闽中梅仙铅锌矿田赋矿变质岩系对比及深部找矿前景

李秋金， 李金梅， 王　芳

(1.南京大学地球科学与工程学院，江苏南京210093； 2.江苏省有色金属华东地质勘查局，江苏南京210007)



闽中梅仙铅锌矿田赋矿变质岩系对比及深部找矿前景

李秋金1,2， 李金梅2， 王芳2

(1.南京大学地球科学与工程学院，江苏南京210093； 2.江苏省有色金属华东地质勘查局，江苏南京210007)

摘要：梅仙铅锌矿田形成于闽中大陆裂谷环境中，铅锌矿体主要赋存于中新元古代马面山群东岩组绿片岩相的变质岩系内，层位和岩性控制特征显著。在充分研究前人成果的基础上，通过对马面山群变质岩层序及地球化学特征的分析研究，对梅仙地区铅锌矿赋矿变质岩系地层进行了划分对比，认为梅仙矿田中新元古代马面山群变质岩系自老至新为龙北溪组、东岩组。龙北溪组为下伏于东岩组的一套巨厚的海相硅质、钙镁质、半黏土质、泥砂质沉积变质岩系，间隙有小规模的基性—超基性岩浆喷发。东岩组为一套具多个旋回的“双峰式”(基性—中酸性)火山喷发与泥钙质沉积的喷发-沉积序列。研究认为，丁家山矿区与峰岩矿区的赋矿变质岩系并非同一层位，而是下伏于其下的含矿岩层，峰岩矿区深部具备寻找丁家山式铅锌矿床的前景。

关键词：马面山群东岩组；变质岩层序；原岩恢复；铅锌矿；福建梅仙

0引言

梅仙矿田是闽中地区乃至福建省最重要的铅锌矿集区，矿体主要赋存于中新元古代马面山群绿片岩相的变质岩系内，层位和岩性控制特征显著(叶水泉等，1999；吴志强，2003)。矿田以尤溪河为界分为河西(以丁家山矿床为代表)和河东(以峰岩矿床为代表)两部分。前人的勘查成果显示，河东与河西不同矿区在赋矿变质岩系的岩性定名、层位划分及矿体特征等方面存在明显差异，导致不同矿区之间的层位难以对比，给找矿预测工作带来较大困难。因此，通过对梅仙矿田各矿床马面山群变质岩层及马面山群层型剖面的岩石特征与地球化学特征对比分析，开展赋矿变质岩系层位的划分与对比，试图建立矿田内赋矿变质岩系的叠置关系，从而进行深部找矿研究与预测。

1地质背景

梅仙矿田包含梅仙“天窗”以及沿“天窗”周边分布的中生代陆相火山岩、碎屑岩区域，总面积约50km2(图1)。

区域出露地层主要为中生代陆相火山岩及碎屑岩，其次为中新元古代马面山群变质岩，后者以基底“天窗”形式出现，成为区内层控型铅锌(银)矿产的有利找矿标志。区内侵入岩主要为燕山晚期的花岗斑岩及石英斑岩，沿主断裂构造呈北东向岩枝状或岩墙状分布，对矿田内基底变质岩中的铅锌(银)矿体起热液叠加改造作用。

矿床的控制因素主要为地层。矿床受层位、岩性、岩相控制的特征十分明显，绝大部分具有工业意义的铅锌矿体呈似层状、大透镜体状赋存于绿片岩中，尤其是绿片岩与大理岩的接触部位，显示其具有层控的特点(图2)。

图1　梅仙铅锌矿田地质简图(据江苏省有色金属华东地质勘查局，2003)1-第四系；2-上侏罗统长林组；3-下侏罗统梨山组；4-中新元古界；5-花岗斑岩；6-石英斑岩；7-地质界线；8-不整合界线；9-断层；10-铅锌矿Fig.1　Geological sketch map of the Meixian Pb-Zn ore field in Central Fujian Province(after East China Non-Ferrous Mineral Exploration and Development Bureau, 2003)

图2　丁家山矿区铅锌矿纵剖面简图(据江苏省有色金属华东地质勘查局，2003)1-下侏罗统梨山组；2-中新元古代东岩组；3-中新元古代龙北溪组；4-铅锌矿体；5-断裂；6-不整合接触界线；7-勘探线号Fig.2　Simplified geological section of the Dingjiashan Pb-Zn ore district(after East China Non-Ferrous Mineral Exploration and Development Bureau, 2003)

其次的控矿作用为构造、岩浆岩，有少量矿体呈脉状产于构造破碎带、侏罗系火山岩与中新元古界绿片岩的高角度不整合面、岩体与绿片岩、大理岩的接触带中，又显示其具有受后期热液叠加改造的特征。

矿石中金属矿物主要有闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、磁黄铁矿、磁铁矿，其次有黄铜矿、赤铁矿等，其中磁黄铁矿主要不均匀地分布在丁家山矿区，在峰岩矿区较为少见。

2变质岩系岩石化学特征

闽中变质岩系马面山群时代归属尚有争议，主要有中元古代(黄春鹏等，1991；孙大中等，1991；庄建民等，2000)、中新元古代(张开毕等，2002)、新元古代(张达等，2005；张祥信，2006；Lietal.，2005)3种观点。笔者综合认为其时代归属为中新元古代，在梅仙地区自下至上为龙北溪组、东岩组。

2.1龙北溪组变质岩

龙北溪组层型剖面位于建瓯市龙北溪村，岩性以云母石英片岩、石英云母片岩、石英片岩等浅色片岩夹大理岩为主，局部夹绿片岩夹层。在丁家山矿区，整合下伏于东岩组，为铅锌主矿体的底板，主要岩性亦为浅色片岩系夹大理岩及绿片岩薄层，该层位经钻孔揭露垂厚600余m尚未揭穿。在峰岩矿区，该组尚未有工程揭露。

本次研究在典型剖面采取了2件样品(1、2号)，在丁家山矿区各钻孔内采集了12件样品(3—14号)。其中，1、3、4号样品为浅色片岩系内夹层的绿片岩，2、5—14号样品为浅色片岩。

由表1可以看出，产自龙北溪组的浅色片岩普遍具有SiO2、Al2O3、K2O质量分数高的特点(SiO256.09%～75.39%；Al2O39.53%～19.31%；K2O2.27%～5.06%)，且基本上w(K2O)>w(Na2O)，根据矿物组合特征及岩石化学特征，初步判断属于副变质岩，原岩为泥砂质沉积岩。

表1　龙北溪组变质岩主量元素化学成分

注：1、3、4号为绿片岩，其他均为浅色片岩；测试单位为中国黄金武警部队第七支队实验室

龙北溪组绿片岩样品(1、3、4号)与其高硅铝的浅色片岩相比，具有SiO2质量分数低(49.67%～52.66%)、碱性组分(Na2O+K2O)质量分数低(0.52%～0.69%)、钙质(CaO)质量分数高(11.25%～12.35%)的特点。

变质岩原岩恢复的图解(图3—图7)具有较好的一致性。图解显示该组绿片岩(1、3、4号)原岩为超基性—基性火成岩；而浅色片岩原岩为泥质、砂质沉积岩，可能混有部分中酸性火山碎屑物。综上所述，丁家山矿区龙北溪组与建瓯龙北溪组层型剖面具有相似的岩石组合特征与岩石地球化学特征，经原岩恢复，指示其主要以巨厚的海相硅质、半黏土质、泥砂质、碳酸盐等沉积为主，但间或有短期的超基性—基性岩浆喷发活动。丁家山矿区所揭露的龙北溪组与建瓯层型剖面龙北溪组具有良好的对应性。依此类推，丁家山矿区深部应为巨厚的浅色片岩系夹大理岩，局部偶夹薄层绿片岩系。

2.2东岩组变质岩

东岩组变质岩大致可分为绿片岩(绿片岩、高钙绿片岩)和变粒岩(浅色片岩系)2类。对闽中地区东岩组变质岩的研究发现：东岩组大部分绿片岩原岩属拉斑玄武岩系列；变粒岩类的原岩为流纹岩；而高钙绿片岩是区域变质过程中形成的透辉石岩经热液作用发生绿帘石化、绿泥石化的结果，其原岩为富钙质的沉积岩(狄永军，2006；张祥信，2006)。对丁家山矿区的绿片岩进行研究，认为绿片岩原岩为经区域变质作用的钙质沉积岩，所谓绿片岩实为矽卡岩(袁莹，2011)。

东岩组为梅仙矿田的主要赋矿层位。在丁家山矿区，该层位岩性主要为绿片岩夹似层状大理岩，基本不含浅色片岩；在峰岩矿区，该层位岩性为浅色片岩、大理岩与绿片岩互层。

图3　龙北溪组变质岩的c-n-f图解I-火成岩区；Ⅱ-沉积岩区Fig.3　c-n-f diagram of Longbeixi Formation metamorphic rocks

图4　龙北溪组变质岩的TiO2-SiO2图解(据塔尼，1976)Fig.4　TiO2-SiO2 diagram of Longbeixi Formation metamorphic rocks(after Tani, 1976)

图5　龙北溪组变质岩的[(al+fm)-(c+alk)]-Si图解(据Simonen，1953；转引自王仁民等，1987)A-钙质沉积物；B-火山岩；C-厚层泥岩；D-砂岩Fig.5　((al+fm)-(c+alk))-Si diagram of Longbeixi Formation metamorphic rocks(after Simonen，1953; Wang et al., 1987)

图6　龙北溪组变质岩的(al-alk)-c图解(仿威尔逊，1972)I-钙质泥灰岩；Ⅱ-白云质泥灰岩；Ⅲ-黏土岩；Ⅳ-中酸性凝灰岩；V-角斑岩；Ⅵ-细碧岩-玄武岩；Ⅶ-二长安山质凝灰岩；Ⅷ-英安质凝灰岩Fig.6　(al-alk)-c diagram of Longbeixi Formationmetamorphic rocks(after Wilson, 1972)

图7　龙北溪组变质岩的a-c-fm图解(据CeMeHeKo,1966)I-纯铝硅酸盐岩石亚类(原岩为纯泥质岩)；Ⅱ-铁镁铝硅酸盐岩石亚类(原岩为铁质泥质岩)；Ⅲ-碱土铝硅酸盐岩石亚类(原岩为中性—酸性火山岩)；Ⅳ-钙铝硅酸盐岩石亚类(原岩为钙质泥质岩)；V-铝镁铁硅质岩类(原岩为胶体化学沉积及泥质岩)；Ⅵ-铁硅质岩类(原岩为胶体化学沉积)；Ⅻ-镁质岩类(原岩为超基性岩)；Ⅷ-碱土低铝岩类(原岩为超基性火山岩及部分白云质岩石)；Ⅸ-碱土铝质岩类(原岩为基性火山岩及部分泥灰质岩石)；X-钙质碳酸盐岩石亚类(原岩为碳酸盐沉积岩)；Ⅺ-铝土钙质岩石亚类(原岩为泥灰质沉积岩)Fig.7　a-c-fm diagram of Longbeixi Formation metamorphic rocks(after CeMeHeKo,1966)

本次研究分别在东岩组典型剖面、丁家山矿区及峰岩矿区采取东岩组样品进行岩矿与地球化学特征研究，共采集样品21件:1—3号绿片岩样品采自建瓯东岩组层型剖面，4—9号绿片岩样品采自丁家山矿区，10—21号样品采自峰岩矿区。其中，14—16、19、21号为浅色片岩。

2.2.1绿片岩系由表2可以看出，该组绿片岩样品化学成分与龙北溪组的高硅铝质片岩有明显差别，具有SiO2质量分数低(38.31%～50.55%，10号样64.29%)、TFe(FeO+Fe2O3) 质量分数高(7.72%～15.53%，10号样5.60%)、碱性组分(Na2O+K2O)质量分数变化较大(0.030%～6.11%)、钙质(CaO)质变质岩原岩恢复的图解(图8—图12)具有较好的一致性，图解显示绿片岩原岩明显分为2类：普通绿片岩(4、5、6、10、11号)原岩表现为基性火成岩——玄武岩、细碧岩等；高钙绿片岩其原岩表现为钙质沉积岩——碳酸盐岩和泥灰质沉积岩等。

量分数分2类(4.99%～9.30%、13.64%～21.54%)的特点，整体表现为一套普通绿片岩(4、5、6、10、11号)和高钙绿片岩。

表2　东岩组变质岩主量元素化学成分

注：14—16、19、21号样品为浅色片岩，其余样品均为绿片岩；“-”为低于检出限；测试单位为中国黄金武警部队第七支队实验室

图8　东岩组变质岩的c-n-f图解I-火成岩区；II-沉积岩区Fig.8　c-n-f diagram of Dongyan Formation metamorphic rocks

因此梅仙矿田绿片岩可分为2类：(1) 普通绿片岩(CaO质量分数<10%)，其原岩为基性火成岩；(2) 高钙绿片岩(CaO质量分数>10%)，其原岩为含杂质的钙质沉积岩。这一结论也与前人对东岩组

图9　东岩组变质岩的TiO2-SiO2图解(据塔尼，1976)Fig.9　TiO2-SiO2 diagram of Dongyan Formationmetamorphic rocks(after Tani, 1976)

图10　东岩组变质岩的[(al+fm)-(c+alk)]-Si图解(据Simonen，1953)A-钙质沉积物；B-火山岩；C-厚层泥岩；D-砂岩Fig.10　((al+fm)-(c+alk))-Si diagram of Dongyan Formation metamorphic rocks(after Simonen，1953)

图11　东岩组变质岩的(al-alk)-c图解(仿威尔逊，1972)I-钙质泥灰岩；Ⅱ-白云质泥灰岩；Ⅲ-黏土岩；Ⅳ-中酸性凝灰岩；V-角斑岩；Ⅵ-细碧岩-玄武岩；Ⅻ-二长安山质凝灰岩；Ⅷ-英安质凝灰岩Fig.11　(al-alk)-c diagram of Dongyan Formation metamorphic rocks(after Wilson, 1972)

图12　东岩组变质岩的a-c-fm图解(据CeMeHeKo,1966)I-纯铝硅酸盐岩石亚类(原岩为纯泥质岩)；Ⅱ-铁镁铝硅酸盐岩石亚类(原岩为铁质泥质岩)；Ⅲ-碱土铝硅酸盐岩石亚类(原岩为中性—酸性火山岩)；Ⅳ-钙铝硅酸盐岩石亚类(原岩为钙质泥质岩)；V-铝镁铁硅质岩类(原岩为胶体化学沉积及泥质岩)；Ⅵ-铁硅质岩类(原岩为胶体化学沉积)；Ⅶ-镁质岩类(原岩为超基性岩)；Ⅷ-碱土低铝岩类(原岩为超基性火山岩及部分白云质岩石)；Ⅸ-碱土铝质岩类(原岩为基性火山岩及部分泥灰质岩石)；X-钙质碳酸盐岩石亚类(原岩为碳酸盐沉积岩)；Ⅺ-铝土钙质岩石亚类(原岩为泥灰质沉积岩)Fig.12　a-c-fm diagram of Dongyan Formation metamorphic rocks(after CeMeHeKo,1966)

富钙绿片岩的原岩研究结果一致。

2.2.2浅色片岩系由表2可以看出，该组样品(14—16、19、21号)浅色片岩均具有硅铝质量分数高(SiO252.16%～71.45%；Al2O310.47%～16.35%)、碱性组分(Na2O+K2O)质量分数高(5.80%～9.14%)、钙质(CaO)质量分数低(0.76%～6.41%)的特点。

变质岩原岩恢复的图解(图8—图12)具有较好的一致性，显示该组样品原岩均具有火成岩的特点，根据其硅质组分可以看出，应为基性—中酸性火成岩(包括中酸性火山碎屑沉积岩)。

综上所述，中新元古代马面山群东岩组变质岩系为多个绿片岩段与浅色片岩段互层产出。其中绿片岩系具有两源的特征，而浅色片岩系经原岩恢复为中酸性火山喷发沉积产物。因此，东岩组应为“双峰式”(基性—中酸性)火山喷发与泥钙质沉积的多个喷发-沉积旋回所形成。

3矿田马面山群层序划分

据以往的勘查资料，丁家山矿区与峰岩矿区赋矿岩系的岩性组合和厚度并不一致，但限于以往地层揭露深度和资料的互通等问题，相互间的叠置关系一直未能深入对比和分析。在综合前人勘查与研究成果的基础上，依据本次马面山群变质岩系原岩恢复后的演化序列，将丁家山矿区与峰岩矿区的变质岩层以及建瓯层型剖面的变质岩层进行对比，结果如表3所示。

表3　梅仙铅锌矿田中新元古代马面山群变质岩系层序对比

3.1丁家山矿区与建瓯典型剖面

丁家山矿区经最新钻孔揭露，其东岩组绿片岩系之下为1层巨厚的浅色片岩系夹薄层绿片岩。在建瓯层型剖面调查时发现，其东岩组绿片岩系之下也为1层巨厚的浅色片岩，且局部夹有薄层绿片岩。两者岩性组合均比较单一，以云母石英片岩、大理岩为主，局部夹绿片岩；经原岩恢复，两者均为一套巨厚的海相硅质、泥砂质、钙质沉积建造间或伴有基性岩浆喷发活动。

因此这两者对应良好，根据建瓯标准剖面龙北溪组的厚度，推测丁家山矿区深部应主要为一套巨厚的浅色片岩系(远大于目前揭露的垂厚600m)，再向下甚至可能探索至变质程度更深的迪口组，其深部不存在梅仙式铅锌矿的赋矿岩系。

3.2丁家山矿区与峰岩矿区

东岩组具有多个绿片岩层，且每层的岩性组合和化学特征基本相似，这为岩层的对比带来了较大的困难。以丁家山矿区目前揭露的巨厚的龙北溪组为依托，据东岩组的沉积演化来推断其上下叠置关系。

根据前述马面山群原岩恢复和地球化学特征对比成果，东岩组之下的龙北溪组主要为巨厚的泥钙质海相沉积。丁家山矿区的赋矿岩系无疑是该沉积后的第一期大规模的基性火山喷发与钙质沉积旋回；峰岩矿区目前尚未揭露至龙北溪组，因此目前揭露控制的东岩组赋矿岩系的喷发-沉积时期应晚于丁家山矿区，在峰岩地区深部还可能存在1层或多层绿片岩系。毫无疑问，丁家山的绿片岩系应置于峰岩绿片岩系之下，表明峰岩矿区深部有探查丁家山式铅锌矿床的前景。

4深部找矿前景

梅仙地区块状硫化物矿床分布范围广，找矿潜力巨大。参考前人在丁家山矿区及峰岩矿区的勘查工作，结合本次研究成果，可以得出以下结论。

4.1丁家山矿床深部找矿潜力

根据层序划分和对比，丁家山深部应为一套巨厚的硅质、泥砂质变质沉积岩，间或有短期的基性岩浆喷发，但均不具规模。因此，其深部存在具一定规模的绿片岩赋矿岩系的可能性较小，寻找梅仙式的铅锌矿床的潜力不大。

4.2峰岩矿区深部找矿潜力

根据与丁家山的地层对比结果，深部应存在1层至多层含矿绿片岩系，目前尚未对其探查和揭露，推测深部找矿潜力巨大。

由梅仙地区航磁异常平剖图(图13)可以看出：在梅仙地区稳定、宽缓的航磁异常背景场上，存在丁家山—关兜，通演—汶潭—峰岩2条NE向的航磁局部异常带，强度一般为200～250nT，最高异常值达500nT(汶潭)。

图13　梅仙地区航磁异常平剖简图Fig.13　Simplified plane and profile showing aeromagnetic anomalies in the Meixian area

由以往勘查资料可知，峰岩矿区的铅锌矿石大多不含磁铁矿、磁黄铁矿，所以该矿区地表磁异常远不如丁家山、关兜发育。但是丁家山矿区、关兜矿区和峰岩矿区航磁异常突起却大致相当，因此推测峰岩矿区的航磁异常是更深部磁性体的反映，这也说明该矿区深部具有寻找富含磁性的丁家山式铅锌矿床的潜力。

5结论

(1) 梅仙矿田中新元古代马面山群变质岩系自老至新为龙北溪组、东岩组。

(2) 龙北溪组的岩性主要为石英云母片岩、长石石英片岩、大理岩、石英岩等浅色片岩夹有少量薄层绿片岩。根据其岩石化学特征，经原岩恢复，龙北溪组为下伏于东岩组的一套巨厚的海相硅质、钙镁质、半黏土质、泥砂质沉积变质岩系，间隙有小规模的基性—超基性岩浆喷发。该组在梅仙地区仅丁家山矿区有所揭露，且与上覆东岩组整合接触，表明丁家山矿区的赋矿岩系为东岩组的底部。

(3) 东岩组由多组浅色片岩-绿片岩岩性旋回组成。浅色片岩主要为云母片岩、长石绿帘石石英片岩、大理岩、钠长变粒岩等；绿片岩主要为绿帘石、透辉石、绿泥石、阳起石等绿色矿物组成的岩石系列，为矿田内铅锌矿的主要赋矿层位。根据其岩石化学特征，经原岩恢复，东岩组为一套具多个旋回的双峰式(基性—中酸性)火山喷发与泥钙质沉积的喷发-沉积序列。梅仙地区东岩组绿片岩的原岩恢复表明有两源特征：一类是钙质沉积岩，另一类是基性火山岩。

(4) 丁家山矿区赋矿变质岩系为东岩组的底部岩层；峰岩矿区赋矿变质岩系为东岩组中上部，尚未见底。因此，丁家山矿区与峰岩矿区的赋矿变质岩系并非位于同一层位，而是下伏于其下的含矿岩层，峰岩矿区深部具备寻找丁家山式铅锌矿床的前景。

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Comparison of ore-bearing metamorphic rock series in the Meixian Pb-Zn ore field in Central Fujian Province and its deep prospecting potential

LI Qiujin1,2， LI Jinmei2， WANG Fang2

(1.SchoolofEarthSciencesandEngineering,NanjingUniversity,Nanjing210093,Jiangsu,China; 2.EastChinaMineralExplorationandDevelopmentBureau,Nanjing210007,Jiangsu,China)

Abstract：The Meixian Pb-Zn ore field is located in the central Fujian continental rift, and the Pb-Zn orebodies are mainly hosted in greenschist facies metamorphic rocks of Meso- and Neoproterozoic Mamianshan Group Dongyan Formation, obviously controlled by strata and lithology. Based on previous work, this study analyzed the Mamianshan Group metamorphic sequence and its geochemical characteristics, and further divided and compared the Pb-Zn-hosting metamorphic rock series. It is inferred that the Meso-Neoproterzoic Mamianshan Group metamorphic rocks can be divided into the Longbeixi Formation and Dongyan Formation from old to young. The Longbeixi Formation underlying the Dongyan Formation is a mega-thick marine siliceous, Ca-Mg-bearing, semi-clayey and argillaceous-arenaceous sedimentary metamorphic rocks series, with occasionally small-scale basic-ultrabasic magmatic eruption. It is suggested that the ore-hosting metamorphic series of the Dingjiashan mining area is not the same layer to that of the Fengyan mining area, but the underlying layer. Therefore, the Fengyan mining area has a great potential for prospecting Dingjiashan type Pb-Zn deposits at depth.

Keywords：Dongyan Formation of Mamianshan Group; stratigraphic sequences of metamorphic rocks; protolith restoration; Pb-Zn ore field; Meixian in Fujian Province

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.02.234

收稿日期：2015-04-27；修回日期：2015-05-15；编辑：陈露

基金项目：福建省尤溪县梅仙丁家山铅锌矿床深部找矿综合研究项目(20111215)

作者简介：李秋金(1984—)，男，工程师，硕士研究生，从事矿产勘查与研究工作，E-mail： 17172410@qq.com

中图分类号：P588.3； P618.4

文献标识码：A

文章编号：1674-3636(2016)02-0234-09