湖南麻阳砂岩型自然铜矿床地质及地球化学研究

麻阳铜矿有着悠久的开采历史，被誉为“江南第一古矿”，该矿不仅为古人提供了大量的铜资源，也是现今湖南省最大的铜矿。麻阳铜矿床位于麻阳县与辰溪县交界处，地处沅麻盆地中段，南部接近雪峰山，矿体赋存于白垩系红层砂岩中，严格受地层控制。 长期以来，雪峰山地区一直是地学界研究华南构造格局的重点地区，但沅麻盆地作为雪峰山构造带的次级构造单元受关注程度相对较低。20世纪60年代，多家单位在沅麻盆地开展铜、石油、煤、石膏普查和区域地质测量工作，先后在发现了麻阳(九曲湾)、黄双、杉木溪等12处自然铜/辉铜矿矿床(矿化点)。麻阳铜矿正式投产后，对铜矿床乃至沅麻盆地地质研究工作几乎处于停滞状态。20世纪90年代，开展的区域基础地质填图和麻阳铜矿床储量扩大的相关研究，对矿床地质描述、沉积相分析等做了进一步的工作，但对矿床地球化学所做工作甚少，对麻阳铜矿中自然铜矿化形成机理的认识还存在较大的分歧。本文在深入的野外地质工作基础上，对矿区及雪峰山地区岩石、矿石进行了细致的显微鉴定，并对矿石中各类矿物进行了详细的电子探针分析；系统分析了矿区及雪峰山地区各地质单元(地质体)的主量元素、微量元素、稀土元素、同位素等地球化学特征，结合前人研究主要取得如下结论性成果： (1) 通过主、微量元素地球化学分析，确定区域上沅麻盆地及其源区沉积岩、岩浆岩都具有壳源特征，碎屑物源为活动大陆边缘及岛弧区；矿区碎屑物源区主要经历基性斜长石风化阶段，风化程度不高。 (2) 麻阳铜矿床以及盆地内其他自然铜/辉铜矿矿化点大体都产在盆地靠近雪峰山一侧，赋矿地层为晚白垩系红层，矿体具有多层性的，但严格受透水性较好的灰白色-灰绿色砂岩控制，产状与砂岩乃至红色围岩产状完全一致，无穿插现象。横向上变化沿走向发育短，倾向长且可呈树枝(鸟足)状，但矿体消失部位多为河道相砂岩相变带。矿区发育褶皱构造和同沉积以及后期与褶皱有关的多组断裂，对矿体有破坏和再富集双重作用，但地层对矿化制约更明显。 (3) 麻阳铜矿床矿区碎屑物质来源于雪峰山地区，在矿石中发现的大量原生含自然铜矿化硅质碎屑是铜的最终来源。从碎屑结构上看，这种含铜碎屑与沉积硅质岩相似，但自然铜的铅同位素组成暗示铜的来源与白马山岩体印支期花岗岩、花岗闪长岩关系密切，而明显不同于雪峰山地区出露的前寒武系变质岩以及寒武系黑色页岩(二者都含有硅质岩夹层)，因此推断，含铜碎屑可能是与白马山岩体印支期花岗岩、花岗闪长岩活动有关的热水或热液产物。盆地成矿的铜，少部分由机械搬运以碎屑形式搬运至沉积区，并受原地淋滤；绝大部分可能是在风化区溶解由流水(地表水或地下水)带入沉积盆地。 (4) 外来的铜在生物硫富集的层位，与硫结合形成辉铜矿矿化。绝大部分铜在缺硫环境下，因成矿流体物化条件的变化快速沉积形成自然铜矿化。主矿化期发生在沉积期，成矿环境为低温、弱还原条件，流体为含硫酸根、氯离子的高盐度流体，有机质在成矿过程中可能起到一定的作用。 (5) 麻阳铜矿床主成矿期矿化形成后，矿体受同沉积及后期断裂的改造，在断裂附近形成矿化再富集，同沉积及后期断裂中都发现热液特征的石膏、自然铜脉，说明断裂活动时的热液作用对矿床有改造作用。 (6) 虽然麻阳铜矿床具有矿物组合、矿物产出的特殊性，但其成矿过程可能是特定的物化条件下的简单模式：风化-搬运-沉淀-改造。