河南省桐柏縣破山銀礦礦床成因探討

張賢良，鞠 霞

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第一地質(zhì)勘查院，河南 南陽(yáng) 473003)

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

河南省桐柏縣破山銀礦位處秦嶺-大別褶皺系，北秦嶺桐柏-大別褶皺束，屬圍山城金銀成礦帶西段(圖1)。

1.1 地層

礦區(qū)出露地層主要為中元古界歪頭山組(Pt2w),分布于礦區(qū)西北部，主要巖性為斜長(zhǎng)角閃片巖、絹云母石英片巖、變粒巖等，進(jìn)一步分成六個(gè)巖性段。本區(qū)僅出露第四至第六巖性段。

1.2 構(gòu)造

礦區(qū)位處河前莊傾伏背斜西南翼，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，按走向可分四組。以北西向一組規(guī)模較大，形成較早，控礦特征明顯；北東向一組規(guī)模次之，形成略晚，常切錯(cuò)礦體；北北東向及北西西向兩組規(guī)模較小，常以共軛形式產(chǎn)出，夾角60°左右，具較明顯的扭性特征。

北西向斷裂以F1規(guī)模最大，為層間滑動(dòng)斷裂帶，沿走向和傾斜斷裂面呈舒緩波狀展布，力學(xué)性質(zhì)呈現(xiàn)壓-壓扭-張性等復(fù)雜多變的特征。

北東向斷層以F4為代表，斷裂帶內(nèi)構(gòu)造角礫巖發(fā)育，角礫大小不一，棱角明顯，為硅質(zhì)或泥質(zhì)膠結(jié)。斷面光滑，具斜向擦痕和階步，擦線傾向210°，傾角51°，局部偶見(jiàn)逆沖擦痕，顯示了張性-壓扭性活動(dòng)特征。

圖1 桐柏地區(qū)圍山城金銀礦帶地質(zhì)構(gòu)造略圖

1.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)僅見(jiàn)石英閃長(zhǎng)巖、煌斑巖、偉晶巖脈等。石英閃長(zhǎng)巖屬華力西早期產(chǎn)物，脈巖均為燕山晚期產(chǎn)物。

1.3.1 石英閃長(zhǎng)巖

分布于礦區(qū)北側(cè)，與歪頭山組中部第四巖性段為侵入接觸關(guān)系，界線清晰。巖石呈灰綠色，細(xì)粒半自形結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分主要為中性斜長(zhǎng)石(50%～60%)、普通角閃石(30%～40%)、次要礦物為石英(8%～10%)、黑云母(1%～5%)，含少量磁鐵礦、磷灰石和榍石。鉀為氬同位素年齡值為332Ma(成都地質(zhì)科學(xué)研究所，1979)和345Ma(宜昌地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，1974),屬華力西期產(chǎn)物。

1.3.2 脈巖

1)煌斑巖脈。屬礦區(qū)最為常見(jiàn)、規(guī)模較大的一種脈巖，斜交或順層貫入于歪頭山組地層中，產(chǎn)狀受構(gòu)造控制，與圍巖接觸界線明顯。鉀—?dú)逋凰啬挲g為106Ma(成都地質(zhì)學(xué)院，1981)，屬燕山晚期產(chǎn)物。

2)偉晶巖脈。規(guī)模小，僅見(jiàn)于鉆孔中，沿裂隙貫入于歪頭山組。呈白色、肉紅色，偉晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成分為石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石及少量白云母。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體的分布、形態(tài)、產(chǎn)狀及規(guī)模

破山銀礦產(chǎn)于河前莊背斜傾伏端的南翼；礦體產(chǎn)于一系列平行的北西向?qū)娱g滑動(dòng)斷裂中(圖2)。該礦勘探階段圈定 13 個(gè)礦體，組合形態(tài)在平面上呈雁行式、在剖面上呈多層疊瓦式排列(圖3)。單個(gè)礦體呈不規(guī)則似層狀、脈狀、透鏡狀產(chǎn)出，沿走向及傾斜具膨縮、分枝復(fù)合、尖滅再現(xiàn)等特征。礦體長(zhǎng)度大于500m，斜深 80～630m。

1.歪頭山巖組中部第三巖性段;2.歪頭山巖組中部第二巖性段;3.歪頭山巖組中部第一巖性段;4.礦體及編號(hào);5.地層界線;6.斷層及編號(hào);7.勘探線及編號(hào)

1.歪頭山巖組中部第三巖性段;2.歪頭山巖組中部第二巖性段;3.歪頭山巖組中部第一巖性段;4.礦體及編號(hào);5.地層界線;6.斷層及編號(hào);7.勘探線及編號(hào)

2.2 主要礦體特征

2.2.1 A1號(hào)礦體

長(zhǎng)度1900m；斜深30～530m，屬特大型規(guī)模。礦體總體走向320°，傾向南西，傾角變化較大，最大可達(dá)75°，沿傾向表現(xiàn)為上陡下緩，常具舒緩波狀起伏特征。礦體呈不規(guī)則似層狀產(chǎn)出，沿縱橫方向均具膨縮、分枝、復(fù)合特征。礦體厚度0.42～25.96m，平均5.38m，礦石品位(Ag)(120～840)×10-6，平均251.83×10-6。

2.2.2 A6號(hào)礦體

該礦體由于云煌巖脈順層貫入分割為上下兩部分，巖脈頂界以上部分為“A6-2號(hào)礦體”，底界以下部分為“A6-l號(hào)礦體”(見(jiàn)礦工程中，云煌巖脈礦化達(dá)工業(yè)品位部分歸屬A6-1號(hào)礦體)。

1)A6-1號(hào)礦體。分布于E1線以東25m至E21線，礦體長(zhǎng)950m，最大垂深308m，屬大型規(guī)模。礦體總體走向335°，傾向南西，傾角—般30°～40°，沿傾向略呈緩波狀起伏。礦體呈似層狀產(chǎn)出。

2)A6-2號(hào)礦體。分布于W2線以東25m至E17線間，礦體長(zhǎng)870m，延深83～625m，屬大型規(guī)模。礦體呈似層狀產(chǎn)出，總體走向325度，傾向南西，傾角一般30°～40°。礦體厚度一般1～4m，最厚可達(dá)12.44m，平均2.90m。工業(yè)礦石品位一般為(125～389)×10-6，平均211×10-6。

2.3 礦石質(zhì)量特征

2.3.1 礦石的礦物成分

礦石中查明的礦物種類共78種(表1)，銀礦物主要為輝銀礦，次為自然銀和銀金礦。

2.3.2 礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

礦石結(jié)構(gòu)有自形、半自形粒狀結(jié)構(gòu)、他形粒狀結(jié)構(gòu)、固溶體分離結(jié)構(gòu)、交代溶蝕結(jié)構(gòu)和壓碎結(jié)構(gòu)。

礦石構(gòu)造有浸染狀構(gòu)造、脈狀、網(wǎng)脈狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、變余層狀構(gòu)造、晶洞構(gòu)造、膠狀構(gòu)造、蜂窩狀構(gòu)造等。

3 成礦條件分析

3.1 礦源層的形成

礦區(qū)的賦礦地層混染帶花崗巖體的Ag、Zn、Cu 含量依次降低，賦礦地層的 Au、Pb含量最高，而混染帶的最低。各期花崗巖本身含礦性很差(表2)，桃園巖體和梁灣巖體的含金量低于克拉克值，也低于歪頭山組 3.2 倍；銀含量略高于克拉克值，仍低于歪頭山組 4～9.5倍，更低于含礦層。花崗巖的石英脈中的金、銀含量低于含礦巖系中石英脈(表2)。這說(shuō)明成礦元素從地層中活化轉(zhuǎn)移而來(lái)。

3.2 構(gòu)造控礦條件

北西向?qū)娱g滑動(dòng)斷裂帶為本區(qū)主要控礦構(gòu)造，大部分礦體呈似層狀、脈狀、透鏡狀賦存其中。隨著擠壓破碎帶的產(chǎn)狀、寬度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、角礫與膠結(jié)物成分的不同，礦體呈現(xiàn)膨縮、分支復(fù)合、尖滅再現(xiàn)等特征(圖2、圖3)。該區(qū)礦體的空間分布、形態(tài)、產(chǎn)狀和規(guī)模嚴(yán)格受層間滑動(dòng)斷裂帶的控制，顯示了層間滑動(dòng)斷裂帶是主要的控礦因素。

表1 礦石礦物成分類

表2 地層、侵入巖及各類巖石中石英脈的含礦性(陳殿凱等，1984)

3.3 成礦流體的物理、化學(xué)環(huán)境

3.3.1 成礦溫度

室溫下觀察包裹體多為氣液兩相包裹體，在冷熱臺(tái)測(cè)溫的過(guò)程中有一部分實(shí)際為富CO2型包裹體(VCO2+LCO2)(表3)。

破山銀礦流體包裹體的均一溫度變化范圍為 120℃～370℃(表 3)，石英脈形成溫度集中在 200℃～300℃。方解石主要是成礦期后的，均一溫度多在 120℃～200℃之間。反映了礦床總體上形成于中-低溫條件下。

3.3.2 成礦流體鹽度、密度及壓力

目前已有的破山銀礦成礦流體鹽度、密度和壓力等參數(shù)列于表4。由表4可知：

1)成礦流體鹽度大多小于 10wt NaCl%，屬于低鹽度流體。

2)成礦流體密度最高為 0.98g/cm3，為低密度流體。

3)不同研究者、不同類型包裹體計(jì)算獲得的成礦壓力相差較大。總體上而言，含 CO2的包裹體反映的壓力較大(60MPa～108MPa)，而鹽水溶液包裹體的較小；因而推斷，破山銀礦成礦早中期的流體可能來(lái)源較深，以 CO2包裹體為主；而晚期以淺部源自大氣降水的鹽水溶液包裹體占主導(dǎo)。

4)按照靜巖壓力計(jì)算(將獲得的壓力按照 33.3MPa/km 換算)，成礦深度小于 3.3km；如果將晚期鹽水包裹體代表的壓力按照靜水壓力考慮(將獲得的壓力按照 7.5MPa/km換算)，成礦深度可以淺至 1km左右。綜合考慮，認(rèn)為該礦床可能形成于小于5km的淺部環(huán)境。

3.3.3 成礦流體的氧化、還原環(huán)境

表3 破山銀礦的包裹體均一溫度統(tǒng)計(jì)表

注：①河南省地質(zhì)礦產(chǎn)第三地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)(1984)；②葉霖提供；③陳殿凱等(1984)；④徐啟東等(1995)。

表4 破山銀礦流體包裹體的鹽度、壓力等參數(shù)表

注：①?gòu)堊诤愕?1999)；②徐啟東等(1995)；③根據(jù)葉霖提供的數(shù)據(jù)計(jì)算。

表5 破山銀礦包裹體特征值(張宗恒等，2002b)

3.4 同位素地球化學(xué)

3.4.1 氫、氧、碳同位素

目前已有的氫、氧、碳同位素?cái)?shù)據(jù)主要來(lái)自成礦晚期或者圍巖的碳酸鹽類礦物(表6)。

破山銀礦成礦晚期碳酸鹽的δ18O值介于9.5‰～12.6‰(個(gè)別較低 2.4‰)(河南省地質(zhì)調(diào)查三隊(duì)，1984)，與同在圍山城礦帶的銀洞坡成礦中期的石英δ18O值(10.1‰～12.5‰)(據(jù)地勘一院 2010)接近，略偏低，此差別可能是隨著流體從早期向晚期逐漸虧損δ18O導(dǎo)致的。另外，遠(yuǎn)礦大理巖的δ18O值高達(dá) 19.1‰～19.2‰，因此，流體與其間的同位素交換可能是導(dǎo)致成礦中期石英、晚期方解石δ18O值較高的原因。

根據(jù)表6可以得到破山銀礦成礦流體的大致演化趨勢(shì)(圖4)，成礦(早)中期以變質(zhì)流體為主，晚期逐漸演化為以大氣水為主。

3.4.2 硫同位素

破山銀礦礦體中硫化物的δ34S值介于-1.8‰～+5.2‰之間(表7)，集中在 0‰～+4‰,呈塔式分布，與近礦圍巖歪頭山組碳質(zhì)絹云石英片巖、變粒巖的δ34S值范圍(1.6‰～4.8‰)大致相近(圖5)；因此推測(cè)礦床的硫源可能是歪頭山組地層，或與該組地層發(fā)生了充分的硫同位素交換分餾作用。

3.4.3 鉛同位素

據(jù)陳殿凱等(1984)測(cè)得的鉛同位素比值(表8)統(tǒng)計(jì)表明：破山銀礦硫化物206Pb/204Pb 比值為 16.570～17.1239，低于 18.0000，顯示鈾鉛虧損的特征。破山絕大部分礦石鉛的μ值介于 8.45～9.49，高于正常鉛μ值的范圍(8.686～9.238)；而ω值大部分介于 41～51之間，明顯高于正常鉛 值(35.55±0.59)；顯示鉛源的物質(zhì)成熟度高。

整體來(lái)看，破山銀礦硫化物相對(duì)富集釷鉛，與淺變質(zhì)巖鉛同位素(朱炳泉，1998)相似。結(jié)合礦床賦存在于歪頭山組淺變質(zhì)巖地層中的實(shí)際情況，表明礦石鉛很可能來(lái)自賦礦的歪頭山組地層。

硫鉛同位素的研究表明破山銀礦的成礦物質(zhì)主要來(lái)源于歪頭山組地層，鉛同位素表明歪頭山組與南、北秦嶺基底均有差別，顯示了古老陸塊基底的特征。

表6 破山銀礦礦物和包裹體的氫氧碳同位素組成(單位：‰)

注：① 河南省地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)(1984)；② 張宗恒等(2002b)；③ 鄭德瓊等(1992)。來(lái)自文獻(xiàn)[1]、[3]的δ18O SMOW是根據(jù)原文的PDB標(biāo)準(zhǔn)換算；方解石的δ18O包裹體 是按照150℃(校正后)換算的。

表7 破山銀礦硫同位素?cái)?shù)據(jù)(δ34S‰)

注：①河南省地質(zhì)礦產(chǎn)局地質(zhì)科研所(1985)；②陳殿凱等(1984)。

圖4 破山銀礦流體的氫氧同位素演化模式圖東秦嶺中生代大氣降水的范圍(張理剛，1989)

圖5 破山銀礦硫同位素直方圖

3.5 成礦時(shí)代

4 結(jié)論

流體包裹體、氫氧同位素的研究表明：破山銀礦的成礦流體屬于中-溫、低鹽度、低密度、富CO2的 K+-SO2-型流體；成礦(早)中期以變質(zhì)流體為主，成礦晚期深度變淺，逐漸演化為以大氣水為主。

表8 破山銀礦鉛同位素測(cè)定數(shù)據(jù)表

碳硫鉛同位素以及成礦元素地球化學(xué)的研究顯示：破山銀礦的成礦物質(zhì)主要來(lái)自于歪頭山組地層。桃園巖體侵入時(shí)帶來(lái)的等礦化劑促進(jìn)了地層中成礦元素的遷移和富集。

礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造顯示成礦環(huán)境由早期擠壓環(huán)境向后期拉張環(huán)境轉(zhuǎn)化；與根據(jù)壓力計(jì)算所得的成礦深度較淺相吻合。容礦空間為河前莊背斜及伴生的層間滑動(dòng)斷裂帶，空間上位于秦嶺造山帶東段、朱夏斷裂北側(cè)的桐柏山區(qū)的變質(zhì)地體。

礦區(qū)南部的大河、松扒等陸內(nèi)俯沖帶控制了該區(qū)的地球動(dòng)力學(xué)背景及圍山城金銀礦帶、梁灣巖體的產(chǎn)出。鉀-氬法測(cè)年顯示破山銀礦形成于中生代燕山期(103.6Ma)，在時(shí)空上與整個(gè)秦嶺造山帶的演化吻合。在此階段正是秦嶺地區(qū)的構(gòu)造環(huán)境從擠壓向伸展轉(zhuǎn)變期間誘發(fā)了大規(guī)模的流體作用、花崗質(zhì)巖漿作用和成礦作用。

綜上所述，破山銀礦在產(chǎn)出形態(tài)、構(gòu)造背景、成礦流體特征等方面與典型造山型金礦類似(Groves等，1998；Kerrich 等，2001)，故該礦床成因類型可歸為造山型礦床。

[1] 河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局一地質(zhì)勘查院.豫西南湍源銀多金屬地球化學(xué)異常區(qū)成礦特征與找礦預(yù)測(cè)研究報(bào)告[S].2010.

[2] 張宗恒，侯海燕，侯萬(wàn)榮，等.河南桐柏圍山城金銀成礦系統(tǒng)礦床地球化學(xué)特征[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2002(3):263-269.

[3] 陳殿凱，周旦生.圍山城層控金銀礦特征和成礦作用[J].礦床地質(zhì)，1984,3(1)，37-45.

[4] 河南省地質(zhì)礦產(chǎn)局.河南省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1989.

[5] 鄭德瓊，高華明.河南省破山銀礦礦床成因及成礦模式[J].河南地質(zhì)，1992,10(1):1-5.

[6] 河南省地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)調(diào)查大隊(duì).桐柏縣破山銀礦區(qū)詳細(xì)勘查地質(zhì)報(bào)告[S].1984.

[7] 陳衍景，隋穎慧，F(xiàn)ranco PIRAJNO.CMF模式的排他性依據(jù)和造山型銀礦實(shí)例：東秦嶺鐵爐坪銀礦同位素地球化學(xué)[J].巖石學(xué)報(bào)，2003,19(3)，551-568.

[8] 張理剛.成巖成礦理論與找礦[M].北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，1989.