一、大地构造单元
丰山洞铜矿床位于扬子准地台下扬子台褶带通山-瑞昌坳褶断束内丰山洞复式向斜的东端。
二、矿区地质
（一）地层
矿区出露的地层主要是下三叠统大冶群第四（T1dy4）至第七岩性段（T1dy7）（图2-49），其中第五、六段（T1dy5、T1dy6）与成矿关系密切。
T1dy7：灰黄色厚层和薄层状白云质灰岩、白云岩夹角砾状白云岩，厚79m。
T1dy6：上部为厚层状间夹薄层状灰岩，局部有少量燧石条带（或结核）和泥质条带，中部为中厚层状灰岩，具缝合线构造；下部为中-薄层状灰岩，厚122m。
T1dy5：上部为淡黄色、灰色薄层状白云质灰岩；中部为浅灰-灰色中厚层状白云质灰岩、灰质白云岩、白云岩；下部为薄层状白云质灰岩，含石膏条带状灰岩，厚121m。
T1dy4：上部为厚层状白云质灰岩、灰质白云岩；下部为灰白色夹冲悄紫红色厚层状灰岩、白云岩，具鲕状构造，厚205m。
（二）构造
矿区位于鸡笼山-苗母山复式倒转向斜核部。该向斜轴面走向近东西，倾向南。核野猜部地层为三叠系碳酸盐岩，两翼地层为二叠系―志留系。两翼地层总体向南倾，倾角40°～60°。核部次级褶皱发育，主要有大垅倒转向斜、仙人洞倒转背斜、立头倒转向斜和柯家塘倒转背斜（图2-49），其中与成岩成矿关系密切的是立头倒转向斜和柯家塘倒转背斜。
断裂构造主要有近EW向、NWW向，近SN向和NE向。近EW向断裂规模较大，以压性结构面为主，多为逆断层。NWW向断裂以张性、张扭性为特征，地表并不明显。NE向断裂比较复杂，有平移断层，NW盘南移，SE盘北移，表现为左旋扭动，矿田南部还有NE向逆断层。近SN向断层既有正断层，也有逆断层，切割岩体和矿体，为成岩成矿后断裂。岩枝、岩墙、岩脉主要呈EW向展布，受近EW断裂控制。而岩株主要呈NWW向展布，受NWW向构造控制。
图2-49 丰山洞铜（钼）矿床地质图 Fig.2-49 Geological map of Fengshandong copper-molybdenum deposit（据翟裕生等，1992）（after Zhai Yusheng et al.1992）
1―大冶群五段白云质灰岩；2―大冶群六段厚层-中厚层灰岩；3―大冶群七段白云质灰岩、白云岩；4―花岗闪长斑岩；5―侵入交代角砾岩；6―卵石化角砾岩；7―震碎角砾岩；8―夕卡岩型矿体；9―倒转向斜；10―倒转背斜；11―断裂；①大垅倒转向斜；②仙人洞背斜；③立头倒转向斜；④柯家塘倒转背斜
（三）侵入岩
丰山洞岩体沿柯家塘倒转背斜和立头倒转向斜侵入，平面上近似椭圆形，长轴呈NWW向延伸，向北超覆，向南倾伏，上大下小，为一蘑菇状岩株。岩株长约2200m，中部最大宽度800多米，地表长宽比为3∶1，在―400m标高为1.5∶1。出露面积约1.6km2，由多次侵入活动形成。
丰山洞岩体可划分为四次侵入-爆发活动，第一次侵入活动形成岩株的主体，岩性主要为花岗闪长斑岩，在岩体的边缘，部分为石英闪长斑岩或石英二长闪长斑岩，是岩体同化围岩后形成的边缘相。
第二次岩浆活动以形成隐蔽爆发角砾岩体（筒）为特征，角砾成分复杂，有大理岩角砾、花岗闪长斑岩角砾、夕卡岩角砾以及矿石角砾等。胶结物有花岗闪长斑岩和热液蚀变产物。
第三次岩浆活动主要形成一个花岗闪长斑岩大岩墙，宽2526m，长近数公里。侵入到主岩体的西南部，并切穿了夕卡岩型矿体和隐爆角砾岩。
第四次岩浆活动形成了粗面质凝灰角砾岩和石英粗面质角砾凝灰岩，呈岩筒、岩墙产出，具有次火山岩和火山喷发岩间的过渡特征，是超浅成岩浆活动的结果。
各次岩浆的规模从早到晚由大渐小，说明岩浆活动强度从早到晚由强渐弱。从分布上看，第一次花岗闪长斑岩分布广，是主岩体，第二次主要分布在主岩体中部及西南部，第三次主要分布在主岩体西南部，散脊渣第四次主要分布在主岩体东南部。在露天采场内，各次岩浆活动的产物穿插交织明显。
本区岩浆活动主要发生在燕山早期，第一次花岗闪长斑岩的同位素年龄为149Ma（K-Ar法），第四次粗面质角砾凝灰岩138Ma（K-Ar法），时差为11Ma。从现场看，不同期次岩体虽然有明显的穿插关系，但冷凝边和烘烤边都不太发育，说明早、晚期岩浆岩时间间隔不大，是在统一的构造-岩浆背景下多次脉动活动的产物。
本区与成矿活动关系密切的是第一次和第二次侵入的花岗闪长斑岩，它们的化学成分与中国同类岩石化学成分相比，SiO2含量略低，Na2O+K2O含量偏高，w（Fe2O3）/w（Fe2O3+FeO）第一次偏低，第二次偏高。FL与之相近，MF略低，为2.37～3.05，属钙碱性岩系列。岩石化学成分总体变化特征与区域内已知含矿斑岩（城门山、铜山口）十分相似。
稀土元素：w（∑REE）=167,w（∑Ce）/w（∑Y）=8.08，δEu=0.98,（La/Yb）N=31.56，说明岩浆的来源可能为下地壳或上地幔。
成岩深度不大，据初步推算，岩体侵位深度小于1km。岩体剥蚀深度也不大，因此丰山洞岩体为―超浅成侵入体。
三、矿床地质
（一）矿体形态、产状
丰山洞矿床由近百个大小不等的矿体组成，其中1号、501号和558号矿体规模较大，这三个矿体的储量占矿床总储量的90%以上。
1号矿体：位于岩体南缘接触带上，走向NW300°，倾向SW，倾角陡，一般在500左右。矿体沿走向长800m，矿体厚度一般30～40m。最大厚度可达85m，矿体倾斜延深最大为400m，总的形态为一复杂的扁豆体，走向上和倾向上都有分支复合现象，剖面上有叠瓦状排列的特点（图2-50）。最近查明，该矿体位于―400m上下的叠瓦状部分，在接触带大理岩褶曲突入岩体时，或凹兜部位时相连接，构成厚大的沿接触带受小褶曲控制的完整矿体。这一发现，使该矿体的储量成倍增长。
图2-50 丰山洞铜（钼）矿床联合剖面图 Fig.2-50 Combined profile of Fengshandong Copper-Molybdenum Deposit（据翟裕生等，1992）（after Zhai Yusheng etc.1992）
1―大理岩；2―花岗闪长斑岩；3―夕卡岩型矿体；4―斑岩型矿化带；5―矿体编号
501号矿体：产于岩体北缘接触带上，矿体走向随接触带变化而变化，总体上向南倾，倾角在―100m标高以上为350左右，在―100m以下变陡，为50°～70°。矿体东西向长约1500m，厚8～15m，最厚达36m，沿矿体倾斜延深最大在500m以上。矿体形态较为规则，分支复合现象少，分布较稳定，呈似层状沿接触带分布。
558号矿体：产于岩体西北部，501号矿体的上盘，距北部接触带约50m的隐爆角砾岩筒内。大致呈东西向延伸，已控制长度为200m，厚25～40m，最厚60m。矿体赋存标高为＋60～―200m。矿体在平面上呈不规则的扁豆状，横剖面上为不规则筒状，受多组断裂控制，在断裂交汇处，角砾岩体厚度大，矿石品位较高。
总的来说，主要矿体产于接触带，与夕卡岩关系密切。岩体南缘的1号矿体形态复杂，赋存部位较高，上部矿体厚度较大。岩体北缘501号矿体形态较规则，分布稳定，延深最大。558号矿体产于岩体内部，受隐爆角砾岩体的控制，赋存部位也较高。
（二）矿石特征
1.矿物成分
常见的金属矿物有黄铜矿、黄铁矿、辉钼矿、磁铁矿、斑铜矿；其次有方铅矿、闪锌矿、赤铁矿；少量的有辉铜矿、铜蓝、黝铜矿和磁黄铁矿等。非金属矿物主要有石榴子石、透辉石、硅灰石、斜长石、石英、方解石、白云石、绢云母、绿泥石、蛇纹石、绿帘石等。
2.矿石的结构、构造
矿石结构有自形―他形粒状结构、交代结构、固溶体分离结构和碎裂结构等。矿石构造主要有块状、角砾状、细脉浸染状、网脉状和脉状构造等。
3.矿石类型
包括夕卡岩型、角砾岩型、斑岩型和大理岩型等4种。
夕卡岩型矿石是主要矿石，产在夕卡岩体中，矿石品位较高，Cu平均品位为0.9%～1%以上。主要矿物成分是黄铜矿、黄铁矿、磁铁矿、斑铜矿、石榴子石、透辉石、硅灰石等，可见块状黄铜矿矿石、块状磁铁矿-黄铜矿-黄铁矿矿石，细脉―细脉浸染状黄铜矿-黄铁矿矿石以及浸染状黄铜矿黄铁矿矿石。
角砾岩型矿石主要产在隐爆角砾岩体中，角砾和胶结物中都有矿化，胶结物中主要矿物是黄铜矿、黄铁矿、绿泥石、方解石等。角砾中成分比较复杂，既有矿化夕卡岩、矿化斑岩，也有矿化大理岩。矿石Cu品位平均约为0.65%。
斑岩型矿石主要产于花岗闪长斑岩中，主要形成细脉浸染状黄铁矿黄铜矿矿石，也有浸染状黄铜矿-黄铁矿-辉钼矿矿化，Cu品位较低，一般为0.2%～0.4%。
大理岩型矿石产于岩体接触带附近的大理岩、蛇纹石化大理岩中，呈团块状、脉状。主要是黄铜矿、黄铁矿（含铜黄铁矿），此外还有方铅矿、闪锌矿等。
（三）蚀变-矿化期次与成矿阶段
本区矿化蚀变是多阶段的，与第一、二次岩浆活动关系密切。与第一次侵入活动有关的蚀变和矿化可分为气液期和热液期。气液期的主要产物是岩体中的钾长石化和接触带的夕卡岩化。钾长石化较普遍，岩体中心最发育，向岩体边缘逐渐减弱。以交代斜长石斑晶为主，其次交代黑云母，还形成钾长石-石英脉或黑云母脉贯入基质之中。这期钾长石化是花岗闪长斑岩结晶晚期的残余热液交代早期岩石生成的。在花岗闪长斑岩与三叠系碳酸盐岩的接触带，断续地形成一圈夕卡岩，其主要组成矿物为硅灰石、石榴子石、透辉石和绿帘石等。矿物成分虽比较简单，但有明显的分带性。外带主要为硅灰石，内带主要为石榴子石和透辉石，二者呈过渡关系。在气液期末，有磁铁矿、辉钼矿及少量黄铁矿的形成。
热液期在花岗闪长斑岩体边缘发生石英-绢云母化，在岩体内部与钾长石化重叠。石英-绢云母主要交代长石，既交代原生长石，也交代次生钾长石。花岗闪长斑岩中铜、钼矿化作用主要是伴随石英-绢云母化作用产生的，铜、钼矿化网脉或细脉充填于岩体边部的细小裂隙和网状裂隙，分布比较普遍，但矿化强度不大。含矿热液主要在夕卡岩中充填、交代，形成很富的夕卡岩型矿体。夕卡岩和斑岩中的矿化是贯通的，一些含铜黄铁矿脉同时贯入岩体和夕卡岩的裂隙中，金属矿物的组合也是一致的，只是它们的含量有差别，斑岩中矿化较为微弱，夕卡岩中矿化强烈，形成了重要的工业矿体。
第二次岩浆活动产生的隐爆作用，使主岩体、夕卡岩以及矿石发生破碎，在隐爆中心，形成爆破角砾岩体（筒）。与之有关的蚀变作用主要有钾长石化、石英-绢云母化、绿泥石、碳酸盐化等。钾长石化主要发生在花岗闪长斑岩角砾的边缘，使角砾镶上一层肉红色钾化边，也有的沿花岗闪长斑岩角砾的裂隙交代。
石英-绢云母化、绿泥石-碳酸盐化比较发育，以交代隐爆角砾岩中的岩屑胶结物为主，也有交代部分花岗闪长斑岩角砾。这两类蚀变往往共生，相互重叠，在露天采场所见绿泥石-碳酸盐化比石英-绢云母化更为普遍。这两类蚀变作用均伴随有铜钼矿化，主要呈浸染状、细脉状分布，矿化较弱，一般不具工业价值。但当这期矿化与早期矿化重叠时，便形成工业矿体。
（四）蚀变-矿化分带
本区蚀变、矿化作用是多期次的，相互叠加，且具有一定分带性。从岩体中心向外，可分为钾化带-石英-绢云母化带-夕卡岩化带-蛇纹石化带。
钾长石化带：主要分布于岩体中部和北部，以交代斜长石斑晶为主，其次交代黑云母，也有黑云母-钾长石细脉、石英-钾长石细脉贯入基质之中。该带有浸染状辉钼矿、黄铜矿和黄铁矿等。
石英-绢云母化带：主要发育于岩体边缘部分，细晶石英和鳞片状绢云母呈“面型”交代，或沿原生硅酸盐矿物边缘和节理缝交代。该带局部叠加有绿泥石化和碳酸盐化。细脉浸染状，细脉状、网脉状铜钼矿比较发育。
夕卡岩化带：在岩体接触带断续地形成一圈夕卡岩。该带由内到外又可分为夕卡岩化花岗闪长斑岩亚带-石榴子石夕卡岩亚带-透辉石夕卡岩亚带-夕卡岩化硅灰石大理岩亚带。该带构成主要矿体，矿石具典型的夕卡岩矿物组合。金属矿物分带明显，在夕卡岩化花岗闪长斑岩亚带，主要是辉钼矿、黄铜矿、黄铁矿；在石榴子石夕卡岩亚带，主要是磁铁矿、黄铁矿和黄铜矿；在透辉石夕卡岩亚带和夕卡岩化硅灰石大理岩亚带，主要是黄铜矿、斑铜矿；在夕卡岩化硅灰石大理岩亚带可见方铅矿和闪锌矿。
蛇纹石化带：蛇纹石沿层间裂隙充填交代。该带常叠加有绿泥石化和碳酸盐化，可见含铜黄铁矿脉或团块以及闪锌矿和方铅矿团块。
四、成矿条件
丰山洞矿床的成矿作用是多期、多类型的，以夕卡岩矿化为主，也有斑岩型矿化和角砾岩型矿化，这些矿化都与岩浆活动有密切联系。
（一）矿化特征
矿体主要产于岩体接触带和岩体内部，矿化强度与岩浆活动强度呈正相关性。第一次岩浆活动规模大，形成了岩株的主体，与之有关的矿化作用在斑岩中和接触带普遍发生，在接触带形成了主要矿体。随着岩浆活动的减弱，矿化作用也越来越弱。
与国内已知斑岩铜矿相比，本区主岩体具有含矿斑岩的特征。岩体的化学成分与城门山、铜山口等花岗闪长斑岩相似。岩体中铜、钼含量比正常花岗闪长斑岩高若干倍，银、铅、锌等的含量也高于同类岩石的维氏值。
岩体与矿石中主要元素含量变化一致。
（二）控矿条件分析
构造裂隙控矿：矿化作用受构造控制明显。成矿流体（含矿热液）由深部沿断裂构造上升，经过次级断裂裂隙构造的分配，然后在接触带构造、岩体中捕虏体以及岩体中裂隙交代充填成矿。由于接触带的物理化学环境优于岩体中的裂隙构造，因此，接触带构造是主要容矿空间，矿体规模大，矿石品位富。而岩体中矿化虽然普遍，但品位较低。
隐爆角砾岩控矿：与隐爆角砾岩有关的含矿热液，在上升过程中，部分沿用了第一次矿液运移的通路。容矿空间则主要受角砾岩体和断裂裂隙构造控制。如前述对558号矿体的厚度，矿石品位与坑道编录结合起来分析，可以看出在构造交叉部位，角砾岩体厚度较大，矿石品位也较高。
（三）稳定同位素
硫同位素：在花岗闪长斑岩矿化带及夕卡岩型矿体内、大理岩及角砾岩中，采硫化物测定的硫同位素结果如表2-38。测定结果表明，硫化物的硫同位素δ34S基本一致，大多变化在―0.4‰到＋2.7‰。这表明形成夕卡岩型矿体和花岗闪长斑岩中矿化热液的硫源是一致的，且主要是来自深部岩浆。
氧同位素：对矿区石榴子石、石英、钾长石等测定的氧同位素值列于表2-39。
表2-38 丰山洞矿床硫同位素组成 Table 2-38 Sulfur isotope composition jn Fengshandong deposit
表2-39 丰山洞矿床氧同位素组成 Table 2-39 Oxygen isotope composition in Fengshandong deposit
根据夕卡岩和蚀变矿物的氧同位素δ18O分析，本区至少在早期成矿阶段，成矿热液的δ18O值接近岩浆水。
（四）矿物流体包裹体特征
矿物流体包裹体特征反映出蚀变矿化过程中含矿热液的一系列物理化学性质。在石榴子石矿物包裹体的液相成分中，阳离子以K+含量最高，Na+次之；阴离子以Cl-和
为主，Mg2+、Ca2+和F-等含量较低。在石英矿物包裹体的液相成分中，阳离子Na+含量最高，其次是K+、Ca2+；阴离子以Cl-为主，F-和
浓度较低。矿物包裹体的气相成分都以H2O为主，其次是CO2和CO。这些特征也可说明含矿热液的主体应属NaCl-KCl-H2O体系。
从气液期到热液期，K+和
含量迅速降低。Na+含量逐渐降低，[Na+]/[K+]值、Cl-和F-的浓度逐渐增加，Ca2+和Mg2+的含量变化不明显。这些特点与蚀变作用是相吻合的。
矿物流体包裹体的均一温度变化范围较宽，气液期（如石榴子石、硅灰石和钾长石-石英脉）温度为340～600℃，个别高于600℃；热液期（如石英-辉钼矿脉）为330℃左右，而晚期的碳酸盐，石膏脉形成温度为110℃左右。因此，金属硫化物的主要形成阶段为200～350℃。
根据矿物流体包裹体确定的成矿压力为（146～345）×105Pa，推测成矿深度为0.58～1.3 6km。据上覆地层厚度，推算岩体侵位深度为543～915m，说明成岩成矿都处于浅部环境。
（五）成矿作用和矿床成因
综上所述，本区成矿作用始于花岗闪长斑岩的侵入，在与灰岩的接触带形成夕卡岩。在岩浆结晶的晚期，在岩体内形成钾长石化。以后，含矿热液从深部沿断裂-接触带构造上升，在夕卡岩带形成铜、钼矿体，同时在岩体边部发生石英-绢云母化，并形成细脉浸染状和网脉状铜钼矿化。在这以后，深部岩浆继续沿着第一次侵入的通道上侵，但因上部岩浆（第一次侵入）固结成岩，加上围岩裂隙受第一次侵入岩的热变质作用而愈合，形成封闭环境，使得大量气液流体在岩浆通道上部聚集，在内压急剧升高超过外压时，便冲破上部早期已固结的岩浆岩和上覆地层向上逃逸，由于能量的急剧释放，在地下一定深度发生爆炸，使得上部岩浆岩破碎，形成隐爆角砾岩，上覆大理岩被震碎崩塌，形成塌陷角砾岩。深部的高压气液流体沿断裂带上升，携带通道中的各种岩石碎块，形成角砾岩墙。角砾岩在热液作用下，发生蚀变和矿化，但矿化强度不大。当其叠加在早期矿化花岗闪长斑岩或含夕卡岩型矿石角砾时，便形成工业矿体。因此，丰山洞应为斑岩-夕卡岩型复合铜（钼）矿床。
由于丰山洞矿床类型与铜山口矿床相似，其矿床物化探异常特征及找矿标志可以互相借鉴。
