河南省南召縣水洞嶺式塊狀硫化物型銅鋅礦成礦規(guī)律及礦床模型

徐 剛 李金虎 李俊鋒

（河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊 河南 鄭州 450000）

1 成礦地質(zhì)背景

研究區(qū)位于秦嶺褶皺帶東段，成礦區(qū)劃屬洞街—水洞嶺多金屬成礦帶。區(qū)域上主要由三大地質(zhì)單元組成，從北到南依次為中元古造山帶，加里東弧后盆地以及加里東火山島弧區(qū)。其中研究區(qū)處于加里東弧后盆地拉伸構(gòu)造活動環(huán)境，隨著地史的變遷，形成了加里東期喬端—白土崗火山隆起及河口—水洞嶺火山洼地，不同的成礦環(huán)境，有不同的礦產(chǎn)組合?；『笈璧厥菈K狀硫化物銅鋅礦床和火山沉積變質(zhì)熱液銀、金礦床的有利產(chǎn)出部位。本區(qū)位于弧后盆地的火山洼地內(nèi)，由二郎坪群火山巖組成。區(qū)內(nèi)火山噴發(fā)巖發(fā)育，分異明顯。

區(qū)內(nèi)出露地層主要為下古生界海底火山噴發(fā)相的二郎坪群火神廟組及大廟組，主要巖性為細碧巖、角斑巖、石英角斑巖類及火山碎屑巖、碳酸巖類巖石等。

本區(qū)南部出露海西期五朵山花崗巖體，東部和北部有加里東期南河店花崗閃長巖體。除此之外尚有眾多小巖株、巖脈分布。

分布于南部的火神廟組地層由于受五朵山花崗巖體吞蝕而出露較窄，在巖體內(nèi)殘留體較多。而位于北部板山坪—白土崗一帶的火神廟組地層亦受花崗閃長巖體的侵蝕呈支離破碎零星分布。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造形跡比較復雜，構(gòu)造線總體走向近北西。由于區(qū)域構(gòu)造應力影響，褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育。在洞街—青山一帶十分明顯，以大廟組碳酸鹽巖為核部形成復式背向斜構(gòu)造。近年來研究成果表明，該帶以大廟組地層為主，組成的成礦帶為一韌性剪切變質(zhì)帶的一部分。研究區(qū)位于青山向斜南東轉(zhuǎn)折端部位。

2 礦化富集規(guī)律

通過大量坑道觀察及室內(nèi)綜合分析，可以初步將本礦區(qū)銅鋅礦床礦化富集規(guī)律歸納如下：

2.1 褶皺構(gòu)造控礦規(guī)律

在印支期南北向擠壓作用下，加里東期形成的海底火山巖地層及塊狀硫化物礦床發(fā)生強烈褶皺變形及變質(zhì)作用改造是形成具有工業(yè)意義的商品富礦必不可少的一個階段，對礦床的最終形成是至關(guān)重要的。水洞嶺礦區(qū)銅鋅礦體產(chǎn)出受褶皺構(gòu)造控制的礦化富集特點十分明顯。具體表現(xiàn)為：

2.1.1 礦體呈透鏡狀、豆夾狀產(chǎn)出于褶皺構(gòu)造翼部，尤其是當褶皺翼部出現(xiàn)由于火山巖層塑性變形形成的揉皺構(gòu)造時，常具體控制品位較富的工業(yè)礦體產(chǎn)出。

2.1.2 工業(yè)礦體常賦存于褶皺構(gòu)造的核部及轉(zhuǎn)折端，尤其是向形構(gòu)造的核部及轉(zhuǎn)折端更易于成礦。從構(gòu)造地質(zhì)學的角度來看，褶皺構(gòu)造的核部及轉(zhuǎn)折端常為構(gòu)造虛脫空間，因而有利于成礦。

2.1.3 向形構(gòu)造南翼銅鋅礦化強度強于北翼礦化強度。V號礦體表現(xiàn)最為明顯，主要的工業(yè)礦體幾乎都出現(xiàn)于向形構(gòu)造的南翼，而北翼不僅礦體規(guī)模較小，礦石銅鋅品位也不富。

2.2 古火山構(gòu)造控礦規(guī)律

礦床產(chǎn)出受古火山構(gòu)造控制是本礦床的最基本的地質(zhì)特征。古火山構(gòu)造影響礦體的空間產(chǎn)出與分布。在大多數(shù)情況下，原始沉積的銅鋅礦層主要產(chǎn)于古火山穹隆構(gòu)造的斜坡及邊緣洼地內(nèi)

2.3 等距性及側(cè)伏規(guī)律

成層狀產(chǎn)出的原始銅鋅礦層受印支期強烈變質(zhì)變形作用改造被拉斷、位移，形成不同的透鏡狀銅鋅礦體。被拉斷、位移形成的銅鋅礦體在褶皺構(gòu)造翼部常具有大致等間距分布的空間產(chǎn)出特點。

3 成礦機制及成礦模式

3.1 成礦機制

經(jīng)研究，水洞嶺銅鉛鋅礦床具如下典型成礦特征：

3.1.1 礦床產(chǎn)出特征

1）礦體的分布與區(qū)域內(nèi)細碧角斑巖系連續(xù)分異型火山巖建造的酸性巖石組合及火山期后噴流沉積巖有關(guān)，礦體賦存在石英角斑凝灰?guī)r及硅質(zhì)巖、重晶石巖中，含礦巖石組合為石英角斑凝灰?guī)r-硅質(zhì)巖-重晶石巖，具有特定的層位和特有的火山沉積巖石組合。

2）礦石具有明顯的火山-噴流沉積和改造成因的構(gòu)造特征，如沉積的浸染條帶狀、層紋條帶狀及由分選作用形成的不等粒（級）遞變層理構(gòu)造、擠壓變形的柔皺構(gòu)造等，而細脈—網(wǎng)脈狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造則顯示后期熱液充填交代成因。

3.1.2 同位素特征

通過對礦床地質(zhì)特征及同位素數(shù)據(jù)分析，水洞嶺銅鋅礦床的硫同位素具有慢源硫海水硫混合硫的特征，顯示出海相火山巖型礦床的特點。鉛同位素以地慢鉛為主，并混有造山帶、上地殼鉛的特征，礦石鉛年齡與火山巖年齡近似，結(jié)合野外地質(zhì)特征綜合判斷二者應為同期產(chǎn)物。此外，硫、鉛同位素的特征進一步表明水洞嶺銅鋅礦床的物質(zhì)來源主要與火山作用有關(guān)。結(jié)合前人資料，水洞嶺礦床的礦體形態(tài)、礦石組構(gòu)特征以及熱水沉積巖存在表明其中的塊狀硫化物是直接通過沉積作用形成于海底；礦體下盤有火山角礫巖、火山集塊巖等近火山口相巖石，說明其形成于古火山活動的中心。前文對硫、鉛同位素地球化學研究反映了礦石中硫主要來源于地慢和海水，鉛主要來源于下伏火山巖層。

3.2 成礦模式

3.2.1 傳統(tǒng)海底塊狀硫化物礦床模式

傳統(tǒng)模式為對流核成礦模式即深部熱源（巖漿房）與海水的對流循環(huán)系統(tǒng)：向下流入的海水不斷加熱并從海底火山巖中淋濾出金屬以氯化物（配合物）的形式搬運，伴以含金屬和二氧化硅的弱酸性鹵水的產(chǎn)生使細碧角斑巖系發(fā)生廣泛的鎂質(zhì)蝕變；攜帶金屬的強還原高鹽度熱鹵水沿構(gòu)造通道上升至噴口下方，視靜水壓力大小產(chǎn)生爆發(fā)、沸騰或?qū)庫o排泄，且與淺部循環(huán)的富SO42-氧化鹵水混合反映，首先形成細脈-浸染狀含鐵硫化物和二氧化硅沉淀，繼而賤金屬鹵化物交代含鐵硫化物形成浸染狀賤金屬硫化物；在噴口處還原鹵水與海水中SO42-反應生成起初為軟泥狀的塊狀、條帶狀硫化物礦石，噴口周圍溫度和Eh-pH值的變化，生成底部黃礦、上部黑礦和更上部黃鐵礦的金屬分帶；二氧化硅、硅酸鹽、磁鐵礦亦作為熱水化學沉積物沉淀下來，由于金屬硫化物的溶解度低而最先沉淀下來，向外缺賤金屬補給和處于氧化環(huán)境等，因而可出現(xiàn)覆蓋塊狀硫化物礦體的含鐵建造。

3.2.2 完善后的水洞嶺式模式

水洞嶺式模式即為中心式海底火山噴流沉積塊狀硫化物礦床成礦模式，是在海底火山環(huán)境或間歇，形成于熱液噴流口下層狀礦化，及之上噴流沉積產(chǎn)生的礦物堆積，呈透鏡狀-層狀產(chǎn)出的礦體常為致密塊狀。其成礦作用可以用地震泵模式（Finlow-Bates，1980）很好地解釋。地震泵模式有4個要素：上部不透水層；中部儲水層；底部次火山巖體和貫穿儲水層的斷裂。儲集在火山碎屑巖中的原生水以充足的時間和低的水巖比產(chǎn)生高金屬濃度的鹵水，火山活動一方面提供加熱鹵水的熱源，另一方面通過斷裂活動為圈閉熱鹵水的釋放提供動力和通道，高濃度熱鹵水在噴口附近的卸載同對流核成礦模式描述的海底火山噴流成礦作用。地震泵模式產(chǎn)生的熱鹵水卸載是一次性的或同火山活動的脈動，很好地解釋了此類型礦床由礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造呈現(xiàn)的近乎一次性的成礦作用。熱鹵水沿斷帶卸載，而不是處處成礦，解釋了為何符合對流核成礦條件而不成礦的現(xiàn)象。相對寧靜溢流的細碧巖為隔水層，先期爆發(fā)的角斑質(zhì)火山碎屑巖是儲水層；同成礦的角斑質(zhì)火山活動不僅產(chǎn)生成礦的熱-動力背景，而且其火山碎屑巖直接成為容礦圍巖；這就解釋了為何塊狀硫化物總是與具爆發(fā)屬性的中酸性火山巖有關(guān)。

水洞嶺礦床的礦石結(jié)構(gòu)反映礦體屬一次噴發(fā)形成；礦床沿區(qū)域構(gòu)造線的展布除褶皺出露的因素有關(guān)外，帶狀展布的細脈浸染狀礦化和老的脈石的分布表明存在成礦期的斷層；成礦與角斑巖、石英角斑巖和火山碎屑巖關(guān)系密切。研究表明較大規(guī)模的礦產(chǎn)地均處于脊狀火山噴發(fā)中心（粗碎屑火山碎屑巖或侵入產(chǎn)狀的石英角斑巖）的旁側(cè)，酸性火山碎屑巖所占比例較高，不乏鹵水儲集層和深部熱源，并存在厚的細碧巖隔水層；不同構(gòu)造環(huán)境的鹵水儲集層具有一定的物質(zhì)成分差異，因而產(chǎn)生不同的金屬成礦類型；因為深水環(huán)境氧化程度低，所以不出現(xiàn)鐵建造，僅出現(xiàn)周圍重晶石層。

4 找礦模型

為了在主要成礦遠景區(qū)（帶）中對成礦有利區(qū)作進一步預測，需建立礦床的找礦模型。根據(jù)礦床的主要成礦條件與控礦因素，提取出主要地質(zhì)—地球化學信息等，列表反映出南召水洞嶺式海底噴流塊狀硫化物型礦床找礦模型。（見表1）。

表1 南召縣水洞嶺式海底噴流塊狀硫化物型銅鋅礦床找礦模型表

對于塊狀硫化物礦床，礦體往往多層分布在同生斷裂一側(cè)的變細碧巖與變角斑巖之間，呈現(xiàn)自噴中心（同生斷裂）向外的金屬分帶和巖相變化，剖面上由相鄰含礦層位出露的硅質(zhì)板巖到火山碎屑沉積巖、硅質(zhì)紋層鈉長石巖、黃鐵礦層和重晶石層等不同的熱水—沉積巖相。同生斷裂多為侵入產(chǎn)狀的石英角斑巖充填，或變質(zhì)改造為協(xié)和接觸關(guān)系及韌性剪切帶，但斷裂兩側(cè)的巖相存在突變，細碎屑沉積相或噴溢相的另一側(cè)常突變?yōu)榇炙樾冀鹂谙嗪蜐摶鹕较唷?/p>

盡管存在水系沉積物和風化巖石中成礦元素的強烈貧化作用，土壤地球化學測量 Cu、Cd、Pb、Zn、Ag 異常仍分別對塊狀硫化物礦床有較好的指示作用。尤其對隱伏礦床即使是微弱的異常亦為重要的評價指標。

水洞嶺塊狀硫化物礦床，高激化、低電阻率激電異常對推斷已知礦體的延深和預測隱伏礦體有較好的指示作用。一些激電異常的鉆探驗證僅見到普遍存在的浸染狀黃鐵礦化，地形起伏較大的地區(qū)很難對視電阻率異常改正，常規(guī)激電方法的探測深度很難超過300m。所以，需采用大功率激電加大探測深度，并要配合其他物探方法聯(lián)合推斷。塊狀硫化物礦石（包括重晶石）與圍巖明顯的密度差異可產(chǎn)生微重力場的變化，研究區(qū)厚大原生角礫狀礦體或褶疊加厚的礦體部位，以及上下平行疊置的礦體足以產(chǎn)生高重力值。而在地形復雜區(qū)和對薄層礦體，重力方法仍然無助。通過對可控源音頻大地電磁側(cè)深方法在復雜變質(zhì)巖地區(qū)的試驗，卡尼亞視電阻率雖然無法滿足詳細的分層，但對總體地質(zhì)構(gòu)造分析和厚大塊狀硫化物礦體引起的低電阻率異常的推斷應是有效的。此法不受地形起伏限制，有足夠的探測深度，相對經(jīng)濟便捷，宜進一步試驗推廣。

圖1 塊狀硫化物礦床綜合找礦模式

［1］張智慧，楊華，李金虎，等.河南省南召縣水洞嶺式塊狀硫化物型銅鋅礦床模型及外圍深部預測報告[R].內(nèi)部資料：未出版，2011.

［2］羅銘久，黎世美，盧欣祥，等.河南省主要礦產(chǎn)的成礦作用及礦床成礦系列[M].北京：地質(zhì)出版社，2000：1-240.

［3］河南省地質(zhì)礦產(chǎn)局.河南省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1989：1-50.