湘南科学钻1665~1700m铜矿体成因及深部找矿启示

引用本文 [复制中英文]

许若潮, 文一卓, 许以明, 刘阳生, 李立兴, 龚述清, 李厚民, 孟雨红, 刘小林. 湘南科学钻1665~1700m铜矿体成因及深部找矿启示[J]. 地质通报, 2023, 42(4): 646-656.DOI: 10.12097/j.issn.1671-2552.2023.04.013.

[复制中文]

Xu R C, Wen Y Z, Xu Y M, Liu Y S, Li L X, Gong S Q, Li H M, Meng Y H, Liu X L. Origin and deep prospecting implications of the 1665~1700 m copper orebody discovered by the scientific drilling in south Hunan[J]. Geological Bulletin of China, 2023, 42(4): 646-656. DOI: 10.12097/j.issn.1671-2552.2023.04.013.

[复制英文]

基金项目

国家重点研发计划项目《钦杭成矿带湘南段铜锡多金属矿产深部探测技术示范》(编号: 2018YFC0603905)

作者简介

许若潮(1997-)，男，在读硕士生，地质学专业。E-mail：972587736@qq.com。

通讯作者

文一卓(1986-)，男，高级工程师，从事地质矿产勘查和研究工作。E-mail：wenyizhuo_1023@163.com

文章历史

收稿日期: 2021-12-13
修订日期: 2022-04-15

目录摘要全文 图/表 PDF

湘南科学钻1665~1700m铜矿体成因及深部找矿启示

许若潮^1,2, 文一卓¹, 许以明¹, 刘阳生¹, 李立兴³, 龚述清¹, 李厚民³, 孟雨红¹, 刘小林¹

1. 湖南省矿产资源调查所, 湖南长沙 410000;
2. 成都理工大学地球科学学院, 四川成都 610000;
3. 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

收稿日期: 2021-12-13; 修订日期: 2022-04-15

资助项目: 国家重点研发计划项目《钦杭成矿带湘南段铜锡多金属矿产深部探测技术示范》(编号: 2018YFC0603905)

作者简介: 许若潮(1997-)，男，在读硕士生，地质学专业。E-mail：972587736@qq.com.

通讯作者: 文一卓(1986-)，男，高级工程师，从事地质矿产勘查和研究工作。E-mail：wenyizhuo_1023@163.com.

摘要: 湘南科学钻(ZK16508)位于宝山铜-铅-锌多金属矿田北西，旨在通过深部探测完善铜矿深部成矿模式和找矿标志。该科学钻在1664.82~1699.84 m处的石磴子组含炭质灰岩中揭露视厚度35.02 m的铜矿体，其中Cu达到工业品位，同时伴生Ag、Au、Ga和Se。为揭示深部铜矿体的成矿机理，对铜矿石开展了Re-Os同位素测年和硫同位素分析。铜矿体全岩Re-Os年龄为159.1±1.1 Ma，与成矿花岗闪长岩侵位年龄和浅部铜钼矿体成矿时代一致，说明它们是同一成矿系统的产物。铜矿石中的硫化物可分为2个世代，早阶段形成粗粒黄铁矿，晚阶段形成细粒共生的黄铁矿、黄铜矿、毒砂、菱铁矿等集合体。早阶段粗粒黄铁矿δ³⁴S值(平均5.97‰)略高于花岗闪长岩值，说明早阶段热液流体在演化过程中萃取了少量的地层硫，晚阶段细粒黄铁矿δ³⁴S值(平均3.79‰)大致与花岗闪长岩相当，说明形成黄铜矿的成矿流体为岩浆期后热液，演化过程中未受到地层的影响。研究表明，宝山矿田1.5 km以深铜矿找矿潜力大，其产出分布受成矿母岩花岗闪长岩和碳酸盐中的构造破碎带控制，磁异常是重要的找矿标志，而矽卡岩化则是指示铜多金属矿体分布的充分但不必要条件。

关键词: 铜多金属矿床花岗闪长斑岩矽卡岩深部找矿钦杭成矿带湖南

Origin and deep prospecting implications of the 1665~1700 m copper orebody discovered by the scientific drilling in south Hunan

XU Ruochao^1,2, WEN Yizhuo¹, XU Yiming¹, LIU Yangsheng¹, LI Lixing³, GONG Shuqing¹, LI Houmin³, MENG Yuhong¹, LIU Xiaolin¹

1. Investigation of Mineral Resources of Hunan Province, Changsha 410000, Hunan, China;
2. College of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu 610000, Sichuan, China;
3. MNR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China

Abstract: The 3000-meter scientific drilling in south Hunan is located in the northwest of the Baoshan Cu-Pb-Zn ore field, and aims to improve the deep metallogenic model and prospecting clues of copper deposits through deep exploration.A 35.02-meter copper orebody was discovered by this scientific drilling at the depth interval of 1664.82~1699.84 m, with the mineralized element Cu reached the industrial grade, and Ag-Au-Ga-Se met the standard of comprehensive utilization.In order to reveal ore genesis of the deep Cu orebody, this study conducted Re-Os isotopic dating and sulfur isotopic analyses.The whole-rock Re-Os age of the copper ores was dated at 159.1±1.1 Ma, which is consistent with the emplacement age of the ore-associated granodiorite and the ore-forming age of the Cu-Mo orebody at shallow depths, indicating that they represent products of the same metallogenic system.The sulfides of the copper ore can be divided into two generations, with the coarse-grained pyrite at the early stage, while the fine-grained aggregates of pyrite, chalcopyrite, arsenopyrite and siderite at the late stage.The δ³⁴S value of the early-stage coarse-grained pyrite(5.97‰ in average)is slightly higher than that of the granodiorite, indicating that the early-stage hydrothermal fluid extracted a small amount of sulfur from the carbonate formation.However, the δ³⁴S value of the late-stage fine-grained pyrite(3.79‰ in average)is approximately similar to the granodiorite, indicating that the ore-forming fluid that responsible for chalcopyrite deposition is a post-magmatic hydrothermal fluid, which was not affected by the carbonate formation.Our results show that the prospecting potential of deep copper deposits below 1.5-kilometer depth of the Baoshan ore field is of great importance, with the distribution of orebodies controlled by the structural fracture zone in carbonate formation and associated with granodiorite.Magnetic anomalies are important prospecting clues, while skarnization is a sufficient but unnecessary clue that signals the distribution of copper orebodies.

Key words: Cu polymetallic deposit granodiorite porphyry skarn deep prospecting Qinzhou(Bay)-Hangzhou(Bay)metallogenic belt Hunan Province

湘南有色金属矿集区位于北东向钦杭成矿带和东西向南岭成矿带的叠合部位，燕山期构造-岩浆活动强烈，成矿条件优越，既发育一系列与花岗岩有关的钨锡多金属矿床，又产出许多与花岗闪长斑岩有关的铜多金属矿床(毛景文等, 2007；2011; 彭建堂等, 2008; 王登红等, 2014; 袁顺达等, 2017; Li et al., 2019; 李厚民等, 2021)。这些矿床普遍具有规模大、分布广和共伴生组分多的特点，但随着多年的大量开采，已呈现后备资源严重不足的局面(王登红等, 2013; 赵正等, 2016)。湘南矿集区地球物理探测结果显示，成矿岩体埋深3~5 km，但目前勘查深度小于1.5 km，亟需开展深部找矿工作(文一卓等, 2022)。

深部找矿工作的前提是摸清深部矿体的赋存规律。湘南单孔3000 m科学深钻(ZK16508)以铜为目标矿种，旨在完善深部成矿模式和找矿标志，推动深部探测技术示范与找矿突破。本文报道了湘南科学深钻在1664.82~1699.84 m处揭露的铜矿体的地质地球化学特征，探讨了成矿机理和深部找矿标志，以期对湘南矿集区铜矿深部找矿工作有所裨益。

1 区域地质背景

湘南宝山矿田主要包括中部铜钼矿床、东部铅锌银矿床、西部铅锌银矿床和北部财神庙铅锌银矿床，其中中部铜钼矿床是湘南矿集区最大的铜多金属矿床(图 1)。矿田中出露的地层有上泥盆统锡矿山组白云质灰岩和砂页岩，下石炭统孟公坳组泥灰岩和白云质灰岩、石磴子组含炭质灰岩、测水组砂页岩、梓门桥组白云岩，中—上石炭统壶天群白云岩。矿田内构造复杂，由一系列轴向NE—NEE的倒转背斜和向斜，以及走向NE—NEE和NWW的断裂构造构成。矿田内的矿床总体上受宝岭倒转背斜控制，其中中部铜钼矿体位于倒转背斜核部石磴子组含炭质灰岩受交代变质形成的矽卡岩中，而东部、西部和北部财神庙铅锌银矿体分布在两翼地层中。矿田内岩浆岩发育，主要以花岗闪长斑岩脉的形式产出，为多金属成矿母岩，沿NWW向断裂分布，另外可见少量煌斑岩脉发育。前人对花岗闪长岩和煌斑岩开展了锆石U-Pb测年，获得158±1 Ma、158±2 Ma、157±1 Ma和156±1 Ma的成岩年龄，表明侵位时代为160~155 Ma(伍光英, 2005; 路远发等, 2006; 孔华等, 2013; 谢银财等, 2013; 弥佳茹等, 2018)。

图 1 湘南地区宝山矿田地质矿产图(据文一卓等，2022) Fig.1 Geologic map of the Baoshan ore field in the southern Hunan area C₂₊₃ht—壶天群白云岩；C₁z—梓门桥组白云岩；C₁c—测水组砂页岩；C₁sh—石蹬子组灰岩；C₁m—孟公坳组白云质灰岩或白云岩夹少量癞痢灰岩；D₃x—锡矿山组白云质灰岩和砂页岩

宝山矿田具有明显的矿化分带特征，近花岗闪长斑岩为中高温铜钼矿化带，主要发育由石榴子石、透辉石、绿帘石、绿泥石组成的矽卡岩，远离接触带的石磴子组、测水组和梓门桥组中为中低温铅锌银矿化带，矿化蚀变以硅化和碳酸盐化为主。宝山中区铜钼矿体呈脉状、似层状或透镜状产于矽卡岩中，沿走向延伸较小，沿倾向延伸较大，向NWW向侧伏，与宝岭倒转背斜轴向的倾伏方向一致，矿石具浸染状、网脉状或块状构造，金属矿物主要为黄铁矿和黄铜矿，脉石矿物有石榴子石、透辉石、方解石、石英等(图版Ⅰ)(周伟平, 2011)。路远发等(2006)对中部铜钼矿体含矿矽卡岩中的辉钼矿进行了Re-Os同位素测年，获得成矿年龄为160±2 Ma。

图版Ⅰ A.细粒黄铁矿、黄铜矿和菱铁矿组成的硫化物细脉穿切早期粗粒黄铁矿；B.细粒黄铁矿与黄铜矿、菱铁矿、毒砂共生；C.富磁铁矿的铜矿石；D.硫化物脉由早期粗粒黄铁矿及晚期共生的细粒黄铁矿和黄铜矿组成；E.硫化物脉中的辉钼矿；F.由黄铜矿和辉钼矿组成的细脉穿切早期粗粒黄铁矿。A~C为反射光，D~F为背散射图像

2 铜矿体地质特征

湘南地区实施的单孔3000 m科学钻(ZK16508)地处宝山矿田北部财神庙铅锌银矿床西部，位于165勘探线的北西端，主要目标是验证和完善铜锡复合成矿理论研究成果，推动深部探测技术示范与找矿突破(文一卓等, 2022)。湘南科学钻在1664.82~1699.84 m处的石磴子组含炭质灰岩中揭露视厚度35.02 m的铜矿体，其顶板为视厚度17.44 m厚的黄铁矿化和大理岩化灰岩，底板为视厚度17.06 m厚的含炭灰岩(图 2)。铜矿体与顶板黄铁矿化和大理岩化灰岩没有明显的界线，只因后者中发育稀疏硫化物细脉，而与底部含炭灰岩截然接触，接触部位不发育矿化蚀变(图 3-A、B)。在1688.69~1693.24 m之间，铜矿体中夹4.55 m厚的矽卡岩(图 3-C)。

图 2 湘南地区宝山矿田165勘探线地质剖面图(据周伟平，2011修改) Fig.2 Profile of the 165^th exploration line of the Baoshan ore field in the southern Hunan area C₁sh—石蹬子组灰岩；C₁c—测水组砂页岩；C₁z—梓门桥组白云岩；Q—第四系沉积物

图 3 湘南科学钻铜矿体及围岩岩心照片 Fig.3 The copper orebody discovered by the scientific drilling A—黄铁矿化和大理岩化灰岩(顶板)；B—4.55 m厚的矽卡岩(夹层)；C—含炭灰岩(底板)

铜矿石呈形态不规则的网脉状产于大理岩中，受构造裂隙控制，在脉宽大处矿石为致密块状构造。黄铁黄铜矿石中的金属矿物主要有黄铁矿、黄铜矿、白铁矿、磁铁矿及少量毒砂、辉钼矿、磁黄铁矿等，非金属矿物主要包括方解石、石英、白云石、菱铁矿、石榴子石及少量绿帘石、透辉石、绿泥石、萤石、高岭土、白云母等(图版Ⅰ)。矽卡岩主要由石榴子石及少量绿帘石、石英、透辉石、绿泥石、黄铜矿和黄铁矿构成，石榴子石为钙铁-钙铝榴石，颗粒粗大，振荡环带结构发育。

铜矿石中硫化物的生成顺序可以分为2个世代，早期形成颗粒粗大的黄铁矿(Py1)，晚期形成细粒共生的黄铁矿(Py2)、黄铜矿(Cp2)、毒砂、磁铁矿和菱铁矿，后者通常呈集合体填隙状产于粗粒黄铁矿的粒间，有时呈脉状切穿粗粒黄铁矿(图版Ⅰ)。

3 样品与测试方法

铜矿石矿心采样按照《金属非金属矿产地质普查勘探采样规定及方法》^①的要求，采用连续劈取的方法，取一半样品粉碎后进行化学分析。单样长度介于0.85~1.75 m之间，共采集34件样品，样品编号由浅至深分别为ZK16508-38~71。

铜矿石化学分析在湖南省湘南地质勘察院利用Optima 8000电感耦合等离子体发射光谱仪测试完成，检测元素及检测标准分别为：Cu(GB/T 14353.1—2010)、Pb(GB/T 14353.2—2010)、Zn(GB/T 14353.3—2010)、Ag(GB/T 14353.11—2010)、Au(DZG 3.8.63.3.9—2010)、Ga(GB/T 14353.13—2014)、Se(DZG 3.7.62.6.3.7—2010)、MFe(磁性铁，DZG2.5.35.28.1—2010)、WO₃(GB/T 14352.1—2010)、Sn(DZG3.6.48.6.1—2010)和Mo(GB/T 14352.2—2010)。

岩矿鉴定发现，铜矿石中经常见到与黄铜矿密切共生的辉钼矿，可以通过辉钼矿Re-Os定年厘定黄铁黄铜矿层的成矿时代。但是，辉钼矿在铜矿石中含量较低，粒径较小，且在矿层的不同深度富集程度差异很大。考虑到岩心样品量少，无法通过单矿物分选的方法获得辉钼矿单矿物，本次研究选择镜下观察到辉钼矿单矿物(图版Ⅰ)，且矿石化学分析中Mo含量较高的8件化学分析样开展全岩Re-Os定年分析。Re-Os定年在国家地质实验测试中心利用高分辨电感耦合等离子质谱仪(HR-ICP-MS Element 2)测试完成，详细的样品化学处理流程和测试技术见屈文俊等(2003)、杜安道等(2009)和李超等(2016)。

铜矿石中粗粒黄铁矿(Py1)、细粒黄铁矿(Py2)和细粒黄铜矿(Cp2)原位硫同位素测试在自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室利用Neptune多接收电感耦合等离子质谱仪(MC-ICP-MS)完成。激光波长为193 nm，能量密度为3.6 J/cm²，频率为3 Hz，剥蚀束斑为30 μm，测试精度为±0.1‰，详细的测试方法和实验流程见Fu et al.(2016)。

4 测试结果

34件铜矿石样品的化学分析结果见表 1。矿化元素Cu含量介于0.01%~1.26%之间，平均0.44%，达到工业品位要求(图 4-A)。Ag含量介于1.23~13.66 g/t之间(平均4.68 g/t)，Au含量介于0.01~0.13 g/t之间(平均0.06 g/t)，Ga含量介于0.0002%~0.0024%之间(平均0.0011%)，Se含量介于0~0.0036%之间(平均0.0017%)，这4个元素作为伴生组分也达到综合利用的要求(图 4-B~E)。Cd含量介于0.0002%~0.0024%之间，MFe含量介于0.02%~34.71%之间，WO₃含量介于0.001%~0.051%之间，部分样品达到综合利用的要求。Pb含量介于0.01%~0.38%之间，Zn含量介于0.01%~0.19%之间，Sn含量介于0~0.05%之间，Mo含量介于0~0.04%之间，没有样品达到综合利用的要求。

表 1 湘南科学钻铜矿化层样品化学分析结果 Table 1 Geochemical results of the samples in the copper orebody discovered by the scientific drilling

样品编号	采样位置/m	Cu/%	Pb/%	Zn/%	Ag /(g·t^-1)	Au /(g·t^-1)	Ga/%	Se/%	MFe/%	WO₃/%	Sn/%	Mo/%
ZK16508-38	1664.82~1665.82	0.41	0.02	0.01	4.32	0.06	0.000883	0.00291	0.16	0.006	0.011	0.006
ZK16508-39	1665.82~1666.82	0.57	0.02	0.01	4.88	0.06	0.000609	0.00290	0.28	0.003	0.015	0.003
ZK16508-40	1666.82~1667.82	0.54	0.09	0.06	7.97	0.04	0.000572	0.00329	0.24	0.006	0.009	0.004
ZK16508-41	1667.82~1668.82	0.38	0.02	0.01	4.72	0.05	0.000883	0.00220	0.07	0.051	0.026	0.003
ZK16508-42	1668.82~1670.23	0.32	0.02	0.01	4.81	0.08	0.00109	0.00156	0.12	0.017	0.031	0.002
ZK16508-43	1670.23~1671.99	0.01	0.02	0.07	4.7	0.01	0.000231	0.0000234	0.02	0.002	0.004	0.001
ZK16508-44	1671.99~1672.99	0.31	0.02	0.01	5.04	0.04	0.00102	0.00208	0.18	0.027	0.022	0.007
ZK16508-45	1672.99~1673.99	0.19	0.02	0.01	3.83	0.03	0.000809	0.000974	0.23	0.038	0.018	0.041
ZK16508-46	1673.99~1674.99	0.14	0.01	0.01	4.36	0.01	0.000646	0.000762	0.23	0.037	0.017	0.043
ZK16508-47	1674.99~1675.99	0.33	0.02	0.01	3.51	0.05	0.00239	0.00151	0.13	0.035	0.008	0.002
ZK16508-48	1675.99~1676.99	0.51	0.02	0.01	3.89	0.05	0.00188	0.00153	0.26	0.016	0.019	0.001
ZK16508-49	1676.99~1677.99	0.47	0.02	0.03	4.79	0.12	0.00154	0.00136	0.07	0.015	0.017	0.011
ZK16508-50	1677.99~1678.99	0.37	0.01	0.01	4.16	0.03	0.00119	0.00170	1.54	0.001	0.019	0.002
ZK16508-51	1678.99~1679.99	0.34	0.02	0.02	6.50	0.05	0.000759	0.00170	0.03	0.006	0.010	0.002
ZK16508-52	1679.99~1680.99	0.28	0.02	0.01	4.68	0.02	0.00121	0.00130	0.05	0.002	0.025	0.006
ZK16508-53	1680.99~1681.99	0.71	0.06	0.04	6.13	0.09	0.000886	0.00194	0.13	0.01	0.016	0.002
ZK16508-54	1681.99~1682.99	0.79	0.02	0.01	5.14	0.13	0.00139	0.00190	0.13	0.02	0.017	0.008
ZK16508-55	1682.99~1683.99	0.46	0.02	0.01	2.99	0.02	0.00116	0.00207	3.17	0.01	0.021	0.001
ZK16508-56	1683.99~1684.99	0.76	0.02	0.01	4.38	0.03	0.000987	0.00325	9.95	0.00	0.033	0.002
ZK16508-57	1684.99~1685.99	0.85	0.02	0.02	4.11	0.05	0.000993	0.00358	15.83	0.01	0.038	0.003
ZK16508-58	1685.99~1686.99	0.47	0.02	0.01	3.64	0.04	0.000702	0.00184	4.15	0.03	0.012	0.004
ZK16508-59	1686.99~1687.99	0.49	0.02	0.03	4.63	0.05	0.00224	0.00100	34.71	0.00	0.013	0.003
ZK16508-60	1687.99~1688.99	0.66	0.02	0.03	2.85	0.05	0.00123	0.00116	19.58	0.01	0.020	0.002
ZK16508-61	1688.99~1689.99	0.24	0.01	0.01	2.57	0.09	0.00147	0.000836	16.11	0.003	0.024	0.007
ZK16508-62	1689.99~1690.99	0.03	0.03	0.01	1.84	0.06	0.00129	0.000172	0.27	0.003	0.022	0.011
ZK16508-63	1690.99~1691.99	0.02	0.03	0.01	1.23	0.09	0.00142	0.0000942	0.13	0.001	0.014	0.004
ZK16508-64	1691.99~1692.99	0.05	0.03	0.01	1.99	0.03	0.00155	0.000282	0.26	0.001	0.032	0.007
ZK16508-65	1692.99~1693.99	0.95	0.03	0.01	5.46	0.06	0.000388	0.00266	0.07	0.001	0.016	0.001
ZK16508-66	1693.99~1694.99	1.26	0.17	0.11	11.64	0.11	0.000261	0.00340	0.24	0.002	0.009	0.001
ZK16508-67	1694.99~1695.99	0.61	0.38	0.19	13.66	0.11	0.000993	0.00248	0.22	0.011	0.019	0.001
ZK16508-68	1695.99~1696.99	0.65	0.06	0.01	4.10	0.03	0.000853	0.00179	0.29	0.027	0.035	0.008
ZK16508-69	1696.99~1697.99	0.37	0.01	0.01	2.68	0.06	0.00118	0.00157	0.13	0.013	0.046	0.005
ZK16508-70	1697.99~1698.99	0.16	0.01	0.01	3.86	0.03	0.00109	0.000533	11.40	0.004	0.029	0.002
ZK16508-71	1698.99~1699.84	0.36	0.01	0.01	4.15	0.09	0.00108	0.00136	12.20	0.001	0.020	0.001

表 1 湘南科学钻铜矿化层样品化学分析结果 Table 1 Geochemical results of the samples in the copper orebody discovered by the scientific drilling

图 4 湘南科学钻铜矿化层矿化元素变化图解 Fig.4 Variation diagrams of mineralized elements of the copper orebody discovered by the scientific drilling

本次研究的8件铜矿石样品的Re-Os测年结果见表 2。所有样品的Re含量介于0.32×10^-6~1.62×10^-6之间，¹⁸⁷Re含量介于0.20×10^-6~1.02×10^-6之间，¹⁸⁷Os含量介于0.53×10^-9~2.68×10^-9之间，单样模式年龄介于157.6~160.8 Ma之间。这8件样品的年龄加权平均值为159.1±1.1 Ma(MSWD=1.3)，等时线年龄为158.5±2.1 Ma(MSWD=2.9)，二者在误差范围内完全一致(图 5)。

表 2 湘南科学钻铜矿化层Re-Os同位素测试结果 Table 2 Re-Os isotopic results of the samples in the copper orebody discovered by the scientific drilling

图 5 湘南科学钻铜矿化层Re-Os等时线年龄和年龄加权平均值 Fig.5 Re-Os isochron diagram and weighted average age of the copper orebody discovered by the scientific drilling

铜矿石样品中黄铁矿原位硫同位素测试结果见表 3。早期形成的粗粒黄铁矿(Py1)的δ³⁴S值介于4.57‰~7.37‰之间(平均5.97‰，n=16)，晚期形成的细粒黄铁矿(Py2)的δ³⁴S值介于1.76‰~6.45‰之间(平均3.79‰，n=22)，细粒黄铜矿(Cp2)的δ³⁴S值介于1.40‰~3.95‰之间(平均2.63‰，n=15)(图 6)。

表 3 湘南科学钻铜矿石中黄铁矿原位硫同位素测试结果 Table 3 In situ sulfur isotopic results of pyrite in the copper ores discovered by the scientific drilling

样品编号	类型	δ³⁴S/‰	样品编号	类型	δ³⁴S/‰	样品编号	类型	δ³⁴S/‰
ZK16508-38-1	Py1	4.69	ZK16508-38-10	Py2	2.50	ZK16508-44-18	Py2	3.78
ZK16508-38-2	Py1	4.68	ZK16508-38-11	Py2	4.44	ZK16508-44-19	Py2	3.94
ZK16508-38-3	Py1	5.33	ZK16508-38-12	Py2	5.92	ZK16508-38-20	Cp2	3.34
ZK16508-38-4	Py1	4.76	ZK16508-38-13	Py2	3.68	ZK16508-38-21	Cp2	1.83
ZK16508-38-5	Py1	5.01	ZK16508-38-14	Py2	2.38	ZK16508-38-22	Cp2	1.40
ZK16508-38-6	Py1	4.82	ZK16508-38-15	Py2	4.44	ZK16508-38-23	Cp2	3.95
ZK16508-38-7	Py1	4.57	ZK16508-38-16	Py2	3.70	ZK16508-38-24	Cp2	3.36
ZK16508-44-1	Py1	6.61	ZK16508-38-17	Py2	4.21	ZK16508-38-25	Cp2	3.83
ZK16508-44-2	Py1	7.22	ZK16508-38-18	Py2	3.29	ZK16508-44-20	Cp2	3.86
ZK16508-44-3	Py1	7.37	ZK16508-38-19	Py2	4.32	ZK16508-44-21	Cp2	1.83
ZK16508-44-4	Py1	6.70	ZK16508-44-10	Py2	3.46	ZK16508-44-22	Cp2	1.97
ZK16508-44-5	Py1	7.24	ZK16508-44-11	Py2	1.76	ZK16508-44-23	Cp2	2.21
ZK16508-44-6	Py1	6.66	ZK16508-44-12	Py2	6.45	ZK16508-44-24	Cp2	2.47
ZK16508-44-7	Py1	6.58	ZK16508-44-13	Py2	3.02	ZK16508-44-25	Cp2	2.31
ZK16508-44-8	Py1	6.53	ZK16508-44-14	Py2	3.54	ZK16508-44-26	Cp2	2.07
ZK16508-44-9	Py1	6.78	ZK16508-44-15	Py2	3.63	ZK16508-44-27	Cp2	2.76
ZK16508-38-8	Py2	4.02	ZK16508-44-16	Py2	3.55	ZK16508-44-28	Cp2	2.18
ZK16508-38-9	Py2	3.61	ZK16508-44-17	Py2	3.85

表 3 湘南科学钻铜矿石中黄铁矿原位硫同位素测试结果 Table 3 In situ sulfur isotopic results of pyrite in the copper ores discovered by the scientific drilling

图 6 湘南科学钻铜矿体早期黄铁矿(Py1)和晚期黄铁矿(Py2)硫同位素直方图 Fig.6 Histogram of the sulfur isotopic values of the early-stage coarse-grained pyrite(Py1) and late-stage fine-grained pyrite(Py2)in the copper orebody discovered by the scientific drilling

5 讨论 5.1 铜矿成矿机理

化学分析结果表明，湘南科学钻1664.82~1699.84 m处的铜矿体Cu达到工业品位，同时伴生Ag、Au、Ga、Se等有用组分，这些矿化元素含量随深度呈现不规律变化，与网脉状矿化特征相符(图 4)。

前人在宝山铅锌铜多金属矿床开展了大量的成岩成矿年代学工作，与成矿有关的花岗闪长岩的锆石U-Pb年龄介于160~155 Ma(伍光英, 2005; 孔华等, 2013; 谢银财等, 2013; 弥佳茹等, 2018)，浅部铜钼矿化矽卡岩中辉钼矿的Re-Os年龄为160±2 Ma(路远发等, 2006)。这些年龄值与湘南科学钻铜矿化层的成矿年龄(159.1±1.1 Ma)一致(图 5)，表明深部铜矿体与浅部的铜钼矿体属于同一成矿系统在不同深度的产物，它们的形成都与宝山矿区致矿花岗闪长岩有关。

湘南科学钻铜矿石含硫矿物主要为黄铁矿、黄铜矿、毒砂等硫化物，未见硫酸盐矿物，表明成矿热液中的硫主要以S²^-或HS^-的形式存在，因此热液总硫与硫化物具有相似的硫同位素组成。早阶段硫化物只有粗粒黄铁矿，晚阶段细粒共生的黄铁矿δ³⁴S值(平均3.79‰)大于黄铜矿的δ³⁴S值(平均2.63‰)，与硫同位素在热液矿物体系中的平衡结晶顺序一致，说明硫同位素分馏基本达到了平衡。前人研究表明，宝山地区成矿花岗闪长岩的δ³⁴S值介于1.5‰~3.5‰之间(丁腾等, 2016)，而赋矿围岩石炭系碳酸盐岩的δ³⁴S值介于17.8‰~22.6‰之间(鲍谈等, 2014)。湘南科学钻铜矿体早阶段的粗粒黄铁矿δ³⁴S值(平均5.97‰)明显高于晚阶段与黄铜矿共生的细粒黄铁矿δ³⁴S值(平均3.79‰)(图 6)。

粗粒黄铁矿的δ³⁴S值略高于花岗闪长岩值，说明早阶段热液流体在演化过程中萃取了少量的地层硫，晚阶段黄铁矿的δ³⁴S值大致与花岗闪长岩相当，说明硫化物的硫来自于岩浆热液，形成黄铜矿的成矿流体为岩浆期后热液，演化过程中未受到地层的影响。

综上所述，湘南科学钻铜矿体的成矿流体来源于岩浆期后热液，早期成矿流体演化过程中吸收了少量的围岩组分，形成粗粒黄铁矿，而晚阶段成矿流体未受到围岩组分的混染，形成共生的细粒黄铁矿、黄铜矿及少量毒砂和辉钼矿。从图 4可以看出，矿化元素Cu含量与Ag、Au和Se具有正相关关系，说明矿脉中的这些元素沉淀于同期成矿流体交代作用。

5.2 铜矿深部找矿标志

根据“湖南省桂阳县宝山铅锌银矿接替资源勘查”(2006—2010)成果资料^②，宝山矿区165线800 m以浅部位发育单层0.4~18.13 m厚的铜钼矿体，累计厚度108.44 m(周伟平, 2011)。本次深孔岩心ZK16508中1664.82~1699.84 m的铜矿层(标高-1300~-1400 m之间)与较浅部位的铜钼矿体相比，矽卡岩矿物更少。浅部的铜钼矿体外侧的矽卡岩的厚度往往是矿体厚度的数倍，矽卡岩矿物主要为石榴子石和透辉石。不同的是，深孔岩心35 m厚的铜矿体外侧并不发育矽卡岩，而仅在矿层内部发育约4.5 m厚的矽卡岩，矿物组成主要为石榴子石、绿帘石和少量绿泥石，说明矽卡岩分布不均匀，矽卡岩大量发育的地方不一定矿体规模大。此外，深孔岩心铜矿层中磁铁矿大量发育，而浅部铜钼矿体中磁铁矿较少发育，这可能与不同成矿位置成矿流体的温度和成分的差异有关。

钻探结果表明，宝山矿田深部铜多金属找矿潜力大，笔者认为深部找矿标志包括以下几个方面。

(1) 燕山早期(约160 Ma)花岗闪长岩是铜多金属矿的成矿母岩，铜成矿与岩浆期后热液充填交代有关，因此花岗闪长岩与铜矿体具有密切的空间关系，是最直接的找矿标志。

(2) 碳酸盐岩中的构造破碎带为铜多金属矿提供了容矿空间，在宝山矿区表现为倒转背斜核部的石磴子组含炭质灰岩中的断裂构造，灰岩组分和构造空间有利于形成矽卡岩型铜矿化，因此也是找矿标志之一。

(3) 矽卡岩化是指示铜多金属矿体分布的充分条件，但不是必要条件，一直被认为是铜多金属矿床的重要找矿标志，但是本次深钻中35 m厚铜矿层顶底板并不发育矽卡岩，只有在顶部发育黄铁矿化和大理岩化。

(4) 磁异常是指示深部铜多金属矿化的重要指标。深钻中铜矿体中发育大量与黄铜矿共生的磁铁矿，35 m厚的铜矿层中有7 m磁性铁的含量大于等于10%。前人研究认为，磁异常特征与隐伏花岗闪长岩体有关(黄富年等, 2015)，因此不管是成矿母岩花岗闪长岩导致的磁异常还是铜矿体导致的磁异常，都可以作为铜多金属矿的找矿标志。

6 结论

湘南科学钻ZK16508在1664.82~1699.84 m处的石磴子组含炭质灰岩中揭露视厚度35.02 m的铜矿体，其中Cu达到工业品位要求，Ag、Au、Ga、Se达到综合利用要求。该铜矿体的成矿年龄为159.1±1.1 Ma，与宝山矿区花岗闪长岩的侵位年龄和浅部铜钼矿体的成矿时代完全一致，为同一成矿系统的产物。铜矿体中与黄铜矿共生的细粒黄铁矿、黄铜矿和毒砂的δ³⁴S值与花岗闪长岩中的细粒黄铁矿的值一致，说明成矿流体为岩浆期后热液，演化过程中未受到地层影响。宝山矿田1.5 km以深铜矿找矿潜力大，其产出分布受成矿母岩花岗闪长岩和碳酸盐中的构造破碎带控制，磁异常是重要的找矿标志，而矽卡岩化是指示铜多金属矿体分布的充分但不必要条件。

致谢: 野外工作得到湘南科学钻探施工单位山东省第三地质矿产勘查院地质科技人员和湖南宝山矿业公司李茂平、唐峰、朱昱等工程师的大力支持，室内工作得到中南大学邵拥军、戴前伟，昆明理工大学韩润生，中国地质科学院李超、王倩、余金杰等老师的热情帮助，在此深表感谢。

参考文献

Fu J L, Hu Z C, Zhang W, et al. In situ sulfur isotopes(δ³⁴S and δ³³S)analyses in sulfides and elemental sulfur using high sensitivity cones combined with the addition of nitrogen by laser ablation MC-ICP-MS[J]. Analytica Chimica Acta, 2016, 911: 14-26. DOI:10.1016/j.aca.2016.01.026
Li H, Kong H, Zhou Z K, et al. Ore-forming material sources of the Jurassic Cu-Pb-Zn mineralization in the Qin-Hang ore belt, South China: Constraints from S-Pbisotopes[J]. Geochemistry, 2019, 79: 280-306. DOI:10.1016/j.geoch.2018.12.008
鲍谈, 叶霖, 杨玉龙, 等. 湖南宝山Pb-Zn多金属矿床硫同位素地球化学特征及其地质意义[J]. 矿物学报, 2014, 34(2): 261-266.
丁腾, 马东升, 陆建军, 等. 湖南宝山矿床花岗岩类硫-铅同位素和流体包裹体研究及其成因意义[J]. 矿床地质, 2016, 35(4): 663-676.
杜安道, 何红蓼, 殷宁万, 等. 辉钼矿的铼-锇同位素地质年龄测定方法研究[J]. 地质学报, 1994, 68(4): 339-347. DOI:10.3321/j.issn:0001-5717.1994.04.005
黄富年, 鲁艺, 段华辉. 湖南宝山西部铅锌银矿床地质特征及找矿方向[J]. 国土资源导刊, 2015, 12(1): 24-28.
孔华, 全铁军, 奚小双, 等. 湖南宝山矿区煌斑岩的地球化学特征及地质意义[J]. 中国有色金属学报, 2013, 23(9): 2671-2682.
李超, 裴浩翔, 王登红, 等. 山东孔辛头铜钼矿成矿时代及物质来源: 来自黄铜矿、辉钼矿Re-Os同位素证据[J]. 地质学报, 2016, 90(2): 240-249.
李厚民, 李立兴, 余金杰, 等. 湘南地区钨锡多金属矿床矿石矿物组合、矿化蚀变特征及成矿流体组成[J]. 地质学报, 2021, 95(10): 3127-3145.
路远发, 马丽艳, 屈文俊, 等. 湖南宝山铜-钼多金属矿床成岩成矿的U-Pb和Re-Os同位素定年研究[J]. 岩石学报, 2006, 22(10): 2483-2492.
毛景文, 陈懋弘, 袁顺达, 等. 华南地区钦杭成矿带地质特征和矿床时空分布规律[J]. 地质学报, 2011, 85(5): 636-658.
毛景文, 谢桂青, 郭春丽, 等. 南岭地区大规模钨锡多金属成矿作用: 成矿时限及地球动力学背景[J]. 岩石学报, 2007, 23(10): 2329-2338.
弥佳茹, 袁顺达, 轩一撒, 等. 湖南宝山-大坊矿区成矿花岗闪长斑岩的锆石U-Pb年龄、Hf同位素及微量元素组成对区域成矿作用的指示[J]. 岩石学报, 2018, 34(9): 2548-2564.
彭建堂, 胡瑞忠, 袁顺达, 等. 湘南中生代花岗质岩石成岩成矿的时限[J]. 地质论评, 2008, 54(5): 617-625.
屈文俊, 杜安道. 高温密闭溶样电感藕合等离子体质谱准确测定辉钼矿铼-锇地质年龄[J]. 岩矿测试, 2003, 22(4): 254-262.
王登红, 陈毓川, 赵正, 等. 对南岭与找矿有关问题的探讨[J]. 矿床地质, 2013, 32(4): 854-863.
王登红, 陈振宇, 黄凡, 等. 南岭岩浆岩成矿专属性及相关问题探讨[J]. 大地构造与成矿学, 2014, 38(2): 230-238.
文一卓, 孟雨红, 许以明, 等. 湖南首个固体矿产勘查3000m科学深钻选址研究[J]. 地质与勘探, 2022, 58(5): 975-988.
伍光英. 湖南宝山花岗闪长质隐爆角砾岩的岩石学、地球化学特征及锆石SHRIMP定年[J]. 现代地质, 2005, 19(2): 198-204.
谢银财, 陆建军, 马东升, 等. 湘南宝山铅锌多金属矿区花岗闪长斑岩及其暗色包体成因: 锆石U-Pb年代学、岩石地球化学和Sr-Nd-Hf同位素制约[J]. 岩石学报, 2013, 29(12): 4186-4214.
袁顺达. 南岭钨锡成矿作用几个关键科学问题及其对区域找矿勘查的启示[J]. 矿物岩石地球化学通报, 2017, 36(5): 736-749.
赵正, 陈毓川, 郭娜欣, 等. 南岭科学钻探NLSD-1矿化规律与深部找矿方向[J]. 中国地质, 2016, 43(5): 1613-1624.
周伟平. 湖南桂阳宝山西部铜矿床地质特征[J]. 矿产勘查, 2011, 2(5): 475-478.
①	国家地质总局.金属非金属矿产地质普查勘探采样规定及方法[N].1978.
②	湖南省有色地质勘查局一总队.湖南省桂阳县宝山铅锌银矿接替资源勘查[N].2010.