内蒙古双尖子山银多金属矿床大规模铜矿化的发现及意义

马文文 , 江 彪*, 陈毓川, 龚庆杰, 尹占文,孙洪军, 李志远, 武利文, 左玉山, 刘 钊

1)中国地质大学(北京)地球科学与资源学院, 北京 100083;2)中国地质科学院矿产资源研究所, 自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室, 北京 100037;3)赤峰宇邦矿业有限公司, 内蒙古赤峰 024000;4)内蒙古自治区地质调查院, 内蒙古呼和浩特 010020

大兴安岭南段作为我国重要的有色金属成矿带, 发育了众多的银铅锌及锡多金属矿床, 同时也发育有一些铜和铜多金属矿床(图1a)。双尖子山银多金属矿床是大兴安岭成矿带南段新近发现的超大型银多金属矿床, 位于赤峰市巴林左旗境内,大地构造隶属于兴蒙造山带的东部(图1b)。研究区在前中生代受到西伯利亚板块与华北板块俯冲碰撞拼接构造体系控制, 后又受到蒙古—鄂霍茨克大洋板块对西伯利亚板块的持续俯冲作用(Meng,2003; 毛景文等, 2013), 在经历一系列构造运动之后, 兴蒙造山带形成了北东、北西和东西向的多期次的网格状的一系列断裂构造, 这些断裂为火山喷发和岩浆侵入提供了场所, 也为成矿提供了有利条件和空间, 使此区域的有色金属的富集和成矿成为可能(欧阳荷根, 2013; 吴冠斌等, 2014; 王丰翔, 2017)。研究区的区域地质调查和找矿勘查工作自 1984年开始一直延续至今(左玉山等, 2021),从 1984年初次勘查发现矿点、矿化点到 2004—2006年间确定为小型矿床, 后通过物探激电中梯测量等方法再次进行详细勘查, 于 2010年提交的《内蒙古自治区巴林左旗双尖子山矿区银铅矿勘探报告》中指出(孙奎文等, 2010), 双尖子山银和铅属于中型规模, 伴生锌为小型规模, 到 2013年对该矿床的勘查评价中已经探明(231)+(232)+(233)类矿石的银金属量达到21 665.12 t, 铅和锌的金属量分别达到 3.3 Mt和 1.1 Mt(匡永生等, 2014),成为亚洲最大的银矿(江彪等, 2019)。早期的研究普遍认为双尖子山银多金属矿床属于中低温热液矿床, 缺少中高温成矿阶段(吴冠斌等, 2014), 后在该矿床发现铜锡矿化的存在, 可能具有中高温热液成矿的特征, 显示该矿床可能具有从中高温到低温的有序演化过程(江彪等, 2018; 吴晓林等,2021), 前人的研究只是在镜下或者局部发现了零星的铜矿化(吴晓林等, 2021), 此次在钻孔中发现大规模的铜矿化, 暗示了在双尖子山银多金属矿床的深部有铜的工业潜力。

图1 大兴安岭南段区域地质及铜和铜多金属矿产分布(a, 据江彪等, 2018略作修改)与中国东北地区地质构造单元(b)和双尖子山银铅锌矿床地质图(c, 据吴晓林等, 2021)Fig. 1 Regional geology and distribution of copper and copper polymetallic deposits in the southern section of Da Hinggan Mountains (a, modified from JIANG et al., 2018), geological tectonic units of northeast China (b),and geological map of the Shuangjianzishan Ag-Pb-Zn deposit (c, after WU et al., 2021)

1 矿床地质

双尖子山矿床分为双尖子山矿段和兴隆山矿段两部分。矿区出露的主要地层有中二叠统大石寨组(P2d)的炭质板岩、蚀变安山岩、蚀变安山质凝灰岩夹深灰色粉砂质板岩、泥质粉砂岩; 中侏罗统新民组上段(J2x1)碎屑岩、砂砾岩; 中侏罗统新民组下段(J2x2)碎屑凝灰岩、流纹质角砾凝灰岩和凝灰质砂砾岩; 上侏罗统满克头鄂博组(J3m)火山岩及第四系(Q)沉积物(图1c)。隐伏的花岗岩体大部分在兴隆山矿段, 以中酸性花岗岩为主。

矿区的构造主要以兴隆山断裂构造带和一些断层为主, 断层按照走向分为北西向断层和北东向断层, 其中北西向断层以张扭性为主, 北东向断层以压扭性为主。近平行带状展布的北西向断层走向 300°～310°, 倾向以南西向为主, 倾角为50°～76°, 西北部被上侏罗统满克头鄂博组以角度不整合覆盖, 东部被中侏罗统新民组以角度不整合覆盖。该断裂带发育密集的节理、裂隙和破碎,是兴隆山矿段最重要的控矿和容矿构造(李伟等,2009; 王寿成等, 2018; 权晓莹等, 2019)。北东向断裂带走向 30°～50°, 倾向北西, 倾角 50°～60°, 近平行分布。该断裂带中破碎角砾发育, 且具有定向排列, 表现为压扭性特征。北东向断裂带中发育银铅锌矿化, 是兴隆山矿段北东向矿体的主要控矿构造(图1a, c)。矿区的围岩蚀变主要是硅化、绢云母化、绿泥石化和碳酸盐化, 次为黄铁矿化。矿区的金属矿物主要有闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、黄铜矿, 此外还发育有硫银锡矿、富硒硫银锡矿、富硒方铅矿、辉锑银矿和硫锑铜银矿等(江彪等,2019), 并发现锡石-毒砂等高温矿物。矿石的主要构造为脉状、细脉状、网脉状、角砾状和块状; 矿石结构以交代结构、交代残余结构、乳滴状结构为主。脉石矿物有石英、方解石、绿帘石、绿泥石、绢云母等。

2 铜矿化特征及产出规律

2021年施工的钻孔新揭露的铜矿化主要出现在兴隆山矿段, 根据野外调查及钻孔编录发现铜矿化在-300 m以深普遍发育, 从对几个钻孔(ZK2203、ZK2204、ZK0403、KZ0001)的编录及样品分析的结果来看, 黄铜矿主要从-300 m左右开始零星出现。手持式XRF的成分分析表明, 在-297 m的钻孔样品中呈现较明显的铜(0.423%)富集特征,尤其在ZK2203的-827 m处发现断续发育, 局部集中范围近2 m的大规模铜矿化(图2a)。

图2 双尖子山银多金属矿床中的镜下特征Fig. 2 Microscopic features in the Shuangjianzishan silver-polymetallic deposit

富铜矿石主要以块状、角砾状、细脉状及稠密浸染状产出, 金属矿物主要为黄铜矿、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、毒砂, 另有镜下可见的含银矿物。在手标本上黄铜矿通常以稠密浸染状产出(图2b),与石英、绿泥石及方解石紧密共生; 镜下黄铜矿呈铜黄色, 半自形-他形集合体形式产出, 通常交代半自形-他形粒状的方铅矿、闪锌矿及黄铁矿(图2c),部分方铅矿及黄铁矿被交代呈现骸晶结构(图2d),黄铜矿沿着边部交代闪锌矿; 部分黄铜矿以乳滴状包裹体存在于闪锌矿中(图2e), 先成的半自形-自形粒状的毒砂、锡石被闪锌矿、黄铜矿和黄铁矿包裹(图2c, e)。通过飞纳电镜对含铜矿物的扫面结果显示其硫含量为 27.05%、铁含量为 24.92%、铜含量为24.38%(图2f); 铜矿物的电子探针分析结果显示,铜含量最高是 35.175%, 最低是 34.592%, 平均是34.886%; 铁含量最高是30.294%, 最低是29.437%,平均是 29.768%; 硫含量最高是 34.617%, 最低是34.443%, 平均是34.485%, 显示主要的含铜矿物为黄铜矿(CuFeS2)(表1)。

表1 双尖子山银多金属矿床钻孔中黄铜矿电子探针分析结果(ωB/%)Table 1 Electron probe analysis results of chalcopyrite in the borehole of Shuangjianzishan silver polymetallic deposit (ωB/%)

钻孔ZK2203在兴隆山矿段中部北部约500 m处, 22号勘探线以北东向布置(图3a), 钻孔ZK2204在ZK2203的北东部120 m处, 其中ZK2203的深度已经达到 1200 m, ZK2204钻深 680 m, 仍在施工中(图3b)。综合对比不同钻孔矿化类型、特征等,可梳理出以下主要垂向上和平面上的空间变化规律:矿脉产状的空间变化规律为, -400 m以浅以细脉、低倾角矿脉为主, -400— -900 m之间则过渡为脉宽较粗、倾角大或近直立的矿脉, -900 m以下的脉体近直立; 从浅到深依次呈现方铅矿+黄铁矿+闪锌矿→方铅矿+闪锌矿→闪锌矿+方铅矿+黄铜矿的变化规律(图3b); 平面上从西到东: 相同标高位置,矿区西部的岩芯比东部的岩芯更发育相对高温的Cu+Zn组合, 深部揭露的大规模铜矿化越发显著,根据矿体的产出特征和分布规律, 在 ZK2203的-872 m发现的大规模铜矿化有望在其东部钻孔ZK2204的深部揭露, 向西部则可能有延深方向上的发育。

图3 双尖子山银铅锌矿区兴隆山矿段22号勘探线剖面图(a)与钻孔ZK2203钻孔剖面图(b)Fig. 3 Section of No. 22 exploration line in Xinglongshan mining section of Shuangjianzishan silver-lead zinc mining area (a)and drill hole ZK2203 section (b)

3 地质与找矿意义

大兴安岭中南段发育众多的铜及铜多金属矿床, 如大井铜多金属矿床、道伦达坝铜矿、扁扁山铜矿、敖脑达坝铜多金属矿床、敖仑花铜-钼矿床等, 是中国重要的铜成矿区, 表明区域上具有良好的铜成矿条件和找矿潜力。双尖子山矿床曾被认为是低温热液型矿床, 缺少中高温成矿阶段(吴冠斌等, 2014)。本次研究通过对新近施工的钻孔探获到的富而厚的铜工业矿体的初步研究, 发现空间上铜矿物在-300 m左右零星出露, -700 m以深大规模发育。矿相学研究显示, 部分铜矿物形成晚于铅锌银矿物, 也有与闪锌矿共生的呈固溶体分离结构的黄铜矿, 铜与铅锌银可能是成矿流体幕式上涌导致的交互式成矿的产物, 两者成矿关系尚需深入研究。铜成矿作用是双尖子山矿床又一重要矿化类型, 甚至可能成为该矿区重要的工业类型。前人研究提出该矿床可能属于斑岩-岩浆热液成矿系统, 需重视深部可能存在的斑岩型铜锡金矿体(江彪等, 2019), 新揭露的大规模的铜矿化进一步佐证了上述可能性, 指示深部存在良好的铜找矿潜力。

值得注意的是, 矿体空间上呈现“上银下铜(金)”的矿床并不少见, 如近期的玻利维亚科兰加(Carangas)银铅锌矿在钻孔打到592 m处, 发现含金1.3 g/t的厚大全盲矿体, 取得了找矿突破(自然资源部, 2022); 又如那更康切尔沟银多金属矿床、乌奴耳银多金属矿床、帮布勒银多金属矿床(谷子成,2016; 范谢均, 2021; 郑有业等, 2021)等, 都是在空间上呈现“上银下铜(金)”的格局, 这种格局在浅成低温热液型矿床和斑岩型矿床中比较常见。综上所述, 双尖子山银多金属矿在深部发现大规模铜矿化,预示可能在该矿床深部有巨大的铜找矿潜力。

Acknowledgements:

This study was supported by Department of Natural Resources of Inner Monglia Autonomous Region (No. 2020YS-03), and China Geological Survey(Nos. DD20221695, DD20190379 and DD20160346).