栾川县矿集区骆驼山锌铜多金属矿床地质特征及成因

2020-12-21胡红雷朱红运韩江伟严海麒

金属矿山 2020年11期

云辉郭波胡红雷朱红运韩江伟严海麒李伟

（1.河南省地质调查院，河南郑州450001；2.河南省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，河南郑州450001）

栾川矿集区在大地构造位置上处于华北陆块南缘与北秦岭造山带的结合部位，该区域内已发现多个大型超大型斑岩-矽卡岩型钼钨铅锌银矿床。骆驼山铜锌多金属矿区位于栾川地区南泥湖矿床外围西侧，区内主要矿种为硫铁矿、锌铜矿，同时伴生白钨矿、辉钼矿、萤石等多种矿产，以前曾提交储量硫铁矿756.88万t、锌金属量19.17万t、铜金属量2.66 万 t、WO3金属量1.48万t。2019年，在区内开展的深部找矿工作取得重大突破，根据最新的勘查成果，矿区新增资源量铅金属量3.97万t、锌金属量56.97万t、铜金属量 3.61万t、银金属量 30.68 t［1-2］。

学术界对骆驼山多金属矿床成因和矿体特征方面一直存在争议，部分学者认为，骆驼山矿床属于喷流－沉积矿床（SEDEX型）［3-4］；而有些学者认为，该矿床是燕山期岩浆热液充填交代形成的［5-8］。同时对矿床的赋矿层位也存在争议，有学者认为矿体赋存于三川组二段地层中［4］，也有学者认为矿体赋存于南泥湖组二段地层中［8-9］。近年来，有些学者在该区进行了多种分析测试，包括硫化物Rb-Sr等时线年龄［10］、闪锌矿微量元素［11］、硫化物LA-ICP-MS微量元素［12］、成矿流体包裹体［13］。多种分析测试结果均指示该矿床为早白垩世岩浆热液型矿床。

本研究通过整理分析全区已有的地质资料数据，包括矿集区已有的小比例尺地形地质图，504个钻孔资料，26 000个地球化学采样数据，4 095个物探（重力、磁法、电法）测量点数据，建立多元地学信息三维地质模型，对成矿有利部位进行定量预测，并进行深部工程验证。结果显示：位于栾川矿集区的骆驼山锌铜多金属矿床属于岩浆—热液成矿系统，成矿系统自深部至外围表现出明显的分带性，即深部为南泥湖岩体，岩体内外接触带为南泥湖钨钼矿床，中上部（600～1 500 m范围）为矽卡岩型铜锌多金属矿床（中高温），上部为脉状铅锌银矿床（1 500～2 500 m范围）。骆驼山（锌铜多金属）矿床位于成矿系统的中上部（600～1 500 m范围）中间过渡带，通过综合分析认为目前探明的骆驼山矿床仅为其中的一部分，该矿床成矿潜力巨大。本研究结合骆驼山锌铜多金属矿床最新地质勘查成果，重点对该矿床地质特征及成因进行分析，供该区后续找矿勘查及相关研究参考。

1 区域地质背景

矿区位于华北陆块南缘与北秦岭造山带结合部位，栾川断裂和马超营断裂之间。区内继承了华北陆块的地质构造特征，又有陆内造山的演化特点。区域地层总体呈NWW向展布，结晶基底由新太古宙太华岩群中深变质岩系组成，盖层岩系为中元古界熊耳群、中元古界官道口群、新元古界栾川群和宽坪岩群、古生界陶湾群、新生界古近系及第四系。其中官道口群、栾川群是区内钼、钨、铅、锌等多金属矿的主要赋矿层位。

区域构造主要受华北陆块南缘逆冲推覆构造带控制，发育NWW—NW向叠瓦状逆冲推覆构造，形成了一系列紧闭—中常—宽缓褶皱和NWW向逆冲断层。逆冲断层断面北倾，浅部陡深部缓，发育于地层间的顺层断裂产状则较平缓。燕山期伸展拉张环境形成的NNE向或NE向断裂规模相对较小，成群成带分布于中部。逆冲断层之间发育一系列轴面北倾的倒卧褶皱，主要有骆驼山—南泥湖背斜、三川—上房沟向斜、黄背岭—石宝沟背斜，且对燕山期侵入体有明显的控制作用。近EW向断裂带或背斜核部与NNE向断裂带的交汇部位，既是高热流渗透的构造薄弱带，又是含矿斑岩及其驱动的热液成矿系统的定位空间，控制了南泥湖、上房沟、黄背岭、石宝沟、鱼库等侏罗纪—早白垩纪斑岩体及斑岩—热液成矿系统形成的钼钨及铅锌银矿床的分布（图1）。

区内有马圈钨钼锌铅异常（5-甲1）和鱼库尖钨钼异常（9-乙1）两个综合异常。围绕区内出露的小岩体，以南泥湖、石宝沟中心形成了一个规模大、元素分带明显、形态完整的区域地球化学异常区，该异常具有明显的水平分带特征，从异常区中心向外是一个由高温到低温元素的完整序列，元素组合依次为Mo、W、Bi、Cu、Zn、Pb、Ag、As、B、Ge，元素组合在整个异常区分为中心带、中间带和边缘带，中心带为高温的Mo、W、Sn组合，中间带为中低温的Cu、Zn组合，边缘带为低温的Pb、Ag、As组合，元素组合的水平分带特征与斑岩型—矽卡岩型—中低温热液型矿床的成矿分带特征相对应。

区域重力异常特征表现为多个重力低异常。重力低异常与成矿关系密切，如南泥湖岩体对应栾川G-10-5剩余重力低异常，黄背岭岩体对应栾川G-10-18剩余重力低异常，石宝沟、鱼库等岩体对应栾川G-10-34剩余重力低异常。重力梯度带多与区域深大断裂带相对应。钼钨矿床多分布于重力低异常内，矽卡岩型铅锌矿分布于重力低异常边缘部位，脉状铅锌矿分布在重力低异常外围重力梯度带［1-2］。

区域磁异常总体为一个高值磁场区，磁异常形态杂乱，多为点状或点线状，反映出区内地层、构造、岩体分布的复杂多样性。磁异常特征线走向与该区地层的展布方向一致，存在着明显的对应关系。钼钨矿床多与正磁异常相对应，铅锌矿多分布在带状磁异常梯度带上。

2 矿区地质特征

矿区出露的主要地层为栾川群南泥湖组。南泥湖组一段分布在矿区北中部，为南泥湖背斜核部地层，岩性主要为石英岩，夹绢云母黑云母片岩，角岩化后变为长英角岩或黑云母长英角岩，在底部局部地段夹有一层厚度不大的石英黑云片岩。南泥湖组二段分布在矿区南部，以各类角岩为主夹石英（片）岩，沿走向常互相过渡。南泥湖组三段分布在矿区中部及北部，主要岩性为不纯大理岩夹钙硅酸角岩，局部变为矽卡岩。其中二段与三段的接触带为主要矿体的赋存位置，二段地层上部为次要矿体（图2）。

矿区内骆驼山—南泥湖背斜只出露西部的倾伏端。该背斜呈NWW—NW向展布，长6.5 km，宽1.4 km，枢纽走向约110°，向NW倾伏。地表出露核部地层为南泥湖组一段，两翼地层为南泥湖组二段和三段。深部钻孔揭露核部地层为白术沟组三段，次级褶皱发育，为一复式背斜。两翼形态不完全对称，北翼层间小褶皱发育且较紧闭，呈“S”型，整体倾向0°～34°，倾角5°～30°。北端受逆冲断裂挤压地层反倾，倾角20°～78°，由南到北倾角逐渐变大，南翼地表190°～240°，倾角20°～43°。受南泥湖岩体侵入挤压影响局部北倾，倾向340°～8°，倾角40°～43°。核部产状多平缓，倾角5°～10°，显示出宽缓褶皱特征，深部地层倒转，逐渐演化成向斜，南横8、14号勘探线剖面上可以见到明显的箱状构造。矿体形态明显受褶皱控制，矿体产状与褶皱基本一致。

矿区主要有两条NWW走向断层，宽度不大，大部分为0.5～3 m，但是延伸较长，多至矿区外。断层出露部分产状较陡，局部近直立，主要向北倾，断层性质多为逆冲推覆断层。南北两个断裂控制着骆驼山—南泥湖背斜两翼端，断层两侧逐渐演变成两个向斜构造。区内NE向断层一般规模不大，常切穿地层和NWW向断层。主断裂带呈NE向贯穿全区，断裂走向10°～20°，倾向 NW，倾角约 75°，宽1～3 m，被细粒花岗斑岩脉贯入。NWW向层间断裂带属于逆冲断裂构造的次级羽状断裂，分布于矿区中部，一般倾向 190°～240°，倾角 30°～70°。断裂带沿走向长1 500 m以上，沿倾向延深850 m，地表出露宽2～80 m，自上而下分为4条，为矿区的主要控矿构造，控制着骆驼山锌铜矿体的形态、规模及空间分布范围。断裂产于南泥湖组三段和二段地层中，断裂带内由破碎大理岩、长英质角岩、矽卡岩化大理岩、矽卡岩和多金属硫铁矿体化矽卡岩组成。主断裂为主南泥湖组三段与二段层间断裂（L-2矿体），上部断裂为南泥湖组三段地层中的层间断裂（L-1矿体），下部两组断裂为南泥湖组二段上部的层间断裂（L-3矿体、L-4矿体），下部断裂为隐伏断裂。

矿区主要出露的岩浆岩为变辉长岩和花岗斑岩脉。变辉长岩分布在矿区南部，地表呈带状分布，走向280°～300°，两侧底部内倾，倾角50°～60°，呈岩盆状（钻孔揭露），呈中间相和边缘相渐变特征，中间地带粒度较粗，边缘地带粒度逐渐变细。岩石呈墨绿色、灰黑色，变余辉长结构、辉长辉绿结构、块状构造。主要矿物成分为辉石、斜长石、钠黝帘岩石、次闪石、阳起石、副矿物为磁铁矿、磷灰石。细粒花岗斑岩呈NE向岩脉状产出，充填于NE向断层中，脉宽30～50 m，矿区内长1.5 km，产状为130°∠65°～ 85°。岩石呈黄褐色—浅肉红色，斑状—基质微花岗—部分文象结构，块状构造。斑晶与基质主要成分为斜长石、钾长石、石英、黑云母。副矿物为磁铁矿、锆石、磷灰石。岩石轻碎裂，沿裂隙有方解石、不透明矿物充填交代。

南泥湖岩体（图3）位于矿区东侧2.1 km，呈不规则的椭圆形小岩株产出，地表出露长轴约450 m，短轴约300 m，面积0.12 km2。向深部逐渐扩大，垂深600 m（标高700m）处面积增大至1.2km2左右［8］。主要为斑状黑云母花岗闪长岩、花岗斑岩、细晶岩脉等组成的复式岩体，中心位于南泥湖背斜轴部，整个岩体呈290°方向延伸，与构造行迹基本一致，东、西两边不对称，东边陡（50°～80°），西边缓（20°～40°），总体向北西侧伏。西边延伸至矿区深部，岩体埋深1 200～1 800 m，岩体界面趋于水平（5°～15°），从东到西，埋深逐渐加深，整体埋深为1 000～1 773 m。岩体南部与上房岩体连为一体。岩体内外接触带为南泥湖钨钼矿床，中上部（600～1 500 m范围）为矽卡岩型铜锌多金属矿床（中高温），上部为脉状铅锌银矿床（1 500～2 500 m范围）。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

骆驼山锌铜多金属矿体与南泥湖钨钼矿体走向一致，沿NW向展布，呈似层状、透镜状产出于褶皱倾伏端——南泥湖西侧冷水北沟和南泥湖之间（图3）。矿体位于背斜核部和南翼，主要矿体赋存于南泥湖组三段大理岩与二段石英岩之间的层间断裂带的矽卡岩中，呈似层状、透镜状产出。由上到下，由L-1、L-2、L-3、L-4 4条矿体组成（图3），产状与围岩基本一致，倾向SW，倾角30°～50°，平均约40°，分布于南横36线至南横24线之间，长约1 400 m，沿倾向延伸600～840 m，厚度为0.58～46.24 m，矿体在浅部因受褶皱、断裂影响，有分支、复合现象，厚度、产状变化也较大，局部被后期断裂错断，断距不大。深部延伸到逆冲断裂带上，推测断裂带下盘矿体埋深较大，有变薄趋势。矿体下部500～900 m为NM2钨钼矿体（南泥湖—三道庄主矿体），1 000～1 200 m为NM1钨钼矿体，矿体西侧外围为脉状冷水北沟铅锌银矿，呈现出岩浆成矿系统中自深至浅由高温—中高温—中低温矿床的垂直分带性。即中心斑岩型钨钼矿（高温）—矽卡岩型、角岩型钨钼矿（中、高温）—矽卡岩型、角岩型铜锌硫多金属矿（中、高温）—脉状铅锌银矿（中、低温）。其中L-1、L-2矿体为主要矿体，占矿区资源量的80%。矿体具体特征阐述如下：

（1）L-1锌矿体。该矿体长约1 264 m，倾斜延深680 m，矿体呈透镜状，似层状产出，局部有分支复合现象。地表出露不完整，部分被剥蚀，标高1 447～1 090 m，埋深0～400 m。矿体赋存于南泥湖组三段层间断裂带中，倾向190°～240°，倾角30°～50°。矿体厚度0.58～10.76 m，Cu品位0.03%～0.89%，平均0.19%；Pb品位0.01%～1.27%，平均0.44%；Zn品位0.73%～5.58%，平均2.54%；Ag品位1.68～18.8 g/t，平均8.04 g/t；S品位1.2%～16.5%，平均7.28%。

（2）L-2铜锌矿体。该矿体为矿区的主要矿体，矿体长约1 460 m，倾斜延深850 m，矿体呈透镜状，似层状产出，浅部因受褶皱、断裂影响，有分支、复合现象，深部呈似层状，较稳定。矿体赋存标高1 447～950 m，埋深0～500 m。矿体赋存于南泥湖组三段和二段的接触面的层间断裂带中，倾向190°～240°，倾角30°～50°。矿体厚度2.43～46.24 m，平均13.06 m，Cu品位0.14%～0.35%，平均0.34%；Pb品位0.004%～0.88%，平均0.22%；Zn品位0.52%～6.823%，平均3.28%；Ag品位 1.70～7.82 g/t，平均 5.02 g/t；S品位6.6%～14.80%，平均11.24%。

（3）L-3锌矿体。该矿体长约1 377 m，倾斜延深760 m，矿体呈薄板状，矿体无明显分支复合现象。矿体赋存标高1 300～1 000 m，埋深100～400 m。矿体赋存于南泥湖组二段层间断裂带中，倾向190°～240°，倾角30°～50°。矿体厚度0.97～5.146 m，平均2.19 m，Cu品位0.002～0.53%，平均0.13%，Pb品位0～1.11%，平均0.29%，Zn品位0.048%～2.743%，平均0.96%，Ag品位1.73～19.3 g/t，平均6.47 g/t；S品位1.9%～12.1%，平均4.7%。

（4）L-4锌矿体。该矿体长约809 m，倾斜延深730 m，矿体呈薄板状，局部有分支复合现象。矿体赋存标高1 260～950 m，埋深130～450 m。矿体赋存于南泥湖组二段石英片岩中的层间断裂中，倾向190°～240°，倾角30°～50°。矿体厚度1.20～8.90 m，平均4.12 m；Cu品位0.06%～0.27%，平均0.15%；Pb品位0.02～0.03%，平均0.023%；Zn品位0.58%～1.90%，平均1.14%；Ag品位3.05～3.22 g/t，平均3.14 g/t；S品位4.17%～18%，平均9.22%。

L-1、L-2、L-3、L-4 4矿体具体特征参数如表 1所示。矿体估算新增资源量铅金属量3.97万t、锌金属量56.97万t、铜金属量3.61万t、银金属量30.68 t。全区累计资源量铅金属量4.98万t、锌金属量95.10万t、铜金属量8.26万t、银金属量30.68 t，为一大型铜锌多金属矿床。

3.2 矿石特征

（1）矿石矿物成分。矿石的主要矿物以磁黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿为主，黄铜矿、白钨矿、辉钼矿次之，微量矿物为磁铁矿、毒砂、绿柱石等（图4）。脉石矿物以石榴子石、透辉石、石英、钾长石为主，透闪石、萤石、阳起石、符山石、方柱石、绿帘石、硅灰石、方解石次之［13］。本研究通过反光显微镜下对主要金属矿物的交代及穿切关系观察，初步判断该矿床矿物生成的顺序为早期闪锌矿→磁黄铁矿→黄铁矿→白钨矿、闪锌矿→方铅矿→晚期黄铁矿→黄铜矿→毒砂［13］。

（2）矿石结构、构造。矿石结构主要有自形—半自形晶粒状结构、交代—交代残余结构、他形粒状结构、包含结构、充填结构、共边结构、碎裂结构、固溶体分离结构。矿石构造主要有致密块状构造、密集浸染状构造、条带状构造、条纹状构造、团块状构造及不规则脉状、细脉状、网脉状等构造。

3.3 围岩蚀变

矿体主要赋存于南泥湖组三段与二段接触面矽卡岩及两侧的层状矽卡岩、角岩中，顶底板围岩各不相同，L-1矿体顶底板围岩主要为矽卡岩化大理岩，L-2矿体顶板为大理岩，底板为石英岩与碳质千枚岩，L-3、L-4矿体顶底板围岩主要为薄层石英片岩、石英岩。围岩蚀变主要有透辉石化、透闪石化、绿帘石化、硅化、萤石化、碳酸盐化等。

3.4 成矿阶段划分

根据矿物共生组合、标型矿物特征，矿化阶段分为早矽卡岩阶段（主要矿物为石榴子石、辉石、硅灰石等无水硅酸盐矿物），晚矽卡岩阶段（主要矿物为绿帘石、角闪石、绿泥石等含水硅酸盐矿物），石英—硫化物阶段（闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿等金属硫化物），碳酸盐化阶段（形成石英方解石脉等）［11］。这些矿化阶段的产物在矿床中常具有相互叠加现象。

4 矿床成因

4.1 稳定同位素特征

4.1.1 氢氧同位素

南泥湖、上房沟、三道庄钨钼矿区氢-氧同位素分析结果显示，δ18OH2O为-2.1‰～8.4‰，δDSMOW为-102.00‰～-41.00‰［15-17］。在氢-氧同位素图解（图5）中，均落于岩浆水内或其下方，说明其成矿流体主要来自于岩浆水；冷水北沟、骆驼山、三道沟铅锌矿区氢-氧同位素分析结果显示，δ18OH2O为-3.5‰～11.1‰，δDSMOW为-106.80‰～-67.50‰［13，18-20］。在氢-氧同位素图解中，主要落于岩浆水域外围，且向雨水线靠近，说明成矿流体有大气降水的参与。全区氢-氧同位素特征表明，成矿流体主体为岩浆水并伴有与大气降水混合的特征，这与南泥湖—三道庄成矿系统中以钨钼矿为中心，外围分布铅锌银多金属矿的地质特征相吻合。

4.1.2 硫同位素特征

骆驼山矿区硫同位素δ34SV-CDT为 0.37‰～4.2‰［13，19］，经过统计分析骆驼山及邻近矿区的硫同位素数据，显示全区硫同位素δ34SV-CDT为 0.37‰～8.3‰［13，19，21-22］，其分布具有明显的塔式效应（图6），具有与岩浆热液型矿床S同位素组成相一致的特点，表明矿床中的硫主要为幔源硫，但混入了少量壳源硫。

4.2 成矿温度

矿区石英-硫化物阶段测得热液石英的均一温度大致为220～500℃；热液萤石均一，温度范围大致为220～400℃。总体上，该阶段均一温度峰值范围大致为 280～400℃［13］，与闪锌矿中测得的包体温度370～420℃［23］基本相吻合，属于中高温矿床。

4.3 成矿时代

骆驼山铜锌多金属矿床中闪锌矿和磁黄铁矿的Rb-Sr等时线年龄分别为（137±3）Ma［9］、（139.6±2.6）［24］，属早白垩世。南泥湖钨钼矿 LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄为（149.56±0.36）Ma［25］和（145.2±1.5）～（146.7±1.2）Ma［26］；而辉钼矿Re-Os同位素的模式年龄为（141.8±2.1）Ma，加权平均年龄为（145.03±0.69）Ma［27］，等时线年龄为（146.3 ±1.1）Ma［26］。冷水北沟铅锌矿石英40Ar-39Ar年龄为（137.87±0.39）Ma［20］。这些基本一致的成岩成矿年龄表明：骆驼山铜锌多金属矽卡岩矿床、南泥湖—三道庄钨钼矿床和冷水北沟铅锌矿床为同一构造—岩浆—流体成矿事件的产物。

综上所述，骆驼山铜锌多金属矿床是栾川矿集区钨钼铅锌多金属岩浆—热液成矿系统的一部分，为岩浆热液交代型层状矽卡岩型矿床，本研究验证了区内骆驼山多金属矿床与南泥湖钨钼矿床属于同一个成矿系统。矿床表现出成矿系统的垂直分带性，即深部为南泥湖岩体，岩体内外接触带为南泥湖钨钼矿床，中上部（600～1 500 m范围）为矽卡岩型铜锌多金属矿床（中高温）（图3），上部（1 500～2 500 m）为脉状热液充填型铅锌银矿床（中低温）。故本矿床应属于热液交代型层状矽卡岩型矿床。

5 找矿方向

目前已经控制的矿体主要位于南泥湖背斜的西南翼，南横36线～南横24线之间长约1 200 m，宽600～800 m范围内，已经累计查明资源量铅金属量4.98万t、锌金属量95.10万t、铜金属量8.26万t、银金属量30.68 t。本研究分析表明：主要矿体赋存于南泥湖三段大理岩与南泥湖二段碳质千枚岩、石英岩接触界面形成的矽卡岩中，次要矿体赋存于南泥湖二段的石英片岩之间的薄层大理岩和钙质片岩与钙质片岩形成的矽卡岩、角岩中，受次级断裂构造控制明显。

结合地质资料和成矿规律研究，在该区圈出两个找矿靶区，其中：冷水北沟西锌铜矿找矿靶区位于矿区西北，地表出露含矿矽卡岩带在南横36号线以西延伸1 000 m以上，矿体特征与本矿床一致，为本矿床的西延部分；马圈锌铜矿找矿靶区位于本矿床北部，地表及浅部有少量民采工程，地表出露含矿矽卡岩带走向220°左右，倾角60°～68°，控制走向长250 m左右，延深150 m左右，厚度0.70～0.95 m，推断可能为本矿床的北翼部分。因此在已有矿体西延部分和骆驼山—南泥湖背斜的北翼地区有进一步的工作价值，有望在该区形成一个以铜、锌、钨、钼为主的大型—超大型矽卡岩型矿床。