廣西三黎Pb-Zn-Ag礦床的地質(zhì)特征及S-Pb同位素研究

張 偉，蔡 伊，張 乾

(1.南京大學(xué) 內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210093；2.江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九一二大隊(duì)，江西 鷹潭 335001；3.貴州師范大學(xué) 生態(tài)文明研究中心，貴州 貴陽(yáng) 550001；4.中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所 礦床地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550002)

三黎Pb-Zn-Ag礦床位于大明山鎢-銅多金屬成礦帶的中部，為一個(gè)產(chǎn)于寒武系砂頁(yè)巖地層之中的脈狀多金屬礦床。大明山成礦帶位于桂中武鳴、上林、賓陽(yáng)三縣交界地區(qū)，為一條NW-SE向的W-Cu多金屬成礦帶，其礦產(chǎn)資源較為豐富，不但成礦元素豐富(包括W，Cu，Pb，Zn，Ag，Au，Sb等)，而且礦化類型復(fù)雜，包括斑巖型、石英脈型、似層狀型、云英巖型等(李水如等，2008；張啟連等，2010)。其中，Cu和W儲(chǔ)量占整個(gè)廣西壯族自治區(qū)總儲(chǔ)量的27%和42%(楊斌等，2007；石曉明等，2008)。最為重要的是，該成礦帶的構(gòu)造位置較為特殊，其東北部為桂中拗陷，產(chǎn)有大量的Sedex型，如北山Pb-Zn礦床(謝世業(yè)等，2004)和盤龍Pb-Zn礦床(薛靜等，2011)、MVT型，如錫基坑和慶豐Pb-Zn礦床(雷良奇等，2006)和巖漿熱液型礦床如龍頭山Au礦床、古袍Au礦床和社洞W-Mo礦床(陳富文等，2008；段瑞春等，2011)；其西部為右江盆地，內(nèi)部產(chǎn)有大量微細(xì)脈型(卡林型)Au-Sb礦(王國(guó)芝等，2002；陳懋弘等，2014)；西南部右江盆地邊緣隆起的西大明山礦田，如鳳凰山Ag礦床(李澤琴等，1998)；其西北部賦存有世界級(jí)錫多金屬礦田或礦床，如大廠Sn-Zn-In礦床(陳毓川等，1985)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

在大明山地區(qū)，元古界、中-上奧陶統(tǒng)、志留系和侏羅系地層缺失，寒武-奧陶系地層以天窗的形式出露，為“下構(gòu)造層”，泥盆-三疊系地層覆蓋其上，在寒武-奧陶系地層周圍廣泛分布，構(gòu)成“上構(gòu)造層”(張啟連等，2010)。整個(gè)區(qū)域地層厚度為15 158～17 961 m。

圖1 桂中大明山W-Cu多金屬成礦帶地質(zhì)圖(據(jù)蔡伊等，2016修改)Fig.1 Geological sketch of the Damingshan W-Cu polymetallic mineralization belt in the central Guangxi Zhuang Autonomous Region

本區(qū)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，主要包括志留紀(jì)和晚白堊世兩期巖漿作用(圖1)。志留紀(jì)巖漿巖分布于成礦帶的西北部地區(qū)，主要呈巖脈、巖席和巖株的形式侵位于寒武和奧陶系砂頁(yè)巖中，其巖性主要為花崗閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)玢巖、石英斑巖、花崗斑巖和花崗巖，其侵位年齡分別為443～441 Ma，434 Ma，427～425 Ma，419 Ma，405 Ma(蔡伊，2015)。晚白堊世巖漿巖主要分布在成礦帶東南部(昆侖關(guān)花崗巖巖基)，少量分布于西北部(水錦巖體)，其巖性包括花崗巖、花崗斑巖、細(xì)晶巖和云煌巖，主要以巖基、巖脈、巖席和巖株的形式侵位于寒武和泥盆系地層之中，其中，花崗巖、花崗斑巖和細(xì)晶巖分別侵位于95～92 Ma，94 Ma和94.2 Ma(譚俊等，2008；蔡伊，2015)。

該區(qū)礦產(chǎn)資源極為豐富，其Cu，W儲(chǔ)量占整個(gè)廣西總儲(chǔ)量的27%和42%(楊斌等，2007；石曉明等，2010)；已發(fā)現(xiàn)的有用礦產(chǎn)20多種，礦床(點(diǎn))120處；其中，具有工業(yè)價(jià)值的內(nèi)生鎢、銅、鉛、鋅、金、滑石等礦床8處，包括鎮(zhèn)圩滑石礦床、古零滑石礦床、大明山W礦床、兩江Cu礦床、三黎Pb-Zn-Ag礦床、南崖Pb-Zn礦床、王社Cu-W礦床和陳平Au礦床(圖1)；礦化類型豐富有：層控型(似層狀型)、斑巖型(網(wǎng)脈-浸染型)、石英大脈型、云英巖型、矽卡巖型、沖積扇型等(張啟連等，2010)。

2 礦床地質(zhì)

礦區(qū)內(nèi)地表未見巖漿巖出露，地層簡(jiǎn)單，僅出露寒武系、泥盆系、石炭系和第四系地層(圖2)。主要斷層構(gòu)造包括南丹-昆侖關(guān)斷裂和F1斷層(圖2)。前者為區(qū)域大斷裂，后者為礦區(qū)主要導(dǎo)礦和容礦構(gòu)造。

南丹-昆侖關(guān)斷裂呈NW-SE向從礦區(qū)西南部橫切而過，傾向?yàn)镹E向，傾角為30°～42°，其性質(zhì)為向左走滑的逆斷層，斷層面形成數(shù)米寬的破碎帶。該斷裂的次級(jí)斷裂極為發(fā)育，可分為為NNW和EW向兩組斷裂，前者為控礦構(gòu)造(F1)，后者為含金石英脈所充填。

F1斷裂帶呈NNW-SSE向展布，長(zhǎng)約3 km，寬2～8 m，呈“S”走向，傾角70°～85°。斷裂帶巖石較破碎，礦體近SN向展布呈脈狀或透鏡體、扁豆?fàn)町a(chǎn)出。礦體總體傾向東，傾角75°～80°，厚度0.3～2.1 m，局部達(dá)3 m。礦體中常有硅化石英砂巖及大理石化白云質(zhì)灰?guī)r的夾石。

礦區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造主要為大明山箱狀背斜(圖2)。該背斜軸向?yàn)镹W-SE向，軸面較陡，次級(jí)褶皺較為發(fā)育，為一復(fù)式背斜。其核部由寒武系砂頁(yè)巖地層組成，兩翼地層為泥盆系蓮花山組(D1l)、那高嶺組(D1n)和郁江組(D1y)砂頁(yè)巖、碳酸鹽巖和硅質(zhì)巖和石炭系(C1和C2)白云巖夾白云質(zhì)碳酸鹽巖和硅質(zhì)巖地層組成。其中，南丹-昆侖關(guān)斷裂從該復(fù)式背斜的西南翼地層斜插而過，形成了次級(jí)斷裂F1，共同控制了該區(qū)Pb-Zn多金屬礦體的分布。

桂中三黎Pb-Zn多金屬礦床主要包括7個(gè)采區(qū)和2個(gè)礦體，即，1號(hào)和2號(hào)礦體(圖2)。其中，1號(hào)礦體分布在礦區(qū)F1斷裂帶的北端(圖2)，呈脈狀、透鏡狀、串珠狀產(chǎn)出，近南北展布，長(zhǎng)390 m，南段明顯尖滅、北端延伸至另一礦區(qū)，礦體總體傾向東，傾角75°～78°，斜深大于100 m，厚度0.6～2.0 m，局部達(dá)3 m；礦體圍巖中常見一條寬約10 cm的石英砂。2號(hào)礦體分布在礦區(qū)F1斷裂帶的南端(圖2)，呈脈狀、透鏡狀、扁豆?fàn)町a(chǎn)出，近南北展布，長(zhǎng)約132 m，南、北端明顯尖滅、礦體總體傾向東，傾角76°～80°，斜深大于60 m，厚度0.5～2.0 m，局部可達(dá)2.6 m。

圖2 桂中三黎Pb-Zn礦床的地質(zhì)圖①?gòu)V西上林縣三黎礦區(qū)(三鑫礦業(yè)公司).2006.鉛鋅礦資源儲(chǔ)量核實(shí)地質(zhì)報(bào)告.Fig.2 Geological map and cross-section of the Sanli Pb-Zn-Ag deposit in central Guangxi province

礦石物質(zhì)成分簡(jiǎn)單，礦石礦物以方鉛礦、閃鋅礦為主，伴生少量磁黃鐵礦、輝銀礦；脈石礦物主要為石英，少量的方解石(圖3)。塊狀和浸染狀礦石最為常見，塊狀礦石為黑色-灰色，具明顯的四方晶體，含少量的炭質(zhì)和石英，以方鉛礦、閃鋅礦為主，及少量磁黃鐵礦、輝銀礦，主要產(chǎn)于破碎帶與圍巖接觸部位(圖3)。浸染狀礦石為灰色-青灰色，呈塊狀、浸染狀，主要呈浸染狀、脈狀填充在青灰色的砂巖及頁(yè)巖中。礦石結(jié)構(gòu)以壓碎結(jié)構(gòu)和中粒結(jié)構(gòu)為主，自形粒狀結(jié)構(gòu)和半自形粒狀結(jié)構(gòu)次之。礦石構(gòu)造包括塊狀、角礫狀、腎狀及浸染狀構(gòu)造。按照礦石有用元素組成不同，該礦床中礦石可分為Zn礦石、Pb礦石和Pb-Zn礦石三種類型；其中，Zn礦石礦物組成為閃鋅礦和石英，閃鋅礦成棕褐色，主要分布在礦區(qū)北部的1號(hào)礦體，Pb-Zn礦石主要為閃鋅礦、方鉛礦和石英，閃鋅礦為黑色，分布在1號(hào)和2號(hào)礦體，Pb礦石礦物組成為方鉛礦和石英，主要分布在2號(hào)礦體的南部(圖3)。顯微研究表明，三黎Pb-Zn多金屬礦床的礦物生成順序?yàn)殚W鋅礦>方鉛礦>石英。在整個(gè)礦區(qū)，Pb，Zn和Ag的品位分別為0.85%～5.62%，1.22%～5.47%和6.52～31.28 g/T。

3 分析方法與結(jié)果

3.1 分析方法

本次研究筆者共采集了18件礦石樣品，均來(lái)自民采坑道。礦石樣品粉碎至40～60目后，利用雙目鏡下進(jìn)行單礦物分選，使其純度大于99%。然后，精選出具有代表性的單礦物粉碎至200目后分別進(jìn)行微量元素和S-Pb同位素分析。其次，筆者還在礦區(qū)南部的昆侖關(guān)巖體采集了5件中-粗粒黑云母花崗巖，其采樣位置為南崖Pb-Zn礦床南部約200 m處，粉碎后挑選其中的鉀長(zhǎng)石進(jìn)行Pb同位素分析。為了查明賦礦地層對(duì)成礦作用的貢獻(xiàn)，筆者在昆侖關(guān)巖體西部500 m處采集了6件寒武系砂頁(yè)巖地層樣品進(jìn)行Th，U和Pb含量和Pb同位素分析。

硫同位素在分析測(cè)試之前以Cu2O作氧化劑制備SO2。然后在中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)礦床地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用MAT-251質(zhì)譜儀完成測(cè)試。數(shù)據(jù)采用V-CDT國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)報(bào)道，分析精度優(yōu)于±0.2‰?；◢弾r、礦石、地層的測(cè)試對(duì)象分別為長(zhǎng)石、硫化物和全巖。樣品先用三酸分解后，樹脂交換法分離出Pb，蒸干后利用MAT-261質(zhì)譜儀分析，其分析精度大于5‰。國(guó)家標(biāo)樣NBS-981的測(cè)試結(jié)果：208Pb/206Pb為2.162 189±0.000 027，207Pb/206Pb為0.913 626±0.000 059，204Pb/206Pb為0.592 01±0.000 015。

3.2 分析結(jié)果

18件礦石硫化物的硫同位素列于表1，其δ34SV-CDT為-0.57‰～+3.46‰，平均為+1.52‰。4件方鉛礦δ34SV-CDT為-0.57‰～0.69‰，平均值為0.05‰；14件閃鋅礦δ34SV-CDT為0.90‰～3.46‰，其平均值為1.52‰。所以，方鉛礦的S同位素較閃鋅礦更負(fù)，說明其形成時(shí)成礦流體可能已達(dá)到同位素?zé)崃W(xué)平衡。

9件礦石硫化物和5件黑云母花崗巖的Pb同位素列于表2。由表2可知，花崗巖Pb同位素分布范圍較窄，其206Pb/204Pb為18.470～18.570，207Pb/204Pb為15.664～15.740和208Pb/204Pb為38.835～39.051。礦石硫化物Pb同位素的206Pb/204Pb，207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值分別為18.296～18.405，15.759～15.874和38.689～39.086。一般地，由于巖石全巖含有較高的Th，U和Pb，因此，該巖石現(xiàn)在的Pb同位素比值需要進(jìn)行年齡校正后才能進(jìn)行對(duì)比研究。目前，大明山地區(qū)已報(bào)道的成礦年齡為93～97 Ma之間(李水如等，2008；藺志永等，2008；楊鋒等，2011)，因此，筆者選擇95 Ma作為此次所研究的寒武系地層樣品的校正年齡。6件寒武系地層巖石的Pb同位素?cái)?shù)據(jù)及其校正結(jié)果列于表3，測(cè)試方法為ICP-MS，其測(cè)試精度為n×10-9級(jí)。與花崗巖和礦石硫化物相比，地層Pb同位素組成較為分散，富含放射性成因Pb，其206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb分別為19.200～23.640，15.870～15.990和39.532～44.924，平均值分別為20.057，15.900和40.731(表3)。

表1 三黎Pb-Zn-Ag礦床礦石硫化物的S同位素組成

圖3 三黎Pb-Zn-Ag礦床的礦石樣品Fig.3 Photo of ore samples from the Sanli Pb-Zn-Ag deposita.石英脈型Zn礦石，Sph被Qz交代充填，暗示Sph形成早于Qz；b.石英脈型Pb礦石，Sph被Gn交代溶蝕，暗示Sph形成早于Gn；c.塊狀Pb-Zn礦石，Sph被Gn交代溶蝕，Sph和Gn又被Qz交代溶蝕，說明礦物生成順序?yàn)镾ph>Gn>Qz

樣品編號(hào)測(cè)試對(duì)象206Pb/204Pb2σ207Pb/204Pb2σ208Pb/204Pb2σSL-3閃鋅礦18.3510.00415.8120.00438.8770.010SL-5閃鋅礦18.3150.00215.7630.00138.7210.003SL-6閃鋅礦18.2960.00215.7590.00238.6890.005SL-8閃鋅礦18.3580.00215.8150.00238.8920.005Sla-3閃鋅礦18.4050.00315.8740.00339.0860.008Sla-6方鉛礦18.3710.00315.8420.00338.9650.00612SC-2方鉛礦18.3120.00215.7710.00238.7330.00412SC-18方鉛礦18.3090.00215.7690.00138.7280.00312SC-23方鉛礦18.3090.00215.7670.00238.7180.004KLG-1鉀長(zhǎng)石18.4980.00515.6810.00438.8780.010KLG-2鉀長(zhǎng)石18.5700.00215.7400.00239.0510.004KLG-3鉀長(zhǎng)石18.4790.00415.6640.00338.8350.008KLG-4鉀長(zhǎng)石18.5120.00215.7180.00238.9420.004KLG-5鉀長(zhǎng)石18.4700.00415.6800.00338.8600.008

表3 桂中大明山地區(qū)寒武系砂頁(yè)巖的Pb同位素組成

備注：Th，U和Pb含量采用ICP-MS測(cè)試

4 討論

4.1 成礦物質(zhì)來(lái)源與礦床成因分析

三黎礦床主要為石英脈型硫化物礦床，其礦石物質(zhì)成分簡(jiǎn)單，主要以方鉛礦、閃鋅礦和石英為主，伴生少量磁黃鐵礦、輝銀礦和方解石(圖3)。由此可見，礦石中并不含硫酸鹽，因此，礦石硫化物的S同位素并不需要計(jì)算便可以近似代表成礦流體的S同位素組成(Ohmoto et al., 1972; Dixon et al., 1996；Seal, 2006)。此次研究表明，18件礦石硫化物的S同位素的變化范圍較窄，其δ34SV-CDT為-0.57‰～3.46‰，平均為1.52‰(表1)，在直方圖中呈塔式分布于0附近(圖4)，為典型的巖漿熱液(或深部)起源。

圖4 三黎Pb-Zn-Ag礦床的S同位素直方圖Fig.4 Sulfur isotopic histogram of ore sulfides from the Sanli Pb-Zn-Ag deposit

Pb同位素也是示蹤成礦物質(zhì)來(lái)源的良好方法。該方法不但可以示蹤成礦物質(zhì)來(lái)源(Doe et al., 1974; Zartman et al., 1981; 張乾等，1994, 2000)，制約礦化年齡(Doe et al., 1974和Browning et al., 1987)，而且還可以判斷地塊構(gòu)造屬性(Macfarlane et al., 1990; Aitcheson et al., 1995)，進(jìn)而指導(dǎo)礦產(chǎn)資源勘探(Doe et al., 1974; Gulson et al., 1979)。大量的鋯石U-Pb定年表明，整個(gè)大明山地區(qū)的巖漿作用僅僅包括加里東期和燕山晚期；其中，前者巖性主要包括崗閃長(zhǎng)巖、石英斑巖、花崗斑巖和花崗巖，其成巖年齡分別為443～407 Ma；后者主要為花崗巖、花崗斑巖、細(xì)晶脈巖和云煌巖，其成巖時(shí)代較為一致，其成巖年齡介于95～92 Ma(表4)。因此，筆者將礦石與賦礦寒武系地層砂頁(yè)巖、志留紀(jì)巖漿巖和晚白堊世巖漿巖進(jìn)行Pb同位素對(duì)比研究。由圖5可知，三黎礦床硫化物的Pb同位素變化不大，明顯高于區(qū)域志留紀(jì)巖漿巖的Pb同位素組成(張乾等，1993；劉玉平等，2000；阮思源等，2008)，低于寒武系地層砂頁(yè)巖的Pb同位素組成(李澤琴等，1998)，卻與晚白堊世燕山晚期巖漿巖的Pb同位素組成較為一致(李開文等，2013；何芳等，2015)。因此，三黎礦床的礦石Pb及其成礦金屬物質(zhì)最有可能起源于燕山晚期巖漿作用。

圖5 三黎Pb-Zn-Ag礦床的Pb同位素對(duì)比圖Fig.5 Lead isotopic diagram of ore sulfides, ore-bearing strata and magmatic rocks from the Sanli Pb-Zn-Ag deposit

綜上所述，三黎礦床為巖漿熱液起源的脈狀Pb-Zn-Ag礦床。盡管礦區(qū)10 km范圍內(nèi)并無(wú)巖漿作用，該礦床的成礦物質(zhì)最有可能起源于燕山晚期巖漿作用。因此，該礦床的成因既不同于桂中凹陷有關(guān)的Sedex型Pb-Zn礦床，也不同于右江盆地相關(guān)的微細(xì)脈型(卡林型)Au-Sb礦，而是與右江盆地邊緣隆起的西大明山、大廠、個(gè)舊、白牛廠和都龍礦床成因相似的巖漿熱液型礦床。所以，筆者認(rèn)為該礦床同屬于滇-桂-粵晚白堊世大規(guī)模巖漿熱液成礦作用的產(chǎn)物。

4.2 深部找礦潛力分析

以上論述表明，三黎礦床最有可能為與晚白堊世巖漿作用有關(guān)的巖漿熱液型Pb-Zn-Ag礦床。在南嶺西段，幾個(gè)與燕山晚期巖漿作用有關(guān)的世界級(jí)的超大型礦床構(gòu)成了我國(guó)著名的滇-桂-粵錫多金屬成礦省，主要包括個(gè)舊、白牛廠、都龍、大廠和大明山。已有的勘探表明，個(gè)舊礦田從北至南依次為馬拉格、松樹腳、老廠和卡房礦區(qū)，其礦石儲(chǔ)量分別達(dá)300 Mt(1%Sn)、300 Mt(2%Cu)和400 Mt(7%Pb+Zn)(Cheng et al., 2013)；白牛礦床的4.1% Pb+Zn和92×10-6Ag的礦石為1.1 Mt(Ye et al., 2011)；都龍Sn，Zn和In的儲(chǔ)量超過0.33 Mt、3 Mt和6 000 t(劉玉平等，2007)；在大廠，1.5%Cu，3%Zn和2%Sn的礦石達(dá)130 Mt(Fu et al., 1991,1993)，其次，Sb和In金屬儲(chǔ)量也分別大于0.5 Mt和8 000 t(張國(guó)林等，1998和Murakami et al., 2013)；在大明山地區(qū)，大明山鎢礦床的WO3已探明的儲(chǔ)量就超過0.2 Mt；其次，該區(qū)已發(fā)現(xiàn)的多金屬礦床和礦點(diǎn)超過120處(張啟連等，2010)。因此，巨量的金屬物質(zhì)在晚白堊世時(shí)期聚集于滇-桂-粵錫多金屬成礦省。由此可見，滇-桂-粵錫多金屬成礦省聚積了巨量的錫多金屬的資源。

然而，大明山成礦帶僅有大明山鎢礦床達(dá)到超大型規(guī)模。但是，該成礦帶不但礦床(點(diǎn))多(超過120個(gè))，而且礦床類型(石英脈型、云英巖型和矽卡巖型)和礦種(W，Cu，Pb，Zn，Ag，Au，Sb和水晶)都極為豐富。值得注意的是，該成礦帶三黎礦床和南崖礦床中閃鋅礦的In含量也較高(0.411～547)×10-6，平均值為164.75×10-6(張偉等，2016)，與都龍Sn-Zn-In礦床中閃鋅礦的In含量相當(dāng)(李廷俊等，2016)。這不但表明該礦床還存在In等元素可以綜合利用，而且還暗示該礦床與都龍、大廠和個(gè)舊礦床同屬于相似成礦作用的產(chǎn)物(圖1)。

5 結(jié)論

(1)三黎Pb-Zn-Ag礦床為一個(gè)產(chǎn)于寒武系砂頁(yè)巖中的脈狀、浸染狀和塊狀硫化物型礦床。其礦體呈脈狀、透鏡狀、串珠狀產(chǎn)出；礦石物質(zhì)成分簡(jiǎn)單，主要為方鉛礦、閃鋅礦和石英；礦石主要包括壓碎結(jié)構(gòu)、中粒結(jié)構(gòu)、自形粒狀結(jié)構(gòu)、半自形粒狀結(jié)構(gòu)，和塊狀、角礫狀、腎狀及浸染狀構(gòu)造；Pb，Zn 和Ag的品位分別為0.85%～5.62%，1.22%～5.47%和6.52%～31.28 g/T。

(2)S同位素研究表明，礦石硫化物擁有較為均一的S同位素組成，其δ34SCDT為-0.57‰～+3.46‰，呈塔式分布集中于0附近(平均值為+1.52‰)，為典型的巖漿熱液(或深部)起源。Pb同位素同樣也揭示了礦石Pb和成礦金屬物質(zhì)為巖漿熱液起源。所以，三黎礦床為典型的巖漿熱液型礦床。

(3)結(jié)合區(qū)域地質(zhì)與地球化學(xué)特征，筆者推測(cè)三黎礦床最有可能為晚白堊世大規(guī)模成礦作用作用的產(chǎn)物，很有可能為深部矽卡巖型Pb-Zn礦化的末梢。這也暗示著礦區(qū)深部存在巨大的找礦潛力，且最有可能為矽卡巖型和石英脈型Pb-Zn-In礦體。

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