河南汝阳老代仗沟铅锌矿床成因研究

张衡，胡永丽，侯四周，李亚涛，李爽，李茜

（河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院，河南 郑州 451464）

0 前言

老代仗沟铅锌矿床位于河南省汝阳县南部山区，行政区划隶属汝阳县付店镇管辖，其坐标范围为：东经：112°20′30″～112°22′31″，北纬：33°58′23″～33°58′49″。1989—1991年，河南省地矿局地调二队对汝阳县老代仗沟铅锌矿区P5矿带进行了详查，提交Pb+Zn C+D级金属资源量12.90万t，平均品位Pb 2.02%、Zn 2.52%，矿床规模为中型。2002—2006年，河南省地矿局第二地质勘查院对汝阳县裂子山铅锌矿区老代仗沟矿段P1和P4矿带进行了普查，共估算Pb+Zn（333）+（334）? 金属量522330.6 t，平均品位Pb 3.01%、Zn 5.79%，矿床规模为大型，是外方山地区付店矿田内重要的铅锌矿床。

外方山地区付店矿田的铅锌矿床主要分布在东沟斑岩型钼矿的四周（图1a）（马红义等，2008），关于该地区铅锌矿床的成矿类型，一些学者认为是热液脉型（金昌，2017），另一些学者认为是热液充填交代型矿床（燕长海和刘国印，1995）。

本文在前人研究基础上，通过系统的收集、整理和综合分析各类老代仗沟铅锌矿床地质资料，总结了老代仗沟铅锌矿床的矿床地质特征，并对不同矿体开展了流体包裹体和同位素测试，基于年代学、同位素及流体包裹体特征分析，对该矿床成因进一步进行探讨，提出老代仗沟铅锌矿床为岩浆热液充填型铅锌矿的观点，本研究成果可为汝阳南部地区同类型铅锌矿床的勘查找矿提供参考。

1 成矿地质背景

研究区位于华北地台南缘、华北板块古生代向南仰冲的碰撞拼接带中（王令全等，2014），地处华熊台隆外方山隆断区的中低山构造剥蚀区（图1b）。区内地层由太古宙太华岩群中深变质岩系基底和中元古界熊耳群火山岩系盖层组成，区内断裂构造发育，岩浆活动强烈、频繁，西南部由于太山庙巨型花岗岩岩基侵入事件的重大影响（王鹏飞等，2016），钼、铅锌成矿元素在各自有利的区域聚集成矿，形成了本区独特的以铅、锌、钼为特征的多金属矿产地。

图1 老代仗沟铅锌矿区大地构造位置（a，自马红义等，2008）及区域地质矿产简图（b）

区内地层属华北地层区豫西分区熊耳山小区，区域上中元古界熊耳群火山岩系广泛分布（严海麒等，2007），由早到晚可划分为许山组、鸡蛋坪组和马家河组中—中酸性火山岩。其中，鸡蛋坪组在区内大面积分布，岩性以安山岩、英安岩类为主，岩石化学成分Pb、Zn、Ba、V、Zr、Cu、Mo含量较高，而Cr、Ni、Co含量低，此特点是岩石自身含量加上后期热液矿化叠加的结果（毛景文等，2006）。

区内以拔菜坪背斜为主的褶皱平缓，近东西向、北西向及北东向3组断裂构造发育（殷建峰等，2020）。近东西向及北东向的断裂构造控制了本区铅锌矿床（点）的分布（图1a），为赋矿构造；北西向断裂规模大，断切深，为导矿构造。北西向断裂与近东西向断裂的交汇部位往往形成大型（王坪西沟和老代仗沟）和中型（西灶沟）铅锌矿床。王屋山晚期石英二（闪）长岩呈北东东向和东西向展布，由北向南较集中分布于上述三条近东西向断裂带中，明显受近东西向和北西向断裂的控制（李永峰等，2005）。

燕山期岩浆活动主要是陆内拉张环境形成的太山庙复式花岗岩岩基（郭保健等，2005），在汝阳南部地区南西部大面积出露，与熊耳群火山岩呈外倾侵入接触，倾角20°～45°，向北东倾伏，与东沟钼矿床的下部花岗斑岩体在深部相连。

2 矿床地质特征

2.1 矿区地质特征

矿区出露地层主要为熊耳群鸡蛋坪组二段、三段，第四系残、坡积物及冲洪积物（图2）。本区位于廖庄—拔菜坪背斜的南侧，地层总体走向北东-南西向，倾向一般135°～175°。岩性主要为玄武安山岩、杏仁状安山岩，夹英安岩、流纹质英安岩、凝灰质粉砂岩，局部为火山角砾岩、集块岩、凝灰质粉砂岩等。

矿区位于老代仗沟-黄沙岭近东西向断裂带的西段，拔菜坪宽缓背斜东段南翼，断裂十分发育。主要是近东西向的一组断裂，以P5断裂带规模最大。P5断裂位于矿区中略偏北部，西起狄里沟，向东延至老代仗沟北坡40勘探线东85 m尖灭，出露长2015 m，宽8～20 m，最宽45 m。19～12勘探线间破碎带走向东西，12勘探线以东和19勘探线以西为北东东走向。19勘探线以西破碎带倾向南，倾角65°～80°；以东破碎带倾向340°～360°，倾角64°～85°。

矿区内的侵入岩脉主要有闪长细晶岩脉及热液期形成的石英脉、方解石脉等。

2.2 矿体矿石特征

该矿区目前在拔西灶沟－老代仗沟－黄沙岭－绿竹坪近东西向断裂带与北西向掘头村—王坪断裂的交汇部位共发现P1、P4、P5、P6、P7四条含矿构造蚀变带，其中P1、P4、P5为较大规模含矿构造蚀变带（图2）。P5含矿构造蚀变带中的含有、两个主要矿体（图3）。P1和P4含矿构造蚀变带分别含有的P1-1和P4-1主矿体。

图3 老代仗沟铅锌矿区、矿体勘探线剖面组合图（据付治国等，2008修改）

P1-1矿体位于P1含矿构造带中，矿体走向近东西，倾角72°～87°；矿体沿走向长1185 m，厚度平均3.78 m，矿体平均品位Pb 2.64%、Zn 4.28%。矿体总体Zn含量高，品位变化幅度稍大。

P4-1矿体位于P4含矿构造带中，矿体产状与破碎带产状一致，随其呈舒缓波状。矿体在16号勘探线以西走向近东西，16号勘探线以东走向渐变为北东东向，倾角50°～86°，矿体沿走向长2020 m，厚度平均2.58 m，矿体平均品位Pb 3.81%、Zn 8.15%。总体Zn含量高、品位变化幅度稍大，Pb含量低、品位变化幅度小。总体上矿体品位随着厚度的增大而增高。

该矿区矿石地表以氧化矿石为主，深部为硫化矿石（图4），结合金属矿物共生组合可以进一步划分为6个自然类型（表1）。矿石的结构主要有半自形－他形粒状结构、交代残余结构，次为固溶体分离结构。矿石构造主要以块状、细脉浸染状、脉状、条带状构造为主，次为斑块状、团块状构造。矿石的矿物组成为闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、黄铜矿、褐铁矿等（表1）。

表1 老代仗沟铅锌矿床矿石类型及其特点一览表

图4 老代仗沟铅锌矿区方铅矿矿石照片

2.3 围岩蚀变

研究区矿体围岩的岩性包括玄武安山岩、英安岩、凝灰质砂岩及闪长细晶岩等，该区围岩蚀变具明显的“线性”特征，主要有硅化、绢英岩化、碳酸盐化和绿泥石化等（宋延斌等，2017）。不同的围岩其蚀变类型不同，一般情况下，玄武安山岩常见绿泥石化和绢英岩化；凝灰质砂岩、闪长细晶岩则以绢英岩化为主；英安岩中硅化、绢英岩化发育。与成矿关系密切的围岩蚀变为硅化和绢英岩化。黄铁矿化和碳酸盐化在各种岩性中均可出现。围岩蚀变在矿脉走向和倾向上没明显的分带性，但以矿体为中心向破碎带的一侧或两侧蚀变由强到弱，蚀变类型为：碳酸盐化→绢英岩化或绿泥石化→硅化→黄铁矿化→围岩。

3 同位素特征分析

3.1 铷锶同位素

老代仗沟铅锌矿床位于汝阳南部西南燕山晚期太山庙花岗岩体以北的10 km范围内，一般认为燕山期岩浆活动与汝阳南部铅锌、钼矿床成矿关系密切（燕长海等，1991②）。付治国等（2012）③对采自老代仗沟铅锌矿床的4件闪锌矿石开展了Rb-Sr同位素定年分析采用Isoplot软件进行样品的等时线年龄计算，所得到的Rb-Sr等时线年龄为（128±13）Ma（图5）。

图5 老代仗沟矿区单颗粒闪锌矿 Rb-Sr 等时线年龄等时线图

该结果与区域上王坪西沟铅锌矿床Rb-Sr 等时线年龄（117±27）Ma（姚军明等，2010）、三元沟铅锌矿床成矿期绢云母40Ar-39Ar年龄（110.1±9.0）Ma及东沟钼矿辉钼矿Re-Os等时线年龄（116±1.7）Ma（叶会寿，2006）较为接近，推测汝阳南部钼铅锌多金属矿床成矿发生在同一地质时代。这也与叶会寿等（2008）在太山庙花岗岩体所获得的SHRIMP锆石U-Pb年龄（115±2）Ma相符合。本次分析也进一步说明老代仗沟铅锌矿床成矿与太山庙花岗岩体可能有密切关系。

3.2 铅同位素

通过对老代仗沟铅锌矿床3个矿体14个铅同位素组成特征和6个太山庙花岗斑岩体铅同位素组成特征对比研究，结果显示矿石铅同位素组成与太山庙花岗岩体的铅同位素结果相似（图6），表明两者可能具有相似的源区。结合前文讨论，说明铅锌矿床很可能是通过太山庙花岗岩体的岩浆作用由地壳深部侵入上部地壳富集成矿。

图6 老代仗沟地区铅同位素示踪比较图

对照古代铅和现代铅鉴定表（燕长海等，1991②），老代仗沟铅锌矿的矿石铅206Pb/204Pb结果介于17（古代铅）与17.75（现代铅）之间，兼具古代铅与现代铅标志特征，表明其矿石铅来源系多源。说明该地区铅锌矿不仅与燕山晚期花岗岩有关，还与王屋山酸性小岩体有关（燕长海等，1991②）。

3.3 硫同位素

老代仗沟铅锌矿床的黄铁矿、闪锌矿和方铅矿等矿物的14件硫同位素测定结果（表2）显示，δ34S变化范围6.2‰～12.2‰，平均为8.61‰。其中，方铅矿的δ34S变化范围为6.2‰～11.4‰，平均7.83‰；黄铁矿的δ34S变化范围为7.6‰～12.2‰，平均为9.46‰；闪锌矿的δ34S变化范围为8.2‰～9.1‰，平均为8.40‰。δ34S含量黄铁矿＞闪锌矿＞方铅矿。据前人资料，汝阳南部地区钼铅锌矿床δ34S平均为7.18‰，马庙熊耳群安山岩中黄铁矿的δ34S平均为7.50‰（乔怀栋和黄任远，1993）。本次测试结果表明这些硫化物应该属于同一个来源，可能都来自深源。

表2 老代仗沟铅锌矿床硫同位素测定结果

老代仗沟铅锌矿床硫同位素δ34S值与自然界含硫物质对比特征显示：δ34S值范围与雨水范围和花岗岩范围比较接近，说明老代仗沟铅锌矿床硫同位素很可能来源于岩浆热液和大气降水（图7）。

图7 老代仗沟矿区δ34S值与自然界含硫物质对比图（底图采自Ohmoto，1972）

3.4 氢、氧同位素

据叶会寿等（2010）、姚军明等（2008）对汝阳南部老代仗沟、西灶沟、三元沟、王坪西沟四个铅锌矿区不同成矿阶段石英氢氧同位素研究结果显示，这些矿床成矿流体的δD值为-91.9‰～-81‰，δ18OH2O值为-7.5‰～9.3‰。结合本文该地区流体包裹体特征，说明岩浆水和大气降水同时参与了这些矿床的不同成矿阶段，早期以岩浆水为主，随着矿化的进行，大气降水参与量逐渐增多。

叶会寿等（2010）研究表明老代仗沟铅锌矿方解石碳同位素δ13CPDB值为-4.5‰，δ18OSMOW值为8.4‰，处于Hoefs界定的地幔来源碳同位素值（-5±2）‰范围内（Hoefs，1997），显示了地幔来源的特征。

4 流体包裹体特征及流体来源

老代仗沟铅锌矿床5件流体包裹体测试样品结果显示，矿体中石英脉的包裹体普遍较发育，其中，以原生包裹体为主，次生包裹体次之。包裹体与主矿物的界限明显，透明度较好。包裹体均较小，大小一般为3～6 μm，个别达9 μm。包裹体类型主要是气液包裹体，气液比大小不等，以5%～30%为主，形态以不规则状为主，部分为椭圆形，少数呈三角形、长方形等；多单独成行产出，少数呈孤立状分布。此外，有少量含子矿物包裹体产出（图8），大小一般为6～13 μm，形态以不规则状居多，少数呈长方形等；多与液体包裹体一起，单独成行产出；子晶透明度较好，消失温度较高。加热过程中含子矿物包裹体变化不大，且温度超过450 ℃后，包裹体爆裂。

图8 老代仗沟铅矿床流体包裹体显微照片

石英脉中流体包裹体的均一温度为170～430 ℃，显示出170～270 ℃和310～390 ℃两个峰值区间（图9），说明有两个热液演化阶段。包裹体冷冻温度范围也很宽，为-24.7 ℃～-0.7 ℃，盐度的平均值是2.75% NaCl eqv。以上表明其成矿温度以中-高温为主。

图9 老代仗沟铅锌矿区石英脉石英中流体包裹体均一温度

根据河南地调二队（燕长海等，1991②）早期测定的本区石英流体包裹体成分测试结果（表3），成矿流体的气相成分主要为H2O和CO2，微量的CO、N2。液相成分中阳离子以K+、Na+、Ca2+为主。阴离子为Cl-、SO42-和微量F-。成矿流体性质为中-高温、低盐度的含CO2的K+-Na+-Ca2+-Cl--SO42-体系。老代仗沟铅锌矿床本身矿化度较高，反映其成矿热液含矿元素多，把成矿元素从岩浆熔融体中带出来的最好携带者Cl-离子也高，大量大气降水的稀释，使盐度降低，pH值改变，SO42-离子增加，有利于成矿物质的沉淀，因此形成规模较大的工业矿床。

表3 老代仗沟铅锌矿床石英包裹体成分

5 矿床成因

老代仗沟铅锌矿床位于华北地台南缘，车村—鲁山大断裂北侧，老代仗沟—黄沙岭近东西向断裂破碎带与近南北向的隐伏大断裂交汇部位。近东西向断裂是铅锌矿床的控矿断裂构造，断裂带附近的熊耳群火山岩地层存在硅化、绢英岩化、绿泥石化为主的围岩蚀变。

同时，该矿床位于熊耳山—外方山铅锌钼铜成矿区，杨坪—王坪铅锌多金属矿田内，分布于燕山晚期太山庙花岗岩体外接触带10 km范围内，与该期岩浆岩在空间上、时间上关系密切。该矿床位于汝阳南部王屋山晚期中酸性石英二长岩带的北带中，同时位于燕山晚期隐伏花岗岩体（地表出露太山庙岩体）之倾伏端接触带上。王屋山晚期中酸性侵入岩提供了大量的铅锌成矿物质，燕山期岩浆活动伴随着Pb、Zn、Mo、Ag、Au的矿化作用，岩浆活动一方面为成矿提供热能，一方面带来部分成矿物质（马红义等，2006），促进了围岩蚀变及成矿元素的活化、迁移和沉淀聚集。

老代仗沟铅锌矿床的铷锶同位素测年结果显示，该矿床成矿时间与燕山晚期太山庙岩体成岩时间基本一致，老代仗沟铅锌矿床矿石的铅同位素组成与太山庙花岗岩体的铅同位素相似，都来自地幔。老代仗沟铅锌矿的矿石铅兼具古代铅与现代铅标志特征，表明其矿石铅来源系多源。该地区铅锌矿不仅与燕山晚期花岗岩有关，还与王屋山晚期中酸性小岩体有关。

矿区硫化物δ34S变化范围在6.2‰～12.2‰之间，平均8.61‰，其变化范围较窄，说明硫化物在相对稳定的物理化学条件及相对均一的流体体系中沉淀，同时说明老代仗沟铅锌矿床硫同位素很可能来源于岩浆热液和大气降水。

与矿体共生石英氢氧同位素显示了岩浆水和大气降水同时参与了矿床的成矿阶段，早期以岩浆水为主，随着矿化的进行，大气降水参与量逐渐增多。碳同位素显示了地幔来源的特征。矿体中石英脉流体包裹体的均一温度为170～430 ℃，成矿流体性质为中-高温、低盐度的含CO2的K+-Na+-Ca2+-Cl--SO42-体系。

综上所述，老代仗沟铅锌矿床的成因类型应为中-高温岩浆热液充填交代型矿床。

6 结论

老代仗沟铅锌矿床的铅同位素显示铅元素来自地幔，兼具古代铅与现代铅标志特征，不仅与燕山晚期花岗岩有关，还与王屋山酸性小岩体有关。δ34S变化范围6.2‰～12.2‰，平均8.61‰，很可能来源于岩浆热液和大气降水。氢氧同位素显示了岩浆水和大气降水同时参与了矿床的成矿阶段。铷锶同位素测年结果显示，矿床成矿时间与燕山晚期太山庙岩体成岩时间基本一致。

老代仗沟铅锌矿床的成因类型为中-高温岩浆热液充填交代型矿床。

注 释

①印修章,金辉,殷建峰,王军强,魏振伟.2006.河南省汝阳县裂子山矿区铅锌普查报告[R].郑州:河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院.

② 燕长海,黄任远,刘良才,乔怀栋,左景勋,张巍.1991.汝阳南部地区铅锌成矿远景区大比例尺成矿预测报告[R].许昌:河南省地地质矿产厅第二地质调查队.

③付治国,靳拥护,马晓辉,张衡,张云政,吕伟庆,蒋永芳,郭锐,侯四周.2012.河南省汝阳南部钼铅锌矿集区成矿规律及综合信息找矿研究报告[R].郑州:河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院.