河南省破山银矿地质特征与成因探讨

2019-08-30李俊锋杨贺杰

世界有色金属 2019年13期

胡伟，徐刚，李俊锋，魏鸿，杨贺杰，方荣

（河南省有色金属地质矿产局第三地质大队，河南郑州 450016）

河南省桐柏县的破山银多金属矿床发现于20世纪70年代，为全国少有的大型独立银矿床之一。经过多年的开采，现矿山已近枯竭，深边部及外围寻找后续资源刻不容缓。由于破山银矿床产于富含炭质歪头山组地层，层控特征显著，矿床规模大，成因类型特殊，引起广大地质工作人员的关注和研究，并被作为层控造山型矿床的代表。本文通过对前人资料的研究，从矿床特征、控矿因素及物质来源方面进行分析，进而探讨矿床的成因，为该老矿山深、边部寻找接替资源提供依据和指导。

1 区域及矿区地质

桐柏山区位于河南省南部的桐柏县内，属秦岭～大别碰撞造山带的一部分，其地质背景独特，构造演化复杂，成矿条件优越，形成了众多矿床。位于朱阳关～夏馆～大河断裂北侧二郎坪弧后盆地内的围山城层控金银多金属成矿带为该区著名的矿集区[1]，该矿带包括破山特大型银矿床、银洞坡大型金矿床、银洞岭大型银多金属矿床以及南小沟、张庄、栾家冲等金银矿点。矿带内出露地层主要为新元古界歪头山组（Pt3w），其次为大栗树组（Pt3d）；主要构造为河前庄背斜；规模较大的侵入岩体是中生代的桃园岩体和燕山期的梁湾岩体。

破山银矿床位于围山城金银多金属成矿带西端前河庄背斜的西南翼，赋存于上元古界歪头山组上部第二段（Pt3w32）的炭质绢云石英片岩中[2]，仅A10号矿体斌存于中部第六段斜长角闪片岩中。矿区内煌斑岩脉广泛分布，规模较大，呈脉状，常与矿体相伴生。

区内歪头山组上部第二段（Pt3w32）的炭质绢云石英片岩可分三层，每层均有工业矿体产出，但主要工业矿体赋存于中、下部，现将各层分述于下：

第一层：绢云石英片岩夹炭质绢云石片岩，偶夹黑云变粒岩及黑云斜长片岩，厚40m～95m，A6号、A4号、A5号矿体分布其中。

第二层：下部为黑云变粒岩夹炭质绢云石英片岩及绢云石英片岩薄层，上部为炭质绢云石英片岩夹绢云石英片岩，厚29m～90m，A1号、A2号、A9号矿体分布其中。

第三层：为不等粒黑云变粒岩夹炭质绢云石英片岩，顶部为一层不连续的白云石英片岩，厚20m～110m，A7号、A8号矿体分布其中。

1.1 矿体特征

经勘探工程圈定，共由十三个矿体组成，自上而下依次为：A7号、A8号、A1号、A2号、A11号、A9号、A5号、A5-1号、A4-2号、A6-2号、A6-1号及A10号矿体[3]，除A2矿体外均为工业矿体，系伴生有可供综合利用的铅、锌、硫、镉、金等有益组份的特大型银矿床（图1）。

矿体沿层间断裂分布，与围岩无明显界线，呈不规则似层状、脉状、透镜状，具膨缩、分枝复合、尖灭再现等特征。产状与地层基本一致，局部有交角，倾向南西，倾角变化，矿区中段为中等倾斜，西段较陡，东段较缓，沿倾向上陡下缓。平面上呈雁行状，横剖面上呈叠层状。主要工业矿体有A1、A6-1、A4-2、A6-2、A5，其金属量合计占全区银铅锌矿体总量的92.7%，为主要矿体。主要工业矿体长均大于500m，延深500m～630m，延展面积0.4km2～1km2，平均厚度为2.35m～5.38m。矿体一般周边较薄，纵横方向均可见膨缩变化，厚度变化系数为66～98%。银在矿体中分布不均匀，厚大部位较富，为数不多。成矿后的断裂构造及火成岩脉对矿体无影响或影响微弱，除A5矿体属矿化较连续—不连续外，余者均为连续或较连续的矿体。

图1 破山银矿区矿体平面分布图

1.2 矿石特征

1.2.1 矿石矿物成分

本矿床矿石泛指含银矿物及金属硫化物（黄铁矿、方铅矿、闪锌矿）的硅化炭质绢云石英片岩，矿石中金属矿物总含量一般小于15%，金属硫化物往往只占5%～10%，且不易见到银矿物。地表氧化矿石中金属硫化物罕见，脉石矿物占矿石总量90%左右，其中石英占70%左右。

主要金、银矿物特征：

自然银（Ag）：银白色，树枝状、片状、粒状及发丝状，嵌布于石英、方解石、菱铁矿中或生长在石英脉、碳酸盐脉的晶洞孔隙内，粒径一般为0.04mm～0.6mm，个别大者为1cm～2cm，经电子探针分析含银100%，银的成色很高。

辉银矿（Ag2S）：黑灰色，焦炭状，偶见立方体晶粒，性柔软。粒度为0.08mm～0.19mm，原生辉银矿常在方铅矿中呈固溶体分离物出现，在氧化矿石空洞中，常与褐铁矿连生或包于其中。电子探针及化学分析Ag含量53%～65%，硫含量9.67%～12.23%。

银金矿（Au、Ag）：较淡的金黄色，呈树枝状、薄片状，粒径0.00n～0.0n，延展性好，金银含量常有变化，电子探针分析，Au含量为49.16%～63.90%，Ag含量为33.80%～48.32%。

脉石矿物主要有石英、绢云母、方解石，炭质与绿泥石含量不高，但与银矿关系密切。

石英：有两种，其一为原生沉积物，浅灰、灰黑色，粒状集合体，油脂光泽；粒径0.06mm～0.2mm，常含炭质物，多见于氧化带。其二为热液形成的，灰白色或无色，透明—半透明，玻璃光泽；黑色石英含银较高为30.67g/t～145g/t，可能与含银较高的炭质有关；无色石英含银为27.21g/t～71.74 g/t。石英的含银量，氧化矿石比混合矿石高，比原生矿石更高。

绢云母：淡绿色，质软，略具滑感。一种为自变质形成，具长石假象；另一种为热液产物，多为细小鳞片集合体。绢云母含银量为2g/t～7.6g/t。

炭质：黑色，土状光泽，质软，污手具滑感。镜下可见呈不规则状或鳞片状，反光镜下可见微量晶石墨，炭质及炭质混合物含银量更高。

1.2.2 银的赋存状态

矿石中的银主要呈独立矿物存在，以辉银矿为主，自然银次之，深红银矿、银黝铜矿及硫铜矿少量，银金矿一角银矿多产于氧化矿石中。少部分呈分散状态的银，以混入物分散在金属氧化物和脉石中，如石英单矿物中的银或呈吸附状态，或以超微粒包体杂质存在。

银矿物的赋存形式有：

（1）一种或几种银矿物与硫化物的一种或几种连生或呈包体，或在边部交代金属矿物。

（2）一种或几种银矿物直接嵌布在石英脉或碳酸盐脉中。

（3）次显微状赋存于金属硫化物及脉石矿物中。

矿石中与主金属伴生的金属硫化物是黄铁矿、方铅矿、闪锌矿，它们与银矿物关系密切，自身也含银。

银含量变化及其与伴生元素的关系：

金与银的关系不太明显，一般品位高的银矿石中含有金，银与铅锌关系密切，一般呈正相关，但在标高100m以下则转为离散关系。银含量与标高不相关，而铅、锌、硫、镉随标高降低而有增高的趋势，显示垂直分布的迹象。

金的赋存状态有两种：一种以自然金、银金矿等独立的金矿物存在，另一种呈分散状的金，呈质点状机械混入黄铁矿、方铅矿晶格中，或呈超微粒包体存在于其它金属矿物及脉石中。铅锌皆以独立矿物存在，既可独立嵌布在脉石中，也可呈连生产出。氧化矿石中铅可形成铅铁钒、磷硫铅铝矿等，而锌则无氧化矿物。硫、镉无独立矿物，后者主要呈类质同象赋存于闪锌矿中，其余很少量的镉分散在黄铁矿、方铅矿、方解石及炭质中。

1.2.3 结构构造

根据金属硫化物、含银金属矿物的结晶程度、颗粒大小、结合关系，主要矿石结构为：

自形—半自形粒状结构：黄铁矿为此种结构的代表矿物，多为自形或半自形粒状。

它形粒状结构：银矿物、方铅矿、闪锌矿等晶形不规则，晚于黄铁矿晶出，呈它形结构。

固溶体分离结构：自然银在方铅矿中呈乳滴状固溶体分离结构，闪锌矿晶体内有黄铜矿、方铅矿乳滴状分泌物。

交代结构：较早晶出的黄铁矿被闪锌矿、方铅矿交代溶蚀形成骸晶，闪锌矿被方铅矿交代，形成港湾状。

压碎结构：黄铁矿被压碎由自然银、方铅矿、深红银矿及闪锌矿交代。

矿石构造主要分为五种：

浸染状构造：银矿物和硫化物浸染于炭质绢云石英片岩或脉石中。

网脉状、脉状构造：含银及金属硫化物的石英、碳酸盐细脉沿炭质绢云石英片岩等裂隙充填。

角砾状构造：炭质绢云石英片岩碎裂成角砾状，主要产于经受多次构造活动的破碎带内，破碎角砾为硅质—碳酸盐胶结。

变余层状、条带状构造：细粒黄铁矿等沿炭质绢云石英片岩的片理分布，构成清晰层纹。

块状构造：局部金属硫化物特别富集，形成块状构造。

1.3 围岩蚀变

热液作用使围岩受到不同程度的蚀变，主要蚀变类型有硅化、绢云母化、碳酸盐化，其次为绿泥石化、粘土化。硅化分布范围广，石英通常呈脉体沿裂隙充填，或者以面形蚀变的方式渗透性交代围岩。通常，烟灰色石英含银较高，可能与夹杂炭质和微细粒硫化物有关。矿石中的炭质含银较高，银品位的高低取决于炭质的多少。绢云母化常与硅化相伴，强弱随硅化的强弱而变化，但强度次于硅化，与硅化相伴的绢云母化越强则矿化越强。由于围岩为绿片岩相的变质岩，含有大量绢云母，使得变质绢云母与热液期形成绢云母叠加在一起，二者的区别为：变质绢云母具有定向排列特征，为长石类及泥质物质变质而成，变质较浅的可见长石残体；而热液绢云母主要为细小鳞片集合体组成的不规则团块或细脉。

2 控矿因素

2.1 地层岩性控矿

歪头山组各岩性段银、铅、锌等成矿元素的平均含量都大于地壳丰度值，上部第二岩性段成矿元素平均含量又高于其它各岩性若干倍，为成矿元素浓集层位，歪头山组各主要岩石类型成矿元素平均含量见表1。其中又以上、中部炭质绢云石英片岩最高，变粒岩次之，二者相互叠置形成矿源层。

破山的银工业矿体绝大多数赋存于炭质绢云石英片岩中，少数矿体或矿化在变粒岩及斜长角闪片岩内，因此，炭质绢云石英片岩是主要控矿岩石，其所在层位歪头山组上部第二岩性段即为含矿层或找矿标志层。

银矿体的规模与矿源层厚度呈正相关，矿区中部含矿层厚186m，银矿体厚且富，含矿层厚度向西、向东变薄，矿体亦随之变薄，减少。

矿体产状与围岩产状基本一致，并随围岩产状变化而变化。矿体与围岩界线可以是突变的，也可是渐变的，二者外观特征极为相似，因此，其确切界线往往依据化学分析结果圈定，不少情况下炭质绢云石英片岩即是矿体，地层、岩性控矿十分显著。

2.2 构造控矿因素

破山银矿床位于背斜西南翼，含矿岩系呈单斜产出，炭质绢云石英片岩与变粒岩相间叠置。在北东～南西向水平侧向挤压力长期持续作用下，导致中等倾斜岩层的反向剪切滑动，沿炭质绢云石英片岩层形成极其发育的层间拖拉褶皱和层间断裂（挤压破碎带）。随其产状、宽窄、内部结构、角砾与胶结物成分的差异，矿体呈现膨胀、收缩、尖灭、再现等特点。充分显示成矿过程中矿液运移、沉淀场所的选择性，破碎带宽、空间大、压力骤降，适宜矿液聚集沉淀，形成厚大矿体，反之则不利成矿。

层间挤压破碎带宽度变化与其产状陡缓关系密切，同时又影响内部结构和物质组成，一般沿倾向延深在缓倾地段有变厚趋势，沿走向拐折区间有加宽现象。两盘岩性不同，贮矿性能有显著差异。层间挤压破碎带的构造分带发育不良，仅局部可见自中心向外由角砾岩带-透镜化片理揉皱带-密集张剪节理带-破裂岩带等不完全对称的分带现象。层间挤压破碎带的组合形态常呈平行斜列，银矿体组合特点恰似其貌。

表1 歪头山组各主要岩石类型成矿元素平均含量

发育在破碎带和含矿层内的层间张、剪节理、劈理、轴面片理以及被揉皱的顺层片理等，受局部应力场和岩性控制明显，规模小，频度高，密集成带，分布集中，常成为布矿、贮矿的有利空间。

表2 破山矿床不同阶段形成的透明矿物均一温度测定结果

3 成矿物质来源分析

破山银矿床的形成，首先取决于“矿源层”的存在，而矿源层是在火山～沉积作用下形成的，硫、铅同位素组成有很好的一致性，硫接近陨石硫，铅属单阶段演化的正常铅，矿石矿物中一些微量元素标型特点则反映其火山～沉积成因[4]。银的含量在黄铁矿、方铅矿中十分丰富；而花岗岩类岩石均不具备提供形成大型层控银矿床的物质基础。

可以认为：本矿床中成矿物质主要来自地壳下部或上地幔，由较远源的海底火山喷发携带而来，但并不排除正常沉积作用（即陆源）提供部分矿质的可能性。

4 成矿机理及矿床成因探讨

据矿床地质特征和成矿物质来源剖析，成矿机理可归纳为四个方面。

4.1 火山—沉积作用

晚元古代本区为一狭长海槽，火山活动频繁，歪头山组沉积厚达2500m。火山喷发物质中包含、吸附与携带银、铅、锌、金等成矿元素，与陆源物质一起进入海水，受海水密度效应和致冷效应，在海底最大密度层下，经海底水流的循环与扩散作用，沉积全浅海一些小型凹陷中，由于水化学条件改变，还原环境的多次出现，加上有机质的繁衍、分解及吸附作用，形成了原始的含矿沉积建造，火山～沉积作用形成了矿源层。

4.2 区域变质作用

加里东期至华力西早期的区域变质作用，使矿源层受到改造，成矿物质迁移富集。含矿岩系处于绿片岩相—角闪岩相的中温中压区域变质作用中，变质温度为350℃～600℃，压力4千帕～10千帕，地热梯度为15℃/km～20℃/km，区域变形作用形成褶皱、断裂。

使岩层中粒间水、矿物中结晶水、渗透下面的地表水以及CO2、HS—等汇集成变质热液，变质热液携带成矿物质由两侧向内部，由深部向浅部的构造低压带，低电位带、低化学位带及低变质带运移、富集、沉淀。广泛发育硅化、绢云母化，矿石多具浸染状、网脉状构造，矿床沉积特征渐趋消失而热液特点明显。成矿温度主要在300℃～200℃间，压力2千帕～4千帕（表2），PH值为6.55～7.38。

综合上述，变质分异和重结晶阶段一些金属硫化物如黄铁矿等晶出温度为300℃～450℃，大量含银金属硫化物，银矿物及脉石矿物在200℃～300℃间沉淀，银矿床形成于175℃～320℃间，因此，区域变质阶段是主要的成矿阶段。