湖南水口山礦田地球化學特征分析

陳歡明 凌忠特 余祖龍

（湖南省遙感地質(zhì)調(diào)查監(jiān)測所 湖南長沙 410035）

水口山礦田位于湖南省常寧市水口山鎮(zhèn)，地理坐標為東經(jīng)112。34'～112。35'，北緯26。32'～26。33'。礦田內(nèi)盛產(chǎn)鉛鋅金銀銅礦，其中以水口山礦區(qū)康家灣鉛鋅金銀礦規(guī)模最大。本文就區(qū)域地球化學特征，結(jié)合礦田地層、構(gòu)造、巖漿巖等地球化學特征，淺析水口山礦田成礦機理及成礦規(guī)律。

1 區(qū)域地質(zhì)、地球化學背景

水口山礦田地處南嶺成礦帶中部，邵陽—郴州北西向深斷裂帶北側(cè)，株洲—江永北東向深斷裂與耒陽—臨武南北向構(gòu)造帶的交匯部位。通過對湘南成礦帶區(qū)域地球化學研究認為，震旦紀以后地層對湖南巖漿形及其成礦不起主導作用，而對深循環(huán)熱液成礦過程有比較重要的影響［1］。本區(qū)域地層中巖石富集Pb、Zn、Cu、Ag、Sb、Sn、Mo、As 等成礦元素，比地殼同類巖石平均含量高2～10 倍，說明本區(qū)域是Pb、Zn、Cu、Au、Ag、Sn、Sb、Bi、Mo、Sn等元素成礦有利地區(qū)［2］。

2 地層地球化學特征

礦田內(nèi)地層微量元素變化總體上具有時代由老至新（泥盆系至侏羅系）As、Sn、W、Sb、Hg 元素的含量逐漸降低，Zn、Pb、Cu 等元素的含量由低變高，Zu、Pb、Cu等元素在二疊系粘土巖中含量最高，Au、Ag 元素含量從碳酸鹽巖、碎屑巖、粘土巖、硅質(zhì)巖有升高的趨勢［3］。二疊系硅質(zhì)巖中Au 元素高出地殼平均含量1.7 倍，Ag元素高出地殼平均含量8.3倍，而二疊系硅質(zhì)巖在本礦田廣泛分布，使二疊系當沖組硅質(zhì)巖成為本礦田的主要賦礦層（見表1）。

表1 礦田主要地層巖石有關元素平均含量表

3 構(gòu)造地球化學特征

3.1 褶皺帶中主要元素分配特征

本礦田成礦與Ⅲ級次級倒轉(zhuǎn)褶皺有著十分密切的關系，Ⅲ級褶皺主要有鴨公塘倒轉(zhuǎn)背斜、老鴉巢倒轉(zhuǎn)背斜、康家灣隱伏倒轉(zhuǎn)背斜等（見圖1），礦田內(nèi)主要巖體沿Ⅲ級倒轉(zhuǎn)背斜軸部侵入，礦液沿褶皺層間破碎帶或接觸破碎帶交代充填，形成工業(yè)礦體［4］。

圖1 水口山礦田褶皺與成礦關系示意圖（數(shù)據(jù)來源為練翠俠所著論文《水口山鉛鋅礦床外圍金礦床地質(zhì)特征與找礦方向》，略有修改）

根據(jù)本礦田鉆孔巖心采樣分析結(jié)果說明，在同一褶皺的不同部位，倒轉(zhuǎn)背、向斜軸部的層間破碎滑動構(gòu)造帶中，一些離子半徑大、壓縮性小、壓熔性小的不穩(wěn)定元素具聚集趨勢，是相應巖石含量的數(shù)倍，是礦田的有利的賦礦層（見表2）。

表2 不同褶皺部位主要元素含量表

3.2 斷裂構(gòu)造地球化學特征

水口山礦田斷裂構(gòu)造以逆沖斷裂組成雙層結(jié)構(gòu)推覆構(gòu)造為主，斷裂走向為南北向或北北東向，并衍生有東西向斷裂。Ⅰ、Ⅱ級斷裂為南北向或北北東向，Ⅰ級斷裂蓬塘—石頭排（F17）推覆斷層、石坳嶺—康家灣（F22）推覆斷層礦田內(nèi)有色、貴金屬礦的主要導礦構(gòu)造［5］。F1、F2則對控巖控礦起到了決定性作用（見圖2）。

圖2 水口山礦田構(gòu)造綱要圖（數(shù)據(jù)來源于陳平波、劉繼順、宛克勇等所著論文《湖南水口山礦田與3 號隱伏巖體有關的鐵多金屬礦床地質(zhì)特征及找礦標志》，略有修改）

通過對礦田內(nèi)主要斷裂構(gòu)造地球化學分析，礦田斷裂帶中微量元素分異的具體表現(xiàn)如下。

（1）礦田成礦的多期次性，斷裂帶中元素地球化學特征具有不同程質(zhì)的疊加性，疊加性越強，斷裂構(gòu)造與成巖成礦的關系越密切。

（2）以F22為代表的NNE向壓性、壓剪性斷裂，元素Au、Pb、Zn、As、Ba、F、Cl等在該類性質(zhì)的構(gòu)造中地球化學行為表現(xiàn)為聚集特征。

（3）以F2為代表的NNW 向張性、張剪性斷層斷裂帶中Ag、Pb、Zn、Sb、Ba為聚集特征。

（4）控礦斷裂帶（F1）內(nèi)成礦元素含量很高，大大高于兩側(cè)圍巖的含量，如：Zn高達4.384×10-3，Ag為8.39×10-6，具明顯的聚集特征。

4 巖漿巖地球化學特征

礦田出露的巖體大小有60多個，其中，1號、2號、3號、4 號巖體規(guī)模較大，并沿倒轉(zhuǎn)背斜軸部侵入，且多呈超覆狀、巖盆狀、巖床狀產(chǎn)出。1 號巖體為英安玢巖，2號、3號、4號巖體均為花崗閃長巖，不同巖體中微量元素的含量不同［6］。2號、3號、4號巖體內(nèi)成礦元素Au、Cu、Pb、Zn 含量比其他巖體高出幾倍，是維氏花崗巖的3～14 倍，其他微量元素的含量也略高，說明這幾個大巖體含有豐富的成礦元素，這有利于礦體的形成，巖體除提供熱動力源外還提供了成礦物質(zhì)源［7］。2號、3 號、4 號巖體中Pb、Zn、Cu、Au、Ag 成礦元素變化系數(shù)大于1，1 號巖體中Au 成礦元素變化系數(shù)大于1，說明巖漿期后的熱液活動使巖體內(nèi)的成礦元素超于富集，變化系數(shù)越大，富集作用越強，含礦熱液中金屬離子的濃集越高［8］。

5 成礦成暈機理

5.1 成礦階段元素分配

水口山礦田的形成具多期次多階段性。第一期成礦為石英硫化物期第一、二階（黃鐵礦、黃銅礦、黃鐵鉛鋅礦階段），形成的主要礦物有黃銅礦、黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、石英等。原生暈主要金屬元素組合為Pb、Zn、Cu、Bi、Mo、Sn，基本無Au、Ag 元素異常，成礦以接觸交代作用為主，主要形成中區(qū)、鴨公塘礦區(qū)的黃鐵、黃銅、鉛、鋅礦體及老鴉巢礦區(qū)的黃鐵鉛鋅礦體［9］。

第二期成礦高峰發(fā)生在石英硫化物期第三、第四階段（黃鐵鉛鋅金階段），為金銀的主要成礦階段，成礦溫度已明顯降低，在150℃左右，形成的礦物有方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、自然金、輝銀礦、石英等。成礦以充填作用為主，此期成礦除形成康家灣礦床外，在老鴉巢礦區(qū)表現(xiàn)為疊加在第一成礦期之上，形成老鴉巢金礦體。

第三期成礦形成仙人巖、龍王山類型近地表風化淋濾型、鐵帽型外生金礦，形成溫度低于150℃，主要礦物為赤鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦、自然金、磁鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦，異常以Au元素為主［10］。

5.2 成礦成暈機理

Pb、Zn、Cu、Au、Ag 元素始源于巖漿期后的含礦熱液，且呈離子或絡離子狀態(tài)遷移。在遷移過程中，熱液與圍巖不斷發(fā)生交代，致使成礦溶液為弱堿性（pH值≈7.80）、弱還原性（Eh 值=-0.89），溶液組合模式為NaCl（CaCl）+CO2+H20，此時，Au 元素所表現(xiàn)的親鐵性大于親硫性，礦液中Pb2+、Zn2+、Cu2+、Fe2+與S2-結(jié)合形成方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦沉淀，同時形成Pb、Zn、Cu、Sn、Bi、Mo等元素異常。

由于Pb2+、Zn2+、Cu2+、Fe2+不斷沉淀，使得礦液中Au1+、Ag1+濃度相對增高，呈復硫絡合物〔AuS2〕-和〔AgS2〕-形成遷移。在礦液由南往北自成礦中心向外運移的同時，二疊系地層中Au、Ag 金屬元素部分被熱液中游離的〔S2-〕活化成〔AuS2〕-、〔AgS2〕-，隨著礦液外運移，體系溫度逐漸降低，并接受大氣降水，成礦溶液成CaCl+CO2+H20 模式，流體變?yōu)橹衅嵝裕╬H 值≈6.62），氧化程度有所增高（Eh值=-0.72），此時，金銀的親硫性增強。因此，在有利空間不僅形成方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦，而且由于S2-降低，迫使金銀元素的復硫絡合物發(fā)生分解和化合（〔AuS2〕-+Fe2+→FeS2+Au ↓，〔AgS2〕-+Fe2+→FeS2+Ag2S↓），使金銀元素沉淀成礦，金與黃鐵礦緊密共生，輝銀礦與方鉛礦共生，與此同時，形成Au、Ag、Pb、Zn、As、Sb、Hg元素異常。

隨著巖漿熱液向四周不斷擴散，沿薄弱部位上侵時，不斷萃取地層中金、銀元素，當遷移至近地表的破碎角礫巖中沉淀，但不足以成礦，后經(jīng)次生淋慮富集作用，不斷攝取角礫巖中金之后成礦，因而礦體中見氧化礦石（如仙人巖金礦床）。即使是在早期形成的黃鐵鉛鋅金礦，由于其成礦后被造山運動抬高至潛水面之上，致使還原環(huán)境中形成的礦體在長期氧化環(huán)境下逐漸變化，形成鐵帽型金礦（如龍王山金礦）。

6 結(jié)論

通過綜合分析現(xiàn)在資料，初步得出以下認識。

（1）礦田2 號、3 號、4 號花崗巖巖體成礦元素Au、Cu、Pb、Zn含量較高，是維氏花崗巖的3～14倍，其他微量元素的含量也略高，巖體提供了熱動力和成礦物質(zhì)來源。

（2）水口山礦田成礦帶為擠壓帶，因而，規(guī)模較大的壓性、壓剪性斷裂是礦田構(gòu)造找礦標志之一，該類斷裂的局部張性地段與NW、NE 向斷裂交匯處是礦化富集的良好空間。

（3）二疊系當沖組的硅質(zhì)巖由于巖性易脆易碎，形成了有利成礦的空間，二疊系當沖組成為本礦田的主要賦礦層。

（4）礦田經(jīng)過多期次成礦及礦化作用，褶皺軸部和斷裂構(gòu)造交匯處元素不同程度的多期次成礦疊加聚集，是有色、貴金屬礦很好的賦存部位。

（5）后期成礦熱液活動多次疊加，使得斷裂帶的斷層或斷層角礫中成礦元素表現(xiàn)為聚集特征，例如，F(xiàn)1、F22中除其他成礦元素外，Au元素也為聚集特征，因此，其控制的礦種除鉛鋅礦、黃鐵礦、黃銅礦外，還有金礦。

（6）所有控礦、含礦斷裂構(gòu)造在地表都有Au異常，斷裂與成礦越密切，Au 元素含量值越高，異常連續(xù)性越好，找礦的指示性越強。