山西灵丘县支家地铅锌银矿床成矿物质来源探讨

韩松，葛家昆，杨宏宇

(长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安　710064)



山西灵丘县支家地铅锌银矿床成矿物质来源探讨

韩松，葛家昆，杨宏宇

(长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安710064)

在对支家地铅锌银矿区进行了野外调查的基础上，对支家地铅锌银矿开展了矿床地质特征、地球化学特征研究，探讨了该矿的成矿物质来源和成因，为进一步认识浅成热液多金属矿床的成矿规律及建立矿床成矿模型提供了有益的实例。通过对支家地铅锌银矿床的研究表明，支家地铅锌银矿为与隐爆作用有关的多金属矿床，工业矿体的产出严格受隐爆角砾岩体控制，矿体多产出于隐爆角砾岩、次火山岩体与白云岩接触部位、断裂构造及次级断裂构造接触部位。该规律对矿床的远景预测及找矿具有一定的指导意义。根据银矿床成矿地质背景、矿石微量元素稀土元素和同位素等方面的分析，表明该区岩浆岩的主要源区为下地壳，且混有幔源物质，为成矿模型的建立提供了依据。并对铅锌银矿床的地球化学特征及成矿物质来源进行了探讨。

铅锌银矿床；地球化学；成矿物质来源；矿床成因

1　矿床地质概况

支家地铅锌银矿床位于山西省灵丘县城南13km处，地理坐标：东经：114°11′45″～114°13′37″，北纬：39°20′21″～39°22′30″。大地构造位于华北北缘多金属成矿带中段，太白维山破火山口环形构造北侧。矿体赋存于北西向断裂破碎带和其两侧的隐爆角砾岩中及火山口构造外接触带的白云岩中，受火山口构造控制(武铁山等，1989；李兆龙等，1992)。

矿区内主要出露燕山期次火山岩和隐爆角砾岩体。其中，次火山岩主要为石英斑岩，其与隐爆角砾岩的分布、产出特征及成矿关系密切(张北廷等，1995；陈昌勇等，1999)。

1.新生界；2.上侏罗统张家口组；3.上侏罗统白旗组；4.上侏罗统后城组；5.石炭系；6.奥陶系；7.寒武系；8.长城系青白口组；9.五台群变质岩；10.变质石英闪长岩；11.石英斑岩；12.花岗岩；13.正断层图1　山西灵丘县太白维山地质构造略图(据邴颖，2009,略有改编)Fig.1　The tectonic sketch of Taibaiwei Mountain of Lingqiu County, Shanxi Province

矿区内主要出露燕山期次火山岩和隐爆角砾岩体。其中，次火山岩主要为石英斑岩，其与隐爆角砾岩的分布、产出特征及成矿关系密切(肖秀梅，1992)。

1.1石英斑岩

石英斑岩体呈不规则状产出，局部分支呈脉状或岩床插入围岩。

其侵入期次有2期，前期呈岩株产出，斑晶粗大，蚀变强，与成矿关系密切；后期石英斑岩呈脉状产出，斑晶较小，也有微弱矿化(武俊厚，2009)。出露面积约1.2 km2。

1.2隐爆角砾岩体

石英斑岩沿火山通道充填后，由于下部气液的局部集中使压力增大，在石英斑岩和火山集块岩、火山角砾岩之间形成火山隐爆，使石英斑岩和早期火山角砾岩、集块岩破碎形成了隐爆角砾岩，其是矿区的主要容矿岩石，常分布于石英斑岩体的边缘或上部。F2断裂构造严格控制着隐爆角砾岩体的产状、形态和空间位置(图2)。在平面上，角砾岩体呈透镜状或椭圆状，其长轴呈北西西向，长约500m，短轴长约150～200m。在横断面上，角砾岩体为向石英斑岩体倾斜的筒状体，筒壁凹凸不平，并表现出向石英斑岩体的分支贯入，岩筒延深约650m，围岩为石英斑岩、火山集块岩、火山角砾岩和燧石条带白云岩(李树臣等，2008；周绍芝，1999)。

1.复成分角砾岩； 2.石英斑岩质角砾岩； 3.斜裂石英斑岩； 4.崩塌-震碎角砾岩；5.银矿体 ；6.断层； 7.勘探线图2　支家地矿区隐爆角砾岩筒平面图Fig.2　Cryptoexplosive breccia tube floor plan of Zhijiadi deposit

隐爆角砾岩的成分主要是次火山岩和与其直接接触的围岩成分，即石英斑岩角砾和流纹岩角砾，另有少量安山岩、片麻岩、变质石英砂岩、白云岩角砾等。角砾大小不等，形状复杂，有棱角状、次棱角状、次圆状、浑圆状等。

胶结物主要为与角砾成分相同的岩粉、岩屑、火山灰、熔浆和后期的热液矿质。按角砾成分、角砾的位移程度和形成方式把隐爆角砾岩分为石英斑岩角砾岩、凝灰角砾岩、复成分角砾岩和碎裂石英斑岩等4类(李兆龙,1992; KERRICHR,2000)。其中，凝灰角砾岩和石英斑岩角砾岩是矿区的主要含矿岩石。

2　矿床地球化学特征

2.1硫同位素特征

支家地铅锌银矿床硫化物样品δ34S均为正值，其δ34S‰的分布特征见图3，分布范围为0.6‰～9.6‰，塔式效应明显，为内生源S特征，表明矿石S与矿区火山-次火山岩(围岩)的S为同一来源。不同硫化物δ34S值的变化范围是：黄铁矿变化范围较大，为3.1‰～9.6‰，闪锌矿的变化方位为2.7‰～5.3‰，方铅矿为0.6‰～5.2‰。δ34S值按黄铁矿-闪锌矿-方铅矿的顺序减小，属同一S源。

图3　支家地铅锌银矿床硫同位素组成图解Fig.3　Sulfur isotopic composition diagram of Zhijiadi Pb-Zn-Ag deposit

2.2矿石稀土元素特征

在表1、图4中，矿石的稀土总量为9.52×10-6～40.93×10-6，低于石英斑岩、隐爆角砾岩及其胶结物等岩石(58.89～163.753 9)，与高于庄组白云岩(12.54～22.88)相似；稀土型分布模式整体右倾，富集轻稀土(LREE/HREE =4.6～27.4)，Eu、Ce异常有正有负(δEu=0.61～1.61；δCe=0.89～1.21)，但是它们的分配模式图却非常负责，存在很大的差异性。结合矿区主要赋存岩石的稀土元素特征，进行对比分析发现：矿石的稀土元素特征有的和石英斑岩一致，有的和隐爆角砾岩相似，有的和白云岩有共同特征，其中和石英斑岩及隐爆角砾岩相似的矿石，其稀土总量普遍低于前者；和白云岩一致的矿石，其稀土总量高于前者。上述特征可能表明矿体的物质源于周围的赋矿岩石。

图4　支家地铅锌银矿床岩、矿石稀土元素球粒陨石标准化配分图(据SUN & MCDONOUGH，1989)Fig.4　Rock， ore chondrite normalized REE diagram of Zhijiadi Pb-Zn-Ag deposit

2.3Pb同位素特征

分别对2种矿体类型的主要矿体矿石或矿化岩石中的方铅矿、黄铁矿进行了Pb同位素分析，测试结果见表2。

该区方铅矿的206Pb/204Pb为16.388～16.617，207Pb/204Pb为15.117～15.212，208Pb/204Pb为36.416～36.830，Pb同位素值很近似，组成较均一，反映不同类型矿体的方铅矿具有相同的成矿物质来源。此外，207Pb/204Pb<16，μ、ω、Th/U的值为8.45～8.65、34.12～37.12、3.75～4.16，属单阶段演化的古老正常Pb。

黄铁矿的206Pb/204Pb为16.553～16.590，207Pb/204Pb为15.327～15.352；208Pb/204Pb为36.915～36.998，特征参数μ值为8.6，ω值为36.67～36.89，Th/U值为4.27～4.29，208Pb/204Pb值略高于方铅矿，说明黄铁矿中钍铅较多。但从总体看，与方铅矿的铅同位素组成是一致的，也属单阶段演化的古老正常Pb。

在208Pb/204Pb-206Pb/204Pb的Pb同位素构造模式图中(图5)，方铅矿、黄铁矿和白云岩的Pb同位素投影点非常集中，均落在下地壳与地幔演化曲线之间；在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb构造模式图中它们的投影点主要落在下地壳增长线附近，部分介于下地壳与地幔演化曲线之间。上述特征表明Pb的来源主要以地壳Pb为主，并有地幔Pb的混入。方铅矿μ值变化于8.45～9.09，同样显示Pb为壳幔混合Pb； Th/U相对均一，为3.75～4.27，也反映出Pb为壳幔混合Pb。

图5　支家地铅锌银矿床Pb同位素构造模式图Fig.5　Lead isotope structure schematic diagram of Zhijiadi Pb-Zn-Ag deposit

石英斑岩的206Pb/204Pb为16.985，207Pb/204Pb为15.500；208Pb/204Pb为36.548，特征参数μ、ω、Th/U值为9.06、38.72、4.27，Pb同位素组成及特征参数与矿石比较相似，除206Pb/204Pb和207Pb/204Pb略高。在Pb同位素构造模式图上，石英斑岩的Pb同位素组成更接近于造山带Pb同位素演化曲线(ARRIBASA,1998;毛德宝，2001)。石英斑岩形成时代早于成矿时代，区域大地构造分析显示区域的构造环境从侏罗纪向白垩纪逐渐向更张性演变，因此，石英斑岩与矿石Pb同位素特征的微小差异表明二者形成于相同的燕山活动阶段，但可能分属于不同的演化时期，成矿形成于相对晚期的张性背景，二者的物源均包括了下地壳成分，只是存在比例上的微小差别。

表2　支家地铅锌银矿床Pb同位素组成及Pb源区特征值表

2.4Rb-Sr同位素

岩石的87Sr/86Sr初始比值是岩石成因或物质来源的良好指示。支家地银矿石英斑岩的Rb-Sr同位素测定结果表明，Rb-Sr等时线年龄为156.03Ma，87Sr/86Sr =0.705 5，略高于上地幔平均值，而低于地壳Sr同位素平均增长值，与过渡同熔型花岗岩0.705～0.709(徐克勤，1982)比较一致，属幔壳混源型。

2.5Hf同位素

研究发现隐爆角砾岩胶结物中出现了继承锆石(覃娴瑟，2010)，其U-Pb年龄为2 473Ma，表中生代岩浆中具有下地壳古元古代基底岩石组分，揭示有下地壳的熔融和加入。锆石176Hf/177Hf的变化范围为0.281 893～0.282 185，Hf同位素组成比较均一；εHf(t)值分布范围为(-17.7～-28.2)，εHf(t)<0，表明没有新生地壳生长，岩浆主要源自单一源区；εHf(t)-t图中的所有样品分析点均远离亏损地幔线和球粒陨石线，分布在地壳演化线之间，也说明该区岩体主要源区为古地壳，而非亏损地幔源区，岩浆形成的主要机制为陆-陆碰撞造山导致陆壳加厚，先存古老地壳部分熔融(图6)。

t(Ma)图6　支家地铅锌银矿床隐爆角砾岩胶结物中锆石的εHf(t)-t图解(据覃娴瑟，2010)Fig.6　Hidden breccia cements zircon εHf (t) -t diagram of Zhijiadi Pb-Zn-Ag deposit(A ccording to TAN， 2010 )

3　结论

白维山破火山口在燕山期形成。火山活动初期，下部中酸性岩浆上侵，形成弯隆和张性断裂，岩浆沿断裂、裂隙喷发到地表形成一系列火山岩和次火山岩；到火山活动晚期，在破火山口的侧火山口内，石英斑岩沿火山通道充填后，其下部气液的局部集中使压力增大，隐爆作用沿断裂带发生，石英斑岩和早期火山角砾岩、集块岩破碎形成了隐爆角砾岩，它是矿液的良好通道和有利的储矿场所。F2断裂构造严格控制着隐爆角砾岩体的产状、形态和空间位置。矿体主要赋存在石英斑岩与凝灰角砾岩接触带、断裂破碎带、地层等叠加复合部位。

矿床是以银为主，伴生有铅、锌等的大型多金属矿床。成矿温度区间在140～240℃，成矿流体整体上属于中低温热液；溶液的盐度为1.56%～10.37%(NaCI)，为低盐度热液；氢氧同位素显示热液为岩浆热液。

石英斑岩体岩石的87Sr/86Sr =0.705 5，石英的δ18OV-SMOW值为7.5‰～8.7‰，表明矿区岩浆属于壳幔混源型。矿石S与矿区火山-次火山岩(围岩)的S同位素特征非常相似；Pb同位素则显示成矿的物质为壳幔混合，结合矿石的稀土元素则发现矿体的物质既有源于周围的火山-次火山岩，也和隐爆角砾岩及白云岩有一定相关性。

支家地银矿床受破火山口与断裂构造控制，工业矿体的产出严格受隐爆角砾岩体控制，矿体多产出于隐爆角砾岩、次火山岩体与白云岩接触部位、断裂构造及次级断裂构造接触部位，矿体厚度、矿石质量也受其控制。

矿床S同位素中硫化物的δ34S 靠近陨石型，矿床的S源为内生成因与岩浆源有关。

Pb同位素相对稳定，Pb的来源为下地壳和部分上地幔源，即为火山岩下伏的太古宙基底岩。

综上所述，笔者认为支家地银矿床是与火山岩-次火山岩有关的浅成中低温热液矿床。

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2015-11-04；

2016-04-28

中国地质调查局华北古生代成矿项目(330100110014)

韩松(1991-)，男，陕西西安人，长安大学矿物学、岩石学、矿床学硕士研究生，从事矿床学方向、矿产勘查方向的工作研究。E-mail:408989077@qq.com

P56；P535

A

1009-6248(2016)03-0116-08