皖東鳳陽地區(qū)中家山鉛鋅(金銀)礦床硫鉛同位素組成及意義

康叢軒，楊獻忠，蔡逸濤

(1.中國地質調查局南京地質調查中心，南京 210016； 2.城市地下空間探測評價工程技術創(chuàng)新中心，南京 210016； 3.河海大學地球科學與工程學院，南京 211100)

0 引言

研究區(qū)地處華北準地臺金銀銅鉛鋅成礦區(qū)，五河—鳳陽金成礦帶。蚌埠地區(qū)的金多金屬礦大多數賦存在五河群地層中，其中又以在西崮堆組巖石中居多。已有研究認為五河巖群西崮堆組是本區(qū)金礦的賦礦層位[1-4]。近幾年來對江山鉛鋅金銀礦床、中家山鉛鋅(金銀)礦床等的研究表明，五河—鳳陽地區(qū)金礦的賦礦層位不僅賦存于五河群西崮堆組巖層中，在五河群莊子里組(江山鉛鋅金銀礦床)、小張莊組(中家山鉛鋅礦床)、峰山李組(毛山金礦床)巖層中均有金礦床賦存[5]。蚌埠地區(qū)的金多金屬礦主要分布在郯廬斷裂帶的次級韌性剪切帶內及其附近。已知鉛鋅等多金屬礦床(點)分布在區(qū)域內近東西向構造線與北北東向構造的交匯處，也反映出研究區(qū)構造控礦的多樣性。前人較多的研究成果顯示，本區(qū)的成礦作用時代大致與膠東半島金礦主要成礦時代(120 Ma±10 Ma)或小秦嶺地區(qū)金礦成礦時代(112 Ma±7 Ma)一致[6-9]。本區(qū)金鉛鋅多金屬礦并不是形成于韌性剪切帶變形期間，而是在韌性剪切帶向地殼淺部抬升進入韌-脆性和脆性變形域之后才形成的。但是，韌性剪切帶作為成礦作用期前已經形成的構造，其各向異性特征對成礦期間巖漿及熱液活動的空間分布仍然具有比較重要的影響甚至控制作用[5]。

前人對本區(qū)金礦床的研究成果較豐富，但該礦區(qū)金的成礦作用可能與鉛鋅礦成礦作用存在顯著差異，或根本非同一成因。鉛鋅礦成礦規(guī)律的研究對查明本區(qū)礦床成因和成礦類型并指導進一步找礦具有重要意義。因此，筆者從中家山鉛鋅(金銀)礦床中礦石主要礦物的顯微特征入手，通過電子探針分析、金屬硫化物硫鉛同位素研究，以期為深入討論研究區(qū)鉛鋅多金屬礦礦床成礦機制、找礦方向提供參考。

圖1 中家山鉛鋅(金銀)礦床區(qū)域地質簡圖(據1∶20萬地質圖、文獻[10]，修編)Fig.1 Regional geological sketch of Zhongjiashan lead-zinc (gold-silver) deposit1.五河群；2.早白堊世侵入體；3.其他侵入體；4.斷裂構造

1 區(qū)域地質背景

五河—鳳陽地區(qū)位于淮河中下游，大地構造位置上處于華北板塊東南緣(圖1)，主要賦礦地層為新太古代變質結晶基底五河巖群，巖性主要為一套變質的火山-沉積巖系，原巖由酸性-超基性火山巖、凝灰?guī)r、雜砂巖、泥灰?guī)r及少量鐵質碧玉巖組成。變質基底具有較高的含金豐度，西堌堆巖組、峰山李巖組、張莊巖組是金礦賦存的主要層位；本區(qū)北北東向、近南北向、北西西向和北東向斷裂發(fā)育，為區(qū)內重要的控礦構造；巖漿活動以燕山晚期中酸性-堿性小巖體為主，巖脈局部出露，另有少量古元古代侵入體，分布于懷遠、蚌埠、鳳陽至五河一帶，呈東西向帶狀侵入于五河巖群中。

研究區(qū)主要金屬礦產有金、鉛鋅(銀)、鐵等，其中金礦以小型為主，金礦點眾多，礦化類型以石英脈型和構造蝕變巖型為主。鉛鋅(銀)礦化點分布較多，礦化類型多為層控型、熱液型及接觸交代型。本區(qū)鐵礦以小型為主，礦化類型以(沉積)變質型為主，少量熱液型。該地區(qū)與金有關礦床、點(礦化點)共有20多處。

2 礦床地質特征

2.1 礦區(qū)地質

中家山鉛鋅(金銀)礦區(qū)地處蚌埠隆起東端南翼與郯廬斷裂帶西緣交會復合部位。礦區(qū)地勢起伏不大，第四系黏土、亞黏土大面積覆蓋，局部基巖出露。本區(qū)出露地層主要為新太古界五河群西堌堆組和小張莊組，巖性為黑云微斜長片麻巖、變粒巖。地層受斷裂控制總體走向北東，傾向東南(圖2)。

礦區(qū)構造主要表現為北東向及北西西向兩組斷裂，為一系列張、壓扭性斷裂，也是礦區(qū)的容控礦構造，斷裂帶內均發(fā)生礦化蝕變。

礦區(qū)內巖漿巖不發(fā)育，僅見一些細小巖脈，主要有煌斑巖和閃長玢巖以及充填于構造帶中的石英脈巖[11]。

2.2 圍巖蝕變

圖2 中家山鉛鋅(金銀)礦床地質簡圖 (據文獻[5]，修編)Fig.2 Geological sketch of Zhongjiashan lead-zinc (gold-silver) deposit1.第四系；2.五河群小張莊組；3.構造蝕變巖帶； 4.多金屬礦體；5.多金屬礦化體

礦區(qū)內圍巖蝕變的類型主要有褐鐵礦化、黃鐵礦化、方鉛礦化、閃鋅礦化、孔雀石化、黃銅礦化、硅化、絹英巖化及碳酸鹽化等。蝕變分帶不明顯，自礦體向上、下盤依次為方鉛礦化、閃鋅礦化、黃鐵礦化、硅化、絹英巖化、碳酸鹽化。其中，在鉛鋅硫化礦化強的部位鐵錳礦化發(fā)育；黃鐵礦化一般與鉛鋅礦化同時出現；硅化與構造、巖漿活動及鉛鋅礦化關系密切，在構造蝕變帶內出現，硅化強的部位常形成鉛鋅礦化；碳酸鹽化一般出現在鉛鋅礦化帶內，是一種近礦圍巖的重要蝕變[12-13]。

2.3 礦體特征

中家山鉛鋅(金銀)礦床，是受北北東向—北東向及北西西向兩組構造擠壓破碎帶控制的脈狀半隱伏的以鉛、鋅為主，共(伴)生金、銀的構造蝕變巖型礦床。依據構造蝕變帶地質特征、礦化特征和空間分布特征，中家山鉛鋅(金銀)礦床劃分為三個礦段，即北東部的中家山礦段，中部的馬山礦段和南西部的鳳凰山礦段。馬山礦段構造蝕變帶由4條近似平行的含礦構造蝕變帶組成。自西向東間距變大。礦床礦體產出穩(wěn)定，形態(tài)較規(guī)則。礦體圍巖主要為淺粒巖和黑云母斜長片麻巖(圖3)，由于受到構造活動的影響，近礦圍巖多次破碎形成碎裂巖，多分布于破碎帶兩旁。當巖石破碎，黃鐵礦化、硅化等蝕變作用增強后，形成碎裂蝕變帶。

2.4 礦石特征

礦石自然類型主要有4種：含鉛構造角礫巖型礦石，含鉛、鋅構造角礫巖型礦石，含鉛、鋅、銀構造角礫巖型礦石及含鉛鋅金構造角礫巖型礦石。主要礦石礦物多為閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦及黃銅礦。

礦石掃描電鏡樣品總體為黃鐵礦與石英脈共生。樣品電鏡下顯微影像顯示黃銅礦、黃鐵礦晶型較差(圖4a)，充填于石英脈之內，見少量碳酸鹽礦物(CaCO3)及少量重晶石(BaSO4)沿石英脈充填(圖4b)；結合能譜分析，認為黃銅礦有兩次充填，后期充填晶型略好。

圖3 中家山鉛鋅(金銀)礦床圍巖顯微特征Fig.3 Microscopic characteristics of the surrounding rocks of Zhongjiashan lead-zinc (gold-silver) deposit a.淺粒巖：變余斑狀結構，視域中心為一具有熔蝕晶洞和港灣的石英變余斑晶，晶洞和港灣中充填新生變質礦物； b.黑云斜長片麻巖：條紋長石和微斜長石 Q.石英；Bt.黑云母；Mi.微斜長石；Pth.條紋長石

圖4 中家山鉛鋅(金銀)礦床礦石電鏡下特征Fig.4 Characteristics of the ore under scanning electron microscope Ccp.黃銅礦；Py.黃鐵礦

圖5 中家山鉛鋅(金銀)礦床礦石標本及鏡下顯微特征Fig.5 Ore samples and microscopic characteristics of Zhongjiashan lead-zinc (gold-silver) deposit Gn.方鉛礦；Sph.閃鋅礦；Ccp.黃銅礦；Py.黃鐵礦

礦石結構主要為他形—半自形鱗片狀、粒狀變晶結構、破裂結構、碎粒結構、碎粉結構及糜棱結構，其次有填隙結構、包含結構、固溶體分離結構、斑狀結構、文象結構等。礦石構造主要有塊狀構造、角礫狀構造、條帶狀構造、浸染狀構造。

礦石中金屬礦物主要有閃鋅礦、方鉛礦、自然金、自然銀、黃銅礦、黃鐵礦、褐鐵礦、黝銅礦、硫銅銀礦等(圖5)；脈石礦物主要有石英、微斜長石、黑云母、方解石、絹云母等。主要有用組分為鉛、鋅，共(伴)生有益組分為金、銀。Pb的平均品位w(Pb)=3.04%，Zn平均品位w(Zn)=3.92%，Au平均品位w(Au)=1.82×10-6，Ag平均品位w(Ag)=60.5×10-6。

3 樣品采集與分析方法

在野外進行樣品采集，在觀察分類基礎上選擇代表性樣品進行磨片和單礦物提取。本次采取成礦期礦石樣品4套，通過雙目鏡進行單礦物挑選。對礦片進行電子探針分析、掃描電子顯微鏡(SEM)微觀分析，單礦物進行硫、鉛同位素分析。

掃描電子顯微鏡(SEM)微觀分析在核工業(yè)北京地質研究院測試中心完成，儀器為OxfordInstruments能譜儀，環(huán)境溫度22℃，濕度45%。成礦期礦石樣品單礦物電子探針分析工作，分別由國土資源部華東礦產資源監(jiān)督檢測中心和合肥工業(yè)大學電子探針實驗室完成。

硫、鉛同位素分析在核工業(yè)北京地質研究院測試中心完成。挑選多金屬硫化物礦石樣品進行粉碎，使用雙目鏡，挑選黃鐵礦、方鉛礦和閃鋅礦單礦物，保證純度在99%以上；超聲波清洗掉礦物表面粘附粉塵之后，用瑪瑙缽研磨至200目，送實驗室測試。硫同位素使用S-ISTP01方法，元素分析儀配套硫同位素質譜儀測δ(34S)值。鉛同位素使用Pb-IRM01方法，儀器采用Phoenix熱表面電離質譜儀，測試精度為±0.2×10-3。

4 分析結果

4.1 主要金屬礦物成分

成礦期礦石樣品進行的單礦物電子探針分析測試結果，見表1、表2和表3所述。

黃鐵礦的化學式為FeS2，理論上主要元素w(S)和w(Fe)應為53.45%和46.55%，w(S)/w(Fe)應為2。電子探針分析結果(表1)顯示，w(Fe)=45.12%～46.09%，平均為45.63%；w(S)=52.62%～54.00%，平均為53.26%，略低于標準值，說明有較多雜質混入。w(S)/w(Fe)=1.15～1.18。w(S)/w(Fe)值與溫度的關系比較密切，低溫或沉積成因的w(S)/w(Fe)值較大，中高溫常是硫虧損，暗示其形成可能與中高溫熱液作用有關[2,14]。w(Co)=0.03%～0.17%，w(Ni)僅有一個測點報出數據0.04%，接近于變質成因黃鐵礦。w(Co)/w(Ni)=2，指示礦床受到巖漿后期熱液改造。

方鉛礦主量元素w(Pb)=82.75%～86.66%，w(S)=12.89%～14.17%，微量元素Cu、Zn、Ag、Fe含量較低(表2)。Ag在方鉛礦中以類質同象取代鉛或以獨立礦物形式(自然銀、銀黝銅礦、輝銀礦和硫銻鉛銀礦)等被包裹。微量元素w(Ag)=0.05%～0.17%，指示本區(qū)方鉛礦中Ag以類質同象形式存在。由w(Cu)=0.07%～2.95%，w(Zn)=0.02%～1.79%，w(Fe)=0.08%～0.84%，推測可能方鉛礦中包含銀黝銅礦等獨立銀礦物。

閃鋅礦中w(Zn)=67.41%～68.61%，平均67.77%；w(S)=33.10%～33.87%，平均33.52%；w(Fe)=0.04%～0.36%(表3)，平均0.12%，具有層控型閃鋅礦特征[15-16]。

表1 中家山鉛鋅(金銀)礦床礦石中黃鐵礦電子探針分析結果Table 1 Electron microprobe analysis of pyrite of the ore

表2 中家山鉛鋅(金銀)礦床礦石中方鉛礦電子探針分析結果Table 2 Electron microprobe analysis of galena of the ore

表3 中家山鉛鋅(金銀)礦床礦石中閃鋅礦電子探針分析結果Table 3 Electron microprobe analysis of sphalerite of the ore

表4 中家山鉛鋅(金銀)礦床金屬硫化物硫、鉛同位素特征Table 4 S and Pb isotope characteristics of the metal sulfide minerals from Zhongjiashan lead-zinc (gold-silver) deposit

4.2 硫、鉛同位素

本次測試樣品選自中家山鉛鋅(金銀)礦床多金屬硫化物礦石，選擇黃鐵礦和方鉛礦進行硫、鉛同位素分析，分析數據見表4所述。

(1)硫同位素

從表4可知，中家山鉛鋅(金銀)礦床多金屬硫化物δ(34S)值為4.2×10-3～6.1×10-3，平均值為4.9×10-3。其中，黃鐵礦δ(34S)值6.1×10-3，方鉛礦δ(34S)值為4.2×10-3～5.0×10-3，平均值為4.5×10-3。數據顯示中家山鉛鋅(金銀)礦床硫同位素δ(34S)的值δ(34S)Py>δ(34S)Gn，表明在成礦過程中硫化物結晶時，溶液中及溶液中已結晶硫化物間硫同位素已達到平衡分餾[17-20]，金屬礦物的δ(34S)標準差變化范圍較小，說明硫源相對單一。

(2)鉛同位素

中家山鉛鋅(金銀)礦床多金屬硫化物礦石中黃鐵礦和方鉛礦的鉛同位素分析結果(表4)顯示，該礦床206Pb/204Pb總體為16.939～17.041，207Pb/204Pb總體為15.375～15.454，208Pb/204Pb為37.356～37.619，變化范圍總體較小。根據鉛同位素Δβ—Δγ圖解(圖6)，中家山鉛鋅(金銀)礦床金屬硫化物鉛同位素落在造山帶鉛范圍。一般地講，鉛同位素低μ值(小于9.58或9.74)的鉛來自于下部地殼或上地幔，或來自其他構造單元中基本處于封閉的體系[19]，礦床的形成一般與巖漿活動有密切關系，而且在成礦過程中基本沒有受到地殼物質的混染；鉛同位素高μ值的鉛(大于9.58或9.74)來自上地殼。結合208Pb/204Pb—206Pb/204Pb圖解(圖6b)，暗示了中家山鉛鋅(金銀)礦床的鉛來自于下地殼。一般化學沉積巖和花崗巖富鈾鉛(206Pb/204Pb>18，207Pb/204Pb>15.3)、貧釷鉛(208Pb/204Pb<39)，而變質巖鉛同位素貧鈾鉛[21]。從中家山鉛鋅(金銀)礦床鉛同位素推測，其鉛源可能與沉積巖或花崗巖關系較為密切。

圖6 中家山鉛鋅(金銀)礦礦石礦物鉛同位素Δβ—Δγ圖解(a)、鉛同位素208Pb/204Pb—206Pb/204Pb 構造環(huán)境判別圖(b) (a圖底據文獻[22]；b圖底據R E Zartman和B R Doe，1981)Fig.6 Pb isotope Δβ—Δγ plot (a) and 208Pb/204Pb—206Pb/204Pb geotectonic einvironment discrimination plot (b) of ore minerals of Zhongjiashan Lead-zinc (gold-silver) deposit 圖a中：1.地幔源鉛；2.上地殼鉛；3.上地殼與地?；旌系母_帶鉛(3a.巖漿作用；3b.沉積作用)； 4.化學沉積型鉛；5.海底熱水作用鉛；6.中深變質作用鉛；7.深變質下地殼鉛； 8.造山帶鉛；9.古老頁巖上地殼鉛；10.退變質鉛 圖b中：A、B、C、D區(qū)域分別為樣品投影點在OIV、OR、UC、LC區(qū)域的相對集中區(qū)； LC.下地殼；UC.上地殼；OIV.洋島火山巖；OR.造山帶

圖7 中家山鉛鋅(金銀)礦床圍巖、巖體及礦石鉛同位素增長曲線(圖底據R E Zartman和B R Doe，1981)Fig.7 Lead isotope growth curves of the surrounding rock, rock mass and ore minerals, in Zhongjiashan lead-zinc (gold-silver) deposit LC.下地殼；UC.上地殼；M.地幔；OR.造山帶

5 成礦物質來源

從中家山鉛鋅(金銀)礦床中黃鐵礦電子探針數據來看，主量元素及w(S)/w(Fe)略小于標準值，報出的w(Co)/w(Ni)=2，w(Co)=0.03%～0.17%，說明礦床的黃鐵礦接近變質成因類型，后期受到中高溫的巖漿期后熱液的改造，并有較多的雜質加入。礦區(qū)Ag以類質同象形式存在，并可能包含銀黝銅礦等獨立銀礦物。閃鋅礦具有層控型特征。

通過硫化物硫同位素的示蹤作用可判斷礦床的成礦物質來源[19]。中家山鉛鋅(金銀)礦床硫化物δ(34S)值為4.2×10-3～6.1×10-3，平均值為4.9×10-3，正向偏離隕石硫。礦床中硫同位素變化較大，為地殼硫，顯示多源的特征，成礦物質可能來自地幔，也可能部分來自于圍巖。

中家山鉛鋅(金銀)礦床鉛同位素μ值為9.23～9.39，平均9.34，低于標準值，位于地幔(8.92)和造山帶(10.87)[23]之間，結合鉛同位素Δβ—Δγ圖，說明礦石鉛來源于深部地殼或者上地幔，成礦作用與巖漿活動有關。ω值為38.47～40.20，平均39.53，超出正常鉛的范圍(35.55±0.59)，也可以說明成礦物質具有殼幔混源特征。通過五河群變質圍巖和五河—鳳陽地區(qū)相關巖體鉛同位素增長曲線(圖7)分析，總體上礦石鉛與圍巖鉛具有相似的分布特征，圍巖樣品巖性為五河群斜長角閃巖、紫蘇輝石麻粒巖及黑云斜長片麻巖(據文獻[1-2]；董法先等，1995)，表明兩者有同源性；礦石鉛與區(qū)域上花崗質巖漿巖的分布也類似，花崗巖類樣品主要取自磨盤山鉀長花崗巖、涂山—荊山二長花崗巖、陶山二長花崗巖、毛山花崗質巖脈、淮光花崗閃長巖及西蘆山正長花崗巖。207Pb/204Pb—206Pb/204Pb圖解(圖7a)投影點多集中于下地殼和造山帶之間，說明本地區(qū)鉛具有多源性；208Pb/204Pb—206Pb/204Pb圖解(圖7b)顯示，投影點落在下地殼和地幔之間，說明礦石鉛和圍巖鉛具有深源性，成礦過程中的成礦物質可能來源于下地殼和地幔[5]。

自三疊紀末期揚子陸塊與華北陸塊碰撞、拼接以來，以發(fā)育大型逆沖、推覆構造和郯廬斷裂帶大規(guī)模走滑平移為標志，五河—鳳陽地區(qū)經歷了復雜的構造變形，并產生了系列的巖漿作用[24-27]。中家山鉛鋅(金銀)礦床賦礦層位為五河群小張莊組，也說明本區(qū)新太古界五河群是重要的賦礦地層。區(qū)域上的中酸性巖體與成礦有著密切的聯(lián)系。穩(wěn)定同位素研究顯示，成礦流體活動與巖漿活動密切相關，巖體巖漿源區(qū)為古老的下地殼物質，強烈的殼幔作用會有幔源物質底侵，成礦元素豐度較高的變質基底地層(五河群)部分熔融和幔源物質的加入，為礦床的形成奠定了充分的物質基礎。

6 結論

通過對中家山鉛鋅(金銀)礦床礦石中黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦電子探針主量元素分析及其硫鉛同位素特征分析，得出以下結論：

(1)中家山鉛鋅(金銀)礦床中黃鐵礦主量元素及w(S)/w(Fe)略小于標準值，報出的w(Co)/w(Ni)=2，說明礦床的黃鐵礦接近變質成因類型，后期受到中高溫的巖漿期后熱液的改造，并有較多的雜質加入。礦區(qū)Ag以類質同象形式存在，并可能包含銀黝銅礦等獨立銀礦物。閃鋅礦的元素組成具有層控型特征。

(2)中家山鉛鋅(金銀)礦床硫化物δ(34S)值介于4.2×10-3～6.1×10-3之間，平均值為4.9×10-3，正向偏離隕石硫。礦床中硫同位素變化較大，為地殼硫，顯示多源的特征，成礦物質可能來自地幔，也可能部分來自于圍巖。鉛同位素μ值為9.23～9.39，平均9.34，低于標準值，說明礦石鉛來源于深部地殼或者上地幔，成礦作用與巖漿活動有關，成礦物質具有殼幔混源特征。

(3)中家山鉛鋅(金銀)礦床的形成可能與中高溫熱液作用有關。新太古界五河群是重要的賦礦地層，揚子陸塊與華北陸塊碰撞、拼接為成礦提供了動力和空間，成礦流體活動與巖漿活動密切相關，巖體巖漿源區(qū)為古老的下地殼物質，強烈的殼幔作用會有幔源物質底侵，成礦元素豐度較高的變質基底地層(五河群)部分熔融和幔源物質的加入。

致謝：野外考察過程中，南京地質調查中心張定源研究員和張曉東高級工程師給予了指導和幫助，論文寫作期間與南京地質調查中心肖凡助理研究員的討論為本文提供了更多思路，在次一并表示感謝！