河北省丰宁县牛圈子银金矿床地质特征及控矿因素

樊 磊

(华北地质勘查局五一四地质大队，河北 承德 067000)

1 区域地质背景

牛圈子银金矿处于华北地台北缘内蒙地轴的围场拱断束上黄旗岩浆岩亚带的西侧。区内有康保—围场、丰宁—隆化、上黄旗—乌龙沟3条区域断裂，燕山期强烈活动的上黄旗—乌龙沟区域断裂长期控制区内的地质发展[1](图1)。区域基底变质岩可见元古界红旗营子群，中生代下白垩统中酸性火山熔岩广泛出露，不整合于元古界变质岩系及部分岩浆岩之上。元古界红旗营子群中的Ag、Mo、Pb、Zn等成矿元素丰度较高，被认为是区域成矿的初始矿源层。Ag的丰度在红旗营子变质岩中为0.94×10-6，其浓集系数为1.14～35，浓集克拉克值为7.05；Pb的浓集系数为1.29～14.84，浓集克拉克值为3.71；Zn的浓集系数为0.27～18.97，浓集克拉克值为3.25(表1)。红旗营子群变质岩中Ag，Pb，Zn的浓集克拉克值均高于区内中生代火山岩、海西期—燕山期花岗岩，暗示着区域变质岩系可能是本区铅锌、银矿成矿的主要物质来源[2]。

表1 区域岩石成矿元素浓集克拉克值和浓集系数Table 1 Clarke value and concentration coefficient of mineralization element of regional rock

图1 大地构造位置示意图Fig.1 Sketch map of tectonic location1—Ⅰ级构造单元界线及编号 2—Ⅱ级构造单元及编号 3—Ⅲ级构造单元界线及编号 4—Ⅳ级构造单元及编号

2 矿区地质特征

矿区内出露地层简单(图2)，仅为新生界第四系(Q)。

图2 牛圈子银金矿区地质简图Fig.2 Geological sketch map of Niuquanzi silver-gold mining area1—第四系 2—细粒花岗岩 3—碎裂细粒花岗岩 4—粗粒花岗岩 5—碎裂粗粒花岗岩 6—似斑状花岗岩 7—隐爆角砾岩 8—硅化体 9—闪长玢岩脉 10—煌斑岩脉 11—石英脉 12—褐铁矿化 13—绿泥石化 14—绢云母化 15—高岭土化 16—萤石化 17—硅化 18—银金矿体[w(Ag)≥600×10-6] 19—银金矿体[100×10-6≤w(Ag)<600×10-6] 20—银金矿体[40×10-6≤w(Ag)<100×10-6] 21—实测地质界线 22—渐变地质界线 23—破碎带 24—正断层 25—勘查线及编号

矿区构造以断裂为主，发育4条断层，主断裂带F1是由近十条规模不等、但与主干断裂平行侧列或斜交的一组断层构成的断裂带，矿区内控制长度为1.2 km，走向在79线以南为0°～8°，以NEE偏转为25°～35°，倾向SE，倾角52°～65°，露头宽10～34 m。由压碎角砾岩(破碎带)与断层泥、局部粗糜棱岩组成。断层带与沟谷对应，地貌特征明显。F1断层产状稳定，延展深长，断面沿走向和倾向均呈舒缓波状。压碎角砾岩多为豆状磨砾岩、石英的韧性剪切，定向拉长明显，总体表现压扭性结构面特征。

矿区内岩浆岩主要为燕山期粗粒花岗岩及海西期细粒花岗岩，两者均为直接赋矿围岩。

3 矿床地质特征

3.1 矿体赋存层位

牛圈银金矿深部共圈定铅锌银多金属矿体16条，编号Ⅲ、Ⅲ-1、Ⅲ-2、Ⅲ-3、Ⅲ-4、Ⅲ-5、Ⅲ-6、Ⅲ-7、Ⅲ-8、Ⅲ-9、Ⅲ-10、Ⅲ-11、Ⅲ-12、Ⅲ-13、Ⅲ-14、Ⅲ-15。深部铅锌银多金属矿体主要赋存于沿F1断裂破碎带贯入的隐爆角砾岩体及其上下盘的蚀变碎裂花岗岩中(图3)。

图3 牛圈子银金矿78勘探线剖面图Fig.3 Sectional map of exploration line No.78 in Niuquanzi silver-gold deposit1—以铅锌为主成矿元素矿体及编号 2—以银为主成矿元素矿体及编号 3—金矿体及编号 4—钻孔 5—断层及编号 6—蚀变花岗岩 7—隐爆角砾岩 8—黄铁矿化 9—硅化 10—绿泥石化 11—高岭土化 12—萤石化

3.2 矿体形态、规模及产状

产于隐爆角砾岩体及其上下盘的蚀变碎裂花岗岩中的铅锌银多金属矿体，其产状、形态和空间分布严格受F1断裂构造直接控制。矿体形态较简单，多成似层状、脉状，个别呈透镜状，以似层状、脉状矿体规模较大。Ⅲ号铅锌多金属矿体为深部主要矿体，其他为次要矿体和小矿体。

Ⅲ号主矿体特征：深部钻探控制走向总长500 m，总体走向10°，倾向SE，倾角48°～55°，工程控制最大延伸610 m，赋存高程794～89 m，埋深602～1118 m。单工程控制矿体最小厚度0.93 m，最大厚度27.43 m，平均厚10.63 m，厚度变化系数为85.27%。平均品位：Pb 1.00%，Zn 1.81%，伴生品位：Ag 53.55 ×10-6，Au 0.94×10-6；品位变化系数：Ag 179.20%，Pb 178.38%，Zn 86.95%[3]。

3.3 矿石结构构造

矿石的结构按矿物形态分类主要有半自形粒状结构、他形粒状结构，按矿物之间的嵌布关系分类主要有交代结构、充填结构、包裹结构、乳浊状结构等。

矿石构造主要是浸染状构造：主要表现在闪锌矿、方铅矿、黄铁矿等金属硫化物呈粒度不均匀的集合体较分散地分布于脉石矿物中。

3.4 矿石物质组成

矿石肉眼下呈灰色、灰绿色，可见方铅矿、闪锌矿等金属矿物呈星点状或稀疏浸染状、稠密浸染状分布。经偏光显微镜镜下鉴定和扫描电镜分析研究查明(表2)，矿石的金属矿物主要是闪锌矿、方铅矿、黄铁矿，少量黄铜矿及微量自然铋、铜蓝、黝铜矿、毒砂、磁铁矿、赤铁矿、硬锰矿等。银矿物主要发现有自然银、深红银矿、脆银矿、银黝铜矿、硫银铋矿等。脉石矿物主要是石英，其次为绢云母，少量长石、绿泥石、萤石、方解石、白云石及微量磷灰石、金红石、辉石、锆石等。

表2 原生矿石中主要矿物含量Table 2 Main mineral content in primary ore

3.5 主要矿物的嵌布特征

3.5.1 方铅矿

方铅矿(PbS)微区成分的扫描电镜能谱分析结果显示(表3)，方铅矿的化学成分较为稳定，平均含Pb 86.51%、S 13.49%，与它的理论化学成分较为接近。方铅矿的X射线能谱成分图见图4。

图4 方铅矿的X射线能谱成分图Fig.4 X-ray energy spectrum composition diagram of Galena

表3 方铅矿的能谱微区成分分析结果Table 3 Analysis data of energy spectrum micro-zone composition of galena

方铅矿的产出形式主要有：① 呈他形粒状、脉状、不规则状充填于石英、绢云母等脉石矿物粒间或裂隙、孔洞中(图5a)，方铅矿的粒度较粗，最粗者粒度可大于2 mm，粒度范围主要在0.05～0.50 mm之间，部分方铅矿中可见包裹细粒的(0.01～0.0.05 mm)石英、绢云母、石榴石等脉石矿物，使方铅矿的嵌布粒度统计时往细粒方向偏移；② 呈他形粒状沿闪锌矿或黄铁矿的粒间、边缘、裂隙或孔洞充填交代(图5b)，可见两者在形态上互相包裹，方铅矿与它们间的接触界线多呈港湾状、蚕食状等；③ 与黄铜矿接触嵌生(图5c)，多数情况为方铅矿与闪锌矿、黄铜矿三者复杂嵌生；④ 包裹呈柱状、不规则状的脆银矿、深红银矿等(图5d)。

图5 方铅矿的产出特征Fig.5 Occurrence characteristics of galena(a)方铅矿呈他形粒状、脉状、不规则状充填于石英、绢云母等脉石矿物粒间或裂隙、孔洞中；(b)方铅矿内包裹细粒的脉石矿物及闪锌矿；(c)方铅矿交代包裹黄铜矿，与闪锌矿三者复杂嵌生；(d)方铅矿包裹他形粒状的深红银矿和呈柱状的脆银矿。Gn—方铅矿 G—脉石矿物 Sp—闪锌矿 Ccp—黄铜矿 Pyr—深红银矿 Sth—脆银矿

3.5.2 闪锌矿

闪锌矿微区成分的扫描电镜能谱分析结果显示(表4)，普通闪锌矿部分含铁，部分不含铁，含Fe量范围为0～7.47%，平均含铁2.63%；铁闪锌矿的含Fe量范围在10.14%～13.78%之间，平均含铁10.25%。按普通闪锌矿和铁闪锌矿矿物含量比=4∶6计算，矿石中闪锌矿平均含Zn 60.80%、Fe 7.20%、S 32.00%。闪锌矿的 X 射线能谱成分图别见图6。

图6 闪锌矿的X射线能谱成分图Fig.6 X-ray energy spectrum composition diagram of sphalerite

表4 闪锌矿的能谱微区成分分析结果Table 4 Analysis data of energy spectrum micro-zone composition of sphalerite

闪锌矿的嵌布情况较复杂，产出形式主要有：① 呈不规则状、他形粒状或脉状充填于脉石矿物粒间、裂隙、孔洞中(图7a)，嵌布粒度不均匀，粒径范围在0.01～2.00 mm之间。② 与方铅矿关系密切，被方铅矿沿其边缘、裂隙交代(图7b)；③ 呈他形粒状与黄铁矿接触嵌生(图7c)；④ 与黄铜矿接触嵌生(图7d)，部分闪锌矿包裹他形粒状或乳浊状的黄铜矿；⑤ 与矿石中的银矿物关系密切，包裹不规则粒状的自然银、银黝铜矿、脆银矿或与深红银矿等接触嵌生(图7e)。

图7 闪锌矿的产出特征Fig.7 Occurrence characteristics of sphalerite(a)闪锌矿呈不规则状、他形粒状分布于脉石矿物中；(b)闪锌矿与方铅矿复杂嵌生；(c)不规则状的闪锌矿沿粒状的黄铁矿边缘交代；(d)闪锌矿与不规则状、他形粒状的黄铜矿接触嵌生；(e)闪锌矿包裹不规则状的自然银、脆银矿。

3.6 主要矿化类型

通过井下矿化特征、矿石结构构造对比的总结，认为矿区深部矿体主要可分为几种类型：

1)似层状、脉状铅锌银矿化(图8a、8b)，其矿石矿物组合：团块状自形晶褐黑色铁闪锌矿、黄铁矿、方铅矿与石英、淡绿色萤石、方解石共生，特征是蚀变明显，硅化强烈，方铅矿中含银矿物。

2)团块状铅锌矿化(图8c、8e、8f)，其矿石矿物组合：团块状铅锌矿石，方铅矿晶形良好，局部破碎呈角砾被晚期白色萤石胶结，硅化强烈。

3)硅质角砾岩中的矿化(图8d)，黄铁矿与细粒浸染状闪锌矿、方铅矿、石英共生，硅化强烈。矿化主要发生在胶结物中，少量角砾中同样含有硫化物。

图8 主要矿化类型Fig.8 The main mineralization types

3.7 围岩蚀变特征

深部蚀变特征主要为硅化、绢云母化、绿泥石化、高岭土化和碳酸盐化等，为一套典型的低温热液矿物组合。硅化是区内最主要的近矿蚀变，且与矿化关系密切。不同类型和期次的蚀变在时空上相互叠加、相互过渡，反映出热液活动的多期性，使蚀变分带复杂化。

根据主要蚀变岩与矿体的空间关系以及蚀变矿物组合，可将蚀变岩划分为四个蚀变带：硅化带、绢云母化带、绿泥石化-碳酸盐化带、钾化带[4]。

1)硅化带：该蚀变带主要在含矿硅质隐爆角砾岩和碎裂粗粒二长花岗岩岩基内产出，其中以矿体上盘最为发育。主要蚀变矿物为细晶石英以及少量绢云母和少量绿色萤石。整条蚀变带长度为几十米到几百米，厚度几米到几十米不等，其分布范围和产出形态与矿体大体相似。

2)绢云母化带：蚀变原岩为隐爆贯入角砾岩和碎裂粗粒二长花岗岩，矿体下盘相对发育。蚀变矿物以绢云母为主，其次有细晶石英等。该蚀变带无论在长度上还是宽度上均明显大于硅化带。

3)绿泥石化-碳酸盐化带：该蚀变带主要产在粗粒二长花岗岩岩基内，宽度达百余米，蚀变矿物组合以绿泥石、方解石为主，次有石英和绢云母等。

4)钾化带：主要蚀变矿物为钾长石，其次有黑云母、石英。该蚀变带分布广，宽度大，一直过渡和消失于花岗岩体中。

4 控矿因素

4.1 构造因素

燕山期强烈活动的上黄旗—乌龙沟区域断裂从矿区西部外围通过，该断裂具有长期活动，切割深度大，控岩控矿明显等特点。受区域断裂影响次一级的NE向F1断裂带是本区的主要容矿构造，本区银金矿体、铅锌多金属矿体主要赋存于沿F1断裂破碎带贯入的隐爆角砾岩体及其上下盘的蚀变碎裂花岗岩中，F1断裂带及张裂隙带为含矿流体提供了迁移、沉淀空间，为牛圈银金铅锌矿体的形成提供了储集场所。F1断裂构造直接控制着隐爆角砾岩体的产状、形态和空间分布，而角砾岩体又进一步控制银金铅锌矿体的产出形态。

4.2 岩浆岩因素

深部铅锌银多金属矿体主要赋存于沿F1断裂破碎带贯入的隐爆角砾岩体及其上下盘的蚀变碎裂花岗岩中，矿床的直接围岩是中粗粒花岗岩、二长花岗岩，岩石受力变形强烈，呈似片麻状构造，但成矿元素丰度不高，说明隐爆角砾岩和碎裂花岗岩作为控矿因素主要是为矿化提供了赋矿空间。

钻孔揭示深部的细粒花岗岩有黄铁绢英岩化和金矿化，且与细粒花岗岩与矿体空间关系较为密切，推测细粒花岗岩可能提供部分岩浆热液及矿源。

5 矿床成因探讨

5.1 成矿物质来源

前人[1，6-8]对21件黄铁矿、方铅矿、闪锌矿的硫同位素分析结果(3.3‰～5.2‰，平均值为4.57‰)显示，硫同位素组成与陨石硫组成略有偏差，其变化范围窄，均一化程度高，具有塔式分布，说明硫源单一，具深源硫特征，为继承了基底变质岩中的的硫， 反映成矿与重熔作用有关，认为硫既来源于深部岩浆流，也来源于老地层。

此外，与矿化时空关系密切细粒花岗岩可能也提供部分矿质，细粒花岗岩的Ag，Au，Pb等元素丰度依次比维氏值高13.6倍、3.6倍和4.3倍，达强富集状态。普遍含电气石、萤石、钍石及铅、钼、铜等矿物。钻孔中可见细粒花岗岩有黄铁绢英岩化和金矿化。在其形成和侵位过程中不但带来热源，同时也带来成矿物质和流体[6]。

5.2 成矿流体来源

石英氢氧同位素测试结果表明，δ18O值为1.31%～4.15%，平均值为2.74‰，δD值为-98.7‰～-116.9‰，平均值为-106.53‰，与原始岩浆水中δ18O(6‰～9.5‰)和δD(-40‰～-80‰)相比略有偏离，有地表水混入，成矿流体属深源混合岩浆水[7-8]。

5.3 成矿作用分析

牛圈子银金矿处于华北地台北缘内蒙地轴的围场拱断束上黄旗岩浆岩亚带的西侧，区域上经历了海西和燕山期构造运动，形成了区域矿产密切相关的沽源超级环形构造[9]及本区的NNE向展布的上黄旗—乌龙沟断裂带。地下深源含矿流体沿构造薄弱区上侵运移，到浅部有大量大气降水的加入，并在降温(与浅部大气降水混合)降压过程中发生流体沸腾[10]，因元素活化迁移能力的差异等引起成矿元素先后沉淀成矿。矿化具有上银金、下铅锌的垂向分带特点，以沸腾面划分，以上为贵金属带，以下为贱金属带[11]。牛圈子银金矿是在同一构造岩浆成矿系统环境内，于不同构造部位形成不同类型的矿床组合，具有同源和不同赋存空间的特征。

根据上述的矿床地质特征、控矿地质因素，矿质来源、成矿作用等分析，认为本区铅锌银多金属矿属于深源混合岩浆水中低温热液型矿床。