柴家沟钼矿床地质特征及找矿前景

袁小平，薛艳萍，苏宏建，梁景利

(华北地质勘查局五一四地质大队，河北 承德 067000)

0 引 言

燕辽成矿带是华北板块北缘主要的钼、铜成矿带之一，该带是继东秦岭钼矿带之后，中国第二大钼矿带。按地理位置燕辽成矿带可分为辽西和冀北两段，冀北地区以铜、钼矿床为主，分布有寿王坟、小寺沟等铜钼矿床和撒岱沟门、大庄科、大草坪、大湾、贾家营等钼矿床[1]。这些矿床涉及不同的类型，包括斑岩型、矽卡岩型和热液型等，多分布在中生代侵入岩体附近，与燕山期岩体具有密切关系[2]。柴家沟钼矿床位于河北省平泉县县城西北21 km处，所处大地构造位置为华北板块北缘燕山造山带北东部，是近年来在冀北地区发现的又一典型的斑岩型钼矿床。经前期勘查工作，目前已达到中型规模，随着勘查工作进展，有望达到大型规模。对柴家沟钼矿床地质特征及矿床成因的研究，不仅有助于矿区勘查，而且对区域钼矿找矿勘查具有重要指导意义。

1 区域地质背景

区域出露地层较为简单，主要有太古界迁西群上亚群、中生界白垩系大北沟组及新生界第四系。区域构造为东西向尚义—平泉和红石砬—大庙—娘娘庙深断裂与北北东向平房—桑园大断裂的复合部位附近，受其影响近东西向、北北东向、北东及北西向断裂构造相当发育。区域内岩浆活动频繁，从太古代—早元古代—中生代均有活动。太古代石英正长岩(λξ1)在区域东南和西北零星出露，早元古代闪长岩(δ2)在区域中部-南部大面积分布。海西期-燕山期岩浆岩从超基性岩到酸性岩、碱性岩均有出露。海西期王土房花岗杂岩体面积达380 km2，具有多期次活动的特点，主要为中酸性、酸性火山-侵入杂岩体，区内包括柴家沟钼矿床在内地的铜、钼、金、银及多金属矿床大部与其有关。

2 矿区地质特征

矿区位于王土房花岗杂岩体内部，地层不发育，仅在矿区西南柴家沟和东北铁头沟发育第四系。区内主要可见F1、F2两条断裂构造，是区域性东西向红石砬—大庙—娘娘庙深断裂与北东向平房—桑园断裂带共同作用的结果。

区内岩浆岩主要由海西期花岗岩及燕山期花岗斑岩构成，分布广泛。花岗岩大面积分布于勘查区内，属王土房杂岩体的一部分。岩石特征为黄褐色至肉红色，中-细粒花岗结构。岩石主要由钾长石55%、石英25%、酸性斜长石15%、黑云母5%等组成。黑云母大部分被绿泥石、碳酸盐矿物交代，多呈残留状。花岗斑岩分布在勘查区南部，大部分被阴坡腐植土覆盖，地表仅见穿插于花岗岩中的细小岩枝。岩石为灰白色斑状结构、块状构造。斑晶主要由酸性斜长石、钾长石和少量黑云母等组成，斑晶含量约为20%。酸性斜长石有较强绢云母化和碳酸盐化，钾长石有较强高岭土化和碳酸盐化，黑云母已全部蚀变成水黑云母。基质具微晶结构，主要由钾长石45%、石英25%、斜长石25%、黑云母5%，以及副矿物金属矿物等组成。钾长石有较强高岭土化，斜长石大部分也绢云母化，黑云母已全部被碳酸盐矿物交代。岩石蚀变较强，除有较强绢云母化、高岭土化、碳酸盐化外，还有较强硅化，见有石英脉穿插于岩石中。隐爆角砾岩分布于勘查区南侧，与花岗斑岩活动有密切关系。角砾岩呈灰黑色，角砾状结构、班杂状构造。角砾主要成分为花岗岩，胶结物为硅化石英、石英和长石晶屑等。花岗岩角砾呈棱角状、次棱角状。柴家沟钼矿地质简图见图1。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

本矿床为斑岩型矿床，与燕山期花岗斑岩有密切关系，矿体主要赋存于花岗斑岩及其周围花岗岩、隐爆角砾岩等围岩中。

图1 柴家沟钼矿地质简图

1—第四系；2—海西期花岗岩；3—花岗斑岩；4—隐爆角砾岩；5—勘探线；6—地质界线；7—断层；8—矿体；9—硅化带；10—钾化带；11—高岭土化带

以往详查工作在9～16线间投入了槽探、井探、坑探、钻探等工程对钼矿体进行了控制。本区钼矿床属于隐伏的盲矿体，矿体在不同地段形态各异，局部分枝现象明显，品位及厚度变化较均匀，矿体厚大部分位于3～0线，由此向四侧分枝，向南东、南西向有明显延伸。共圈定了1个钼矿体(含1个工业矿体和5个低品位矿体)， 5个共生小铜矿体。Ⅰ-1钼矿体(工业矿体)是主要矿体，且为本区唯一个工业矿体，矿体厚大，品位稳定。分布于9～16线，向南、向东延出界外。矿体形态为不规则厚大纺锤体，多分支，膨缩剧烈。矿化连续，产状近水平。控制长度约675 m，矿体厚度12.10～484.10 m，平均厚度152.40 m。矿体Mo品位0.035%～0.095%，平均品位0.064%。矿体埋藏深度2.07～116.37 m。

Ⅰ-1号矿体厚度及品位变化曲线见图2。从图2可以看出：Ⅰ-1号矿体品位沿水平方向(9～16线)的变化曲线较平缓，只有在矿体西部5～1线略微抬升。矿体品位沿剖面纵向变化曲线与矿石品位关联，矿体中心矿化最强，往外矿化减弱，夹石增多变厚渐变过渡到围岩。中心部位以Mo≥0.06%的样品居多，两侧以0.03%≤Mo<0.06%的低品位矿石构成“外壳”，深部以Mo<0.03%的岩石作为围岩。初步估算资源量：Ⅰ-1号矿体(332+333)矿石量5 311万 t，(332+333)金属量34 204 t[3]，Mo平均品位为0.064%。

3.2 矿石特征

本区钼矿石以原生矿石为主，自然类型主要为细脉浸染型矿石(细脉型为主)，工业类型为斑岩型，按含矿岩性可划分为花岗岩型、花岗斑岩型、隐爆角砾岩型。

图2 Ⅰ-1号矿体厚度及品位变化曲线图

矿石的结构构造主要有自形—半自形叶片状结构，它形叶片状结构，少见自形—它形晶粒状结构、包含结构、交代结构；构造为星散浸染状构造和细脉浸染状构造。由于辉钼矿的成因和石英脉密切相关，并和辉钼矿-石英脉的赋矿围岩有关，因此在矿石的矿物成分中，非金属矿物以石英、长石为主，金属矿物以辉钼矿为主，其他矿物少见。

各类钼矿石中，辉钼矿呈自形—半自形叶片状，粒度粗细不等，可见粗大的叶片状单体或集合体，粒度一般为1.3×0.30～0.50×0.07 mm，有弯曲揉皱现象，这部分粗粒的辉钼矿在富钼矿石中含量较高，细小的辉钼矿粒度仅为0.075×0.007～0.015×0.003 mm，多见于贫钼的矿石中。辉钼矿的分布极不均匀，呈细脉浸染状或浸染状分布，在富钼矿石中，肉眼可见粗大的叶片状辉钼矿集合体，粒度可达9 mm左右，呈花瓣状，分布也较密集。在贫钼矿石中，肉眼基本不可见辉钼矿，显微镜下可见细小叶片状的辉钼矿。

3.3 蚀变特征

柴家沟钼矿蚀变主要为钾化、黄铁绢英岩化、硅化及高岭土化，局部见有青盘岩化、碳酸盐化、萤石化等蚀变。整体显示出以花岗斑岩为中心，向外依次为钾化—黄铁绢英岩化—高岭土化—青盘岩化的环带状蚀变分带特点。

钾化广泛分布，表现为面型钾化。钾化岩石呈现暗红色、紫红色，以钾长石、黑云母化为主。高岭土化蚀变较为普遍，在地表大范围分布。蚀变岩石多成灰白、浅白色，钾长石、斜长石等矿物高岭土化较强。黄铁绢云岩化主要出现在斑岩体深部。绢云母呈细小鳞片状主要交代长石类矿物，或与绿泥石共同组成晚期厚大石英脉的蚀变晕，发育在石英脉的两侧。青盘岩化主要表现为绿泥石和绿帘石化。绿泥石化在地表出现很少，深部局部出现。绿泥石主要交代斜长石、黑云母等矿物，或在各类岩石、破碎带的裂隙面上发育。硅化和碳酸盐化：多呈线带状或者斑块状出现。从实际情况看，碳酸盐化及萤石矿化多出现构造裂隙部位，其中萤石矿化多位于勘查区东部F1断层派生的次级构造裂隙内，从其分布规律看，这两种低温矿物与成矿关系不大，属于后期叠加的低温热液活动产物。其他几种蚀变与成矿关系更为密切。

4 矿床成因

4.1 成矿时代

对矿区内花岗岩和花岗斑岩取样，进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年工作。通过测试，花岗岩的206Pb/238U的加权平均年龄值(208±0.9)Ma(MSWD=0.48)，主要赋矿岩体花岗斑岩206Pb/238U的加权平均年龄值(163.9±0.9)Ma(MSWD=0.32)(见图3和图4)，成岩时代为燕山期[4]。

辉钼矿Re-Os 体系形成后很难被后期地质过程重置[5]，可精确限定成矿时代，目前被广泛应用。因此利用Re-Os 同位素测年法测定辉钼矿单矿物的形成时代也即代表了本矿床的成矿时代[6]。

2种辉钼矿样品的Re-Os测年结果见表1，它们具有非常小的模式年龄变化范围，在161.9～162.9 Ma之间，加权平均模式年龄为(162.4±2)Ma(测试单位为中国地质科学院国家地质实验测试中心Re-Os 同位素实验室)，这说明柴家沟斑岩钼矿成矿年龄与花岗斑岩体成岩年龄基本一致，反映出了二者形成于统一的成岩成矿地质事件，即柴家沟钼矿形成于燕山中期[7]。

图3 柴家沟钼矿床花岗岩206Pb/238U 同位素等时线和年龄加权平均值

图4 柴家沟钼矿床花岗斑岩206Pb/238U 同位素等时线和年龄加权平均值

表1 柴家沟钼矿中辉钼矿Re-Os同位素数据

4.2 流体包裹体研究

主要对热液期的硫化物多金属阶段及成矿晚期低温热液阶段的含矿石英脉进行流体包裹体研究。其成矿流体包裹体特征显示，成矿流体均一温度主要在200～350 ℃之间，平均温度为280 ℃，流体盐度峰值为4%～8%(质量分数)NaCl，流体密度峰值则为0.80～0.92 g/cm3。利用NaCl-H2O体系的T-ρ相图来估算成矿流体均一时气相饱和压力值，得到的压力范围在0.5～18 MPa之间，估算柴家沟钼矿最深成矿深度为1.8 km。

4.3 成矿阶段

根据对矿物组合及矿物分布情况的综合分析，将成矿热液期分为早、中、晚3期，其中热液中期又分为2个成矿阶段。第一阶段为浸染状硫化物阶段，矿物组合为辉钼矿、石英、黄铁矿、磁铁矿；第二阶段为石英细脉辉钼矿阶段，其矿物组合为辉钼矿、黄铁矿、石英、绢云母、白云母；第三阶段为石英粗脉辉钼矿阶段，其矿物组合为辉钼矿、石英以及少量铅锌矿等硫化物组合；第四阶段为多金属硫化物阶段，其矿物组合为黄铜矿、黄铁矿等硫化物组合，辉钼矿化较弱，不能形成矿体。

4.4 矿床成因类型

柴家沟钼矿受区域性东西向红石砬—大庙—娘娘庙深断裂与北东向平房—桑园断裂带共同作用，大断裂成为岩浆侵位和含矿热液运移的通道[8]。辉钼矿呈细脉—网脉浸染状赋存于花岗斑岩体和外接触带花岗岩、隐爆角砾岩等围岩裂隙中。钼矿体规模大，品位低，从矿体向围岩有钾长石化、硅化、青磐岩化的蚀变分带现象，其中硅化、钾长石化与矿化关系密切。 综上认为柴家沟钼矿为典型的斑岩型钼矿床。

燕山造山带形成之后，岩石圈减薄，导致了区域上大规模的岩浆活动，其中冀北平泉地区形成了王土房杂岩体、八家山杂岩体、小寺沟杂岩体等多个岩体， 经高度分异后，携带大量成矿物质的剩余岩浆沿断裂等通道继续上侵，形成突出岩基的小型斑岩体。斑岩体内外接触带裂隙密集，是构造薄弱部位和相对开放的空间，为矿质运移、沉淀提供了条件。 独特的构造背景、丰富的矿质来源、强烈的流体作用、适宜的矿体定位空间等诸多因素结合，形成了柴家沟斑岩型钼矿[9]。

5 找矿前景

物性测定结果显示花岗斑岩极化率平均值为1.55%，电阻率平均值为17 567 Ω·m，花岗岩极化率平均值为1.14%，电阻率平均值为12 509 Ω·m。含钼矿化花岗岩极化率平均值为3.13%，电阻率平均值为6 956 Ω·m。从物性结果看，激电可以提供良好的找矿线索。根据主要矿体厚大部位所在勘探线3线进行的激电中梯剖面测量，共获得7处异常，其中一个异常已查明为矿致异常，推测其余异常多为花岗岩、花岗斑岩或角砾岩中金属硫化物局部富集所引起，通过与已知矿体的激电异常类比，推断矿区外围存在更大的找矿潜力。

根据前人1∶20万及1∶5万水系沉积物测量，本区附近可见一定规模钼异常且较高异常范围尚位于目前勘查区南部。

目前地质工作仅围绕成矿花岗斑岩体北部进行，在花岗斑岩体南部地区地表仍可观察到与区内相同情况的蚀变分带及较强的辉钼矿化。

综合上述地质研究及找矿综合信息显示，柴家沟钼矿具备发展为大型至超大型斑岩型矿床的前景。

6 主要认识

柴家沟钼矿床属燕山期与花岗斑岩有关的斑岩型钼矿床，矿体主要赋存于花岗斑岩中侵入海西期花岗岩(208 Ma)中，其成岩年龄为(163.97±0.83)Ma，辉钼矿成矿年龄为(162.4±2 )Ma，成岩成矿近于同期。

成矿流体包裹体特征显示，成矿流体均一温度主要在200～350 ℃之间，平均温度为280 ℃，流体盐度峰值为4%～8%(质量分数)NaCl，流体密度峰值则为0.80～0.92 g/cm3，表明柴家沟钼矿成矿流体具中高温，最大成矿压力为18 MPa。

矿区蚀变主要为钾化、黄铁绢英岩化、硅化及高岭土化，局部见有青盘岩化、碳酸盐化、萤石化等蚀变。整体显示出以花岗斑岩为中心，向外依次为钾化—黄铁绢英岩化—高岭土化—青盘岩化的环带状蚀变分带特点。

目前矿床具备较大找矿前景，且矿床周围附近区域内尚无典型钼矿床，因此加强对于矿床的进一步研究具有重要意义，并应针对矿床外围开展高精度磁测、激电测量和化探测量圈定找矿远景区，并最后通过探矿工程发现新的钼矿床。

致谢：中国地质大学(北京)董国臣老师对本论文进行了详细的指导，并提供了重要实验数据，同时野外项目组付出了辛苦劳动，在此表示感谢！