河南欒川三道溝鉛鋅銀礦地質特征及成因分析

沈瑞峰，王建統(tǒng)，王振強，張旭晃，胡亞凈

(1.河南省地質礦產勘查開發(fā)局第一地質礦產調查院，河南 洛陽 471023；2.河南省金銀多金屬成礦系列與深部預測重點實驗室，河南 洛陽 471023；3.欒川縣地質礦產局，河南 欒川 471500)

0 引言

河南省欒川礦集區(qū)位于華北陸塊南緣，是中國最重要的鉬多金屬礦集區(qū)之一[1-4]。已發(fā)現(xiàn)南泥湖、三道莊、上房溝3個超大型鉬鎢礦床，目前累計查明鉬金屬量為631萬噸，WO3金屬量為138萬噸[5]，另外區(qū)內鉛鋅資源較為豐富[6]，1999—2007年開展的“河南省盧氏—欒川縣地區(qū)鉛鋅礦評價”項目，在區(qū)內圈算鉛鋅資源量781萬噸、銀9693 t。這些鉛鋅銀礦多呈環(huán)帶狀圍繞南泥湖巖體分布[7]，受斷裂構造的嚴格控制，主要有百爐溝礦床、赤土店礦床、冷水北溝礦床、銀洞溝礦床和核桃岔礦床等[2，8]。前人對礦集區(qū)內其他大—中型鉛鋅銀礦床有較多的研究[8-12]，但對于三道溝鉛鋅銀礦床研究較薄弱，主要集中在包裹體特征和同位素地球化學方面[13-15]。近年來通過“河南省欒川縣三道溝銀多金屬礦預查”項目的實施，在三道溝共發(fā)現(xiàn)了5條鉛鋅礦體。本文旨在總結礦床地質特征的基礎上，結合前人包裹體分析和同位素地球化學分析資料，對礦床成因進行分析，希望能夠為礦區(qū)內尋找鉛鋅礦床提供借鑒意義。

1 地質背景

三道溝礦床是欒川礦集區(qū)的重要組成部分，屬華北陸塊南緣，位于欒川斷裂和馬超營斷裂之間的洛南—欒川推覆構造的南部[16](圖1a)。區(qū)內出露地層主要有新元古界陶灣群和欒川群、中元古界官道口群。官道口群主要為一套中淺變質淺海相含燧石條帶碳酸鹽巖組合，巖性主要為白云石大理巖，夾有千枚巖和石英片巖；欒川群主要為一套濱—淺海相碎屑巖-碳酸鹽巖組合，巖性主要有片巖、千枚巖和白云質大理巖等；陶灣群為一套板內盆地穩(wěn)定邊緣斜坡相碎屑-碳酸巖沉積，主要由含礫灰?guī)r、大理巖、千枚巖和石英巖組成，其中官道口群和欒川群是主要的賦礦圍巖。

區(qū)內發(fā)育一系列向南逆沖的推覆斷層和軸面向北陡傾的倒轉褶皺[16](圖1b)。褶皺構造主要有青和堂—莊科背斜、增河口—石寶溝向斜、黃背嶺—石寶溝背斜、包頭寨—南泥湖向斜和核桃岔向斜等。斷裂主構造方向為NWW向，其次為NE和近SN向，NWW向斷裂主要有欒川斷裂、上牛欒斷裂和石廟斷裂等，構成了區(qū)內的基本構造格局，NE和SN向斷裂局部發(fā)育，疊加于NWW向斷裂之上，是區(qū)內的主要控礦和賦礦斷裂[15]。

圖1 欒川三道溝鉛鋅銀礦床區(qū)域地質簡圖(據文獻[17])

區(qū)內巖漿活動強烈，主要集中在元古宙和中生代[16，18]。中生代燕山期巖漿活動最為強烈，形成花崗巖巖基和花崗斑巖體，分布于NWW向與NE向斷裂交匯處，具有數量多、規(guī)模小、分異程度高的特點，主要由上房溝、南泥湖、黃背嶺、魚庫、石寶溝、火神廟及大坪等中酸性小巖體，這些巖體與鉬、鎢、鉛鋅成礦作用極為密切[1，3，5，7，9，17-18]。

區(qū)內金屬礦床圍繞燕山期中酸性小巖體由內向外呈規(guī)律性分布[3，7，17]，如斑巖-矽卡巖型鉬-鎢礦(南泥湖、上房溝、三道莊及馬圈)主要分布巖體及其內外接觸帶，矽卡巖多金屬礦床(冷水北溝、銀和溝、扎子溝和魚庫等)主要分布在巖體外圍，礦種主要有鉛、鋅、鐵、銅、硫等，熱液充填交代型鉛-鋅-銀礦床(冷水北溝、楊樹凹、白沙洞、百爐溝、銀洞溝、核桃岔等)遠離巖體，產于遠離巖體的構造斷裂帶中。這些礦床在時間、空間和成因上與鉬多金屬礦化密切相關。

2 礦床地質特征

2.1 礦區(qū)地質概況

三道溝鉛鋅銀礦床位于欒川礦集區(qū)的西部。出露地層主要以新元古界欒川群南泥湖組、煤窯溝組、大紅口組以及少量的魚庫組為主。南泥湖組主要分布在礦區(qū)的北部，由石英砂巖、云母片巖和大理巖組成，是區(qū)內的主要賦礦地層；煤窯溝組位于礦區(qū)的中部，由白云石大理巖、云母片巖和少量石煤層組成；大紅口組為粗面巖為主夾火山碎屑巖、大理巖等；魚庫組主要由白云質大理巖夾石英巖、片巖組成。NWW向斷裂構造為區(qū)內的主要構造，與區(qū)域斷裂主構造線一致，礦體則主要賦存在NE向斷裂構造內，在與NWW向斷裂交匯部位膨大形成富礦體。礦區(qū)南部出露有加里東期的變正長斑巖和輝長巖。

2.2 礦體特征

礦區(qū)中發(fā)現(xiàn)的大小含礦斷裂構造帶達15條之多，其中有5條含礦帶規(guī)模較大(圖2)，這5條斷裂構造為一組平行斷裂構造，平面距離50～80 m，傾向140°～174°，傾角54°～77°。礦體賦存于NE向斷裂帶內，產狀與斷裂帶一致，受斷裂嚴格控制，礦體產狀整體較穩(wěn)定，多呈脈狀、似層狀、透鏡狀，局部有分枝、復合、膨大、尖縮現(xiàn)象。

I號鉛鋅銀礦體位于S020-1含礦斷裂帶中，目前地表初步控制長度約400 m，寬度為0.90～1.51 m，傾向SE，傾角56°～68°，礦體平均厚度約1.32 m。礦石品位：Ag (41.40～65.60)×10-6，Pb 0.55%～4.92%，Zn 0.75%～8.28%。

圖2 三道溝鉛鋅銀礦區(qū)地質簡圖

Ⅱ號鉛鋅銀礦體位于S020含礦斷裂帶中，傾向140°～152°，傾角54°～74°，厚度為0.40～1.57 m，初步控制礦體長度約480 m，斜深控制約100 m，礦體平均厚度約1.06 m。礦石品位：Ag (7.90～53.70)×10-6，Pb 0.37%～2.16%，Zn 0.59%～1.11%。

Ⅲ號鉛鋅銀礦體位于S021含礦斷裂帶中，傾向148°～166°，傾角54°～64°，厚度為1.62～5.52 m，控制礦體長度約440 m，斜深約150 m，主礦體平均厚度約3.18 m。礦石品位：Ag (10.51～163)×10-6，Pb 0.60%～10.90%，Zn 0.68%～6.46%。

Ⅳ號鉛鋅銀礦體位于S022-1含礦斷裂帶中，礦體長度約1300 m，斜深約270 m，礦體厚度為0.90～5.76 m，礦體平均厚度約2.33 m。礦石品位：Ag (9.85～43.33)×10-6，Pb 0.40%～2.57%，Zn 0.62%～3.79%。

Ⅴ號鉛鋅銀礦體位于S022含礦斷裂帶中，傾向145°～174°，傾角45°～77°，厚度為0.26～2.54 m，控制礦體長度約320 m，斜深約220 m，主礦體平均厚度1.10 m。礦石品位：Ag (14.80～88.19)×10-6，Pb 0.46%～13.44%，Zn 0.55%～6.60%。

2.3 礦石特征

礦石主要為硫化物礦石，地表附近可見有少量的氧化物礦石。其自然類型可分為多金屬硫化物型和蝕變角礫巖型兩種，前者呈脈狀，分布于斷裂帶內或近頂底板處，品位一般較高，是礦區(qū)的主要礦石類型；后者一般位于構造的轉折和變窄部位，蝕變可見有硅化、絹云母化和碳酸鹽化，金屬礦物主要有黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、少量黃銅礦，圍繞角礫呈網脈狀分布。

礦石的礦物成分主要為方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦，黃銅礦和毒砂少量(圖3a、3b)，脈石礦物主要由石英、方解石和絹云母等。近礦圍巖蝕變主要有碳酸鹽化、硅化、絹云母化、黏土巖化及黃鐵礦化或褐鐵礦化，金屬礦化主要由方鉛礦化、閃鋅礦化和黃銅礦化，礦體與圍巖界線清楚。

圖3 三道溝鉛鋅銀礦床礦物結構特征

礦石結構主要為自形粒狀結構，見少量殘余結構、半自形粒狀結構，他形粒狀結構。礦石構造有條帶狀構造、團塊狀構造、角礫狀構造、浸染狀構造等。

據礦脈穿插關系、礦物組合、礦石組構等，將三道溝鉛鋅銀礦成礦作用過程劃分為三個階段：Ⅰ階段(早階段)為黃鐵礦-石英階段，礦物組合為石英+黃鐵礦；Ⅱ階段(中階段)為石英-方鉛礦閃鋅礦多金屬硫化物階段，礦物以黃鐵礦、閃鋅礦和方鉛礦為主，伴有輝銀礦、石英、毒砂、磁黃鐵礦和黃銅礦等；Ⅲ階段(晚階段)為碳酸鹽階段，主要形成方解石、石英及少量的硫化物等。Ⅱ階段形成大量的鉛鋅銀硫化物，為主要的鉛鋅銀礦化階段。

3 礦床成因

3.1 成礦溫度

通過對流體包裹體的研究，可以獲取成礦流體的溫度、密度、壓力、組分、來源等信息，從而揭示流體的性質、礦床的成因、物質的來源、成礦流體的演化規(guī)律[19]。唐利等[14]對三道溝礦床不同階段的石英流體包裹體進行顯微測溫，發(fā)現(xiàn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ階段成礦流體溫度分別為260℃～360℃、200～320℃和160～260℃，鹽度分別為4%～10%、6%～12%和4%～8%，可以看出三道溝礦床流體為中高溫、中低鹽度的流體，并且隨成礦過程溫度和鹽度逐漸降低。而與礦區(qū)緊鄰的冷水北溝鉛鋅礦床成礦階段石英流體包裹體均一溫度為420℃～340℃(早)、470℃～260℃(中)和小于260℃(晚)，包裹體鹽度(NaCleq)為4.80%～8.68%，兩者在溫度區(qū)間和演化趨勢特征非常相似，同屬高—中溫、中低鹽度流體[12，20]。

3.2 成礦流體來源

根據氫、氧同位素分析結果，三道溝鉛鋅銀礦床成礦流體的δ18O水-SMOW變化于0.7‰～11.1‰之間，δDV-SMOW變化于-67.5‰～-106.8‰之間[14]。由圖4可知，與冷水北溝鉛鋅銀礦床、駱駝山礦床中熱液脈狀礦床和南泥湖—三道莊斑巖型鎢鉬礦床相比較，具有基本一致的氫、氧同位素分布范圍和演化趨勢，因此三道溝礦床成礦流體具有相同的巖漿水來源[12，21-22]。另外曹華文等[15]對成礦階段方鉛礦和閃鋅礦共伴生的方解石微量元素特征進行研究，同樣佐證了三道溝礦床成礦流體為巖漿熱液，后期有大氣降水影響。

3.3 成礦物質來源

硫同位素能夠對礦床成礦物質來源起到示蹤作用。前人[13]獲得的三道溝礦床閃鋅礦δ34S的平均值為9.35‰，黃鐵礦δ34S的平均值為8.95‰，方鉛礦δ34S的平均值為8.2‰，δ34S的平均值為8.75‰，這些δ34S普遍較高，且未達到硫同位素平衡，因此具有一定的參考意義。相鄰礦區(qū)的冷水北溝礦床和駱駝山礦床獲得了大量的硫同位素數據，燕長海等[24]獲得冷水北溝方鉛礦和閃鋅礦δ34S值的范圍為0.7‰～4.2‰，平均值為2.53‰；許騰和楊晨英[25]分別獲得駱駝山礦床方鉛礦、閃鋅礦和黃鐵礦的δ34S值的范圍分別為1.4‰～2.3‰和1.5‰～2.8‰，平均值分別為2.24‰和2.2‰，這些硫同位素達到了硫同位素平衡，且變化范圍小，呈塔式集中分布，顯示出單一硫來源特征，而地層中硫化物的δ34S值具有較大的變化范圍，兩者明顯不同，表明硫非地層來源。兩處礦床硫同位素峰值范圍介于1.5‰～2.5‰之間，指示硫主要來源于地殼下部或上地幔。因此推測三道溝礦床與冷水北溝礦床和駱駝山礦床具有相似的硫同位素特征，為深源硫，成礦物質來源同樣來源于地殼下部或上地幔。

圖4 三道溝鉛鋅銀礦床成礦流體δ18O - δD圖解(底圖據文獻[14]有修改)

3.4 成礦時代

三道溝礦床成礦階段閃鋅礦Rb-Sr等時線年齡和方解石Sm-Nd測年，獲得成礦年齡為(137.7±5.7) Ma[26]和(138±2.6) Ma[15]，形成時代為早白堊世。前人對欒川礦集區(qū)成巖成礦年齡獲得了大量的數據，巖體成巖年齡：南泥湖巖體為145 Ma～149 Ma[27-29]，上房溝巖體為153 Ma～158 Ma[27-28，30]，火神廟巖體為146 Ma～148 Ma[31]。接觸帶及外圍斑巖型鉬鎢礦床，矽卡巖型和脈狀鉛鋅礦床的成礦年齡：南泥湖鎢鉬礦床為141 Ma～147 Ma[27，32-33]，三道莊鉬鎢礦床為143 Ma～146 Ma，上房溝鉬鐵礦床為141 Ma～144 Ma[32-34]，駱駝山硫鐵多金屬礦床為137 Ma[22]，冷水北溝鉛鋅礦為136 Ma[20]，這些成巖成礦年齡表明，南泥湖斑巖體及圍繞巖體分布的斑巖-矽卡巖型鉬(鎢)礦床、矽卡巖型多金屬硫鐵礦床、熱液脈狀鉛鋅礦床形成時代為連續(xù)漸變關系，是同一構造-巖漿-流體成礦事件的產物。毛景文等[35]提出華北克拉通及其鄰區(qū)的中生代金屬礦床大規(guī)模成礦作用出現(xiàn)在200 Ma～160 Ma、150 Ma～140 Ma和130 Ma～110 Ma三個時期，這三大成礦期所對應的地球動力學背景分別為華北板塊與揚子板塊的碰撞造山后陸內造山和伸展過程、南北主應力場向東西主應力場構造體制大轉折和EW向巖石圈大規(guī)模減薄作用[35]。說明欒川礦集區(qū)成巖成礦作用可能與中國東部構造體制大轉換晚期伴隨的巖石圈大規(guī)模減薄形成的巖漿作用有關。

4 結論

1)三道溝鉛鋅礦床5條規(guī)模較大的鉛鋅銀含礦帶，長300～1300 m，為一組平行含礦斷裂，傾向SE，傾角較陡。

2)通過對三道溝成礦階段流體包裹體和氫氧同位素地球化學研究，表明三道溝礦床類型為巖漿熱液脈型，成礦流體為高—中溫、中低鹽度巖漿熱液，成礦中后期受大氣降水的影響；相鄰礦區(qū)硫同位素表明深源硫，推測三道溝礦床成礦物質來源為地殼下部或上地幔。

3)三道溝鉛鋅礦床成礦年齡在137 Ma～138 Ma，與欒川礦集區(qū)的成巖年齡(145 Ma～158 Ma)和成礦年齡(136 Ma～147 Ma)相一致，是同一構造-巖漿-流體成礦事件的產物，可能與中國東部構造體制大轉換晚期巖石圈大規(guī)模減薄形成的巖漿作用有關。

致謝：野外地質工作中得到了王杏村教高的細心指導，文章修改過程中得到了審稿人的指導和幫助，在此一并致謝。