江蘇溧水火山巖盆地鍺礦富集成礦探討

孟慶秀，張 勇，匡福祥，王 沖

（1.江蘇省南京工程高等職業(yè)學(xué)校，江蘇 南京，210016；2.南京地質(zhì)調(diào)查中心，江蘇 南京，210016）

鍺元素是一種典型的稀有分散元素，與錫和鉛在元素周期表中屬同一族，后兩者早被古代人們發(fā)現(xiàn)并利用，而鍺卻長時期以來沒有被工業(yè)規(guī)模開采。鍺在地殼中的含量約為百萬分之七，具有親石、親硫、親鐵、親有機(jī)的化學(xué)性質(zhì)，很難獨(dú)立成礦，很少形成獨(dú)立礦物，一般以分散狀態(tài)分布于其他元素組成的礦物中，多與金屬礦床共（伴）生產(chǎn)出。鍺是一種重要的半導(dǎo)體材料，對固體物理和固體電子學(xué)的發(fā)展有重要作用，是重要的戰(zhàn)略資源。被廣泛用于半導(dǎo)體、航空航天測控、核物理探測、光纖通信、紅外光學(xué)、太陽能電池、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

全球鍺的資源量比較貧乏，已探明全球金屬鍺資源量僅為8 600 t，按照目前年采200 t計(jì)算，43年后全球鍺金屬儲量就會耗盡。鍺礦產(chǎn)資源在全球分布比較集中，主要分布在中國、美國和俄羅斯，其中儲量最多的是美國，占全球45%，其次是中國，占全球41%。我國已探明鍺礦產(chǎn)地約35處，主要分布在云南、內(nèi)蒙等地。內(nèi)蒙鍺礦主要分布在煤田中，品位低，可采性差；而云南鍺礦分布在鉛鋅礦和含鍺褐煤中，云南會澤縣是我國重要的鉛鋅鍺生產(chǎn)基地。

近年來筆者在長江中下游成礦帶溧水火山巖盆地調(diào)查工作中發(fā)現(xiàn)，在盆地東南邊緣火山噴發(fā)間歇期河湖相沉積建造中有較好的鍺礦化。在該地區(qū)的鍺主要賦存在早白堊紀(jì)陸源碎屑巖中，鍺礦化明顯與赤鐵礦化、褐鐵礦化呈正相關(guān)。其次還有部分鍺鐵礦屬于火山噴發(fā)沉積一中低溫?zé)嵋函B加鍺鐵礦，分布在杭村組含鍺鐵(鉛鋅)沉積巖系地層中，受杭村期湖盆相沉積和姚家邊晚亞旋回的火山巖-次火山巖活動的雙重地質(zhì)因素控制，例如，童山鍺鐵礦、枕頭山鍺鐵礦等。中低溫?zé)嵋毫严冻涮钚玩N鐵礦受姚家邊旋回火山熱液作用，賦存在北西向的斷層裂隙帶之中，例如，南山頭鍺鐵礦，錦華山、大茅嶺庵鍺鐵礦。通常情況下，鍺這種元素的富集主要在褐煤中，其次是與鉛鋅礦伴生，而本處礦化卻主要發(fā)生在含鐵硅質(zhì)建造中。因此有必要對該地區(qū)鍺礦的物質(zhì)來源及成礦機(jī)制做簡要探討，希望能夠?qū)﹂L江中下游成礦帶溧水火山巖盆地成礦規(guī)律及礦床類型提供更豐富的研究素材，增強(qiáng)鍺成礦機(jī)制的新認(rèn)識。

1 成礦地質(zhì)背景

1.1 大地構(gòu)造環(huán)境

溧水火山巖盆地是長江中下游幾個知名火山巖區(qū)之一，位于揚(yáng)子陸塊下?lián)P子坳陷帶內(nèi)。該盆地東側(cè)以NNE向的茅山東側(cè)斷裂，西側(cè)以方山—小丹陽斷裂為界；南側(cè)以小丹陽—雙牌石，北側(cè)以南京-湖熟為界組成菱形斷塊區(qū)域。盆地火山基底為晚三疊世黃馬青組，早中侏羅世象山群及晚侏羅世早期西橫山組?；鹕綆r系多不整合于基底巖層之上，并為后期內(nèi)陸沉積河湖相紅色砂頁巖所覆蓋。

區(qū)域構(gòu)造活動從侏羅紀(jì)中晚期—白堊紀(jì)早（170～135 Ma）開始增強(qiáng)，由于太平洋板塊向亞歐板塊俯沖，總體處于擠壓背景，巖漿活動呈現(xiàn)出由沿海向內(nèi)陸年輕化趨勢，且多具殼源特征；白堊紀(jì)早期之后，太平洋板塊的俯沖作用減弱，俯沖板塊發(fā)生后撤，研究區(qū)總體處于拉張背景，從而形成了火山盆地，造成大量富集地幔和少量古老地殼物質(zhì)的熔融，形成大量中基-中酸性巖漿巖[1]。

1.2 火山噴發(fā)旋回

早白堊世發(fā)生大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)，由老至新依次為龍王山、大王山、姚家邊、甲山4個演化旋回。龍王山旋回主要出露于盆地四周，中部有少量分布，其下部為角閃巖和云閃安山巖及角礫巖、凝灰?guī)r等，中部為輝石安山巖及火山碎屑巖。在火山口四周，龍王山組下段底部鏡鐵礦化凝灰質(zhì)雜礫巖中形成層狀鐵銅礦。區(qū)內(nèi)斷裂有兩組，以北西向一組為主，次為北東向一組，斷裂發(fā)生在龍王山組火山巖、凝灰質(zhì)雜礫巖及巖體中，斷裂形成時間晚于龍王山組。圍巖交代蝕變對圍巖的選擇性很強(qiáng)。在陡山組長石石英砂巖和泥質(zhì)粉砂巖中以硅化、黃鐵礦化為主;龍王山組底部凝灰質(zhì)雜礫巖中以大理巖化、碳酸鹽化、石榴子石化、綠簾石化、陽起石化、黃鐵礦化、鏡鐵礦化、黃銅礦化為主;龍王山組下段安山質(zhì)火山碎屑巖、熔巖及巖體中以綠泥石化、碳酸鹽化、絹云母化、高嶺土化、泥化、鈉長石化、硅化、綠簾石化、鏡鐵礦化為主。蝕變有成層產(chǎn)出的特征，尤其以龍王山組凝灰質(zhì)雜礫巖層狀蝕變十分明顯，其次蝕變受構(gòu)造控制，凝灰質(zhì)雜礫巖一雜礫巖的孔隙度大，石榴子石、陽起石、綠簾石、鏡鐵礦、黃銅礦等層狀蝕變顯著。礦體賦存于龍王山組下段底部凝灰質(zhì)雜礫巖中，在火山噴發(fā)作用和次火山巖侵入作用的影響下，使凝灰質(zhì)雜礫巖中的灰?guī)r礫石蝕變成鏡鐵礦、穆磁鐵礦、磁鐵礦和少量黃銅礦；大王山旋回出露于盆地東部和南部，北部呈零星分布，其下部為凝灰火山碎屑巖和火山碎屑巖，夾鐵碧玉和赤鐵礦層，中部為粗安-安山質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r和熔巖，上部為玄武粗安質(zhì)熔巖及火山碎屑巖；姚家邊旋回分布在盆地南部地區(qū)，主要為高鉀粗面巖夾火山碎屑巖；甲山旋回分布于盆地北部邊緣，主要為英安流紋質(zhì)熔巖和熔結(jié)凝灰?guī)r[2]。

測區(qū)內(nèi)出露地層由老到新為侏羅系上統(tǒng)西橫山組灰質(zhì)礫巖、泥灰?guī)r、石英砂巖、長石石英砂巖、粉砂巖等;龍王山組下段角礫安山巖、安山質(zhì)火山角礫巖等，兩者呈不整合接觸。閃長玢巖呈巖脈狀、巖枝狀產(chǎn)出,它侵入于西橫山組地層中，屬大魏莊巖體邊緣巖枝、為燕山早期次火山巖。區(qū)內(nèi)為一單斜構(gòu)造，地層走向300°～325°，傾向南西,傾角25°～28°。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，巖層被切割、錯開、升降明顯，主要有北西向、北北東向、北北西向、北東東向四組斷裂。圍巖交代蝕變?yōu)槲◣r化(石榴子石化、透輝石化、綠簾石化)，角巖化、綠泥石化、碳酸鹽化。

2 成礦地質(zhì)特征

2.1 礦化空間分布特征

繼承性斷層裂隙，以及南部相鄰的橫溪—芝山斷裂的繼承性斷層裂隙。盆地內(nèi)巖漿自北西向南東由中基性逐漸向中酸性及堿性富鉀方向演化；從巖漿性質(zhì)與成礦的關(guān)系來看，成礦熱液早期為酸性，而晚期為堿性。晚期由于堿性元素的富集并沿著成礦通道上升，形成本區(qū)與Sr、Ba、Ge等希散元素有關(guān)的礦床。類型主要有火山噴發(fā)中低溫?zé)嵋撼练e型和裂隙充填型鍺鐵礦（圖1）。

圖1 溧水盆地觀山旋回成礦模式圖[3]

區(qū)內(nèi)成礦系列中分散元素的儲藏大有遠(yuǎn)景，鍺礦主要分布在盆地東南緣，如南山頭云合山、小茅山、祖山、饅頭山、老虎頭等地。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)火山噴發(fā)沉積-中低溫?zé)嵋盒玩N鐵礦小型礦床3處、中低溫?zé)嵋毫严冻涮钚玩N鐵礦小型礦床1處，礦點(diǎn)3處。

2.2 礦化富集特征

火山噴發(fā)沉積-中低溫?zé)嵋盒玩N礦化主要發(fā)生在大王山噴發(fā)旋回和姚家邊旋回之間，含礦建造主要為這兩個噴發(fā)旋回間歇期的杭村組河湖相沉積建造。鍺礦化往往與鐵礦化相伴生，形成鍺鐵礦體。礦體主要有呈似層狀、扁豆?fàn)罴安灰?guī)則狀產(chǎn)于硅質(zhì)巖中。

該類型的賦礦地質(zhì)體為產(chǎn)于侏羅系上統(tǒng)火山噴發(fā)間隙期河湖相沉積的杭村組中段下部的含鐵硅質(zhì)巖建造。杭村組這套內(nèi)陸碎屑沉積巖性變化較大，地層總厚度為357.23 m。可分為3個巖性段：下段為富含火山巖碎屑為特征，有沉角礫巖、砂礫巖、沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖等組成，厚0～26.41 m；中段以鈣硅質(zhì)為特征，有鈣泥質(zhì)粉砂巖、鈣質(zhì)砂巖、含礫鈣質(zhì)砂巖、含硅泥質(zhì)微晶灰?guī)r、含鐵硅質(zhì)微晶灰?guī)r等組成，厚216.10 m；上段為細(xì)砂巖夾頁巖，厚＞114.72 m。本次研究在勘查鉆孔中發(fā)現(xiàn)3層鍺鐵礦體，礦層底板為砂質(zhì)灰?guī)r、含鍺鐵鈣硅質(zhì)巖，頂板一般為鈣質(zhì)砂巖、鈣質(zhì)頁巖，礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致。

礦石類型主要是含鍺赤鐵礦，其次是含鍺鐵錳質(zhì)頁巖、含鍺赤鐵礦砂巖、含鍺赤鐵礦碧玉巖。一般鍺與鐵成正消長關(guān)系，鐵與硅呈反消長關(guān)系，鍺與硅的關(guān)系不明顯。裂隙充填型鍺鐵礦，主要受橫溪—芝山北西向基底斷裂的繼承性斷裂帶控制，鍺鐵礦體呈脈狀充填在斷層裂隙中，與火山活動期后中低溫?zé)嵋夯顒佑嘘P(guān)。成礦圍巖主要為下白堊統(tǒng)葛村組紅色砂巖及姚家邊組火山碎屑巖。葛村組紅色砂巖建造在空間上與下伏杭村組湖盆相鄰近。

礦石類型有石英-含鍺褐鐵礦、方解石-含鍺褐鐵礦、含鍺褐鐵礦-泥。礦石礦物主要有含鍺赤鐵礦，其次是含鍺褐鐵礦泥（含鍺紅色黏土）。在巖礦鑒定研究方面，顯微巖礦鑒定和選礦試驗(yàn)中均未發(fā)現(xiàn)鍺的單體礦物。從資料分析和選礦結(jié)果來看，鍺與鐵呈正消長關(guān)系，鍺可能呈吸附狀態(tài)賦存在赤鐵礦中。

3 成礦機(jī)制探討

3.1 構(gòu)造控礦因素

該成礦區(qū)的構(gòu)造控制因素，以斷層裂隙為特征，主要有兩期斷層裂隙。早期為伴隨著觀山火山巖—次火山巖活動期的斷層裂隙，即火山構(gòu)造斷層裂隙:晚期為觀山火山巖一次火山巖活動期后的斷層裂隙，即控制觀山火山巖一次火山巖活動的陶吳—上沛斷裂的杭村湖盆，位于韓胡村火山穹隆的南部外側(cè)，控制了大王山組與姚家邊組之間的火山噴發(fā)間歇期的杭村組含鍺鐵(鉛鋅）沉積巖的分布。南山頭鍺鐵礦帶，受陳家村一南山頭斷裂控制，形成了石英——含儲赤鐵礦（南山頭鍺鐵礦）。

測區(qū)中縱向斷裂和橫向斷裂為區(qū)域性構(gòu)造格架，它控制了區(qū)內(nèi)火山巖一次火山巖的噴發(fā)一侵入?？v向斷裂的控巖作用:受方山—小丹陽斷裂與洪蘭—豐安寺斷裂控制的西部斷塊隆起區(qū)，是龍王山早亞旋回火山巖和次火山巖的活動區(qū)。受茅西斷裂控制的茅山推覆體中，僅局部發(fā)育了姚家邊晚亞旋回的火山巖侵入活動。在上述兩個塊體之間，為溧水火山巖斷陷帶，發(fā)育了從龍王山旋回—甲山旋回的火山巖和次火山巖，也是測區(qū)內(nèi)火山巖和次火山巖的主體。總之，測區(qū)中縱向斷裂的控巖作用主要表現(xiàn)在測區(qū)火山巖一次火山巖活動的橫向遷移性方面。橫向斷裂的控巖作用:開太—白馬山斷裂帶，它控制了測區(qū)北部龍王山晚亞旋回的開太—十里膊斷裂噴發(fā)帶及東崗裂隱中心式火山活動區(qū)。測區(qū)南部的陶吳—上沛斷裂帶,它控制了姚家邊晚亞旋回的蒲塘橋—觀山斷裂噴發(fā)帶及觀山火山活動中心?？傊?，測區(qū)中橫向斷裂的控巖作用，主要表現(xiàn)在測區(qū)火山巖—次火山巖活動的縱向遷移性方面。由于測區(qū)內(nèi)生礦產(chǎn)的分布，在時間上與測區(qū)中的火山巖巖漿演化的階段性相一致，在空間上圍繞著火山巖—次火山巖活動中心分布，因此，加深對測區(qū)中控制火山巖—次火山巖活動的構(gòu)造研究，對尋找內(nèi)生礦產(chǎn)尤其重要。

3.2 巖漿巖控礦因素

早期的巖漿活動開始于杭村期，以玄武巖局部性噴發(fā)為前奏。零星分布在測區(qū)北部的姚家邊和測區(qū)南部的旋峰山等地。中期以大規(guī)模的粗安巖噴發(fā)活動和次火山巖粗安斑巖侵入活動為特征，遍及測區(qū)北部，南部、東部，形成了以觀山為中心的火山巖—次火山巖活動中心，以及云鶴山—長山頭、狀元山—枯竹山、上城—禪林山等次火山巖活動帶。在圍繞著觀山火山巖—次火山巖活動中心的火山構(gòu)造斷層裂隙中，形成了中低溫?zé)嵋毫严冻涮钽~（金）多金屬礦床，其次在上城—禪林山等次火山巖帶中的基底構(gòu)造斷層裂隙中，形成了中低溫?zé)嵋毫严冻涮钽~鉛鋅多金屬礦化。晚期為北西向繼承性斷裂活動及正長斑巖，霓石正長斑巖侵入活動，分布在溧水火山巖中央隆起的北部和南部。北部以開太—白馬山斷裂右行扭動派生的愛景山—小東山斷裂帶為代表，是中低溫?zé)嵋毫严冻涮钚玩J礦的主要儲礦構(gòu)造空間:南部以陶吳—上沛斷裂的繼承性斷裂洪蘭—西宋，經(jīng)家山—金駒山及橫溪—芝山斷裂的繼承性斷裂，陳家村—南山頭等斷裂為代表。沿?cái)嗔褞Х植剂苏L斑巖和霓石正長斑巖巖脈，是中低溫?zé)嵋毫严冻涮钚徒?、鈾、鍺礦的主要儲礦構(gòu)造空間。

3.3 地層控礦因素

杭村組是測區(qū)火山巖系地層中的主要沉積巖層，也是測區(qū)燕山早、晚兩期火山巖系的劃分和燕山早，晚兩期內(nèi)生礦產(chǎn)劃分的界限。在杭村湖盆中，沉積了沉火山碎屑巖—正常碎屑沉積巖夾含鍺鐵(鉛鋅）鈣硅質(zhì)巖系，形成了火山噴發(fā)沉積—中低溫?zé)嵋盒玩N鐵(鉛鋅)礦，例如，銅山鍺鐵(鉛鋅)礦。燕山晚期姚家邊組火山巖系地層中，同期次火山巖粗安斑巖活動強(qiáng)烈。發(fā)育了“黃鐵礦、石英巖化”,在“黃鐵礦、石英巖化”帶中，形成了與“斑巖”有關(guān)的中低溫?zé)嵋毫严冻涮钽~(金)多金屬礦，以及金、重晶石、鍺、鈾礦產(chǎn)，例如，饅頭山鍺鐵礦點(diǎn)等。在甲山組流紋質(zhì)火山巖系地層中，除蒙脫石化外未見其他礦化。

綜上所述，溧水盆地內(nèi)鍺礦化與早白堊世姚家邊旋回的次火山巖侵入活動有關(guān)。在大王山噴發(fā)旋回之后，間歇期沉積杭村組河湖相沉積建造，之后早白堊世早期姚家邊晚亞旋回大規(guī)模的火山巖粗安巖類的噴發(fā)溢流，使杭村組地層普遍受火山巖流的擾亂和覆蓋，次火山巖侵入活動也較發(fā)育[3]。據(jù)調(diào)查資料表明，中低溫?zé)嵋夯顒臃謨蓚€階段：第一階段，以富含二氧化硅及少量銅鉛鋅的硫化物熱液為主，沿裂隙上升，交代部分圍巖，形成層狀硅化帶，并在個別地方形成少量方鉛礦、閃鋅礦等有色金屬礦物，這個階段主要形成火山噴發(fā)沉積-中低溫?zé)嵋盒玩N鐵礦；第二階段，是在第一階段熱液活動之后，又發(fā)生了構(gòu)造破碎，富含鐵質(zhì)及硅質(zhì)的熱液，再次沿裂隙上升，富集呈赤鐵礦體，這個階段主要形成中低溫?zé)嵋毫严冻涮钚玩N鐵礦。巖漿熱液通過上述活動，吸取了圍巖中的鍺，富集成為鍺鐵礦。

4 總結(jié)

本區(qū)鍺鐵礦床前人均作了普查評價，由于鍺鐵礦石中鍺元素的可選性很差，鍺元素的回收率只有50%左右，因此對鍺鐵礦床未再作進(jìn)一步的勘探工作。此次調(diào)查工作對前人已勘探或開采的南山頭鍺鐵礦礦床，以搜集和綜合整理前人資料為主，結(jié)合實(shí)地觀察，了解成礦地質(zhì)條件、礦床特征及開采利用情況，總結(jié)成礦規(guī)律，并注意在外圍成礦有利地段開展礦產(chǎn)普查工作。由于杭村組地層中下段普遍有Pb、Zn化探異常，通過對銅山Pb、Zn異常的解剖，證實(shí)在鍺鐵礦層及其頂?shù)装搴F錳質(zhì)圍巖和底部構(gòu)造不整合面上有鉛鋅礦沉淀，粒度很細(xì)，在淺部和深部不整合面上可形成貧鉛鋅礦層。熱液型陡脈狀鉛鋅礦體規(guī)模小，延深淺。本區(qū)的找礦工作，在杭村組中段下部及底部構(gòu)造不整合面上是尋找沉積型鉛鋅礦的遠(yuǎn)景區(qū)，特別是深部構(gòu)造不整合面上礦體增厚，因此，可在湖盆的中心部位布設(shè)一條東西向剖面線，從西部開始，由淺入深用鉆探進(jìn)行深部探索。沿湖盆東西兩側(cè)北東向和南北向粗安斑巖接觸帶內(nèi)外的斷裂構(gòu)造破碎帶中是尋找熱液型脈狀鉛鋅礦體的遠(yuǎn)景區(qū)。