安徽铜陵冬瓜山铜矿床

一、大地构造单元

冬瓜山铜矿床属铜陵地区狮子山矿田的一个最主要的铜矿床。铜陵地区大地构造单元属于扬子准地台下扬子台坳中部。

二、矿区地质

（一）地层

矿区地表为第四系覆盖，上泥盆统到中三叠统（D₃w—P₂d—T₁y—T₂d）均由钻孔揭露。矿田内赋矿层位多，自石炭系—三叠系各组地层均有规模不等的工业矿体产出，冬瓜山矿床的赋矿层位为石炭系中上统黄龙组和船山组（C₂）及三叠系下统殷坑组（T₁y）。赋矿地层的主要岩性特征简述如下：

1.石炭系上统黄龙组、船山组（C₂）

该层是冬瓜山铜矿床主要矿体的赋矿部位，厚59～73m。岩性特征为：下部暗灰色厚层白云岩，底部灰褐-棕灰色由泥砂质胶结的石英细粒岩，厚3～14cm。中部为浅-深灰色中厚-厚层状灰岩。上部为灰白-浅灰色厚层状石英岩和深灰色具球状构造的石灰岩。下部变质后为灰白色白云质大理岩及白云石大理岩。中上部灰岩变质成糖粒状大理岩。变质强烈地段则分别蚀变为镁质夕卡岩及钙质夕卡岩。

2.三叠系下统殷坑组（T₁y）

本组厚110～145m。下部为青灰色薄层状泥灰岩、浅黄色钙质页岩夹薄层-中厚层及透镜状灰岩，上部以浅褐-黄褐色钙质页岩夹薄层-中厚层灰岩。顶部为灰色厚-巨厚层灰岩，厚8～30m。变质后下部为灰褐色透辉石角岩、硅质角岩，夹大理岩、透辉石石榴子石夕卡岩，底部为黑云母角岩夹长英质角岩。上部为角岩夹大理岩，或由夕卡岩、角岩、大理岩三者组成不等厚互层；顶部为白色厚-巨厚层状大理岩，与岩体接触带附近常蚀变为块状夕卡岩。

（二）构造

矿田位于大通—顺安复向斜之次一级褶皱青山背斜北东段，与铜陵—戴家汇东西向构造岩浆带的复合部位（图2-133）。背斜全长22.5km，宽约8km，为一不对称短轴褶皱，走向40°～50°，平面上呈“S”形。矿田部分背斜长约4km，轴面倾向南东，北西翼较南东翼陡，受后期叠加构造影响，—400m标高以上，背斜轴部形态复杂，呈双峰或多峰，局部向NW斜歪或倒转，—400m标高以下逐渐舒缓开阔，形态简单。在背斜轴部及南东正常翼，岩性岩相差异较大的界面，发育虚脱构造和层间裂隙构造，垂向上由下向上规模依次递减。层间虚脱构造和裂隙构造是多层矿化的重要控矿构造，尤其是与EW向及NNW向横跨褶皱的叠加复合部位成矿更为有利。

矿田内不同时期的断裂构造发育，由EW、SN、NNE和NW向断裂，构成复杂的网格状断裂构造格架，不同时期和不同方向断裂的交汇处，控制了本区岩浆的侵位和岩体的分布。

（三）岩浆岩

矿田内岩体出露面积2.5km²，单个岩体最大为0.625km²。岩浆岩体受网格状构造控制，并在不同标高互相沟通，构成长3km，宽约1km的浅成—超浅成相的网格状岩墙-岩枝系，浅部，中深部岩浆主要沿南北、北北东向断裂侵入，呈小岩枝及岩墙产出，推断深部为“母子式”复式大岩体。据Sr、H、O、S同位素组成特征（据全岩样分析结果，Sr同位素初始比值为0.7095，δ¹⁸O=9.90‰，δD=95.07‰），推断岩浆来源于地壳深部，为壳幔同熔型岩浆。K-Ar法同位素年龄147～160Ma。

侵入岩主要为钙碱性系列的石英二长闪长岩、花岗闪长岩，次为碱性系列的辉石二长闪长岩及石英二长闪长岩。晚期脉岩有闪长玢岩、花岗斑岩、花岗闪长斑岩、煌斑岩、辉绿岩。

钙碱系列侵入岩的SiO₂含量在59.01%～61.64%，碱性系列为50.81%～57.32%，其碱值均超过中国同类岩石的平均含量，且Na₂O含量大于K₂O；碱度系数[w（Na₂O+K₂O）/w（FeO+Fe₂O₃+MnO—MgO）]介于1.1～1.4（前者略高于后者）。各岩体的微量元素丰度较高，亲铜元素中以Cu、Au丰度较高，Cu在65×10^-6以上，最高达355×10^-6;Au一般在（2～10）×10^-9之间，最高达24×10^-9。

本矿田铜、金、硫矿床与岩浆岩关系密切，主要为钙碱性系列的石英二长闪长岩、闪长岩和花岗闪长岩，其次是碱性系列的辉石二长闪长岩和石英二长闪长岩。岩墙-岩枝网格所形成的封闭、半封闭构造，常为矿床就位空间。

三、矿床地质

（一）矿体特征

冬瓜山矿床平面上分布于大团山矿床之北，剖面上位于大团山的深部。

1.矿体的分布、形态、产状及规模

该矿床是狮子山矿田内赋存于C₂层位中、规模最大的矿床（图2-134）。主矿体长3000m，宽200～800m，厚度一般30～45m（在背斜轴部及岩体旁侧较厚，最厚达85m），呈似层状，作缓倾斜产出。底板为D₃w粉砂质页岩（变质为角岩），顶界可跨至栖霞组（P₁q）的下部，底界下越五通组（D₃w）顶部。矿体产状与围岩一致，形态呈鞍状，沿走向受次级隆起的影响，呈波状起伏。向北东倾伏，倾伏角6°～20°。矿体埋深—800～—900m，矿床规模为大型。

图2-133　铜陵狮子山矿田地质略图　Fig.2-133　Geological map of Shizishan ore field in Tongling

T₂t—铜头尖组；T₂y—月山组；T₂d—东马鞍山组；T₁n²—南陵湖组上段；T₁n¹—南陵湖组下段；T₁h—和龙山组；T₁y—殷坑组；ηδν—辉石二长闪长岩；ηδο—石英二长闪长岩；γδ—花岗闪长岩；γδπ—花岗闪长斑岩；ηγπ—二长花岗斑岩；M—大理岩；SKB—条带状夕卡岩SKM—块状夕卡岩；BrSK—角砾岩筒中夕卡岩；SKBr—角砾状夕卡岩；SKCu—含铜夕卡岩；Py—黄铁矿；Pr—磁黄铁矿；Gn—铁帽；青山背斜双峰褶皱轴；2—小型背、向斜轴；3—破碎带；4—断层；5—不整合界线；6—地层统界线；7—地层组界线；8—地层段界线；9—地质界线；10—大理岩化界线

2.矿石类型及矿石结构构造

矿石类型复杂。由矿体底板→顶板大致为：含铜角岩型—含铜蛇纹石岩型—含铜磁黄铁矿型—含铜黄铁矿硬石膏岩型—含铜黄铁矿型—含铜夕卡岩型，在岩体边部出现含铜石英二长闪长玢岩型。含铜蛇纹石岩型稳定分布于矿体底部，沿C₂₊₃底部层位延伸，铜矿化减弱而渐变为黄铁矿层和蛇纹石化白云岩。含铜磁黄铁矿型、含铜磁铁矿型、含铜黄铁矿硬石膏岩型、含铜黄铁矿型相间出现或缺失其中一、二种类型，分布于矿体的中上部。含铜夕卡岩型主要发育于岩体旁侧，分布于矿体的顶部和中部。

图2-134　冬瓜山铜矿58线剖面图　Fig.2-134　Section of exploratory line 58 in Dongguashan copper deposit

Q—第四系；T₁n—南陵湖组；T₁h³—和龙山组上段；T₁h²—和龙山组中段；T₁h¹—和龙山组下段；T₁y—殷坑组；P₂d—大隆组；P₂l—龙潭组；P₁g—孤峰组；P₁q—栖霞组；C₂—黄龙＋船山组；D₃w²—五通组上段；γδπ—花岗闪长斑岩；ηδο—石英二长闪长岩；ηδοSK—夕卡岩化石英二长闪长岩；ηδνBr—角砾状辉石二长闪长岩；SKBr—角砾状夕卡岩；1—破碎带；2—铜矿体

矿石构造主要为层纹状、条纹状、块状、浸染状及网脉状。矿石结构有胶状、三联嵌晶、球粒、交代充填等结构。上述矿石类型的分带及矿石的结构构造显示了本矿床具有外生和内生叠加的特征。

3.矿石物质成分

矿石矿物成分复杂，金属矿物主要有黄铜矿、磁黄铜矿、黄铁矿、磁铁矿，次有穆磁铁矿、胶状黄铁矿、白铁矿、闪锌矿、方铅矿、菱铁矿及少量白钨矿、方黄铜矿、自然金、毒砂、赤铁矿、辉钼矿等。非金属矿物主要有石榴子石、透辉石、透闪石、蛇纹石、硬石膏、滑石、石英、方解石、白云石，次要矿物为金云母、阳起石、橄榄石、硅镁石、石膏、绿泥石、绿帘石、硅灰石等。

矿石组分以Cu、S、Fe为主，伴生Au、Ag、Se、Te等金属和稀散元素。矿体平均含铜1.01%，中部较富，向南西及北东方向逐渐变贫；近岩体富而远离岩体渐贫。金平均品位0.24×10^-6，银8.67×10^-6。铜在含铜黄铁矿硬石膏岩型、含铜黄铁矿型和含铜磁黄铁矿型矿石中较富，其他类型矿石中较贫。金银主要富集于矿体中部，以含铜黄铁矿硬石膏岩型矿石中含量最高。

（二）接触变质与围岩蚀变

1.接触变质

矿田内接触交代变质和热接触变质作用十分普遍，以中部最为强烈，形成近南北向的强变质中心，向四周随远离岩体变质程度逐渐减弱。在岩体与围岩接触带的附近，以接触交代变质为主，远离接触带则以热接触变质为主。矿区自岩体至围岩接触带大致可划分为：花岗闪长岩—夕卡岩化花岗闪长岩—内夕卡岩—块状夕卡岩—层状（条带状）夕卡岩—夕卡岩化大理岩（夕卡岩化角岩）—大理岩（角岩）—石灰岩（页岩）。围岩因其物理化学性质的差异，而有不同的变质矿物。一般砂岩变质为石英岩；白云岩、白云质大理岩变质为透闪石、橄榄石、硅镁石夕卡岩；灰岩变质为大理岩，局部为钙铁石榴子石夕卡岩；杂质灰岩变质为透辉石、石榴子石夕卡岩；泥质页岩，硅质岩变质为透辉石角岩、硅质角岩，变质强烈时为透辉石夕卡岩、硅灰石夕卡岩。

2.热液蚀变

矿田内热液蚀变普遍，但分带不甚明显。主要蚀变有钾长石化、绿帘石化、绿泥石化、碳酸盐化、硅化、绢云母化、高岭土化、蛇纹石化等，其中钾长石化、绿帘石化、绢云母化、高岭土化主要发育于接触带的岩体一侧。与铜金矿化关系较密切的蚀变主要有钾长石化、碳酸盐化、硅化、蛇纹石化等。

四、成矿作用

（一）成矿条件与成矿物质的富集

1.沉积地层对铜矿化的控制作用

冬瓜山铜矿床主要赋矿地层C₂₊₃对成矿的控制作用主要有：存在有原始沉积矿层，有易被交代成矿的岩性和有利的岩性组合等三个方面。原始沉积矿层主要是中石炭世海侵初期沉积的黄龙组下部白云岩段中所夹的1～3层胶状黄铁矿层。胶状黄铁矿具草莓状、团球状结构，与白云岩相间组成层纹状构造。岩矿石微量元素Q型聚类分析，胶黄铁矿与同钻孔中的白云岩共群，也与远离岩体不含矿地层中的白云岩共群，其相关系数达90%。表明胶黄铁矿与白云岩为同时沉积。矿床内见有被交代残留的层纹状胶状黄铁矿，并出现硬石膏及少量的菱铁矿，胶状黄铁矿无疑是硫铁矿体的矿坯层。对铜矿体而言，则起到重要的沉淀剂或催化剂作用，促使岩浆期后的含铜热液交代沉淀而形成重要的铜矿体。碳酸盐岩是有利的成矿围岩，本矿区内白云岩、硬石膏层等蒸发岩，似乎比碳酸盐岩更为有利。D₃w-C₂₊₃-P₁q的岩性组合为砂页岩-白云岩（硬石膏）-灰岩-页岩，易于交代的碳酸盐岩夹于顶、底板透水性差的砂页岩中，为有利于选择交代形成矿体的成矿层位。

2.岩浆岩对铜矿化的控制作用

本矿床虽有原始沉积的胶黄铁矿层存在，但矿化主要受石英二长闪长岩体的控制，在包村及青山脚两个岩体的深部接触带，不仅C₂₊₃全层铜矿化，而且其上部P₁q灰岩及下部D₃w上段砂页岩亦部分夕卡岩化及铜矿化。岩体之间的矿体厚度增大，品位最富，厚度及品位均随离开岩体而递减变化。硫同位素δ³⁴S值也显示了逐渐降低的分带性，说明岩浆岩是矿液的携带者，为具有主导意义的矿化控制因素。

3.构造的控矿作用

构造条件对成矿、矿体局部富集起着十分重要的控制作用。矿体主要受背斜轴部和北北东向扭转变形与层间滑脱面及东西向褶皱复合控制。背斜形成过程中伴生的顺层滑脱构造，经后期构造叠加，进一步扩大而成为贮矿空间。矿床底板D₃w与顶板P₁q标高的三次趋势面，均呈北北东向，矿体南北两端隆起，为东西向叠加褶皱的反映。P₁q顶板趋势面轴向较D₃w底板轴向向北偏转较大，表明上岩层之间存在着差异滑动，层间滑脱面受到北北东向扭转复合，形成有利于矿化的虚脱空间。矿体厚度与品位的趋势面等值线，总体走向为27°和10°左右，与北北东向断裂带近于一致，说明矿化与富集受控于断裂带。陡立的断裂带、D₃w与P₁q之间的层间滑脱构造、有利的物理、化学空间是形成厚度稳定、延伸大的矿体的重要构造控制因素。

综上所述，冬瓜山矿床的成矿条件是岩浆热液携带来铜矿物质，C₂₊₃提供地球物理化学空间、硫及少部分铜源，北北东向构造应力场是矿液的上升驱动力，北北东向扭转变形和背斜轴部的滑脱面、东西向构造的复合叠加，控制了矿液的分布及富集规律。

（二）成矿期、成矿阶段的划分

本矿床矿体的形成可划分为沉积成岩期和岩浆热液作用期，以后者为主，又可进一步划分为变质、夕卡岩化、氧化物、石英硫化物4个阶段。各阶段的矿物组合和元素组合具有较明显的差异。

沉积成岩期。中石炭世早期处于潮坪洼地环境，在岩相变化部位沉积了胶黄铁矿层及硬石膏层。在沉积成矿过程中，由于细菌的参与作用，形成了具球状、草莓状结构的黄铁矿，构成了本区成矿的基本条件。

岩浆热液作用期。本区广泛发育热变质晕，在此基础上叠加后继的接触交代和热液作用。

变质阶段：岩浆侵入使围岩发生变质作用，高位大岩体是主要热源，形成了大范围的变质晕。热梯度则取决于岩体的大小和形状。泥质岩经热变质形成角岩，灰岩形成大理岩，不纯白云岩则形成铁镁硅酸盐岩石等。原生胶黄铁矿受到改造，组构由胶状-细微晶-粗晶，纹层状-条纹，条带状-块状，在成分上则由胶黄铁矿-黄铁矿-磁黄铁矿-磁铁矿。

夕卡岩化阶段：随着岩浆的降温固结和气液热液体的聚集，接触交代作用取代了热液变质作用。热液体沿断裂构造、接触带、层间滑脱构造等活动，当热流体沿层间与钙镁质岩石发生交代作用，可形成层间夕卡岩，黄龙组底部白云岩段则生成镁夕卡岩。早期形成的镁橄榄石、透辉石，受后期热液影响常见金云母、蛇纹石、滑石等，随温度降低，H₂O作用的增大，橄榄石向滑石、蛇纹石转化。热流体与灰岩交代则形成由石榴子石和透辉石组成成分简单的钙夕卡岩。层状夕卡岩的发育程度基本上取决于三个条件：含SiO₂的高温热液，以提高必要的SiO₂来源；有良好的空隙度和渗透率的易交代岩性；上、下层中有不透水层，以限制热液液体沿透水层作横向流动与围岩交代。

氧化物阶段：该阶段为高fo₂低fs₂环境，主要标志矿物为磁铁矿及含水硅酸盐类矿物，磁铁矿可构成独立的矿石自然类型，热液中K₂O增加则出现金云母，热液碳酸岩矿物，主要为方解石及少量铁方解石或菱铁矿。

石英硫化物阶段：为主要成矿活动阶段，含矿热液沿有利构造部位上升，由于温度降低，硫质加入和地层水等外来溶液的混合，促使成矿物质的络合物不稳定而沉淀。在还原条件下，含铜物质在磁铁矿、石榴子石等矿物中沉淀下来。矿物晶出的顺序主要为辉钼矿-磁黄铁矿-黄铁矿-黄铜矿-闪锌矿-方铅矿。其中磁黄铁矿、黄铁矿、黄铜矿具多期性。伴生的蚀变矿物主要有石英、方解石、绿泥石、绢云母、蛇纹石、滑石、金云母、钾长石等。硫化物除浸染于夕卡岩及硬石膏夹层中外，在夕卡岩之外尚形成大量块状硫化物矿石。自岩体向外，磁黄铁矿-黄铁矿有互为消长的趋势，黄铜矿也随之相应递减；在垂向上，自下而上为角岩（或蚀变石英二长闪长岩）—滑石蛇纹岩—磁铁矿-块状硫化物（±硬石膏）—石榴子石夕卡岩（±硬石膏）。黄铜矿化主要分布于滑石蛇纹岩至石榴子石夕卡岩中，次为角岩或蚀变石英二长闪长岩。

（三）成矿物质和含矿流体来源

根据矿床和稳定同位素地球化学特征，本区铜矿成矿物质主要与岩浆作用有关，主要依据如下：

1.冬瓜山铜矿床中黄铜矿与石英二长闪长岩，区域黄龙组（C₂h）白云岩中微量元素Q型聚类分析谱系图，表明黄铜矿与石英二长闪长岩相关，而与赋矿围岩白云岩关系不密切。

2.冬瓜山铜矿床中方铅矿的铅同位素组成较均一，²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb为18.032～18.271,²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb为15.648～15.592,²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb为38.030～38.610，斯塔夫法计算的模式年龄与岩浆岩侵入年龄相近。

3.本区C₂h底部沉积的胶状黄铁矿层含铜0.1%左右，有微量黄铜矿共生。C₂h铜元素的丰度值为18μg/g，低于区域背景值。

4.据Cu品位筛分结果，代表岩浆岩来源的B总体占90%，代表地层来源的A占10%，即90%的Cu来源于岩浆热液。

关于含矿流体来源，冬瓜山铜矿床石英硫化物阶段中，矿物流体包裹体的氢同位素组成特征，石英δD_H2O为—86.3‰～—94.3%o，δ¹⁸O_H2O为＋3.4‰～＋7.6‰，接近泰勒提出的岩浆水数，代表本区岩浆热液范围。矿石中胶状黄铁矿和方铅矿的氢氧同位素，δD_H2O为—133.2‰和—139.1‰，δ¹⁸O_H2O为—17.9‰和—18.6‰，代表沉积时期及晚期热液的产物。由此认为，成矿流体早期以岩浆水为主，后期有地层水加入。含矿流体为有地下水混入岩浆水的混合循环液，成矿溶液pH值为4.91～6.26，早期偏碱性。

图2-135　安徽铜陵狮子山矿田成矿模式　Fig.2-135　Metallogenetic model of Shizishan ore field in Tongling area

T₂d—东马鞍山组；T₁n—南陵湖组；T₁h—和龙山组；T₁y—殷坑组；P₂d—大隆组；P₂l—龙潭组；P₁g—孤峰组；P₁q—栖霞组；C₂—黄龙＋船山组；D₃w²—五通组上段；S—志留系；ηδο—γδ-钙碱性系列；1—角砾岩筒；2—夕卡岩化范围；3—铜（金）矿体；4—钼矿体；5—银（金）矿体；6—黄铁矿矿体；7—细脉浸染型铜矿化；8—含铜石英脉；9—成矿元素；10—岩浆气液；11—地层水及天水；12—成矿流体；13—推测岩浆房；14—沉积黄铁矿层；15—沉积钼富集层；①—冬瓜山Cu、S、Fe、Au；②—大团山Cu（Au、S）；③—斑岩型铜矿化

（四）成矿温度和压力

冬瓜山矿床各成矿阶段的包裹体测温资料为：

夕卡岩阶段：石榴子石爆裂温度410～425℃；氧化物阶段：石英均一法为350～400℃，磁铁矿爆裂温度为300～365℃。硫化物矿物以硫同位素平衡计算温度：黄铁矿-黄铜矿矿物对计算温度201～434℃，磁黄铁矿-黄铜矿矿物对为190～372℃。上述测温结果显示温度区间大，表明成矿时间长，热液阶段合理的成矿温度为400～200℃。

（五）矿床成因类型

鉴于成矿作用有一定的沉积物质基础，矿化主要发生在夕卡岩化之后的岩浆热液石英硫化物阶段，受层位控制特别明显，故将其成因类型确定为层控夕卡岩型。

（六）成矿模式

狮子山矿田按赋存层位，由下而上有冬瓜山、花树坡、老鸦岭、大团山、狮子山、胡村后山、鸡冠石等矿床。各矿床虽产出层位不同，但均受统一的构造、岩浆岩等因素所控制，形成“多位一体”或称“多层楼”式矿田模式（图2-135），由热液脉型、角砾岩筒型、层控夕卡岩型、夕卡岩型等组成。冬瓜山矿床代表了位于“多层楼”模式下部的层控夕卡岩型矿床。综观狮子山矿田的成矿模式具有以下主要特点：

1.成矿主要受同熔型钙碱性中酸性岩控制，岩体浅部呈小岩枝及岩墙-岩枝状，深部为大岩体。

2.构造在垂向上有较明显的分带现象，自深部到浅部为层间滑脱构造-接触带-角砾岩筒-断裂构造，不同构造相应控制了不同形态的矿体。

3.成矿围岩主要为C₂₊₃—T₁h，不同的物理化学性质的岩石和岩层界面，为赋矿的有利层位。

4.矿体以层状-似层状形态产出为主，成矿元素以Cu为主，各类型矿床间的元素组合尚有差别。

5.矿质主要是岩浆作用的产物，含矿液体为岩浆水和地下水混合成矿液，含矿流体的驱动力主要是与岩浆侵入作用有关的热源。

五、找矿标志

（1）围岩蚀变标志：地表发育大理岩化、角岩化及夕卡岩化。硅化、钾长石化、滑石、蛇纹石化则是近矿围岩蚀变的重要标志。

（2）物化探标志：高重力（9.5×10^-5～12×10^-5m/s²）、中磁力（400～500nT）及低电阻率、高激化率等多种异常的叠加分布，高浓度分布的Cu元素与Ag、Pb、Zn、Mo、Co、Bi等元素组成的次生晕组合异常，是重要的物化探找矿标志。纵向发育程度远胜于横向的Cu原生晕，是层控夕卡岩型（冬瓜山）矿床的找矿标志。

（3）运用成矿系列的概念和狮子山矿田的成矿模式指导找矿。