辽宁红旗营子铅锌多金属矿地质特征及岩体与脉岩同源性探讨①

蓝海洋 张学友 王密 赫旸,2 李建源 张伟 黎爱国 祁洪岩

1 辽宁省冶金地质勘查研究院有限责任公司，辽宁 鞍山 114038 2 辽宁冶金地质测试有限责任公司，辽宁 鞍山 114002

红旗营子铅锌多金属矿，位于华北地台北缘辽东古元古代裂谷的辽东-吉南成矿带上[1-3]，属于青城子铅锌金银多金属矿集区的外延部位，该区域是辽宁省金、银、铅、锌多金属矿的重要产区[4-5]。本矿床与青城子矿集区具有相似的区域成矿条件，矿区内铅锌多金属矿化带发育，并有工业铅锌银矿体存在，是寻找铅锌矿的有利地段。矿区经过多年的地质勘查，主要以地质填图、物化探等基础地质工作和槽探、钻探等山地工程为主，发现的矿体多以脉状透镜状产出，整体规模较小，规律性差，因此进一步找矿遇到瓶颈。究其原因，研究区虽经过多期地质勘查工作，但多侧重于勘查方法的应用，缺乏找矿标志指导和行之有效的找矿手段，对矿床成因和成矿规律的研究不足，综合研究资料匮乏，找矿思路方向不明确，以至于该区未能取得好的找矿效果。勘查期间，董泽龙等通过脉岩与含矿构造的研究，以及李大中等对矿区内地质特征和成因分析等一致认为该区为岩浆热液充填型矿床，此次研究工作在前人工作基础上为了进一步阐明本区成矿作用、建立区域成矿模式和找矿模式，同时也为进一步勘查提供找矿方向，系统分析了矿区地质特征，对矿区的主要岩体、岩脉进行了主量元素、微量元素、稀土元素以及铅同位素特征进行分析，并就岩脉与矿体时空关系问题和岩体与脉岩同源性问题进行探讨，最终确定矿床成因类型，为下一步区内及外围找矿提供线索和依据。

1 矿区地质特征

1.1 地层

矿区内出露地层为古元古界辽河群盖县组和新生界第四系（图1）。辽河群盖县组为滨海相-浅海相陆源碎屑岩建造，经低角闪岩相区域变质作用后形成的一套变质岩系[6-7]。岩性主要为云母石英片岩、云母片岩、黑云母变粒岩夹浅粒岩、绢云石英片岩、透闪石英片岩、黑云斜长变粒岩、黑云变粒岩、浅粒岩、透闪变粒岩、透闪石岩、斜长透闪石岩、透辉方解石大理岩和含石墨透辉透闪方解大理岩等，地层厚度累计大于2000m。第四系主要由砂、砾、卵石及黏土等组成，分布于山间沟谷、盆地和河谷两岸，覆盖于辽河群盖县组之上，厚度为0.5～15.0m。

图1 红旗营子铅锌多金属矿区地质简图 Fig.1 Geological sketch of lead-zinc polymetallic mining district in Hongqiyingzi

1.2 构造

本区处于虎皮峪区域背斜的南翼，岫岩铅矿复向斜的北翼[8-12]。褶皱轴向近EW，局部呈NW向或NE 向，由辽河群盖县组构成。地层总体走向320°，倾向NE，倾角30°～60°。

受区域深大断裂影响，矿区内断裂发育，且先后有序。在早元古代NWW 向断裂基础上，依次形成了NE 向压扭性断裂→NNE 向压扭性断裂和近SN 向张扭性断裂→NW 向、NNW 向压扭性断裂。另外，局部还发育有NNW 向和NEE 向断裂以及盖县组中的层间断裂等次级断裂。在矿区南部何家沟、罗家西沟一带，北东向为主及少量北西向断裂构造内，绢云母化、硅化及碳酸岩化较强，局部充填有后期的石英脉，沿石英脉两侧及内部见有强烈的黄铁矿化、方铅矿化及闪锌矿化，多呈浸染状及团块状分布，这些断裂为本区成矿提供了成矿空间。

1.3 岩浆岩

矿区内小规模岩浆活动较频繁，其侵入时代为早元古代[13]和三叠纪[14]。

早元古代侵入岩表现为呈岩株状侵入的片麻状花岗岩及石英脉。片麻状花岗岩出露于矿区北部，呈岩株侵入于辽河群盖县组，岩性主要为黑云钾长片麻岩，局部为黑云角闪斜长片麻岩。石英脉一般沿辽河群盖县组层间断续发育，呈烟灰色眼球状，长一般小于10m，厚0.10～0.50m，与盖县组片岩接触处常见白云母化，很少有金属矿物，具轻微褐铁矿化。为早元古代末期区域变质过程中的硅质析离体。

矿区内三叠纪岩浆岩活动表现为呈岩株状侵入的中酸性岩及密集充填的各类脉岩。中酸性侵入岩主要为二长花岗岩、花岗闪长岩和闪长岩等，脉岩主要为花岗斑岩脉、闪长玢岩和石英脉等，多呈NE、NW 向为主的带状分布。这些岩浆热液活动以中生代断裂为前导对区内早期岩石起到普遍活化作用，对围岩形成广泛交代蚀变和多金属矿化，与矿化关系最密切的主要有石英脉、粉灰-灰绿色细粒闪长玢岩脉，其他往往为成矿前的岩浆热液活动。

1.4 矿体和矿石特征

区内共有5 条铅锌矿带（图1），矿带长200～1000m，宽300m 左右，总体走向NE，倾向SE，倾角50°左右，个别走向近SN 或近EW。铅锌矿体长50～600m，厚0.50～3.92m，Pb+Zn 品位为1%～15%，最高达39.45%。金矿化体Au 品位为0.36～3.24g/t，厚0.10～0.60m。铜矿化体Cu 品位为0.20%～0.26%，厚度为0.10～0.30m。铅锌矿体中普遍共生银矿，Ag 品位为5～20g/t，最高达650g/t。

区内矿石矿物主要有黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、磁黄铁矿和方铅矿。另外还有少量褐铁矿、毒砂、自然铜、铜蓝、磁铁矿、黝铜矿和斑铜矿。脉石矿物主要有石英、方解石及少量绿泥石、绢云母。矿石结构以自形粒状、碎裂、他形粒状和交代溶蚀为主（图2），其次还有揉皱、脉状网脉状、交代假象和碎斑状结构。矿石构造主要有致密块状、脉状和网脉状，其次为浸染状构造晶洞和角砾状构造。

图2 红旗营子铅锌矿主要矿石矿物和矿石结构（均为单偏光反射显微镜下照片） Fig.2 Main ore minerals and structure microgram of Hongqiyingzi lead-zinc mine

1.5 围岩蚀变

矿区内围岩蚀变明显，蚀变主要分布在构造带内及其附近。主要蚀变有硅化、碳酸盐化、黄铁矿化、绿泥石化、绢云母化、白云母化、黏土化、黄铁绢英岩化等（图3），其中硅化、碳酸盐化、黄铁矿化和绢云母化与成矿关系密切。

硅化在本区分布范围广，较为发育，表现为石英沿裂隙进行充填交代，呈细脉状或网脉状，或由围岩中的硅质重结晶而成，在矿脉两侧皆有分布，使岩石硅质增多，硬度增大。硅化常与黄铁矿化相伴，与铅、锌矿化关系密切（图3a），据野外地质观察，距离矿脉越近，岩石越致密，硬度越大，硅化越强烈，说明越靠近矿脉，硅化程度越高，矿化程度越高；碳酸盐化在本区也较为发育，碳酸盐矿物常呈细脉状、薄膜状发育在断裂或岩脉的节理中，常见菱铁矿与铅锌矿共生，同时伴有硅化、绿泥石化，多为晚期蚀变（图3b）；黄铁矿化表现为在石英脉中呈细脉状、浸染状，在围岩中呈星点状，与铅锌矿化成共生关系（图3c）；绢云母化表现为片岩中绢云母聚集成透镜状集合体，多分布在近矿围岩中，与铅锌矿化关系密切（图3d）。

图3 红旗营子铅锌矿主要围岩蚀变（c、g、h 为单偏光显微镜下照片，其余为正交偏光显微镜下照片） Fig.3 Microgram of main wall rock alteration types in Hongqiyingzi lead-zinc mine

1.6 成矿阶段划分

本区成矿阶段可分为石英-黄铁矿阶段、石英-多金属硫化物阶段、石英-碳酸盐阶段和氧化物阶段[15]。早期石英-黄铁矿阶段：脉石矿物以石英为主，矿石矿物以他形粒状黄铁矿的集合体产出，岩矿石发生强烈碎裂，呈碎裂结构和碎斑结构，后期矿物沿裂隙交代，呈自形粒状结构，以黄铁矿为主，局部富集毒砂；石英-多金属硫化物阶段：该阶段为区内成矿的主要阶段，脉石矿物为石英，矿石矿物以闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿为主，结构以他形粒状结构为主，矿物之间存在交代关系，早期形成的矿物被后期形成的矿物穿插交代；石英-碳酸盐阶段：该阶段成矿接近尾声，仅在局部发育，以方解石、菱锌矿等为主；氧化物阶段：主要在地表较为发育，矿石矿物呈脉状、浸染状分布，以褐铁矿为主，局部发育有黝铜矿、铜蓝，仍可见少量残留的原生斑铜矿、自然铜和少量黄铁矿。

矿区主要金属矿物的生成顺序依次为：黄铁矿、毒砂-闪锌矿、黄铜矿、磁黄铁矿-方铅矿-磁黄铁矿、自然铜、铜蓝、黝铜矿、斑铜矿-菱锌矿-褐铁矿。

2 岩体与脉岩同源性探讨

2.1 黄岭花岗岩岩体特征

黄岭花岗岩体主要分布于兴隆黄岭一带，出露面积约为200km2，岩体呈椭圆形，长轴沿北东方向展布，与辽河群呈侵入接触关系，岩石类型为粗粒片麻状花岗岩[16-17]，锆石测龄数据显示，岩体形成于三叠纪[14]，此时该地区位于地壳伸展减薄的构造背景下，幔源物质上升到地壳诱发下地壳物质重熔，形成长英质岩浆，不同性质的岩浆经过复杂的分离结晶、地壳混染和岩浆混合作用形成了侵入岩体[18]。

根据粗粒花岗岩主、微量元素分析测试结果，花岗岩SiO2质量分数为71.3%，含量较高，属于酸性岩类。全碱K2O+NaO 质量分数为8.91%，K2O/Na2O 为1.58，具有碱质富集，相对富钾的特征。TFe2O3为3.02%，MgO 质量分数为0.50%，含量较低。Al2O3为13.85%，Al2O3>K2O+Na2O+ CaO，属于铝质过饱和[19-21]。

根据黄岭花岗岩的CIPW 标准矿物，其分异指数（DI）为87.91，固结指数（SI）较小，为4.87，指示其分异程度较高。

2.2 脉岩特征

区内铅锌矿体都位于黄岭花岗岩体外接触带的0.5～5.0km 的范围内，在矿体附近脉岩极其发育。本区与铅锌多金属矿空间关系密切的脉岩是闪长玢岩脉、花岗斑岩脉，但成矿蚀变一般叠加在岩脉之上，因此多金属矿化可能发生在脉岩侵入之后，脉岩的分布只起到了导矿作用。

红旗营子铅锌多金属矿区的构造矿化特征与区域构造矿化特征具有一致性。早期的NE 向构造贯穿整个矿区，晚期NW 向断裂主要分布在砬子沟一带。地表脉岩较发育（图4），沿断裂构造带常见闪长玢岩脉、闪长岩脉、花岗斑岩脉和花岗岩脉等脉岩充填，有的脉岩规模较大，长达1～5km。

图4 矿区出露的脉岩 Fig.4 Vein rock outcropped in mining area

矿区内大小脉岩约200 条，断裂对本区脉岩的分布有重要意义，区内主要为NE 向和NW 向2 组断裂构造带，尤其以NE 向断裂为主。NE 向断裂走向30°～60°，倾向SE，倾角为55°～88°，断裂带内常充填有花岗斑岩脉、闪长玢岩脉和石英脉等岩脉。构造带内局部脉岩破碎蚀变较强，呈舒缓波状，构造透镜体、石英网脉和断层泥较为发育，普遍存在绢云母化、黄铁矿化、硅化、铅锌矿化、碳酸盐化现象。NE 向断裂与矿区内矿化关系密切，是控制区内成矿的主要断裂。NW向构造带走向315°～340°，倾向SW，倾角50°～75°，被花岗斑岩脉和闪长玢岩脉充填。

矿区内NE 向脉岩分布规模较广，区域上总体受到NE 向断裂控制。根据野外实地勘查及钻孔揭露情况发现石英闪长玢岩脉穿插在同方向的花岗斑岩脉，亦发现闪长玢岩可穿插两者，因此确定区内脉岩先后顺序依次为花岗斑岩-含石英闪长玢岩-闪长玢岩。

2.3 同源性的地质标志

在黄岭花岗岩体附近，脉岩成群发育，并且越靠近岩体，脉岩越发育[22-23]。区内脉岩总体走向40°左右，倾向SE，展示了脉岩与岩体空间上的密切相关性。

区内主要构造矿化带总体为NE 走向，在含矿构造的上下盘，都伴生有脉岩。脉岩与铅锌矿体在空间上密切共生，并且直接控制矿体的产状。由于脉岩起到了类似阻挡层的作用，或脉岩所处位置是构造薄弱带，起到了控矿构造的作用，所以脉岩下盘接触带常控制着矿体的分布。

本区矿体严格受断裂控制，在挤压破碎带中尤为发育，含矿构造上下盘均发育有闪长玢岩脉和花岗斑岩脉。在破碎带上盘接触带附近，闪长玢岩角砾明显被蚀变矿物胶结。说明含矿构造在闪长玢岩和花岗斑岩之后形成。

脉岩-岩体-矿体三者的时间关系是根据他们彼此间的的互相穿切现象来判定的。矿区内含矿构造在脉岩之后形成，因此脉岩与矿体的先后顺序为：花岗斑岩脉-含石英闪长玢岩脉-闪长玢岩脉-铅锌矿体。

综上所述，区内矿体是在频繁的脉岩活动后产生的，多期次的岩浆活动为矿体的形成提供了有利的构造条件。矿体与脉岩、脉岩与岩体具有密切空间关系，是脉岩、矿体、岩体三者同源性的地质标志，也是岩浆热液矿床的重要地质标志。

2.4 同源性的地球化学标志

本次研究系统采集了区内黄岭花岗岩体粗粒片麻状花岗岩和花岗斑岩脉、闪长玢岩脉、闪长岩脉等脉岩的样品，进行常量元素、稀土元素、微量元素和铅同位素分析，对其地球化学特征进行研究。

2.4.1 常量元素特征

红旗营子铅锌多金属矿岩浆岩属于钙碱性岩石系列，为准铝质高钾钙碱性岩石[17]。在FAM图上（图5），大致分为两组，其中一组为花岗斑岩脉、粗粒花岗岩的酸性岩，一组为闪长玢岩脉、闪长岩脉的中性岩，还可以看出黄岭花岗岩体与各类脉岩均属于钙碱性岩石，而且黄岭花岗岩体在时间、空间上同中性和酸性岩脉具有统一演化趋势，测试分析结果见表1。

图5 A（K2O+Na2O）-F（Fe*O）-M（MgO）图 Fig.5 Diagram of FAM

在TiO2-SiO2图上（图6），酸性脉岩-中性脉岩随SiO2的减少TiO2有规律的增加，符合同源岩浆岩的一般演化规律，测试分析结果见表1。

图6 TiO2-SiO2 图 Fig.6 Diagram of TiO2-SiO2

表1 FAM 图、TiO2-SiO2 图对应测试表 Table 1 Corresponding parameter content of FAM diagram and TiO2-SiO2 diagram

2.4.2 稀土元素特征

将本区花岗岩和各类脉岩进行稀土测试分析结果见表2。

表2 花岗岩和脉岩稀土元素测试结果（×10-6） Table 2 Rare earth element content in granite and vein rocks

根据矿区花岗岩和脉岩稀土元素测试结果，鉴于岩浆在源区或者演化过程中经受陆壳物质的混染作用造成的元素可能存在差异，但脉岩与花岗岩体的稀土元素总体特征明显相似，两者球粒陨石标准化图谱基本重合，其中粗粒片麻状花岗岩稀土元素总量教高，轻稀土元素之间具有一定的分馏作用，重稀土元素之间分馏作用较弱，Eu负异常弱致中等。呈轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的右倾配分模式（图7）。因此，可以认为脉岩与黄岭花岗岩体具有同源性。

图7 稀土元素球粒陨石标准化分布型式图 Fig.7 Distribution pattern of rare earth element standardize by chondrites

2.4.3 微量元素特征

对本区花岗岩和各类脉岩进行了微量元素测试（表3），并利用原始地幔标准样作了标准化的微量元素标准化蛛网图（图8）。

表3 花岗岩和脉岩微量元素测试结果（×10-6） Table 3 Trace element content in granite and vein rocks

图8 微量元素原始地幔标准化蛛网图 Fig.8 Cobweb diagram of trace elements Standardized by the primitive mantle

通过微量元素蛛网图可见脉岩与黄岭花岗岩体元素特征基本一致，显示该区岩浆岩有近于一致的富集和亏损特征，即相对富集Rb、Ba、Th、U、K 等大离子亲石元素（LILE），而亏损Ta、Nb、P、Ti 高场强元素（HFSE），很好地展示了脉岩与岩体成矿物质来源的一致性。

2.4.4 同位素特征

铅同位素表明矿区花岗斑岩脉和闪长玢岩脉206Pb/204Pb=18.14，207Pb/204Pb=15.68，208Pb/204Pb =38.79；黄岭花岗岩体粗粒片麻状花岗岩206Pb/204Pb =17.96-18.57，207Pb/204Pb=15.61-15.73，208Pb/204Pb =38.41-39.15（表4）。矿区脉岩与黄岭花岗岩体的铅同位素组成十分接近，且铅同位素成因Δβ-Δγ 分类图解中（图9），它们均投入了上地壳区域，进一步说明二者来源的统一性，其中黄岭花岗岩体投点稍靠近造山带增长线表明铅同位素来源有混合源的特征。

图9 铅同位素Δβ-Δγ 成因分类图解[24] Fig.9 Classification diagram of lead isotope Δβ-Δγ genesis

表4 红旗营子铅锌矿酸性岩脉岩体铅同位素分析结果 Table 4 Lead isotope analysis results of acid dykes in Hongqiyingzi lead-zinc mine

3 结论

从矿区地质特征看，红旗营子铅锌多金属矿区在黄岭花岗岩体附近0.5～5.0 km 内，岩体与围岩接触带走向NE。越靠近岩体，脉岩越发育，展示了脉岩与岩体空间上的密切相关性。已知在区内圈定了5 条铅锌成矿带，总体走向NE，矿体的产状主要受断裂破碎带控制。区内脉岩与铅锌矿体在空间上密切共生，部分矿体在脉岩的下部或两侧。脉岩、岩体、矿体三者具有密切的空间关系，且数据显示岩脉、岩体形成时间相近[14]，说明本区岩体、脉岩之间不仅密切相关，而且两者具有同源性。确切地说矿体和脉岩与黄岭花岗岩体来自同一岩浆房，即黄岭花岗岩体、铅锌矿体和脉岩同源。

通过对矿区脉岩与矿体时空关系的研究及岩体与脉岩同源性的探讨，认为辽宁省红旗营子铅锌多金属矿床属于岩浆热液充填型矿床。