山西典型多金属矿床及成矿机制研究

2022-02-22冯林秀

世界有色金属 2022年23期

冯林秀

（东华理工大学，江西南昌 330000）

当今世界正在经历百年未有之大变局，世界各国的经济面临极大的挑战，科技革命的重要性不言而喻，各种技术手段层出不穷，呈现爆发式增长，由此给世界带来极大的不确定性。现在国家在矿产资源的战略部署中重点倾向于国防安全、科技安全、军事安全等方面[1]。我国是世界资源大国，资源勘探、开发利用的手段不断先进，为中国特色社会主义高质量经济发展奠定坚实的基础。矿产资源在各个国家的经济发展中扮演者重要的角色，谁掌握了更多的资源谁就在国际舞台上发挥更大的作用，拥有更有力的发言权。新形势下，能源资源、矿产资源量的需求不断增加，随着开采力度的加强，目前国内的资源问题日益严峻，因此，提高开采效率，找出隐伏矿床，探究成矿机制和成矿预测显得尤其重要。山西位于华北板块中央，板内拗陷、隆起构造较为突出，地层广泛分布，地层较为发育，各个阶段存在沉积间断和风化剥蚀[2]，由于其独特的地质条件由此形成了丰富多样的矿产资源。岩浆岩在太古代，元古代及中生代极为发育，新太古代主要形成变质中酸性侵入岩，元古代主要形成中酸性侵入岩及中基性一酸性火山岩，中生代岩浆活动频繁强烈发生，提供了良好的区域地质条件[2]。但是，目前对于山西的矿产资源的研究并不深入，很多零零散散，不成体系，因此本文将山西典型的多金属矿床总结归纳，希望对今后的成矿机制以及找矿预测提供一定帮助。

1 山西区域地质概况

山西地处秦岭阴山之间，地貌分布较为明显，山地与盆地镶嵌，东部为山地、西部为高原和中部为裂陷盆地，东部以太行山脉为主，五台山为华北最高峰。山地之间发育有广灵、灵丘等多个山间盆地。吕梁山做为西部高原的主要山脉，总体走向呈北北东向，吕梁山海拔均在1500m以上。吕梁山脉以西至黄河谷地为黄土覆盖，海拔在800m～1000m之间，主体为黄土丘陵、塬、梁、峁等；中部裂陷盆地从南到并北依次有运城盆地、临汾盆地、太原盆地、忻定盆地、大同盆地，呈北北东一，南南西向斜列[2]，主体构造线方向为北北东向，呈现一个拉长的“S”型如下图所示。山西地层发育齐全，呈现由中心向四周递变的趋势，以恒山-五台山-吕梁山-太行山为主出露的前寒武系为中心，四周发育有寒武系，奥陶系。岩浆岩极为发育，呈现以中太古代英云闪长岩一花岗闪长岩一奥长花岗岩系列变质深成侵入岩分布与各大山区，中生代岩浆活动频繁，形成了良好的地质条件，为成矿创造了机会[2]。总之，不同时代发育的地层、构造、岩浆岩，控制了矿床成矿系列的分布，形成了石炭纪-二叠纪形成煤及相关矿床，还形成了五台山铁、钼、金、多金属、硫铁矿和中条山铜、金、钴、钼、多金属、磷成矿带[2]。

图1 山西省构造区带划分图

2 山西多金属矿床

2.1 中条山铜多金属矿床

中条山位于华北板块，元古代陆缘岛弧带，与汾渭裂谷相接，经历了多期次的构造运动，形成基底褶皱构造，岩群多以不规则、条状包体存在，铜矿床的赋存层位以构造不整合位于涑水岩群之上。地层以前寒武纪地层为主，主要为下元古界中条群和担山石群等8个组，岩浆频繁发生，形成了种类复杂的岩浆岩种类，中条山基性岩墙的研究表明其具有低碱的拉斑玄武岩特征，表明其幔源岩浆来源，微量元素表现出富集LILE,亏损HFSE,Ba、Pb正异常，Nb、Ti负异常，指示具有富集地幔的特征，地球化学特征指示着该岩墙是在拉张环境下被前期的俯冲流体交代的地幔物质部分熔融形成[3-5]。

2.2 堡子湾-九对沟金（钼）矿床

堡子湾-九对沟金（钼）矿床位于华北地台北缘阳高县，阳高山前破碎带二级构造张扭性断裂西段，属于引爆角砾岩型金矿，并伴有银、铜、铅锌等多金属矿床，大吴窑-胡窑断裂带控制了华力西末-印支期岩浆活动和次火山作用的范围[6]。该地区发现的钼矿呈脉状产出。在地质演化过程中，该地区经历了两次强烈的改造，第一次形成基本构造格架。第二次更为强烈的岩浆改造，板块之间的碰撞俯冲形成了如今的多金属成矿带。该地区形成的张扭性次级破碎带成为主要的控矿构造。

该地区岩浆岩发育，以海西期-燕山期为主，矿化带延长800m，由三个矿体组成，垂向上，具有明显的分带，华力西末一印支期中酸性岩浆活动十分频繁，为矿区岩浆活动的主体，岩性主要为石英二长岩、石英斑岩、长石石英斑岩[6]。该金矿床成矿期主要分为三个阶段，分别为侵入隐爆期、热液期和表生期。围岩蚀变现象普遍[6]。

该矿床在空间上位于引爆角砾岩附近，成因上与浅成中酸性侵入岩相关，地球化学数据指出该矿区具有不同的成矿母岩[7-9]，成矿母岩可能均来自I型富集地幔，为同一源区岩浆演化而来的不同岩类[7]。通过对该矿床的地质特征，岩石主微量元素和同位素、包裹体的研究表明该矿床的形成主要受构造-岩浆作用影响，岩浆在向上侵入的过程中，产生了隐爆，由此形成了较大空隙且渗透性好的角砾岩体，后期含矿热液随着断裂构造运移，充填，交代从而形成金矿体，表现出浅成中低温热液成矿特征。

中生代阶段是重要成矿期，华北陆台北缘进入陆内挤压造山期，最开始是由石英二长斑岩侵位，之后是二长花岗斑岩，由于上覆岩层封闭，系统内处于高温高压状态，岩浆与流体不断聚集，直至顶部岩石崩塌。在气液的不断推动下不断包裹围岩碎屑最后形成由硫化物和二氧化硅胶结的隐爆角砾岩带，在这个过程中，有一小部分的金矿化。然后，深部富含金和硫化物-二氧化硅的成矿流体大面积沿着裂隙上升充填，形成柱状或者水滴状的矿化空间今儿形成矿化带[6，10，11]。新生代时期，由于华北地块处于伸展机制下的构造-地貌造山阶段。

2.3 刁泉热液型金铜矿床

刁泉矿区的位置处于华北地台南缘灵，大地构造上位于华北地台中部，太行山造山带到燕山造山带的过渡部位。由于古生代地壳抬升，缺失上奥陶统至三叠系地层，出露面积最大的地层是古生界，分布在矿区的东南部及北部，新生界盖层在全区广泛发育，主要岩性为五台系石咀亚群庄旺组中浅变质碎屑岩、长城系高于庄组和蓟县系雾迷山组的碳酸盐岩等，矿床位于变质基底和沉积盖层两个构造层组成的区域内，基底构造主要是五台群的强烈褶皱[13]，主要发育断裂构造，其中刁泉断裂是张扭性断裂，带状分布，枪头岭断裂控制着燕山期岩浆岩分布及形态，是岩浆热液上升以及成矿物质运移的通道，为成矿创造有利条件。

地区的地球化学特征显示富集银、铜、金、铅等成矿元素，提供矿化背景。同位素示踪研究表明成岩物源来自于地壳和地幔物质的混合，大气水和岩浆水加入到了成矿流体中，是典型的热液成因[12]。

刁泉多金属矿体主要产于杂岩体和灰岩地层接触带附近，呈现环带分布，铜金银主要分布在外带，钼矿分布在内接触带，成矿年龄在132Ma左右，与花岗斑岩的锆石年龄一致。孟祥金等，2007对中国重要的铜钼矿床同位素的研究根据辉钼矿WRe的分布范围，列出了三种成矿物质来源，分别为地幔为主，壳幔混合来源以及地壳来源。根据前人的研究表明，山西刁泉银铜多金属矿床属于壳幔混合来源。

该地区自中元古代以来属于板内构造环境，岩浆活动从弱到强[15，16]，并伴随着成矿作用。刁泉多金属矿床的形成与华北地台岩石圈减薄有关，由于岩石圈的减薄导致发生壳幔相互作用，深部的岩浆流体向浅部沿着古老造山带通道运移，过程中伴随着大规模的金属成矿作用[14]。

2.4 五台山铁矿

山西省五台山铁矿位于五台县县城，曹沟村村北一带，大地构造位置处于华北准地台、山西台背斜、五台山断拱的中部，矿床属于区域变质火山，构造较为复杂，经历了五台运动及多次吕梁运动，区域内变质作用强烈，元古代、太古代都发生了强烈的变质作用，褶皱构造较为简单[17]。

该地区的铁矿呈层状，矿石显示为条纹状，显示出该地区长期沉积。五台超群含铁建造是一个由基性酸性陆源沉积的完整旋，矿区的形成与基酸性火山岩密切相关[17，18]。原生矿石主要含有石英、磁铁矿，其地球化学特征为火山碎屑岩，说明铁含量来源于基中性火山岩和少量陆相来源。再加上该地区火山活动强烈频繁发生，形成火山地形，在此过程中沉积成矿，后又经历了多次变质作用形成富矿，另一方面也为海洋运输了成矿物质。此外，经历的多次褶皱构造运动也使得成矿作用进一步加强。五台山铁矿床的成因类型为火山沉积变质铁矿床，即鞍山式铁矿[18]。

找寻五台山铁矿的地质标志是含有磁铁石英的岩层，由于该岩层中磁性极端异常，信号强度明显，这种标志往往作为指示工业矿床的特征[17，18]。另外该区域是复式向斜构造，提供了成矿空间。背斜由于风化剥蚀，成矿不明显，但向斜核部矿体得到保存。该地区的地球化学特征表明矿石的硫来源于地幔，在运移的过程中受到了围岩的蚀变较为明显，铅同位素数据表明该多金属矿床受岩浆作用明显且来自与深源。同位素数据表明主岩受到不同程度的围岩混染且含有大陆岩石的成分。

3 成矿机制

矿床主要是由内部条件和外部条件共同作用下形成的。内部条件包括地壳与地幔以及软流圈之间的相互作用，外部条件主要包括生物与生物之间，大气之间以及水圈之间的相互作用，它作为特殊的地质体岩石，在不同的阶段由不同的地质作用过程所导致不同的结果。主导矿床的形成的因素是多种多样的，主要包括构造，地层，岩浆和地球化学等[19]。

3.1 构造背景对成矿的控制

山西地处华北地块，盆地与山地相间分布，地层较为发育，经风化剥蚀，地层出露较多。矿床的形成取决于大地构造背景。含矿物质的来源，相互作用的深度，形成的矿床的结构，时空分布会受到其影响。岩石圈深部作用，壳幔相互作用，软流圈热动力的大规模运动会深刻的影响大地构造活动，是得在地球表表面的物质的运输，能量转换发生变化。刁泉热液型金铜矿床的产生就是由于华北岩石圈不断发生减薄现象，进而发生壳幔相互作用为成矿作用提供通道。