河南省南召縣南莊鉛鋅礦床地質(zhì)特征與成因分析

李俊鋒，呂 斌，胡 偉，楊賀杰

1.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊，河南 鄭州 450016；2.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450016

南莊鉛鋅礦床位于河南省南召縣城西南約25 km，礦體主要為隱伏型.筆者于2019—2020年對該區(qū)發(fā)現(xiàn)的5條含礦構(gòu)造蝕變帶（IID、IIID、VD、IN、IIC）中的兩條（IN、IID）進行深部工程驗證，圈定了3個工業(yè)鉛鋅礦體（IN－1、IN－2、IIN）.本文旨在通過對已發(fā)現(xiàn)礦體的地質(zhì)特征和礦床成因的研究，為下一步找礦工作提供理論支撐，以期獲得更大的找礦突破.

1 區(qū)域地質(zhì)

研究區(qū)所處大地構(gòu)造位置為北秦嶺褶皺帶東段二郎坪地體東端［1］，隸屬洞街－白石尖－水洞嶺銅鉛鋅多金屬成礦帶.區(qū)域上位于瓦穴子－喬端斷裂和朱陽關(guān)－夏館斷裂之間呈北西西向展布的褶皺帶內(nèi)，地層主要為下古生界二郎坪群.二郎坪群是一套形成于早古生代華北地臺南緣裂陷槽內(nèi)厚度巨大的海相火山沉積巖系［2-3］，后經(jīng)多期改造形成了喬端－白土崗火山隆起和河口－水洞嶺火山洼地.礦區(qū)位于河口－水洞嶺火山洼地中，有利于鉛鋅礦床的形成［4-5］.區(qū)內(nèi)巖漿活動頻繁，侵入巖主要有加里東期板山坪閃長巖體、川心垛花崗巖體，火山巖主要為二郎坪群變質(zhì)火山－侵入雜巖［6-7］.

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 地層

礦區(qū)出露地層主要為二郎坪群火神廟組海相火山巖系（見圖1），包括火山熔巖類、火山碎屑巖類及變質(zhì)巖類.石英角斑凝灰?guī)r為礦體的主要賦礦圍巖，與成礦關(guān)系最密切.本區(qū)火山巖相對富堿和富鈉，Na2O＋K2O含量為3.4%～6.4%，Na2O/K2O均大于1，集中在2.0～5.0之間，多數(shù)為鈉質(zhì)系列，少數(shù)為鉀質(zhì)系列.火山巖分布具有一定的規(guī)律性，由邊部到礦區(qū)中心，巖性從基性—中酸性—酸性，分異作用明顯.

圖1 南莊鉛鋅礦區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch map of Nanzhuang Pb-Zn orefield

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造比較復(fù)雜，與成礦有關(guān)的構(gòu)造主要有3類.第一類為古火山構(gòu)造，第二類為控礦的緊閉倒轉(zhuǎn)褶皺構(gòu)造，第三類為成礦期后破壞礦體連續(xù)性的各類斷裂構(gòu)造.加里東期，區(qū)內(nèi)出現(xiàn)大量古火山活動中心及古火山構(gòu)造，在其附近常易于形成海底火山熱液沉積礦床［8-9］.由于受印支期近南北向強烈擠壓作用的改造，區(qū)內(nèi)出現(xiàn)兩翼近于直立的緊閉倒轉(zhuǎn)褶皺構(gòu)造.成礦期后的一些層間斷裂常破壞礦體的連續(xù)性，但規(guī)模一般不大.

2.3 巖漿巖

研究區(qū)出露的巖漿巖主要為分布于古火山活動中心附近的次火山巖及淺成侵入巖，常見海西期黑云母花崗巖，偶見輝綠玢巖.

3 礦床地質(zhì)

3.1 礦體特征

通過工程勘查圈出了3條鉛鋅礦體：IN－1、IN－2、IIN，其中IN－2和IIN呈隱伏狀.礦體位于南莊東坡IN蝕變帶中，IN－1和IN－2礦體分別位于蝕變帶的西段和東段，IIN礦體位于IN－1礦體上部約80 m處.賦礦圍巖均為火神廟組石英角斑凝灰?guī)r，產(chǎn)狀（346～10）°∠（61～75）°.礦體基本順層產(chǎn)出，呈層狀、似層狀（見圖2），整體上呈向北東凸起的彎月狀，為蝕變巖型.礦體地質(zhì)特征詳見表1.

圖2 南莊鉛鋅礦N0勘查線剖面圖Fig.2 Profile of Nanzhuang Pb-Zn orebody along N0 exploratory line

表1 南莊鉛鋅礦區(qū)礦體特征表Table 1 Characteristics of orebodies in Nanzhuang Pb-Zn deposit

3.2 礦石特征

3.2.1 礦物成分

金屬礦物主要有方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦，少量的銅藍(lán)、自然銀及微量的斑銅礦、黝銅礦等；非金屬礦物主要有石英、斜長石、重晶石及少量的絹云母等；次生礦物為褐鐵礦、綠泥石等.閃鋅礦呈他形粒狀，粒徑0.01～2.37 mm，常見被方鉛礦和黃銅礦交代，晶體中見乳滴狀黃銅礦固溶體分解物.方鉛礦呈他形粒狀，粒徑0.02～1.25 mm，常見被黝銅礦交代.

3.2.2 化學(xué)成分

礦石中Si、Al、Ba含量比較高，其次為K、Na、Fe、S，礦石的主要有益成分是Zn、Pb，其次是Ag、Cu.結(jié)合組合分析結(jié)果確定Ag、Cu、Ga作為伴生有益組分，S作為伴生有害組分.

3.2.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石常見他形晶粒狀結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)，少量半自形晶粒結(jié)構(gòu)、乳濁狀結(jié)構(gòu)等.他形晶粒狀結(jié)構(gòu)為本區(qū)主要礦石結(jié)構(gòu)類型.礦石構(gòu)造主要為塊狀構(gòu)造、稀疏浸染狀構(gòu)造，少量角礫狀構(gòu)造、細(xì)脈狀構(gòu)造和星點狀構(gòu)造.塊狀構(gòu)造和稀疏浸染狀構(gòu)造礦石構(gòu)成本區(qū)主要的工業(yè)礦體.

3.2.4 礦石類型

礦石礦物共生組合常見類型：方鉛礦－閃鋅礦－黃鐵礦－重晶石；閃鋅礦－方鉛礦－黃銅礦－重晶石；閃鋅礦－黃鐵礦－石英－絹云母；閃鋅礦-方鉛礦－黃鐵礦-石英-絹云母.根據(jù)礦石中不同金屬礦物之間的交代、溶蝕、穿插及共生組合關(guān)系，大致確定本區(qū)礦石中金屬礦物的生成順序為：黃鐵礦→黃鐵礦－黃銅礦→黃銅礦→閃鋅礦－方鉛礦→黃鐵礦.

自然類型主要為多金屬硫化物礦石，細(xì)分為細(xì)脈浸染狀礦石和致密團塊狀礦石，少量角礫狀礦石.工業(yè)類型主要有氧化礦石和原生硫化物礦石兩種.

4 礦床成因

4.1 礦石稀土元素特征

從表2可得，礦床浸染狀結(jié)構(gòu)礦石∑REE值最高，角礫狀結(jié)構(gòu)礦石∑REE值相對最低，平均∑REE含量36.3×10－6；LREE/HREE比值基本相當(dāng)，平均約為5.04，塊狀結(jié)構(gòu)礦石相對比值最高；（La/Yb）N比值平均為5.09，塊狀礦石和角礫狀礦石比值比較接近.從表2中可以看出LREE較富集，δCe小于1，平均值0.81，顯示弱的Ce負(fù)異常；δEu大于1，平均2.61，具顯著的Eu正異常（見圖3），并且與大西洋TAG區(qū)熱液沉積鉛鋅礦石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素［10-11］配分曲線特征十分相似，表明本區(qū)礦石具熱水沉積特征［12-13］.

圖3 南莊鉛鋅礦床及典型熱液沉積鉛鋅礦床礦石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化REE配分模式圖Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns of ores from Nanzhuang Pb-Zn deposit and typical hydrothermal sedimentary Pb-Zn deposits

4.2 礦石微量元素特征

從表2可知，礦區(qū)礦石以Zn、Pb、S元素為主，Ag、Ba、Cu相對較富集，為典型的Zn－Pb型.Zn與Cd有較高的相關(guān)性（r＝0.71），Pb與Ag具密切的正相關(guān)性（r＝0.79）.礦石中重晶石含量10.2%～56.8%，含量較高，CaO、TiO2等組分含量較低，這與國內(nèi)典型的熱水成因型新晃貢溪－天柱大河邊重晶石礦床元素特征［14］非常相似，揭示了礦石具熱水沉積的成因特征.本礦床與典型的日本黑礦［15］相比，具有相似的Pb－Zn組成特征及相似的Au/Ag比值（約為0.02），但本區(qū)Cu富集度不高.

表2 南莊鉛鋅礦床礦石微量元素含量分析數(shù)據(jù)表Table 2 Trace element contents in ores from Nanzhuang Pb-Zn deposit

4.3 同位素地球化學(xué)特征

4.3.1 硫同位素

通過硫同位素的分析判斷成礦物質(zhì)的來源［16-17］，可為礦床成因提供重要依據(jù).從表3可以看出，δ34S值黃鐵礦為3.8‰～6.7‰，平均5.9‰；黃銅礦為6.1‰～10.1‰，平均8.3‰；閃鋅礦為6.5‰～9.5‰，平均7.7‰.礦區(qū)硫化物的δ34S值變化不大，主要集中在4.4‰~7.6‰范圍內(nèi)，平均6.8‰.據(jù)目前認(rèn)知，塊狀硫化物礦床的硫主要來源于被還原的海水硫酸鹽和巖漿.當(dāng)總硫同位素值接近0時，礦床成因與花崗巖侵入體有關(guān)，硫源為地幔硫；當(dāng)總硫同位素值接近20‰時，硫來源于大洋水和海水蒸發(fā)巖；而介于前兩種之間時，硫來源則相對復(fù)雜.該區(qū)硫酸鹽中δ34S為18.4‰，接近同期海水中硫酸鹽（20‰）［18］.通過計算，礦區(qū)的總硫同位素值約為4.47‰，可見礦區(qū)的硫具有海水硫與幔源硫的混合特性［19］.

表3 硫同位素統(tǒng)計表Table 3 Statistics of sulfur isotope data

4.3.2 鉛同位素

通過鉛同位素測量得出本區(qū)的鉛同位素數(shù)據(jù)分布較集中，變化也比較小.206Pb/204Pb為17.810～17.997，極差0.187，平均值17.877；207Pb/204Pb為15.474～15.687，極差0.213，平均值15.554；208Pb/204Pb為37.714～38.412，極差0.698，平均值37.923.用Holmes－Houlermans演化法［21］得出多數(shù)鉛為正常鉛（正值），異常鉛的存在說明礦石混合有上地殼的物質(zhì)，即在成礦過程中有陸源碎屑物質(zhì)的加入.通過Zartman［22］鉛同位素構(gòu)造環(huán)境圖（見圖4），得出鉛主要來源于上地幔，并混有造山帶和上地殼鉛的特征，主要是來源于火山作用.

圖4 鉛同位素構(gòu)造模式圖（據(jù)文獻(xiàn)［20］）Fig.4 Tectonic model of lead isotope（From Reference［20］）

4.4 控礦條件

（1）地層控礦：區(qū)域上已發(fā)現(xiàn)的二郎坪群海底火山噴流型硫化物礦體多出現(xiàn)在酸性火山熔巖－火山碎屑巖為主的地層中.本區(qū)礦體均產(chǎn)出于該群火神廟組石英角斑凝灰?guī)r中，層控特性明顯.

（2）古火山控礦：加里東期弧后盆地演化過程中，由于區(qū)域構(gòu)造運動，海底斷裂構(gòu)造發(fā)育，從而使海底火山中心附近火山熱液活動強烈，大量含礦熱液涌入海底于有利的構(gòu)造部位沉積，形成塊狀硫化物鉛鋅礦床.遙感影像顯示本礦床位于西溝古火山環(huán)形構(gòu)造的附近，成礦過程受古火山構(gòu)造的影響.

（3）褶皺控礦：緊閉倒轉(zhuǎn)褶皺使原始礦層被拉斷，隨地層一起褶皺變形，在構(gòu)造的翼部及轉(zhuǎn)折端存在流變褶皺構(gòu)造，形成的虛脫空間有利于富礦形成.本區(qū)軸向北西西向褶皺對控礦的影響不容忽視.

（4）巖漿巖控礦：與早古生代火神廟組細(xì)碧角斑巖系海底火山活動相伴，發(fā)育一套與之同源的大規(guī)模巖漿侵入活動，沿古老基底斷裂形成北西西向的雜巖帶，微量元素組合Au、Ag、Pb、Zn、Cu等與火神廟組含量非常接近，且富集Ag、Zn、Pb.巖漿影響了礦體重要金屬元素的組成和富集.

5 找礦標(biāo)志

（1）地層標(biāo)志：所發(fā)現(xiàn)的礦體均賦存于下古生界二郎坪群火神廟組地層中，火神廟組地層是找礦的宏觀標(biāo)志.

（2）巖性標(biāo)志：區(qū)內(nèi)出露的長英巖、硅質(zhì)巖也是找礦的良好標(biāo)志；火山噴發(fā)中心附近的重晶石層、重晶石化石英角斑凝灰?guī)r和重晶石化石英角斑巖，是找礦的直接標(biāo)志.

（3）蝕變標(biāo)志：遠(yuǎn)礦蝕變?yōu)樘妓猁}化、綠泥石化.絹云母化；近礦蝕變?yōu)辄S鐵礦化、重晶石化、硅化及方鉛礦化、閃鋅礦化為主的多金屬礦化.多金屬礦化和重晶石化為區(qū)內(nèi)重要的蝕變找礦標(biāo)志.

（4）物探標(biāo)志：高極化率、低電阻率的物探異常區(qū)與礦化蝕變帶、重晶石化石英角斑凝灰?guī)r相重合的部位，是找礦的重要地段，也是重要的間接找礦標(biāo)志.

6 結(jié)語

通過對南莊鉛鋅礦床地質(zhì)特征、礦石稀土元素和微量元素特征、同位素地球化學(xué)特征的綜合分析研究，發(fā)現(xiàn)礦床具熱水沉積特征和海水硫與幔源硫混合特性，成礦物質(zhì)主要來源于上地幔，并混有造山帶和上地殼的特征.該礦床屬于弱變質(zhì)作用改造的海底火山噴流型塊狀硫化物型礦床，重晶石化的石英角斑凝灰?guī)r是本區(qū)最重要最直接的找礦標(biāo)志.