官鹏程1，梁惠敏1，陈明辉1，2，周旭林3，徐军伟4，鲍振襄5，鲍珏敏5
（1.湖南省有色地质勘查局二四五队，湖南 吉首 416007；[1]
2.中南大学地球科学与信息物理学院，湖南 长沙 410083；
3.湖南省国土资源厅，湖南 长沙 410004；
4.湖南省有色地质勘查局二四七队，湖南 长沙 410129；
5.湘西矿产资源综合研究发展中心，湖南 吉首 416007）
摘 要：湘西沅麻盆地是叠加在雪峰弧形构造带中段的一个中生代大规模陆相盆地，是湖南省重要铜矿成矿区之一，代表性矿床为九曲湾和浦市铜矿。本文在较详细地阐述浦市铜矿地质特征的基础上，初步探讨了成矿地质条件。研究表明，浦市铜矿赋存于白垩系下统紫红色碎屑岩夹灰白—灰绿色砂岩中，其成矿物质主要来自陆缘。矿床形成于由氧化态向还原态过渡的沉积环境，在其沉积成岩和成矿过程中都有生物地球化学作用，属沉积砂岩型铜矿床。区域及矿区成矿地质条件优越，应通过进一步找矿研究，扩大矿区远景和找到新类型铜矿床。
关键词：铜矿；地质特征；成矿地质条件；沉积砂岩型矿床；浦市；湖南
0 引言
浦市铜矿位于湖南省泸溪县浦市镇西南1.5km。地理坐标：东经110°05′04″—110°06′54″，北纬28°03′04″—28°04′42″，面积约0.9km2。该矿发现于20世纪50年代末，其后湖南冶金地质二三九队在该区做过地表调查，1965—1970年间，湖南冶金地质二三七队进行了评价和勘探工作，完成了1∶5000地质简测7.5km2，施工钻孔115个，总进尺16653m，在主要矿化地段按50m×（50～100m）的工程网度进行了系统控制，探获C1+C2级矿石量32万吨，铜金属量3085吨，平均品位ω（Cu）=0.96× 10-2[1]。此外，表外矿石量17.8万吨，铜金属量1117吨，平均品位ω（Cu）=0.62×10-2。现建有小型矿山进行开采工作。2004—2009年湖南省地质矿产局四〇五队、湖南省有色地质勘查局二四五队先后进行了资源储量检测等项工作[2，3]。
浦市铜矿为赋存于白垩系红层中埋藏较浅的砂岩铜矿，主要矿体埋藏深度小于145m。矿石属易选易炼、中等品位的自然铜矿石。矿体分布较为集中，为湖南省西部唯一具有规模意义的红层铜矿之一。因此，研究其矿床地质特征，探讨其成矿地质条件及深边部找矿，对于勘查同类矿床具有现实意义。
1 区域地质概况
湘西地区处于扬子地台东南缘，跨上扬子台褶带与江南叠台隆两个二级构造单元，与南华褶皱系接壤。该区系早元古代末形成的地台（P型克拉通），历经武陵、雪峰、加里东、印支和燕山一系列造山、造陆运动，形成不同类型的槽、台褶皱，并伴有多条规模宏大的岩石圈断裂、基底断裂，一同控制着本区沉积建造、岩浆活动和矿产分布。
矿区位于江南叠台隆之雪峰隆起中部的沅陵 麻阳坳陷盆地（简称沅麻盆地）东南部的中段，沅麻盆地由一套内陆湖泊的中生代红色地层组成（图1），面积约1052km2。
图1 沅麻盆地地质略图[4]
区域出露地层中新元古界冷家溪群、板溪群浅变质岩系，组成NE向紧密褶皱并构成本区地台的基底。冷家溪群为一套灰绿色绢云母板岩夹变质细砂岩和砂质板岩，其上的板溪群为紫红色板岩夹灰绿色板岩、长石石英砂岩、砂岩及凝灰质板岩。震旦系由砂岩、冰碛泥砾岩及硅质岩组成。寒武系为厚度较大的泥岩、碳泥质和碳酸盐岩。石炭系、二叠系、三叠系为白云岩、灰岩、含煤地层、灰质页岩等组成。侏罗系以内陆湖相含煤沉积、不含钙质为特征。白垩系沉积属坳陷盆地性质的红层沉积。第四系沉积主要为河流相及湖泊相。
区域砂岩铜矿主要赋存于白垩系红层中，按其沉积旋回、岩性、含矿性及其年代学可划分为4个岩组，自下而上依次如下。
第一岩组（K1）：红棕色砂泥岩，底部含砾石，主要分布在红色盆地周边，与下伏地层呈不整合接触。自下而上由粗到细组成1个旋回，底部为砂砾岩或含砾砂岩，见透镜体、似层状灰白色或灰色粗砂岩夹层，上部为泥岩，以鲜艳棕红色为其特征。厚532m。
第二岩组（K12）：主要为灰紫色砂岩，东部为砾岩。系第二沉积旋回，由一套厚层—块状的棕红色中、细粒砂岩组成，富含长石，常有交错层理。厚555m。
第三岩组（K22）：主要由紫红色泥质岩类组成，其中夹砂岩及砂砾岩薄层。泥岩中有大量的方解石脉、虫迹、干裂、波痕，常有钙质砂质团块和石膏脉。砂岩夹层厚0.5～2m，最厚可达10m以上，颜色为浅灰色、灰绿色、灰棕色至棕灰色，有时含砾，底部一般有一个冲刷面。其中，浅灰色、灰绿色砂岩夹层为区内主要含铜层位。厚2350m。
第四岩组（K32）：主要出露在沅麻盆地中心，即吕家坪-九曲湾北部及麻阳县城至岩门一带。为灰绿—紫红色较纯的泥页岩，薄层状、含钙质团块和铜矿化。厚809m。
据区域地层对比，结合湖南省地质局区测队所做孢子花粉鉴定（1971）资料，第一岩组相当于早白垩世（K1），第二至第四岩组相当于晚白垩世（K2）。
沅麻盆地为轴向40°左右的长纺锤形，从沅陵的叶家坪至芷江的冷水溪，长约330km，最大宽度为50km。从盆地中心至两侧，岩层呈NE向带状分布，依次为白垩系、侏罗系、二叠系、石炭系（西北侧缺失）、寒武系、震旦系和板溪群。盆地中心亦有部分老地层呈孤岛状，如麻阳栗坪和浦市西北有震旦系或板溪群呈孤岛状出露。
盆地为印支、燕山运动形成的山间断陷盆地。新构造运动破坏了盆地的完整性，整个盆地可视为一个向西歪斜不对称的平缓复式向斜[5]，呈NE-SW向延伸。总的来说，盆地内部构造比较简平。盆地北段、南段以NE与NEE向高角度正、逆断裂为主；中段断裂不发育，主要为一些次级NW向小断裂。沿着一些大的断裂带，发现多处裂隙充填的含铜铅锌的重晶石-石英脉，含铅锌和铅锌汞的石英脉。
在盆地形成后，盆地东南部不断隆起，形成了草坡背斜与晓坪复式背斜，使盆地划分为2个以上的沉积中心。中心由SE向NW迁移[4]。芷江一带为紧密线状褶皱，轴向NE—NEE；麻阳一带为宽缓线形褶皱，轴向NE—NEE。
区域矿产以沉积矿床为主，除铜矿床外，自老至新有“大塘坡式锰矿”（震旦系）、磷矿（上震旦统和下寒武统）、煤矿（二叠系和侏罗系）。此外尚有铅、锌和汞矿床、矿点等。
2 矿区及矿床地质特征
2.1 矿区地质
2.1.1 地层
矿区范围内大部分为第四系冲积层覆盖，其余为白垩系第三组岩层。
（1）第四系冲积层：上部为灰色、黄色、棕黄色的粉砂质黏土；下部为古河床砾石层，砾石成分复杂，浑滚圆状，分选性中等，呈不规则的透镜体，厚0～5.94m，一般厚1～3m，砾石层间为细砂、粉砂或泥质充填。本层厚0～13m不等。
（2）白垩系第三岩组：矿区内仅出露其上部，厚500m左右，由紫红色泥岩与浅灰至棕灰色中细粒砂岩组成。
紫红色泥岩为本岩组的主要岩层，厚层状，层理不清，有时可见“眉毛状”小型斜层理。局部地段钙质或砂质成分增高，构成不规则的钙质团块或异向小型斜层理。泥岩中普遍含有不规则的石膏小脉，脉幅一般1～3mm。虫迹及灰绿色的褪色团块常见，有时还可见到波痕和雨痕等原生构造。
砂岩层一般习惯性地称为“浅色层”。颜色为浅灰色、灰色、灰绿色、棕灰色、灰棕色等杂色，以细粒为主。砂岩下部有时为中粒或含细砾砂岩，主要组成矿物为石英，次为长石，再次为绢云母、白云母，有时为少量电气石、榍石、锆石、独居石等矿物，胶结物主要为泥质、铁质。砾石成分主要为石英和燧石，次为板岩碎块，多呈半浑圆状。砂岩层底部一般有1个冲刷面与下伏的泥岩分界，冲刷面一般起伏不平，最大切割深度1m左右。自冲刷面往上粒度变细，泥质成分逐渐增高，颜色由灰色逐渐变成棕灰色至灰棕色，过渡为紫红色泥岩。砂岩分选良好，砂粒一般为浑圆至半浑圆状。层理特征和颜色有一定关系，浅灰色、灰绿色或灰白色砂岩一般为水平层理或断续水平层理，而砂岩颜色较深，一般波状层理或单向斜层理常见。砂岩层内常有1～3个紫红色泥岩夹层，最多可达7～8个夹层，夹层厚3～10cm不等，一般每1个夹层底部有1个冲刷面。砂岩层内虫迹和揉皱现象常见。砂岩单层厚度一般为0.8～3m，最大厚度为11m。层位较稳定，长度一般为1000～6000m，最长可达10000m以上。据70km2区域1∶10000地质调查，长度在1000m以上，厚度大于1m的浅色砂岩共30余层。其中，还原褪色较好的“灰色砂岩”主要见于辰溪的江车寺—大湾，泸溪的中塘—印家坡和岳王庙—半坡一带。
白垩系第二岩组的铜矿化主要见于岩组上部的浅灰色层中，由下而上矿化强度逐渐增大，并有由东南向西北推移的趋向。
2.1.2 构造
矿区构造简单。浦市“船形”向斜为主要褶皱构造（图2），向斜轴向为75°～225°，长3000m，两翼岩层倾角一般为20°左右，轴部则在10°以下。此外，尚见次级小扭曲。
图2 浦市铜矿地质剖面图（附柱状剖面）
矿区断裂构造不发育。规模较大的断层有F1、F2、F3、F4、F5。F1为正断层，走向40°～70°，倾向SE，倾角40°～50°，长900m左右，断裂破碎带最厚1m，多为方解石和石膏充填。F2为与F1平行的小断层，长约400m，走向70°，倾向SE，倾角40°左右。F3长100m，走向155°，倾向SW，斜移断层。矿区内所见断层一般规模不大，对矿体影响较小。
2.2 矿床地质
（1）含矿浅色砂岩层特征。
矿区内浅色层层数多，密度大，单层厚度不大，岩性变化不明显。长度在500m以上，厚度大于1m的浅色层共有21层，其他浅色层多为长度在200m以下的扁豆体。在规模较大的浅色层中，见有较好矿化的共有6层，自下而上依次编号为11、12、19、20、23、24，主要含矿层为19层和23层。各浅色砂岩层的规模及其基本特征见表1。
表1 主要含矿浅色层规模及基本特征表
续表1
（2）矿体产状形态及规模。
矿体位于浅色层的灰色、灰白色或灰绿色中细粒砂岩中，通常见于浅色层底部或下部，仅个别矿体见于浅色层中部或上部。见矿部位浅色层厚度较大，一般为2～5m，浅色层砂岩透镜体的膨大部位通常就是矿体或矿化部位，矿体与矿化的浅色砂岩之间无明显的界线。矿体与浅色砂岩透镜体的形态基本一致，只是规模有所不同。全区共圈定大小矿体15个，主要为盲矿体。单个矿体规模不大，长度一般在300m以内，宽度多小于100m。矿体形态主要为透镜体（表2），中心厚，四周变薄，有时见数条1～10cm不含矿的紫红色泥岩夹层。矿体厚度一般为1～2m，最大厚度为4.35m，全区平均厚度为1.80m。矿体的延伸方向与矿化带方向基本一致，与红色盆地长轴方向亦基本一致。矿石中有用组分主要为铜，ω（Cu）最高4.06%，一般为0.5%～1%，变化不大，全山平均品位0.96%，属中等品位矿石。
矿区内矿体分布集中，全区15个矿体（分为17个块段）主要分布在刘家坳，以19-2矿体为中心的0.25km2范围内，该范围内共有矿体10个，矿石量占全区总储量的85%，金属量占全区总量的90%。
表2 矿体形态特征一览表
续表2
（3）矿石物质成分。
矿石矿物成分简单，沿水平方向及垂直方向无明显的矿物分带现象。依据野外观察和镜下鉴定资料，含矿浅色层为灰绿色钙质中粒、细粒或粉砂质复矿砂岩，主要矿化岩石为钙质细砂岩，含砾砂岩或褪色泥岩中偶尔可以见到铜矿化。矿石中碎屑矿物以石英为主，占50%～70%，其次为少量长石（约7%）、玉髓（0～4%）、绢云母、白云母和黑云母，再次为微量电气石、锆石等副矿物。石英粒径为0.04～0.25mm，一般为0.1～0.15mm，分选良好。云母片常呈定向排列。胶结物以钙质为主，主要为方解石的细粒至中粒晶体充填在砂粒之间，含量为20%～37%。其次有绢云母、绿泥石等泥质物及少量铁质。矿石中金属矿物特征简述如下。
氧化矿石中以孔雀石为主，其次有少量辉铜矿、斑铜矿、黄铜矿和黄铁矿。原生矿石中以自然铜为主，其次有少量辉铜矿、斑铜矿、黄铜矿和黄铁矿。自然铜为古铜色，呈细粒集合体或团块状、星点状产于砂砾间，分布较均匀。浅色砂岩底部或靠近层间冲刷面之上的浅色砂岩中较为密集。自然铜颗粒大小与石英大小相似，粒径0.037～2mm，一般0.1mm。斑铜矿主要呈结核状，见于刘家坳23层地表矿化露头中，结核直径在0.5～1mm不等，为铜蓝所包裹交代。辉铜矿为钢灰色，主要呈细粒状，偶见豆状，一般与植物化石碎片相伴出现，分布不普遍，仅ZK23-4、ZK21-8、ZK2-9等少量钻孔中见到。黄铜矿及黄铁矿含量很少。仅个别钻孔可见。
（4）矿石中有用组分和伴生组分。
矿石中有用组分主要是Cu，ω（Cu）平均0.96%，属中等品位铜矿石。其品位变化不大，分布比较均匀。伴生组分主要是Au和Ag。人工重砂淘洗后的自然铜精矿中，ω（Au）1.19×10-6～6.5×10-6， ω（Ag）150×10-6～200×10-6，平均174×10-6。
值得注意的是，矿床中Ag均与自然铜伴生。研究表明，这是由于Cu和Ag在低温时的地球化学特性使然。在氧化条件下，Cu的溶度积较大，在还原条件下，Cu作为一种自然铜而沉淀[6]。Ag的氧化还原特性与Cu相似。由于这种相似性，所以Ag与Cu一起富集，故铜矿中也产银。
（5）矿石结构构造。
原生矿石以浸染状矿石为主，有时呈条带状或由较粗的自然铜集合体组成的斑点状矿石。含铜砂岩为砂状结构，充填式胶结，自然铜和方解石充填于石英粒间，胶结石英砂粒。
氧化矿石以浸染状、条带状构造为主，孔雀石、蓝铜矿胶结脉石碎屑，为胶结充填结构和充填结构。
（6）矿床氧化程度。
根据野外观察和光薄片研究，23矿层的23-5和20矿层的20-2矿块出露地表，钻孔中氧化铜矿物的最低见矿高程为262.16m（ZK2-1，20层）和269.48m（ZK0-6，23层）。23、20矿层氧化带的垂直深度为25m左右。24矿层虽位于最上部，但均为盲矿体，未见氧化矿物。由此可见，矿床氧化深度不大，风化淋滤和次生富集作用也不明显。地表矿化露头由于风化淋失，品位一般有所降低，经过爆破后，原不够工业品位要求的地段一般均可达工业指标，如刘家坳23矿层TC3，爆破前2个样品分析结果ω（Cu）分别为0.22%、0.25%，爆破后重新取样分析，ω（Cu）相应为0.27%和1.94%。
3 成矿地质条件
3.1 古构造及古动力条件
湘西沅麻盆地是叠加在雪峰造山带中段的一个中生代大规模陆相盆地[7]。盆地东侧为古生代雪峰、加里东运动后长期隆起的雪峰古陆，从古陆经风化剥蚀而来的成矿物质，经过短距离搬运，汇集于盆地中，有利于成矿物质的聚集成矿。因此，盆地与盆地边缘的古陆为成矿物质的风化剥蚀及聚集提供了有利的古构造条件[8]。古动力条件则控制了矿床（体）的空间分布[4]，沿古动力主流方向成矿物质相对富集。
3.2 成矿物源条件
雪峰古陆广泛分布着新元古界板溪群马底驿组“古红层”铜矿[9]，和震旦系、寒武系含Cu黑色页岩等含铜较高地层。经长期物理、化学风化作用，经过短距离搬运，为其沉积盆地提供了丰富的物质来源。这些含Cu物质主要以氧化物、纳米级矿物等碎屑形式，少量以悬浮物、硫酸铜形式，沿古河道、主动力方向流入沉积盆地并与其他碎屑物一起形成河湖相沉积，再经沉积成岩阶段富集成矿。
3.3 古气候条件
沅麻盆地自下而上由侏罗系含煤建造，过渡到白垩系第三岩组的含铜建造，以膏盐建造告终，结束了盆地的沉积。这一沉积过程反映了当时古气候条件是由早期温热潮湿到干燥炎热的变迁过程，这也是与盆地孢粉分析资料即白垩系中晚期为炎热干燥气候是一致的。在这种气候条件下，岩石的风化剥蚀以机械崩解为主，从盆地四周经短距离搬运后，汇聚于内陆盆地内，在水动力条件相对较为稳定的洼地，沉淀在盆地内以细碎屑为主的浅色层中。
3.4 岩相条件
该矿区的含铜建造以紫红色泥岩为主，其中夹棕色和灰色砂岩层，棕色、灰色砂岩成层状或透镜状，往上逐渐过渡为棕色砂岩、泥质砂岩、紫红色泥岩；浅色层下部以水平层理为主，有时可以见到大型单向斜层；浅色层上部以小型异向斜层、波状斜层为主；浅色层底部一般有一个冲刷面，浅色层也可以见到一至数个冲刷面；紫红色砾岩常见；砂岩分选性好，磨圆度良好。说明白垩系第三岩组为水体不深的内陆盆地中河湖交替的产物，浅色砂岩为河湖三角洲相的沉积物，水动力条件适中，一般分选良好，胶结物以钙质为主，孔隙度较大，渗透力较高，有利于成矿物质及含矿溶液的汇聚，是控制浦市铜矿的主要岩相[10]。
3.5 成矿作用阶段及生物地球作用
浦市铜矿的形成主要为沉积成矿作用阶段，在氧化作用下，含铜物质随碎屑沉积物汇聚于盆地中，在还原环境下，铜质呈集合体或团块状、星点状随碎屑物均匀沉积，形成较典型的沉积型砂岩铜矿。在早期成岩作用下，铜矿层物质成分发生分异，进一步富集成矿。
研究表明，自然铜与有机质关系密切，很可能是有机质作用的结果[11]。矿床中有时可以见到硕大的铜矿结核，其中通常以碳屑为核心，核心向外依次是：辉铜矿、蓝铜矿和少量辉铜矿，最外层是赤铜矿，这一序列反映了氧化还原电位自核心向外依次升高，说明这种成矿环境是由碳屑所造成的[11]。该铜矿的研究结果还表明铜与有机碳之间确实有正相关关系，这从另一个角度揭示了该铜矿的成因与有机质有关。该矿床的成矿温度为56℃，硫同位素分析δ34S值为-19.02×10-3～39.3×10-3[11]，具有生物和沉积成因的特点。浦市铜矿中的辉铜矿常与植物碎片相伴随出现，泥岩中虫迹常见，亦表明该铜矿的成矿与有机质有关，具生物和沉积成因特点。可以说该类矿床在其沉积成岩和成矿过程中都有生物地球化学作用。在沉积阶段，铜由生物 化学作用沉积成矿，成岩阶段由生物及其产生的有机质参与下发生的生物地球化学作用经成岩再富集而成，矿床成因属沉积砂岩型铜矿。
4 结语
（1）湘西沅麻中生代断陷盆地控制了含铜盆地的形成与演化及其分布范围[4]。白垩系下统第三岩组紫红色泥岩与浅色至棕灰色中细粒砂岩及沉积环境变化的过渡部位，则控制着铜矿体（化）的空间展布。其红色沉积的中粗粒碎屑岩中发育的浅色中细粒碎屑岩是矿体（化）赋存的岩性条件。
（2）本区铜矿容矿地层为一套陆缘碎屑建造，碎屑岩中的岩屑主要成分以石英为主，其次为长石，再次为石燧和云母类矿物等。这些碎屑成分与盆地周边雪峰古陆板溪群浅变质岩系的岩相十分相似，表明板溪群浅变质岩系是白垩系含铜岩系中碎屑的提供者，由于板溪群地层（主要是马底驿组）普遍含有铜矿化层，构成了区域上铜矿的矿源层，铜质主要来源于雪峰古陆。
（3）矿床沉积特征明显。成矿具有多层性，主要赋存于浅色岩层中，严格受层位控制，矿床的层控效应明显。矿体呈透镜状或长条状，延伸较稳定，产状与地层（围岩）一致，未见穿层现象；矿体与非矿体（浅色层）之间无明显界线。铜矿物（自然铜）主要呈集合体状、少数呈条带状充填于浅色砂岩的石英粒间，并胶结石英砂粒。容矿岩石灰色、灰白色或灰绿色中细粒砂岩形成于还原环境，底部的棕灰色至灰棕色过渡为紫红色泥岩，为氧化环境的产物，表明矿石矿物是沉积环境由氧化态过渡为弱还原态环境，系成矿最有利的部位。自然铜与有机质关系密切，很可能是有机质作用的结果。
总之，沅麻盆地中生代断陷盆地的红层铜矿，分布面积大，达万余平方千米，矿床（点）较多，已经探明的矿床有九曲湾、浦市等矿床，具有规模较大、品位较高、矿石选冶性能良好的优越条件。这类铜矿除目前正在勘查和开采的以砂岩型沉积铜矿为主外，根据区域成矿地质条件，尚有砾岩型、碳质吸附砂泥岩型等铜矿类型，应该进一步通过开发前人资料，重新总结成矿找矿规律，矿床的时空分布规律，把找矿思路扩展到新类型、新地段方面来，以新的找矿思路作指导，以期取得大的突破。我国砂岩型自然铜矿床主要见于湖南麻阳一带，成矿前景优越[12]，有可能找到更多更大的工业矿床（体）。
致谢：成文过程中，参考并引用了湖南冶金地质二三七队、湖南省有色地质勘查局二四五队和湖南省地质矿产开发局四〇五队的相关地质资料，谨此说明并致以诚挚的谢意。
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[1]文章来源：《地学新进展》（9），2012年。作者简介：官鹏程（1988—），男，江西抚州人，助理工程师，从事矿产地质环境勘查工作。
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