运动、加里东运动、印支运动、燕山运动及喜山运动等5次大的构造运动，形成大量不同时代和期次、不同方向与规模、不同性质的断裂、褶皱、构造盆地等构造形迹[19-20]。

1为长寿-双牌深大断裂带；2为邵阳-郴州基底断裂带；3为醴陵-宁远深大断裂带；4为常德-安仁基底断裂带；5为祁阳-五峰仙基底断裂 带；6为阳明山-大义山基底断裂带图1 衡阳盆地地质简图[18]Fig.1 The geological structure map of Hengyang Basin[18]

1.1 资源特征

衡阳盆地及周缘矿产资源种类齐全，储量丰富，优势矿产多。已发现矿产66种，各类矿床、矿点876处，其中已探明资源储量的矿产51种，探明矿产地131处。代表性金属矿产如下。

(1)区内铜矿分为沉积(改造)型及热液型两类。近年来，湖南省核工业地质局306大队在盆地西北缘发现有盐田桥、黑石砣、当家冲等铜矿床，湖南省核工业地质局301大队在谭子山地段探明并扩大了谭子山重晶石-铜矿床，湖南省有色地质勘查局217队在水口山鸭公塘矿段发现了两层厚大的铜矿体。

(2)区内已发现的大中型铅锌矿90%以上分布于岩体内外接触带及其附近，如水口山铅锌矿、康家湾铅锌矿、清水塘铅锌矿、东岗山铅锌矿、留书塘铅锌矿等。

(3)区内钨矿资源主要集中在盆地东南缘岩体附近的川口钨矿田及其外围。主要有中高温热液充填交代型、石英脉型、花岗岩岩体型等矿化类型，如杨林坳钨矿床、三角潭钨矿床、毛湾钨矿床、塘江沅钨矿床等。

(4)区内岩金、矿金、伴生金均有产出，金矿类型主要有热液充填型、风化淋滤型、红土型等，金矿床主要有水口山金矿床、横江金矿、龙王山金矿、仙人岩金矿、塘家冲金矿床等。

(5)区内铀矿类型主要有沉积型、沉积改造型、花岗岩内带型和外带型等。铀矿床主要有汪家冲铀矿床、毛荷殿铀矿床、罗渡铀矿床、卧龙岗铀矿床等。

1.2 矿床类型

区内铜多金属矿床类型按成矿作用先划分为热液型、沉积型、复合成因型3大类，从成矿物质及流体来源等因素可将热液型进一步分为岩浆热液型、非岩浆热液型(构造热液充填型)(表1)。

岩浆热液型可细分为岩体型(云英岩型)、接触交代型、气热充填型(石英脉型)3个亚类。构造热液充填型根据赋矿构造围岩可划分为花岗岩内带型、花岗岩外带型、灰岩层-构造破碎带型、灰岩层-构造破碎带型及构造不整合带型5个亚类。陆相沉积型按成矿作用划分为陆相沉积成岩型和沉积改造型2个亚类。

表1 衡阳盆地及周缘主要金属矿床及矿床类型表Table 1 The main metal deposits and their types in Hengyang Basin and its periphery

1.3 时空分布

1.3.1 时间分布规律

衡阳盆地铜多金属矿成矿时代主要形成于燕山期，即燕山期成矿作用在衡阳盆地矿床形成的整个地史成矿期中具有重要意义。主成矿年龄与构造分区及矿床类型无关，与燕山期-喜山期地壳构造运动特征有关[21-24]，部分层控矿床有较大的沉积成岩期矿化年龄值，但主成矿年龄仍与后期的构造地质热事件有关。

1.3.2 空间分布规律

衡阳盆地铜多金属矿以岩浆热液型和构造热液型为主，兼有中新生代盆地沉积(改造)型矿床。成矿时间上与印支-燕山期构造岩浆活动有关，深大断裂对区内地质发展，岩浆活动、盆地形成及铜铀多金属矿的分布均有明显的控制作用(表2)。

1)水平分布规律

(1)矿床大多沿衡阳断陷盆地边缘分布。

(2)矿床(点)沿构造隆区(带)分布。

(3)铜铀矿床(点)一般分布在中新生代红层不整合面附近。

(4)深大断裂与基底断裂交汇部位是成矿储矿有利空间。

(5)铜矿床(点)主要分布于深大断裂两侧次级构造与深大断裂夹持的隆起区及断陷区，或中新生代挤压逆冲推覆构造区与伸展扩张滑覆构造区之间边缘过渡地带。

(6)中生代花岗岩体接触带与北东向断裂交切部位或花岗岩体构造接触带多是矿床点产出空间。

(7)成矿岩体为中心向外依次：高温热(气)液岩体型钨锡带→中高温矽卡岩型铜铅锌金银带→中低温热液充填型铅锌金银矿带→次生富集金矿带。

(8)高温热液石英脉型黑钨、锡矿床多沿裂隙充填于岩体内及砂、泥质的围岩中，高-中温热液充填-交代型铅、锌、铜、锡、磁铁矿分布在外接触带碳酸盐岩等围岩及裂隙中，中-低温热液交代-充填型铅、锌、金、汞等矿床多分布在碳酸盐岩以及砂、泥质岩中，稀有金属矿产多分布在白云母化、钠长石化、钾长石化、云英岩化等花岗岩体顶部，伟晶岩型稀有金属矿产多沿裂隙充填于岩体顶部及与岩体接触的砂、泥质围岩中，稀土金属矿产分布于黑云母花岗岩、钾长石化花岗岩体内。

2)垂向分布规律

(1)衡阳盆地的铜矿床在垂向上受一定层位控制，含铜层位主要有冷家溪群、泥盆纪-石炭纪碳酸盐岩地层、白垩纪-戴家坪组-第三纪车江组。

(2)衡阳盆地铜铀矿床在垂向上具有空间分带性，如水口山矿田矿床垂向分带浅部为金矿化带(龙王山、仙人岩等)，中浅部为铅锌金银矿化带(老鸭巢、康家湾等)，中深部为铁铜矿化带(老鸭巢、仙人岩)，深部为铜钼矿化带(老鸭巢、仙人岩)。

(3)长寿-双牌断裂带上的矿床由浅到深具重晶石→铅锌→铜→钨成矿垂向分带特征。

(4)部分矿田矿化类型呈现垂直分带规律，如毛湾矿床浅部为石英脉型钨矿，深部为岩体型钨矿的“上脉下体” 二元空间结构。

表2 衡阳盆地及周缘成矿(区)带一览表Table 2 List of metallogenic belts in Hengyang Basin and its periphery

(5)部分矿床呈现逆向分带结构，即高温矿物组合在浅部、低温矿物组合在深部，例如，川口矿田中的石英脉型钨矿区岩体内部是W-Mo-Bi的高温组合，下部则是Zn-Cu-Pb-S的低温组合。

(6)与构造-岩浆侵入作用有关的铜多金属成矿类型变化规律由内至外大致为：岩体内带型W-Sn-Cu-U-钠长石矿床→岩体接触外带型铀-铜-铅锌-钨-铁矿床→矽卡岩型铁-铜-铅锌(金)矿床→充填交代型铜-铅锌-重晶石-萤石矿床。

1.4 构造格局与矿床分布

衡阳盆地及周缘的盖层断裂、基底断裂及盆地周缘大规模的褶皱、穹隆构造等叠加改造形成的构造格局控制区内Cu、W、Sn、Mo、Bi、Pb、Zn等金属矿产分布。

1.4.1 断裂构造控矿特征

(1)NE向的长寿-双牌深大断裂自SW向NE依次分布有留书塘铅锌矿床、白鹤铺铜(钴)矿床、谭子山重晶石(铜)矿床、盐田桥铜多金属矿床、黑石坨铜(铁)矿床、国庆铜矿点、罗渡铀矿床、马迹铅锌矿点(图1)，形成区内沿深大断裂两侧分布的重要多金属成矿带。

(2)NW向的邵阳-郴州深大断裂带内分布有锡矿山锑矿、清水塘铅锌矿、石桥铺铅锌(铀)矿等一系列规模不等的矿床。

(3)NW向的邵阳-郴州深大断裂带与NE向的长寿-双牌深大断裂带、祁阳-五峰仙断裂带交汇处形成了留书塘大型铅锌多金属矿床(图2)。

1.4.2 穹隆构造控矿特征

衡阳盆地周边发育多个穹隆，如关帝庙穹隆、紫云山穹隆、川口隆起等。例如，关帝庙穹隆东侧与邵阳-郴州深大断裂相交地段为深部成矿热液的运移和矿体富集提供了有利的空间，其周边形成了数个规模不等的铅锌、铜、铁、铀等矿床。

1.4.3 控矿构造基本样式

衡阳盆地及周缘赋存铜多金属矿控矿构造主要有如下样式。

(1)切穿岩层(体)的构造破碎带，如柏坊铜矿。

(2)蚀变岩体顶部界面，如毛湾钨矿床、大义山锡矿。

(3)岩体内外接触带，如老鸦巢铜矿。

(4)不整合接触带，如黑石砣-盐田桥铜多金属矿(图3)。

(5)顺层间构造破碎带，如谭子山铜矿、达水塘铜矿。

(6)向斜构造凹型地层，如大田铜矿、车江铜矿等。

(7)浅(杂)色砂岩层，如车江铜矿等。

(8)含炭质浅变质砂岩层，如猪楼皂铀矿点、长乐康铀矿点。

(9)岩性转换界面(如硅钙面)，如康家湾矿床。

2 成矿系列

衡阳盆地铜多金属矿床主成矿时代为中新生代，矿床的形成与区域地质环境和地质事件密切相关，矿床成矿时代受控于燕山-喜马拉雅期内陆断块运动。据成矿系列理论，盆地及周缘一系列矿产赋存特征及分布规律分析，盆地铜多金属矿床划分为6个矿床成矿系列，13个亚系列，并归并为2个矿床成矿系列组合，如表3所示。

图2 留书塘矿区地质图及15号勘探线剖面图Fig.2 Geological map and no.15 exploration line profile of Liushutang mining area

图3 盐田桥矿区区域地质图及68号勘探线剖面图Fig.3 Regional geological map and No.68 exploration line profile of Yantianqiao mining area

2.1 与沉积作用有关的矿床成矿系列组合

2.1.1 成矿系列组合1

与第四纪表生地质作用有关的Mn (Fe)、砂金、砂锡、离子吸附型稀土元素、高岭土、砖瓦黏土、砂石矿成矿系列，可归为如下3个亚系列。

(1)花岗岩风化壳中的离子吸附型REE高岭土矿床成矿亚系列，如上堡铌钽、稀土矿等。

(2)风化淋滤作用有关的Mn ( Fe)、Au、Cu-Co矿床矿亚系列，如荫田锰矿、东山下锰矿、龙王山金矿、仙人岩金矿、白鹤铜钴矿等。

(3)砂金、砂钨、砂锡矿床成矿亚系列，如甘溪金矿、导子洲砂钨锡石矿、南岳砂锡矿。

2.1.2 成矿系列组合2

与晚三叠世-古近纪陆相沉积有关的煤、铜、石膏、芒硝、石盐、石灰岩矿床成矿系列，可分为如下3个亚系列。

(1)白垩纪-古近纪陆相蒸发沉积的石膏、芒硝-石盐矿床成矿亚系列，如茶山坳盐矿。

(2)白垩纪河湖三角洲沉积的铜、铀矿床成矿亚系列，如车江铜矿、柏坊铜矿。

(3)晚三叠世-早侏罗世碎屑岩、泥质岩有关的煤矿床成矿亚系列，如七宝山煤矿等。

2.1.3 成矿系列组合3

与下扬子及华南与晚古生代沉积作用有关的Fe、Mn、Cu、Pb、Zn、V、硫铁矿、石膏、煤、黏土、碳酸盐岩矿床成矿系列，如东山下含镍锰矿、常宁县盐湖煤田、耒阳夏塘煤田等。

2.1.4 成矿系列组合4

扬子地台与新元古代-早古生代海相沉积有关的U、石煤、V、Ni、Mo、Fe、Mn、稀土元素、铂族元素、重晶石矿床成矿系，可分为如下3个亚系列。

(1)与奥陶系黑色岩系有关的Mn矿成矿亚系列，如静云锰矿、茶潦锰矿。

(2)与早寒武世黑色页岩有关的U、Fe、V、石煤、P、Ni、Mo矿床成矿亚系列，如虎形山石煤-钒矿、礼梓钒矿。

(3)前震旦纪含硅质碎屑岩系与区域浅变质作用有关Fe、Mn、P、U、重晶石矿床亚系列，如祁东铁矿、马头山铁矿。

2.2 与构造-岩浆作用有关的矿床成矿系列组合

2.2.1 成矿系列组合1

南岭与燕山期中浅成花岗岩类有关的REE、稀有、有色金属及U矿床成矿系列，可分为如下2个亚系列。

表3 衡阳盆地及周缘铜多金属矿床成矿系列划分简表Table 3 The list of metallogenic series of copper-polymetallic in Hengyang Basin and its periphery

续表3

(1)湘南地区与燕山期壳(幔)源花岗岩类有关的Cu、W、Sn、Pb、Zn、Cu、Ag、Au、Nb、Ta、Li、Cs、REE、Ga、In、Be、Mo、Fe、B、Sb、长石、萤石及U矿床成矿亚系列，主要矿床有盐田桥-黑石坨铜多金属矿、罗渡铀矿、上堡铜锡铌钽矿、衡东县东岗山铅锌萤石矿等。

(2)水口山地区与燕山期幔源花岗岩类有关的Pb、Zn、Cu、Au、Ag、W、Mo矿床成矿亚系列，主要矿床有水口山铅锌矿、康家湾金矿、官岭-大堡铜多金属矿、灯草坪铜多金属矿、上堡铜锡矿等。

2.2.2 成矿系列组合2

江南古陆与印支期岩浆活动有关的Nb、Ta、W、Sn、Au、Ag、Mo、Pb、Zn、红柱石、刚玉、萤石矿床成矿系列；主要矿床有谭子山铜-重晶石矿、白鹤铜钴矿、川口钨矿田、双江口萤石矿、大义山万金窝锡矿、毛荷殿铀矿、清水塘铅锌矿、紫云山包金山金矿、大坪铷铌钽矿等。

3 找矿新突破

3.1 找矿突破与进展

(1)盐田桥铜矿床的突破是基于长期发展、多次活动、变形强烈的大型超壳韧性剪切带与盆缘新老地层不整合界面叠合的矿区定位。湖南省核工业地质局306大队基于黑石砣矿区内产于长寿-双牌断裂穿越区内的构造半面山顶的铁矿体，实质是金属硫化物氧化形成铁帽，其山脚的构造断面上见蓝铜矿化，推测其深部可能存在铜矿化体；在黑石砣-盐田桥两矿区5 km内一条含矿构造带中，已实施钻孔深度绝大多数在500 m以内，探获铜矿储量超过10万t，铅锌矿和钨矿数千吨，达到中型铜多金属矿床规模。

(2)湖南省核工业地质局301大队在谭子山探山岭隆起区地段的F1逆冲断裂带上盘棋子桥组灰岩层勘探重晶石矿过程中，认识了重晶石矿与铜等硫化物矿床的内在联系，不仅探明超过2 000万t重晶石矿，还在其深部灰岩层间破碎带控制7.58万t铜矿，往隆起北东端深部继续追索，有望达到中型铜矿床规模。

(3)湖南省核工业地质局306大队2013年在川口矿田毛湾矿区钨矿普查时发现新的钨矿类型-岩体型钨矿，并探明衡阳地区第一个近大型岩体型钨矿床(图4)，相继又在塘江源、白水小褶皱隆起高涧群架枧田组岩层下又控制两个中型钨矿床。

(4)白鹤铺排山矿区经北京地质研究院、湖南省核工业地质局306大队先后调研与勘查，在F1构造破碎带拐弯上盘石炭系梓门桥组中(属构造分支复合部位)发现并初步圈定和控制了5个钴矿体，预估钴铁矿石量数千万吨，钴金属量近2万t，矿体赋存近地表氧化带，是湖南少有大型稀有矿种矿床。

图4 毛湾矿区15号勘探线剖面图Fig.4 No.15 exploration line profile of Maowan mining area

除上述找矿新突外，铜矿勘查在盆地南缘鸭公塘、铜钱崖还取得了新进展，红土型金矿在衡南塘家冲有了新突破，铅锌矿在关帝庙西北西外带、常宁灯草坪也有新突破和新发现。

3.2 勘查建议

(1)基于留书塘矿床控矿构造和长寿-双牌断裂构造产状明显的不一致，以及控矿构造特征的认识，认为该矿床主控矿构造应是区域深大断裂的次级构造或者是长寿-双牌与郴州-邵阳两条深大断裂构造间联合作用形成的共轭剪切断裂构造。建议在留书塘矿床北西外围，通过深部地球物理勘查以确定长寿-双牌断裂控含矿构造深部位置，圈定铜铅锌矿新的找矿远景靶区。

(2)衡阳盆地东缘川口钨矿田高涧群架枧田组褶皱岩层褶皱隆起区下岩体顶部及接触带赋存着不同规模的石英脉型和岩体型钨矿体。根据华南花岗岩区岩体顶部为钨矿下部为铀矿的普遍规律，建议在该区寻找深部可能存在的铀矿。

4 结论

通过对衡阳盆地及其周缘铜多金属成矿系列等的研究，对提高区内铜多金属矿床成矿规律的认识、丰富与岩浆作用有关的矿床成矿系列组合及开展综合找矿具有指导意义。

(1)衡阳盆地矿床类型十分丰富，矿床类型划分为热液型、沉积型、复合成因型3个大类11个亚类。建立了衡阳盆地以铜为主的矿床成矿系列，共厘定13个成矿亚系列、6个成矿系列，归并为2个成矿系列组合。

(2)衡阳盆地铜多金属矿床分布广泛且相对集中，矿床的形成主要受区域构造演化断陷盆地阶段控制下的统一构造岩浆(火山)热液活动的制约，与深大断裂及其交会区强烈的构造-岩浆(火山)热液活动密切相关，重要矿床均分布在中新生代断陷盆地边缘，中-新生代为衡阳盆地铜铀多金属矿床的主要成矿时代。

(3)盆地内与构造-岩浆侵入作用有关的铜多金属成矿类型自岩体向外呈现岩体内带型钨-锡-铜-铀-钠长石矿床→岩体接触外带型铀-铜-铅锌-钨-铁矿床→夕卡岩型铁-铜-铅锌(金)矿床→充填交代型铜-铅锌-重晶石-萤石矿床特征。

(4)衡阳盆地及周缘大量不同时代和期次、不同方向与规模、不同性质的盖层断裂、基底断裂以及盆地周缘大规模的褶皱、穹隆构造等叠加改造的形成区内独特的构造格局。区内铜多金属矿矿产的分布大多受不同序次不同等级的构造形迹控制，显示分级控矿或复合控矿的特征。

(5)区内铜多金属矿成矿规律、盆地内及周缘找矿新突破表明衡阳盆地及周缘铜多金属矿找矿方向应集中于：①岩体外接触带；②深大断裂交汇部位；③斑岩体顶部；④不整合面；⑤岩性转换部位。