(壹)區域地質背景
城門山礦床大冶-九江成礦亞帶北至湖北省大冶地區，南至江西省九江、瑞昌地區。本區出露的主要地層為奧陶系-三疊系。矽卡巖型銅礦主要與二疊系和三疊系碳酸鹽巖有關。中石炭統黃龍組是層狀熱液銅礦形成的有利層位，誌留系砂巖頁巖中含有脈狀銅礦和斑巖礦化。
本區北西向、北東向和北東向構造十分發育，但北西向構造隱蔽，地表分散。北東向構造由壹系列長褶皺組成，褶皺兩翼常發育北東向逆沖斷層，總體上控制了本區內生金屬礦化的空間分布，從而形成了東雷灣礦帶、寶山礦帶、武山礦帶、丁家灣礦帶、城門山礦帶五條主要金屬礦帶。北西向和北東向構造的交匯限制了中生代巖漿巖和銅礦的空間位置。
燕山期巖漿活動與區域成礦密切相關。這壹時期形成了許多淺-超淺的小侵入體，幾乎全部由各種巖石類型組成，出露面積0.1 ~ 0.8km2，巖性主要為花崗閃長斑巖，其次為石英斑巖和應時閃長斑巖。巖石主要由中間長石(AN30 ~ 40)、鉀長石(高正長石和中間正長石)、應時、角閃石和黑雲母組成。其中斜長石的有序度大多在0.45-0.80之間，鉀長石的三重斜率在0.25-0.70之間。應時斑巖中普遍存在碎裂和熔蝕現象，表現出巖體的淺相特征。巖石化學特征顯示鈣堿性巖漿系列的特征。江西省地質局(1977)等單位認定其為玄武質或安山巖巖漿的演化產物。伴隨著淺部的侵入活動，形成了廣泛的侵入角礫巖或爆炸角礫巖，它是成礦雜巖的重要組成部分，也是本區成礦的重要特征。
在中酸性侵入巖與碳酸鹽巖的接觸帶，矽卡巖化往往廣泛發育，形成各種形態的矽卡巖和礦體，而在淺部斑巖中，細脈和浸染狀斑巖礦化較為常見。
該區主要有五個銅礦床，包括武山銅硫(金)礦床和城門山銅硫鉬礦床。
(2)礦床地質特征
礦床位於長山-城門湖背斜傾沒端的北部，礦區自南向北依次為誌留紀至三疊紀。地層走向東65° ~ 80°，傾向西北，傾角60° ~ 70°。在礦區南部，中央誌留系是背斜的核心，翼部出露上誌留系、上泥盆統和石炭-三疊系碳酸鹽巖，其中二疊系棲霞組和茅口組是重要的礦化層位。礦區內斷裂構造發育，以NE向和NW向斷裂為主，其中礦區南部的F1斷裂和礦區西南部的F2斷裂最為重要。F1斷層總長度大於1500m，呈NE向延伸。斷層面傾向東南，傾角60° ~ 80°，南板塊逆沖，產生誌留-泥盆系砂體。最大斷距可達350米，沿主斷層面和劈理面有強烈的矽化和礦化活動，在斷層下盤間的破碎帶基礎上派生出F2“in”形斷層和“in”形褶皺(圖15-4)。
礦區侵入巖形成於燕山期，同位素年齡118 ~ 153 Ma，是同源巖漿多期脈動侵入的產物。雜巖體侵入誌留-三疊系地層，受北北西向和北東向斷裂控制，呈巖石狀產出，出露面積約0.8km2，平面上呈近等軸狀，剖面上呈管狀。巖筒向西北傾斜，傾角70° ~ 80°。它由六種不同的巖石組成，即花崗閃長斑巖、長石石英斑巖、肥西石英斑巖、冠石英斑巖、雲英巖閃長巖和應時安山巖斑巖，在第二階段，它是壹個六次同源的侵入雜巖(表15-65438)。隨著石英斑巖的侵入，有強烈的侵入爆破，導致各種類型的內生角礫巖，其中鉀、矽質蝕變、泥化、絹雲母(水雲母)等廣泛種植
圖15-4城門山礦區地質圖(根據黃恩邦等1980資料編制)
花崗閃長斑巖呈不連續環狀分布於雜巖體外圍，最大寬度約500m，常與圍巖呈犬牙狀接觸，在各接觸帶產生了不同程度的蝕變、礦化、同化和混染作用。石英閃長巖主要由細粒石英斑巖和結晶石英斑巖組成，巖石以碎斑狀構造和角礫-角礫狀構造為特征。巖體或其邊緣存在廣泛的爆炸活動和斑巖型銅鉬礦化。
表15-1城門山礦床巖漿巖主要特征
(據南京大學，1978；黃恩邦，1980；江西省地質局，1977；數據綜合)
巖石的特點是富含堿，尤其是鉀。花崗閃長斑巖中平均K2O/Na2O比值為10.71，晶屑石英斑巖為16.10。爆炸角礫巖中K2O/Na2O比值可達17.10。
隨著巖漿活動從早期到晚期，各種巖石的化學成分都有規律的變化。巖石中Fe2O3+FeO、CaO、MgO、Na2O由高到低逐漸增加，K2O逐漸增加。相應地，巖石中斜長石和暗色礦物的含量減少，鉀長石明顯增加，黑雲母的鎂化程度也趨於增加。城門山礦床自下而上(在巖體中)以侵入雜巖為中心，斑巖型銅鉬礦、矽卡巖型銅硫礦和含銅層狀黃鐵礦礦體自內而外從巖體到圍巖出露，形成蝕變和礦化的環狀分布。
斑巖型銅鉬礦床:礦體產於花崗閃長斑巖接觸帶，分布於矽卡巖型礦體內部，產於花崗閃長斑巖和石英斑巖中(圖15-5)。礦石以細脈和浸染狀為主。金屬礦物主要是黃鐵礦、黃銅礦和輝銅礦，其次是輝鉬礦。主要礦物為黃鐵礦和黃銅礦，銅含量大多在0.37% ~ 0.87%。在應時斑巖中部，深部仍可見第二成礦期的輝鉬礦體，並伴有微弱的黃銅礦化。
矽卡巖型銅礦床位於花崗閃長斑巖與碳酸鹽巖圍巖的接觸帶中。單礦體呈透鏡狀，延伸範圍小。礦體在平面上呈環狀排列，橫斷面呈斜交狀，產狀與圍巖基本壹致。金屬礦物為黃鐵礦、黃銅礦、赤鐵礦、閃鋅礦、少量輝鉬礦、磁黃鐵礦和輝銅礦，偶見方鉛礦、白鐵礦和斑銅礦。脈石礦物為應時和鈣鐵榴石，礦石結構以脈狀和塊狀為主，富含銅，並伴有Au、Ag、Se、te等多種有益成分，多以類質同象狀態存在於金屬硫化物中。這類礦體占總儲量的50%。
層狀含銅黃鐵礦礦體產於外接觸帶，主要產於吳彤組應時砂巖的不整合面上，相當於黃龍組層位(圖15-5左下)。與F2層間破碎帶壹致。礦體厚，呈板狀，形態簡單，與地層壹致。金屬礦物主要為黃鐵礦和黃銅礦，少量磁鐵礦和閃鋅礦。非金屬礦物是方解石和應時。這類礦體以富硫為特征，伴生組分有金、銀、硒、碲、鈦、鎵、鈷等。這類礦體占總儲量的27%。
圖15-5城門山礦床地質剖面圖(根據江西省重工業局贛西北地質隊，1974)
礦床中有70多種礦石礦物和脈石礦物，但主要礦物有磁鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、輝銅礦、輝鉬礦、褐鐵礦、應時、石榴石、透輝石、方解石和菱鐵礦。大多數礦石呈浸染狀、細脈狀、松散塊狀構造，其次為塊狀構造、角礫狀構造、土狀構造和膠狀構造。其中，浸染狀構造和細脈狀構造為主要礦石構造類型，黃銅礦和黃鐵礦(有時為方鉛礦、閃鋅礦和輝鉬礦)呈不規則細脈和星點狀散布在矽卡巖、花崗閃長斑巖、石英斑巖、大理巖和各種內生角礫巖中。礦石具有多種結構形態，如顆粒結構、交代溶蝕、交代殘余、膠體結構或隱晶質析晶結構、裂隙結構等。
根據礦石的氧化程度，可分為原生礦、混合礦和氧化礦三種。根據礦石的礦物組合和化學成分，原生礦石可分為五種類型:黃銅狀黃鐵礦礦石(銅硫、鐵礦石)、黃銅狀黃鐵礦礦石(銅硫礦石)、黃銅狀閃鋅礦礦石(銅硫、鋅礦礦石)和黃銅狀黃鐵礦礦石(銅硫礦石)。礦石中銅的平均含量為0.76%。
礦床表面氧化帶較發育，氧化帶下部有次生硫化物。代表礦物為輝銅礦、藍輝銅礦和少量斑銅礦。
(3)礦床的交代作用
城門山礦床是與淺成-超淺成中酸性巖漿巖侵入有成因聯系的“三位壹體”礦床。伴隨著多次巖漿-成礦活動，形成了各種有序的交代成礦組合，並伴有特征性的交代分帶。以城門山綜合體為中心，從裏到外清晰地呈現出以下壹般分區規律:
1鉀長石矽化帶(巖體中的中心帶)
2黑雲母-鉀長石帶(巖體中的過渡帶)
3粘土礦物-絹雲母化帶(巖體中的邊緣帶)
3-1粘土礦物-絹雲母化帶
3-2弱矽化鉀長石綠泥石帶
4矽卡巖礦化帶(接觸帶)
5矽化大理石區(外部接觸區)
6矽化絹雲母帶(在矽質圍巖中)
上述蝕變分帶分別以花崗閃長斑巖和石英斑巖為中心，形成環狀蝕變分帶。前者主要發育矽卡巖化，而石英斑巖中部主要發育斑巖蝕變。
矽卡巖帶主要分布在礦區中部和東部，產於花崗閃長斑巖和二長斑巖與灰巖的接觸帶，特別是在灰巖的突出體和巖枝的穿插部位。蝕變帶最大寬度可達700米，主要礦物為鈣鐵榴石、透輝石、矽灰石和透閃石。晚期有金雲母、綠簾石、應時、玉髓、碳酸鹽、絹雲母、水雲母等中低溫熱液礦物，蝕變分帶如下:
00花崗閃長斑巖
1鉀長石花崗閃長斑巖
2斜長石矽卡巖
透輝石和石榴石矽卡巖
4鈣鐵矽卡巖
矽灰石大理石。其中1，2，3波段往往不發達或狹窄。
石英斑巖和二長花崗巖斑巖普遍存在鉀質和矽質交代作用，表現出明顯的表面蝕變分帶；
1)鉀長石-應時帶(中央帶):新生礦物以鉀長石、應時、黑雲母、斜長石為主，被鉀長石所替代，暗色礦物分解。該帶高嶺土化、絹雲母化和水雲母化疊加，是工業鉬礦體的主要產地。
2)黑雲母-鉀長石帶(過渡帶):圍繞巖體中心呈環狀分布，原巖為二長斑巖和花崗閃長斑巖。該帶包含了該地區主要的斑巖銅礦床。
3)泥質-絹雲母化帶(邊緣帶):分布在巖體的邊緣或外部。隨著原巖巖性的不同，產生了不同的礦物組合，主要有石英斑巖中的絹雲母、水雲母、水雲母、高嶺石和應時。在花崗斑巖和二長斑巖中，可見綠色蒙脫石、珍珠粘土、蒙脫石和水合高嶺石。這個區域的銅含量通常較低。
在礦區南部，矽化和絹雲母化廣泛分布於含銅黃鐵礦礦體下盤巖體與吳彤砂巖和誌留系砂巖的外接觸帶。熱液蝕變礦物從10%到60%不等。蝕變帶中有黃鐵礦體。
城門山礦床的矽卡巖帶不發育，但外圍的矽卡巖帶可寬達數百米。矽卡巖的形成需要引入大量的組分，如二氧化矽、氧化鋁、氧化鐵和三氧化二鐵。鑒於該地區矽卡巖帶不發育，南京大學等單位的研究人員認為，這些成分壹部分可能來自深部巖漿，另壹部分可能來自附近的沈積巖本身。該區斑巖蝕變的顯著特征是鉀長石和黑雲母的廣泛發育，泥質蝕變的普遍疊加，以及應時境內狹窄的絹雲母化帶和潘慶巖帶。
隨著蝕變在空間上的環形分帶，金屬元素在空間上分異富集，輝鉬礦富集在巖體中心的強鉀長石蝕變帶，銅含量低。向外，在過渡帶有大量的銅富集，形成主要的工業礦體。
通過對巖漿侵入階段的研究和蝕變礦化階段的劃分，可以追溯到本區成礦的主要過程:隨著花崗閃長斑巖和二長斑巖的侵入，出現了強烈的矽卡巖化和銅礦化，然後在石英斑巖的侵入階段，形成了廣泛的鉀矽質蝕變，進入了以斑巖蝕變和礦化為特征的成礦期。燕山晚期，石英閃長玢巖出現微弱的鉛鋅(銅)礦化。
縱觀本區的整個成礦過程，可分為以下成礦時期和階段:
矽卡巖礦化的子階段:
1)無水矽卡巖階段，溫度高於475℃。
2)350 ~ 475℃含水矽卡巖的早期銅鋅硫化物階段。
3)磁鐵礦階段，365438±00℃左右。
4)硫化中期，溫度為160 ~ 330℃(主要為200 ~ 270℃)。
5)在應時脈沖的早期，溫度低於270℃。
斑巖礦化的子階段:
6)300 ~ 370℃含輝鉬礦的應時脈階段。
7)硫化後期，200 ~ 320℃(主要是200 ~ 280℃)。
8)在硫化物、應時和碳酸鹽的最後階段，溫度低於260℃。
多金屬礦化的子階段:
9)方鉛礦、閃鋅礦和黃鐵礦階段，尚未形成工業礦化。
上述成礦階段在時間上依次發展，各種蝕變和礦化在空間上有機結合，形成以巖體為中心的斑巖礦化和以接觸帶為中心的矽卡巖礦化，兩者之間存在重疊現象。吳彤組砂巖不整合面上形成低溫層狀含銅黃鐵礦礦體，構成了與燕山期淺成低溫-超淺成酸性巖漿侵入有關的城門山礦床斑巖-矽卡巖-含銅層狀黃鐵礦成礦系列。
由上可見，城門山礦床可能是壹個以矽卡巖礦床為主體的多類型復合礦床。
吳等(1997)測得石英斑巖礦區輝鉬礦Re-OS等時線年齡為140 2Ma，基本代表了城門山礦區銅鉬礦化的成礦年齡。