陕西镇安县锡铜沟铅锌矿成矿地质特征

高存山

(山东省第七地质矿产勘查院，山东 临沂 276600)

0 引言

陕西镇安县锡铜沟铅锌矿床过去有人认为属于SEDEX矿床[1]。根据矿床学概念[2]，SEDEX矿床即喷流-沉积矿床，通常是指碎屑岩或碳酸盐为主的沉积岩中整合产出的层状矿床，以规模大、延伸稳定为特征，其主要矿产是铅锌矿和铜矿。这是一种同沉积矿床，成岩与成矿几乎同时，二者关系呈整合产出。而锡铜沟铅锌矿床与地层明显为不整合产出，矿体斜切地层，明显晚于地层沉积时间。认为锡铜沟铅锌矿可能属于造山-变质型矿床。陈衍景等[3]解剖了秦岭等地若干代表性矿床的地质地球化学特征，确证了中国秦岭等造山带客观发育了脉状造山型Mo，Cu，Ag，Sb等元素及其组合的矿床，认为中国广泛的大陆碰撞造山带内可能潜在着大量脉状造山型铜矿、银矿、钼矿、铅锌矿等，而这类矿床长期被国内外学者忽视，关于造山型铅锌矿床的实例尚无报道[3]。该文通过对陕西镇安锡铜沟矿床的研究，与同行交流研究成果。

造山型矿床是构造控制的脉状后生热液矿床，在时间、空间和成因上与板块会聚型造山作用密切相关，成矿流体主要来自矿区下部的变质脱水作用(含地幔脱水、脱气)，成矿系统在浅部或晚阶段有较多大气降水热液混入[3]。

1 区域地质背景

秦岭造山带属于长期发展演化的复合型大陆造山带[4]。最终隆起于中生代华北板块与华南板块碰撞之间的碰撞造山作用[5]。秦岭造山带可分为华北克拉通南缘、北秦岭造山带、南秦岭造山带和扬子克拉通北缘等4个构造单元，分别大致相当于碰撞大地构造相的仰冲基底推覆体、增生弧地质体、大洋台地复理石褶冲带和前陆带；其边界断裂由北而南分别是三门峡-宝鸡断裂(RBT)、栾川断裂、商州-丹凤断裂、勉县-略阳断裂和龙门山-大巴山断裂(MBT)[6]。该区大地构造位置属秦岭褶皱系南秦岭海西-印支褶皱带晚古生代坳陷区。矿区位处羊山复向斜北翼、镇(安)-板(岩镇)大断裂南侧，十堰断裂的北侧(图1)。

1—三叠系；2—泥盆系；3—变质杂岩；4—中生代花岗岩；5—前寒武纪火山岩；6—区域性断裂；7—推断断裂；8—铅锌矿床；9—研究区图1 锡铜沟铅锌矿床区域地质图

区域内主要出露地层为古生代泥盆系和少量中生代三叠系，之间呈断层接触。泥盆系主要是巨厚的陆源碎屑类复理石沉积，主要岩性以泥灰岩、灰岩为主另有少量粗碎屑岩、白云岩、粉砂岩等；中生界三叠系主要为一套浅海粗碎屑岩和泥质碳酸盐沉积。第四系覆盖层仅沿坡地、沟谷及河床少量分布。在区域南部，发育一套中新元古代的变火山-沉积岩系，包括武当群、耀岭河群、郧西群等岩群，其中以武当群和耀岭河群为代表。武当群主要由一套变沉积岩以及变火山岩组成，同时还发育一些辉长质或辉绿质的基性侵入体及岩脉[7]；耀岭河群主要以玄武质火山岩为主，与武当群呈过渡或假整合接触关系[8]。

区域上主要发育中生代期印支期壳幔混合型花岗岩[9]，主要分布在佛坪、柞水以北等地区，主要产状为岩基和岩株，岩石的主要岩性为有石英闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩和似斑状黑云母花岗岩等。区域位置上来看，出露的岩体与矿体关系并不密切。

2 矿床地质

矿床位于羊山复向斜北翼的次级褶皱构造-锡铜沟向斜的近核部之南翼和磨子沟背斜的向东倾末端。锡铜沟向斜及磨子沟背斜又被更次一级的小褶皱复杂化，为成矿提供了赋矿空间。该区的赋矿层位为泥盆纪大枫沟组，岩性主要为含炭质泥腩灰岩夹灰色泥灰岩、少量钙质千枚岩及珊瑚生物灰岩、含珊瑚生物炭质泥灰岩夹炭质珊瑚生物灰岩及含少量炭质千枚状泥灰岩及炭质泥质灰岩夹炭质千枚状泥灰岩、浅灰色钙质粉砂岩及生物灰岩。破碎带是该矿床范围内重要的构造类型之一。这些破碎带总体走向近EW，S倾，倾角65°～75°，其走向与地层基本一致，而倾向与地层相反，因此沿倾斜方向多数切穿地层(图2)，但尚未发现明显的错距，只形成了规模不等的破碎带，这些破碎带，为后来的矿液的运移充填交代成矿提供了有利空间，因此，沿破碎带普遍被蚀变、矿化，部分地段富集成矿体。

2.1 矿体特征

区内矿体受断裂、褶皱、破碎带影响，而区内断裂、褶皱、破碎带发育，且规模大小不等。因此矿区内矿体多成群出现，且规模变化较大。搜集前期勘查资料，矿体控制长度100～1600m不等，厚度3.24～15.31m不等，矿体控制延深25～500m不等。

2.2 样品分析

基本分析样品取自钻孔ZKP4901，岩芯取样采用1/2劈心法，按矿石类型分段连续取样，样长一般为1～2.0m。样品分析、加工均在山东省第七地质矿产勘查院实验室，该实验室具有测试乙级资质。化学样品加工经碾碎、过筛、拌匀和缩分4个程序。样品加工流程按如下公式制定：Q=kd2，样品加工损失率不大于5%，缩分误差不大于3%。基本分析项目包括Ag，Pb，Zn，Cd，检测方法采用原子吸收光度法检测。

1—第四系坡积物；2—中泥盆世大枫沟组上段含炭质泥腩灰岩夹灰色泥灰岩；3—中泥盆世大枫沟组上段含珊瑚生物炭质泥灰岩夹炭质珊瑚灰生物灰岩；4—中泥盆世大枫沟组上段含炭质泥质灰岩夹炭质千枚状泥灰岩；5—硅化蚀变带；6—矿体位置；7—预测延伸方向；8—地质产状图2 锡铜沟铅锌矿第49勘探线剖面图

2.3 矿石和矿物结构构造特征

矿石的化石成分：矿石的金属矿物成分主要以Zn，Pb为主，主要伴生金属有Ag，Cd等，其他金属元素还包括Au，Hg，As，Sb等，样品ZKP4901-H3基本分析结果(表1)。

表1 样品ZKP4901-H3基本分析结果

矿石中金属矿物主要有闪锌矿、方铅矿和白铅矿，其次有黄铜矿、黝铜矿、铜兰、辉铜矿、菱锌矿、黄铁矿、褐铁矿等。脉石矿物主要有石英、方解石，其次有绢云母、白云母、黑云母、石榴石、炭质等。闪锌矿、方铅矿主要呈半自形—他形结构。

矿石构造有块状构造、条带状构造、角砾状构造、充填角砾状构造、斑杂状构造。

2.4 围岩蚀变及成矿阶段划分

该区蚀变类型主要为硅化，其次为碳酸盐化和黄铁矿化，其范围仅限于矿体或近矿围岩很狭窄的地段。硅化与矿化关系最密切。

成矿过程可以分为3个阶段：早阶段以含少量结晶较好的黄铁矿的乳白色石英脉为标志，它们切层产出，石英脉遭受构造变形及破碎，石英矿物呈他形—半自形结构特征；中阶段以含硫化物的浅灰色石英脉为标志，多呈网状、不规则状切割早阶段的石英脉，硫化物主要以闪锌矿、方铅矿以及黄铁矿为主，多呈他形结构特征，石英结晶细小，呈他形；晚阶段以发育石英-碳酸盐脉为标志，呈网脉状充填于前阶段的裂隙中(图3)。具有较典型的造山-变质热液矿床成矿特征[3]。

A—早阶段乳白色石英，呈角砾状被胶结；B—中阶段充填硫化物脉；C—晚阶段碳酸盐脉沿裂隙充填图3 成矿阶段划分

2.5 同位素地球化学

2.5.1 氢-氧同位素

锡铜沟铅锌矿氢-氧同位素组成列于表2。从表2可以看出，锡铜沟铅锌矿成矿阶段成矿流体的δ(18O)变化于(8.29～14.09)×10-3，平均为11.19×10-3，δ(D)变化于(-83.4～-75.5)×10-3，平均为-79.5×10-3。

表2 锡铜沟铅锌矿氢-氧同位素数值

对该区的氢-氧同位素数值进行投点，投影点落在岩浆水左侧及变质热水下方范围内，而在该区内基本没有岩浆活动，因此其合理解释是成矿热液可能来自深部封存的变质流体(图4)。

图4 氢-氧同位素散点投点图

2.5.2 硫同位素

锡铜沟铅锌矿硫同位素数值列于表3。从表3可以看出，锡铜沟铅锌矿床δ(34S)同位素含量组成为(11.4～19.7)×10-3，平均为16.65×10-3，与泥盆纪古海水硫酸盐的δ(34S)(δ(34S)=17×10-3[9])相近，说明硫化物中的硫主要来自海水硫酸盐的还原。

表3 锡铜沟铅锌矿硫同位素数值

2.5.3 铅同位素

锡铜沟铅锌矿铅同位素数值列于表4。放射性铅同位素有铀铅(206Pb，207Pb)和钍铅(208Pb)2种，不同放射成因类型的铅同位素反映不同的地质环境和物质组成，因而铅同位素常被用作物质来源的示踪剂。以灰岩白云岩硅-铁-锰沉积建造为主的化学沉积岩的铅同位素一般富铀铅(206Pb/204Pb>18.000，207Pb/204Pb>15.300)贫钍铅(208Pb/204Pb<39.000)的特征。花岗岩类的铅同位素特征与化学沉积岩相似，但铀铅的富集程度偏低[10]。该区206Pb/204Pb值变化于17.313～17.975，207Pb/204Pb值变化于15.531～15.574，208Pb/204Pb值变化于37.873～38.009，显示该区的铀铅富集程度略显偏低，贫钍铅，与花岗岩和化学沉积的铅同位素基本相似，由于该区基本没有岩浆活动，显示化学沉积提供矿石铅源的信息。

通过对铅同位素207Pb/204Pb-206Pb/204Pb，207Pb/204Pb-206Pb/204Pb判别构造环境图进行投点(图5)，样品落在下地壳和造山带之间，与该区的构造环境相吻合，直观表明矿石铅来源受造山影响。

表4 锡铜沟铅锌矿铅同位素数值

A—铅同位素208Pb/204Pb-206Pb/204Pb构造环境判别图解；B—铅同位素207Pb/204Pb-206Pb/204Pb构造环境判别图解；LC—下地壳；UC—上地壳；OIV—洋岛火山岩；OR—造山带图5 铅同位素散点投点图

3 成因讨论

破碎带是该矿床范围内重要的构造类型之一。这些破碎带总体走向近EW，S倾，倾角65°～75°，其走向与地层基本一致，而倾向与地层相反，因此沿倾斜方向多数切穿地层，但尚未发现明显的错距，只形成了规模不等的破碎带，这些破碎带，为后来的矿液的运移充填交代成矿提供了有利空间，沿破碎带普遍被蚀变、矿化，矿体多富集破碎带之间。氢-氧同位素研究表明成矿阶段的成矿流体来自深部的变质热水，硫铅同位素研究表明成矿物质主要来源于泥盆纪海相沉积地层。

上述矿床的区域地质、矿床地质和地球化学特征要求综合考虑区域构造、地层、岩浆、变质、流体等多种地质因素，将这些成矿条件有机地结合起来进行矿床成因分析，从而建立科学而符合地质实际的综合成矿模型。为此，借用碰撞造山成岩、成矿与流体作用模式，即CMF模式[10]来分析锡铜沟铅锌矿成因和成矿过程：

区域上早-中三叠世海相沉积物广泛地不间断地连续发育，指示全面陆-陆碰撞应始于晚三叠世，而白垩纪断陷盆地的广泛出现又指示造山带在白垩纪开始伸展垮塌，如此，晚三叠世至侏罗纪不仅发生了最强烈的挤压造山隆升，而且实现了由挤压向伸展的转变。按照已有的碰撞造山成矿理论，挤压向伸展转变期的减压增温体制是最强的流体成矿作用时期，晚三叠世至侏罗纪时期应是西秦岭地区多种热液矿床大规模形成时间[6]。如二里河铅锌矿床矿前闪长玢岩的锆石U-Pb年龄为(214±2)Ma[11]，柞水二长-闪长花岗岩岩体锆石U-Pb同位素年龄为(213.6±1.8)Ma[12]，马鞍桥金矿床矿前花岗闪长斑岩石英氩氩年龄200Ma[13]，许家坡金矿床成矿时代222.5Ma[14]，银洞沟银多金属矿床成矿石英包裹体铷锶年龄205Ma[15]，李坝大型金矿床石英脉氩氩年龄210.6Ma[16]，阳山金矿床石英氩氩年龄195Ma[17]，小沟里金矿床石英脉氩氩年龄197Ma[18]，还有李家沟金矿床、铧厂沟金矿床、柯寨金矿床及庙山金矿床等[19-21]。在晚三叠世至侏罗纪扬子板块与华北板块陆陆碰撞过程中，秦岭微板块内部发生了一系列的陆内俯冲或逆冲推覆，导致造山带的隆升。前述研究结果和分析表明，碰撞造山成岩成矿与流体成矿作用模式，即CMF模式，应该适用于阐述该区的流体成矿过程(图6)[3]。下插板片受挤压增温增压，热异常便驱动流体循环，不断萃取地层内的大量成矿元素，并将成矿元素搬运至有利于流体聚集、成矿物质卸载的空间，使成矿物质富集成矿。伴随陆陆碰撞造山作用的进行和减弱，区域构造背景由挤压转向伸展，较深层次的导矿和赋矿构造或空间逐渐抬升并演变为开放、脆性的浅层次构造，成为大气降水热液循环的有利通道；同时，随热异常减弱，深源变质流体作用逐渐减弱。因此，成矿流体系统势必由早阶段变质热液为主演化为晚阶段大气降水热液为主，期间不可避免地发生中阶段的流体混合。

1—大气降水；2—岩石脱水；3—斑岩类；4—花岗岩基；5—钨锡石英脉；6—改造型矿床；7—造山型矿床；8—斑岩型矿床；9—浅成低温热液矿床图6 矿床成矿模式示意图

4 结论

锡铜沟矿床赋存于泥盆纪大枫沟组，切穿地层，晚于地层形成时间，矿体主要由构造破碎带控制，矿床类型不应是SEDEX型，可能属于造山型矿床。氢-氧-硫-铅同位素地球化学特征指示成矿流体主要为变质流体向后期大气降水转变，成矿流体与地层发生强烈的水岩相互作用，活化萃取了地层中的有用组分，在构造薄弱带内沉淀富集成矿。

锡铜沟铅锌矿主要形成于晚三叠世至侏罗纪，受扬子板块与华北板块陆陆碰撞，秦岭微板块内部发生了一系列的陆内俯冲或逆冲推覆，导致造山带的隆升。下插板片受挤压增温增压，热异常驱动流体循环，不断萃取地层内的大量成矿元素，并将成矿元素搬运至有利于流体聚集、成矿物质卸载的空间，使成矿物质富集成矿。