吉林放牛溝硫鐵礦礦床成因及找礦模型探討

石英濤，李忠水，李嘉欣

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長春 130033)

吉林伊通放牛溝硫鐵礦是吉林省三大硫鐵礦之一，是最具代表性的硫鐵多金屬礦床。前人對該礦床開展了大量深入的研究工作[1-8]，提出了矽卡巖型、巖漿熱液型[1-2]、火山沉積疊加改造型[3-4]、海底火山—沉積型熱水噴流型[5]等成因觀點(diǎn)，以及礦床成巖(花崗巖)、成礦、成暈(正暈)物質(zhì)來源[2]等，這些研究成果既豐富了硫鐵多金屬礦床成礦理論研究，又促進(jìn)了找礦勘查工作?；诖?，本文進(jìn)一步對比分析放牛溝硫鐵礦礦床的地質(zhì)和地球化學(xué)特征，探討成礦和控礦因素，確定礦床成因機(jī)制，建立成礦模式和找礦模型，為放牛溝硫鐵礦邊部和深部及其鄰區(qū)的找礦勘查提供理論依據(jù)。

1 成礦地質(zhì)背景

放牛溝硫鐵礦大地構(gòu)造位置為哈蘭達(dá)嶺—英額嶺新元古代—古生代疊覆造山亞帶(Ⅲ-A1)，放牛溝殘留早古生代弧盆系所屬成礦區(qū)帶為Ⅲ-55-①吉中Mo-Ag-As-Au-Fe-Ni-Cu-Zn-W成礦亞帶(Pt31；V；I-Y；Y)，Ⅳ-11山門—樂山Ag-Au-Cu-Pb-Zn-Fe-Ni-硫鐵礦—膨潤土—煤礦帶[9]。

區(qū)域出露地層主要為下志留統(tǒng)石縫組和桃山組，總厚度為1 238～1 857m，為一套淺變質(zhì)的海相火山—沉積巖系。石縫組大理巖是礦床的主要含礦層[10]。區(qū)域構(gòu)造活動強(qiáng)烈[11]，自加里東到燕山期均有較大規(guī)模的活動，形成復(fù)雜多樣的構(gòu)造形跡。東西向構(gòu)造為一系列復(fù)式褶皺和擠壓破碎帶，對放牛溝硫鐵礦的形成與分布有明顯的控制作用，為區(qū)域主要控礦構(gòu)造。北東與北西向構(gòu)造以壓扭性斷裂構(gòu)造為主，對前期東西向的褶皺或斷裂及礦體有較大的錯斷和破壞作用。區(qū)域主要有華力西早期、華力西晚期、燕山早期三個期次的侵入巖。早古生代火山—沉積巖的形成和之后的加里東及華力西等多期強(qiáng)烈的構(gòu)造、巖漿作用的發(fā)生，為礦床的形成創(chuàng)造成了有利的成礦條件。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)出露地層主要為下志留統(tǒng)石縫組，近東西向分布，傾向南(圖1)。石縫組上段下亞段分布于礦床中部，為主要含礦層。

圖1 伊通縣放牛溝多金屬硫鐵礦礦區(qū)地質(zhì)簡圖

2.2 構(gòu)造

放牛溝礦床位于洪喜堂—新立屯傾伏向斜北翼，火山—沉積巖系近東西向展布，石縫組層序由下到上依次排列，在礦區(qū)范圍內(nèi)表現(xiàn)為單斜構(gòu)造。斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，可分三組：近東西向斷裂(破碎帶)，為礦床的主要控礦構(gòu)造和貯礦構(gòu)造。北北西向斷裂和北東—北北東向斷裂構(gòu)造為次要控礦構(gòu)造。

2.3 巖漿巖

以花崗巖為主，少量閃長巖及中酸性脈巖?；◢弾r主要為花崗巖和二長花崗巖，主要分布在礦區(qū)南部。閃長巖在花崗巖中呈捕虜體，在火山—沉積巖系中亦有少量石英閃長巖分布。脈巖主要見有閃長玢巖、閃斜煌斑巖及少量花崗斑巖、霏細(xì)巖、花崗細(xì)晶巖等。

2.4 地球物理

在1:25萬布格重力異常圖上，放牛溝多金屬硫鐵礦床處在呈北東向橢圓狀重力高異常東南側(cè)梯級帶南段，以重力零等值線圈定，異常長約28km，寬約10km，異常等值線勻稱規(guī)律，極大值位于異常北東段，最高達(dá)14×10-5m/s2。

在1:5萬航磁異常圖上，放牛溝多金屬硫鐵礦床處在由四個似圓形磁力高異常組成的東西向展布串珠狀異常帶上。東半部中間異常規(guī)模和強(qiáng)度要大于東西兩側(cè)異常，南北長約500m，東西寬約400m，異常曲線較對稱，北側(cè)梯度略大于南側(cè)，異常最高值為600nT，屬放牛溝多金屬硫鐵礦床所引起。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)9個礦組，共41條礦體。其中以3-1、3-2號礦體規(guī)模最大，占礦區(qū)礦石總量的39%，其余礦體規(guī)模較小(圖2、表1)。

表1 伊通縣放牛溝多金屬硫鐵礦主礦體特征一覽表

圖2 伊通縣放牛溝硫鐵礦床剖面圖

礦體嚴(yán)格受構(gòu)造控制，主要賦存于近東西向壓性破碎帶中，其產(chǎn)狀為走向70°～100°，傾向南，傾角35°～70°。礦體在含礦破碎帶中成群分布，在平、剖面上呈密集平行排列，只是在與近東西向構(gòu)造交切部位和在接觸帶局部富集成礦。

在位于花崗巖接觸帶與大理巖之間的片理化、矽卡巖化安山巖中形成以充填交代為主的透鏡狀、似層狀礦體，規(guī)模較大，形態(tài)復(fù)雜。在花崗巖、片理化流紋巖中的礦體，沿?cái)嗔逊植?，以充填為主，礦體形態(tài)簡單，厚度較小，延長延深不大。

3-1號礦體：位于礦區(qū)中部，賦存于大理巖及其頂部的片理化、矽卡巖化安山巖中。礦體在地表呈似層狀、舒緩波狀斷續(xù)出露?？刂频V體長794.5m，垂深327m，斜深351.5m，最大厚度35.41m，平均厚7.76m。礦體走向80°，傾向南，傾角40°～80°。其礦石類型主要為閃鋅硫鐵礦、硫鐵礦和閃鋅礦石。

3-2號礦體：位于3-1號礦體上部，有時兩個礦體疊加，其形態(tài)產(chǎn)狀與3-1號礦體相同。礦體賦存于片理化、矽卡巖化安山巖中?？刂频V體長504m，垂深316m，斜深342m，最大厚度37.41m，平均厚8.27m。其礦石類型主要為硫鐵礦、閃鋅硫鐵礦及磁鐵礦。

3.2 礦石特征

礦石類型以閃鋅礦石、方鉛礦—閃鋅礦、閃鋅礦—硫鐵礦石為主。礦石礦物以黃鐵礦、磁鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦為主，脈石礦物有石榴石、透輝石、透閃石、綠簾石、方解石、石英、綠泥石等。礦石結(jié)構(gòu)主要有自形—半自形粒狀、他形粒狀、交代包含結(jié)構(gòu)等，礦石構(gòu)造以致密塊狀、條帶狀和浸染狀構(gòu)造為主。

成礦元素及共伴生元素：礦床主要有用成分是硫、鐵、鉛鋅。其中3-1號礦體中閃鋅硫鐵礦石平均含S 13.56%，Zn 1.83%，硫鐵礦石平均含S 17.53%，閃鋅礦石平均含Zn 2.43%；其次為磁鐵礦、鉛鋅礦、褐鐵礦和氧化鋅礦石；磁鐵礦石平均TFe 34.85%，鉛鋅礦石平均含Pb 0.75%，Zn 1.59%；3-2號礦體中硫鐵礦石平均含S 19.45%，閃鋅硫鐵礦石平均含S 13.57%，Zn 1.84%，磁鐵礦石平均TFe 33.69%；其次為閃鋅礦、鉛鋅礦、褐鐵礦和氧化鋅礦石；閃鋅礦石平均含Zn 2.21%，鉛鋅礦石平均含Pb 0.27%，Zn 3.00%。

礦床伴生的重要組分為銅、鉍以及鉬、鈷、錳、鎢等；伴生的稀散元素主要有鎘、銦，以及鎵、鍺、硒、碲、鉈等；另外還伴生有銀、金。

3.3 圍巖蝕變

主要有青盤巖化、綠泥石化、綠簾石化、黝簾石化、硅化、絹云母化、螢石化、閃石化、黃鐵礦化等，在巖體接觸帶附近石榴石—透輝石或透閃石矽卡巖及碳酸鹽化發(fā)育，并伴有黃鐵礦化，大理巖中的紋層狀黃鐵礦大多形成以綠泥石化為主的蝕變。

4 礦床成因

4.1 成礦期次及礦化階段

礦床可以劃分為3個成礦期，4個成礦階段。

(1)矽卡巖化成礦期：是硫鐵礦的主要成礦階段，分早期矽卡巖化階段和晚期矽卡巖化階段。早期矽卡巖化階段：形成的礦物主要有石榴石、透輝石、硅灰石、鈉長石，稍晚形成磁鐵礦、白鎢礦。晚期矽卡巖化階段：黃鐵礦亞階段，形成的礦物主要有黑柱石、薔薇輝石、綠簾石、黝簾石、斜方砷鐵礦黃鐵礦，稍晚形成黃鐵礦。硫化物亞階段，形成的礦物主要有綠泥石、陽起石、透閃石、螢石、石英、方解石、黃鐵礦、磁黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦、輝鉍礦、輝鉬礦。

(2)低溫?zé)嵋浩冢盒纬蔁o礦方解石及沸石脈。

(3)表生成礦期：氧化淋濾階段，主要形成褐鐵礦和氧化鋅礦。

4.2 成礦的物理化學(xué)條件

(1)礦體包裹體特征。

礦體石英、螢石包體成分特征：①和巖體石英溶液相同，富CO貧CH4，成礦溶液符合巖漿熱液特點(diǎn)；②陽離子Ca2+占優(yōu)勢；③陰離子或陽離子團(tuán)中SO42-占優(yōu)勢，并富含HCO3-及Cl-，成礦介質(zhì)屬富含鈣的Cl--SO42-型水溶液。同時看出成礦溶液與花崗巖有相似組合特征和共同物質(zhì)來源；④礦體石英中溶液的電導(dǎo)率普遍明顯高于巖體中石英，這是成礦熱液含鹽類所造成的；⑤礦體石英中CO含量明顯高于CO2，Eh值低，標(biāo)志著成礦的還原環(huán)境。

(2)成礦的溫壓條件。

成礦溫度：早期矽卡巖階段＞400℃；晚期矽卡巖階段400～330℃；早期硫化物階段330～280℃；晚期硫化物階段280～200℃[2]。成礦壓力：P=1 171.5MPa，屬中深—深成條件。

(3)硫同位素特征：根據(jù)黃薰德等[1,12]研究成果，礦床硫化物的硫同位素組成特征是：礦體中硫化物硫同位素組成與火山—沉積巖系中硫同位素組成明顯不同，而與花崗巖及閃長巖中硫化物硫同位素組成十分相似。各種類型礦石中硫化物的硫同位素組成特征相同，反映了各類型礦石硫源的一致性。硫元素均源于花崗巖及閃長巖。

4.3 礦床成因類型

該礦床成因類型爭議較大，主要有三種觀點(diǎn)：矽卡巖型、巖漿熱液型、火山熱液型。根據(jù)礦床成礦特征：礦體大多數(shù)賦存在上奧陶系鈣堿性火山巖中，與地層產(chǎn)狀基本一致。根據(jù)礦石δ34S變化范圍+0.3‰～+6.7‰，接近隕石硫，硫主要來源于上地幔，反映成礦物質(zhì)與火山活動有關(guān)[13]。從氫氧同位素資料反映，加里東期花崗巖對成礦有疊加作用。本文認(rèn)為礦床成因類型為海相火山巖型，以海相火山沉積型為主，后期巖漿熱液疊加，成礦晚期有大氣降水參與成礦作用。

5 成礦模式及找礦模型

5.1 成礦時代

基于礦床成因類型為海相火山巖型，以海相火山沉積型為主，結(jié)合同位素特征，以及礦石的鉛模式年齡為368～430Ma[14]，認(rèn)為放牛溝硫鐵礦成礦時代為晚奧陶世。

5.2 成礦機(jī)制及成礦模式

伊通縣放牛溝多金屬硫鐵礦床成礦的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境為達(dá)木—華北板塊(Ⅲ)，華北陸塊北部陸緣造山帶(Ⅲ-A)，哈蘭達(dá)嶺—英額嶺新元古代—古生代疊覆造山亞帶(Ⅲ-A1)，放牛溝殘留早古生代弧盆系(Ⅲ-A11)，主要的控礦因素包括地層控礦、巖漿控礦和構(gòu)造控礦。礦體嚴(yán)格受構(gòu)造控制，主要賦存于近東西向壓性破碎帶中，并成群分布，呈密集平行排列，尖滅再現(xiàn)，舒緩波狀。單礦體呈似層狀、脈狀、透鏡狀。礦石以主要為以充填交代成因?yàn)橹?，近礦圍巖蝕變主要有硅化、綠泥石化、絹云母化、矽卡巖化等。成礦期次從早到晚為矽卡巖化成礦期→低溫?zé)嵋浩凇砩傻V期。成礦物理化學(xué)條件總體為中—高溫（200～330℃），低壓（1 172×105Pa），中性（pH值6.82～7.12），fs2為10～9.25×105Pa。成礦過程中隨著溫度降低pH值沿酸性—中—堿性方向變化。

該礦床是以后廟嶺花崗巖漿活動帶來成礦物質(zhì)為主，在巖漿上侵的同時同化早古生代火山—沉積巖系物質(zhì)，在含礦熱液的作用下，在構(gòu)造應(yīng)力薄弱、易交代的含鈣質(zhì)、雜質(zhì)較多的大理巖特別是條帶大理巖、片理化安山巖及安山質(zhì)凝灰?guī)r中形成矽卡巖，同時成礦物質(zhì)發(fā)生沉淀，形成充填交代礦體。

5.3 找礦模型

伊通縣放牛溝多金屬硫鐵礦找礦模型見表2。

表2 伊通縣放牛溝硫鐵礦多金屬礦床找礦模型

6 結(jié)論

(1)放牛溝多金屬硫鐵礦礦床形成于華北陸塊北部陸緣造山帶殘留早古生代弧盆系構(gòu)造環(huán)境。礦區(qū)內(nèi)含礦帶長1 700m，寬150～400m，礦體主要賦存于大理巖、安山巖中，礦石類型以閃鋅礦石、方鉛礦—閃鋅礦、閃鋅礦—硫鐵礦石為主。

(2)放牛溝多金屬硫鐵礦礦床成因類型為海相火山巖型，以海相火山沉積型為主，后期巖漿熱液疊加，成礦晚期有大氣降水參與成礦作用。

(3)本文基于物探異常與地質(zhì)特征建立了綜合找礦模型，為今后鄰區(qū)開展同類型礦床找礦提供指導(dǎo)。礦床及其鄰區(qū)的地質(zhì)找礦應(yīng)圍繞華力西早期花崗巖體與早古生代火山—沉積巖系的接觸帶開展，加強(qiáng)圍巖蝕變、地球化學(xué)和物探異常研究。