河南嵩縣安溝鉬多金屬礦床的地質(zhì)特征與成因

葉震超，高光明，彭光雄

(1. 中南大學(xué) 有色金屬成礦預(yù)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410083；2. 中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083)

河南嵩縣安溝鉬多金屬礦區(qū)位于熊耳山南坡，屬于東秦嶺鉬礦帶[1]。該成礦帶是我國(guó)重要的大型鉬礦分布區(qū)之一，產(chǎn)出有上房溝、南泥湖、金堆城和三道莊等世界級(jí)超大型鉬礦床[2]。嵩縣安溝鉬多金屬礦床行政區(qū)劃隸屬于河南省嵩縣德亭鎮(zhèn)管轄，交通便利，為礦產(chǎn)資源勘查提供了很好的條件。礦床東南部與近幾年新發(fā)現(xiàn)的大石門(mén)溝大型鉬礦床相連，在短短 2 a時(shí)間內(nèi)，本區(qū)域內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多處經(jīng)濟(jì)價(jià)值極高的鉬和鉛金屬礦床[3]。查明礦床地質(zhì)特征和總結(jié)成礦規(guī)律。對(duì)下一步的勘查工作起著重要的作用。

本文作者在對(duì)安溝礦區(qū)進(jìn)行大量野外工作基礎(chǔ)上，結(jié)合礦床微量元素特征分析，對(duì)該礦床的成礦機(jī)理進(jìn)行了深入探討，并總結(jié)其成礦模式。

1 成礦地質(zhì)條件

礦區(qū)大地構(gòu)造位置屬華中地洼區(qū)，豫西地洼列，熊耳山地穹東南側(cè)。區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和大規(guī)模巖漿活動(dòng)，拆離斷層發(fā)育。

區(qū)內(nèi)主要出露太華群石板溝組中段地層，巖性主要為角閃斜長(zhǎng)片麻巖和黑云斜長(zhǎng)片麻巖，其次為斜長(zhǎng)角閃片麻巖和黑云角閃斜長(zhǎng)片麻巖。其分布情況見(jiàn)圖1。

巖石混合巖化強(qiáng)烈，混合巖化大致沿北東和北西兩個(gè)帶斷續(xù)分布。層間滑脫拆離斷層廣泛發(fā)育，并有陡傾原生及次級(jí)斷裂交切。北部為花山巖體，南部為五丈山巖體，燕山期斑巖脈普遍發(fā)育，伴有隱爆作用，并形成角礫巖體。太華群石板溝組在礦區(qū)中南部成單斜地層出露，在局部地段由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響形成次級(jí)褶皺。礦區(qū)順層緩傾與切層陡傾的石英脈較多，多數(shù)含鉬礦，厚度為20～40 cm，兩側(cè)圍巖多發(fā)生鉀化和硅化蝕變。

圖1 安溝鉬礦區(qū)地質(zhì)圖[4]：1—新生界沉積物；2—太華群石板溝組角閃巖?角閃片麻巖類(lèi)；3—太華群石板溝組斜長(zhǎng)片麻巖類(lèi)；4—太華群石板溝組；5—中細(xì)粒斑狀二長(zhǎng)花崗巖；6—中粗粒斑狀二長(zhǎng)花崗巖；7—爆破角礫巖；8—花崗斑巖；9—石英脈；10—斷層；11—鉆孔與編號(hào)；12—礦體及符號(hào)；13—探槽Fig. 1 Geological map of Angou molybdenum deposit[4]: 1—Cenozoic sediments; 2—Amphibolite-amphibolite gneiss in Shibangou Fm of Taihua group; 3—Plagiogneiss in Shibangou Fm of Taihua group; 4—Shibangou Fm of Taihua group; 5—Medium to fine-grained porphyritic monzogranite; 6—Medium to coarse-grained porphyritic monzogranite; 7—Explosion breccia; 8—Granite porphyry; 9—Quartz veins; 10—Fault; 11—Drilling and number; 12—Ore body and symbol; 13—Trench

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體形態(tài)、規(guī)模和產(chǎn)狀

Ⅰ號(hào)鉬礦帶西起頭道溝腦溝，東至木頭溝腦并延出礦區(qū)外，走向290°～315°，區(qū)內(nèi)長(zhǎng)度達(dá)700 m左右，寬350 m。鉬礦體主要賦存該礦帶中，各礦體呈北西向平行帶狀分布，賦存于太華巖群變質(zhì)巖內(nèi)的石英方解石脈中，目前經(jīng)工程控制，圈定鉬礦體7個(gè)，I?①和I?②礦體較大，南側(cè)的I?⑦礦體較小且為隱伏盲礦帶，分布位置如圖1所示[4]。

礦床的礦化類(lèi)型有脈狀型、隱爆角礫巖型及層間隱爆角礫巖型。脈狀型為主要的礦化類(lèi)型，形態(tài)大致呈陡傾斜脈狀和緩傾斜似層狀，兩者大多相切。礦區(qū)內(nèi)沒(méi)有明顯的后期斷裂破壞礦體。鉬礦體賦存于侵入斷裂的石英脈和圍巖中。各鉬礦體特征見(jiàn)表1。

2.2 礦石質(zhì)量

鉬礦石中的礦物共計(jì) 32種，其中主要礦石礦物有輝鉬礦、方鉛礦和閃鋅礦；主要脈石礦物有石英、黃鐵礦、方解石、螢石、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、黑云母、絹云母、綠泥石、重晶石、硅灰石和石榴子石；主要氧化礦物有鉛釩、褐鐵礦、彩鉬鉛礦和鉬華。

主要礦石礦物特征：輝鉬礦常呈自形的六邊形鱗片集合體產(chǎn)出，集合體最大片徑為 8 mm，礦石中輝鉬礦呈自形?半自形鱗片狀集合體浸染狀分布于爆破角礫巖中或與石英、黃鐵礦、方解石、鉀長(zhǎng)石、螢石組成脈狀和網(wǎng)脈狀充填于太華群分層拆離斷層中；方鉛礦常呈自形、半自形粒狀或他形粒狀嵌布，粒徑為0.02～0.15 mm，常呈粒狀或粒狀集合體分布在脈石中，部分與黃鐵礦和閃鋅礦共生，方鉛礦(Gn)沿黃鐵礦(Py)裂隙交代，中心呈自形，如圖 2所示；閃鋅礦粒徑為0.025～0.3 mm，他形粒狀，含量約占礦石體積的5%，呈浸染狀分布于黃鐵礦與石英中，也可見(jiàn)沿黃鐵礦粒間裂隙交代；黃銅礦它形粒狀，粒徑為 0.03～0.2 mm左右，含量占礦石體積的2%左右，鑲嵌在方鉛礦邊上呈鑲邊結(jié)構(gòu)，細(xì)粒黃鐵礦與石英共生，呈浸染狀和島狀分布于黃鐵礦中，黃銅礦呈乳滴狀分布與閃鋅礦中，但也可見(jiàn)黃銅礦顯尖角狀交代閃鋅礦。礦石結(jié)構(gòu)有交代殘余結(jié)構(gòu)、自形?半自形粒狀結(jié)構(gòu)、細(xì)脈穿插結(jié)構(gòu)和它形粒狀結(jié)構(gòu)等；構(gòu)造有浸染狀構(gòu)造、脈狀穿插構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造和條帶狀構(gòu)造等。有用組分為鉬和鉛。礦石自然礦物組合有石英?輝鉬礦?鉀長(zhǎng)石(斜長(zhǎng)石)、石英?黃鐵礦?輝鉬礦、石英?方解石?黃鐵礦?輝鉬礦?重晶石、石英?螢石?黃鐵礦?輝鉬礦和石英?褐鐵礦?鉬華?彩鉬鉛礦。

表1 各鉬礦體特征參數(shù)Table 1 Characteristic parameters of molybdenum ore bodies

圖2 方鉛礦(Gn)與黃鐵礦(Py)和黃銅礦(Cp)的共生關(guān)系圖：(a)—方鉛礦交代黃鐵礦；(b)—方鉛礦沿邊緣裂隙充填交代黃鐵礦和黃銅礦Fig. 2 Symbiotic relationship of galena, pyrite and chalcopyrite: (a)—Galena replacing partly pyrite; (b)—Galena partly replacing pyrite and chalcopyrite by border and fracture

2.3 圍巖與蝕變

礦床蝕變?yōu)槌Ｒ?jiàn)的滲透性面式蝕變，且以巖體與圍巖的接觸帶為中心，分別向巖體和圍巖對(duì)稱(chēng)分布，熱液蝕變帶范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于巖體的范圍[5]。圍巖為片麻巖與花崗斑巖，蝕變類(lèi)型主要有方鉛礦化、輝鉬礦化、鉬華化、黃鐵礦化、鉀化、硅化、高嶺土化和碳酸鹽化，其次有綠泥石化、綠簾石化和絹云母化等。從礦體到邊部，呈現(xiàn)由鉀化?硅化到硅化?碳酸鹽化分帶現(xiàn)象。

3 礦床成因

礦床的形成是漫長(zhǎng)而復(fù)雜的過(guò)程，東秦嶺鉬礦的主要成礦類(lèi)型有斑巖?接觸帶型礦床、矽卡巖型礦床、斑巖?矽卡巖型礦床、斑巖?爆破角礫巖型礦床、破碎帶型礦床、石英脈型礦床、韌性剪切帶型鉬礦床和碳酸鹽脈型礦床[6]，本礦區(qū)主要的鉬礦石類(lèi)型是石英脈型和爆破角礫巖型，礦體中并沒(méi)有大量的礦化角礫巖體存在。鉬礦化類(lèi)型也并不簡(jiǎn)單以石英脈型為主，還有大量已控制的鉬礦體為礦化片麻巖。故認(rèn)為本礦床為受隱爆角礫巖控制的斑巖?爆破角礫巖型礦床，隱爆作用為后期熱液填充提供了良好的運(yùn)移與容礦的空間，是主要的控礦因素。

3.1 隱爆角礫巖

斑巖?角礫巖型礦床是東秦嶺成礦帶重要的礦床類(lèi)型，如羅村斑巖型鉬礦和嵩魚(yú)池嶺鉬礦床等[6?7]。本礦區(qū)的隱爆角礫巖在成礦作用中起著決定性的作用，并具有與構(gòu)造角礫巖明顯不同的特征：1)地表發(fā)現(xiàn)出露的隱爆角礫巖的走向?yàn)楸蔽飨?NW)，延長(zhǎng)為橄欖形；2)根據(jù)出露的角礫巖圈定隱爆角礫巖體的范圍與礦體范圍吻合；3)巖體中心出露的角礫粒徑約為5 cm，成分為花崗斑巖和片麻巖，硅質(zhì)膠結(jié)，角礫填隙物有綠泥石和綠簾石；4)邊部出露的角礫巖體見(jiàn)方解石化，并伴有方鉛礦化的層間爆破型角礫巖帶；5)角礫主要呈棱角狀和次棱角狀，爆破中心向外，熱液蝕變漸次減弱。

3.2 微量元素特征

作為強(qiáng)烈不相容元素，Rb趨向集中于上地殼，而Sr在上地殼中只有弱的富集。因此，Rb和Sr等大離子親石元素 w(Rb)/w(Sr)比值可作為巖體成因的標(biāo)志之一，w(Rb)/w(Sr)比值大，表明巖漿的來(lái)源較淺，而較小的w(Rb)/w(Sr)值則顯示其來(lái)源較深。區(qū)內(nèi)花崗巖類(lèi) Rb 含量為 107×10?6～211×10?6，接近維氏值，Sr含量為 450×10?6～3 269×10?6，遠(yuǎn)高于維氏值，因而較小的w(Rb)/w(Sr)值說(shuō)明，該巖漿來(lái)源較深[2]，深源巖漿具有更大的礦質(zhì)元素萃取富集空間，這與河南鉬礦成礦與深大斷裂和區(qū)域斷裂密切相關(guān)的特征相符[8?10]。

工業(yè)礦體的形成需要大量的成礦元素，礦質(zhì)元素背景值大的區(qū)域是成礦的有利地段。豫西地區(qū)主要礦源層1:200 000水系沉積物元素測(cè)量結(jié)果顯示，太華群與熊耳群Mo含量均較高，且主要成礦元素多富集，Mo和Pb均表現(xiàn)為強(qiáng)富集和強(qiáng)分異的特點(diǎn)[11]。區(qū)內(nèi)花崗斑巖Cu、Pb、Zn、Mo和Co等微量元素含量明顯高于維氏值，數(shù)據(jù)如表2所列。其中，Mo的含量為維氏值的7倍多[11]。地層和巖漿都可作為良好的礦源層。而緊鄰礦區(qū)邊部花山與五丈山巖體的Mo含量極低，說(shuō)明在燕山期花崗巖漿活動(dòng)時(shí)期，Mo元素主要進(jìn)入斑巖與期后熱液中，富集成礦。因而，早期形成的巖體越接近礦體，Mo含量越低。

3.3 元素相關(guān)性

相關(guān)性分析可以幫助分析兩個(gè)變量之間的線性相關(guān)程度。礦區(qū)主要礦化有鉬礦化、鉛礦化和鐵礦化等，根據(jù)礦區(qū) 29個(gè)礦化樣品實(shí)測(cè)元素?cái)?shù)據(jù)，可利用Pearson(皮爾遜)相關(guān)系數(shù)來(lái)衡量各主要成礦元素之間的線性相關(guān)性。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

由結(jié)果可見(jiàn)：礦石中Pb與Au和Ag的相關(guān)系數(shù)分別為0.22和0.93，呈正相關(guān)，特別是與Ag的相關(guān)系數(shù)高達(dá) 0.93，說(shuō)明二者在成礦上關(guān)系密切，而 Mo與上述其他元素都呈負(fù)相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)小于0.19，說(shuō)明鉬礦在成因上與其他元素成因關(guān)系并不明顯。

測(cè)試單位：中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心測(cè)試研究室；測(cè)試方法：X射線熒光光譜定量分析中超輕元素的處理方法；測(cè)試人：侯林慧；測(cè)試時(shí)間：2011?05；樣品采樣位置從上至下依次為五丈山巖體內(nèi)部、礦體邊部五丈山巖體、礦體邊部花山巖體、遠(yuǎn)離礦體的巖體、爆破角礫巖附近和礦區(qū)鉆孔。Testing unit: Testing Laboratory of Experimental Center, School of Geosciences and Info-Physics, Central South University; Testing method: Quantitative treatment of ultra-light elements in X-ray fluorescene spectrum analysis; Tester: HOU Lin-hui; Testing date:2011?05; Sampling location from top to deep: Wuzhangshan rock body, Wuzhangshan rock body at edges of orebody, Huashan rock body at edges of orebody, rock body away from orebody, explosion breccia and drilling in mining area.

表3 礦質(zhì)元素Pearson(皮爾遜)相關(guān)系數(shù)Table 3 Pearson correlation coefficients of mineral elements

3.4 礦床分帶與成礦階段

圖3 拆離斷層體系中填充的輝鉬礦脈Fig. 3 Molybdenite veins filled in detachment fault

本礦床熱液蝕變強(qiáng)烈，脈狀礦化豐富，為斑巖?角礫巖型礦床，主要控礦構(gòu)造為受隱爆作用影響后的拆離斷層與原生裂隙組成的復(fù)雜體系。該拆離斷層體系中常有后期熱液的交代充填并成礦，如圖3所示。礦床以鉬礦體為中心，向外圍延伸，鉛礦化逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，并有工業(yè)礦體形成。葉會(huì)壽等[12]、CHEN等[13]通過(guò)對(duì)東秦嶺地區(qū)鉬礦周?chē)U鋅礦的穩(wěn)定同位素和流體包裹體研究后指出，這些鉛鋅礦是中低溫的熱液礦床，成礦溫度一般在150～300 ℃之間。而鉬礦成礦溫度一般較高，所以，礦床礦化類(lèi)型和圍巖蝕變由爆破角礫巖體為中心向外圍表現(xiàn)出高?中?低溫的分帶，外圍與其時(shí)空關(guān)系密切的鉛鋅礦與鉬礦為同一地質(zhì)事件的結(jié)果[14]。

本礦床成礦作用可劃分為4個(gè)階段，總結(jié)如下：1)中生代拆離斷層體系，大規(guī)模拆離滑脫、逆沖推覆以及塊斷、平移構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，并伴有強(qiáng)烈的以酸性巖漿為主的殼幔同熔成因的巖漿活動(dòng)；2)碰撞型或陸殼重熔型花崗巖類(lèi)[15]的大面積侵入形成中深成大巖基，以及大量來(lái)源較深、高侵位的淺成?超淺成相小型花崗斑巖和花崗閃長(zhǎng)斑巖體，并伴有熱液活動(dòng)，在拆離斷層系中石英結(jié)晶條件良好，形成梳狀構(gòu)造，但該階段熱液成礦不佳；3)巖漿超淺成定位過(guò)程中，在其頂部和周?chē)奂舜罅繗庖航M分，其后在構(gòu)造應(yīng)力的誘發(fā)下，驟然減壓，發(fā)生隱爆作用成巖，發(fā)生氣爆?漿爆；4)最后，后期熱液注入形成的各種裂隙中成礦，同時(shí)前期的石英晶洞被震毀，并被礦質(zhì)膠結(jié)，這是主成礦階段，熱液以爆破角礫巖為中心，沿著拆離斷層系以及原次生的陡傾斜裂隙繼續(xù)充填交代成礦，向周?chē)矢邷氐降蜏氐奈g變分帶，礦產(chǎn)也由鉬礦到鉛礦漸變。成礦模式如圖4所示。

圖 4 成礦模式：(a) 第一階段(中生代拆離斷層體系形成)；(b)—第二階段(巖漿侵位礦質(zhì)萃取)；(c)—第三階段(超淺侵位與爆破作用)；(d)—第四階段(熱液成礦)Fig. 4 Metallogenic model: (a) First stage (Formation of the detachment fault system in Mesozoic); (b) Second stage (Magma emplacement and mineral extraction); (c) Third stage (Ultra-shallow emplacement and blasting); (d) Fourth stage (Hydrothermal mineralization)

4 結(jié)論

1) 據(jù)巖石學(xué)特征與野外混合巖化觀察分析，區(qū)內(nèi)地層為太華群石板溝組中段地層，混合巖化大致沿北東、北西兩個(gè)帶斷續(xù)分布；層間滑脫拆離斷層廣泛發(fā)育，陡傾原生及次級(jí)斷裂交切是良好的成礦構(gòu)造。

2) 礦體主要賦存于I號(hào)鉬礦帶中，帶內(nèi)各礦體呈北西向平行帶狀分布，礦床的礦化類(lèi)型豐富，礦化類(lèi)型有脈狀型、隱爆角礫巖型和層間隱爆角礫巖型。鉬礦體周邊鉛礦化良好，圍巖蝕變以硅化、鉀化、碳酸鹽化為主，由爆破角礫巖中心向外圍呈高溫?低溫的蝕變分帶。

3) 爆破作用為成礦提供了礦質(zhì)熱液的運(yùn)移通道與礦質(zhì)沉淀的空間，形成的角礫巖體控制了礦體的范圍。

4) 微量元素特征顯示，區(qū)內(nèi)花崗巖類(lèi)Rb含量接近維氏值，Sr含量則遠(yuǎn)高于維氏值，低 w(Sr)/w(Rb)值說(shuō)明巖漿的來(lái)源很深，也說(shuō)明礦床成因與深大斷裂和區(qū)域斷裂相關(guān)。地層與五丈山巖體的Mo含量高，均可作為成礦母巖，近礦體的巖石樣品中Mo含量極低，顯示成礦期巖漿和熱液強(qiáng)烈的萃取作用。相關(guān)性分析表明Pb在Au和Ag成因上呈正相關(guān)，Mo與其他元素成礦關(guān)系不明顯。

5) 成礦作用經(jīng)歷了中生代拆離斷層體系形成，中深成殼源型花崗巖類(lèi)侵入與礦質(zhì)元素萃取，斑巖體超淺成侵位并伴有爆破作用和巖漿期后熱液的交代充填成礦4個(gè)階段。

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