山西靈丘縣支家地鉛鋅銀礦床成礦物質(zhì)來源探討

韓松，葛家昆，楊宏宇

(長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安　710064)

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山西靈丘縣支家地鉛鋅銀礦床成礦物質(zhì)來源探討

韓松，葛家昆，楊宏宇

(長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安710064)

在對支家地鉛鋅銀礦區(qū)進行了野外調(diào)查的基礎(chǔ)上，對支家地鉛鋅銀礦開展了礦床地質(zhì)特征、地球化學(xué)特征研究，探討了該礦的成礦物質(zhì)來源和成因，為進一步認識淺成熱液多金屬礦床的成礦規(guī)律及建立礦床成礦模型提供了有益的實例。通過對支家地鉛鋅銀礦床的研究表明，支家地鉛鋅銀礦為與隱爆作用有關(guān)的多金屬礦床，工業(yè)礦體的產(chǎn)出嚴格受隱爆角礫巖體控制，礦體多產(chǎn)出于隱爆角礫巖、次火山巖體與白云巖接觸部位、斷裂構(gòu)造及次級斷裂構(gòu)造接觸部位。該規(guī)律對礦床的遠景預(yù)測及找礦具有一定的指導(dǎo)意義。根據(jù)銀礦床成礦地質(zhì)背景、礦石微量元素稀土元素和同位素等方面的分析，表明該區(qū)巖漿巖的主要源區(qū)為下地殼，且混有幔源物質(zhì)，為成礦模型的建立提供了依據(jù)。并對鉛鋅銀礦床的地球化學(xué)特征及成礦物質(zhì)來源進行了探討。

鉛鋅銀礦床；地球化學(xué)；成礦物質(zhì)來源；礦床成因

1　礦床地質(zhì)概況

支家地鉛鋅銀礦床位于山西省靈丘縣城南13km處，地理坐標：東經(jīng)：114°11′45″～114°13′37″，北緯：39°20′21″～39°22′30″。大地構(gòu)造位于華北北緣多金屬成礦帶中段，太白維山破火山口環(huán)形構(gòu)造北側(cè)。礦體賦存于北西向斷裂破碎帶和其兩側(cè)的隱爆角礫巖中及火山口構(gòu)造外接觸帶的白云巖中，受火山口構(gòu)造控制(武鐵山等，1989；李兆龍等，1992)。

礦區(qū)內(nèi)主要出露燕山期次火山巖和隱爆角礫巖體。其中，次火山巖主要為石英斑巖，其與隱爆角礫巖的分布、產(chǎn)出特征及成礦關(guān)系密切(張北廷等，1995；陳昌勇等，1999)。

1.新生界；2.上侏羅統(tǒng)張家口組；3.上侏羅統(tǒng)白旗組；4.上侏羅統(tǒng)后城組；5.石炭系；6.奧陶系；7.寒武系；8.長城系青白口組；9.五臺群變質(zhì)巖；10.變質(zhì)石英閃長巖；11.石英斑巖；12.花崗巖；13.正斷層圖1　山西靈丘縣太白維山地質(zhì)構(gòu)造略圖(據(jù)邴穎，2009,略有改編)Fig.1　The tectonic sketch of Taibaiwei Mountain of Lingqiu County, Shanxi Province

礦區(qū)內(nèi)主要出露燕山期次火山巖和隱爆角礫巖體。其中，次火山巖主要為石英斑巖，其與隱爆角礫巖的分布、產(chǎn)出特征及成礦關(guān)系密切(肖秀梅，1992)。

1.1石英斑巖

石英斑巖體呈不規(guī)則狀產(chǎn)出，局部分支呈脈狀或巖床插入圍巖。

其侵入期次有2期，前期呈巖株產(chǎn)出，斑晶粗大，蝕變強，與成礦關(guān)系密切；后期石英斑巖呈脈狀產(chǎn)出，斑晶較小，也有微弱礦化(武俊厚，2009)。出露面積約1.2 km2。

1.2隱爆角礫巖體

石英斑巖沿火山通道充填后，由于下部氣液的局部集中使壓力增大，在石英斑巖和火山集塊巖、火山角礫巖之間形成火山隱爆，使石英斑巖和早期火山角礫巖、集塊巖破碎形成了隱爆角礫巖，其是礦區(qū)的主要容礦巖石，常分布于石英斑巖體的邊緣或上部。F2斷裂構(gòu)造嚴格控制著隱爆角礫巖體的產(chǎn)狀、形態(tài)和空間位置(圖2)。在平面上，角礫巖體呈透鏡狀或橢圓狀，其長軸呈北西西向，長約500m，短軸長約150～200m。在橫斷面上，角礫巖體為向石英斑巖體傾斜的筒狀體，筒壁凹凸不平，并表現(xiàn)出向石英斑巖體的分支貫入，巖筒延深約650m，圍巖為石英斑巖、火山集塊巖、火山角礫巖和燧石條帶白云巖(李樹臣等，2008；周紹芝，1999)。

1.復(fù)成分角礫巖； 2.石英斑巖質(zhì)角礫巖； 3.斜裂石英斑巖； 4.崩塌-震碎角礫巖；5.銀礦體 ；6.斷層； 7.勘探線圖2　支家地礦區(qū)隱爆角礫巖筒平面圖Fig.2　Cryptoexplosive breccia tube floor plan of Zhijiadi deposit

隱爆角礫巖的成分主要是次火山巖和與其直接接觸的圍巖成分，即石英斑巖角礫和流紋巖角礫，另有少量安山巖、片麻巖、變質(zhì)石英砂巖、白云巖角礫等。角礫大小不等，形狀復(fù)雜，有棱角狀、次棱角狀、次圓狀、渾圓狀等。

膠結(jié)物主要為與角礫成分相同的巖粉、巖屑、火山灰、熔漿和后期的熱液礦質(zhì)。按角礫成分、角礫的位移程度和形成方式把隱爆角礫巖分為石英斑巖角礫巖、凝灰角礫巖、復(fù)成分角礫巖和碎裂石英斑巖等4類(李兆龍,1992; KERRICHR,2000)。其中，凝灰角礫巖和石英斑巖角礫巖是礦區(qū)的主要含礦巖石。

2　礦床地球化學(xué)特征

2.1硫同位素特征

支家地鉛鋅銀礦床硫化物樣品δ34S均為正值，其δ34S‰的分布特征見圖3，分布范圍為0.6‰～9.6‰，塔式效應(yīng)明顯，為內(nèi)生源S特征，表明礦石S與礦區(qū)火山-次火山巖(圍巖)的S為同一來源。不同硫化物δ34S值的變化范圍是：黃鐵礦變化范圍較大，為3.1‰～9.6‰，閃鋅礦的變化方位為2.7‰～5.3‰，方鉛礦為0.6‰～5.2‰。δ34S值按黃鐵礦-閃鋅礦-方鉛礦的順序減小，屬同一S源。

圖3　支家地鉛鋅銀礦床硫同位素組成圖解Fig.3　Sulfur isotopic composition diagram of Zhijiadi Pb-Zn-Ag deposit

2.2礦石稀土元素特征

在表1、圖4中，礦石的稀土總量為9.52×10-6～40.93×10-6，低于石英斑巖、隱爆角礫巖及其膠結(jié)物等巖石(58.89～163.753 9)，與高于莊組白云巖(12.54～22.88)相似；稀土型分布模式整體右傾，富集輕稀土(LREE/HREE =4.6～27.4)，Eu、Ce異常有正有負(δEu=0.61～1.61；δCe=0.89～1.21)，但是它們的分配模式圖卻非常負責(zé)，存在很大的差異性。結(jié)合礦區(qū)主要賦存巖石的稀土元素特征，進行對比分析發(fā)現(xiàn)：礦石的稀土元素特征有的和石英斑巖一致，有的和隱爆角礫巖相似，有的和白云巖有共同特征，其中和石英斑巖及隱爆角礫巖相似的礦石，其稀土總量普遍低于前者；和白云巖一致的礦石，其稀土總量高于前者。上述特征可能表明礦體的物質(zhì)源于周圍的賦礦巖石。

圖4　支家地鉛鋅銀礦床巖、礦石稀土元素球粒隕石標準化配分圖(據(jù)SUN & MCDONOUGH，1989)Fig.4　Rock， ore chondrite normalized REE diagram of Zhijiadi Pb-Zn-Ag deposit

2.3Pb同位素特征

分別對2種礦體類型的主要礦體礦石或礦化巖石中的方鉛礦、黃鐵礦進行了Pb同位素分析，測試結(jié)果見表2。

該區(qū)方鉛礦的206Pb/204Pb為16.388～16.617，207Pb/204Pb為15.117～15.212，208Pb/204Pb為36.416～36.830，Pb同位素值很近似，組成較均一，反映不同類型礦體的方鉛礦具有相同的成礦物質(zhì)來源。此外，207Pb/204Pb<16，μ、ω、Th/U的值為8.45～8.65、34.12～37.12、3.75～4.16，屬單階段演化的古老正常Pb。

黃鐵礦的206Pb/204Pb為16.553～16.590，207Pb/204Pb為15.327～15.352；208Pb/204Pb為36.915～36.998，特征參數(shù)μ值為8.6，ω值為36.67～36.89，Th/U值為4.27～4.29，208Pb/204Pb值略高于方鉛礦，說明黃鐵礦中釷鉛較多。但從總體看，與方鉛礦的鉛同位素組成是一致的，也屬單階段演化的古老正常Pb。

在208Pb/204Pb-206Pb/204Pb的Pb同位素構(gòu)造模式圖中(圖5)，方鉛礦、黃鐵礦和白云巖的Pb同位素投影點非常集中，均落在下地殼與地幔演化曲線之間；在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb構(gòu)造模式圖中它們的投影點主要落在下地殼增長線附近，部分介于下地殼與地幔演化曲線之間。上述特征表明Pb的來源主要以地殼Pb為主，并有地幔Pb的混入。方鉛礦μ值變化于8.45～9.09，同樣顯示Pb為殼?；旌螾b； Th/U相對均一，為3.75～4.27，也反映出Pb為殼?；旌螾b。

圖5　支家地鉛鋅銀礦床Pb同位素構(gòu)造模式圖Fig.5　Lead isotope structure schematic diagram of Zhijiadi Pb-Zn-Ag deposit

石英斑巖的206Pb/204Pb為16.985，207Pb/204Pb為15.500；208Pb/204Pb為36.548，特征參數(shù)μ、ω、Th/U值為9.06、38.72、4.27，Pb同位素組成及特征參數(shù)與礦石比較相似，除206Pb/204Pb和207Pb/204Pb略高。在Pb同位素構(gòu)造模式圖上，石英斑巖的Pb同位素組成更接近于造山帶Pb同位素演化曲線(ARRIBASA,1998;毛德寶，2001)。石英斑巖形成時代早于成礦時代，區(qū)域大地構(gòu)造分析顯示區(qū)域的構(gòu)造環(huán)境從侏羅紀向白堊紀逐漸向更張性演變，因此，石英斑巖與礦石Pb同位素特征的微小差異表明二者形成于相同的燕山活動階段，但可能分屬于不同的演化時期，成礦形成于相對晚期的張性背景，二者的物源均包括了下地殼成分，只是存在比例上的微小差別。

表2　支家地鉛鋅銀礦床Pb同位素組成及Pb源區(qū)特征值表

2.4Rb-Sr同位素

巖石的87Sr/86Sr初始比值是巖石成因或物質(zhì)來源的良好指示。支家地銀礦石英斑巖的Rb-Sr同位素測定結(jié)果表明，Rb-Sr等時線年齡為156.03Ma，87Sr/86Sr =0.705 5，略高于上地幔平均值，而低于地殼Sr同位素平均增長值，與過渡同熔型花崗巖0.705～0.709(徐克勤，1982)比較一致，屬幔殼混源型。

2.5Hf同位素

研究發(fā)現(xiàn)隱爆角礫巖膠結(jié)物中出現(xiàn)了繼承鋯石(覃嫻瑟，2010)，其U-Pb年齡為2 473Ma，表中生代巖漿中具有下地殼古元古代基底巖石組分，揭示有下地殼的熔融和加入。鋯石176Hf/177Hf的變化范圍為0.281 893～0.282 185，Hf同位素組成比較均一；εHf(t)值分布范圍為(-17.7～-28.2)，εHf(t)<0，表明沒有新生地殼生長，巖漿主要源自單一源區(qū)；εHf(t)-t圖中的所有樣品分析點均遠離虧損地幔線和球粒隕石線，分布在地殼演化線之間，也說明該區(qū)巖體主要源區(qū)為古地殼，而非虧損地幔源區(qū)，巖漿形成的主要機制為陸-陸碰撞造山導(dǎo)致陸殼加厚，先存古老地殼部分熔融(圖6)。

t(Ma)圖6　支家地鉛鋅銀礦床隱爆角礫巖膠結(jié)物中鋯石的εHf(t)-t圖解(據(jù)覃嫻瑟，2010)Fig.6　Hidden breccia cements zircon εHf (t) -t diagram of Zhijiadi Pb-Zn-Ag deposit(A ccording to TAN， 2010 )

3　結(jié)論

白維山破火山口在燕山期形成。火山活動初期，下部中酸性巖漿上侵，形成彎隆和張性斷裂，巖漿沿斷裂、裂隙噴發(fā)到地表形成一系列火山巖和次火山巖；到火山活動晚期，在破火山口的側(cè)火山口內(nèi)，石英斑巖沿火山通道充填后，其下部氣液的局部集中使壓力增大，隱爆作用沿斷裂帶發(fā)生，石英斑巖和早期火山角礫巖、集塊巖破碎形成了隱爆角礫巖，它是礦液的良好通道和有利的儲礦場所。F2斷裂構(gòu)造嚴格控制著隱爆角礫巖體的產(chǎn)狀、形態(tài)和空間位置。礦體主要賦存在石英斑巖與凝灰角礫巖接觸帶、斷裂破碎帶、地層等疊加復(fù)合部位。

礦床是以銀為主，伴生有鉛、鋅等的大型多金屬礦床。成礦溫度區(qū)間在140～240℃，成礦流體整體上屬于中低溫?zé)嵋?；溶液的鹽度為1.56%～10.37%(NaCI)，為低鹽度熱液；氫氧同位素顯示熱液為巖漿熱液。

石英斑巖體巖石的87Sr/86Sr =0.705 5，石英的δ18OV-SMOW值為7.5‰～8.7‰，表明礦區(qū)巖漿屬于殼?；煸葱汀５V石S與礦區(qū)火山-次火山巖(圍巖)的S同位素特征非常相似；Pb同位素則顯示成礦的物質(zhì)為殼幔混合，結(jié)合礦石的稀土元素則發(fā)現(xiàn)礦體的物質(zhì)既有源于周圍的火山-次火山巖，也和隱爆角礫巖及白云巖有一定相關(guān)性。

支家地銀礦床受破火山口與斷裂構(gòu)造控制，工業(yè)礦體的產(chǎn)出嚴格受隱爆角礫巖體控制，礦體多產(chǎn)出于隱爆角礫巖、次火山巖體與白云巖接觸部位、斷裂構(gòu)造及次級斷裂構(gòu)造接觸部位，礦體厚度、礦石質(zhì)量也受其控制。

礦床S同位素中硫化物的δ34S 靠近隕石型，礦床的S源為內(nèi)生成因與巖漿源有關(guān)。

Pb同位素相對穩(wěn)定，Pb的來源為下地殼和部分上地幔源，即為火山巖下伏的太古宙基底巖。

綜上所述，筆者認為支家地銀礦床是與火山巖-次火山巖有關(guān)的淺成中低溫?zé)嵋旱V床。

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2015-11-04；

2016-04-28

中國地質(zhì)調(diào)查局華北古生代成礦項目(330100110014)

韓松(1991-)，男，陜西西安人，長安大學(xué)礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)碩士研究生，從事礦床學(xué)方向、礦產(chǎn)勘查方向的工作研究。E-mail:408989077@qq.com

P56；P535

A

1009-6248(2016)03-0116-08