河南欒川中魚(yú)庫(kù)矽卡巖礦物學(xué)特征及地質(zhì)意義

胡昕凱, 張壽庭, 曹華文, 裴秋明, 夏炳衛(wèi), 趙 玉, 王 亮

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083; 2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 成都地質(zhì)調(diào)查中心，成都 610081)

河南欒川中魚(yú)庫(kù)矽卡巖礦物學(xué)特征及地質(zhì)意義

胡昕凱1, 張壽庭1, 曹華文2, 裴秋明1, 夏炳衛(wèi)1, 趙 玉1, 王 亮1

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083; 2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 成都地質(zhì)調(diào)查中心，成都 610081)

河南欒川中魚(yú)庫(kù)硫鋅多金屬礦床是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的矽卡巖型硫鋅多金屬礦床，為進(jìn)一步探討其成礦機(jī)制，本文以矽卡巖礦物為研究對(duì)象，開(kāi)展了野外觀察、巖礦鑒定和電子探針?lè)治鼍C合研究。研究表明，礦床成礦階段可細(xì)分為早矽卡巖階段、退化蝕變階段(晚矽卡巖階段)、石英-硫化物階段、石英-碳酸鹽階段。該礦床矽卡巖為交代成因的鈣矽卡巖，石榴子石以鈣鐵榴石-鈣鋁榴石系列為主，輝石以透輝石-鈣鐵輝石系列為主，簾石主要為綠簾石，角閃石為鈣角閃石，綠泥石為鐵鎂綠泥石。石榴子石、輝石端元組分特征顯示矽卡巖階段成礦流體經(jīng)歷了從酸性到堿性、從還原到氧化的轉(zhuǎn)變。隨著流體演變，從退化蝕變階段到石英-硫化物階段，成巖成礦環(huán)境逐漸從氧化環(huán)境過(guò)渡到還原環(huán)境。石英-硫化物階段是成礦主階段，在此階段金屬硫化物大量富集和沉淀。

矽卡巖；礦物學(xué)；硫鋅多金屬礦床；中魚(yú)庫(kù)

矽卡巖型礦床是一種在金屬礦床中占有重要位置的礦床類型，矽卡巖型鎢、錫、銅、鉬、鐵、鋅、鉛礦床均具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1-7]。矽卡巖礦物學(xué)研究是矽卡巖型礦床定義和分類的基礎(chǔ)，對(duì)矽卡巖礦物的化學(xué)組分、共生組合、交代關(guān)系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等的研究，有助于分析矽卡巖的形成條件、矽卡巖礦床的形成過(guò)程及成巖成礦機(jī)制[8-11]。

河南欒川鉬鎢鉛鋅銀礦集區(qū)位于華北陸塊南緣褶皺帶內(nèi)，分為南北2個(gè)礦田：北部是勘探程度較高的南泥湖-三道莊礦田，南部是近年來(lái)越來(lái)越受到關(guān)注的魚(yú)庫(kù)-石寶溝礦田。前人對(duì)南泥湖-三道莊礦田的矽卡巖進(jìn)行了部分研究工作[12-15]，而對(duì)魚(yú)庫(kù)-石寶溝礦田的矽卡巖研究程度較低。并且對(duì)于欒川礦集區(qū)內(nèi)鉛鋅礦床成因類型還存在較大爭(zhēng)議，大致可分為2種觀點(diǎn):一種觀點(diǎn)認(rèn)為鉛鋅銀礦床成因與沉積作用有關(guān)，主要為MVT型[16]、SMS型[17]或同沉積改造成因型礦床[18]；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為其與區(qū)內(nèi)晚中生代巖漿活動(dòng)有關(guān)[19-22]，應(yīng)屬矽卡巖型-熱液脈型鉛鋅銀礦床，受層間斷裂控制。矽卡巖作為欒川礦集區(qū)鉛鋅銀礦床的一種重要的賦礦圍巖，通過(guò)對(duì)矽卡巖的礦物學(xué)研究，有助于了解鉛鋅銀礦床的成因及其形成環(huán)境[9,23-24]。

中魚(yú)庫(kù)礦床是近年來(lái)魚(yú)庫(kù)礦田中新發(fā)現(xiàn)的有較大潛力的硫鋅多金屬礦床。盡管前人對(duì)中魚(yú)庫(kù)礦床地質(zhì)特征及閃鋅礦痕量元素地球化學(xué)[25]、成礦年代學(xué)[26]、成礦大地構(gòu)造背景[27-30]等方面進(jìn)行了較多的研究，但在礦床的巖石學(xué)和礦物學(xué)方面的基礎(chǔ)地質(zhì)研究仍然薄弱。本文通過(guò)野外觀察、巖礦鑒定和電子探針?lè)治龇椒▽?duì)中魚(yú)庫(kù)礦床礦體中的典型矽卡巖礦物進(jìn)行研究，探討該礦床的形成過(guò)程與成巖成礦機(jī)制。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及礦床地質(zhì)特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

河南欒川地區(qū)在大地構(gòu)造位置上位于華北克拉通南緣與秦嶺碰撞造山帶東段的拼合部位(圖1-A)。區(qū)域地層區(qū)劃隸屬華北陸塊南緣與北秦嶺構(gòu)造帶兩大地層分區(qū)。前者是由太古宇太華巖群作為基底，長(zhǎng)城系熊耳群、中元古界官道口群、新元古界欒川群和下古生界陶灣群作為蓋層組成的，具有典型的基底-蓋層雙層結(jié)構(gòu)。北秦嶺構(gòu)造帶在欒川地區(qū)涉及到的地層主要為中元古界寬坪群。2個(gè)地層分區(qū)之間以欒川斷裂為界呈斷層接觸(圖1-B)。區(qū)域基本構(gòu)造格局的形成主要受控于秦嶺造山帶的形成與演化：早古生代揚(yáng)子板塊和華北板塊分別沿商丹和勉略縫合帶相向朝秦嶺板塊作巨大陸內(nèi)俯沖，秦嶺板塊則反向向外上沖推覆，最后在三疊紀(jì)中晚期結(jié)束全面碰撞而閉合，然后轉(zhuǎn)入陸內(nèi)構(gòu)造演化階段，經(jīng)歷了中新生代陸內(nèi)造山作用疊加復(fù)合最終形成如今的復(fù)合造山帶[31-34]。區(qū)內(nèi)整體構(gòu)造線方向以北西西向?yàn)橹?，同時(shí)發(fā)育北東向、近南北向斷裂構(gòu)造。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，古元古代、中新元古代和中生代皆有巖漿活動(dòng)事件[35]。其中中生代燕山期中酸性斑巖類小巖體多產(chǎn)于北東向構(gòu)造斷裂帶與北西西向構(gòu)造斷裂帶交匯處，在時(shí)空上這些斑巖體與區(qū)內(nèi)的Mo-W-Pb-Zn-Cu-Ag礦床有緊密的成因聯(lián)系[36-41]。

1.2 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)位于欒川縣陶灣鎮(zhèn)魚(yú)庫(kù)村(圖1-C)。賦礦地層為新元古界欒川群三川組，是一套碳酸鹽巖夾少量碎屑巖沉積。三川組下段(Pt3s1)巖性為灰白色變石英砂巖，夾鈣質(zhì)粉砂巖及薄層炭質(zhì)板巖；上段(Pt3s2)為灰白色-青灰色中厚層狀大理巖、黑云母大理巖及條帶狀大理巖夾鈣質(zhì)粉砂巖薄層。礦區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了隱伏斑巖體，并存在鉬鎢礦化[27,42]。圍巖蝕變類型主要為矽卡巖化，另發(fā)育角巖化。控制礦床形成的構(gòu)造空間為石家溝-火神廟背斜，呈近東西向展布，南北寬約3.5 km。礦區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)2條鋅鉛金屬礦體，呈北西-南東向平行展布，與礦區(qū)地層和主構(gòu)造線方向一致，為層狀、似層狀，產(chǎn)于鈣質(zhì)砂巖和碎屑巖之間的層間構(gòu)造破碎帶中。其中，S068是中魚(yú)庫(kù)礦床中規(guī)模最大的礦體，分布于榆木溝-札子溝一帶(圖1-C)，延伸近2.2 km，產(chǎn)狀與地層近于一致，傾向355°～50°，傾角15°～65°。

礦石的構(gòu)造主要為塊狀、浸染狀、條帶狀、團(tuán)塊狀和脈狀等。礦石結(jié)構(gòu)主要呈半自形-自形粒狀結(jié)構(gòu)，少量交代殘余結(jié)構(gòu)等。金屬礦物主要有閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦等，脈石礦物為石英、白云石、透輝石和石榴子石等，還可見(jiàn)少量方解石、白云母、綠簾石、綠泥石及閃石等。Zn品位(即質(zhì)量分?jǐn)?shù)：wZn)為0.35%～4.21%，平均為3.43%；Pb品位為0.01%～1.10%，平均為0.08%；Ag品位為2.79×10-6～16.40×10-6，平均為9.18×10-6[25]。

在中魚(yú)庫(kù)礦區(qū)，矽卡巖礦物特征分帶現(xiàn)象普遍，通過(guò)野外實(shí)地調(diào)查， 以S068礦體及其矽卡巖蝕變帶為例進(jìn)行剖析(圖2)，對(duì)中魚(yú)庫(kù)礦床中的矽卡巖礦物的基本分帶特征進(jìn)行歸納總結(jié)。矽卡巖與礦石礦物組合在水平方向上存在一定的分帶趨勢(shì)(表1)。

圖2 中魚(yú)庫(kù)硫鋅多金屬礦床S068礦脈實(shí)測(cè)剖面圖Fig.2 Geological cross section of S068 vein in the Zhongyuku sulfide polymetallic deposit(據(jù)文獻(xiàn)[26]修編)

2 樣品采集與測(cè)試

對(duì)中魚(yú)庫(kù)礦床中不同中段的含礦和不含礦矽卡巖分別進(jìn)行采集，共采集新鮮的矽卡巖樣品16件。首先將采集的樣品進(jìn)行系統(tǒng)的巖相學(xué)、礦物學(xué)研究，確定矽卡巖和成礦期次，然后對(duì)不同成礦階段不同類型的矽卡巖礦物進(jìn)行電子探針成分分析，進(jìn)一步確定矽卡巖礦物的端員組分。

表1 中魚(yú)庫(kù)礦床SW→NE水平分帶特征

電子探針測(cè)試在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)電子探針實(shí)驗(yàn)室完成[15]，儀器型號(hào)為日本島津公司生產(chǎn)的EPMA-1600，測(cè)試條件為：加速電壓15 kV，激發(fā)電流10 nA，電子束直徑1 μm，ZAF法修正。標(biāo)樣采用天然礦物或合成金屬國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)樣品為Si、Al、Na(鈉長(zhǎng)石)、Mg(橄欖石)、K(透長(zhǎng)石)、Ca(方解石)、Mn(薔薇輝石)、Cr(鉻鐵礦)、Fe(鐵鋁榴石)、Ti(金紅石)。

3 矽卡巖類型及成礦期次劃分

通過(guò)礦床地質(zhì)特征和鏡下研究認(rèn)為，矽卡巖可分為石榴子石矽卡巖、透輝石矽卡巖、石榴子石-透輝石矽卡巖、硅灰石-石榴子石矽卡巖(圖3)。根據(jù)野外的礦脈穿插關(guān)系和手標(biāo)本中礦物組合、結(jié)構(gòu)構(gòu)造，結(jié)合室內(nèi)鏡下鑒定特征，將中魚(yú)庫(kù)礦床劃分為4個(gè)階段，依次為：早矽卡巖階段→退化蝕變階段(晚矽卡巖階段)→石英-硫化物階段→石英-碳酸鹽階段(圖4)。

a.早矽卡巖階段。主要礦物為石榴子石、輝石、硅灰石等無(wú)水硅酸鹽礦物(圖4-A、B、C)。根據(jù)礦物組合和形態(tài)特征可以將石榴子石分為2類：第一類石榴子石在矽卡巖帶的中央?yún)^(qū)域大量發(fā)育，為淺棕色、紅褐色，呈自形-半自形，環(huán)帶結(jié)構(gòu)發(fā)育；第二類石榴子石在矽卡巖帶與大理石或角巖的接觸帶附近呈脈狀產(chǎn)出，淺黃色，半自形-他形粒狀，部分可見(jiàn)環(huán)帶結(jié)構(gòu)。輝石手標(biāo)本上呈深綠色-淺綠色，單偏光鏡下呈無(wú)色-淡綠色，自形-半自形粒狀或不規(guī)則粒狀結(jié)構(gòu)，多與石榴子石共生或呈脈狀充填于石榴子石之間。硅灰石呈纖維狀、放射狀集合體產(chǎn)出，常與石榴子石、輝石共生。

圖3 中魚(yú)庫(kù)礦床礦物組合和礦石特征Fig.3 Mineral association and features of ore minerals in the Zhongyuku deposit(A)石榴子石被后期方解石脈穿切; (B)石榴子石部分退化蝕變成綠簾石,綠簾石被后期黃鐵礦脈穿切; (C)透輝石石榴子石矽卡巖,具少量浸染狀閃鋅礦化、黃鐵礦化和黃銅礦化; (D)硅灰石石榴子石輝石矽卡巖,晚期脈狀石榴子石穿切早期硅灰石; (E)黃鐵礦、磁黃鐵礦和閃鋅礦交代輝石; (F)綠泥石化石榴子石矽卡巖被閃鋅礦脈穿切; (G)黃鐵礦脈切穿透輝石矽卡巖; (H)石榴子石矽卡巖呈團(tuán)塊狀閃鋅礦化，又被后期的方解石脈穿切; (I)穿切石榴子石矽卡巖的黃鐵礦脈被后期的石英脈切割。礦物縮寫(xiě)符號(hào)據(jù)文獻(xiàn)[43]：Sp.閃鋅礦; Ccp.黃銅礦; Py.黃鐵礦; Po.磁黃鐵礦; Qtz.石英; Cal.方解石; Grt.石榴子石; Di.透輝石; Hd.鈣鐵輝石; Wo.硅灰石; Ep.綠簾石; Chl.綠泥石

圖4 中魚(yú)庫(kù)礦床巖石、礦石顯微特征Fig.4 Microscopic characteristics of rocks and ores in the Zhongyuku deposit(A)具典型環(huán)帶結(jié)構(gòu)的石榴子石,孔隙被后期方解石和石英填充,單偏光; (B)石榴子石被后期透輝石脈穿切,正交偏光; (C)呈一級(jí)灰白放射狀的硅灰石,單偏光; (D)石榴子石退化蝕變?yōu)榫G簾石,正交偏光; (E)淺閃石交代透輝石,單偏光; (F)綠泥石交代石榴子石,單偏光; (G)閃鋅礦與黃鐵礦具有共結(jié)邊結(jié)構(gòu)交代透輝石,反射光; (H)磁黃鐵礦交代透輝石,閃鋅礦又交代磁黃鐵礦; (I)磁黃鐵礦交代黃鐵礦和黃銅礦,反射光。Sp.閃鋅礦; Ccp.黃銅礦; Py.黃鐵礦; Po.磁黃鐵礦; Qtz.石英; Cal.方解石; Grt.石榴子石; Di.透輝石; Hd.鈣鐵輝石; Wo.硅灰石; Ep.綠簾石; Chl.綠泥石; Ed.淺閃石

b.退化蝕變階段。主要礦物為綠簾石、角閃石、綠泥石等含水硅酸鹽礦物(圖4-D、E、F)，沿節(jié)理、裂隙或巖性分界面等構(gòu)造薄弱面交代早期矽卡巖階段礦物，呈浸染狀和網(wǎng)脈狀疊加在矽卡巖上。綠簾石在單偏光鏡下呈黃綠色-草綠色，粒狀、板狀。角閃石在單偏光鏡下呈深綠色-綠色，形態(tài)為板狀、柱狀，自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)，多以浸染狀和網(wǎng)脈狀疊加在矽卡巖上。綠泥石主要是葉綠泥石，單偏光鏡下呈淺綠色、草綠色，自形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)，集合體呈鱗片狀。

c.石英-硫化物階段。主要形成閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦、方鉛礦等金屬硫化物以及石英、綠泥石等脈石礦物(圖4-G、H、I)。閃鋅礦手標(biāo)本上可細(xì)分為2類：①在石英、方解石脈中呈細(xì)脈浸染狀、細(xì)脈狀、團(tuán)塊狀，與浸染狀-星點(diǎn)狀黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦一起產(chǎn)出，構(gòu)成致密塊狀集合體；②發(fā)育在矽卡巖礦物間，呈浸染狀、團(tuán)塊狀。方解石在手標(biāo)本上呈團(tuán)塊狀、脈狀產(chǎn)出。石英有2種產(chǎn)狀，其中一種是呈細(xì)小顆粒狀充填于石榴子石、透輝石的間隙；另一種是以石英硫化物脈的形式產(chǎn)于矽卡巖中。

d.石英-碳酸鹽階段。主要形成方解石和石英等(圖4-A)。方解石呈脈狀切穿早階段礦物，脈體寬大，主要發(fā)育在大理巖中。石英伴隨方解石脈產(chǎn)出。

4 礦物主元素地球化學(xué)特征

4.1 石榴子石

9件石榴子石樣品電子探針?lè)治鼋Y(jié)果、陽(yáng)離子數(shù)及端元組分見(jiàn)表2。如石榴子石的端元組分所示，石榴子石屬于鈣鋁榴石-鈣鐵榴石系列(圖5-A)，但2類石榴子石中的鈣鋁榴石和鈣鐵榴石端元組分的占比是不同的：第一類石榴子石以鈣鐵榴石端元為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為43.26%～84.41%，平均為67.44%；其次是鈣鋁榴石，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.82%～60.53%，平均為25.56%；還有少量的鐵鋁榴石(質(zhì)量分?jǐn)?shù)：2.15%～5.46%)和錳鋁榴石(質(zhì)量分?jǐn)?shù)：0.77%～3.94%)，鎂鋁榴石和鈣鉻榴石含量可以忽略不計(jì)。第二類石榴子石以鈣鋁榴石端元為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.70%～78.64%，平均為61.03%；其次是鈣鐵榴石，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.81%～60.26%，平均為31.43%；鐵鋁榴石和錳鋁榴石含量較低，兩者質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和為6.37%～8.51%，平均為7.32%；閃鋅礦常與這類石榴子石伴生(圖3-C)。

表2 中魚(yú)庫(kù)礦床代表性石榴子石電子探針?lè)治鼋Y(jié)果

“-”表示低于儀器檢測(cè)限。Ura.鈣鉻榴石; Adr.鈣鐵榴石; Pyr.鎂鋁榴石; Sps.錳鋁榴石; Alm.鐵鋁榴石; Gro.鈣鋁榴石。

圖5 中魚(yú)庫(kù)礦床石榴子石和輝石端員組分圖解Fig.5 End members of garnets and pyroxenes from the Zhongyuku depositGro.鈣鋁榴石; Adr.鈣鐵榴石; Sps.錳鋁榴石; Alm.鐵鋁榴石; Di.透輝石; Hd.鈣鐵輝石; Jo.錳鈣輝石

4.2 輝石

12件輝石樣品電子探針?lè)治鼋Y(jié)果、陽(yáng)離子數(shù)及端元組分見(jiàn)表3。通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，主元素富Ca、Mg、Fe，貧Ti、Al、Mn、Na、K，屬于透輝石-鈣鐵輝石系列，以透輝石為主(圖5-B)。透輝石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為53.26%～90.07%，平均為71.79%；鈣鐵輝石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.21%～37.66%，平均為24.01%；錳鈣輝石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.71%～10.69%，平均為4.20%。

4.3 角閃石

5件角閃石樣品的電子探針?lè)治鼋Y(jié)果、陽(yáng)離子數(shù)及單元組分見(jiàn)表4。電子探針質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)試結(jié)果：SiO2平均為44.01%，TFeO平均為15.58%，MgO平均為12.80%，CaO平均為11.72%，Al2O3平均為8.03%，MnO平均為0.74%，TiO2平均為0.36%。角閃石屬于鈣角閃石系列，主要為淺閃石，也有少量韭閃石(圖6)。

圖6 中魚(yú)庫(kù)礦床角閃石分類圖解Fig.6 Classification of amphiboles for the Zhongyuku deposit(作圖方法據(jù)文獻(xiàn)[44])

4.4 綠簾石

對(duì)中魚(yú)庫(kù)礦床的5件綠簾石樣品進(jìn)行電子探針?lè)治?，探針?lè)治鼋Y(jié)果、陽(yáng)離子數(shù)及端元組分見(jiàn)表5。綠簾石的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：SiO2平均為36.12%，Al2O3平均為21.25%，TFeO平均為15.07%，MnO平均為0.32%，TiO2平均為0.25%，MgO平均為0.10%。

4.5 綠泥石

對(duì)3件綠泥石樣品進(jìn)行電子探針?lè)治觯治鼋Y(jié)果見(jiàn)表6。綠泥石中主要組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：SiO2平均為25.42%，TFeO平均為25.71%，Al2O3平均為18.68%，MgO平均為14.04%，MnO平均為1.74%，Na2O平均為0.32%，CaO平均為0.18%。綠泥石主要為鐵鎂綠泥石和鐵綠泥石(圖7)，富Fe和Mg、貧Al。

5 討 論

5.1 矽卡巖礦物對(duì)成巖成礦環(huán)境的指示意義

矽卡巖礦物的化學(xué)成分能提供指示成巖成礦環(huán)境的關(guān)鍵信息[1,46-47]。從20世紀(jì)40年代起，國(guó)外就開(kāi)始對(duì)矽卡巖礦物人工合成進(jìn)行研究[48]。20世紀(jì)90年代，梁祥濟(jì)[49]使用中國(guó)的各類巖石樣品作為原料在實(shí)驗(yàn)室中合成了石榴子石。結(jié)果表明，鈣鐵榴石在450～600℃、pH=4.0～11.0的氧化-弱氧化環(huán)境中容易大量形成，而鈣鋁榴石則容易在550～700℃、中-酸性環(huán)境中晶出。

表3 中魚(yú)庫(kù)礦床代表性輝石電子探針?lè)治鼋Y(jié)果

“-”表示低于儀器檢測(cè)限。Hd.鈣鐵輝石; Jo.錳鈣輝石; Di.透輝石。

表4 中魚(yú)庫(kù)礦床代表性角閃石電子探針?lè)治鼋Y(jié)果

表5 中魚(yú)庫(kù)礦床代表性綠簾石電子探針?lè)治鼋Y(jié)果

“-”表示為低于儀器檢測(cè)上限。

表6 中魚(yú)庫(kù)礦床代表性綠泥石電子探針?lè)治鼋Y(jié)果(w/%)

“-”表示低于儀器檢測(cè)上限; R2+=Fe/(Fe+Mg)。

圖7 中魚(yú)庫(kù)礦床綠泥石分類圖解Fig.7 Classification of chlorites for the Zhongyuku deposit(作圖方法據(jù)文獻(xiàn)[45])

中魚(yú)庫(kù)礦床矽卡巖體系中的大量石榴子石都發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu)，這些環(huán)帶的成分變化可以反映成礦熱液的演化歷史和石榴子石形成過(guò)程中物理化學(xué)條件的變化，從而為研究石榴子石環(huán)帶成因及成礦熱液演化提供重要信息[50-52]。從核部到邊部(圖8)，SiO2和CaO含量變化不大，Al2O3和FeO含量走勢(shì)線呈鋸齒型，含量變化較大?？拷瞬浚}鋁榴石與鈣鐵榴石含量比較接近，反映早期形成環(huán)境為弱氧化、弱酸性-弱堿性環(huán)境。隨著石榴子石的生長(zhǎng)，石榴子石中的Al2O3含量減少，F(xiàn)eO含量增加，SiO2和CaO含量基本不變，鈣鐵榴石的含量增加，鈣鋁榴石的含量減少，這反映了石榴子石形成過(guò)程中氧逸度增加，成礦溶液由酸性向弱堿性演化，F(xiàn)e含量逐漸增加，使得邊部形成的石榴子石富含鐵質(zhì)[53]。

氧化-還原反應(yīng)在矽卡巖的形成中占有重要角色。而矽卡巖礦物的Fe2+/Fe3+比值可以推測(cè)成巖時(shí)的氧化-還原環(huán)境[54-55]。據(jù)前人研究認(rèn)為[46,56]，主要發(fā)育鈣鐵榴石和透輝石的矽卡巖為氧化型矽卡巖；主要發(fā)育鈣鋁榴石和鈣鐵輝石的矽卡巖為還原型矽卡巖。氧化型矽卡巖的礦物有較低的Fe2+/Fe3+比值，而還原型矽卡巖則相反。在中魚(yú)庫(kù)礦床，石榴子石富鈣鐵榴石貧鈣鋁榴石，輝石主要為透輝石，鈣鐵輝石較少，都說(shuō)明矽卡巖形成于氧化環(huán)境。

隨著成礦流體溫度逐漸降低，水解作用變得重要起來(lái)，大量出現(xiàn)了淺閃石、鐵鎂綠泥石、鐵綠泥石等退化蝕變階段礦物，反映其氧化-還原條件發(fā)生了轉(zhuǎn)變，流體氧逸度逐漸降低[57-60]。在石英-硫化物階段，偏堿性的還原環(huán)境有利于金屬硫化物沉淀富集，從而形成了大量的黃銅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦和閃鋅礦。

5.2 矽卡巖礦物與金屬礦化的關(guān)系

趙一鳴等[61-62]將錳質(zhì)矽卡巖從鈣矽卡巖中單獨(dú)劃出，當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的交代建造，作為評(píng)價(jià)矽卡巖鉛鋅銀礦床的重要礦物地球化學(xué)標(biāo)志。中魚(yú)庫(kù)礦床的部分矽卡巖具有較高的錳鈣輝石和錳鋁榴石含量。

圖8 中魚(yú)庫(kù)礦床石榴子石環(huán)帶成分變化示意圖Fig.8 Diagrams showing composition variation of garnet zoning in the Zhongyuku deposit(A)選自02號(hào)樣品的第一類石榴子石環(huán)帶；(B)選自20號(hào)樣品的第二類石榴子石環(huán)帶

圖9 世界大型矽卡巖型礦床石榴子石和輝石組分Fig.9 Ternary plots of garnet and pyroxene compositions of major large-scale skarn deposits(據(jù)文獻(xiàn)[2])

國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)石榴子石成分與不同礦化類型的矽卡巖礦床之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，證明大部分礦床的石榴子石成分特征與金屬礦化之間存在一定內(nèi)在聯(lián)系[1-2,63-66]。根據(jù)中魚(yú)庫(kù)礦床石榴子石分析結(jié)果，石榴子石端元的變化與世界典型的大型矽卡巖型鉛鋅礦床相應(yīng)端元組分的變化趨勢(shì)基本一致(圖9-A)。矽卡巖階段，巖漿熱液對(duì)原巖的交代作用改變了原巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。粒狀石榴子石的大量發(fā)育，增加了礦物的密度，減少了體積，從而增加了顆粒間的孔隙。巖石孔隙度和滲透率的增加有利于熱液流體的運(yùn)移，促進(jìn)熱液與圍巖充分反應(yīng)，并為硫化物沉淀提供空間。所以石榴子石的大量發(fā)育使得矽卡巖比斑巖體更有利于硫化物的富集和沉淀[67-68]。Nakano等[69]在研究了日本46個(gè)矽卡巖礦床中輝石的化學(xué)成分之后指出，輝石中的wMn/wFe值對(duì)矽卡巖礦床金屬礦化類型有較好的指示性。銅、鐵礦床的wMn/wFe值大多都低于0.1，鉛鋅礦床的wMn/wFe值普遍高于0.1。中魚(yú)庫(kù)礦床12件輝石樣品中24個(gè)探針點(diǎn)的wMn/wFe值為0.08～0.31，均值為0.18，顯示中魚(yú)庫(kù)的鉛鋅礦化與野外地質(zhì)現(xiàn)象一致。中魚(yú)庫(kù)礦床輝石端元組分相比世界大型矽卡巖型鉛鋅礦，顯示富透輝石貧鈣鐵輝石的特征(圖9-B)；而且自矽卡巖帶中央?yún)^(qū)域向外鈣鐵輝石總體呈增高趨勢(shì)，透輝石呈降低趨勢(shì)。透輝石-鈣鐵輝石的演變過(guò)程指示了鐵元素隨著成礦流體演變逐漸富集的過(guò)程，其為黃鐵礦、磁黃鐵礦的形成與富集提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

5.3 礦床成因

中魚(yú)庫(kù)礦床廣泛發(fā)育矽卡巖及其退化蝕變產(chǎn)物，與成礦關(guān)系密切。根據(jù)矽卡巖形成機(jī)理不同，可將矽卡巖劃分為交代矽卡巖和變質(zhì)矽卡巖兩大類[1]。中魚(yú)庫(kù)礦床的矽卡巖礦物組合與中國(guó)部分典型的交代鈣矽卡巖[70]的特征較為相似，而與區(qū)域變質(zhì)形成的矽卡巖礦物組合差別較大。

曹華文等[26]通過(guò)閃鋅礦的Rb-Sr法測(cè)得中魚(yú)庫(kù)鉛鋅礦成礦年齡為(136.4±0.8) Ma，指示該礦床形成于早白堊世。其年齡對(duì)應(yīng)于毛景文[71]等提出的古太平洋板塊與歐亞大陸之間相互作用，造成東秦嶺地區(qū)大規(guī)模巖漿活動(dòng)，從而導(dǎo)致148～138 Ma B.P.間的區(qū)內(nèi)大規(guī)模成礦事件。巖漿侵入活動(dòng)能促使形成熱液系統(tǒng)，并使熱液系統(tǒng)長(zhǎng)期活動(dòng)，還能供應(yīng)成礦物質(zhì)參與成礦活動(dòng)[72-73]。中魚(yú)庫(kù)礦床處于近東西向與北北東向斷裂的交叉部位，豐富的斷裂構(gòu)造為流體運(yùn)移提供了良好的通道、增大了流體與圍巖的接觸空間并提供了礦質(zhì)堆積空間。此外，通過(guò)對(duì)中魚(yú)庫(kù)鉛鋅礦床的閃鋅礦微量元素地球化學(xué)特征的分析[25]可以得知該礦床形成于中高溫環(huán)境，與巖漿熱液流體相關(guān)。上述的大量野外地質(zhì)現(xiàn)象，成礦年代學(xué)和巖石、礦物地球化學(xué)共同指示了礦床形成與區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)的密切關(guān)系，礦床類型應(yīng)屬于典型的巖漿熱液交代成因的矽卡巖型礦床。

礦區(qū)內(nèi)的中魚(yú)庫(kù)隱伏巖體的黑云母電子探針?lè)治鼋Y(jié)果[74]顯示，巖體的成巖溫度與氧逸度很高，并且具有快速侵入的特征。巖漿在快速侵位過(guò)程中使欒川群三川組鈣質(zhì)砂巖、鈣質(zhì)板巖、灰?guī)r重結(jié)晶形成大理巖和角巖。具有較高氧逸度的巖漿沿裂隙進(jìn)一步侵入的過(guò)程中，會(huì)因?yàn)閴毫档桶l(fā)生相分離，成礦金屬、F、Cl等元素隨揮發(fā)相分離出來(lái)[63]。攜帶大量揮發(fā)分的巖漿流體與圍巖發(fā)生交代反應(yīng)形成矽卡巖礦物。其后，在退化蝕變階段環(huán)境溫度逐漸降低，含水礦物沿節(jié)理、裂隙或巖性分界面等構(gòu)造薄弱面開(kāi)始交代早期矽卡巖階段的礦物。同時(shí)，流體的氧逸度逐漸降低，流體中的金屬礦質(zhì)(Zn、Pb等)進(jìn)入到矽卡巖體系中。最終在石英-硫化物階段，金屬硫化物在偏還原的環(huán)境中大量富集沉淀。

6 結(jié) 論

a. 中魚(yú)庫(kù)礦床的成巖成礦過(guò)程可劃分為4個(gè)階段：早矽卡巖階段→退化蝕變階段(晚矽卡巖階段)→石英-硫化物階段→石英-碳酸鹽階段。

b. 電子探針?lè)治鼋Y(jié)果顯示，中魚(yú)庫(kù)礦床矽卡巖是一套鈣矽卡巖，石榴子石以鈣鐵榴石-鈣鋁榴石系列為主，輝石顯示富透輝石貧鈣鐵輝石的特征，簾石主要為綠簾石，角閃石主要為淺閃石，綠泥石為鐵鎂綠泥石，屬交代成因矽卡巖。

c. 石榴子石和輝石的組分特征指示了礦床的硫鋅多金屬礦化，與地質(zhì)現(xiàn)象相符。矽卡巖礦物的形成增加了巖石的孔隙度和滲透率，有利于成礦。

d. 中魚(yú)庫(kù)礦床矽卡巖形成于一個(gè)較為氧化、弱堿性的環(huán)境，到后期氧逸度升高。在退化蝕變階段，流體氧逸度開(kāi)始降低，為金屬硫化物的沉淀富集創(chuàng)造了有利條件。石英-硫化物階段流體氧逸度進(jìn)一步降低，金屬硫化物在還原的環(huán)境中大量富集沉淀，是研究區(qū)的成礦主階段。

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Characteristics and geological significance of skarn minerals from the Zhongyuku sulfide-zinc polymetallic deposit in Luanchuan, Henan, China

HU Xinkai1, ZHANG Shouting1, CAO Huawen2, PEI Qiuming1XIA Bingwei1, ZHAO Yu1, WANG Liang1

1.SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China; 2.ChengduCenter,ChinaGeologicalSurvey,Chengdu610081,China

Systematic field work, microscopic identification and electron microprobe technology are carried out to study the mineralogical characteristics of skarn and to discuss the petrogenic and metallogenic mechanism in the Zhongyuku sulfide-zinc polymetallic deposit. It reveals that the ore deposit has experienced four ore-forming stages, such as skarn stage, retrograde alteration stage, quartz sulfide stage and carbonate stage, respectively. The skarns in the Zhongyuku deposit belong to typical calcic skarns resulted from the replacement of granitoid magma. Garnets in the ore deposit are mainly composed of andradite-grossularite and the pyroxenes mainly belonging to diopside-andradite series. Amphiboles in the ore show characteristics of calciferous amphibole, and the chlorites are mainly brunsvigite. Components of garnet and pyroxene suggest that the ore-forming fluid have an evolutionary trend from acidic to basic and from reduction to oxidation condition at the skarn stage. From the retrograde alteration stage to the quartz sulfide stage, the oxygen fugacity drops with the evolutionary of ore-forming fluid. The metal sulfides are precipitated at the quartz sulfide stage.

skarn; mineralogy; sulfide-zinc polymetallic deposit; Zhongyuku

10.3969/j.issn.1671-9727.2017.03.05

1671-9727(2017)03-0318-16

2016-06-30。

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(1212011220925); 國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAB04B06)。

胡昕凱 (1992-)，男，博士研究生，研究方向：固體礦產(chǎn)勘查與評(píng)價(jià), E-mail: hxk199203@163.com。

曹華文 (1988-)，男，博士，助理研究員，研究方向：礦產(chǎn)資源勘查與評(píng)價(jià), E-mail:caohuawen1988@126.com。

P588.312

A