湖北省冰洞山锌矿床成因浅析

方冬生，吕向志，戴绍杰，徐志涛，方 旭，胡起生

(1.鄂西北地质矿产调查所，湖北襄樊 441000;2.湖北省地质调查院，湖北 武汉 430034)

湖北省冰洞山锌矿床成因浅析

方冬生1，吕向志1，戴绍杰1，徐志涛1，方 旭1，胡起生2

(1.鄂西北地质矿产调查所，湖北襄樊 441000;2.湖北省地质调查院，湖北 武汉 430034)

湖北花椒树坪锌矿床以锌为主，铅为辅，伴生硫、镉和银。矿体呈透镜状、似层状产出，属层控锌矿床。金属硫化物主要为闪锌矿、方铅矿和黄铁矿，其中闪锌矿亏Zn、方铅矿亏Pb、黄铁矿亏S。伴生元素镉主要以类质同象方式赋存于闪锌矿中。银在方铅矿和闪锌矿中均有分布，且闪锌矿中的银含量高于方铅矿。通过对金属硫化物成分和闪锌矿的微量元素分析，对比国内外同类矿床，结合硫同位素资料，矿床形成温度为中低温，其成矿温度介于142～262°C之间，其成因特征可与密西西比河谷型矿床对比。

矿石矿物;微量元素;类质同象;分配系数;层控

0 引言

花椒树坪锌矿床位于中国19个重要成矿区带之一的湘西—鄂西成矿带中的湖北神农架—黄陵铜铅锌找矿远景区，是在国土资源大调查中新发现的大型锌矿床，经多年地质勘查，积累了丰富的地质资料，取得了较好的地质找矿效果。本文仅就矿床主要矿石矿物中常、微量元素及硫同位素特征进行归纳、研究，以期对矿床成因的进一步研究提供参考。

1 矿床地质特征略述

花椒树坪锌矿床位于上扬子板块北缘神农架断穹北部梨花坪复背斜北翼，北以区域性推覆断裂青峰—襄广断裂与秦岭造山带相接，东南以新华断裂与黄陵背斜相隔，南临秭归盆地，西抵大巴山弧形构造带东缘。

区内地层分布有中元古界神农架群乱石沟组、新元古界南华系南沱组、震旦系陡山沱组和灯影组。赋矿地层为下震旦统陡山沱组第四岩性段，含矿岩系厚度一般5 m左右。矿体产于黑色炭质页岩夹角砾状白云岩中，与上、下围岩呈突变关系。

矿床以锌为主，局部含铅，伴生银、镉、锗。矿体呈似层状、透镜状产出，走向与地层走向基本一致;倾向北北西，倾角5°～25°，平均倾角为13°。矿体厚度薄，单工程厚度0.24 ～4.95 m，平均厚度1.55 m。

矿石中矿石矿物主要为黄铁矿、闪锌矿、方铅矿，脉石矿物主要为白云石、方解石，次生矿物有菱锌矿、白铅矿、褐铁矿、异极矿等。矿石结构主要为细—中粗粒、自形—半自形—他形粒状结构、假晶结构、交代结构、碎裂状结构等，矿石构造主要为角砾状构造、皮壳状构造、浸染状构造、块状构造，局部发育纹层状构造。与矿化关系密切的围岩蚀变主要有黄铁矿化、碳酸盐化、硅化。

矿石品位一般较低(表1)，伴生有用组分主要与锌关系密切，一般随锌品位的增高而增高。同位素地球化学特征研究表明，硫是在封闭环境下海相硫酸盐经热还原作用形成，铅属于单阶段演化的普通铅类型，来源于壳幔混合的造山带［1］。矿石工业类型以锌矿石为主，次为铅锌矿石，自然类型以硫化矿石为主，次为氧化矿石。

2 闪锌矿的微量元素特征

2.1 影响矿物中微量元素含量的因素

自然体系(指矿物岩石)中，微量元素通常以次要组分容纳于其主要组分所形成的矿物中，它可以呈下列几种形式：

(1)表面吸附 由于矿物表面电价不饱和，而吸附其他微量元素离子。

(2)吸留作用 矿物生长过程中机械地包容了一些外来物质，成为显微包裹体。

(3)固溶体 在通常情况下，微量元素占据晶格中的规则位置，构成置换固溶体。有时，微量元素占据晶格位置之间的位置，构成间隙固溶体，或者，占据晶格的缺位，构成缺位固溶体。

微量元素以前二种形式出现，具有一定的偶然性，主要是机械的物理的因素;固溶体形式的微量元素，则受化学和地球化学的因素控制。

微量元素在岩石和矿物中含量很低，以类质同象置换晶格中的主要元素是微量元素最重要的存在形式之一。服从于戈尔德施密特定律和能斯特分配定律。微量元素在岩石和矿物中的含量取决于成矿溶液中元素的浓度和它在该矿物相中的分配系数，而微量元素在矿物中的分配系数主要受元素本身的地球化学性质、矿物的晶体化学性质、成矿流体的成分和物理化学条件(T、P、fO2等)因素影响。在温度一定的情况下，若体积增大，则压力增大，分配系数减小;若体积减小，则压力增高，分配系数增大。在压力一定的情况下，当热焓变化△H＞0时，温度升高，分配系数增大;当热焓变化△H＜0时，温度升高，分配系数减小。因此，矿物中微量元素特征反映了其成因信息。

2.2 闪锌矿微量元素特征反映的成因信息

闪锌矿的标准成分为Zn67.1%，S32.9%，但实际上闪锌矿中往往含有多种微量元素，出现常量元素的亏损;闪锌矿中富集的元素种类不同，反映不同的成矿环境。

花椒树坪锌矿床中闪锌矿的微量元素Cd、Ga、In、Ge主要呈类质同象方式存在，其中Cd、Ge具明显富集现象。

Ga3+、In3+与 Zn2+的离子半径差分别为24%和11%，前者较之后者大得多，在同一物理化学条件下，In的分配系数大于Ga，Ga3+置换Zn2+的能力远不如In3+，因此，In将优先富集在早阶段结晶的闪锌矿中，而Ga则相对富集在晚阶段结晶的闪锌矿中。由于Ga、In的地球化学行为不同，其比值是区分闪锌矿成因类型的有效标志。一般地，高温闪锌矿富锡;中温则富镉、铟，Ga/In值为0.1～5.0;低温则含镓、锗较高，Ga/In 值为 1.0 ～ 100［2］。花椒树坪锌矿床闪锌矿中镉、锗含量相对较高，镓含量相对较低，说明花椒树坪矿床中的闪锌矿属中、低温产物。Ga/In比值平均44.77，远远＞1，与密西西比河谷型比值相近，暗示其在成因上可与MVT型铅锌矿床对比(表2)。

Cd的晶体化学性质与Zn极为相似，Cd、S以四次配位进入闪锌矿晶体。刘英俊(1984)认为闪锌矿中的ω(Cd)随温度的降低而富集［3］;而Schwartz(2000)认为闪锌矿中ω(Cd)决定于成矿流体中的Cd/Zn比值、离子的活度、成矿流体的温度，而温度、pH值、S逸度、Cl－的活动性都不能单独对Cd的富集或贫化产生明显的影响［4］。前人研究表明：盆地卤水(被视为MVT型矿床的成矿流体)中Cd/Zn比值较高，而与喷流作用有关的成矿(SEDEX型)流体Cd/Zn比值较低。Schwartz对世界上480个矿床中的闪锌矿的ω(Cd)按照矿床类型进行了统计(表3)，结果显示，MVT和白云岩、灰岩中脉状矿床中闪锌矿的ω(Cd)较高(平均7 260×10－6)，而SEDEX型、矽卡岩型及与火山有关的块状硫化物矿床闪锌矿中明显偏低(平均2 360×10－6～3 540 ×10－6)。花椒树坪锌矿床闪锌矿ω(Cd)/10－6为2 940 ～8 990，ω(Cd)/10－6平均为6 315。据此判断，花椒树坪锌矿床也应属于MVT型矿床范畴。

表3 不同类型锌矿床闪锌矿中镉含量统计表(×10-6)Table.3 Statistics of cadmium content of sphalerite in different lead－ zinc deposit

Ge+4与S－2形成的四面体配位结构具有很大的稳定性，它能以类质同象形式进入闪锌矿晶格，并在其中发生富集，成矿溶液中Ge的丰度是闪锌矿中ω(Ge)的主要影响因素。岩浆热液成因有关的闪锌矿 ω(Ge)较低(一般 ＜3×10－6)，相反，沉积—改造成因Pb—Zn矿床中闪锌矿ω(Ge)一般＞100×10－6(周卫宁等，1989)［5］。闪锌矿中 ω(Ge)与形成温度和成矿有很大关系，研究证明随温度降低(400～100°C)，闪锌矿中 ω(Ge)/10－6升高(5 ～170)(刘英俊等，1984)。花椒树坪锌矿床闪锌矿ω(Ge)/10－6为45～700，平均397.50(表3、表4)，也显示其处于中低温环境下后生成因的特点。

刘英俊等对中国辽宁、吉林、河北24个铅锌矿床56个闪锌矿单矿物内微量元素的分析结果表明，闪锌矿中的微量元素含量与成矿温度之间有一定的对应关系(表4)［6］。花椒树坪锌矿床中闪锌矿的微量元素Ge、In、Ga含量(表3、表4)对应于中低温作用下形成。

表4 闪锌矿中微量元素含量(×10-6)与温度(℃)的关系Table 4 Relation of trace element content and temperature in sphalerite

3 硫同位素特征

据硫化物中的硫同位素资料，黄铁矿的δ34S为31.95‰ ～34.57‰，极差 2.62‰，平均 32.86‰;闪锌矿的 δ34S 为20.20‰ ～27.41‰，极差7.21‰，平均23.81‰;方铅矿的 δ34S 为28.12‰ ～28.20‰，极差0.08‰，平均 28.16‰。δ34S 平均 28.93‰，以富重硫为特征，反映环境为封闭的海相热还原环境;黄铁矿、方铅矿的硫同位素值分布集中，极差小，反映了其均一化程度高，反映硫质的来源较单一;而闪锌矿中硫同位素分布范围较宽，极差较大，预示闪锌矿的结晶沉淀可能具多阶段性;闪锌矿的硫同位素与黄铁矿和方铅矿的硫同位素未达到交换平衡，而黄铁矿和方铅矿的硫同位素达到了交换平衡，可以利用交换平衡矿物对成矿温度进行计算。根据公式1 000 lnα=1.1×106/T2［7］，其成矿温度介于142 ～262°C 之间。

4 结论

花椒树坪锌矿床是产于扬子地台北缘陆棚碳酸盐相陆棚亚相环境。矿床矿石矿物简单，主要由闪锌矿、方铅矿和黄铁矿组成;矿石矿物中闪锌矿富含微量元素，利用这些元素和硫同位素大致可以判断矿床的成因。

(1)花椒树坪锌矿床闪锌矿中镉、锗含量较高，镓含量相对较低，说明花椒树坪锌矿床闪锌矿属中低温产物。

(2)花椒树坪锌矿床闪锌矿中ω(Ge)/10－6为45～700，平均397.50，也反映该矿床处于中低温环境下后生成因特点。

(3)花椒树坪锌矿床闪锌矿中Ga/In比值平均44.77，远远 ＞1;且 ω(Cd)/10－6为 2 940 ～ 8 990，ω(Cd)/10－6平均为6 315，说明花椒树坪锌矿床成因上可与MVT型铅锌矿床对比。

(4)根据黄铁矿和方铅矿硫同位素达到交换平衡条件，利用公式1 000lnα =1.1 ×106/T2，计算出其成矿温度介于142～262°C之间，也属中低温范畴。

综上所述，花椒树坪锌矿床是在中低温条件下形成，属中低温还原环境下形成的锌矿床，成因上可与MVT型铅锌矿床对比。

［1］吕向志，等.湖北花椒树坪锌矿床同位素地球化学特征［J］.资源环境与工程，2009，23(6)：779 －783.

［2］王小春.天宝山铅锌矿床成因分析［J］.成都地质学院学报，1992，19(3)：10 －20.

［3］刘英俊，曹励明，李兆麟，等.元素地球化学［M］.北京：科学出版社，1984.

［4］Schwartz M O..Cadmium in zinc deposits：Economicgeology of apolluting element［J］.International Geology Review，2000，42：445 －469.

［5］周卫宁，傅金宝，李达明.广西大厂矿田铜坑—长坡矿区闪锌矿的标型特征［J］.矿物岩石，1989，9(2)：66 －72.

［6］中国科学院矿床地球化学开放研究实验室.矿床地球化学［M］.北京：地质出版社，1997.

［7］南京大学地质系.地球化学［M］.北京：科学出版社，1985.

Dicussion on Deposit Genesis of Bindongshan Zinc Deposits，Hubei Province

FANG Dongsheng1，LV Xiangzhi1，DAI Shaojie1，XU Zhitao1，FANG Xu1，HU Qisheng2
(1.Geological Survey of Northwestern Hubei，Xiangfan，Hubei441000;2.Hubei Institute of Geological Survey，Wuhan，Hubei430034)

Zinc deposits are primary，whereas lead deposits are secondary in association with sulfur，cadmium and silver.Lenticular stratiform shape is a stratabound lead － zinc deposits.Metal sulfides are mainly sphalerite，galena and pyrite.Deposit forming temperature is in the low temperature and deforming temperature is from 142°C ～ 262°C after analyzing of sulphides sphalerite composition and trace element，comparing with similar deposits at home and abroad，and combining with sulfur isotope data.Its characteristics of the causes can be compared with the Mississippi Valley type deposits.

ore mineral;trace element;isomorphism;partition coefficient;strata－bound

P618.43

A

1671－1211(2011)03－0197－04

2010－09－13;改回日期：2011－03－25

方冬生 (1963－)，男，高级工程师，地质矿产专业，从事区域地质及矿产勘查工作。E－mail：fangdongsheng2008@yahoo.cn

于继红)