江蘇棲霞山鉛鋅銀多金屬礦床硅鈣面控礦特征研究及其找礦意義

張明超，李永勝，杜澤忠，姚 磊，甄世軍，賈文彬

（1．中國地質(zhì)大學(xué) （北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083；2．國土資源部礦產(chǎn)勘查技術(shù)指導(dǎo)中心，北京100120）

江蘇棲霞山鉛鋅銀多金屬礦床位于江蘇省南京市東郊19km處，是寧鎮(zhèn)地區(qū)唯一的一個(gè)大型礦床，屬長江中下游多金屬成礦帶的重要組成部分。截止到2013年5月31日，整個(gè)棲霞山礦區(qū)共探獲鉛金屬量95．92萬t、鋅金屬量159．62萬t、硫礦石量783．16 萬 t、錳 礦 石 量 99．44 萬 t、銀 金 屬 量3856．94t（獨(dú)立銀礦＋共（伴）生）、金金屬量34．74t（獨(dú)立金礦＋共（伴）生），是我國東部地區(qū)最大規(guī)模的鉛鋅多金屬礦床。棲霞山礦床自發(fā)現(xiàn)以來，關(guān)于礦床成因，存在著四種主流的觀點(diǎn)：深源巖漿熱液成因、火山（次火山）熱液成因、同生沉積成因、層控－熱液復(fù)成成因。經(jīng)過近幾十年的勘查及綜合研究，該礦床屬于熱液礦床已達(dá)成共識(shí)，但由于礦區(qū)到目前為止還沒有發(fā)現(xiàn)巖體，所以爭論的根源主要在于成礦熱液的來源上，目前主要有以下兩種說法。①巖漿熱液來源為主：巖漿期后熱液為主伴隨地下水活動(dòng)［1］；巖漿期后熱液為 主加滲 流地下鹵水熱液［2－3］；巖漿期后熱液為主［4－6］；巖漿熱液為主的混合含礦熱液［7－8］。②非巖漿 熱 液 來 源 為 主：原 生 水 和 雨 水［9］；深循環(huán)熱鹵水（地下水、雨水）［10］，雙循環(huán)熱鹵水（深循環(huán)水（原生水）為主，淺循環(huán)水（大氣降水））［11－12］；SEDEX［13］；MVT［14］；深循環(huán)滲濾熱液（古地下水）為主，并可能混入深部巖漿熱液［15－16］。筆者擬通過對(duì)棲霞山鉛鋅銀多金屬礦床硅鈣面控礦特征的總結(jié)研究，提出礦床成因方面的一些新認(rèn)識(shí)，以期待對(duì)該礦床的成礦理論研究和深部找礦工作提供有價(jià)值的參考，同時(shí)，也為深入認(rèn)識(shí)及解決硅鈣面控礦礦床的機(jī)制研究提供理論基礎(chǔ)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

江蘇棲霞山鉛鋅銀多金屬礦床大地構(gòu)造位置位于揚(yáng)子陸塊區(qū)－下?lián)P子陸塊分區(qū)－下?lián)P子（蘇皖）前陸盆地的中西部，其北西臨秦祁昆造山系，南東接武夷－云開－臺(tái)灣造山系［17］。在區(qū)域構(gòu)造上，該礦床處于長江中下游斷裂坳陷帶的寧鎮(zhèn)斷褶束的西部，北鄰長江大斷裂，西靠寧蕪火山巖盆地。在成礦區(qū)帶劃分上，屬于長江中下游鐵、銅、鉛鋅、金多金屬成礦帶寧鎮(zhèn)多金屬成礦亞帶（圖1）。

圖1 下?lián)P子陸塊及鄰區(qū)大地構(gòu)造分區(qū)簡圖［17－18］

本區(qū)地層發(fā)育較齊全。震旦系－三疊系主要為一套海相碳酸鹽巖及海陸交互相沉積；上侏羅統(tǒng)為陸相火山巖；白堊系、第三系則以內(nèi)陸盆地沉積為主，間夾有少量火山巖；第四系以沖積、坡積物為主。區(qū)內(nèi)有三個(gè)主要的含礦層位：中石炭統(tǒng)黃龍組（C2）底部和下石炭統(tǒng)高麗山組（C21）、下二疊統(tǒng)棲霞組（P11）頂部、中三疊統(tǒng)青龍組（T1－2）頂部。

印支運(yùn)動(dòng)形成了本區(qū)的基本構(gòu)造骨架，使震旦系和古生界構(gòu)造層產(chǎn)生了強(qiáng)烈褶皺和斷裂。燕山運(yùn)動(dòng)繼承并發(fā)展了印支運(yùn)動(dòng)。區(qū)內(nèi)褶皺為三背兩斜，區(qū)內(nèi)斷裂有長江大斷裂、北北東向斷裂及北西向斷裂帶，它們控制了區(qū)域地層的展布、厚度變化和巖相古地理以及區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)及鉛鋅多金屬礦床的分布。

本區(qū)巖漿活動(dòng)主要發(fā)生在燕山期，次為喜馬拉雅期。燕山期的巖漿活動(dòng)最強(qiáng)烈，具有多期次、多階段和多演化的特點(diǎn)，形成了規(guī)模較大的寧鎮(zhèn)山脈火山－侵入雜巖體。它們大體上呈東西向展布。根據(jù)巖漿巖屬性在空間分布上的差異，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景，大致可分成西區(qū)（紫金山地區(qū)）、中區(qū)（湯山－鎮(zhèn)江）、東區(qū)（鎮(zhèn)江－諫壁）三個(gè)巖區(qū)。燕山期巖漿活動(dòng)以中酸性巖漿侵入活動(dòng)為主，伴有火山噴發(fā)?；鹕絿姲l(fā)活動(dòng)主要發(fā)育于中生代的次級(jí)斷陷盆地中。

本區(qū)除埤城群有高片巖相區(qū)域變質(zhì)、下震旦統(tǒng)有千枚巖化外，其它地層未受區(qū)域變質(zhì)作用影響［19］。因燕山期巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，巖漿期后熱液活動(dòng)頻繁，形成了多期次熱液礦產(chǎn)，同時(shí)也生成了多期次多種圍巖蝕變，主要有接觸變質(zhì)、熱液蝕變及部分巖漿侵入體的自變質(zhì)作用：大理巖化、角巖化、矽卡巖化、硅化、絹云母化、綠泥石化及碳酸鹽化等。

本區(qū)屬長江中下游多金屬成礦帶的東段，在巖體、構(gòu)造和層位的有利條件下，形成銅鐵等矽卡巖型、熱液型或?qū)涌匦投嘟饘俚V床。本區(qū)金屬礦產(chǎn)主要有鉛鋅、銀、金，其中大型礦床1處，中型1處，小型2處，礦點(diǎn)50多處。西區(qū)以鐵、鉛鋅為主，如梅山鐵礦床、棲霞山鉛鋅銀多金屬礦床；中區(qū)以銅為主，如安基山銅礦床、伏牛山銅礦床、韋崗鐵礦床；東區(qū)以鉬、鎢為主，如諫壁鎢鉬礦床、九華山銅礦床等，區(qū)域以西的寧蕪火山巖盆地，有特定的陸相火山巖型鐵礦產(chǎn)出。

2 礦區(qū)地質(zhì)

江蘇棲霞山鉛鋅銀多金屬礦床位于長江下游沿江斷褶帶的寧鎮(zhèn)斷褶束西端，走向長8km，面積25km2。從東到西可分為三茅宮礦段、平山頭礦段、虎爪山礦段、北象山礦段、甘家巷礦段等六個(gè)礦段，目前正在開采的為虎爪山礦段。

礦區(qū)出露地層自志留系至侏羅系，可分為上、下兩個(gè)構(gòu)造層（圖2）。下構(gòu)造層由志留系至三疊系之海相碳酸鹽巖及碎屑沉積巖、陸相碎屑沉積巖和海陸交互相沉積巖組成，受印支運(yùn)動(dòng)影響地層強(qiáng)烈褶皺，地層產(chǎn)狀較陡或倒轉(zhuǎn)；上構(gòu)造層由中生界侏羅系象山群陸相碎屑沉積巖和陸相火山碎屑巖組成，產(chǎn)狀平緩，上下兩構(gòu)造層之間為角度不整合接觸。賦礦地層為上泥盆統(tǒng)至下二疊統(tǒng)，其中，中石炭統(tǒng)黃龍組碳酸鹽巖地層為最主要的賦礦層位。

印支運(yùn)動(dòng)使礦區(qū)下構(gòu)造層發(fā)生強(qiáng)烈褶皺，并伴有以縱向斷裂為主的配套脆性變形構(gòu)造。燕山運(yùn)動(dòng)以斷塊作用為主，一方面使先期形成的斷裂構(gòu)造復(fù)活和發(fā)展，另一方面在區(qū)域應(yīng)力場改變的條件下，形成了以橫向斷裂為主的斷裂構(gòu)造體系。礦區(qū)的褶皺構(gòu)造可分為下構(gòu)造層褶皺和上構(gòu)造層褶皺，兩者呈高角度不整合接觸（圖2）。區(qū)內(nèi)斷裂比較發(fā)育，縱橫交錯(cuò)。按產(chǎn)狀及發(fā)育的地質(zhì)部位可分為三種類型：北東東向縱斷裂（F2等）、北西向橫斷裂、斷裂破碎不整合面。這些斷裂大部分在印支期強(qiáng)烈褶皺的后期即已發(fā)生，至燕山期又有復(fù)活發(fā)展，構(gòu)成了區(qū)內(nèi)的控礦斷裂。個(gè)別發(fā)育于成礦后的燕山晚期或喜馬拉雅期。

圖2 棲霞山鉛鋅銀多金屬礦床綜合剖面示意圖

礦區(qū)內(nèi)未出露巖體，在礦區(qū)西南方向岔路口－堯化門一帶有石英閃長巖體分布。礦區(qū)內(nèi)在甘家巷礦段地表及個(gè)別鉆孔深部僅見閃長玢巖巖脈［3－4，13，16］。侏羅系火山巖出露于礦區(qū)北緣，為一套夾有英安巖的沉火山碎屑巖?；鹕綆r穿插侏羅系象山群砂巖或超覆于象山群砂巖之上，礦區(qū)石英閃長巖脈及地表火山巖的K－Ar法年齡為119～134Ma［16］。航磁資料顯示在棲霞山象山砂巖分布區(qū)具有弱緩磁異常，有些研究工作者據(jù)此推測在大凹山下面有深源隱伏巖體存在［3，20－21］。

3 礦體特征

總體來說，礦體沿?cái)嗔褞В‵2）和一定層位（以石炭系和二疊系為主）主要呈似層狀和不規(guī)則狀（囊狀、脈狀和層狀）分布。賦礦地層為上泥盆統(tǒng)至下二疊統(tǒng)，其中，中石炭統(tǒng)黃龍組碳酸鹽巖地層為最主要的賦礦層位。礦區(qū)共有大小礦體近70個(gè)，其中主礦體6個(gè)，且以1號(hào)主礦體為最大，約占虎爪山礦段總儲(chǔ)量的93%。主礦體一般走向北東50°左右，具“尖滅再現(xiàn)”特點(diǎn)，斷續(xù)延長近5000m，礦體厚數(shù)米～數(shù)十米不等。礦體傾向北西，其上部受斷裂破碎不整合面、古巖溶角礫巖帶控制，下部受縱向斷裂（F2）控制；礦體傾角上部平緩，約30°±，下部陡立，約85°±，最大傾向延伸達(dá)500m以上（圖3）。

圖3 江蘇棲霞山鉛鋅銀多金屬礦床聯(lián)合剖面示意圖

礦石礦物主要為方鉛礦、閃鋅礦和黃鐵礦，次為菱錳礦、黃銅礦、磁鐵礦等；脈石礦物主要為石英、方解石，次為重晶石、絹云母、綠泥石等，至深部見綠簾石、透閃石。

礦石結(jié)構(gòu)主要為粒狀結(jié)構(gòu)、鑲嵌結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、顯微壓碎結(jié)構(gòu)，次為乳滴狀結(jié)構(gòu)、顯微包含結(jié)構(gòu)、浸蝕結(jié)構(gòu)、骸晶結(jié)構(gòu)等。

礦石構(gòu)造以角礫狀、塊狀、浸染狀為主，脈狀、網(wǎng)脈狀和條帶狀、散條帶狀次之，其他如層紋狀構(gòu)造，膠狀構(gòu)造、揉皺構(gòu)造、晶洞構(gòu)造、殘余構(gòu)造、梳櫛狀構(gòu)造等比較少見。在構(gòu)造角礫巖帶、巖溶角礫巖帶或?qū)娱g破碎帶內(nèi)，有用礦物主要以膠結(jié)物形式膠結(jié)圍巖角礫而形成礦石。

礦石中的主要有用組分為鉛、鋅、硫、錳；伴生有益組分主要為金和銀，銅的含量極少；伴生有益組分還有鎘、鎵、銦、硒、碲、鉈等，有害組分主要為碳和砷。

礦石類型主要為鉛鋅硫型、單硫型，以鉛鋅硫型為主，至深部向鉛鋅硫銅（銀）型和硫金型過渡。

4 硅鈣面控礦特征

由各個(gè)礦段礦體的賦存狀態(tài)及產(chǎn)出形態(tài)可以看出，礦體主要沿縱向斷裂（F2）和一定層位（以石炭系和二疊系為主）呈似層狀和不規(guī)則狀（囊狀、脈狀和層狀）分布。礦區(qū)成礦明顯受構(gòu)造控制，控礦構(gòu)造主要有F2等縱向斷裂、斷裂破碎不整合面、北西向橫斷裂、層間錯(cuò)動(dòng)和層間裂隙、古巖溶等（圖3）。

通過對(duì)虎爪山、甘家巷等礦段各條勘查剖面的分析研究發(fā)現(xiàn)，上下構(gòu)造層間不整合面內(nèi)的礦體主要分布在石炭系－二疊系碳酸鹽巖一側(cè)，不整合面上覆地層侏羅系象山群砂巖基本未發(fā)現(xiàn)規(guī)模礦體；同樣，深部主礦體也主要沿F2斷裂賦存于黃龍組灰?guī)r中，泥盆系五通組石英砂巖和石炭系高麗山組砂頁巖一側(cè)，也基本未發(fā)現(xiàn)規(guī)模礦體（圖4）。另外，根據(jù)前人對(duì)礦區(qū)及其附近地層中微量元素的光譜分析資料，石炭系－二疊系地層中的Pb、Zn、Ag等元素豐度較高，說明石炭系－二疊系也是有利的含礦層位。

根據(jù)控礦規(guī)律及礦體的賦存狀態(tài)，經(jīng)過研究，認(rèn)為該礦床中的大部分礦體并非受其具體層位控制，而應(yīng)是受硅鈣面控制，所謂硅鈣面，是指碳酸鹽巖等鈣質(zhì)巖石與砂板巖等硅鋁質(zhì)巖石的接觸界面［22］。由F2構(gòu)造的上下盤地層形成的硅鈣面，上盤地層為泥盆系五通組、石炭系高麗山組，其巖性為砂巖、粉砂巖、頁巖，以硅質(zhì)為主，滲透性較差，易構(gòu)成屏蔽層，對(duì)礦液沉淀起到屏蔽作用，下盤地層為石炭系黃龍組，其巖性為純灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及粗晶灰?guī)r，以鈣質(zhì)為主，化學(xué)活動(dòng)性強(qiáng)，易于交代充填成礦，因而主礦體沿F2斷裂賦存于石炭系黃龍組灰?guī)r與泥盆系五通組、石炭系高麗山組砂巖的接觸界面上，主要在石炭系黃龍組灰?guī)r一側(cè)。由斷裂破碎不整合面構(gòu)造形成的硅鈣面，不整合面上覆地層為侏羅系象山群，巖性為石英砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖，以硅質(zhì)為主，也是對(duì)礦液沉淀起到屏蔽作用，下伏的地層為石炭系－二疊系，巖性為純灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、粗晶灰?guī)r，以鈣質(zhì)為主，其控礦作用與F2構(gòu)造的硅鈣面相同，礦體主要位于石炭系－二疊系灰?guī)r一側(cè)。

綜合來說，不論是石炭系黃龍組灰?guī)r與泥盆系五通組石英砂巖、石炭系高麗山組砂頁巖構(gòu)成的硅鈣面、還是斷裂破碎不整合面下構(gòu)造層石炭系－二疊系碳酸鹽巖與上構(gòu)造層象山群砂巖構(gòu)成的硅鈣面，歸結(jié)起來都是鈣質(zhì)巖石與硅鋁質(zhì)巖石的接觸界面，礦體主要產(chǎn)在此硅鈣面之上，沿著硅鈣面展布，而并非由具體巖層層位控制，因此，礦床應(yīng)屬于受硅鈣面控制的礦床。

5 結(jié)論

1）由礦體的賦存狀態(tài)可知，礦體形態(tài)總體均較為規(guī)則，呈層狀或似層狀產(chǎn)出，與地層產(chǎn)狀一致，經(jīng)過對(duì)比和研究，發(fā)現(xiàn)礦體并非受具體層位控制，而是受巖性界面控制，圍巖主要為碎屑巖（硅鋁質(zhì)巖石）＋碳酸鹽巖（鈣質(zhì)巖石）組合。寧鎮(zhèn)地區(qū)在燕山期拉張伸展的構(gòu)造背景下發(fā)生激烈的斷塊運(yùn)動(dòng)，誘發(fā)的大規(guī)模深部巖漿活動(dòng)，同時(shí)在構(gòu)造變動(dòng)中，碎屑巖（砂巖等硅鋁質(zhì)巖石）與碳酸鹽巖（灰?guī)r等鈣質(zhì)巖石）組成的這套“硬、軟、脆”地層組合，不僅導(dǎo)致了層間斷裂的發(fā)育，而且構(gòu)成了以斷裂構(gòu)造為界面的兩種差異顯著的地球化學(xué)場，不僅為大氣降水滲透到地殼深部淋濾礦質(zhì)創(chuàng)造條件，而且使得巖漿熱液與深部含礦熱鹵水相混合，并沿深大斷裂上升到構(gòu)造封閉圈內(nèi)與富含有機(jī)質(zhì)和硫的淺循環(huán)熱鹵水（還原性）匯合時(shí)，在超臨界狀態(tài)下產(chǎn)生地球化學(xué)障效應(yīng)，使大量的鉛、鋅等硫化物在構(gòu)造巖性界面發(fā)生沉淀。構(gòu)造巖性界面不僅為后期巖漿熱液上移創(chuàng)造了通道，同時(shí)也為礦物質(zhì)沉淀、礦體形成提供了有力的物理化學(xué)條件和良好的賦礦空間，所以我們初步認(rèn)為，該礦床成礦作用應(yīng)屬于受硅鈣面控制的特殊的以巖漿期后中低溫?zé)嵋簽橹鞯牡V床，成礦地質(zhì)體為侵入體。

圖4 虎爪山礦段－625中段CM40線坑道素描圖

2）巖性界面（硅質(zhì)巖石和鈣質(zhì)巖石）由于上下層位巖石物理性質(zhì)的差別，特別容易在區(qū)域構(gòu)造作用下形成層間破碎帶，構(gòu)成容礦空間和減壓帶；其次，由于上下層位巖石化學(xué)性質(zhì)的差別，在超臨界流體（tc＝374℃，pc＝22．4MPa）作用下容易形成成礦地球化學(xué)障，引起流體物理化學(xué)條件的急劇變化，造成大量成礦物質(zhì)的沉淀。大量的大規(guī)模順層產(chǎn)出的大中型鉛鋅礦床，諸如新疆彩霞山、湖南康家灣、黑龍江弓棚子、遼寧青城子、河北高板河、青海錫鐵山鉛鋅礦床等等，礦體都受碳酸鹽巖類巖層和砂板巖類巖層接觸面控制，說明硅鈣面在不同成礦地質(zhì)作用體系中都具有明顯的控礦特征以及控制規(guī)模礦床的普遍性，其可以作為重要的找礦標(biāo)志。

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