Question

长江中下游成矿带的叠加成矿

Answer 1

现以长江中下游成矿带为例，说明晚古生代海底喷流成矿系统与中生代岩浆热液成矿系统相互叠加的景象。

表9-1 中国若干叠加复合成矿系统

注：对大厂矿床的成矿过程有不同认识。*据唐菊兴，2003。

1.主要区域成矿系统：

长江中下游地区是著名的铁、铜、金、硫成矿带。元古宙及此前时期该带位于扬子陆块边缘，为变质基底形成阶段。古生代—早中生代属板块迁移及沉积盖层发育阶段。中生代初期陆-陆碰撞，构造转折，显著发育断块构造、岩浆活动和成矿作用，形成一个比较典型的大陆板内成矿带。由于区域地质构造和成岩、成矿的演化，长江中下游地区发生了不同的区域成矿系统，它们是：

（1）早古生代沉积成矿系统

早古生代沉积成矿系统主要产在寒武纪黑色硅泥岩建造中，矿化元素有U，W，Sn，Mo，Cu，Au，V，P等，多构成矿源层，有些地段形成了中小型矿床。这一成矿系统分别在断陷构造成矿带的南北边缘，古老结晶基底的外围地区。

（2）晚古生代（华力西期）热水沉积成矿系统

晚古生代（华力西期）热水沉积成矿系统主要产在早、中石炭世海底的次级洼地，代表性矿石组合为菱铁矿-黄铁矿组合，其成矿环境和成因机制可能与当时古构造地震引发的热水沉积作用有关。矿源层和矿床都沿区域性同生断裂带分布。这一成矿系统分布在长江中下游成矿带的中轴部分，广泛出露，形成相当数量的黄铁矿矿床。

铜陵地区存在喷流成矿作用的地质现象，以峙门口矿床较为明显，在铜官山、冬瓜山和新桥矿床中，也有明确的热水沉积黄铁矿层的证据。近年来蒙义峰和侯增谦等（蒙义峰等，2004）对该区的流体成矿系统作了对比研究，他们认为华力西期喷流沉积成矿系统呈面型广泛分布，不仅形成一批大中型矿床，而且对后期叠加成矿具有重要控制作用。他们以新桥矿区（图9-1）为例，论述了新桥喷流沉积成矿系统的地质依据，包括：

1）块状硫化物有特定的地层层位：块状硫化物层发育于上石炭统黄龙组的底部，介于下伏的石英质底砾岩与上覆的灰岩和白云质灰岩之间，呈似层状、透镜状和丘状与上下地层整合产出。下伏的石英质底砾岩为晚石炭世海侵的产物，上覆的灰岩为高水位体系域的浅海相沉积（洪天求等，2000），而块状硫化物层处于海侵达最大海泛面时饥饿段的位置，显示块状硫化物层形成于盆地沉降和海平面上升导致的水体较深的静水环境中，之后被快速向盆地内推进的高水位体系域碳酸盐沉积所掩埋而得以保存。块状硫化物层所占据的地层层位及反映的形成环境不仅在铜陵矿集区内十分稳定，而且在整个长江中下游成矿带均具有区域对比性。

图9-1 铜陵矿集区新桥矿床联合剖面图

（据冶金部华东冶金地质勘查局综合地质大队，1995）

1—第四系；2—下三叠统；3—上二叠统大隆组；4—上二叠统龙潭组；5—下二叠统茅口组；6—下二叠统孤峰组；7—下二叠统栖霞组；8—上石炭统黄龙组；9—上石炭统船山组；10—上泥盆统五通组上段；11—上泥盆统五通组下段；12—志留系；13—石英二长闪长玢岩；14—石英二长闪长岩

2）块状硫化物层具有典型的喷流沉积-喷气岩石组合：①块状硫化物：呈似层状、透镜状和丘状，主要由黄铁矿和胶黄铁矿组成，占总体的90%～95%，其他硫化物有黄铜矿、方铅矿、闪锌矿和辉铜矿。黄铁矿主要分布在块状硫化物层状体和透镜体的中部，而胶黄铁矿在边部占主导。②喷气岩组合：与块状硫化物层相伴，发育有铁硅质岩、菱铁矿岩、重晶石岩和硬石膏岩等典型的喷气岩组合。铁硅质岩呈深褐、棕褐色，致密块状，主要由微细粒赤铁矿、针铁矿和石英组成，常呈筒状、团块状和透镜状产于化学沉积单元的上部，其内常被后期的黄铁矿脉所穿切。菱铁矿岩分布于化学沉积单元的上部，有两种产出状态，一种呈似层状稳定分布，青灰、深灰色，以致密块状构造为主，局部可见纹层状和鲕状构造，粒径0.01～0.1 mm，除菱铁矿外常伴有方铅矿、闪锌矿及少量黄铁矿、石英等；另一种团块状、似脉状或不规则状产出，米黄色、棕色，具不同程度的重结晶现象，粒径为0.19～0.38 mm，含少量石英、铁方解石，局部伴有分散状方铅矿、铁闪锌矿、黄铜矿等，不含碳质。重晶石岩主要由粗粒重晶石组成，呈条带状、透镜状或不规则状、团块状分布于黄铁矿层及附近的页岩层中，局部构成较厚的重晶石黄铁矿层。硬石膏岩发育较少，呈透镜状和似层状分布于黄铁矿层的上部，呈灰白色他形中细粒结构，粒径0.1～0.5 mm，致密块状和条纹条带状构造，含少量的黄铁矿、黄铜矿和磁黄铁矿。

3）块状矿化物具有特定的结构构造：块状硫化物发育有胶状、碎屑状等结构及纹层状-条纹状、皱纹状、角砾状、草莓状-球粒状和含砾-粒序等构造，明显不同于热液蚀变交代或充填形成的结构构造而显示喷流沉积的特征。胶状结构由胶态和隐晶质的胶黄铁矿构成，显示快速冷却沉淀特征。碎屑结构表现为黄铁矿呈楔状、片状、板状、棱角状等各种形态的碎屑杂乱分布，碎屑间被硅质、碳泥质充填胶结，显示水热爆破震碎的黄铁矿发生再沉积的特征。纹层状-条纹状构造表现为胶黄铁矿与白云石、蒙脱石、水蛋白石呈极细的互层，或细晶黄铁矿、黄铜矿与石英互层，为远离喷口部位的静水沉积特征。皱纹状构造表现为由纹层-条纹状黄铁矿层形成的复杂揉皱构造，显示固结成岩前的重力蠕变。角砾状构造表现为黄铁矿、胶黄铁矿和砂岩构成的角砾再由黄铁矿或胶黄铁矿胶结，具有垮塌堆积特征。

块状硫化物层具有明显的沉积旋回性。块状硫化物层与泥质岩和喷气岩构成了明显的三个沉积旋回。每个旋回的下部为以黄铁矿为主的块状硫化物层，中部为蒙脱石、水蛋白石等粘土矿物与黄铁矿、胶黄铁矿构成的含黄铁矿泥质岩，常具纹层状-条纹状构造，上部为菱铁矿和铁硅质岩层，个别地点在上部还发育硬石膏岩层，构成块状硫化物→含黄铁矿泥岩→菱铁矿和铁硅质岩的完整喷流沉积旋回。因此，各个喷流沉积旋回总体上显示出，由早到晚喷流沉积的强度逐渐减弱，沉积环境由还原向氧化过渡。

（3）燕山期花岗岩-闪长岩浆成矿系统

这是本区的主要成矿系统，在长江中下游地区分布普遍，矿化强度大，形成多个大型矿床。含矿岩体侵位于古生界和三叠系、侏罗系、白垩系的沉积（火山沉积）岩石中，主要形成矽卡岩型、斑岩型、脉型和角砾岩型铁、铜、金、硫矿床，成矿时代在150～90Ma。矿床集中产在鄂东南、赣西北、安庆、铜陵、庐枞、宁芜、宁镇等矿集区。

与成矿密切相关的中酸性岩类，其成岩温度在1200℃以上，是幔源为主的岩浆经过分异、熔离和混合等作用形成，初始岩浆可能为大陆碱性玄武岩浆。主要的成岩、成矿带均沿长江深断裂带分布并与地球物理资料显示的地幔隆起带相对应。区域构造分析表明，燕山期晚期（主成矿期）本区为拉伸构造体制（张性、张剪性断裂），地壳拉伸减薄，地幔上隆。地壳拉伸和地幔上涌引起的减压作用，使上地幔流体、碱质和大量金属向幔隆区运移富集，并同化下地壳岩石形成各种岩浆岩，包括酸性组分的混熔形成花岗岩浆。丰富的金属和流体来源，普遍的高热流和断块活动，构成十分有利的金属成矿条件。在幔隆主带上深源高温岩浆及衍生矿浆等占主导地位，形成了矿浆型铁矿、矽卡岩型铜、铁、金、硫矿床和玢岩铁矿。而在旁侧的隆-坳过渡带中，则以分异较好的中酸性岩浆-热液成矿为主，形成斑岩及斑岩-矽卡岩复合型铜、钼、金、铅、锌矿床。

根据成矿的构造背景和含矿岩浆岩特点，可划分出三个成矿亚系统：以斑岩型及斑岩-矽卡岩复合型铜、铜-金矿为主的亚系统（铜陵式），以矽卡岩型和矿浆-矽卡岩复合型铁及铁、铜矿为主的亚系统（大冶式）和以玢岩铁矿为主的火山-次火山型铁矿亚系统（宁芜式）。有关情况参见翟裕生等（1992），不再赘述。

（4）风化成矿系统

风化成矿系统是上述各种成因的矿床或矿源层在新生代时期的地表风化作用过程中，经过改造成矿作用而形成的铁帽、含金铁帽、次生富集铜矿、残坡积金矿和红土型金矿等。

（5）成矿系统间的相互关系：

上述四个成矿系统间在时间上、空间上和成因上均为相互联系和相互影响，包括：①伴生（并存）关系；②过渡关系；③继承关系；④叠加复合关系；⑤主次关系。其中，在本区表现最突出的是叠加复合关系，即较晚生成的燕山期岩浆（-热液）成矿系统叠加在晚古生代热水沉积成矿系统之上，两次大的成矿事件的叠合造成了本区一大批重要的铜、铁、金矿床，如武山、城门山、冬瓜山、新桥等大型矿床。

2.两个成矿系统的叠加

研究两个成矿系统的叠加主要从其所形成的代表性矿床入手，通过层层解析该类矿床的地质、地球化学特征和形成过程，认识叠加成矿系统的实质。在长江中下游地区，两个成矿系统叠加形成的矿床最有代表性的是赋存在石炭系、二叠系和三叠系地层中的沉积-改造型矿床（复合型矿床）。其中以石炭系中产生的矿床规模较大，意义重要。

在铜陵矿集区和九瑞矿集区广泛分布有产于中石炭统黄龙组（C₂h）底部的含铜黄铁矿型矿床（层），可见到燕山期花岗岩类热液成矿系统叠加在该类矿床之上，形成叠加型多成因矿床，即层控-矽卡岩复合型或层控-斑岩-矽卡岩复合型铜、铁、硫（钼）矿床，例如新桥（图9-1）、冬瓜山（图9-2）、江西武山（图9-3）等地。这类矿床的主要地质特征是，既有岩浆热液型矿体，也有早期热水沉积黄铁矿层的证据，包括：

1）赋矿层位稳定，如武山北矿带、城门山Ⅳ矿带、铜官山的松树山、冬瓜山、新桥等矿床的含铜黄铁矿型矿体均产于中石炭统黄龙组底部。在武山、新桥等矿床已有多个范围为350～320Ma的Rb-Sr等时线年龄（黄铁矿），显示早石炭世的黄铁矿成矿期。

2）矿体呈层状、似层状产出，产状与围岩基本一致，同步褶皱。单个矿体规模大，延伸稳定，主矿体长达2000～3000 m，延深达600～700 m。

3）单一层状矿体的矿石成分较简单，主要为黄铁矿、胶黄铁矿、黄铜矿及石英，其次为菱铁矿、方解石、白云石等（如武山）。当接触变质和热液叠加强烈时，则出现较多的磁黄铁矿、磁铁矿（如冬瓜山、铜官山）。这类矿床中常出现两个成因系列的矿物，一为沉积变质系列，其矿化生成顺序为胶状黄铁矿→晶质黄铁矿→磁黄铁矿→磁铁矿；二是热液交代系列（热液叠加系列），为磁铁矿→磁黄铁矿→黄铁矿→黄铜矿（黄华盛，1990），这是由于叠加作用形成的沉积-改造型矿床的一个重要特色。

图9-2 冬瓜山矿床两套流体-成矿系统的耦合与叠加

4）矿石组构复杂，既有沉积成岩组构，如胶状、草莓状、球粒状、层纹状、条带状、块状、碎屑状等组构；又有变质组构，如变层纹状、定向变晶、三联晶等结构；还有热液充填交代形成的组构，如细脉穿插、溶蚀、交代等组构。在多个矿床的含铜黄铁矿矿石中发现残余的胶状黄铁矿矿石（如武山北矿带）。

5）围岩蚀变常见有硅化、绢云母化、高岭土化（如武山），在与岩体接触部位还有矽卡岩化（如铜陵地区）。

图9-3 武山铜矿地质图

（据赣西北地质队）

T₁—下三叠统；P₂—上三叠统；P₁—下二叠统；C₂h—中石炭统；D₃w—上泥盆统；S₃—上志留统；SK—矽卡岩；χ—煌斑岩；1—石英闪长斑岩（Qδπ）；2—花岗闪长斑岩（γδπ）；3—铁帽；4—层状含铜黄铁矿矿体；5—矽卡岩型铜矿体；6—压扭性断层；7—张扭性断层

6）沉积-改造型矿层中层纹状矿石中的石英的稀土配分曲线与岩浆岩及热液型矿石中石英的明显不同，而与赋矿层黄龙组的特征比较相似，如武山，说明这种层状矿的沉积-改造成因。

7）这类矿床中方铅矿、黄铁矿的铅同位素值相对集中，²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb约为18±0.25 ，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb约为15.5±0.25 ，都为正常铅，多数年龄以300～400Ma为主，少数为160Ma及540Ma，显示了同生沉积伴有后期热液叠加改造的特点（季绍新等， 1989）。

据蒋少涌等研究，在长江中下游成矿带的九瑞矿集区存在华力西期（石炭系底部）喷流沉积型铁-硫-铜-铅-锌-金-银块状硫化物矿石（化）。在城门山、武山、洋鸡山、白杨畈等地在地表和坑道、钻孔中均见到黄铁矿层，矿体为层状，与上下围岩有明显的界限，该层均不同程度地被后期热液流体改造。而且在矿石结构构造方面，在城门山等多个矿床的层状硫化物矿石中发现了胶状黄铁矿的残余，原来早期的胶状黄铁矿被后期网脉状硫化物所穿插交错。在该矿层中还发现角砾状黄铁矿集合体。在铷锶比值、稀土元素配分模式等方面，层状矿体中胶状黄铁矿矿石与矽卡岩型矿石中的黄铁矿有明显差别（图9-4、图9-5）。在同位素年代学方面（董平等，1995），获得武山铜矿此矿带层状矿体的硫化物Rb-Sr等时线年龄为328±21Ma。顾连兴测得该北矿带的围岩石炭纪火山岩层年龄为345±37Ma。

图9-4 武山铜矿不同成因黄铁矿的Rb-Sr 同位素特征

（据蒋少涌等，2010）

以上可说明，武山、城门山等矿床中存在两套成矿系统，即：①石炭纪海底热水喷流沉积成矿系统，形成区域性的层状硫、铁、铜、金矿体或矿胚层；②燕山期岩浆热液成矿系统：由于该时期强烈的壳-幔相互作用，多重岩浆侵位，形成大规模的岩浆-热液成矿作用，以矽卡岩型和斑岩型铁、铜、金、硫矿床为代表。在有利的地质环境中，这两类成矿作用可以叠加在一起，造成叠加成矿系统，形成多成因矿床，江西武山就是典型实例。

3.长江中下游地区叠加成矿的地质背景

长江中下游地区在华力西期为一拉张的断陷盆地，据岳文浙和业治铮等（1993）研究，北部的长江断裂带和南部的江南断裂带均为区域性同生断裂，它们控制了华力西期的沉积相和盆地的演化。同时，它们也是超压孔隙水上移的通道，在它们与北西、北东和北东东向次级断裂交汇处，常是海底的热泉口，能聚集金属硫化物。经华力西期的构造-流体活动，在区内产出了近东西向分布的黄铁矿-菱铁矿矿化带，属海底热泉沉积成因，它奠定了该区铁、铜区域成矿的物质基础，即笔者所称的华力西期沉积成矿系统。燕山期长江中下游地区的构造-热事件中，岩浆活动显著，原有的同生断裂再次活动，成为深处热流体和岩浆上升运移的一种通路。沿着断裂拉张部位就位的侵入体使围岩及原生矿（源）层产生接触热变质和热液交代。随着岩体冷却，岩浆热液与地层水混合，形成含矿流体，充填和交代原始沉积矿层，使黄铁矿、磁黄铁矿矿层转变为铜、铅、锌、钼的硫化物，形成叠加改造型矿体，其代表性矿床有铜官山、冬瓜山等。

关于长江中下游地区叠加成矿的区域地质构造背景可参见图9-6和图9-7。

从目前已知的信息看，比较多的研究者认为，在长江中下游成矿带有华力西期和燕山期两期成矿作用，而燕山期构造-岩浆活动对矿床的最终定位起主导作用。有待深入研究的问题有：①对层状黄铁矿体的成因还有不同认识（热泉成因、热水喷流成因即SEDEX型成因及其他），对其形成的地质构造环境和成矿机理有待深入研究；②层状黄铁矿体中铜、金的来源和富集作用，是同生来源，或后生来源，还是多来源，也有待深入研究。

图9-5 武山铜矿中不同成因黄铁矿稀土元素配分图

（据蒋少涌等，2010）