郭寧寧, 徐江嬿, 張小波, 劉俊安

(1.湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034； 2.湖北省地質(zhì)勘查基金管理中心，湖北 武漢 430071)

鄂東南礦集區(qū)位于長(zhǎng)江中下游鐵銅成礦帶西部，是該成礦帶最為重要的礦集區(qū)之一，已探明數(shù)十個(gè)矽卡巖和斑巖型鐵—銅多金屬礦床。與成礦有關(guān)的巖石類型主要為閃長(zhǎng)巖、石英正長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖、花崗閃長(zhǎng)斑巖、石英正長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖和花崗(斑) 巖[1]。

銅山口銅(鉬)礦床位于鄂東南礦集區(qū)，是一個(gè)大型的矽卡巖—斑巖型復(fù)合型礦床。成礦作用與銅山口花崗閃長(zhǎng)斑巖,以及三疊系大冶組、嘉陵江組碳酸鹽巖有關(guān),斑巖體內(nèi)部以典型的斑巖型礦化為特征,在斑巖體與碳酸鹽巖的接觸帶則出現(xiàn)典型的矽卡巖型礦化[2]。原宜昌地質(zhì)礦產(chǎn)研究所的研究人員于1976年和1981年對(duì)銅山口花崗閃長(zhǎng)斑巖開展過(guò)K-Ar測(cè)年,4個(gè)樣品給出的年齡分別為127 Ma(全巖),131 Ma(全巖),132 Ma(全巖)和146 Ma(黑云母)。2006年中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)的趙欣福采用40Ar/39Ar測(cè)得銅山口礦床成礦作用發(fā)生于約(143±0.3) Ma。2015年Xia J L最新的研究表明銅山口巖體形成于(143.5±0.45) Ma，其形成與地殼的縮短、加厚關(guān)系密切，富集地幔是其重要源區(qū)[3]。

銅山口巖體周圍存在較多的中酸性小巖體，這些小巖體是否與銅山口巖體存在一定的時(shí)代及成因關(guān)聯(lián)，目前研究并不充分。而這些小巖體可能與銅、鉬、金、鎢礦床相關(guān)。因此研究中酸性小巖體的形成與演化具有重要的理論與找礦勘探意義。

本文選取銅山口西南饒家山五處小巖體、巖脈進(jìn)行鋯石U-Pb定年，獲得了高精度的成巖年齡和巖石成因信息。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂東南地區(qū)在大地構(gòu)造上隸屬下?lián)P子臺(tái)坪(Ⅱ級(jí))、大冶臺(tái)褶帶(Ⅲ級(jí))的西端。北以襄—廣大斷裂為界與秦嶺—大別造山帶相鄰，南與江南隆起連接,西以團(tuán)風(fēng)—咸寧斷裂與梁子湖坳陷接壤，形成一個(gè)三角形構(gòu)造巖漿巖區(qū)。工作區(qū)位于鄂東南三角區(qū)中部。

1.1 地層

除缺失中、下泥盆統(tǒng)和下石炭統(tǒng)外，從寒武系至第四系均有出露。其中下三疊統(tǒng)分布廣泛，厚度大，常組成向斜核部，是區(qū)內(nèi)鐵、銅成礦最密切的圍巖(圖1)。區(qū)內(nèi)主要地層由老到新依次如下。

志留系新灘組(S1x)：灰黃、灰綠色頁(yè)巖、粉砂巖、細(xì)砂巖；巖體附近經(jīng)接觸熱變質(zhì)為變質(zhì)砂巖、變質(zhì)粉砂巖、角巖、板巖。厚度>600 m。

圖1 工作區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)圖
Fig.1 Geological and mineral map of the working area

1.白堊系靈鄉(xiāng)組；2.三疊系嘉陵江組；3.三疊系大冶組；4.二疊系上統(tǒng)并層；5.二疊系茅口組；6.二疊系棲霞組；7.石炭系黃龍組和大埔組并層；8.泥盆系云臺(tái)觀組；9.志留系墳頭組；10.志留系新灘組；11.花崗閃長(zhǎng)斑巖；12.流紋斑巖；13.石英閃長(zhǎng)玢巖；14.閃長(zhǎng)玢巖；15.透輝石閃長(zhǎng)巖；16.閃長(zhǎng)玢巖；17.石英閃長(zhǎng)巖；18.花崗閃長(zhǎng)斑巖；19.逆斷層；20.實(shí)測(cè)性質(zhì)不明斷層；21.推測(cè)斷層；22.矽卡巖；23.鐵帽；24.鐵礦；25.銅礦。

志留系墳頭組第一段(S2f1)：上部灰黃、灰白色薄—中厚層狀石英砂巖，夾灰綠、灰黃色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖；下部灰黃、灰綠色粉砂巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖，夾細(xì)砂巖薄層和砂質(zhì)條帶。第二段(S2f2)：黃綠、灰綠色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，夾細(xì)砂巖條帶。第三段(S2f3)：灰綠、黃綠色薄—中厚層狀粉砂質(zhì)細(xì)砂巖、粉砂巖及泥質(zhì)粉砂巖夾細(xì)砂巖。巖體附近經(jīng)接觸熱變質(zhì)為變質(zhì)砂巖、變質(zhì)粉砂巖、角巖、板巖。厚度約310～433 m，與下伏新灘組為整合接觸。

泥盆系云臺(tái)觀組(D2-3y)：上部紫紅色、黃褐色泥質(zhì)粉砂巖，含粉砂質(zhì)粘土巖、頁(yè)巖；下部灰色、雜色薄—中—厚層含礫石英砂巖。厚數(shù)米—十余米，與下伏墳頭組為平行不整合接觸。

石炭系大埔組(C2d)：淺灰色厚層塊狀白云巖，在巖體附近經(jīng)熱接觸變質(zhì)為大理巖。厚約10～30 m，與下伏云臺(tái)觀組為平行不整合接觸。

石炭系黃龍組(C2h)：灰色厚層狀生物屑灰?guī)r和鮞狀生物屑灰?guī)r，在巖體附近經(jīng)熱接觸變質(zhì)為大理巖。厚約41～60 m，與下伏大埔組為整合接觸。

二疊系棲霞組(P2q)：上部深灰、黑色薄—中厚層狀含燧石結(jié)核生物屑灰?guī)r、層間夾炭質(zhì)鈣質(zhì)頁(yè)巖，深灰色含燧石條帶薄層狀灰?guī)r；下部為深灰色—灰黑色中厚層狀含碳質(zhì)瘤狀生物屑灰?guī)r，不含燧石結(jié)核。在巖體附近經(jīng)熱接觸變質(zhì)為大理巖。厚度53～320 m，與下伏黃龍組為平行不整合接觸。

二疊系茅口組(P2m)：上部為厚—巨厚層狀含燧石結(jié)核或團(tuán)塊灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r；下部為深灰色燧石結(jié)核或燧石條帶薄層灰?guī)r，夾薄層含碳質(zhì)灰?guī)r、灰色厚層狀含燧石結(jié)核生物屑灰?guī)r。在巖體附近經(jīng)熱接觸變質(zhì)為大理巖。厚度可達(dá)130～170 m，與下伏棲霞組為整合接觸。

二疊系龍?zhí)督M(P3l)：主要由石英砂巖、粉砂巖及炭質(zhì)泥巖夾薄煤層組成。厚度3～8 m，與下伏茅口組為平行不整合接觸。

二疊系下窯組(P3x)：灰—深灰色中—厚層狀含燧石結(jié)核生物屑灰?guī)r。厚度可達(dá)13～31 m，與下伏龍?zhí)督M為整合接觸。

二疊系大隆組(P3d)：灰—灰黑色薄層狀硅質(zhì)頁(yè)巖、硅質(zhì)巖夾炭質(zhì)頁(yè)巖、黃綠色頁(yè)巖，中上部硅質(zhì)巖中夾灰?guī)r透鏡體。厚度2～3 m不等，與下伏下窯組為整合接觸。

三疊系大冶組(T1d)：一般以薄層狀灰?guī)r為主，在巖體附近經(jīng)熱接觸變質(zhì)為大理巖，與下伏大隆組為整合接觸，據(jù)其巖性組合特征，可劃分為四個(gè)巖性段。一段(T1d1)，巖性為頁(yè)巖夾薄層狀灰?guī)r、泥灰?guī)r，或薄層灰?guī)r、泥灰?guī)r夾頁(yè)巖，本段地層厚7～74 m；二段(T1d2)，以中厚層狀灰?guī)r的出現(xiàn)和終止為標(biāo)志，主要為中厚層狀灰?guī)r夾薄層狀灰?guī)r，或薄層狀灰?guī)r夾中厚層狀灰?guī)r，本段地層厚約39～250 m；三段(T1d3)，灰—深灰色薄—中厚層狀縫合線灰?guī)r夾薄層灰?guī)r，以薄層狀灰?guī)r為主，具縫合線構(gòu)造特征，下部夾有1～3層紫紅色灰?guī)r。本段地層厚91～422 m；四段(T1d4)，上部為灰白色微帶紅色厚層狀鮞狀白云巖，下部為厚層狀灰質(zhì)白云巖、白云巖。本段地層厚約77～150 m。

三疊系嘉陵江組(T1-2j)：主要為灰色中—厚層狀白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r夾微晶灰?guī)r、“鹽溶角礫巖”，在巖體附近經(jīng)熱接觸變質(zhì)為大理巖，據(jù)其巖性組合特征，可劃分為三個(gè)巖性段，與下伏大冶組為整合接觸，地層厚度可達(dá)720 m。一段(T1-2j1)，為灰—灰黃色、肉紅色薄層狀白云巖，具泥質(zhì)條紋特征。二段(T1-2j2)，為灰—深灰色中厚層狀灰?guī)r，具縫合線構(gòu)造，局部見泥質(zhì)條紋。三段(T1-2j3)，為灰—深灰色薄層狀鮞狀白云巖、角礫狀白云巖。

1.2 巖漿巖

以燕山期為主，次為喜山期，有三個(gè)侵入或噴出階段(燕山早期、燕山晚期、喜山早期)六次侵入活動(dòng)。形成了陽(yáng)新巖體和多處小巖體，是區(qū)域內(nèi)金屬礦床的重要巖漿源。小巖體及巖脈共有十多處，巖性有花崗閃長(zhǎng)斑巖、石英閃長(zhǎng)玢巖、石英閃長(zhǎng)斑巖及閃長(zhǎng)玢巖等。

銅山口巖體位于鄂東南礦集區(qū)中南部，靈鄉(xiāng)巖體的南緣中部。其出露形態(tài)似上大下小的蘑菇狀，略呈北西向橢圓形，中心直徑500～600 m，出露面積0.33 km2，分別由東部的銅山口巖株和西部的獅子山巖株組成，是燕山期巖漿多期次侵入的復(fù)式巖體。按侵入的先后順序，依次為花崗閃長(zhǎng)斑巖株、花崗閃長(zhǎng)斑巖脈、石英二長(zhǎng)斑巖筒和花崗細(xì)晶斑巖[4]。其中，花崗閃長(zhǎng)斑巖株是雜巖體的主體，與成礦作用關(guān)系密切。巖體內(nèi)部向圍巖蝕變分帶依次為:鉀硅化帶—絹英巖化帶—矽卡巖化帶—蛇紋石化帶—碳酸鹽化帶。

1.3 構(gòu)造

自古生代以來(lái)，經(jīng)歷了多旋回構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的演變，形成了多層次、多級(jí)別、多樣式疊加、改造的構(gòu)造格局，構(gòu)造線方向以近東西和北北東向?yàn)橹鳎螢楸睎|向和北西向。這些構(gòu)造分別控制了區(qū)內(nèi)礦田和礦床，各自起著導(dǎo)礦、配礦及容礦作用。

工作區(qū)處于殷祖復(fù)式背斜北翼之次級(jí)褶皺竹林柯向斜東段，該褶皺在區(qū)內(nèi)表現(xiàn)為一向東揚(yáng)起的寬緩向斜，走向近東西，核部地層為茅口組—棲霞組地層，兩翼為志留系地層，北翼地層向南傾，傾角25°～40°，南翼北傾，傾角15°～25°。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造北東向最為發(fā)育，其次為北西向與層間斷裂。其特征如下:

北東向斷裂 區(qū)內(nèi)單條長(zhǎng)度1.2～5 km不等，走向32°～48°，傾向南東，傾角35°～80°不等，破碎帶寬2～10 m，構(gòu)造巖在碎屑巖地層和石英閃長(zhǎng)玢巖內(nèi)表現(xiàn)為碎裂巖—碎斑巖，在灰?guī)r地層則表現(xiàn)為構(gòu)造角礫巖。破碎帶內(nèi)見多量次生方解石(脈)。

北西向斷裂 位于工作區(qū)北部，區(qū)內(nèi)長(zhǎng)度1.2 km，走向340°，傾向不明。構(gòu)造巖為斷層角礫巖，可見寬度5～8 m。

北東、北西向斷裂應(yīng)為與褶皺同期形成的共軛斷裂，斷裂形成后具有多次活動(dòng)。最明顯的表現(xiàn)為切斷了后期侵入的小巖體。

1.4 變質(zhì)作用

主要為熱接觸變質(zhì)作用和接觸交代變質(zhì)作用。

熱接觸變質(zhì)作用主要形成大理巖或角巖，是成礦作用前的變質(zhì)作用。工作區(qū)東與殷祖巖體相鄰，區(qū)內(nèi)北東部熱接觸變質(zhì)作用普遍，碎屑巖變質(zhì)為堇青石角巖類及角巖化粘土質(zhì)粉砂巖；碳酸鹽巖形變?yōu)榇罄韼r及白云石大理巖，變質(zhì)程度總體上自東向西變?nèi)酢Ｐr體邊部可見有寬10～100 m不等的大理巖帶及角巖帶。

接觸交代變質(zhì)作用在巖漿巖與碳酸鹽巖的接觸帶，形成斜長(zhǎng)石巖—矽卡巖為主的高溫接觸交代變質(zhì)巖系，與銅(鐵)、鉬礦成礦關(guān)系密切。

動(dòng)力變質(zhì)見于斷裂破碎帶中，形成的動(dòng)力變質(zhì)巖有構(gòu)造角礫巖、碎裂巖—碎斑巖等。

2 采樣區(qū)地質(zhì)特征及采樣位置

采樣區(qū)位于大冶市區(qū)南西22 km處，銅山口南西3.5 km處，為陳貴、靈鄉(xiāng)、劉仁八三鎮(zhèn)交界地段。出露地層為古生代志留系—二疊系，其中志留系與泥盆系為碎屑巖，石炭系與二疊系以灰?guī)r為主(圖2)。處于殷祖復(fù)式背斜北翼之次級(jí)褶皺竹林柯向斜東段，該褶皺在區(qū)內(nèi)表現(xiàn)為一向東揚(yáng)起的寬緩向斜，走向近東西，核部地層為茅口組—棲霞組地層，兩翼為志留系地層，北翼地層向南傾，傾角25°～40°，南翼北傾，傾角15°～25°。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造北東向最為發(fā)育，主要為F1-F4，其次為北西向與層間斷裂。

區(qū)內(nèi)巖漿巖主要為小巖體及巖脈，共有十多處，巖性有花崗閃長(zhǎng)斑巖、石英閃長(zhǎng)玢巖、石英閃長(zhǎng)斑巖及閃長(zhǎng)玢巖等，其中規(guī)模較大及有意義的共有5處。

Ⅰ號(hào)花崗閃長(zhǎng)斑巖：分布在工作區(qū)北部南山茶場(chǎng)一帶，斑巖體沿大埔組內(nèi)層間侵入，地段地表局部寬度達(dá)40 m(厚度約20 m)，上(北)接觸帶可見透鏡狀矽卡巖及銅礦化；以西另有3處沿大埔組分布的花崗閃長(zhǎng)斑巖露頭應(yīng)為同一巖脈。

Ⅱ號(hào)石英閃長(zhǎng)玢巖：位于工作區(qū)西部大王山附近，走向68°，區(qū)內(nèi)長(zhǎng)約900 m，寬50～150 m。圍巖為大埔組—棲霞組地層，沿巖體可見寬10～30 m有大理巖化帶，東端膨大部位接觸部位可見有透鏡狀鐵帽分布，鐵帽中除弱金礦化外，未見其它礦化現(xiàn)象。

Ⅲ號(hào)石英閃長(zhǎng)玢巖：區(qū)內(nèi)出露的規(guī)模最大的巖漿巖。位于工作區(qū)南緣馮家垅一帶，區(qū)內(nèi)長(zhǎng)度約3.5 km，地表寬度60～120 m，總體走向近東西，傾向北，傾角28°～35°(與地層產(chǎn)狀相近)，圍巖為墳頭組。未見明顯異常。

Ⅳ號(hào)石英閃長(zhǎng)斑巖：見人工露頭長(zhǎng)62 m，露頭近東西向展布，地表未見其它露頭，巖體形態(tài)不明。地表見含銅黃鐵礦體。

Ⅴ號(hào)石英閃長(zhǎng)斑巖：位于Ⅳ號(hào)巖體南西800 m處，近東西向展布，地表長(zhǎng)約150 m，寬60 m，巖體被北東向斷裂錯(cuò)斷。見銅元素異常。

本次工作主要對(duì)這5個(gè)小巖體、巖脈進(jìn)行采樣，在地表共采集110個(gè)鋯石樣品(圖2)。

圖2 采樣區(qū)地質(zhì)圖
Fig.2 Geological map of sampling area

1.第四系殘坡積；2.二疊系茅口組；3.二疊系棲霞組；4.石炭系黃龍組；5.石炭系大埔組；6.泥盆系云臺(tái)觀組；7.志留系墳頭組；8.志留系新灘組；9.花崗閃長(zhǎng)斑巖；10.石英閃長(zhǎng)斑巖；11.石英閃長(zhǎng)玢巖；12.閃長(zhǎng)玢巖；13.實(shí)測(cè)斷層及編號(hào)；14.推測(cè)斷層；15.采樣小巖體編號(hào)及位置。

3 分析方法

本次檢測(cè)由南京聚譜檢測(cè)科技有限公司完成，共110點(diǎn)鋯石。檢測(cè)方法為激光剝蝕電感耦合等離子質(zhì)譜(LA-ICP-MS)，使用的儀器型號(hào)為Agilent7700X。檢測(cè)依據(jù)為《巖石中鉛、鍶、釹同位素測(cè)定方法》(GB/T 17672—1999)。

4 分析結(jié)果

5處小巖體、巖脈的鋯石U-Pb定年結(jié)果見圖3。

巖體Ⅰ諧和年齡=(141.46±0.41) Ma，206Pb/238U加權(quán)平均=(141.5±1.1) Ma，為早白堊世；

巖體Ⅱ諧和年齡=(148.4±1.1) Ma，206Pb/238U加權(quán)平均=(148.5±2.8) Ma，為晚侏羅世；

巖脈Ⅲ諧和年齡=(142.5±1.0) Ma，206Pb/238U加權(quán)平均=(142.5±1.1) Ma，為早白堊世；

巖體Ⅳ諧和年齡=(140.9±0.53) Ma，206Pb/238U加權(quán)平均=(140.9±1.5) Ma，為早白堊世；

圖3 巖體I-V諧和年齡及206Pb/238U加權(quán)平均年齡
Fig.3 Concordant age and206Pb/238U weighted average age of rock mass I-V

巖體Ⅴ諧和年齡=(141.4±0.56) Ma，206Pb/238U加權(quán)平均=(141.4±1.4) Ma，為早白堊世。

5 討論

5.1 成巖時(shí)代

最近的鋯石U-Pb年代學(xué)研究表明，銅山口巖體形成于(143.5±0.45) Ma，本文的5處小巖體、巖脈的成巖時(shí)間分別為(141.5±1.1) Ma、(148.5±2.8) Ma、(142.5±1.1) Ma、(140.9±1.5) Ma、(141.4±1.4) Ma，與銅山口的花崗閃長(zhǎng)斑巖體幾乎是同時(shí)形成的,相當(dāng)于晚侏羅世—早白堊世。

5.2 成礦動(dòng)力學(xué)背景

綜合已有的資料來(lái)看，長(zhǎng)江中下游地區(qū)內(nèi)多數(shù)中酸性侵入巖具有類埃達(dá)克(adakite)地球化學(xué)特征，暗示該地區(qū)晚侏羅世末—白堊紀(jì)存在較厚的地殼。巖石學(xué)和地球物理資料均表明，晚侏羅世以來(lái)，該地區(qū)存在明顯的玄武質(zhì)巖漿底侵作用，可能導(dǎo)致地殼增厚。后來(lái)，軟流圈上涌誘發(fā)了下地殼重熔作用；同時(shí)，玄武質(zhì)巖漿底侵作用加強(qiáng)，使得玄武質(zhì)巖漿與中—新元古代下地殼重熔的巖漿混合，形成了晚侏羅世末—早白堊世的大規(guī)模巖漿活動(dòng)，并伴有大規(guī)模的成礦事件[5]。

Li et al.的研究也表明，鄂東南地區(qū)銅山口等埃達(dá)克質(zhì)巖的形成與伸展構(gòu)造背景下富集地幔巖石圈的部分熔融以及這種部分熔體的分離結(jié)晶作用有關(guān)[6]。銅山口侵入體源于富集地幔的部分熔融，成巖過(guò)程中有少量的地殼物質(zhì)混入并發(fā)生鐵鎂質(zhì)物質(zhì)分離結(jié)晶作用。強(qiáng)烈的巖石圈伸展及玄武巖漿底侵為大規(guī)模巖漿活動(dòng)提供了必要的動(dòng)力學(xué)環(huán)境，也為成礦作用帶來(lái)了豐富的熱能、流體及金屬成礦元素。

5.3 成礦及找礦意義

在銅山口及獅子山存在大型的矽卡巖—斑巖型銅鉬礦床，同時(shí)其外圍形成于同一時(shí)期的小巖體同樣具有形成斑巖型銅鉬金礦床的成礦地質(zhì)條件。

前期在地表檢查中，Ⅰ號(hào)花崗閃長(zhǎng)斑巖沿大埔組內(nèi)層間侵入，接觸帶可見透鏡狀矽卡巖及銅礦化。Ⅱ號(hào)石英閃長(zhǎng)玢巖，圍巖為大埔組—棲霞組地層，沿巖體可見寬10～30 m有大理巖化帶，東端接觸部位可見有透鏡狀鐵帽分布，鐵帽中具弱金礦化。Ⅲ號(hào)石英閃長(zhǎng)玢巖，圍巖為墳頭組，見少量黃鐵礦化。Ⅳ號(hào)石英閃長(zhǎng)斑巖，圍巖為墳頭組角巖，地表見含銅黃鐵礦體。Ⅴ號(hào)石英閃長(zhǎng)斑巖，圍巖為墳頭組角巖，見銅元素異常，礦體單工程平均品位為0.584%，厚度5.5 m。這些礦化信息都為該區(qū)提供了詳細(xì)的找礦資料。

6 結(jié)論

本文對(duì)銅山口外圍饒家山地區(qū)5處小巖體、巖脈進(jìn)行鋯石 U-Pb 年代學(xué)研究，主要結(jié)論和認(rèn)識(shí)如下:

(1) 5處小巖體、巖脈年齡分別為(141.5±1.1) Ma、(148.5±2.8) Ma、(142.5±1.1) Ma、(140.9±1.5) Ma、(141.4±1.4) Ma，與銅山口的花崗閃長(zhǎng)斑巖體幾乎是同時(shí)形成的,相當(dāng)于晚侏羅世—早白堊世。

(2) 在這5處小巖體、巖脈中發(fā)現(xiàn)褐鐵礦化、黃鐵礦化、銅金礦化等現(xiàn)象，具有形成斑巖型銅礦床的潛力，值得進(jìn)一步研究。