滇东南白牛厂多金属矿床稀土元素特征及找矿远景*

2018-06-11李开文郭君功方怀宾王小娟

现代矿业 2018年5期

李开文郭君功方怀宾刘坤赵焕王小娟

(1.河南省地质调查院；2.河南省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室)

白牛厂银、锡、铅锌多金属矿床位于云南省红河自治州老寨乡白牛厂村，蒙自县城68°方向，平距36 km，地理坐标为东经103°45′～103°48′，北纬23°26′30″～23°29′30″。矿区东起阿尾老厂沟，西北至咪尾村附近，南至渔塘一带，北止于牛作底河，东西长约5 km，南北宽约5 km，面积约25 km2。矿床由西至东共分为咪尾、白羊、穿心洞、对门山、阿尾5个矿段。白牛厂银、锡、铅锌多金属矿床为滇东南地区3个超大型多金属矿床之一，与个旧、都龙及广西大厂多金属矿床共同构成了南岭成矿带西段的四大多金属矿床，并且该类矿床各自伴生1个大型花岗岩体。其中，白牛厂多金属矿床的银资源达到超大型规模，锡、铅、锌资源达到大型—超大型规模，同时伴生有丰富的分散元素(In、Cd、Ga、Ge等)，整个矿区累计提交C+D+E级(C级资源量占7%)金属资源储量铅为109.67万t，锌为172.14万t，银为6 470 t，并且矿区勘探工作仍在进行中，各类金属资源量有望进一步增加[1]。

由于白牛厂多金属矿床属于隐伏矿床，早期研究主要借助于钻孔岩芯样品，观察和研究均受到了一定程度限制，随着开采的进行，有关该矿床的成因研究逐渐引起学术界的重视。目前，学术界有关白牛厂银多金属矿床成因的研究主要存在岩浆热液成因、海底热水喷流沉积成因、岩浆热液+后期改造成因、热水喷流沉积+岩浆热液叠加改造成因等争议[2-3]。矿床成因的不确定性直接制约了找矿工作的进一步开展，故本研究重点对白牛厂多金属矿床的矿石进行稀土元素地球化学特征分析，通过与薄竹山岩体进行对比，进一步阐明矿床成矿时代，并对找矿前景进行探讨。

1 地质背景

1.1 区域地质特征

滇东南地区包括红河断裂以北、文麻断裂以南、西起建水、东至马关以及麻栗坡，长约230 km，宽约120 km。该区北西以弥勒—师宗断裂与扬子地块为界，南西以红河断裂为界与哀牢山断块毗邻，南连越北古陆，东部文麻断裂与南岭褶皱系连为一体(图1)。白牛厂多金属矿床位于该区东部边部的文麻断裂带附近，因受相邻构造单元的影响，是一个地壳活动性较强、地质构造比较复杂的地区。

该区自新元古代开始，地壳活动经历了沉积(加里东期)到抬升(海西期)再到沉积(印支期)的复杂演化过程。震旦纪为沉积阶段，发育类复理石建造；早古生代(寒武纪及早、中奥陶世)仍较活动，连续沉积了较厚的砂泥质建造和碳酸盐建造。中奥陶世，该区可能隆升成陆，缺失上奥陶统和志留系。晚古生代，区内基本地质构造特征与扬子地块一致，地壳运动以升降运动为主，因而泥盆纪—早二叠世时期，由陆相环境迅速转变为稳定的浅海相环境，广泛沉积了碳酸盐建造和部分陆屑建造；晚二叠世—晚三叠世早、中期，部分地区再度转化为地壳下降，沉积了巨厚的复理石建造、基性火山岩建造和火山碎屑岩建造。晚三叠世末，印支运动使得全区褶皱回返而形成了褶皱带，未接受侏罗纪及白垩纪的沉积[2,4]。

薄竹山岩体位于文山县城以西约30 km处，呈纺锤体状沿NW向展布，长约18 km，宽约10 km，出露面积达120 km2。根据物探成果和白牛厂矿区深部钻孔资料，该岩体向北西方向倾伏延伸至白牛厂矿区深部，直线距离约9 km，实际面积远大于120 km2，主要岩性为黑云二长花岗岩，侵入于下古生界寒武系和奥陶系之中[5]。

1.2 矿区及矿床地质特征

矿区主要出露寒武系中、下统及泥盆系下统地层，为一套浅海陆棚—滨海—海陆交互相—陆相碎屑岩—碳酸盐建造，主体构造为圆宝山复式向斜和以F3、F6断裂为代表的NWW向断裂，与区域构造主体方向NE向不协调(图2)[2]。圆宝山复式向斜位于矿区西北部，轴向NWW向，轴长约2 km，核部为龙哈组白云岩，枢纽两端向矿区外围延伸至下泥盆统超覆面附近，地层产状从四周向中心槽部倾斜，整体上显示出一个宽缓的构造盆地，控制了沉积相的空间配置方式，从而制约了矿体的空间形态及产状[2]。

1.3 围岩蚀变特征及矿化特征

图2 白牛厂矿区地质特征

白牛厂多金属矿床围岩蚀变总体较弱，而阿尾矿段围绕隐伏花岗岩体蚀变较强，由内至外可大致分为云英岩化、角岩化、矽卡岩化、碳酸盐化4个蚀变带。矿床的矿化特征主要与燕山晚期酸性岩浆活动密切相关，与围岩蚀变相对应，发育较好，其中以阿尾矿段最为典型。以阿尾隐伏花岗岩体为中心向外、向上，分别形成了高—中温钨锡矿化带、铅锌矿化带、铜矿化带到中—低温银锡铅锌矿化带、银铅锌矿化带到低温锑矿化带，并在相应部位形成了矿体。

2 稀土元素地球化学特征

本研究稀土元素分析在中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室完成，后期测试工作在中国地质科学院国家地质实验测试中心完成，分析仪器均为电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)，分析精度优于5%[6]。

本研究分析的9件矿石样品均采自穿心洞、对门山和阿尾矿段的新开采矿体，样品较新鲜，基本未受到后期蚀变影响；5件矿化硅质岩样品采自阿尾矿段。分析表1可知：白牛厂矿床矿石样品w(ΣREE)为5.08 ～79.17 μg/g，平均34.46 μg/g，样品具有明显的轻重稀土分馏现象，w(LERR)/w(HREE)为2.95～14.66，平均8.03，在稀土元素球粒陨石标准化配分曲线中呈右倾模式(图3)；(La/Yb)N为2.01～33.23，平均12.62，且轻重稀土元素之间呈现明显的分馏现象，(La/Sm)N为1.88～4.76，平均3.39；(Gd/Lu)N为0.62～9.23，平均2.95；样品BC7、BD15、BD24和BA15的Eu异常值均为正值，分别为2.36、4.83、2.66和1.58，其余矿石样品具有明显的负Eu异常特征，Ce异常现象不明显；白牛厂多金属矿床的矿化硅质岩呈深灰色，似层状或不规则状产出，以致密块状为主，主要呈现隐晶质结构，含黄铁矿颗粒，硅质岩具有较高的稀土元素含量，w(ΣREE)为201.14～278.95 μg/g，平均244.51 μg/g，与薄竹山花岗岩稀土元素含量相当(263.89 μg/g)[7]；样品w(LERR)/w(HREE)为7.73～8.18，平均7.94，轻重稀土分馏现象明显，略低于薄竹山花岗岩的分馏程度；在稀土元素球粒陨石标准化配分曲线中呈右倾模式，(La/Yb)N为8.43～9.89，平均9.28；(La/Sm)N为3.54～4.06，平均3.87；(Gd/Lu)N为1.48～2.12，平均1.75，轻稀土分馏现象高于重稀土；硅质岩样品具有弱至中等程度的负Eu异常(δEu为0.67～0.90，平均0.77)和微弱的正Ce异常(δCe为1.04～1.05，平均1.05)。

本研究对该矿床的9件矿石样品和5件矿化硅质岩样品的稀土元素地球化学特征进行了分析。结果表明：矿石样品及矿化硅质岩的稀土元素与薄竹山岩体稀土元素具有一致的地球化学特征，暗示了三者可能经历了相同的地球化学过程，三者均具有明显的轻重稀土分馏现象，且轻稀土之间的分馏程度均大于重稀土；薄竹山岩体均具有明显的负Eu异常现象，可能与斜长石分离结晶作用有关，与白牛厂矿床矿化硅质岩的地球化学特征类似；9件矿石样品中有4件样品表现为较明显的正Eu异常现象，其余样品则表现为明显的负Eu异常，与祝朝辉等[8]对于白牛厂多金属矿床矿石的稀土元素相关研究成果较一致。

表1 白牛厂多金属矿床与矿化硅质岩的稀土元素含量及参数

图3 矿石、花岗岩及硅质岩球粒陨石标准化配分曲线

Eu异常产生与Eu在自然界的不同价态存在形式有关[9]，当Eu在还原条件下主要以Eu2+形式存在时，由于电荷数的减少和离子半径的相对增大，使得Eu表现出不同于其他三价稀土元素的地球化学行为，在地质地球化学过程中与其余稀土元素分离，从而形成了Eu正异常或负异常。根据张洪培[10]对白牛厂多金属矿床流体包裹体氧逸度fO2、硫逸度fS2、酸碱度pH及氧化还原电位Eh的研究，认为由成矿早阶段至晚阶段，其还原度呈增高趋势，可能是在极强还原条件下，Eu3+被还原成Eu2+后与其余稀土元素分离并富集于成矿流体中，致使从成矿流体中沉淀的矿石富铕，并导致部分矿石中出现Eu正异常。

3 讨论

3.1 成矿时代

矿床形成时代是矿床研究的重要内容，通过成矿时代、成岩时代、地层时代及基底岩石形成时代进行对比分析，可以为矿床成因研究提供可靠证据。李开文等[3]获得的白牛厂多金属矿床沉积特征最为显著的白羊矿段的锡石成矿年龄分别为(87.4±3.7)Ma～(88.4±4.3)Ma，与薄竹山花岗岩的成岩时代((86.51±0.52)Ma～(87.83±0.39)Ma)[11]一致，说明锡成矿主要与岩浆作用有关，并非海底热水喷流沉积作用的产物。此外，闪锌矿Sm-Nd等时线年龄为(79±31)Ma[1]，与燕山晚期花岗岩的形成时代接近，显示出成矿物质很可能来自花岗岩浆。矿床全岩Sm-Nd等时线年龄为(83±16)Ma，方解石Sm-Nd等时线年龄为(81±19)Ma，均与薄竹山花岗岩的形成时代一致。蔡明海等[12]获得的广西大厂锡多金属矿田亢马矿床的石英Rb-Sr等时线年龄为(93.4±7.9)Ma，与广西大厂锡矿田侵入岩的SHRIMP锆石U-Pb 年龄((93±1)Ma)一致[13]，显示了矿区成矿与岩体有一定的成生联系。云南个旧锡铜多金属矿区黑云母40Ar/39Ar等时线年龄为(82.38±0.48) Ma[14]，与成岩年龄((81.43±0.46)Ma)一致[15-16]。都龙锡锌多金属矿床LA-MC-ICPMS锡石U-Pb年龄为(82.0±2.5)Ma～(96.6±3.5)Ma[17]，与其有内在成因联系的老君山花岗岩体的形成时代为80～88 Ma[18]，显示了成岩与成矿的一致性。结合个旧、都龙和大厂矿床矿石成矿年龄测试分析数据，本研究认为南岭西段在晚白垩世发生了大规模的岩浆侵入作用，同时伴生有大规模的多金属成矿作用[19-21]，成岩与成矿时代的高度吻合性说明两者可能受控于同一构造体系。

3.2 找矿远景

矿区在燕山晚期，伴随大规模区域伸展作用，诱发了花岗岩浆底辟上升。在晚白垩世，区内富含Sn、Pb、Zn等成矿物质的花岗岩浆上侵，沿构造裂隙发育的寒武系碎屑岩—碳酸盐地层运移，在成矿流体物化条件发生改变的情况下，在有利的岩性、层间破碎带及断裂破碎带发生沉淀，并在有利部位富集成矿。本研究认为白牛厂多金属矿床的形成主要受到岩浆作用控制，可围绕区内花岗岩体开展找矿工作。白牛厂多金属矿床几乎所有的矿体都属于隐伏矿体，矿区深部具有广阔的找矿空间。根据区域地球物理资料，在白牛厂多金属矿床与薄竹山岩体之间的广大区域均为隐伏岩体的接触带，带内存在的300～3 000 m深度不等的岩体突出部位具有较好的成矿条件，为寻找隐伏矿体最有利的地段[22]。

4 结语

结合相关岩矿石取样分析成果，对比分析了薄竹山花岗岩、白牛厂多金属矿床矿石和矿化硅质岩的稀土元素地球化学特征，认为三者具有较一致的配分形式和轻重稀土分馏现象，白牛厂多金属矿床的形成与薄竹山花岗岩关系密切，成矿物质可能主要由花岗岩浆提供。矿区后续找矿工作宜围绕花岗岩体开展，矿区东南部岩体埋深较浅的阿尾矿段为找矿重点部位。

参考文献

[1] 李开文.滇东南白牛厂多金属矿床成岩成矿地球化学及年代学[D].北京：中国科学院大学，2013.

[2] 李开文，张乾，王大鹏，等.滇东南白牛厂多金属矿床铅同位素组成及铅来源新认识[J].地球化学，2013，42(2)：116-130.

[3] 李开文，张乾，王大鹏，等.云南蒙自白牛厂多金属矿床锡石原位LA-MC-ICP-MS U-Pb年代学[J].矿物学报，2013，33(2)：523-529.

[4] 陈欣彬，孟柯柯，高建国，等.云南白牛厂银多金属矿床富CH4流体包裹体发现及其矿床成因指示[J].地质科技情报，2016，35(6)：144-149.

[5] 苏航，韦文彪，陶志华，等.云南都龙矿区隐伏花岗岩地质地球化学特征与锡锌成矿作用[J].矿物学报，2016，36(4)：488-496.

[6] QI L,GREGOIRE D C.Determination of trace elements in twenty six Chinese geochemistry reference materials by inductively coupled plasma-mass spectrometry[J].Geostandards & Geoanalytical Research,2000,24(1):51-63.

[7] LI K W,ZHANG Q,WANG D P,et al.LA-ICP-MS U-Pb zircon dating of the Bozhushan granite in Southeast Yunnan[J].Acta Geochimica,2013,32(2):170-180.

[8] 祝朝辉，刘淑霞，张乾，等.云南白牛厂银多金属矿床喷流沉积成因证据：容矿岩石的地球化学约束[J].现代地质，2010，24(1)：120-130.

[9] MILLS R A,ELDERFIELD H.Rare earth element geochemistry of hydrothermal deposits from the active TAG Mound,26° N Mid-Atlantic Ridge[J].Geochimica et Cosmochimica Acta,1995,59(17):3511-3524.

[10] 张洪培.云南蒙自白牛厂银多金属矿床——与花岗质岩浆作用有关的超大型矿床[D].长沙：中南大学，2007.

[11] 程彦博，毛景文，陈小林，等.滇东南薄竹山花岗岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年及地质意义[J].吉林大学学报(地球科学版)，2010，40(4)：869-878.

[12] 蔡明海，梁婷，韦可利，等.大厂锡多金属矿田铜坑-长坡92号矿体Rb-Sr测年及其地质意义[J].华南地质与矿产，2006(2)：31-36.

[13] 蔡明海，何龙清，刘国庆，等.广西大厂锡矿田侵入岩SHRIMP锆石U-Pb年龄及其意义[J].地质论评，2006，52(3)：409-414.

[14] 李宝龙，朱德全，邢香粉，等.云南个旧锡铜多金属矿区云母40Ar/39Ar年龄及其地质意义[J].地质通报，2015，34(12)：2315-2324.

[15] 黄文龙，许继峰，陈建林，等.云南个旧杂岩体年代学与地球化学：岩石成因和幔源岩浆对锡成矿贡献[J].岩石学报，2016，32(8)：2330-2346.

[16] 李培，邓小虎，陈守余.云南个旧西凹多金属矿床成矿元素赋存特征[J].金属矿山，2011(10)：113-116.

[17] 王小娟，刘玉平，缪应理，等.都龙锡锡多金属矿床LA-MC-ICPMS锡石U-Pb测年及其意义[J].岩石学报，2014，30(3)：867-876.

[18] 蓝江波，刘玉平，叶霖，等.滇东南燕山晚期老君山花岗岩的地球化学特征与年龄谱系[J].矿物学报，2016，36(4)：441-454.

[19] 吴赞华，李忠权，时燕华，等.云南者桑金矿构造控矿规律及找矿方向[J].金属矿山，2014(1)：96-99.

[20] 赵正，王登红，张长青，等.南岭地区与铅锌矿有关岩浆岩的成矿专属性研究[J].大地构造与成矿学，2014，38(2)：289-300.

[21] 王登红，陈毓川，王瑞江，等.对南岭与找矿有关问题的探讨[J].矿床地质，2013，32(4)：854-863.