豫西龍門店銀鉛鋅礦碳氧同位素特征及其地質(zhì)意義

王杰，王小高，程寶成， 丁世先，謝克家，王培培

(1.河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院，鄭州 450052；2.河南省有色金屬深部找礦勘查技術(shù)研究重點實驗室，鄭州 450052；3.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊，鄭州 450016；4.中國冶金地質(zhì)總局中南局，武漢 430081)

0 引言

華北陸塊南緣豫西熊耳山地區(qū)是河南境內(nèi)重要的多金屬礦集區(qū)，區(qū)內(nèi)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)大中型金礦床、鉬礦床10多處，近年來鉛鋅礦勘查工作取得了明顯進展，尤其是在豫西洛寧地區(qū)先后發(fā)現(xiàn)了沙溝、鐵爐坪、蒿坪溝、龍門店、范莊、龍王廟等大中型銀鉛鋅多金屬礦床。對這些鉛鋅礦床的總結(jié)研究，有利于提高對該區(qū)區(qū)域成礦學的認識，有助于促進礦產(chǎn)勘查工作。

礦床的碳酸鹽穩(wěn)定同位素研究能夠為揭示成礦流體性質(zhì)和來源提供寶貴的信息，同時也可以為礦石和脈石碳酸鹽沉積機制、成礦流體化學演化、流體混合與水-巖作用過程提供重要信息[1-2]。方解石是豫西地區(qū)鉛鋅礦成礦中最主要的脈石礦物，其形成貫穿于鉛鋅礦成礦過程始終，并與鉛鋅礦石緊密共生。本文通過研究豫西沙溝礦集區(qū)龍門店銀鉛鋅礦床成礦期方解石的C、O同位素組成，探討其成礦物質(zhì)的來源，有助于深入了解該地區(qū)銀鉛鋅礦床的成因和富集規(guī)律。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

龍門店銀鉛鋅礦床位于熊耳山地體西段沙溝礦集區(qū)。近年來，沙溝礦集區(qū)是河南省在內(nèi)生金屬礦產(chǎn)方面找礦取得重大進展的地區(qū)之一。熊耳地體東西長約80 km，南北寬4～15 km，南以近EW向馬超營斷裂為界，北以洛寧斷裂為界，西接崤山，東連外方山。熊耳山地區(qū)區(qū)域地層可分為上中下3個構(gòu)造層。結(jié)晶基底巖系為新太古界太華群中深變質(zhì)巖及片麻狀花崗巖，蓋層為中元古界熊耳群淺變質(zhì)火山巖，上構(gòu)造層為在中新生代伸展斷陷盆地內(nèi)發(fā)育的紅色碎屑沉積巖(圖1)。太華群構(gòu)成了克拉通的基底，熊耳群火山巖覆于其上并廣泛分布于豫西地區(qū)，二者是區(qū)內(nèi)金銀鉛鉬礦床的主要含礦層位[3]。

圖1 區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)簡圖

研究區(qū)內(nèi)的巖漿巖主要分布有基性巖類(輝長輝綠巖)和酸性巖類(燕山期花崗巖)，同時零星分布有少量超基性巖類。區(qū)內(nèi)花崗巖與成礦作用密切相關(guān)，花崗巖的分布決定著礦床的展布。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)

礦區(qū)地處熊耳山地區(qū)花山—龍脖背斜核部南側(cè)，瓦廟河次級傾伏向斜的東翼。礦區(qū)出露地層主要有新太古界太華群和中元古界熊耳群。新太古界太華群龍?zhí)稖辖M和段溝組的巖性為黑云斜長片麻巖、斜長角閃片麻巖、斜長角閃巖及淺粒巖等。在礦區(qū)南東部出露有中元古界熊耳群，第四系主要出露于溝谷中。中元古界熊耳群的巖性主要為杏仁狀安山巖、斑狀安山巖等(圖2)。區(qū)內(nèi)經(jīng)歷多次巖漿活動，巖漿巖分布廣泛。新太古代巖漿活動形成的中—基性火山巖或TTG巖系已變質(zhì)成各類太華群片麻巖，中元古代巖漿活動形成區(qū)內(nèi)大面積分布的熊耳群火山巖系。另外，區(qū)內(nèi)輝綠(玢)巖等脈巖也有分布。

圖2 龍門店礦區(qū)地質(zhì)簡圖

礦區(qū)構(gòu)造以斷裂為主，有NE—NNE向、NW向斷裂破碎帶和滑脫拆離斷層。NE—NNE向斷裂破碎帶為區(qū)內(nèi)的主要控礦斷裂帶，分布于太華群，多傾向NW，個別傾向SE，傾角70°～80°，出露長度一般350～1500 m，最長2400 m，寬度1～8 m，局部可達20余米。斷裂帶內(nèi)構(gòu)造巖主要為蝕變碎裂巖，偶見構(gòu)造角礫巖或糜棱巖。多呈舒緩波狀延伸，有分枝復合和膨縮現(xiàn)象。該組斷裂以K1斷裂破碎帶為代表。K1斷裂破碎帶位于礦區(qū)中部，控制長度約2400 m，寬度10～30 m，傾向290°～310°，傾角18°～45°，個別地段傾角50°左右。其他重要的斷裂破碎帶還有K2、K3、K4、K6、K7、K9、K10等。NW向斷裂破碎帶主要出現(xiàn)于礦區(qū)東北部熊耳群內(nèi)，部分出現(xiàn)于太華群內(nèi)，例如K17、K18、K19等構(gòu)造蝕變帶。該組斷裂破碎帶走向300°～315°，傾向SW，傾角57°～71°。

礦區(qū)南東側(cè)近EW向馬超營斷裂帶-滑脫拆離斷層是熊耳山變質(zhì)核雜巖構(gòu)造南部拆離斷層的一部分，為一由韌性向脆性演化的斷裂帶，位于太華群和熊耳群之間，產(chǎn)狀平緩穩(wěn)定，傾角一般15°～30°。沿滑脫拆離帶，分帶清楚，表現(xiàn)出脆-韌性過渡的特征。

2.2 礦體特征

礦體形態(tài)以脈狀和透鏡狀為主，次為網(wǎng)脈狀。礦體規(guī)模大小差異較大，礦體與圍巖產(chǎn)狀基本一致，偶爾亦有穿層現(xiàn)象。礦體走向延伸通常在700～2500 m，平均厚度0.5～1.6 m。礦石主要有用組分為銀，伴生金、鉛等。野外系統(tǒng)調(diào)查和室內(nèi)礦石組構(gòu)研究結(jié)果顯示，龍門店礦床按礦物共生序列可分為三個階段：(Ⅰ)鉀化+硅化+少量硫礦物階段；(Ⅱ)硅化+多金屬硫化物階段；(Ⅲ)碳酸巖化+石英+少量硫化物階段。主要礦體特征如下：

K1礦體：出露長度2400 m，厚度0.45～0.97 m，傾向320°左右，傾角18°～55°。礦石主要有用組份為銀，伴生金、鉛等，銀品位最高w(Ag)=40.1×10-6～312×10-6，平均171.4×10-6；伴生金品位w(Au)=0.18×10-6～1.29×10-6，平均0.75×10-6；伴生鉛平均品位w(Pb)=0.47%。

K2礦體：出露長1700 m，厚度0.37～1.05 m，產(chǎn)狀287°～330°∠55°～60°。銀品位最高w(Ag)=79.37×10-6～456.0×10-6，平均222.37×10-6；伴生鉛品位w(Pb)=0.64%～1.59%，平均1.01%。

K3礦體：出露長度為1100 m，厚度最大1.46 m，最小0.35 m，產(chǎn)狀285°～293°∠70°～75°。平均銀品位w(Ag)=284.47×10-6，伴生鉛品位平均w(Pb)=0.95%。

K4礦體：長度約1280 m，厚0.74～1.52 m，產(chǎn)狀：110°∠ 73°，銀平均品位w(Ag)=195.61×10-6，伴生鉛平均品位w(Pb)=0.48%。

K6礦體：長790 m，厚0.69～1.67 m，產(chǎn)狀319°∠ 60°，銀品位w(Ag)=49.17×10-6～4056.31×10-6，平均422.37×10-6；w(Pb)=0.26%～7.59%，平均4.01%。

K9礦體：長750 m，厚0.61～1.58 m，產(chǎn)狀325°∠70°，銀品位w(Ag)=40.3×10-6～2542×10-6，平均302.81×10-6；w(Pb)=0.11%～12.55%，平均0.67%。

2.3 礦石組構(gòu)特征與圍巖蝕變

礦石中主要金屬礦物有輝銀礦、方鉛礦、黃鐵礦，脈石礦物有方解石、石英、長石等，方解石呈團塊或條帶狀與鉛鋅礦石共生。礦石結(jié)構(gòu)以自形-半自形晶結(jié)構(gòu)為主，早期黃鐵礦呈自形-半自形晶結(jié)構(gòu)，次為交代-殘余結(jié)構(gòu)和假晶結(jié)構(gòu)；構(gòu)造以浸染-稠密浸染狀構(gòu)造為主，金屬礦物黃鐵礦、方鉛礦等呈浸染狀分布于脈石(石英等)中，部分呈綢密浸染狀分布。方鉛礦呈團塊狀、浸染狀兩種形式產(chǎn)出。粒度變化大(0.1 mm～1.5 cm)，集合體一般呈脈狀、枝杈狀充填在早期巖石的裂隙中，常與石英脈、方解石脈共存。

圍巖蝕變以碳酸鹽化、硅化為主，次為絹云母化、黃鐵礦化。

3 樣品采集與分析結(jié)果

3.1 樣品采集與分析方法

方解石是該地區(qū)鉛鋅礦床最為重要的脈石礦物，本次研究重點采集了龍門店礦床中與鉛鋅礦石緊密共生的方解石樣品25件，分別采自硅化+多金屬硫化物階段、碳酸巖化+石英+少量硫化物階段。

氧同位素的測試分析采用BrF5法，碳同位素的測定采用碳酸鹽與正磷酸發(fā)生反應(yīng)法，測試單位為中石化無錫石油地質(zhì)研究所實驗研究中心。分析結(jié)果以PDB標準表示，精度為0.2×10-3。為便于比較，氧同位素采用Friedman等的平衡方程，δ(18OV-SMOW)=1.03086×δ(18OV-PDB)+30.86，轉(zhuǎn)換成以SMOW標準表示。

3.2 測試分析結(jié)果

龍門店銀鉛鋅礦25件方解石樣品的碳氧同位素測試結(jié)果見表1。結(jié)果(表1)表明，龍門店銀鉛鋅礦的δ(13CV-SMOW)值相對均一，分布范圍介于-7.10×10-3～0.90×10-3，平均-1.28×10-3；δ(18OV-SMOW)值變化較大，介于9.2×10-3～19.52×10-3之間，平均為13.37×10-3。

表1 龍門店銀鉛鋅礦床碳氧組成特征

4 討論

龍門店銀鉛鋅礦脈沿構(gòu)造破碎帶充填，具有放射狀展布的特征，控礦斷裂具多期活動的特點，早期往往表現(xiàn)為壓性和較深的形成環(huán)境，發(fā)育糜棱巖化。成礦期主壓應(yīng)力方向為NE-SW向，與其夾角較小的斷裂沿NW-SE方向張開，導致礦液的上升與充填，形成大量陡傾的NE和NNE向礦脈。礦脈產(chǎn)狀大致平行，成群成帶產(chǎn)出。

碳氧同位素的組成能夠反映出成礦流體的來源[2]。自然界幾個主要碳儲庫數(shù)據(jù)見表2，鄭永飛等學者認為典型海相碳酸鹽巖的δ(13CV-SMOW)平均值為±2×10-3，且在成巖過程中基本保持不變[8]。通過分析發(fā)現(xiàn)龍門店銀鉛鋅礦中方解石的δ(13CV-SMOW)值介于-7.1×10-3～0.90×10-3，介于海相碳酸巖和巖漿巖之間，說明龍門店銀鉛鋅礦中成礦流體CO2可能主要來自巖漿巖系統(tǒng)，同時可能存在碳酸鹽地層變質(zhì)分解的CO2不同程度的加入[9]，指示兩種碳源共同作用的特點，反映了鉛鋅礦成礦流體的巖漿和地層雙重作用。

表2 主要碳儲庫數(shù)據(jù)

本次研究同時收集了沙溝、鐵爐坪和蒿坪溝的碳氧測試數(shù)據(jù)，建立龍門店銀鉛鋅多金屬礦碳氧同位素示蹤圖解(圖3)。從圖中不難看出，龍門店銀鉛鋅礦碳氧同位素分布范圍較為復雜、總體具線性分布特征，表明龍門店銀鉛鋅多金屬礦具有復雜的成礦物質(zhì)來源；部分樣品投影點落在花崗巖區(qū)域，說明這部分礦物質(zhì)來自深部巖漿巖，推測受到該地區(qū)隱伏巖體的影響，向右漂移的線性特征呈水平分布形式，有少量海相碳酸鹽巖的混入，近線性分布的特征可能與成礦過程中與CO2脫氣作用和流體與圍巖之間的水巖反應(yīng)有關(guān)，是后期低溫蝕變的結(jié)果。由此推斷：成礦早期，成礦流體來自巖漿巖，促使CO2脫氣，圖中的碳、氧同位素組成分布還具有趨向沉積有機物分布的特征，從而印證了碳源與巖漿脫氣作用有關(guān)[10]；隨著成礦熱液的演化，大氣降水的影響，成礦溫度降低。與鐵爐坪鉛鋅礦相似，早期成礦階段溫度以373℃為主，成礦主階段溫度集中在210～249℃，晚階段流體溫度<203℃，溫度具有下降趨勢[11]。碳、氧同位素的同步變化說明了不同礦化階段的熱液來源，表明成礦流體來源于深部巖漿熱液和地層雙重作用，后期有大氣降水的加入；在早期形成的韌性剪切帶的基礎(chǔ)上，成礦期多次疊加了脆性斷裂和含礦熱液活動。

圖3 龍門店銀鉛鋅礦床δ(13CV-SMOW)—δ(18OV-SMOW)圖解

綜合考慮熊耳山西段和東段的區(qū)域地質(zhì)特征及花崗巖分布特征，推測龍門店礦區(qū)有隱伏巖體存在，且是龍門店銀鉛鋅礦成礦物質(zhì)來源之一，實際找礦勘查中應(yīng)注意到深部礦體向下延續(xù)趨勢。

5 結(jié)論

(1)龍門店鉛鋅礦控礦斷裂具有多期次活動的特點，礦脈產(chǎn)狀大致平行，成群成帶產(chǎn)出，NE和NNE向礦脈為主礦脈方向。

(2)龍門店銀鉛鋅礦δ(13CV-SMOW)值相對均一，分布范圍介于-7.1×10-3～0.90×10-3之間，平均值-1.28×10-3；δ(18OV-SMOW)值變化較大，介于9.21×10-3～19.52×10-3之間，平均為13.37×10-3。指示成礦物質(zhì)來自深部巖漿和地層，后期有大氣降水的加入，具有趨向沉積有機物分布的特征。

(3)龍門店礦區(qū)深部有隱伏巖體存在的可能，為龍門店銀鉛鋅礦成礦物質(zhì)來源之一，在今后的勘查中應(yīng)注意深部礦體向下延續(xù)的趨勢。