河南省破山銀礦地質特征與成因探討

胡 偉，徐 剛，李俊鋒，魏 鴻，楊賀杰，方 榮

（河南省有色金屬地質礦產局第三地質大隊，河南 鄭州 450016）

河南省桐柏縣的破山銀多金屬礦床發現于20世紀70年代，為全國少有的大型獨立銀礦床之一。經過多年的開采，現礦山已近枯竭，深邊部及外圍尋找后續資源刻不容緩。由于破山銀礦床產于富含炭質歪頭山組地層，層控特征顯著，礦床規模大，成因類型特殊，引起廣大地質工作人員的關注和研究，并被作為層控造山型礦床的代表。本文通過對前人資料的研究，從礦床特征、控礦因素及物質來源方面進行分析，進而探討礦床的成因，為該老礦山深、邊部尋找接替資源提供依據和指導。

1 區域及礦區地質

桐柏山區位于河南省南部的桐柏縣內，屬秦嶺～大別碰撞造山帶的一部分，其地質背景獨特，構造演化復雜，成礦條件優越，形成了眾多礦床。位于朱陽關～夏館～大河斷裂北側二郎坪弧后盆地內的圍山城層控金銀多金屬成礦帶為該區著名的礦集區[1]，該礦帶包括破山特大型銀礦床、銀洞坡大型金礦床、銀洞嶺大型銀多金屬礦床以及南小溝、張莊、欒家沖等金銀礦點。礦帶內出露地層主要為新元古界歪頭山組（Pt3w），其次為大栗樹組（Pt3d）；主要構造為河前莊背斜；規模較大的侵入巖體是中生代的桃園巖體和燕山期的梁灣巖體。

破山銀礦床位于圍山城金銀多金屬成礦帶西端前河莊背斜的西南翼，賦存于上元古界歪頭山組上部第二段（Pt3w32）的炭質絹云石英片巖中[2]，僅A10號礦體斌存于中部第六段斜長角閃片巖中。礦區內煌斑巖脈廣泛分布，規模較大，呈脈狀，常與礦體相伴生。

區內歪頭山組上部第二段（Pt3w32）的炭質絹云石英片巖可分三層，每層均有工業礦體產出，但主要工業礦體賦存于中、下部，現將各層分述于下：

第一層：絹云石英片巖夾炭質絹云石片巖，偶夾黑云變粒巖及黑云斜長片巖，厚40m～95m，A6號、A4號、A5號礦體分布其中。

第二層：下部為黑云變粒巖夾炭質絹云石英片巖及絹云石英片巖薄層，上部為炭質絹云石英片巖夾絹云石英片巖，厚29m～90m，A1號、A2號、A9號礦體分布其中。

第三層：為不等粒黑云變粒巖夾炭質絹云石英片巖，頂部為一層不連續的白云石英片巖，厚20m～110m，A7號、A8號礦體分布其中。

1.1 礦體特征

經勘探工程圈定，共由十三個礦體組成，自上而下依次為：A7號、A8號、A1號、A2號、A11號、A9號、A5號、A5-1號、A4-2號、A6-2號、A6-1號及A10號礦體[3]，除A2礦體外均為工業礦體，系伴生有可供綜合利用的鉛、鋅、硫、鎘、金等有益組份的特大型銀礦床（圖1）。

礦體沿層間斷裂分布，與圍巖無明顯界線，呈不規則似層狀、脈狀、透鏡狀，具膨縮、分枝復合、尖滅再現等特征。產狀與地層基本一致，局部有交角，傾向南西，傾角變化，礦區中段為中等傾斜，西段較陡，東段較緩，沿傾向上陡下緩。平面上呈雁行狀，橫剖面上呈疊層狀。主要工業礦體有A1、A6-1、A4-2、A6-2、A5，其金屬量合計占全區銀鉛鋅礦體總量的92.7%，為主要礦體。主要工業礦體長均大于500m，延深500m～630m，延展面積0.4km2～1km2，平均厚度為2.35m～5.38m。礦體一般周邊較薄，縱橫方向均可見膨縮變化，厚度變化系數為66～98%。銀在礦體中分布不均勻，厚大部位較富，為數不多。成礦后的斷裂構造及火成巖脈對礦體無影響或影響微弱，除A5礦體屬礦化較連續—不連續外，余者均為連續或較連續的礦體。

圖1 破山銀礦區礦體平面分布圖

1.2 礦石特征

1.2.1 礦石礦物成分

本礦床礦石泛指含銀礦物及金屬硫化物（黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦）的硅化炭質絹云石英片巖，礦石中金屬礦物總含量一般小于15%，金屬硫化物往往只占5%～10%，且不易見到銀礦物。地表氧化礦石中金屬硫化物罕見，脈石礦物占礦石總量90%左右，其中石英占70%左右。

主要金、銀礦物特征：

自然銀（Ag）：銀白色，樹枝狀、片狀、粒狀及發絲狀，嵌布于石英、方解石、菱鐵礦中或生長在石英脈、碳酸鹽脈的晶洞孔隙內，粒徑一般為0.04mm～0.6mm，個別大者為1cm～2cm，經電子探針分析含銀100%，銀的成色很高。

輝銀礦（Ag2S）：黑灰色，焦炭狀，偶見立方體晶粒，性柔軟。粒度為0.08mm～0.19mm，原生輝銀礦常在方鉛礦中呈固溶體分離物出現，在氧化礦石空洞中，常與褐鐵礦連生或包于其中。電子探針及化學分析Ag含量53%～65%，硫含量9.67%～12.23%。

銀金礦（Au、Ag）：較淡的金黃色，呈樹枝狀、薄片狀，粒徑0.00n～0.0n，延展性好，金銀含量常有變化，電子探針分析，Au含量為49.16%～63.90%，Ag含量為33.80%～48.32%。

脈石礦物主要有石英、絹云母、方解石，炭質與綠泥石含量不高，但與銀礦關系密切。

石英：有兩種，其一為原生沉積物，淺灰、灰黑色，粒狀集合體，油脂光澤；粒徑0.06mm～0.2mm，常含炭質物，多見于氧化帶。其二為熱液形成的，灰白色或無色，透明—半透明，玻璃光澤；黑色石英含銀較高為30.67g/t～145g/t，可能與含銀較高的炭質有關；無色石英含銀為27.21g/t～71.74 g/t。石英的含銀量，氧化礦石比混合礦石高，比原生礦石更高。

絹云母：淡綠色，質軟，略具滑感。一種為自變質形成，具長石假象；另一種為熱液產物，多為細小鱗片集合體。絹云母含銀量為2g/t～7.6g/t。

炭質：黑色，土狀光澤，質軟，污手具滑感。鏡下可見呈不規則狀或鱗片狀，反光鏡下可見微量晶石墨，炭質及炭質混合物含銀量更高。

1.2.2 銀的賦存狀態

礦石中的銀主要呈獨立礦物存在，以輝銀礦為主，自然銀次之，深紅銀礦、銀黝銅礦及硫銅礦少量，銀金礦一角銀礦多產于氧化礦石中。少部分呈分散狀態的銀，以混入物分散在金屬氧化物和脈石中，如石英單礦物中的銀或呈吸附狀態，或以超微粒包體雜質存在。

銀礦物的賦存形式有：

（1）一種或幾種銀礦物與硫化物的一種或幾種連生或呈包體，或在邊部交代金屬礦物。

（2）一種或幾種銀礦物直接嵌布在石英脈或碳酸鹽脈中。

（3）次顯微狀賦存于金屬硫化物及脈石礦物中。

礦石中與主金屬伴生的金屬硫化物是黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦，它們與銀礦物關系密切，自身也含銀。

銀含量變化及其與伴生元素的關系：

金與銀的關系不太明顯，一般品位高的銀礦石中含有金，銀與鉛鋅關系密切，一般呈正相關，但在標高100m以下則轉為離散關系。銀含量與標高不相關，而鉛、鋅、硫、鎘隨標高降低而有增高的趨勢，顯示垂直分布的跡象。

金的賦存狀態有兩種：一種以自然金、銀金礦等獨立的金礦物存在，另一種呈分散狀的金，呈質點狀機械混入黃鐵礦、方鉛礦晶格中，或呈超微粒包體存在于其它金屬礦物及脈石中。鉛鋅皆以獨立礦物存在，既可獨立嵌布在脈石中，也可呈連生產出。氧化礦石中鉛可形成鉛鐵釩、磷硫鉛鋁礦等，而鋅則無氧化礦物。硫、鎘無獨立礦物，后者主要呈類質同象賦存于閃鋅礦中，其余很少量的鎘分散在黃鐵礦、方鉛礦、方解石及炭質中。

1.2.3 結構構造

根據金屬硫化物、含銀金屬礦物的結晶程度、顆粒大小、結合關系，主要礦石結構為：

自形—半自形粒狀結構：黃鐵礦為此種結構的代表礦物，多為自形或半自形粒狀。

它形粒狀結構：銀礦物、方鉛礦、閃鋅礦等晶形不規則，晚于黃鐵礦晶出，呈它形結構。

固溶體分離結構：自然銀在方鉛礦中呈乳滴狀固溶體分離結構，閃鋅礦晶體內有黃銅礦、方鉛礦乳滴狀分泌物。

交代結構：較早晶出的黃鐵礦被閃鋅礦、方鉛礦交代溶蝕形成骸晶，閃鋅礦被方鉛礦交代，形成港灣狀。

壓碎結構：黃鐵礦被壓碎由自然銀、方鉛礦、深紅銀礦及閃鋅礦交代。

礦石構造主要分為五種：

浸染狀構造：銀礦物和硫化物浸染于炭質絹云石英片巖或脈石中。

網脈狀、脈狀構造：含銀及金屬硫化物的石英、碳酸鹽細脈沿炭質絹云石英片巖等裂隙充填。

角礫狀構造：炭質絹云石英片巖碎裂成角礫狀，主要產于經受多次構造活動的破碎帶內，破碎角礫為硅質—碳酸鹽膠結。

變余層狀、條帶狀構造：細粒黃鐵礦等沿炭質絹云石英片巖的片理分布，構成清晰層紋。

塊狀構造：局部金屬硫化物特別富集，形成塊狀構造。

1.3 圍巖蝕變

熱液作用使圍巖受到不同程度的蝕變，主要蝕變類型有硅化、絹云母化、碳酸鹽化，其次為綠泥石化、粘土化。硅化分布范圍廣，石英通常呈脈體沿裂隙充填，或者以面形蝕變的方式滲透性交代圍巖。通常，煙灰色石英含銀較高，可能與夾雜炭質和微細粒硫化物有關。礦石中的炭質含銀較高，銀品位的高低取決于炭質的多少。絹云母化常與硅化相伴，強弱隨硅化的強弱而變化，但強度次于硅化，與硅化相伴的絹云母化越強則礦化越強。由于圍巖為綠片巖相的變質巖，含有大量絹云母，使得變質絹云母與熱液期形成絹云母疊加在一起，二者的區別為：變質絹云母具有定向排列特征，為長石類及泥質物質變質而成，變質較淺的可見長石殘體；而熱液絹云母主要為細小鱗片集合體組成的不規則團塊或細脈。

2 控礦因素

2.1 地層巖性控礦

歪頭山組各巖性段銀、鉛、鋅等成礦元素的平均含量都大于地殼豐度值，上部第二巖性段成礦元素平均含量又高于其它各巖性若干倍，為成礦元素濃集層位，歪頭山組各主要巖石類型成礦元素平均含量見表1。其中又以上、中部炭質絹云石英片巖最高，變粒巖次之，二者相互疊置形成礦源層。

破山的銀工業礦體絕大多數賦存于炭質絹云石英片巖中，少數礦體或礦化在變粒巖及斜長角閃片巖內，因此，炭質絹云石英片巖是主要控礦巖石，其所在層位歪頭山組上部第二巖性段即為含礦層或找礦標志層。

銀礦體的規模與礦源層厚度呈正相關，礦區中部含礦層厚186m，銀礦體厚且富，含礦層厚度向西、向東變薄，礦體亦隨之變薄，減少。

礦體產狀與圍巖產狀基本一致，并隨圍巖產狀變化而變化。礦體與圍巖界線可以是突變的，也可是漸變的，二者外觀特征極為相似，因此，其確切界線往往依據化學分析結果圈定，不少情況下炭質絹云石英片巖即是礦體，地層、巖性控礦十分顯著。

2.2 構造控礦因素

破山銀礦床位于背斜西南翼，含礦巖系呈單斜產出，炭質絹云石英片巖與變粒巖相間疊置。在北東～南西向水平側向擠壓力長期持續作用下，導致中等傾斜巖層的反向剪切滑動，沿炭質絹云石英片巖層形成極其發育的層間拖拉褶皺和層間斷裂（擠壓破碎帶）。隨其產狀、寬窄、內部結構、角礫與膠結物成分的差異，礦體呈現膨脹、收縮、尖滅、再現等特點。充分顯示成礦過程中礦液運移、沉淀場所的選擇性，破碎帶寬、空間大、壓力驟降，適宜礦液聚集沉淀，形成厚大礦體，反之則不利成礦。

層間擠壓破碎帶寬度變化與其產狀陡緩關系密切，同時又影響內部結構和物質組成，一般沿傾向延深在緩傾地段有變厚趨勢，沿走向拐折區間有加寬現象。兩盤巖性不同，貯礦性能有顯著差異。層間擠壓破碎帶的構造分帶發育不良，僅局部可見自中心向外由角礫巖帶-透鏡化片理揉皺帶-密集張剪節理帶-破裂巖帶等不完全對稱的分帶現象。層間擠壓破碎帶的組合形態常呈平行斜列，銀礦體組合特點恰似其貌。

表1 歪頭山組各主要巖石類型成礦元素平均含量

發育在破碎帶和含礦層內的層間張、剪節理、劈理、軸面片理以及被揉皺的順層片理等，受局部應力場和巖性控制明顯，規模小，頻度高，密集成帶，分布集中，常成為布礦、貯礦的有利空間。

表2 破山礦床不同階段形成的透明礦物均一溫度測定結果

3 成礦物質來源分析

破山銀礦床的形成，首先取決于“礦源層”的存在，而礦源層是在火山～沉積作用下形成的，硫、鉛同位素組成有很好的一致性，硫接近隕石硫，鉛屬單階段演化的正常鉛，礦石礦物中一些微量元素標型特點則反映其火山～沉積成因[4]。銀的含量在黃鐵礦、方鉛礦中十分豐富；而花崗巖類巖石均不具備提供形成大型層控銀礦床的物質基礎。

可以認為：本礦床中成礦物質主要來自地殼下部或上地幔，由較遠源的海底火山噴發攜帶而來，但并不排除正常沉積作用（即陸源）提供部分礦質的可能性。

4 成礦機理及礦床成因探討

據礦床地質特征和成礦物質來源剖析，成礦機理可歸納為四個方面。

4.1 火山—沉積作用

晚元古代本區為一狹長海槽，火山活動頻繁，歪頭山組沉積厚達2500m。火山噴發物質中包含、吸附與攜帶銀、鉛、鋅、金等成礦元素，與陸源物質一起進入海水，受海水密度效應和致冷效應，在海底最大密度層下，經海底水流的循環與擴散作用，沉積全淺海一些小型凹陷中，由于水化學條件改變，還原環境的多次出現，加上有機質的繁衍、分解及吸附作用，形成了原始的含礦沉積建造，火山～沉積作用形成了礦源層。

4.2 區域變質作用

加里東期至華力西早期的區域變質作用，使礦源層受到改造，成礦物質遷移富集。含礦巖系處于綠片巖相—角閃巖相的中溫中壓區域變質作用中，變質溫度為350℃～600℃，壓力4千帕～10千帕，地熱梯度為15℃/km～20℃/km，區域變形作用形成褶皺、斷裂。

使巖層中粒間水、礦物中結晶水、滲透下面的地表水以及CO2、HS—等匯集成變質熱液，變質熱液攜帶成礦物質由兩側向內部，由深部向淺部的構造低壓帶，低電位帶、低化學位帶及低變質帶運移、富集、沉淀。廣泛發育硅化、絹云母化，礦石多具浸染狀、網脈狀構造，礦床沉積特征漸趨消失而熱液特點明顯。成礦溫度主要在300℃～200℃間，壓力2千帕～4千帕（表2），PH值為6.55～7.38。

綜合上述，變質分異和重結晶階段一些金屬硫化物如黃鐵礦等晶出溫度為300℃～450℃，大量含銀金屬硫化物，銀礦物及脈石礦物在200℃～300℃間沉淀，銀礦床形成于175℃～320℃間，因此，區域變質階段是主要的成礦階段。

4.3 熱變質作用

華力西期、燕山期酸性巖漿活動對礦床有改造作用，大規模花崗巖化作用的影響，也加富了已形成的礦體。

此外，云煌巖脈局部穿切礦體或自身具礦化，但成礦物質仍來自礦源層。從本礦床的成礦作用考慮，熱變質作用占次要地位。

4.4 淋濾作用

礦床形成后有次生、殘余富集現象，致使貴金屬略有富集，而硫化物賤金屬則在中淺部礦石品位增高。

因此，破山銀礦床是在多種地質作用下，銀元素在一定范圍內（礦源層）經多次富集和積累而形成的，從成礦物質來源和主要成礦地質作用分析，本礦床為層控火山～沉積～變質熱液礦床。

5 結論

破山銀礦位于圍山城金銀多金屬成礦帶的西段。賦存在新元古界歪頭山組上部（Pt3w3）第二巖性段的炭質絹云石英片巖中，礦體產出受地層和褶皺構造雙重控制。成礦物質主要來自歪頭山組地層。

成礦過程經歷了火山—沉積、區域變質、巖漿活動改造以及次生殘余富集四個階段，屬層控火山～沉積～變質熱液礦床。