高存山

(山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 臨沂 276600)

0 引言

陜西鎮(zhèn)安縣錫銅溝鉛鋅礦床過去有人認(rèn)為屬于SEDEX礦床[1]。根據(jù)礦床學(xué)概念[2]，SEDEX礦床即噴流-沉積礦床，通常是指碎屑巖或碳酸鹽為主的沉積巖中整合產(chǎn)出的層狀礦床，以規(guī)模大、延伸穩(wěn)定為特征，其主要礦產(chǎn)是鉛鋅礦和銅礦。這是一種同沉積礦床，成巖與成礦幾乎同時(shí)，二者關(guān)系呈整合產(chǎn)出。而錫銅溝鉛鋅礦床與地層明顯為不整合產(chǎn)出，礦體斜切地層，明顯晚于地層沉積時(shí)間。認(rèn)為錫銅溝鉛鋅礦可能屬于造山-變質(zhì)型礦床。陳衍景等[3]解剖了秦嶺等地若干代表性礦床的地質(zhì)地球化學(xué)特征，確證了中國秦嶺等造山帶客觀發(fā)育了脈狀造山型Mo，Cu，Ag，Sb等元素及其組合的礦床，認(rèn)為中國廣泛的大陸碰撞造山帶內(nèi)可能潛在著大量脈狀造山型銅礦、銀礦、鉬礦、鉛鋅礦等，而這類礦床長期被國內(nèi)外學(xué)者忽視，關(guān)于造山型鉛鋅礦床的實(shí)例尚無報(bào)道[3]。該文通過對陜西鎮(zhèn)安錫銅溝礦床的研究，與同行交流研究成果。

造山型礦床是構(gòu)造控制的脈狀后生熱液礦床，在時(shí)間、空間和成因上與板塊會(huì)聚型造山作用密切相關(guān)，成礦流體主要來自礦區(qū)下部的變質(zhì)脫水作用(含地幔脫水、脫氣)，成礦系統(tǒng)在淺部或晚階段有較多大氣降水熱液混入[3]。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

秦嶺造山帶屬于長期發(fā)展演化的復(fù)合型大陸造山帶[4]。最終隆起于中生代華北板塊與華南板塊碰撞之間的碰撞造山作用[5]。秦嶺造山帶可分為華北克拉通南緣、北秦嶺造山帶、南秦嶺造山帶和揚(yáng)子克拉通北緣等4個(gè)構(gòu)造單元，分別大致相當(dāng)于碰撞大地構(gòu)造相的仰沖基底推覆體、增生弧地質(zhì)體、大洋臺地復(fù)理石褶沖帶和前陸帶；其邊界斷裂由北而南分別是三門峽-寶雞斷裂(RBT)、欒川斷裂、商州-丹鳳斷裂、勉縣-略陽斷裂和龍門山-大巴山斷裂(MBT)[6]。該區(qū)大地構(gòu)造位置屬秦嶺褶皺系南秦嶺海西-印支褶皺帶晚古生代坳陷區(qū)。礦區(qū)位處羊山復(fù)向斜北翼、鎮(zhèn)(安)-板(巖鎮(zhèn))大斷裂南側(cè)，十堰斷裂的北側(cè)(圖1)。

1—三疊系；2—泥盆系；3—變質(zhì)雜巖；4—中生代花崗巖；5—前寒武紀(jì)火山巖；6—區(qū)域性斷裂；7—推斷斷裂；8—鉛鋅礦床；9—研究區(qū)圖1 錫銅溝鉛鋅礦床區(qū)域地質(zhì)圖

區(qū)域內(nèi)主要出露地層為古生代泥盆系和少量中生代三疊系，之間呈斷層接觸。泥盆系主要是巨厚的陸源碎屑類復(fù)理石沉積，主要巖性以泥灰?guī)r、灰?guī)r為主另有少量粗碎屑巖、白云巖、粉砂巖等；中生界三疊系主要為一套淺海粗碎屑巖和泥質(zhì)碳酸鹽沉積。第四系覆蓋層僅沿坡地、溝谷及河床少量分布。在區(qū)域南部，發(fā)育一套中新元古代的變火山-沉積巖系，包括武當(dāng)群、耀嶺河群、鄖西群等巖群，其中以武當(dāng)群和耀嶺河群為代表。武當(dāng)群主要由一套變沉積巖以及變火山巖組成，同時(shí)還發(fā)育一些輝長質(zhì)或輝綠質(zhì)的基性侵入體及巖脈[7]；耀嶺河群主要以玄武質(zhì)火山巖為主，與武當(dāng)群呈過渡或假整合接觸關(guān)系[8]。

區(qū)域上主要發(fā)育中生代期印支期殼幔混合型花崗巖[9]，主要分布在佛坪、柞水以北等地區(qū)，主要產(chǎn)狀為巖基和巖株，巖石的主要巖性為有石英閃長巖、花崗閃長巖、二長花崗巖和似斑狀黑云母花崗巖等。區(qū)域位置上來看，出露的巖體與礦體關(guān)系并不密切。

2 礦床地質(zhì)

礦床位于羊山復(fù)向斜北翼的次級褶皺構(gòu)造-錫銅溝向斜的近核部之南翼和磨子溝背斜的向東傾末端。錫銅溝向斜及磨子溝背斜又被更次一級的小褶皺復(fù)雜化，為成礦提供了賦礦空間。該區(qū)的賦礦層位為泥盆紀(jì)大楓溝組，巖性主要為含炭質(zhì)泥腩灰?guī)r夾灰色泥灰?guī)r、少量鈣質(zhì)千枚巖及珊瑚生物灰?guī)r、含珊瑚生物炭質(zhì)泥灰?guī)r夾炭質(zhì)珊瑚生物灰?guī)r及含少量炭質(zhì)千枚狀泥灰?guī)r及炭質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r夾炭質(zhì)千枚狀泥灰?guī)r、淺灰色鈣質(zhì)粉砂巖及生物灰?guī)r。破碎帶是該礦床范圍內(nèi)重要的構(gòu)造類型之一。這些破碎帶總體走向近EW，S傾，傾角65°～75°，其走向與地層基本一致，而傾向與地層相反，因此沿傾斜方向多數(shù)切穿地層(圖2)，但尚未發(fā)現(xiàn)明顯的錯(cuò)距，只形成了規(guī)模不等的破碎帶，這些破碎帶，為后來的礦液的運(yùn)移充填交代成礦提供了有利空間，因此，沿破碎帶普遍被蝕變、礦化，部分地段富集成礦體。

2.1 礦體特征

區(qū)內(nèi)礦體受斷裂、褶皺、破碎帶影響，而區(qū)內(nèi)斷裂、褶皺、破碎帶發(fā)育，且規(guī)模大小不等。因此礦區(qū)內(nèi)礦體多成群出現(xiàn)，且規(guī)模變化較大。搜集前期勘查資料，礦體控制長度100～1600m不等，厚度3.24～15.31m不等，礦體控制延深25～500m不等。

2.2 樣品分析

基本分析樣品取自鉆孔ZKP4901，巖芯取樣采用1/2劈心法，按礦石類型分段連續(xù)取樣，樣長一般為1～2.0m。樣品分析、加工均在山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室具有測試乙級資質(zhì)?；瘜W(xué)樣品加工經(jīng)碾碎、過篩、拌勻和縮分4個(gè)程序。樣品加工流程按如下公式制定：Q=kd2，樣品加工損失率不大于5%，縮分誤差不大于3%?；痉治鲰?xiàng)目包括Ag，Pb，Zn，Cd，檢測方法采用原子吸收光度法檢測。

1—第四系坡積物；2—中泥盆世大楓溝組上段含炭質(zhì)泥腩灰?guī)r夾灰色泥灰?guī)r；3—中泥盆世大楓溝組上段含珊瑚生物炭質(zhì)泥灰?guī)r夾炭質(zhì)珊瑚灰生物灰?guī)r；4—中泥盆世大楓溝組上段含炭質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r夾炭質(zhì)千枚狀泥灰?guī)r；5—硅化蝕變帶；6—礦體位置；7—預(yù)測延伸方向；8—地質(zhì)產(chǎn)狀圖2 錫銅溝鉛鋅礦第49勘探線剖面圖

2.3 礦石和礦物結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征

礦石的化石成分：礦石的金屬礦物成分主要以Zn，Pb為主，主要伴生金屬有Ag，Cd等，其他金屬元素還包括Au，Hg，As，Sb等，樣品ZKP4901-H3基本分析結(jié)果(表1)。

表1 樣品ZKP4901-H3基本分析結(jié)果

礦石中金屬礦物主要有閃鋅礦、方鉛礦和白鉛礦，其次有黃銅礦、黝銅礦、銅蘭、輝銅礦、菱鋅礦、黃鐵礦、褐鐵礦等。脈石礦物主要有石英、方解石，其次有絹云母、白云母、黑云母、石榴石、炭質(zhì)等。閃鋅礦、方鉛礦主要呈半自形—他形結(jié)構(gòu)。

礦石構(gòu)造有塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、充填角礫狀構(gòu)造、斑雜狀構(gòu)造。

2.4 圍巖蝕變及成礦階段劃分

該區(qū)蝕變類型主要為硅化，其次為碳酸鹽化和黃鐵礦化，其范圍僅限于礦體或近礦圍巖很狹窄的地段。硅化與礦化關(guān)系最密切。

成礦過程可以分為3個(gè)階段：早階段以含少量結(jié)晶較好的黃鐵礦的乳白色石英脈為標(biāo)志，它們切層產(chǎn)出，石英脈遭受構(gòu)造變形及破碎，石英礦物呈他形—半自形結(jié)構(gòu)特征；中階段以含硫化物的淺灰色石英脈為標(biāo)志，多呈網(wǎng)狀、不規(guī)則狀切割早階段的石英脈，硫化物主要以閃鋅礦、方鉛礦以及黃鐵礦為主，多呈他形結(jié)構(gòu)特征，石英結(jié)晶細(xì)小，呈他形；晚階段以發(fā)育石英-碳酸鹽脈為標(biāo)志，呈網(wǎng)脈狀充填于前階段的裂隙中(圖3)。具有較典型的造山-變質(zhì)熱液礦床成礦特征[3]。

A—早階段乳白色石英，呈角礫狀被膠結(jié)；B—中階段充填硫化物脈；C—晚階段碳酸鹽脈沿裂隙充填圖3 成礦階段劃分

2.5 同位素地球化學(xué)

2.5.1 氫-氧同位素

錫銅溝鉛鋅礦氫-氧同位素組成列于表2。從表2可以看出，錫銅溝鉛鋅礦成礦階段成礦流體的δ(18O)變化于(8.29～14.09)×10-3，平均為11.19×10-3，δ(D)變化于(-83.4～-75.5)×10-3，平均為-79.5×10-3。

表2 錫銅溝鉛鋅礦氫-氧同位素?cái)?shù)值

對該區(qū)的氫-氧同位素?cái)?shù)值進(jìn)行投點(diǎn)，投影點(diǎn)落在巖漿水左側(cè)及變質(zhì)熱水下方范圍內(nèi)，而在該區(qū)內(nèi)基本沒有巖漿活動(dòng)，因此其合理解釋是成礦熱液可能來自深部封存的變質(zhì)流體(圖4)。

圖4 氫-氧同位素散點(diǎn)投點(diǎn)圖

2.5.2 硫同位素

錫銅溝鉛鋅礦硫同位素?cái)?shù)值列于表3。從表3可以看出，錫銅溝鉛鋅礦床δ(34S)同位素含量組成為(11.4～19.7)×10-3，平均為16.65×10-3，與泥盆紀(jì)古海水硫酸鹽的δ(34S)(δ(34S)=17×10-3[9])相近，說明硫化物中的硫主要來自海水硫酸鹽的還原。

表3 錫銅溝鉛鋅礦硫同位素?cái)?shù)值

2.5.3 鉛同位素

錫銅溝鉛鋅礦鉛同位素?cái)?shù)值列于表4。放射性鉛同位素有鈾鉛(206Pb，207Pb)和釷鉛(208Pb)2種，不同放射成因類型的鉛同位素反映不同的地質(zhì)環(huán)境和物質(zhì)組成，因而鉛同位素常被用作物質(zhì)來源的示蹤劑。以灰?guī)r白云巖硅-鐵-錳沉積建造為主的化學(xué)沉積巖的鉛同位素一般富鈾鉛(206Pb/204Pb>18.000，207Pb/204Pb>15.300)貧釷鉛(208Pb/204Pb<39.000)的特征。花崗巖類的鉛同位素特征與化學(xué)沉積巖相似，但鈾鉛的富集程度偏低[10]。該區(qū)206Pb/204Pb值變化于17.313～17.975，207Pb/204Pb值變化于15.531～15.574，208Pb/204Pb值變化于37.873～38.009，顯示該區(qū)的鈾鉛富集程度略顯偏低，貧釷鉛，與花崗巖和化學(xué)沉積的鉛同位素基本相似，由于該區(qū)基本沒有巖漿活動(dòng)，顯示化學(xué)沉積提供礦石鉛源的信息。

通過對鉛同位素207Pb/204Pb-206Pb/204Pb，207Pb/204Pb-206Pb/204Pb判別構(gòu)造環(huán)境圖進(jìn)行投點(diǎn)(圖5)，樣品落在下地殼和造山帶之間，與該區(qū)的構(gòu)造環(huán)境相吻合，直觀表明礦石鉛來源受造山影響。

表4 錫銅溝鉛鋅礦鉛同位素?cái)?shù)值

A—鉛同位素208Pb/204Pb-206Pb/204Pb構(gòu)造環(huán)境判別圖解；B—鉛同位素207Pb/204Pb-206Pb/204Pb構(gòu)造環(huán)境判別圖解；LC—下地殼；UC—上地殼；OIV—洋島火山巖；OR—造山帶圖5 鉛同位素散點(diǎn)投點(diǎn)圖

3 成因討論

破碎帶是該礦床范圍內(nèi)重要的構(gòu)造類型之一。這些破碎帶總體走向近EW，S傾，傾角65°～75°，其走向與地層基本一致，而傾向與地層相反，因此沿傾斜方向多數(shù)切穿地層，但尚未發(fā)現(xiàn)明顯的錯(cuò)距，只形成了規(guī)模不等的破碎帶，這些破碎帶，為后來的礦液的運(yùn)移充填交代成礦提供了有利空間，沿破碎帶普遍被蝕變、礦化，礦體多富集破碎帶之間。氫-氧同位素研究表明成礦階段的成礦流體來自深部的變質(zhì)熱水，硫鉛同位素研究表明成礦物質(zhì)主要來源于泥盆紀(jì)海相沉積地層。

上述礦床的區(qū)域地質(zhì)、礦床地質(zhì)和地球化學(xué)特征要求綜合考慮區(qū)域構(gòu)造、地層、巖漿、變質(zhì)、流體等多種地質(zhì)因素，將這些成礦條件有機(jī)地結(jié)合起來進(jìn)行礦床成因分析，從而建立科學(xué)而符合地質(zhì)實(shí)際的綜合成礦模型。為此，借用碰撞造山成巖、成礦與流體作用模式，即CMF模式[10]來分析錫銅溝鉛鋅礦成因和成礦過程：

區(qū)域上早-中三疊世海相沉積物廣泛地不間斷地連續(xù)發(fā)育，指示全面陸-陸碰撞應(yīng)始于晚三疊世，而白堊紀(jì)斷陷盆地的廣泛出現(xiàn)又指示造山帶在白堊紀(jì)開始伸展垮塌，如此，晚三疊世至侏羅紀(jì)不僅發(fā)生了最強(qiáng)烈的擠壓造山隆升，而且實(shí)現(xiàn)了由擠壓向伸展的轉(zhuǎn)變。按照已有的碰撞造山成礦理論，擠壓向伸展轉(zhuǎn)變期的減壓增溫體制是最強(qiáng)的流體成礦作用時(shí)期，晚三疊世至侏羅紀(jì)時(shí)期應(yīng)是西秦嶺地區(qū)多種熱液礦床大規(guī)模形成時(shí)間[6]。如二里河鉛鋅礦床礦前閃長玢巖的鋯石U-Pb年齡為(214±2)Ma[11]，柞水二長-閃長花崗巖巖體鋯石U-Pb同位素年齡為(213.6±1.8)Ma[12]，馬鞍橋金礦床礦前花崗閃長斑巖石英氬氬年齡200Ma[13]，許家坡金礦床成礦時(shí)代222.5Ma[14]，銀洞溝銀多金屬礦床成礦石英包裹體銣鍶年齡205Ma[15]，李壩大型金礦床石英脈氬氬年齡210.6Ma[16]，陽山金礦床石英氬氬年齡195Ma[17]，小溝里金礦床石英脈氬氬年齡197Ma[18]，還有李家溝金礦床、鏵廠溝金礦床、柯寨金礦床及廟山金礦床等[19-21]。在晚三疊世至侏羅紀(jì)揚(yáng)子板塊與華北板塊陸陸碰撞過程中，秦嶺微板塊內(nèi)部發(fā)生了一系列的陸內(nèi)俯沖或逆沖推覆，導(dǎo)致造山帶的隆升。前述研究結(jié)果和分析表明，碰撞造山成巖成礦與流體成礦作用模式，即CMF模式，應(yīng)該適用于闡述該區(qū)的流體成礦過程(圖6)[3]。下插板片受擠壓增溫增壓，熱異常便驅(qū)動(dòng)流體循環(huán)，不斷萃取地層內(nèi)的大量成礦元素，并將成礦元素搬運(yùn)至有利于流體聚集、成礦物質(zhì)卸載的空間，使成礦物質(zhì)富集成礦。伴隨陸陸碰撞造山作用的進(jìn)行和減弱，區(qū)域構(gòu)造背景由擠壓轉(zhuǎn)向伸展，較深層次的導(dǎo)礦和賦礦構(gòu)造或空間逐漸抬升并演變?yōu)殚_放、脆性的淺層次構(gòu)造，成為大氣降水熱液循環(huán)的有利通道；同時(shí)，隨熱異常減弱，深源變質(zhì)流體作用逐漸減弱。因此，成礦流體系統(tǒng)勢必由早階段變質(zhì)熱液為主演化為晚階段大氣降水熱液為主，期間不可避免地發(fā)生中階段的流體混合。

1—大氣降水；2—巖石脫水；3—斑巖類；4—花崗巖基；5—鎢錫石英脈；6—改造型礦床；7—造山型礦床；8—斑巖型礦床；9—淺成低溫?zé)嵋旱V床圖6 礦床成礦模式示意圖

4 結(jié)論

錫銅溝礦床賦存于泥盆紀(jì)大楓溝組，切穿地層，晚于地層形成時(shí)間，礦體主要由構(gòu)造破碎帶控制，礦床類型不應(yīng)是SEDEX型，可能屬于造山型礦床。氫-氧-硫-鉛同位素地球化學(xué)特征指示成礦流體主要為變質(zhì)流體向后期大氣降水轉(zhuǎn)變，成礦流體與地層發(fā)生強(qiáng)烈的水巖相互作用，活化萃取了地層中的有用組分，在構(gòu)造薄弱帶內(nèi)沉淀富集成礦。

錫銅溝鉛鋅礦主要形成于晚三疊世至侏羅紀(jì)，受揚(yáng)子板塊與華北板塊陸陸碰撞，秦嶺微板塊內(nèi)部發(fā)生了一系列的陸內(nèi)俯沖或逆沖推覆，導(dǎo)致造山帶的隆升。下插板片受擠壓增溫增壓，熱異常驅(qū)動(dòng)流體循環(huán)，不斷萃取地層內(nèi)的大量成礦元素，并將成礦元素搬運(yùn)至有利于流體聚集、成礦物質(zhì)卸載的空間，使成礦物質(zhì)富集成礦。