山西典型多金屬礦床及成礦機(jī)制研究

馮林秀

（東華理工大學(xué)，江西 南昌 330000）

當(dāng)今世界正在經(jīng)歷百年未有之大變局，世界各國的經(jīng)濟(jì)面臨極大的挑戰(zhàn)，科技革命的重要性不言而喻，各種技術(shù)手段層出不窮，呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，由此給世界帶來極大的不確定性?，F(xiàn)在國家在礦產(chǎn)資源的戰(zhàn)略部署中重點(diǎn)傾向于國防安全、科技安全、軍事安全等方面[1]。我國是世界資源大國，資源勘探、開發(fā)利用的手段不斷先進(jìn)，為中國特色社會(huì)主義高質(zhì)量經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。礦產(chǎn)資源在各個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演者重要的角色，誰掌握了更多的資源誰就在國際舞臺(tái)上發(fā)揮更大的作用，擁有更有力的發(fā)言權(quán)。新形勢(shì)下，能源資源、礦產(chǎn)資源量的需求不斷增加，隨著開采力度的加強(qiáng)，目前國內(nèi)的資源問題日益嚴(yán)峻，因此，提高開采效率，找出隱伏礦床，探究成礦機(jī)制和成礦預(yù)測(cè)顯得尤其重要。山西位于華北板塊中央，板內(nèi)拗陷、隆起構(gòu)造較為突出，地層廣泛分布，地層較為發(fā)育，各個(gè)階段存在沉積間斷和風(fēng)化剝蝕[2]，由于其獨(dú)特的地質(zhì)條件由此形成了豐富多樣的礦產(chǎn)資源。巖漿巖在太古代，元古代及中生代極為發(fā)育，新太古代主要形成變質(zhì)中酸性侵入巖，元古代主要形成中酸性侵入巖及中基性一酸性火山巖，中生代巖漿活動(dòng)頻繁強(qiáng)烈發(fā)生，提供了良好的區(qū)域地質(zhì)條件[2]。但是，目前對(duì)于山西的礦產(chǎn)資源的研究并不深入，很多零零散散，不成體系，因此本文將山西典型的多金屬礦床總結(jié)歸納，希望對(duì)今后的成礦機(jī)制以及找礦預(yù)測(cè)提供一定幫助。

1 山西區(qū)域地質(zhì)概況

山西地處秦嶺陰山之間，地貌分布較為明顯，山地與盆地鑲嵌，東部為山地、西部為高原和中部為裂陷盆地，東部以太行山脈為主，五臺(tái)山為華北最高峰。山地之間發(fā)育有廣靈、靈丘等多個(gè)山間盆地。呂梁山做為西部高原的主要山脈，總體走向呈北北東向，呂梁山海拔均在1500m以上。呂梁山脈以西至黃河谷地為黃土覆蓋，海拔在800m～1000m之間，主體為黃土丘陵、塬、梁、峁等；中部裂陷盆地從南到并北依次有運(yùn)城盆地、臨汾盆地、太原盆地、忻定盆地、大同盆地，呈北北東一，南南西向斜列[2]，主體構(gòu)造線方向?yàn)楸北睎|向，呈現(xiàn)一個(gè)拉長(zhǎng)的“S”型如下圖所示。山西地層發(fā)育齊全，呈現(xiàn)由中心向四周遞變的趨勢(shì)，以恒山-五臺(tái)山-呂梁山-太行山為主出露的前寒武系為中心，四周發(fā)育有寒武系，奧陶系。巖漿巖極為發(fā)育，呈現(xiàn)以中太古代英云閃長(zhǎng)巖一花崗閃長(zhǎng)巖一奧長(zhǎng)花崗巖系列變質(zhì)深成侵入巖分布與各大山區(qū)，中生代巖漿活動(dòng)頻繁，形成了良好的地質(zhì)條件，為成礦創(chuàng)造了機(jī)會(huì)[2]?？傊煌瑫r(shí)代發(fā)育的地層、構(gòu)造、巖漿巖，控制了礦床成礦系列的分布，形成了石炭紀(jì)-二疊紀(jì)形成煤及相關(guān)礦床，還形成了五臺(tái)山鐵、鉬、金、多金屬、硫鐵礦和中條山銅、金、鈷、鉬、多金屬、磷成礦帶[2]。

圖1 山西省構(gòu)造區(qū)帶劃分圖

2 山西多金屬礦床

2.1 中條山銅多金屬礦床

中條山位于華北板塊，元古代陸緣島弧帶，與汾渭裂谷相接，經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成基底褶皺構(gòu)造，巖群多以不規(guī)則、條狀包體存在，銅礦床的賦存層位以構(gòu)造不整合位于涑水巖群之上。地層以前寒武紀(jì)地層為主，主要為下元古界中條群和擔(dān)山石群等8個(gè)組，巖漿頻繁發(fā)生，形成了種類復(fù)雜的巖漿巖種類，中條山基性巖墻的研究表明其具有低堿的拉斑玄武巖特征，表明其幔源巖漿來源，微量元素表現(xiàn)出富集LILE,虧損HFSE,Ba、Pb正異常，Nb、Ti負(fù)異常，指示具有富集地幔的特征，地球化學(xué)特征指示著該巖墻是在拉張環(huán)境下被前期的俯沖流體交代的地幔物質(zhì)部分熔融形成[3-5]。

2.2 堡子灣-九對(duì)溝金 （鉬）礦床

堡子灣-九對(duì)溝金（鉬）礦床位于華北地臺(tái)北緣陽高縣，陽高山前破碎帶二級(jí)構(gòu)造張扭性斷裂西段，屬于引爆角礫巖型金礦，并伴有銀、銅、鉛鋅等多金屬礦床，大吳窯-胡窯斷裂帶控制了華力西末-印支期巖漿活動(dòng)和次火山作用的范圍[6]。該地區(qū)發(fā)現(xiàn)的鉬礦呈脈狀產(chǎn)出。在地質(zhì)演化過程中，該地區(qū)經(jīng)歷了兩次強(qiáng)烈的改造，第一次形成基本構(gòu)造格架。第二次更為強(qiáng)烈的巖漿改造，板塊之間的碰撞俯沖形成了如今的多金屬成礦帶。該地區(qū)形成的張扭性次級(jí)破碎帶成為主要的控礦構(gòu)造。

該地區(qū)巖漿巖發(fā)育，以海西期-燕山期為主，礦化帶延長(zhǎng)800m，由三個(gè)礦體組成，垂向上，具有明顯的分帶，華力西末一印支期中酸性巖漿活動(dòng)十分頻繁，為礦區(qū)巖漿活動(dòng)的主體，巖性主要為石英二長(zhǎng)巖、石英斑巖、長(zhǎng)石石英斑巖[6]。該金礦床成礦期主要分為三個(gè)階段，分別為侵入隱爆期、熱液期和表生期。圍巖蝕變現(xiàn)象普遍[6]。

該礦床在空間上位于引爆角礫巖附近，成因上與淺成中酸性侵入巖相關(guān)，地球化學(xué)數(shù)據(jù)指出該礦區(qū)具有不同的成礦母巖[7-9]，成礦母巖可能均來自I型富集地幔，為同一源區(qū)巖漿演化而來的不同巖類[7]。通過對(duì)該礦床的地質(zhì)特征，巖石主微量元素和同位素、包裹體的研究表明該礦床的形成主要受構(gòu)造-巖漿作用影響，巖漿在向上侵入的過程中，產(chǎn)生了隱爆，由此形成了較大空隙且滲透性好的角礫巖體，后期含礦熱液隨著斷裂構(gòu)造運(yùn)移，充填，交代從而形成金礦體，表現(xiàn)出淺成中低溫?zé)嵋撼傻V特征。

中生代階段是重要成礦期，華北陸臺(tái)北緣進(jìn)入陸內(nèi)擠壓造山期，最開始是由石英二長(zhǎng)斑巖侵位，之后是二長(zhǎng)花崗斑巖，由于上覆巖層封閉，系統(tǒng)內(nèi)處于高溫高壓狀態(tài)，巖漿與流體不斷聚集，直至頂部巖石崩塌。在氣液的不斷推動(dòng)下不斷包裹圍巖碎屑最后形成由硫化物和二氧化硅膠結(jié)的隱爆角礫巖帶，在這個(gè)過程中，有一小部分的金礦化。然后，深部富含金和硫化物-二氧化硅的成礦流體大面積沿著裂隙上升充填，形成柱狀或者水滴狀的礦化空間今兒形成礦化帶[6，10，11]。新生代時(shí)期，由于華北地塊處于伸展機(jī)制下的構(gòu)造-地貌造山階段。

2.3 刁泉熱液型金銅礦床

刁泉礦區(qū)的位置處于華北地臺(tái)南緣靈，大地構(gòu)造上位于華北地臺(tái)中部，太行山造山帶到燕山造山帶的過渡部位。由于古生代地殼抬升，缺失上奧陶統(tǒng)至三疊系地層，出露面積最大的地層是古生界，分布在礦區(qū)的東南部及北部，新生界蓋層在全區(qū)廣泛發(fā)育，主要巖性為五臺(tái)系石咀亞群莊旺組中淺變質(zhì)碎屑巖、長(zhǎng)城系高于莊組和薊縣系霧迷山組的碳酸鹽巖等，礦床位于變質(zhì)基底和沉積蓋層兩個(gè)構(gòu)造層組成的區(qū)域內(nèi)，基底構(gòu)造主要是五臺(tái)群的強(qiáng)烈褶皺[13]，主要發(fā)育斷裂構(gòu)造，其中刁泉斷裂是張扭性斷裂，帶狀分布，槍頭嶺斷裂控制著燕山期巖漿巖分布及形態(tài)，是巖漿熱液上升以及成礦物質(zhì)運(yùn)移的通道，為成礦創(chuàng)造有利條件。

地區(qū)的地球化學(xué)特征顯示富集銀、銅、金、鉛等成礦元素，提供礦化背景。同位素示蹤研究表明成巖物源來自于地殼和地幔物質(zhì)的混合，大氣水和巖漿水加入到了成礦流體中，是典型的熱液成因[12]。

刁泉多金屬礦體主要產(chǎn)于雜巖體和灰?guī)r地層接觸帶附近，呈現(xiàn)環(huán)帶分布，銅金銀主要分布在外帶，鉬礦分布在內(nèi)接觸帶，成礦年齡在132Ma左右，與花崗斑巖的鋯石年齡一致。孟祥金等，2007對(duì)中國重要的銅鉬礦床同位素的研究根據(jù)輝鉬礦WRe的分布范圍，列出了三種成礦物質(zhì)來源，分別為地幔為主，殼?；旌蟻碓匆约暗貧碓础８鶕?jù)前人的研究表明，山西刁泉銀銅多金屬礦床屬于殼?；旌蟻碓?。

該地區(qū)自中元古代以來屬于板內(nèi)構(gòu)造環(huán)境，巖漿活動(dòng)從弱到強(qiáng)[15，16]，并伴隨著成礦作用。刁泉多金屬礦床的形成與華北地臺(tái)巖石圈減薄有關(guān)，由于巖石圈的減薄導(dǎo)致發(fā)生殼幔相互作用，深部的巖漿流體向淺部沿著古老造山帶通道運(yùn)移，過程中伴隨著大規(guī)模的金屬成礦作用[14]。

2.4 五臺(tái)山鐵礦

山西省五臺(tái)山鐵礦位于五臺(tái)縣縣城，曹溝村村北一帶，大地構(gòu)造位置處于華北準(zhǔn)地臺(tái)、山西臺(tái)背斜、五臺(tái)山斷拱的中部，礦床屬于區(qū)域變質(zhì)火山，構(gòu)造較為復(fù)雜，經(jīng)歷了五臺(tái)運(yùn)動(dòng)及多次呂梁運(yùn)動(dòng)，區(qū)域內(nèi)變質(zhì)作用強(qiáng)烈，元古代、太古代都發(fā)生了強(qiáng)烈的變質(zhì)作用，褶皺構(gòu)造較為簡(jiǎn)單[17]。

該地區(qū)的鐵礦呈層狀，礦石顯示為條紋狀，顯示出該地區(qū)長(zhǎng)期沉積。五臺(tái)超群含鐵建造是一個(gè)由基性酸性陸源沉積的完整旋，礦區(qū)的形成與基酸性火山巖密切相關(guān)[17，18]。原生礦石主要含有石英、磁鐵礦，其地球化學(xué)特征為火山碎屑巖，說明鐵含量來源于基中性火山巖和少量陸相來源。再加上該地區(qū)火山活動(dòng)強(qiáng)烈頻繁發(fā)生，形成火山地形，在此過程中沉積成礦，后又經(jīng)歷了多次變質(zhì)作用形成富礦，另一方面也為海洋運(yùn)輸了成礦物質(zhì)。此外，經(jīng)歷的多次褶皺構(gòu)造運(yùn)動(dòng)也使得成礦作用進(jìn)一步加強(qiáng)。五臺(tái)山鐵礦床的成因類型為火山沉積變質(zhì)鐵礦床，即鞍山式鐵礦[18]。

找尋五臺(tái)山鐵礦的地質(zhì)標(biāo)志是含有磁鐵石英的巖層，由于該巖層中磁性極端異常，信號(hào)強(qiáng)度明顯，這種標(biāo)志往往作為指示工業(yè)礦床的特征[17，18]。另外該區(qū)域是復(fù)式向斜構(gòu)造，提供了成礦空間。背斜由于風(fēng)化剝蝕，成礦不明顯，但向斜核部礦體得到保存。該地區(qū)的地球化學(xué)特征表明礦石的硫來源于地幔，在運(yùn)移的過程中受到了圍巖的蝕變較為明顯，鉛同位素?cái)?shù)據(jù)表明該多金屬礦床受巖漿作用明顯且來自與深源。同位素?cái)?shù)據(jù)表明主巖受到不同程度的圍巖混染且含有大陸巖石的成分。

3 成礦機(jī)制

礦床主要是由內(nèi)部條件和外部條件共同作用下形成的。內(nèi)部條件包括地殼與地幔以及軟流圈之間的相互作用，外部條件主要包括生物與生物之間，大氣之間以及水圈之間的相互作用，它作為特殊的地質(zhì)體巖石，在不同的階段由不同的地質(zhì)作用過程所導(dǎo)致不同的結(jié)果。主導(dǎo)礦床的形成的因素是多種多樣的，主要包括構(gòu)造，地層，巖漿和地球化學(xué)等[19]。

3.1 構(gòu)造背景對(duì)成礦的控制

山西地處華北地塊，盆地與山地相間分布，地層較為發(fā)育，經(jīng)風(fēng)化剝蝕，地層出露較多。礦床的形成取決于大地構(gòu)造背景。含礦物質(zhì)的來源，相互作用的深度，形成的礦床的結(jié)構(gòu)，時(shí)空分布會(huì)受到其影響。巖石圈深部作用，殼幔相互作用，軟流圈熱動(dòng)力的大規(guī)模運(yùn)動(dòng)會(huì)深刻的影響大地構(gòu)造活動(dòng)，是得在地球表表面的物質(zhì)的運(yùn)輸，能量轉(zhuǎn)換發(fā)生變化。刁泉熱液型金銅礦床的產(chǎn)生就是由于華北巖石圈不斷發(fā)生減薄現(xiàn)象，進(jìn)而發(fā)生殼幔相互作用為成礦作用提供通道。

3.2 構(gòu)造對(duì)成礦的控制

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最為成礦的主要?jiǎng)恿σ蛩兀梢詾闅めＮ镔|(zhì)的運(yùn)移以及成礦物質(zhì)的形成提供有利條件，同時(shí)，它也為熱液流體的運(yùn)移沉淀提供空間，由于山西所處位置多發(fā)育斷裂，褶皺，先后經(jīng)歷了多期次強(qiáng)烈的火山活動(dòng)和巖漿活動(dòng)，尤其是堡子灣-九對(duì)溝金（鉬）礦床和五臺(tái)山鐵礦床，構(gòu)造對(duì)于成礦的控制作用尤為明顯。