山西省靈丘縣硐溝錳銀礦地質(zhì)特征及成因機(jī)制探討

劉會(huì)來，史青青，王 菲

(中冶一局城市安全與地下空間研究院有限公司，河北 唐山 063000)

錳和白銀廣泛應(yīng)用于冶金、化工、電氣和光伏產(chǎn)業(yè)等，均為我國較為緊缺礦產(chǎn)資源。近年來，在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)找礦投入也隨之增大，供需矛盾雖有所緩解，但需求仍呈增長趨勢，特別是高品位錳銀礦石的供求矛盾更為突出。

自上世紀(jì)50年代以來，原冶金部華北冶金地質(zhì)勘探公司、山西省地礦局和中國冶金地質(zhì)工程勘查總局等單位在太白維山一帶開展了大量的地質(zhì)找礦工作，在長城系高于莊組發(fā)現(xiàn)了支家地銀礦、硐溝錳銀礦和小青溝—流沙溝錳銀礦等中大型錳銀礦產(chǎn)多處，具有很好的找礦前景良好。

本文通過對(duì)硐溝礦區(qū)開展詳查工作，基本查明了錳、銀礦體的形態(tài)、產(chǎn)狀、規(guī)模及其變化規(guī)律和錳銀礦石的質(zhì)量類型，并開展了礦床成因探討，以期為后期周邊地區(qū)尋找相似成因的銀錳礦床提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

硐溝錳銀礦床位于晉東北金、銀多金屬成礦區(qū)中NW向中莊鋪—?jiǎng)⑶f成礦帶中段的太白維山銀錳多金屬礦田內(nèi)，礦田與太白維山推覆體基本吻合，后者是以150(°)方向逆沖而來，逆沖之后發(fā)生了大規(guī)模的火山噴發(fā)和次火山活動(dòng)，并伴隨有強(qiáng)烈的銀、錳及多金屬成礦作用。

區(qū)域大地構(gòu)造位置處于燕山斷塊淶源斷隆與呂梁—太行斷塊的銜接部位，在燕山運(yùn)動(dòng)早期區(qū)域網(wǎng)格狀構(gòu)造背景下形成十分復(fù)雜的太白維山礦田構(gòu)造，主要發(fā)育NW向唐河斷裂、張旺溝—?jiǎng)⑶f區(qū)域性深斷裂和中野窩—東駝水逆沖—逆掩斷層及其次級(jí)斷裂和燕山期火山構(gòu)造組成[1-3]。主要出露太古界五臺(tái)超群，中、上元古界長城系、薊縣系、青白口系，古生界寒武系、奧陶系、石炭系，中生界侏羅系，新生界第四系。巖漿活動(dòng)主要集中于五臺(tái)期花崗巖與石英閃長巖、呂梁期輝綠巖脈和燕山期火山噴發(fā)、噴溢活動(dòng)形成的各類巖漿巖和中性—中酸性的淺成或超淺成的巖漿侵入。其中，燕山期巖漿巖活動(dòng)頻繁而強(qiáng)烈，且與成礦關(guān)系最為密切。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

硐溝礦區(qū)位于唐河深大斷裂東側(cè)，太白維山破火山口構(gòu)造的北側(cè)(見圖1)。礦區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，礦化強(qiáng)烈，是錳、銀礦的成礦有利區(qū)。

2.1 地層

礦區(qū)地層總體呈單斜產(chǎn)出，傾向SE 100(°)～120(°)為主，傾角30(°)～40(°)，主要出露中上元古界長城系高于莊組(Chg)、薊縣系霧迷山組(Jxw)、青白口系景兒峪組(Qnj)、中生界上侏羅統(tǒng)白旗組(J3b)及第四系(Q)。

1)高于莊組：主要分布在礦區(qū)的中西部，為一套海進(jìn)系列淺海相碳酸鹽巖建造地層，與上覆薊縣系霧迷山組底部的灰白色石英砂巖呈平行不整合接觸，自下而上分為4段，本區(qū)內(nèi)只出露第3段(Chg3)的上部和第4段(Chg4)。

第3段：厚約100 m，灰白色、淺粉紅色巨厚層狀白云巖，質(zhì)純，少見雜質(zhì)[4]。

第4段：厚約500 m，底部為灰白色中厚層狀硅質(zhì)白云巖及少量燧石條帶白云巖；中部為灰白色中厚層狀泥晶白云巖；上部為灰白色中厚層燧石條帶白云巖及少量含錳白云巖。

圖1 硐溝錳銀礦區(qū)域地質(zhì)

2)霧迷山組：分布于礦區(qū)中部，厚約300 m，底部為灰白色石英砂巖，向上為灰白—灰色含大量燧石條帶的白云巖。

3)景兒峪組：主要分布于礦區(qū)中部，出露面積較小，地層厚度變化較大，為10～100余米，灰紅色燧石角礫巖。

4)白旗組：分布于礦區(qū)東部，總厚約700 m，與下伏地層呈角度不整合接觸。根據(jù)巖性、巖相組合，可分為兩個(gè)巖性段，下部為英安巖、安山質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、安山質(zhì)火山熔巖等；上部底部為凝灰質(zhì)泥巖，其上為安山質(zhì)火山角礫巖、集塊巖等。

5)第四系：主要分布于礦區(qū)溝谷中，主要為殘坡積物及腐植土等。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，主要以南北向(F17、F18、 F11斷層)為主，北西向(F3斷層)次之。

F17斷層：位于礦區(qū)中部，走向近南北向， 傾向東，傾角55(°)～70(°)，表現(xiàn)為切層或順層的破碎帶，破碎帶寬15～30 m，延長近400 m，斷層上、下盤均為白云巖。為本區(qū)主要的控礦構(gòu)造之一。

F18斷層：位于礦區(qū)中部，F(xiàn)17斷層以西約200 m，斷層走向近南北向，傾向東，傾角35(°)～65(°)，一般表現(xiàn)為順層或切層斷裂破碎帶寬約5～10 m，礦區(qū)內(nèi)延長約1 000 m，斷層上下盤均為白云巖，為本區(qū)最重要控礦構(gòu)造。

F19斷層：位于礦區(qū)西部，走向近南北，傾向東，傾角40(°)～65(°)，是山神廟—馬坡礦帶的主要控礦構(gòu)造。

F3斷層：位于礦區(qū)北東部，呈向南西凸出的孤形展布，傾向E-NE，傾角35(°)～60(°)，為逆斷層，斷裂帶長約400 m，斷層上盤為石英斑巖或凝灰?guī)r，斷層下盤為白云巖或凝灰?guī)r，為石英斑巖和凝灰?guī)r中銀礦體的控礦構(gòu)造。

2.3 巖漿巖

本區(qū)主要出露大北溝巖體和馬坡巖體石英斑巖次火山巖體。其中，大北溝石英斑巖灰白—肉紅色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶主要為粒度1～3 mm的石英及少量正長石，斑晶含量約5%～10%，在巖體的內(nèi)外接觸帶有錳、銀礦體產(chǎn)出，并呈現(xiàn)越靠近巖體礦化愈強(qiáng)烈，與錳、銀礦的形成關(guān)系密切[5-6]。

2.4 地球物理和地球化學(xué)特征

1)地球物理特征

本區(qū)工作共采集各類巖石、礦石標(biāo)本33塊，進(jìn)行了視極化率測定，統(tǒng)計(jì)和計(jì)算結(jié)果見表1，錳礦石視極化率最高達(dá)10.6%，與其他巖石有明顯差異，因此，使用激發(fā)極化法找礦具有良好效果。

2)地球化學(xué)特征

在太白維山水系沉積物地球化學(xué)測量基礎(chǔ)上，展開了約32 km2的1∶5 000土壤地球化學(xué)測量(見圖2)，圈出支家地、山神廟、硐溝3個(gè)Ag、Pb、Zn等元素組合異常群。硐溝異常群位于查區(qū)南部，由4個(gè)異常組成(Ag-7、Ag-8、Ag-9和Ag-10)異常，異常群主體走向NW，呈不規(guī)則狀，長700 m(西南部未封閉)，寬100～600 m。其中，Ag-7號(hào)異常位于石英斑巖，其余異常均分布于高于莊組燧石條帶白云巖[7-8]。

表1 視極化率統(tǒng)計(jì)及計(jì)算結(jié)果

總之，礦區(qū)視極化率異常、Ag、Mn異常多與礦體或礦化體的吻合，礦化強(qiáng)度與異常強(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系，是找礦的有利標(biāo)志。

圖2 硐溝錳銀礦土壤地球化學(xué)異常平面

2.5 圍巖蝕變

查區(qū)圍巖蝕變普遍較弱，多發(fā)育于構(gòu)造破碎帶及巖體內(nèi)接觸帶附近，主要為硅化、黃鐵礦化、碳酸鹽巖化等。其中，石英斑巖內(nèi)接觸帶及巖體內(nèi)構(gòu)造破碎帶中以硅化、黃鐵礦化為主，為銀礦的近礦圍巖蝕變；白云巖的礦化帶中以硅化、碳酸鹽巖化為主，為銀、錳礦的近礦圍巖蝕變。

3 礦體地質(zhì)特征

本次工作以銀、錳為主要勘查對(duì)象，利用大比例尺地質(zhì)填圖、探槽、淺井、坑探和鉆探工程共圈出4條錳礦體，8條錳銀礦體，15條銀礦體及2條介于邊界品位與塊段工業(yè)品位之間的銀礦體(見圖3)。其中主要礦體為2個(gè)錳銀礦體(①M(fèi)nAg礦體和②MnAg礦體)和1個(gè)銀礦體(Ag礦體)。

3.1 礦體特征

礦體主要產(chǎn)于長城系高于莊組和薊縣系霧迷山組白云巖中及其與石英班巖的接觸帶部位；少量銀礦體產(chǎn)于青白口系燧石角礫巖、侏羅系英安巖、安山巖、凝灰?guī)r及石英斑巖體之中。銀礦體與圍巖界線不清，為漸變過渡關(guān)系。錳、銀礦體呈似層狀、透鏡狀或脈狀產(chǎn)出，礦體產(chǎn)狀嚴(yán)格受斷層控制，傾向多為95(°)左右，傾角一般40(°)～60(°)。

圖3 硐溝錳銀礦第114勘探線地質(zhì)及資源量估算剖面

1)①M(fèi)nAg礦體：礦體分布于130線北～98線之間，產(chǎn)于霧迷山組白云巖中，受F18斷裂破碎帶控制。礦體向北延入小青溝礦區(qū)，沿走向總長大于1 300 m，區(qū)內(nèi)控制延長540 m，控制延深350 m。礦體形態(tài)呈層狀，走向5(°)，傾向95(°)，傾角40(°)～66(°)。最小厚度1.20 m，最大厚度9.0 m，平均厚度5.54 m，厚度變化系數(shù)42.07%，礦體賦存標(biāo)高1 730～1 995 m。礦體(332+333)資源量162.74萬t，占全區(qū)總資源量57.44%，共伴生銀107.49 t。

2)②MnAg礦體：礦體分布于130線北～82線之間，產(chǎn)于霧迷山組白云巖中，106線以北受硐溝石英斑巖接觸帶和F3斷裂破碎帶控制，106線以南受F17破碎帶控制。礦體走向5(°)，傾向95(°)，傾角35(°)～60(°)。礦體形態(tài)呈層狀似層狀，向北延入小青溝礦區(qū)，走向長大于1 000 m，控制延深290 m，最小厚度1.50 m，最大厚度18.00 m，平均厚度6.03 m，厚度變化系數(shù)87.87%，礦體賦存標(biāo)高1 737～2 015 m，礦體(332+333)資源量61.42萬t，占全區(qū)總資源量21.68%，共伴生銀28.86 t。

3.2 礦石質(zhì)量

3.2.1 礦石結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

1)錳礦：錳礦體絕大多數(shù)在地表有出露，可細(xì)分為氧化錳和菱錳礦石，以氧化錳礦石為主。其中，氧化錳礦石主要呈不規(guī)則粒狀結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)，其次為纖維鱗片狀結(jié)構(gòu)、自形—半自形結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造、多孔狀構(gòu)造、蜂窩狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、土狀構(gòu)造等；碳酸錳礦石主要呈自形—半自形晶結(jié)構(gòu)、粒狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、層紋狀構(gòu)造等[9]。

2)銀礦：銀礦體僅遭受輕微氧化作用，屬原生礦石，主要呈多金屬硫化物銀礦石狀態(tài)產(chǎn)出。銀礦石主要呈自形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)、他形粒狀結(jié)構(gòu)、交代殘留結(jié)構(gòu)、交代網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、網(wǎng)脈狀構(gòu)造等。

3.2.2 礦石礦物成分

1)錳礦石

根據(jù)巖礦鑒定、電子探針(見表2)和差熱分析(見表3)等分析發(fā)現(xiàn)如下。

表2 硐溝礦區(qū)錳銀礦石電子探針分析主要礦物結(jié)果

表3 硐溝錳銀礦區(qū)差熱分析結(jié)果

氧化錳礦石共有金屬礦物13種，脈石礦物4種，錳礦物有六方錳礦、軟錳礦、隱鉀錳礦、黑鋅錳礦、方鐵錳礦、鋇鎂錳礦等；其他金屬礦物有黃鐵礦、褐鐵礦、赤鐵礦、針鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、錳鉛礦等；脈石礦物有：白云石、石英、方解石、鈉長石等。

碳酸錳礦石主要錳礦物有軟錳礦、鐵菱錳礦等，其他金屬礦物有黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、錳鉛礦等；脈石礦物有：白云石、石英、方解石等。

2)銀礦石

銀礦石金屬礦物共10種，脈石礦物8種。銀礦物主要有輝銀礦、自然銀、硫鐵銀礦、角銀礦等，其他金屬礦物主要有黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、軟錳礦、硬錳礦、褐鐵礦等。脈石礦物主要有石英、白云石、斜長石、正長石、方解石、葉蠟石、綠泥石、磷灰石等。

3)礦物生成順序

根據(jù)礦石礦物和脈石礦物的相互關(guān)系，礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征，可將硐溝銀錳礦床成礦期劃分為熱液成礦期和表生期，熱液成礦期又可分為3個(gè)成礦階段：Ⅰ黃鐵礦階段，Ⅱ黃鐵礦—多金屬硫化物階段，Ⅲ硫化物—碳酸鹽階段。

3.2.3 礦石化學(xué)成分

錳礦：礦石中有益成分主要為Mn、Ag、Pb、Zn，有害組分為S、P(見表4)。錳礦石中銀含量普遍較高，Pb、Zn含量不穩(wěn)定，Au的分布極不均勻，P、S含量極低。

表4 錳礦石主要化學(xué)成分

主礦體①M(fèi)nAg礦體Mn最低單工程品位13.08%(其共生Ag 198.00 g/t)，最高單工程品位39.49%(其伴生Ag 15.69 g/t)，礦體平均品位23.62%(共伴生Ag 63.08g/t)，品位變化系數(shù)25.51%；主礦體②MnAg礦體Mn最高單工程品位34.99%，礦體平均品位27.49%，共伴生銀品位48.38 g/t，品位變化系數(shù)58.14%。

銀礦：礦體中主要有用組分有Ag、Mn、Pb、Zn(見表5)。Mn在銀礦體中含量普遍較低，Pb、Zn分布較不均勻，含量也較低。主礦體Ag礦體單工程平均品位215.43～379.69 g/t，平均367.87 g/t，品位變化系數(shù)29.38%。

表5 銀礦石主要化學(xué)成分

3.2.4 礦體圍巖與夾石

錳礦體均賦存于白云巖與石英斑巖接觸帶及白云巖中斷裂破碎帶內(nèi)，圍巖與夾石均為白云巖，在①M(fèi)nAg礦體114線見有2層夾石，夾石延長分別為200 m和100 m，延深為255 m和150 m，單層厚度4 m和0.57m，錳含量分別為2.44%和10.04%；②MnAg礦體在130線見有一層夾石，夾石厚度1 m，走向延長140 m，傾向延深75 m，夾石為白云巖，錳含量為6.97%。

銀礦容礦巖石為白云巖，少數(shù)為凝灰?guī)r、石英斑巖，銀礦體與圍巖界線肉眼不易區(qū)分，主要依樣品分析結(jié)果圈定。本區(qū)銀礦體中基本無夾石。

4 成因機(jī)制探討

4.1 控礦因素

硐溝銀錳礦區(qū)處于燕山斷塊淶源斷隆與呂梁—太行斷塊的銜接部位，發(fā)育的南北向和北東向兩組斷裂形成的網(wǎng)格狀構(gòu)造，且太白維山破火山口的發(fā)生和發(fā)展起著重要的控制作用。

硐溝銀錳礦床是以錳、銀為主，并伴生有鉛、鋅的中型礦床，錳銀礦體產(chǎn)于白云巖與火成巖內(nèi)外接觸帶中。主要的控礦因素有：燕山期石英斑巖體的侵入既是成礦的動(dòng)力條件，也是錳銀礦體成礦的物質(zhì)源泉；區(qū)內(nèi)近SN向的斷裂構(gòu)造、層間破碎帶及石英斑巖體接觸帶是成礦物質(zhì)運(yùn)移、富集的有利場所；高于莊組、霧迷山組白云巖是區(qū)內(nèi)僅有的錳礦載體，是錳礦成礦的主要礦源層。

4.2 礦床成因機(jī)制

長城紀(jì)中后期的海侵，形成了廣闊的陸表海，在此期間，沉積了高于莊組、霧迷山組的潮下海相的含錳質(zhì)白云巖夾黑色白云質(zhì)頁巖。高于莊組、霧迷山組地層中Ag、Pb、Zn、Mn的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于各自的地殼克拉克值，特別是高于莊組二段白云巖錳含量高達(dá)23 589.40×10-6，構(gòu)成該區(qū)錳礦的主要礦源層。

進(jìn)入中生代，由于地幔物的膨脹和蠕動(dòng)，使下地殼物質(zhì)在上地幔巖漿的同熔混染下開始活動(dòng)，形成殼幔混源型巖漿。這種巖漿沿北西向與北東向斷裂交匯部位上侵或噴發(fā)噴溢，形成太白維山火地區(qū)各種火山巖和次火山巖?；鹕交顒?dòng)末期，次火山巖體—石英斑巖侵入。他的侵入活動(dòng)對(duì)成礦具有極其重要的作用，除直接提供少量Ag、Mn物質(zhì)外，更為主要的是起著熱源的作用。表現(xiàn)為次火山巖漿在火山活動(dòng)晚期沿火山構(gòu)造上升，汲取礦源層中的成礦物質(zhì)，形成Ag、Mn成礦熱液，這種熱液沿火山口構(gòu)造和裂隙帶上升，由于溫度和壓力的降低，促使礦質(zhì)迅速沉淀，富集成礦。

總之，硐溝錳銀礦的成因類型為沉積—巖漿熱液富集型錳銀礦礦床。

4.3 找礦標(biāo)志

1)地層標(biāo)志：高于莊組、霧迷山組白云巖分布區(qū)，是錳礦物質(zhì)來源的主要層位。

2)構(gòu)造標(biāo)志：南北向斷裂構(gòu)造、層間破碎帶及石英斑巖體接觸帶是本區(qū)重要的導(dǎo)礦、儲(chǔ)礦構(gòu)造。

3)次火山活動(dòng)標(biāo)志：中生代火山機(jī)構(gòu)—特別是石英斑巖是良好的找礦標(biāo)志。

4)圍巖蝕變標(biāo)志：硅化、黃鐵礦化、方鉛礦化、閃鋅礦化等熱液蝕變標(biāo)志。

5)礦化標(biāo)志：有熱液型多金屬礦化，黑色錳膜等。

6)物化探異常標(biāo)志：成礦元素組合為Ag、Pb、Zn、Mn、Cu、As等，故上述元素異常區(qū)，常是成礦有利地段。

7)古硐、礦渣標(biāo)志：古硐、礦渣一般為古人采掘所遺留，是本區(qū)主要的找礦標(biāo)志之一。

5 結(jié) 論

1)硐溝礦區(qū)共圈出4條錳礦體，8條錳銀礦體，15條銀礦體及2條介于邊界品位與塊段工業(yè)品位之間的銀礦體，錳礦體絕大多數(shù)在地表均有出露，以氧化錳礦石為主，菱錳礦石次之；銀礦體屬原生礦，主要呈多金屬硫化物產(chǎn)出。

2)硐溝錳銀礦礦體呈似層狀、透鏡狀或脈狀產(chǎn)出，礦體產(chǎn)狀嚴(yán)格受斷層控制，主要位于高于莊組和霧迷山組白云巖和燕山期大北溝石英斑巖接觸帶附近，南北向斷裂(F18斷裂)為主要控礦構(gòu)造。

3)結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景、物化探異常、礦區(qū)地質(zhì)特征和礦體特征分析，硐溝錳銀礦的成因類型為沉積—巖漿熱液富集型錳銀礦礦床。