广东怀集地区矽卡岩型铁多金属矿床地质特征、成矿规律及成矿模式

冼源宏，孔凡全，詹华思，李明哲，乐晨鑫，纪皓中

(中国地质调查局海口海洋地质调查中心〔原武警黄金九支队〕，海南 海口 571127)

0 引言

南岭地区花岗岩及相关矿产是当今成矿前沿科学问题研究的最佳切入点之一。多年以来，国内主要地质科研院所和相关地质队伍，在南岭地区开展了基础地质、矿产地质等方面的研究工作。最早的研究工作开始于20世纪40年代，如李四光的《南岭何在》(1942)等；1979—1982年，开展了包括南岭地区主要成矿带以钨、锡、铜、铀、铅、锌为主的首轮区划工作；1994年，开展了以金、银、铅、锌、铜、稀有、稀土等矿种的第二轮区划工作；1988—1996年，完成了本区锡、铅、锌中大比例尺成矿预测；20世纪90年代以来，我国学者相继开展了南岭地区锡多金属矿床的时空分布规律和锡铅锌多金属矿床类型研究[1]，系统总结了南岭成矿带的区域成矿规律和找矿标志，建立成矿和找矿模式；2000—2002年，宜昌地调中心从事华南成矿区成矿规律和找矿方向的研究，以及2003年以来宜昌地调中心开展的南岭地区锡成矿规律研究等，出版了专著《南岭锡矿》[2]。南岭地区多年来的地质研究工作还孕育了包括钨矿“五层楼”模式等具有中国特色的找矿勘探理论。但以往的工作主要集中在南岭中部及东部，而对南岭南部的工作则相对较少，对矿床与花岗岩的成因关系尚未深入研究，其花岗岩类的控矿规律尚不清楚，这在一定程度上妨碍了人们对南岭地区成矿作用的系统认识。

通过对该区典型矿床成矿地质条件和控矿因素进行分析，结合近年来在该区取得的找矿成果，进而总结研究区铁多金属矿床的成矿规律，并在此基础上建立该区矽卡岩型铁多金属矿床成矿模型，为下一步在该区寻找矽卡岩型矿床提供详实可靠的地质科学依据。

1 区域地质背景

研究区大地构造位置处于南岭成矿带南部(粤北地区内)，横跨扬子板块与华夏板块，中生代欧亚大陆板块构造岩浆活动带的华南陆块中南部，粤西晚古生代凹陷带与赣闽粤晚古生代隆起内(图1)①。

区内地层出露有寒武系牛角河组、高滩组和水石组，下石炭统连县组、石磴子组和测水组，上三叠统小云雾山组，下侏罗统金鸡组、桥源组，下白垩统新隆组，第四系桂平组(图2)。寒武系为活动大陆陆缘环境之下沉积的一套巨厚的浅海陆棚—陆棚边缘斜坡相砂泥质复理石建造，并可能有少量火山物质和硅质岩、灰岩。遭受加里东碰撞造山作用的低绿片岩相区域低温动力变质作用。下石炭统连县组、石磴子组和测水组为稳定陆缘滨—浅海、沼泽相环境下沉积的一套白云质、灰质碳酸盐岩及碎屑岩。上三叠统—下侏罗统及下白垩统为陆内湖泊相及少量河流相碎屑岩。第四系为洪冲积物、残坡积物。

研究区内经历了寒武纪—志留纪为古板块活动与褶皱基底形成阶段，泥盆纪—中三叠世为准地台被动陆缘发展阶段，晚三叠世以来为现代板块活动与陆内构造活动阶段。结合研究区沉积建造、岩浆活动、变质作用、构造样式及构造运动性质等特征与差异，可划分为加里东、华力西—印支、燕山和喜马拉雅四个构造旋回。断层走向以NE向、NNE向、NW向和近SN向为主，极少数EW向。

区内侵入岩较发育，主要有工作区南部大桂山一带(广宁岩体北部)的晚奥陶世黑云母正长花岗岩，连阳岩体南部的晚白垩世角闪黑云二长花岗岩、黑云母二长花岗岩、黑云母正长花岗岩，晚白垩世三岗山、大雾山、白水寨、鸡笼岭、石床顶等岩体的黑云母二长花岗岩、黑云母正长花岗岩等。另外，还见有较多花岗斑岩、闪长(玢)岩、伟晶岩、细晶岩、石英脉等岩脉。区内花岗岩体围岩具有角岩化或大理岩化、矽卡岩化，内接触带有时具云英岩化和硅化，与区内铁、铅、锌、铜等多金属矿产关系密切。

2 典型矿床地质特征

2.1 东园铁矿床

2.1.1 矿床地质特征

矿区内出露地层为下侏罗统金鸡组，岩性为灰绿色石英细砂岩夹少量的绿灰色粉砂、粉砂质泥(页)岩。南部公路以西和中部见隐伏的连县组大理岩，呈NE向条带状展布(图3)。其中，矿区中部的花岗岩体内也可见大理岩残留体分布，主要呈条带状、透镜体状分布，长度约360m，宽80～120m，斜深约300m，倾向NEE，倾角40°～77°，岩性主要以大理岩为主，岩石层理不清晰。六庵山82～84线间，分布少量大理岩。

矿区断裂构造按走向方向分，主要有SN向和NNE向，F1、F2、F3和F4南东端分布在矿区内，规模不大。矿区位于黄石脑侵入体南缘，岩体呈岩基和岩枝状产出，岩性有粗中粒斑状黑云母二长花岗岩和细粒黑云母花岗岩。区内脉岩有细粒花岗岩脉、中基性岩脉和石英脉。

2.1.2 矿体特征

东园矿区已查明的铁矿体有6个，产于Ⅰ号矽卡岩带和Ⅱ号矽卡岩带中。Ⅰ号矽卡岩带内赋存4个不连续的矿体，分别为Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3和Ⅰ-4号矿体，其中Ⅰ-2号为最主要的矿体(图4)。

Ⅰ-2号矿体为矿区规模最大、埋深较大的隐伏矿体。分布在大理岩底板或矽卡岩中，横剖面上呈上弦月状，大透镜状，控制矿体长度大于100m，宽54～81m，走向约NE30°，倾向SE，倾角上陡下缓。矿石中磁铁矿含量占比为65%～90%。TFe最高品位达60.54%，最低品位为45.96%，平均品位为58.60%。矿区所见矿石多为块状，风化带附近少量粉末状矿石，块状矿石呈半自形—他形晶粒状结构，块状构造，局部条带状或浸染状构造。粉末状矿石呈粉粒结构，松散状构造。矿石中矿物成分主要为磁铁矿、赤铁矿、黄铜矿、锡石、透辉石、绿帘石、方解石、透闪石、绿泥石、滑石、石榴石、粒硅镁石等。矿区内围岩蚀变主要有黄铁矿化、磁铁矿化、碳酸盐化、绿泥石化，次为矽卡岩化、大理岩化、滑石化、蛇纹石化及硅化。其蚀变发育程度、规模受接触带、围岩性质等因素控制。蚀变空间分布特点表现为靠近接触带较强，远离则减弱的特点[3]。

2.2 将军头铁多金属矿床

2.2.1 矿床地质特征

矿区地层主要为高滩组，岩性为变质细粒长石石英杂砂岩，夹粉砂岩、绢云母千枚岩、炭质千枚岩，局部夹薄层条带状硅质岩(图5)。地层北部倾向NEE—SEE，倾角14°～55°，东部地层走向折向EW，倾向NNE，倾角15°～35°。矿区构造不发育，只见一断裂发育于矿区东南部⑥号矿体中，为乌石洞断裂北东端。断裂呈NE方向展布，倾角80°，破坏⑥号矿体，垂直断距约100m，为一正断层。矿区有将军头岩体侵入，岩性为细中粒含斑黑云母二长花岗岩，直接侵入牛角河组及寒武系高滩组中。矿区内由于经历了较强的岩浆热液活动，岩石普遍具角岩化，重结晶形成绢云母、石英、黑云母；深部所夹的少量钙质砂岩、灰岩透镜体发生矽卡岩化或大理岩化。

2.2.2 矿体特征

矿区内的矽卡岩型矿体具有明显的垂向分带性，其上部为铁锌矿带，深部为产于岩体中的石英脉型辉钼矿带，分布于高滩组一段角岩化粉砂岩层的顶部及底部，露头受地形影响呈弓形分布，产状与岩层一致。上部矿体产状：倾向NEE—SEE，倾角14°～55°；下矿体产状：倾向NNE，倾角15°～35°。两矿体相距30～70m，矿带由数个矿体组成，矿体形态为大小不等扁豆体，盲矿体(、号矿体)富集在矿区中部。上部矿带位于角岩化粉砂岩上部，顶板为细粒绢云母砂岩，包括③、⑦、⑧号矿体以及⑨、号矿体，地表出露地段矿体断续长约1200m，厚3～20m，延深20～100m。下部矿带位于角岩化粉砂岩底部，底板为细粒绢云母石英砂岩，包括①、②、④、⑤、⑥号矿体以及⑩、号矿体，矿体长1600m，厚10～20m，延伸较大。其中在、号矿体延深达300m，近花岗岩处的矿体变厚，为15～20m，且为富磁铁矿体(图6)。

矿石结构主要以他形—半自形粒状结构为主；构造主要为块状构造、浸染状构造和条带状构造[5]。矿石中矿物成分主要有磁铁矿、闪锌矿、辉钼矿、阳起石、石榴石、绿泥石及微量符山石等。

围岩蚀变主要有磁铁矿化、闪锌矿化、辉钼矿化、矽卡岩化及绿泥石化等。

3 成矿规律

通过系统地质工作，工作区矿床成因类型主要为矽卡岩型磁铁矿或铁多金属矿，少量为矽卡岩型铜铅锌多金属矿(如横石、格仔塘)，极少量破碎蚀变岩型金多金属矿、银多金属矿；矿体形成于花岗岩体和活泼围岩的接触部位，主要赋存于矽卡岩带之中。其分布具有以下特征：

1)花岗岩体的产状对铁矿体的分布有较大的影响，且矿体一般产于岩体内外接触带，矽卡岩和矿体大多分布在花岗岩体的上部。

2)本区矽卡岩型矿床具有明显的垂向分带性，如：将军头铁多金属矿上部为铁锌矿带，下部为产于岩体中的石英脉型辉钼矿带。据李晶等[6]研究发现，连阳岩体北侧姓坪矽卡岩型钼多金属矿床的矿化具有明显的垂直分带现象：地表为铜铅锌矿体，表现为以黄铜矿、方铅矿、闪锌矿为主的中温热液组合，中上部金属矿物为以白钨矿、辉秘矿、辉钼矿为主的高温热液矿物组合，中下部则绝大部分为辉钼矿，偶见白钨矿和辉秘矿出现，属高温热液矿物组合。

3)岩体的侵位对矽卡岩和矿体的形成和分布也有一定影响，花岗岩体与围岩接触部位的转折端更有利于成矿，为矿体的富集部位。其中，靠近岩体的部位矿化较明显，而且形成的矿体品位较高，磁铁矿较富集，而离岩体越远部位矿化减弱以至消失[7]。

4 控矿因素分析

4.1 地层的控矿作用

矽卡岩型矿床的形成与围岩岩性有密切的联系。本区地层属于沉积岩地层，在与侵入岩接触过程中，有以砂岩和千枚岩为主的惰性岩层和以碳酸盐岩为主的活泼岩层。虽然惰性岩层中的元素沉积浓度普遍较高，但由于其性质较稳定，难以同岩浆相互交代而形成矽卡岩，且受热应力的作用，热液渗透扩散，促使其成分发生变化，破坏了原有的平衡状态而形成角岩化和硅化等现象，矿化频率较低，难以形成接触交代矽卡岩型矿床。活泼岩层化学性质活泼、脆性较大、渗透性强和富含CaO或MgO而易被交代，形成矽卡岩。此类围岩通常发生大面积蚀变，而呈现广泛的大理岩化和透闪石化，同时与接触交代类型矿化有密切的关系。因此，本区与成矿最有利的围岩是钙硅质岩、含钙镁砂岩或夹灰岩透镜体[3，7]④。

4.2 岩浆岩的控矿作用

区内岩浆岩分布较广，占调查区总面积的21.8%，比较大的岩体有连阳岩体、大桂山岩体、大雾山岩体和三岗山岩体。根据1∶5万水系沉积物测量成果，对23种元素的分布规律分析，调查区Pb、W、Sb、As、Fe、Bi元素相对富集，且富集部位均在侵入岩体附近，说明本区成矿元素分布规律与接触带岩浆热液活动有关。

本次工作，通过侵入体解体和系统的LA-ICP-MS U-Pb法精确测年，将燕山期侵入体划分为早白垩世和晚白垩世，并确定了晚白垩世花岗岩年龄为100Ma，其中晚白垩世为主体，划分了连阳序列、三岗山序列、锅坑花斑岩及大雾山序列四个序列。

连阳序列钨钼族元素W、Sn、Bi、Mo的含量较高，整体高于花岗岩维氏值[8]，最高含量分别是维氏值的11倍、2.86倍、673倍、8.92倍，平均值是维氏值的2.91倍、1.89倍、67.2倍、1.87倍；其放射性元素U、Th的含量高，U最高含量是维氏值的9.34倍，平均值是维氏值的4.18倍；Th最高含量是维氏值的4.06倍，平均值是维氏值的2.53倍，为富U、Th花岗岩。三岗山序列没有明显的成矿元素富集，但含闪长质包体和闪长质岩脉中的Cu、Zn含量较高。锅坑花斑岩钨钼族元素W、Sn、Bi的含量较高，为区内最高者，W最高含量是维氏值的29.8倍，平均值是维氏值的16.6倍，Sn最高含量是维氏值的7.7倍，平均值是维氏值的6倍，Bi最高含量是维氏值的114倍，平均值是维氏值的83倍；U、Th含量稍高，是维氏值的2倍。大雾山序列成矿元素没有明显高含量者(表1)。

表1 晚白垩世花岗岩岩体微量元素含量

通过工作发现，矽卡岩型矿床多产于连阳序列及三岗山序列与连县组白云质灰岩接触形成矽卡岩的部位，少量产于寒武系灰岩透镜体或钙质砂岩与连阳、将军岭等岩体接触部位。

4.3 构造的控矿作用

本区侵入岩和碳酸盐岩发生了接触交代变质作用，在岩浆热液与围岩接触的过程中，产生的受热表面，有利于双交代同生作用矽卡岩的形成。矿化和矽卡岩体密切相关，矿体的产状、规模和形态直接受接触面形态所制约。此外，单向应力作用产生的裂隙使岩石碎裂，有利于矿石、矿物的聚集。因此，接触带控矿是重要的条件之一，也是重要的导矿和容矿构造[9]。

5 成矿模式探讨

东园和将军头等中小型铁多金属矿床的形成与晚燕山期花岗岩关系密切，一般分布在晚燕山期连阳岩体和一些小岩体与围岩的接触带，且蚀变类型为矽卡岩化，因此矿床类型为矽卡岩型矿床，即接触交代型矿床。

区内铁多金属矿的成矿模式：当岩浆侵位时，岩浆析出热及含矿岩浆-热液，一方面，岩浆析出热能加热了天水并萃取部分寒武系早期初步沉积的铁锌铜成矿元素(据冼源宏等[10]对该区与晚白垩世花岗岩有关矿床的同位素特征分析，认为成矿热液主要来源于岩浆水，将军头铁多金属矿床的样品落在岩浆水与变质水界线处，揭示有部分寒武纪地层中的变质水加入成矿流体)，形成温度较低的成矿流体；另一方面，岩浆析出的成矿岩浆-热液与接触带附近的寒武系钙硅质岩、含钙镁砂岩或夹灰岩透镜体等围岩发生接触变质-交代作用(表现为矽卡岩化)，演化形成温度较高的含矿流体，两种温度不同的含矿流体最后在接触带等构造有利部位混合并沉淀成矿(图7)。

6 结论

1)区内东园铁矿、将军头铁矿等中小型铁多金属矿，均分布在晚燕山期连阳岩体和一些小岩体与围岩的接触带，为接触交代型铁多金属矿床；该类岩体与围岩的接触带也是本区重要的找矿标志。

2)晚白垩世花岗岩获得的大量锆石LAICP-MS U-Pb精确年龄都在100Ma，而与之相关矿床多是赋存于花岗岩和地层围岩相互作用形成的矽卡岩中，形成时代相近。其中：连阳序列和三岗山序列都有利于形成矽卡岩型铁多金属矿。

3)矽卡岩型矿床的形成对地层具有一定的专属性。如：当围岩为活泼岩层时，易于和侵入岩互相交代而发生矽卡岩化，且发生大面积蚀变，而呈现广泛的大理岩化和透闪石化等，与矿化富集有密切关系；当为惰性岩层时，岩石受热应力的作用，热液渗透扩散，促使其成分发生变化，破坏了原有的平衡状态而形成角岩化和硅化等现象，矿化频率较低，不利于交代形成矽卡岩及矿化富集作用。

注释：

① 武警黄金第九支队. 洽水圩、横石圩幅1∶5万区域地质调查报告[R].海口：武警黄金第九支队，2017.

② 广东省地质勘查局七一九地质大队. 广东省怀集县东园矿区铁矿详查报告[R]. 肇庆：广东省地质勘查局七一九地质大队，2007.

③ 广东省地质勘查局七一九地质大队. 广东省肇庆市怀集县凤岗镇将军头矿区铁矿资源储量核实报告[R]. 肇庆：广东省地质勘查局七一九地质大队，2008.

④ 武警黄金第九支队. 广东省阳山县石寨铅锌多金属矿普查报告[R]. 海口：武警黄金第九支队，2016.