河南土木崖银多金属矿床地质特征及成因探讨

李俊锋，王正威，李晨晖，陈洁

摘要：土木崖银多金属矿床赋矿地层主要为二郎坪群小寨组，其矿体产出严格受压扭性断裂控制，蚀变分带明显，矿区成矿可分为3个阶段。矿石硫同位素分馏基本达到平衡，为二郎坪群地层变质脱水硫和壳源酸性岩浆硫的混合来源。铅源物质成熟度较高，具有上地壳铅源的特点，成矿物质和成矿流体主要源于小寨组。该矿床形成于中生代中温环境下，遭受了后期碰撞造山作用改造，变质作用对成矿具有重要积极意义。土木崖银多金属矿床应属于断裂控制的造山型中温热液银多金属矿床。

关键词：地质特征;硫同位素;铅同位素;氢-氧同位素;矿床成因;土木崖银多金属矿床

中图分类号：TD11 P618.52文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2022）03-0015-06doi：10.11792/hj20220304

土木崖银多金属矿床地处豫西南伏牛山地区，南距内乡县城约40 km。河南省有色金属地质矿产局第三地质大队依托国土资源调查评价项目子项目“河南省内乡—南召地区银铅锌矿评价”，通过勘查发现了数条含矿构造破碎带，圈出了4条银多金属矿体，扩大了秦岭造山带的银资源储量。本文旨在通過对土木崖银多金属矿床地质特征和矿床成因的分析，为下一步在该区的找矿工作提供理论参考，以期获得更大的找矿突破。

1 区域地质特征

土木崖银多金属矿床位于秦岭造山带北秦岭构造亚带二郎坪地体东侧，祁子堂—夏馆—板厂—双槐树—官坡金银多金属成矿带上。区域出露地层主要为下古生界二郎坪群[1]，可细分为大庙组（Pz1d）、火神庙组（Pz1h）、小寨组（Pz1x），为一套浅—中变质中基性火山岩夹碎屑岩及碳酸盐岩系，二郎坪群经多期次区域地质运动的复合改造，外加区域变质作用和多期岩浆侵入活动的影响，不仅创造了成矿空间，也为金属元素的迁移和富集提供了动力和来源，是Ag、Au、Zn、Pb等金属矿产的主要赋矿地层[2];其次为秦岭群，可细分为雁岭沟组（Pz1y）、石槽沟组（Pz1s）;局部发育第四系（Q）（见图1）。区域岩浆岩发育，主要为加里东期、海西期及燕山期侵入岩。区域内北西向断裂发育。

2 矿区地质特征

2.1 地 层

矿区出露地层主要为小寨组（Pz1x），次为火神庙组（Pz1h）（见图2），二者呈断裂接触关系。其中，火神庙组出露于矿区东北部，原岩为海相火山岩系，后经历了区域变质作用弱改造，岩性主要为（变）细碧岩、（变）细碧凝灰岩等。小寨组大面积分布于矿区东部和南部，原岩属于次深海相浊流沉积岩[3]，具有复理石建造特征，受后期区域变质作用的影响，岩性主要为（含碳质）绢云石英片岩、二云石英片岩等，是该矿区的主要赋矿地层。

2.2 构 造

矿区整体上表现为产状40°～60°∠30°～65°的单斜构造。受区域性深大断裂朱夏断裂影响，矿区次级断裂较发育，形迹较为复杂，大致可分为北西向、北西西向和北东向3组断裂。其中，北西向断裂为矿区主要容矿构造，倾向北—北东，倾角20°～50°，规模大小不等，长度一般几百米至近千米。断裂以压扭性为主，具韧性剪切特征，常形成糜棱岩、碎裂岩，波状起伏特征明显。断裂两侧岩石破碎，形成断裂破碎带。

2.3 岩浆岩

矿区岩浆活动剧烈，以酸性侵入岩为主，主要为呈岩株状分布于矿区中东部的海西期芦家坪花岗岩体和茶庵黑云母花岗岩体，以及一些印支期—燕山期[4]花岗岩脉、石英脉、花岗斑岩脉等。花岗岩脉、石英脉一般顺层或沿断裂贯入，呈零星分布，常见岩脉形成的构造蚀变带切穿岩体，指示矿化形成于其后。

3 矿床地质

3.1 矿体特征

通过找矿勘查，圈出了4条银多金属矿体：T1-1、T2-2、T3-1、T6-1。其中，T6-1矿体规模最大，品位最高，工业价值最高（见表1）。矿体严格受断裂控制，沿走向膨缩明显，沿倾向呈舒缓波状，总体上部缓、深部倾角变陡，其形态产状与断裂破碎带密切相关。矿体主要沿断裂破碎带中心附近的石英脉产出，具较强硅化、黄铁矿化、方铅矿化、闪锌矿化等，形成紧密的共（伴）生体，与围岩界线较为清晰。矿体形态表现为单脉，主要呈似层状、透镜状、扁豆状等。矿体随石英脉的贯入矿化增强，具有上贫下富、上薄下厚的特点。

T6-1矿体位于矿区中部的T6断裂破碎带中，围岩主要为小寨组绢云（二云）石英片岩，呈层状—似层状、豆荚状，整体形态呈中东部向南凸起的弓状。矿体严格受T6断裂破碎带控制，该断裂破碎带宽2.0～3.0 m，其内石英脉宽一般0.6～1.0 m。矿体厚度整体稳定，一般0.60～1.13 m，平均厚0.80 m，厚度变化系数41 %。矿体中间厚两端薄，沿走向整体呈波浪状，局部呈串珠状;沿倾向有变宽变厚趋势，局部存在分支复合现象。Ag、Au品位较均匀，平均品位分别为192.75×10-6、4.82×10-6，品位变化系数分别为119 %、104 %;Pb、Zn平均品位分别为2.13 %、0.49 %。

3.2 矿石质量

3.2.1 矿物成分

矿石中已查明的金属矿物主要有自然银、辉银矿、自然金、银金矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿等;脉石矿物主要为石英、斜长石、绢云母及少量方解石、绿泥石等。常见矿物共生组合：黄铁矿-自然金-黄铜矿-石英、黄铁矿-银金矿-辉银矿、方铅矿-闪锌矿-石英-绢云母。

辉银矿和银金矿常呈不规则树枝状、发丝状、细脉状等，沿脉石矿物裂隙呈分散浸染状、细脉浸染状嵌布。闪锌矿呈他形粒状，常见被方铅矿和黄铜矿交代，晶体中见乳滴状黄铜矿固溶体分解物。自然金粒度0.04～0.12 mm，常以裂隙金、晶隙金等分布于石英和黄铁矿的裂隙和晶隙中。黄铁矿粒度0.05～2.00 mm，与自然金、银金矿、辉银矿关系密切。

3.2.2 化学成分

矿石主要化学成分为SiO2（48.36 %～76.83 %），其次为Al2O3、Fe2O3、FeO、K2O、MgO、Na2O、TiO2、P2O5、MnO等。矿石中主要有用组分为Ag，共生Au、Pb，伴生Zn等有益组分，有害元素主要为As（0.04 %～0.69 %）。经数据分析，结合野外调查，Ag与Au、Pb与Ag、Pb与Zn相关性较好。矿体上部富铅贫锌，随着深度增加，Ag、Pb呈降低趋势，Zn、Au则呈上升趋势，且Zn的富集要更加明显一些。

3.2.3 结构构造

常见方铅矿、闪锌矿等矿物的自形—他形粒状结构，黄铁矿等金属矿物由于被挤压形成的碎裂结构，石英脉及黄铁矿脉沿矿物裂隙充填形成的填隙结构，早期形成的黄铁矿被方铅矿交代而形成的交代残余结构，自然金以包裹体形式包裹于石英及黄铁矿颗粒中的包裹结构。矿石构造主要有块状构造、细脉浸染状构造、条带状构造、星点状构造和网脉状构造。

3.2.4 矿石类型

矿石按自然类型分有石英脉型和蚀变岩型2类。石英脉型为矿区主要矿石类型，分布在矿体的中心部位，根据岩石类型、蚀变特征及结构构造可进一步细分为：细脉浸染状矿石、致密团块状矿石和角砾状矿石。蚀变岩型矿石分布于石英脉型矿石的两侧，或者分布于构造蚀变带内未被石英脉充填地段，原岩多为绢云母石英片岩，伴随发生黄铁矿化、绢云母化、硅化等热液蚀变。

3.3 围岩蚀变

围岩蚀变主要沿石英脉两侧发育，宽度一般为2～5 m，局部可达6～10 m。蚀变类型以硅化、黄铁矿化、绢云母化和碳酸盐化为主，次为绿泥石化、绿帘石化、钾长石化等。蚀变分带明显，由内向外可分为黄铁绢英岩带、绢云母（绢英）岩化带。在野外工作中发现，与成矿关系密切的蚀变组合主要为硅化-黄铁矿化-绢云母化，其蚀变强度与矿石品位基本成正比，黄铁绢英岩化越强，银多金属含量就越高。此外，通过统计还发现蚀变的强弱及宽度与石英脉的规模、矿化强度成正比。

3.4 成矿期次

结合前人研究和野外勘查，矿区成矿可分为3个阶段：①石英-黄铁矿阶段（成矿前期），流体中的成矿物质初步富集，形成含少量矿物质的中粗粒石英脉，因应力作用出现压扁变形乃至碎裂的现象，石英被细粒化，具波状消光，被绢云母交代形成核幔结构。②石英-多金属硫化物阶段（成矿中期），细—微细粒成矿物质沿石英脉的节理裂隙或黄铁矿的边部贯入，呈网脉状富集，重叠交代现象明显，是成矿的主要阶段。常见自形—半自形方铅矿等矿物沿成矿前期黄铁矿裂隙充填，黄铁矿包裹细粒方铅矿、闪锌矿、黄铜矿等现象，Ag、Au等元素富集和相关矿物形成也主要发生在此阶段。研究还发现，成矿中期形成的多金属硫化物网脉没有应力变形特征，表明其后期没有遭受挤压或压剪作用。③石英-碳酸盐阶段（成矿晚期），方解石等碳酸盐脉具梳状构造沿裂隙切穿石英脉及蚀变岩，本阶段基本没有成矿物质加入，对成矿的意义不大。

4 矿床成因

4.1 成矿元素含量特征

土木崖银多金属矿区岩石（地层）成矿元素分析结果见表2。由表2可知：小寨组地层中Au、Ag、Zn、Pb、As、Bi等元素含量明显高于下伏火神庙组，Ag元素为4.7倍，浓集系数达5.6，Cu元素略显富集，且均高于克拉克值[5]，表明小寨组地层中的成矿元素具有高度富集性。小寨组地层不仅成矿元素含量高，变化系数（Ag 1.3、Au 1.6）也较大，并且Ba、F等挥发性组分含量也较高，表明成矿组分的富集在很大程度上受到熱水沉积派生的化学分异作用影响。小寨组为银多金属成矿提供了必要的物质基础，同时酸性侵入岩有益元素含量也较高，对成矿具有不容忽视的积极意义。

4.2 硫同位素特征

矿区内硫多以金属硫化物的形式存在，银的硫化物很少。矿区金属硫化物样品δ34S的变化区间为4.16 ‰～7.00 ‰（见表3），极差为2.84 ‰，平均值为5.46 ‰。黄铁矿、闪锌矿、方铅矿的δ34S平均值分别为6.95 ‰、6.10 ‰、4.22 ‰，与平衡分馏体系硫化物δ34S的递增顺序完全吻合，即共生硫化物δ34S按黄铁矿→闪锌矿→黄铜矿→方铅矿的顺序递减[6-13]，表明土木崖银多金属矿区的金属硫化物沉淀于同一物理化学体系，并且不同矿物相之间的硫同位素分馏基本达到平衡。

研究表明，硫化物的δ34S不会高于流体系统总硫的初始δ34S[7-8]。硫源不同，δ34S也不同：①幔源岩浆（基性—超基性岩浆δ34S值为-1 ‰～1 ‰）和壳源岩浆（花岗岩δ34S值为-4 ‰～9 ‰）差异较大;②海水硫酸盐硫（δ34S值为20.0 ‰±0.8 ‰）比较稳定;③有机硫因硫未达平衡而变化范围较大，δ34S为很低的负值（δ34S值为-35 ‰～-25 ‰）;④混合硫（δ34S值为5 ‰～21 ‰）虽变化范围大，但分馏基本达到了平衡。土木崖银多金属矿区δ34S值为4.16 ‰～7.00 ‰，应为混合硫。结合成矿地质背景，矿体产于变质海相火山-沉积地层中，细菌还原提供硫的可能性不大，而热化学还原具有更大的可能性[9]。矿区大规模的岩浆侵入活动，以中、下壳源酸性岩浆为主[10-11]，为矿床形成提供了热动力和热流体。综上分析认为，土木崖银多金属矿区矿石硫可能是二郎坪群地层变质脱水硫和壳源酸性岩浆硫的混合来源。

4.3 铅同位素特征

土木崖银多金属矿床铅同位素特征见表4。由表4可知：矿石中铅同位素数据分布比较集中，变化较小。206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb分别为18.370～18.473、15.635～15.710、38.620～39.095，平均值分别为18.406，15.673，38.803。采用Holmes-Houtermans（H-H模式）单阶段演化法[12]得出，铅主要为正值，206Pb/204Pb和207Pb/204Pb的平均值略高于正常铅（39.00），而208Pb/204Pb的平均值略小于正常铅，显示微弱亏损，说明矿石形成过程中混合有上地壳物质，即在成矿过程中有陆源碎屑物质加入[13]。可见该矿床的铅源物质成熟度较高，铀铅富集明显，钍铅微弱亏损，具有沉积物或上地壳的特点。

土木崖银多金属矿床铅同位素构造模式见图3。由图3-a）可知：样品铅主要集中在造山带和上地壳演化线之间，且更靠近上地壳线，与二郎坪群铅同位素范围基本一致，显示该矿床铅来自较高成熟度的物源区，基本相当于上地壳物质。由图3-b）可知：样品铅集中在造山带附近并靠近造山带演化线，说明是亏损铀的下地壳与富集铀的上地壳混合或相互作用的结果[7，14]。矿石铅与地层中基性火山变质岩类岩石的铅同位素组成较一致，反映成矿金属物质最可能来源于赋矿地层，尤其是变质基性火山岩地层，认为铅最可能来源于二郎坪群的小寨组地层。

4.4 氢-氧同位素特征

分析流体包裹体中氢-氧同位素的特征对了解成矿作用过程及成矿物质来源具有重要意义。土木崖银多金属矿床石英包裹体中氢-氧同位素特征见表5。由表5可知：发现矿体中δ18OV-SMOW、δDV-SMOW的变化区间分别为11.3 ‰～14.6 ‰、-85 ‰～-72 ‰。根据魏菊荚等[12]研究成果，区域变质岩中片岩的δ18OV-SMOW和δDV-SMOW分别为12 ‰～18 ‰和-110 ‰～-30 ‰。土木崖银多金属矿床的δ18OV-SMOW和δDV-SMOW均落在了变质岩的区间内，说明成矿流体主要来自δ18OV-SMOW较高的围岩地层或者与围岩进行了同位素交换。通过分析可知，氢-氧同位素主要分布在变质水区域并有向岩浆水靠近的趋势。小寨组为中级区域变质岩系，结合氢-氧同位素特征和矿区地质特征来看，成矿流体主要来自小寨组的变质水，同时混入了部分岩浆水。

4.5 成矿环境及成矿时代

根据同位素平衡分馏方程得到矿石中金属硫化物的地质温度为284 ℃～356 ℃;石英包裹体均一法测得最高、最低、平均完全均一温度分别为305 ℃、270 ℃、296 ℃;可见成矿形成于中温环境。

根据矿床的铅同位素测试结果，采用H-H模式进行线性内插法得到铅模式年龄集中在246.2～351.8 Ma，说明成矿时铅同位素达到了均一。方铅矿、黄铁矿等硫化物结晶后其铅同位素的比值比较稳定，基本不发生变化[15]。成矿流体系统早于矿床形成，决定了铅模式年龄一般大于实际成矿年龄，土木崖银多金属矿床的形成年龄应该在之后的中生代，这与秦岭地区中生代金银等多金属矿床的形成具有时空上的一致性。

4.6 成矿机理浅析

早古生代，华北地台南缘断陷地槽扩张，海底火山喷流-沉积形成裂谷式火山岩建造，随后接受了小寨组具有复理石特征的浊流沉积。火山喷流沉积及浊流沉积过程中的成矿物质，在有利的物理化学条件下形成黄铁矿、方铅矿等较分散的金属矿物，为矿床初始矿源层[16]。固结成岩时，岩层中的孔隙水因系统封闭流通受限形成同生卤水，淋滤、汲取矿源层中的成矿元素形成相对封闭的“矿池”[17]。古生代晚期至中生代，燕山期陆内造山运动强烈，受中朝板块和扬子板块碰撞影响，小寨组沿朱夏断裂向北A型俯冲至二郎坪地体下，矿区内次级断裂开始发育，基本呈定向排列。小寨组受造山运动影响[18]，温度压力发生了很大变化，变质脱水形成相当规模的变质热液，同时燕山期花岗质岩浆侵入活动不容忽视，不仅为成矿提供了热源、部分成矿流体和成矿元素，而且产生了接触带构造体系，促进了热液的对流循环活动。“矿池”中的成矿物质再次被活化，热卤水沿断裂向上运移，充填并交代围岩。

随着温度降低，H2S的溶解度逐渐增大，因H2S的解离程度与溶解度成正比，故在中温阶段大量的硫化物开始形成，被萃取的成矿物质迁移至有利的构造部位富集成矿。在深部环境还原条件下S2-占优势，热液中的Zn含量高于Pb（Zn、Pb克拉克值分别为71.00×10-6、20.00×10-6），形成的闪锌矿多于方铅矿，但在上部较富—富氧环境下SO2-4浓度远高于S2-，由于Zn2+与SO2-4结合形成易溶的ZnSO4，而Pb2+在富SO2-4的热液中溶解度很小不易被带走，Pb2+的强烈亲硫性热液中与剩余的S2-结合形成方铅矿而沉淀，故随深度增加呈富锌贫铅的趋势。通过成矿机理的浅析，矿床应归为造山型矿床的范畴。

5 结 论

1）土木崖银多金属矿区矿体的产出严格受压扭性断裂控制，蚀变分带明显，矿区成矿可分为3个阶段：石英-黄铁矿阶段（成矿前期）、石英-多金属硫化物阶段（成矿中期）、石英-碳酸盐阶段（成矿晚期）。

2）矿体中硫同位素分馏基本达到平衡，矿石硫为二郎坪群的变质脱水硫和壳源酸性岩浆硫的混合来源。该矿床的铅源物质成熟度较高，具有沉积物或上地壳的特点，成矿物质主要源于小寨组。成矿流体主要来自小寨组的变质水，同时混入了部分岩浆水。

3）赋矿地层受到了碰撞造山作用的强烈改造，变质作用对成矿具有重要积极意义。通过对矿床地质特征、微量元素及同位素等分析研究，认为该矿床属于断裂控制的造山型中温热液银多金属矿床。

[参 考 文 献]

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Geological characteristics and genesis of Tumuya Silver Polymentallic Deposit，Henan Province

Li Junfeng1，2，Wang Zhengwei1，Li Chenhui2，Chen Jie1

（1.No.3 Geology Team，Henan Bureau of Nonferrous Geology and Mineral Resources;

2.Henan Engineering Research Center for Non-ferrous Metal Mineral Exploration）

Abstract：The ore-bearing strata of the Tumuya Silver Polymetallic Deposit are mainly the Xiaozhai Formation of the Erlangping Group.The output of its ore bodies is strictly controlled by compression and torsion fractures，and the alteration zone is obvious.The mineralization of the mining area can be divided into 3 stages.The S isotope fractionation of the ore basically reaches a balance，which is a mixed source of metamorphic dehydrated sulfur and crust-derived acid magmatic sulfur in the Erlangping Group strata.The lead source material has a high degree of maturity and the characteristics of a lead source in the upper crust.The ore-forming materials and ore-forming fluids mainly originate from the Xiaozhai Formation.The deposit was formed under the meso-temperature environment of the Mesozoic Era and transformed by collisional orogeny in the later period.Metamorphism has important and positive significance for mineralization.The Tumuya Silver Polymetallic Deposit should be a fault-controlled orogenic mesothermal hydrothermal silver polymetallic deposit.

Keywords：geological characteristics;S isotope;Pb isotope;H-O isotope;deposit genesis;Tumuya Silver Polymetallic Deposit