0 引言

铜作为人类最早发现并应用的金属矿产之一，以其良好的导电、导热及抗腐蚀、抗拉性被广泛应用于家电、电力、机械和交通等众多领域，在中国经济发展过程中具有重要的作用，被列为重要的国家战略性矿产资源之一。因此，总结铜矿成矿规律，探索地区铜矿床找矿标志，了解铜矿资源潜力，提高铜矿矿产资源保障力度，对中国经济的可持续、高质量发展具有重要意义（崔灵敏，2015；唐文龙等，2021；杨卉芃等，2021；董京浩等，2021；任彦瑛， 2021）。

华北地区铜矿床分布广泛，矿床类型较多，包括斑岩型铜矿床、接触交代型铜矿床、岩浆型铜矿床、热液型铜矿床、火山沉积及沉积变质型铜矿床等。其中又以斑岩型、矽卡岩型、火山沉积型和热液型铜矿床为主（李俊建，2013；邱正杰等，2014；王成，2020）。济源市位于河南省西北部，隶属于华北陆块南缘，区内构造复杂，褶皱及断裂发育，西北部基底构造层内为紧闭至倒转褶皱及 N-NE 向逆断层，盖层构造层为高角度正断层及平缓开阔褶皱； 断层褶皱以NW向为主，形成区内主体构造格架，喜马拉雅运动产生NE、NW向断裂，致使构造复杂化，具备良好的成矿环境。本区主要的金属矿产与地层和构造的关系十分密切，其空间的分布特点与区内主要构造和地层的分布特点是一致的。区内发现的众多铜矿床（点），如济源市安坪铜矿床、济源市小沟铜矿床等均受到断裂构造或褶皱构造控制，特别是在中条凸起与太行山断裂的复合部位，成矿条件特别优越（谭少华，1996；汤中立等，2002；杨崇辉等，2018）。本文在总结前人分析研究的基础上 （真允庆，1999；覃志安和薛克勤，2003；卢社香， 2007；葛桐孚等，2010；何军华等，2017；杜玉龙， 2021；阴建定和寿立永，2021），通过资料收集、野外地质调查、综合分析等手段，对区内铜矿床地质特征、控矿条件、矿床类型及成因等进行了分析论述，总结区内不同类型铜矿床的找矿标志，并初步构建了区内不同类型铜矿床的找矿模型。

1 区域地质背景

河南省济源市铜矿区位于华北地台南缘，太行山台隆南部（图1）。区内出露地层隶属于华北地层区豫北地层分区，主要有新太古界林山岩群、古元古界银鱼沟群和双房岩组，中元古界熊耳群和汝阳群，寒武系、奥陶系、石炭系本溪组、二叠系、三叠系、侏罗系、古近系、新近系及第四系。

Ⅰ—华北区；Ⅰ₁—山西分区；Ⅰ₁ ¹ —太行山小区；Ⅰ₂—豫西分区；Ⅰ₂ ¹ —熊耳山小区；Ⅰ₂ ² —渑池—确山小区；Ⅰ₂ ³ —嵩箕小区；Ⅰ₃—华北平原分区；Ⅰ₃ ¹ —豫北小区；Ⅰ₃ ² —豫东小区；Ⅰ₄—鲁西分区；Ⅰ₄ ¹ —徐州小区

区内侵入岩不发育，只在西部零星分布，呈岩墙、岩脉产出。火山岩较发育，岩石成分以酸性岩和中性岩为主，其次为碱性岩和基性-超基性岩。岩浆活动时代从新太古代到新生代均有。其中，岩浆侵入活动以新元古代、早古生代、侏罗纪—白垩纪最为强烈，火山活动在中—新元古代和早古生代最为发育。熊耳群火山岩以中基性和中酸性火山岩为主，可分为两个大的喷发旋回，早期为陆相喷发环境，晚期出现海相喷发，产于大陆裂谷环境。熊耳群火山岩发育许山组、鸡蛋坪组和马家河组，许山组火山岩以中性安山岩为主，局部夹有中基性玄武安山岩及中酸性英安岩，岩性较为稳定，普遍见有气孔、杏仁构造，宏观上显示一定的成层性；鸡蛋坪组火山岩以中酸性、酸性熔岩为主，局部夹有中性安山岩，总体上反映了火山活动由强而弱，由中酸性向酸性方向演化的特征；马家河组以中性岩浆喷发为主，间或有酸性岩浆喷溢。汝阳群火山岩在区内普遍见于云梦山组，出露面积不大，但厚度及延伸稳定，岩性较为单一，为中基性安山岩，区域上可见有玄武安山岩。

区内变质岩地层多呈 NW—SE 向带状展布，变质岩以接触变质岩为主，区域变质岩次之，混合岩仅在局部零星出露。

研究区位于华北陆块南缘，区内构造复杂，褶皱及断裂均很发育，西北部基底构造层内为紧闭至倒转褶皱及 N-NE 向逆断层，盖层构造层为高角度正断层及平缓开阔褶皱；断层褶皱以NW向为主，形成区内主体构造格架，喜马拉雅运动产生 NE、NW 向断裂。

2 铜矿（化）点地质及地球化学特征

研究区内铜矿与地层和构造关系密切，其空间分布特征与区内主要构造和地层分布基本一致（魏俊浩和王学平，1996；郭可战，2008）。

斑岩型铜矿（化）点主要分布于济源地区封门口断层的清虚宫、北沟、虎岭一带，铜矿点产于天台山复背斜的核部，与林山岩群混合岩化浅粒岩、变粒岩、混合片麻岩、混合花岗岩关系密切；封门口断层及其次级断裂是成矿的有利部位。围岩为强硅化蚀变岩、混合片麻岩、混合岩化斜长角闪岩等。金属矿物有黄铜矿、斑铜矿、孔雀石、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等。

沉积变质型铜矿（化）点主要分布于济源瓦庙坡地区。铜矿点分布于西坪向西的榕沟—黄石铺褶曲组，赋存于银鱼沟群赤山沟组，不纯大理岩与中基性岩体（表现为变余杏仁角闪片岩、黑云片岩、绿泥片岩）均具铜矿化。矿石类型为含铜大理岩、黑色片岩、角闪岩等。金属矿物为黄铜矿、黄铁矿、孔雀石等。

火山沉积再造型铜矿（化）点主要分布于小沟、汤凹、黄背角一带，含矿建造主要由变粒岩、片麻岩夹片状斜长角闪岩等原岩为一套中酸性火山岩夹基性火山岩及少量碎屑岩的组合。受天台山复背斜、秦岭山断层、安坪复式倒转背斜等控制。矿石类型为含铜石英黑云母型、含铜火山碎屑岩型。金属矿物为黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿、辉铜矿、斑铜矿、自然铜等。

热液型矿（化）点主要分布于济源地区的石板道—木爷庙一带。铜矿点位于NW向区域断裂带的次级断裂带中，呈平行带状产出。矿石类型为梳状石英脉型、团块状石英脉型、侵染状片麻岩型、细脉状片麻岩型等。金属矿物为黄铜矿、黄铁矿、斑铜矿、方铅矿、闪锌矿等（图2，表1）。

2.1 软枣角铜矿点地球化学特征

软枣角沟地球化学异常位于济源市王屋乡奄沟村软枣角沟一带，出露新太古界林山岩群混合岩化变粒岩、混合片麻岩、混合花岗岩，古元古界银鱼沟群灰白-肉红色致密块状石英岩、长石石英岩、变质砂岩、石英绢云片岩等。异常中心位于林山岩群与银鱼沟群接触的角度不整合带附近、庵沟正断层北东侧、天台山复背斜北西倾伏端。该异常形态为不规则椭圆形，面积约 4.8 km²，元素组合为 Au Cu Zn Bi Ba，以 Au、Cu 为主要异常元素，Au、Cu 元素异常套合性好，地球化学特征见表2，剖析图见图3。该异常处在天台山复背斜核部，林山群与银鱼沟群的角度不整合接触带上，Cu、Au 异常强度高、规模大、套合性较好，元素组合对成矿有利。

2.2 小沟—柳行沟铜矿点地球化学特征

小沟—柳行沟地球化学异常位于济源市王屋乡林山村小沟一带。出露新太古界林山岩群混合岩化浅粒岩、变粒岩、混合片麻岩、混合花岗岩；异常北部边缘出露角闪片岩、斜长角闪片岩、黑云片岩、混合岩化浅粒岩、混合花岗岩。安坪倒转背斜及秦岭山断层沿异常长轴方向穿过异常中心。

该异常形态呈不规则带状，长轴走向NW向，面积约 11.5 km²，元素组合为 Cu Zn Bi Au Co Ag Pb。 Cu为主要异常元素，具三级浓度分带，形成葛条凹、小沟、汤凹、柳行岭4个异常浓集中心，异常强度高，规模大。地球化学特征见表3，剖析图见图4。小沟铜矿、汤洼铜矿等分布于该异常的迎门宫组之中，具有较好的找矿意义。

1—选仁组；2—峙峪组；3—离石组；4—始新统；5—马凹组；6—鞍腰组；7—椿树腰组；8—油房庄组；9—二马营组；10—和尚沟组；11—刘家沟组；12—孙家沟组；13—石盒子组未分段；14—马家沟组未分；15—三山子组；16—张夏组—崮山组并层；17—馒头组；18—白草坪组；19—云梦山组；20—云梦山组—白草坪组并层；21—马家河组；22—鸡蛋坪组；23—许山组；24—大古石组；25—赤山沟组；26—幸福园组；27—林山岩群；28—横岭关二长片麻岩；29—实测整合地质界线；30—实测角度不整合界线；31—实测性质不明断层；32—实测正断层及产状；33—实测逆断层及产状；34—层理产状；35—片麻理产状；36—片理产状；37—交错层理产状；38—铜矿（床）点

2.3 瓦庙坡铜矿点地球化学特征

瓦庙坡地球化学异常位于济源市王屋乡西坪村瓦庙坡—营盘一带。出露古元古界银鱼沟群底部石英岩、变质砂岩、绢云片岩；中上部绿泥片岩、黑云片岩、角闪片岩、绢云片岩夹薄层含铜大理岩； 中元古界汝阳群石英砂岩、底砾岩。区内构造有容沟—黄石铺褶曲组和瓦庙坡断层，容沟—黄石铺褶曲组位于瓦庙坡断层两侧；断层带宽几米至十几米，由强硅化蚀变岩及构造岩组成，断层带内具黄铜矿化、黄铁矿化、褐铁矿化等。土壤化探样分析结果：含 Cu 17.8×10^-6～2334×10^-6、Zn 12×10^-6～1829×10^-6。探槽化学样品中，Cu 0.38×10^-6～1.19×10^-2。

异常呈不规则带状，长轴走向NW—SE向，北西端至河南省与山西省交界处未封闭，面积约 4.7 km²，元素组合为 Cu Zn Co，以 Cu 为主要异常元素， Cu 异常带内局部伴 Zn、Co 异常。地球化学异常特征见表4、剖析图见图5。异常区内有瓦庙坡铜矿点赋存于赤山沟组之中，具有很好的找矿意义。

3 控矿条件分析

济源地区位于中朝准地台西南部、山西中条隆起南缘，中条凸起与太行山断裂的复合部位，其成矿条件优越，特别是铜铁多金属矿产（董东柱， 2022）。

3.1 地层

（1）莲东—行口一带的沉积变质铁矿，赋存于太古界林山岩群地层中的云母片岩和角闪片岩中，角闪石常被石英、方解石、磁铁矿等所交代，含矿岩系与铁矿体呈过渡关系，其原岩为一套基性火山沉积建造。

（2）小沟铜矿的矿化蚀变层为太古界林山岩群中的条带状石英黑云片岩和条带状石英角闪片岩，含矿岩系局部可见气孔构造，其原岩为基性火山岩，矿化蚀变层显示沉积层的特征，除黄铜矿化外，还可见黄铁矿化等。

注：Au的单位为10^-9，其他单位为10^-6

（3）古元古界银鱼沟群赤山沟组及北崖山组地层中所夹的大理岩、白云石大理岩，在与浅成侵入的基性小岩体或岩脉接触时常交代成富铁矿或形成铜矿化。

（4）研究区西部中元古界熊耳群底部大古石组砂页岩中有铜矿化存在，许山组火山集块岩中也见有铜矿化。

3.2 构造

研究区铜多金属矿产可以大致分为 3 个成矿带，主要受以下3条构造所控制。

（1）盘古寺断层：为长约 45km 范围内的以一系列东西向分布的正断层为格架并被其伴生的北东向、EW向次级断裂所复杂化的规模较大的断层带，其断距大于 800 m。由于该断层北盘上升，致使构成变质基底的新太古界林山岩群变质岩系接近地表或零星出露，该地层中的沉积变质铁矿沿盘古寺断层形成一条近EW向的铁矿带。而本区的铅锌矿也主要沿该断层带分布于中、上寒武统碳酸盐岩层中。

注：Au的单位为10^-9

（2）封门口断层带：该断层由黄楝树以西经铁山村，封门口—虎岭以东被第四系沉积物覆盖，区内出露长度约 36 km，为走向 NWW 的正断层，北东盘上升，太古代地层与中生代地层接触，断距大于 1000 m。沿该断层的破碎带或北侧变质岩系中常见铜矿化，而断层南侧中生代地层中则未见。

（3）天台山背斜：该背斜东自李八庄经秦岭山、庵沟、冷沟—银洞河被熊耳群许山组火山岩系覆盖，全长约 30 km，轴向 NWW—NW，北东翼在天台山一带倒转，褶皱于天台山以西开始倾伏，倾伏角 20°～50°，该背斜核部为太古代地层，其中分布于小沟汤洼一带的林山岩群石英角闪片岩和石英黑云片岩铜矿化很普遍，所形成的铜矿化带的分布与背斜轴基本一致。而位于该背斜两翼和倾伏端的古元古代地层中所赋存的由热液交代大理岩或白云石大理岩而形成的铁、铜矿产亦随古元古代地层的分布沿天台山背斜倾伏端由迎门宫、郭联坪、黄石铺等地呈带状分布。

3.3 岩浆岩

1）基性小岩体或岩脉在空间上对铁、铜矿产的控制。

（1）研究区西部变质岩区与热液交代作用有关的铁矿，在空间分布上与已蚀变为斜长角闪岩的基性小岩体有密切的关系，矿体往往位于小岩体的上、下接触带。

（2）瓦庙坡—郭联坪一带的含铜大理岩在其下部或附近往往也有基性小岩体或岩脉存在。

2）基性岩的化学成分与矿产的关系

（1）据铁山河矿区蚀变基性岩样品的分析结果资料，其中（FeO+Fe₂O₃）含量高达 18.1%，说明基性岩是交代大理岩成矿的矿液来源。

（2）瓦庙坡至郭联坪一带的含铜大理岩在与基性岩脉接触时铜矿化相对富集，且岩脉中也有铜矿化，可见其与铜矿化有密切的成因联系。

3.4 变质作用

区内沉积变质矿产都和区域变质作用有密切关系。小沟铜矿床及汤凹铜矿点是太古宙含铁铜的火山建造经受长期区域变质作用而形成的变质火山岩型铜矿。西黄石铺—郭联坪一带的铜矿 （化）体是沉积-变质铜矿床。

4 矿床类型及成因分析

研究区内主要铜矿床的类型包括斑岩型铜矿、沉积-变质型铜矿、火山沉积再造型铜矿、热液型铜矿（叶德隆和朱勤文，1994，施林道，2013；何军华等，2015）。

斑岩型铜矿床：与（隐伏）混合岩化花岗岩、角闪岩、片麻岩共生，主要受背斜和断裂构造控矿，岩浆热液为成矿物质来源，受到背斜和断裂构造影响，岩浆热液在上升喷发过程中，在降温降压过程中铜组分从岩浆热液中富集成矿，该类型矿床一般具有独特的蚀变组合及分带特征（王亚伟等， 2023）。区内斑岩型铜矿（化）点主要分布于济源地区封门口断层的清虚宫、北沟、虎岭一带，铜矿点产于天台山复背斜的核部，与林山岩群混合岩化浅粒岩、变粒岩、混合片麻岩、混合花岗岩关系密切；封门口断层及其次级断裂是成矿的有利部位。矿石类型为强硅化蚀变岩、混合片麻岩、混合岩化斜长角闪岩等。金属矿物有黄铜矿、斑铜矿、孔雀石、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等。

沉积-变质型铜矿床：与斜长角闪岩体相关，受褶皱构造影响，为岩体侵入时在拆离断层和滑脱构造处沉积，后经多期（气）热液变质成矿，围岩为大理岩。区内沉积-变质型铜矿（化）点主要分布于济源瓦庙坡地区。铜矿点分布于西坪向西的榕沟— 黄石铺褶曲组，赋存于银鱼沟群赤山沟组，不纯大理岩与中基性岩体（表现为变余杏仁角闪片岩、黑云片岩、绿泥片岩）均具铜矿化。矿石类型为含铜大理岩（大理岩与白云石大理岩）、黑色片岩、角闪岩型等。金属矿物为黄铜矿、黄铁矿、孔雀石等。

火山沉积再造型铜矿床：与变粒岩、片麻岩夹片状斜长角闪岩相关，原岩为一套中酸性火山岩夹基性火山岩及少量碎屑岩组合，是铜矿的物质来源，为火山碎屑成岩后，经多期构造活动和斜长角闪岩侵入后，铜元素聚集成矿。区内火山沉积再造型铜矿（化）点主要分布于小沟、汤凹、黄背角一带，赋存于新太古界林山岩群黑云片岩、角闪片岩，受天台山复背斜、秦岭山断层、安坪复式倒转背斜等控制。矿石类型为含铜石英黑云片岩、含铁铜石英角闪岩。金属矿物为黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿、辉铜矿、斑铜矿、自然铜等。

热液型铜矿：与断裂构造关系密切，主要为含矿热液沿前期断裂构造运移，在运移过程中在具有容矿空间位置沉积成矿，多呈脉型、透镜状。区内热液型铜矿（化）点主要分布于济源地区的石板道 —木爷庙一带。主要赋存于NW向区域断裂带的次级断裂带中，呈平行带状产出。矿石类型为梳状石英脉型铜矿石、团块状石英脉型铜矿石、浸染状片麻岩型铜矿石、细脉状片麻岩型铜矿石等。金属矿物为黄铜矿、黄铁矿、斑铜矿、方铅矿、闪锌矿等。

5 找矿标志分析

（1）地球化学异常标志

本区以 Cu 为主要异常元素的综合异常是重要的找矿标志，另外特殊的元素组合 Cu-Bi 等元素组合的综合异常是寻找古斑岩型铜矿的重要标志。 Cu-Zn-Bi等元素组合的综合异常是寻找火山沉积-再造岩型铜矿的重要标志。Cu-Zn-Ag 等元素组合的综合异常是寻找火山沉积-变质型铜矿的重要标志（图6）。

（2）构造标志

区内的铜矿化体大部分赋存于 NW 向或近 EW 向的断层带及褶皱构造的核部或倾伏转折部位，这些构造是寻找铜矿体的重要标志。

（3）地层标志

含铜大理岩和含铜磁铁大理岩，是直接的找矿标志。

（4）变火山岩标志

早期中基性火山岩和中酸性火山岩经变质作用形成绿泥黑云片岩、绿泥绢云片岩、绿泥片岩、黑云片岩、角闪片岩、绿泥石英片岩、绢英岩和混合花岗岩、混合片麻岩等，可作为寻找变基性火山岩型和斑岩型铜矿的一种标志。

（5）侵入岩标志

含铜铁较高的浅成侵入的蚀变基性小岩体，可作为一种寻找热液交代型铜铁矿产的标志。

（6）围岩蚀变标志

热液型铜矿化的围岩蚀变主要有硅化、绿泥石化、碳酸盐化、黑云母化等；沉积变质铜矿的蚀变有硅化、黑云母化、绿泥石化、碳酸盐化、绿帘石化和叶腊石化等。

（7）矿化标志

黄铜矿化、磁铁矿化、黄铁矿化、褐铁矿化可作为直接找矿标志。

（8）氧化带标志

含铜矿物在表生作用下形成次生氧化物如孔雀石、铜蓝、褐铁矿、铅钒等，或局部地段形成铁帽，是可靠的直接找矿标志。

6 找矿模型

研究区内铜矿床类型有斑岩型铜矿床、沉积变质型铜矿床、火山沉积型铜矿床及热液型铜矿床等。依据其控矿因素、矿物组合特征、矿石特征及蚀变特征等构建了区内不同类型铜矿床的综合找矿模型（唐文龙等，2021）（表5、表6、表7、表8）。

（1）斑岩型铜矿床

研究区内斑岩型铜矿主要分布在区内构造活动较为强烈的地带，赋矿岩体多为钙碱性系列侵入岩，以陆缘岛弧环境为主，以中酸性浅成—超浅成侵入作用为主，并伴有接触交代和岩浆热液等作用。该类型铜矿常具有品位低、规模大及易开发等特点。

（2）沉积-变质型铜矿床

研究区内火山沉积变质型铜矿床多是在原生地层中某些元素含量较高的基础上，经后期的变质热液活化、萃取、迁移并在特定的温度和压力条件下，在有利的空间内成矿物质沉淀富集，形成矿 （化）体。其成矿时代在本区主要为中元古代，其往往是由于早期的海相沉积岩经变质变形而形成的铜矿（化）体，其主要受断裂构造控制，特别是构造断裂发育且岩浆活动频繁的区域，是成矿的最有利部位。

（3）火山沉积再造型铜矿床

研究区内火山沉积再造型铜矿床在形成时间及空间上与地槽早期发育的海底火山岩系关系较为密切，含矿建造主要由变粒岩、片麻岩夹片状斜长角闪岩组等原岩为一套中酸性火山岩夹基性火山岩及少量碎屑岩的组合。该套岩性组合中铜元素的丰度较高，一般高出同类型岩石的几倍至几十倍，特别是在中基性火山岩和粗粒级的火山碎屑岩中铜元素相对富集。

（4）热液型铜矿

研究区内热液型铜矿产出相对较少，其成矿时代主要集中在新太古代，为岩浆后期热液对围岩进行选择性交代作用所形成的铜矿床。铜矿化主要发育在各类片岩中，该类型矿床主要充填在外接触带及围岩的原生构造内。

7 结语

综上所述，济源地区铜铁金属矿产成矿条件优越，主要包括4种铜矿床类型，其成因均与地层及构造等关系密切。其中斑岩型铜矿和火山沉积再造型铜矿床成矿物质主要来源于岩浆热液，该类型矿床与混合岩化的斑岩岩体、片麻岩和变质的火山碎屑岩关系最为密切；火山沉积变质型和热液型铜矿床的主要成矿物质来源为含铜热液，但严格受岩层拆离断层、滑脱构造和断裂构造控制，与大理岩、片岩地层和NW向断裂构造关系较为密切。依据其控矿因素、物化探异常特征、矿物组合特征、矿石特征及蚀变特征等构建的4类不同类型铜矿床的综合找矿模型，为以后该地区铜矿资源的勘查开发提供了理论基础。

注释

① 李俊建.2013. 华北地区重要矿种区域成矿规律研究成果报告 [R]. 天津：天津地质调查中心，1-172.

参考文献