太行山南段桃园铜矿地质特征及成矿作用.pdf
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1、Geological Characteristics and Mineralization of Taoyuan Copper Deposit in South Part of Taihang Mountain太行山南段桃园铜矿地质特征及成矿作用耿国建1,马宝军1,申方乐2GENG Guo-jian1 MA Bao-jun1 SHEN Fang-le21.河北地质大学,河北 石家庄 050031;2.河北地质大学华信学院,河北 新乐 0507001.Hebei GEO University,Shijiazhuang 050031,China;2.Huaxin College of Hebei
2、GEO University,Xinle 050700,China来稿日期:2023-05-11 DOI:10.13937/ki.hbdzdxxb.2023.04.011作者简介:耿国建(1988),男,河北冀州人,博士,从事矿田构造及显微构造变形研究。E-mail:。通讯作者:马宝军(1975),男,河北易县人,博士、教授,从事矿田构造及物理模拟研究工作。E-mail:bjm_。摘要:桃园铜矿位于太行山南段赞皇幔枝构造的西侧,其周边地区先后发现了铜矿床(点)达 30 余处。由于桃园铜矿的研究程度相对较低,对其成因和成矿模式还没有清晰的认识。为进一步探讨矿床成因,以现代矿床理论为基础,通过野外
3、地质调查和锆石 U-Pb 定年等手段对桃园铜矿做了进一步探讨,并得出以下认识:桃园铜矿的成矿物质主要来源于辉绿岩脉、次玄武岩和甘陶河群南寺掌组变质砂板岩;主要控矿构造为次玄武岩、变质砂板岩等岩性中节理、裂隙;热源来自深部隐伏的中生代岩浆热液活动,由此可以确定桃园铜矿属于中生代热液型矿床。另外,结合矿区地球化学异常特征及矿点位置的分布,得出银河铺虎寨口和白鹿角桃园槐树庄一带,有很大的找矿前景。关键词:幔枝构造;桃园铜矿;锆石定年;铜矿成因;成矿前景中图分类号:P611 文献标识码:A 文章编号:1007-6875(2023)04-0090-11Abstract:Taoyuan copper de
4、posit is located in the west side of Zanhuang mantle branch structure from the southern part of Taihang Mountain.More than 30 copper deposits(points)have been discovered in the surrounding area.Because of the relative low degree researches,there is no clear understanding of its origin and metallogen
5、ic model.In order to further explore the origin of the copper deposit and summarize the regularity of mineralization,the Taoyuan copper deposit is further discussed in this paper by means of field geological survey and zircon U-Pb dating on the basis of modern deposit theory,and the following conclu
6、sions are drawn:the ore-forming materials of Taoyuan copper mainly come from diabase dike,sub-basalt and metamorphic sand slates of Nansizhang Formation in Gantaohe Group;the main ore-controlling structures are joints and fissures in sub-basalt and metamorphic sand slates;the heat comes from deep Me
7、sozoic magmatic hydrothermal activity.Therefore,it can be concluded that Taoyuan copper deposit belongs to Mesozoic hydrothermal type deposit.In addition,combined with the geochemical anomaly characteristics of the mining area and the distribution of mineral location,it is concluded that YinhepuHuzh
8、aikou and BailujiaoTaoyuanHuaishuzhuang areas have great prospecting prospects.Keywords:mantle branch structure;Taoyuan copper;zircon dating;origin of copper;metallogenic prospect0900 引言太行山是华北克拉通中部典型的南北走向山脉,自北向南呈现出蔚县坳陷阜平隆起井陉坳陷赞皇隆起武安坳陷相间斜列的特征1-8,而桃园铜矿位于太行山赞皇岩浆-变质杂岩拆离滑脱带的西侧(图 1)。从赞皇隆起北侧的测鱼到桃园、白鹿角一带,先后
9、发现了铜矿(化)点可达 30 余处,具有很大的成矿潜力。但是勘查单位对桃园铜矿的研究工作相比于其他成型的矿区较薄弱,其成因和成矿规律也一直存在争议,以至于桃园铜矿及周边地区没有新的找矿突破。早在 20 世纪 70 年代各地勘单位先后对桃园铜矿及周边地区进行了勘查。其中,河北地质勘探一队9提出桃园铜矿成因为中低温热液型矿床;河北地勘十一队10-12认为该铜矿是与玄武岩有关的层控型热液矿床;张道忠等13,薛浩江等14,李辉等15,天津华北地勘总院16认为桃园铜矿床属于与古元古代裂陷槽中变质玄武岩有关的层控铜多金属矿床;河北地质大学17-20通过对构造控矿和热液蚀变的研究,认为桃园铜矿为中低温火山-
10、次火山热液型矿床。然而,由于测试条件的限制,前人的研究均没有给出精确的年代学约束。太行山北段阜平隆起和南段武安凹陷均出露了中生代岩体,且与成矿作用密切相关21,22,而赞皇隆起区并没有中生代岩浆活动的报道。那么赞皇隆起区内是否存在隐伏的中生代岩体,对桃园及周边地区的铜矿成因是否有约束作用还有待进一步研究。1 区域地质背景太行 山 南 段 赞 皇 隆 起 是 一 个 典 型 的 幔 枝 构造1-8,核部为中新太古代的变质-岩浆杂岩,上部盖层剥蚀完全;外围是拆离滑脱断层带,环绕赞皇隆起一周,形态呈“纺锤状”或者不对称的“鸭梨状”,北段走向近南北,南段转为北东向。拆离断层上盘为中新元古代和古生代地层
11、,都经历了一定的区域变质作用。再外围是井陉坳陷盆地,出露地层为古生代和中生代的弱变质或未变质沉积盖层(图 1)。太行山南段的矿床(点)多达 130 余处,以铜、铁矿为主,少量铅、锌、金、钼矿,多受控于赞皇幔枝构造体系。1.1 地层特征赞皇幔枝构造核部出露的岩性为石家栏组混合花岗岩、斜长角闪片麻岩和外围甘陶河群中低级变质岩 9-12,23。甘陶河群主要岩性为变质砂岩、白云母石英片岩、硅质大理岩、厚层白云岩、绿泥石片岩等,底层南寺掌组砂砾岩与下伏岩体呈沉积接触关系(表1)。中新元古代长城系为一套滨海沉积,其岩性主要为石英砂岩,具槽状交错层理,见有波痕、泥裂、雨痕等。拆离断层外围是古生代滨浅海相沉积
12、的砂岩与页岩互层、泥岩、白云岩、泥质条带灰岩、生物碎屑灰岩等,还可见牙形石、三叶虫、头足类等化石广泛出露于白云质灰岩、泥质灰岩等岩性中。第四系盖层主要分布于沟谷处及山坡低处,为河流冲积、洪积层和坡积层未经过压实、胶结(表 1)。1.2 构造特征区内经历了多期的构造运动,断层、褶皱构造均比较发育。其中,NE 向断裂伴随有基中酸性岩脉侵入和铜矿化蚀变,在平面上表现为串珠状的脉岩线状排列。NE 向断裂上盘为甘陶河群南寺组和新太古代花岗片麻岩,主要发育片理化构造,其片理与透镜体长轴平行,与层理斜交。片理内部发育有黄铜矿化、褐铁矿化等蚀变。下盘为甘陶河群南台组云母石英片岩,多发育脆性裂隙。区内主期褶皱构
13、造的总体展布也是呈近 NNE 向,褶皱都发育于拆离滑脱断层的上盘,盖层岩石韧性较强,是由拆离滑脱作用弯曲变形引起的。主体褶皱的转折端和翼部,发育一系列较小规模的伴生褶皱,露头规模为几十厘米。在褶皱的翼部还发生剪切滑动,进而形成平行密集排列的平行轴面的褶劈理。1.3 岩浆岩赞皇隆起区岩浆岩出露丰富。其中,中酸性花岗质岩石形成时代为新太古代古元古代,主要包括片麻状花岗岩、二长花岗岩等,多分布于赞皇隆起的核部,有不同程度的变质。中基性岩多形成于吕梁期,呈岩墙、岩脉产出,岩性主要包括辉长岩、辉绿岩、闪长岩等。此外,区内火山活动频繁,发育一套玄武岩、次玄武岩、角砾岩、集块岩及少量玄武安山岩的火山岩组合,
14、多呈脉状分布,受后期拆离滑脱断层的影响发育了褶曲变形,转折端逐渐变厚,两侧受到拉伸而减薄,形态上呈字母“J”型。辉长辉绿岩体呈顺层侵入甘陶河群南寺掌组中,接触带具绢云母化、绿泥石化等蚀变现象。2 桃园铜矿地质特征桃园铜矿出露的围岩主要为甘陶河群南寺掌组,主要岩性为变质砂岩、板岩、绿泥石片岩夹薄层的云母片岩(图 2、图 3),倾向约为 300,倾角 6070。还伴随具一定规模的火山活动,发育辉长辉绿091岩、1-第四系;2-侏罗白垩系;3-三叠系;4-石炭二叠系;5-寒武奥陶系;6-青白口系;7-蓟县系;8-长城系;9-甘陶河群;10-五台群;11-阜平群;12-盖层向斜;13-盖层背斜;14-
15、韧性剪切变形带;15-拆离构造带;16-断陷带边界断裂;17-区域性主干断裂、一般断裂;18-正、逆断层;19-桃园铜矿区;20-花岗岩体。图 1 太行山构造简图(据文献 1 修改)Fig.1 Structural sketch diagram of Taihang Mountain 092表 1 区域地层岩性及接触关系一览表Table 1 List of regional lithology and contact relations宇/界系组代号岩性界限类型古生界元古宇太古宇第四系Q冲洪积、坡积的砂砾石、黏土、亚黏土层奥陶系O细粒的灰岩、白云岩和钙质页岩含三叶虫化石寒武系竹叶状、泥质条带灰
16、岩、钙质页岩夹薄层砂岩串岭沟组Chch海绿石砂岩、石英岩夹砂岩长城系常州沟组Chc厚层长石石英砂岩赵家庄组Chz薄中厚层石英砂岩南寺组Pt1nn角闪石片岩夹绿帘石团块东冶组Pt1dy厚层状大理岩、夹云母片岩甘陶河群豆村组Pt1d石英云母片岩夹大理岩南台组Pt1nt长石石英岩、石英云母片岩南寺掌组Pt1n角闪石片岩、杏仁状绿帘石岩封龙山组Pt1f云母石英片岩、变质砂砾岩,局部含磁铁矿颗粒赞皇群石家栏组Ar3sh黑云母斜长石片麻岩、混合花岗岩,含条带状磁铁石英岩第四系覆盖平行不整合,局部呈微角度不整合整合接触角度不整合整合接触局部呈断层接触沉积接触图 2 片理化次玄武岩和云母片岩的野外露头(a-d
17、)及镜下特征(e-f)Fig.2 Outcrop(a-d)and microscopic characteristics(e-f)of gneissic sub-basalts and mica schists次玄武岩(图 2a)、集块岩,均发生了浅变质作用。次玄武岩受构造应力而发生片理化,片理方向与变质砂板岩呈顺层发育(图 2b)。次玄武岩呈深灰色灰黑色,变余结构,气孔、杏仁状构造(图 2c),杏仁成分为石英、绿帘石。次玄武岩的矿物成分为中基性斜长石(40%50%)、角闪石(25%30%)和黑云母(15%20%),副矿物以钛磁铁矿及金属硫化物为主(图 2f)。次玄武岩被含矿的石英脉充填,其间
18、可见明显的黄铜矿、黄铁矿、褐铁矿等,呈粒状、层状和团块状。云母片岩主要由云母(35%40%)、石英(30%35%)和长石(20%25%)组成,定向排列(图 2e),局部和片理化玄武岩呈互层发育。2.1 矿体特征桃园矿区内出露一条较大的逆断层,沿着片理化玄武岩夹变质砂岩、板岩发育,走向由 NE 向逐渐转为近 EW 向,倾向 NW(图 3)。矿区内岩性节理非常发育,节理面粗糙,呈弯曲状,局部可见擦痕,倾角较陡,多在 6080之间。节理的尾端多为树枝状分叉,局部近平行雁列式排列,间距宽窄不一。桃园铜矿体发育于南寺掌组片理化次玄武岩夹变质砂岩、板岩中。铜矿体沿着节理和劈理发育,北部近 EW 向,中部
19、NE 向,南部又变为近 EW 向,总体呈字母“S”型。铜矿体数量多,规模小,连续性较093图 3 桃园铜矿 1 000 m 高程地质平面图(据参考文献 17 修改)Fig.3 Geological map of Taoyuan Copper Mine差,延伸最长的可达 50 m,最短的仅有数十米,宽30100 cm 不等。矿体倾角较陡,可达 65 80,矿体形态以脉状和透镜状为主,并有膨胀、收缩现象(图 4),部分矿体受到断裂构造的破坏作用,发生错动位移,但断距并不大,最大的位置断距约 20 m。局部出现挤压弯曲变形,使矿体两端减薄、尖灭和分支复合等现象,形态上呈马鞍状、扁豆状。矿石品位 0.
20、39%1.25%,平均品位 0.70%,矿体品位受厚度影响,中部较厚,品位较高,两端变薄,品位稍低。2.2 矿石组分桃园铜矿原生矿石主要包括黄铜矿、黄铁矿、闪锌矿、磁铁矿、磁黄铁矿等,次生矿石主要为斑铜矿、蓝铜矿、孔雀石等(图 4)。黄铜矿呈黄色,局部呈浅蓝色,致密块状、浸染状、层状、细脉状等产出于裂隙发育的石英脉内,多与黄铁矿、闪锌矿、磁黄铁矿等共生,它形半自形粒状。镜下黄铜矿为它形半自形粒状结构,多呈星散状、乳滴状、棱角状不均匀分布于透明矿物中,结晶较好的粒径可达 45 mm(图 5a、5c)。黄铜矿中有时可见磁黄铁矿固溶体出溶,构成雪花状结构或者十字星状结构,还可见黄铜矿被碳酸盐、硅酸盐
21、矿物溶蚀交代,使黄铜矿边界不规则;黄铜矿与闪锌矿、磁黄铁矿多共生出现,呈共生边结构。黄铜矿与闪锌矿相互穿插,矿物边界呈牙型镶嵌结构。黄铁矿分布较广,且不均匀,多呈致密块状、团块状、浸染状产出,结晶程度较好,局部可见沿片理、劈理充填的片状构造。镜下呈黄白色,以立方体为主,也可见它形的不规则状,粒度 0.1 3 mm 不等。立方体的黄铁矿晶体被硅酸盐溶蚀交代,生长形成骸晶(图 5b),受到构造挤压作用,黄铁矿局部发育碎裂结构,少量粒度较细的黄铜矿、磁黄铁矿、磁铁矿等金属硫化物充填于黄铁矿裂隙中。闪锌矿呈棕黑色、棕褐色,半自形粒状集合体。闪锌矿在产出形态上与黄铜矿、黄铁矿类似,主要呈致密块状、团块状
22、。镜下的闪锌矿为灰色灰黑色,多呈它形半自形粒状(图 5d),局部可见裂隙发育,粒度一般在 0.050.3 mm 之间。可见闪锌矿与黄铜矿、磁黄铁矿共生边界。磁黄铁矿呈暗黄色、灰黑色相间,多为它形粒状集合体。磁黄铁矿在矿石中主要呈星点状产出。镜下磁黄铁矿呈玫瑰红色,结晶程度较差,主要与闪锌矿、黄铜矿交生(图 5b),也可见磁黄铁矿和闪锌矿嵌生于黄铁矿中。单独矿物少见。磁铁矿呈黑色,多为半自形自形粒状集合体。镜下呈灰棕色,粒径 0.53 mm,可见粒状磁铁矿充填于黄铜矿裂隙中(图 5c),或被碳酸盐矿物溶蚀交094图 4 黄铜矿等矿物的野外露头Fig.4 Outcrops of chalcopyr
23、ite and other mineralsCp-黄铜矿;Py-黄铁矿;Po-磁黄铁矿;Sp-闪锌矿;Mt-磁铁矿;Q-石英。图 5 黄铜矿的显微结构Fig.5 Microscopes pictures of chalcopyrite and other minerals代,形成交代残余结构。斑铜矿在镜下为粉褐色,它形粒状结构,粒度0.05 mm 左右,主要分布于黄铜矿的边部或者出溶于其他金属矿物中。孔雀石是黄铜矿的次生产物,且多与黄铜矿、黄铁矿伴生,颜色为浅绿色、翠绿色,呈浸染状产出,表面可见土状风化。此外,矿区内还可见少量的次生矿物和副矿物,如钛铁矿、赤铁矿等,多与其他矿物伴生,或沿着黄铜
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