东秦岭冷水北沟铅锌银矿床同位素地球化学特征.pdf

书书书 第 卷第 期物 探 与 化 探 年 月 东秦岭冷水北沟铅锌银矿床同位素地球化学特征 付治国 瓮纪昌 燕长海 高胜淮 河南省地质矿产勘查开发局 第二地质勘查院 河南 许昌 河南省地质调查院 河南 郑州 摘 要 依据一系列样品的测试数据 对河南省栾川县冷水北沟铅锌银矿床同位素地球化学特征进行分析研究 以反 映东秦岭铅锌银矿床成矿系统中的元素变化规律 主要分析了矿床的成矿物质来源 成矿热液的组成以及成矿环 境的变化等 利用石英 年龄测定 求得矿床含银铅锌石英脉是燕山晚期成矿过程中的产物 这在找矿实 践中具有较高的利用价值 关键词 铅锌银矿床 同位素 稀土元素 河南栾川 东秦岭 中图分类号 文献标识码 文章编号 河南栾川冷水北沟铅锌银矿床是近几年在秦岭 东段新近发现的大型多金属矿床 对矿床同位素的 地球化学特征进行研究 有助于了解矿床成矿物质 来源 成矿环境及成矿时代特征 从而对矿床成因及 找矿实践作出正确的判断 大地构造位置 该区位于秦岭造山带东段 即东秦岭地区 秦 岭造山带是经历了多阶段 多期次地壳运动 特 别是形成了加里东期 海西期 印支期和燕山期运动 的复合造山带 现今的基本构造格架由华北板块南 缘构造带 北秦岭造山带和秦岭构造带三个次级构 造单元组成 东秦岭地区构造复杂 深大断裂发育 岩浆岩广布 褶皱变质作用十分强烈 各种矿产非常 丰富 是典型的地槽沉积成矿作用的地段 矿床基本情况 矿区位于河南栾川县城北西的冷水镇冷水北沟 一带 该区燕山期岩浆活动十分强烈 与燕山期浅 成 超浅成同熔型花岗 斑 岩有关的脉状及似层状 多金属矿床 沿北西 西 向区域性断裂带呈带状展 布 或与系列北 北 东向断裂交汇部位集中成区 成矿元素与岩体侵位地层的高丰度元素一致 一般 由岩体向外构成 的成矿带 或不同温度阶段在同一构造带内叠置 形成多元素 共伴生矿床 受地层和岩浆岩的双重控制 有关矿 床主要集中分布于栾川断裂带北侧的南泥湖一带 以及朱阳关 大河断裂南侧 成矿地质背景 冷水北沟矿区位于华北陆块南缘褶皱带 南泥 湖钼矿田外围北侧 属华北地层区豫西分区熊耳山 小区 区域地层主要为中元古界官道口群和新元古 界栾川群 岩性为一套巨厚的碳酸盐岩 碎屑岩夹中 性 中基性 中酸性火山岩 系元古代华北陆块南缘 裂陷槽沉积产物 矿区内仅出露官道口群白术沟组 上段和栾川群南泥湖组 地层呈北西西 北西向带 状展布 图 矿区断裂构造极其发育 大致分北西西 北西 向和北东向两组 前者具有延伸长 规模大 分布密 集等特点 形成了区内基本构造骨架 控制着区内地 层的分布 后者成群成带出露 近平行分布 走向长 产状 是主要 含矿构造 区内岩浆活动频繁而强烈 岩浆岩比较 发育 主要有元古代晋宁期变辉长岩和燕山期二长 花岗岩 晋宁期变辉长岩呈北西西 北西向条带状 侵入于南泥湖组中段地层中 宽 长度大 于 岩体与围岩接触面产状多向北倾 倾角 岩石呈灰黑色 主要矿物成分为次闪石和 斜长石 次为黑云母 有少量钾长石和石英 变辉长 岩微量元素钡 钇平均含量高于维诺格拉多夫平均 值 倍 钴 镍 铜 锌 铅等均高于其相应值 燕山期岩浆活动以酸性岩浆侵入为特征 中性 和中酸性侵入岩体少而小 矿区外围主要为南泥湖 组和上房沟黑云母二长花岗 斑 岩体 分布于黄背 收稿日期 期付治国等 东秦岭冷水北沟铅锌银矿床同位素地球化学特征 第四系 南泥湖组三段 南泥湖组二段 南泥湖组一段 白术沟组上段 中生代花岗斑岩 中元古代闪长岩 中元 古代变辉长岩 地质界线 矿脉位置及编号 断层 地层产状 图 冷水北沟铅锌银矿区地质概况 岭 石宝沟背斜核部的北西西向和北东向两组断裂 交汇处 冷水北沟矿区的南侧 围岩为南泥湖组中 段绢云钙质片岩夹薄层大理岩 侵入体岩性为 黑云母二长花岗岩 主要矿物成分为钾长石 斜长石 和石英 有少量黑云母 在岩体内及其接触带上形 成了斑岩型及矽卡岩型钼钨矿 即世界著名的南泥 湖钼钨矿床 矿床地质 矿体特征 矿脉 带 分布于冷水北沟的西侧山梁上 矿脉走向北东 倾向多为 倾角为 走 向长 出露标高最高 最低 带内主要由多金属矿化石英脉及蚀变大理岩组成 围岩为南泥湖组绢云钙质片岩 界线明显 经地表系统工程揭露 结合深部钻孔控制和取 样分析 矿脉圈定出一个长为 的矿体 控制最大斜深 其他矿体多呈似层状或透镜 状狭缩膨大形式出现 产状与构造带一致 矿体厚 铅品位为 平均为 锌品位为 平均是 银品位为 平均是 矿床达大型规模 矿石特征 矿石矿物成分主要为黄铁矿 方铅矿 闪锌矿 少量黄铜矿 多呈团块状 条带状不均匀分布 脉石 矿物主要是石英 方解石 黄铁矿 方铅矿 闪锌矿 等及石英 方解石等呈粒状分布 粒径 含量不等 分布不均 金属硫化物氧化淋滤后 多形成风化残余结构 矿石构造有块状 条带状 团 块状 角砾状 浸染状构造及少量蜂窝状 土状等构 造 硫化物矿石的自然类型可分为多金属硫化物石 英脉型和蚀变角砾岩型 前者呈脉状产于断裂带内 或近顶底板处 是矿区主要类型 品位一般较高 后 者一般位于石英脉两侧 金属矿物多呈胶结物出现 网脉状分布 物 探 与 化 探 卷 根据矿物共生组合 标型矿物特征 成矿可分四 个阶段 早期石英黄铁矿矿化阶段 黄铁矿 闪锌矿矿化阶段 方铅矿闪锌矿矿化阶段 碳酸盐化阶段 其中 为主要成矿阶 段 各矿化阶段有各自的发育空间 但常具相互 叠加的现象 围岩蚀变特征 矿体围岩为南泥湖组中段绢云钙质片岩夹薄层 大理岩 层理及片理与矿体斜交 二者界线清楚 近 矿围岩蚀变主要有碳酸盐化 硅化 绢云母化 黏土 化及黄铁矿化或褐铁矿化 同位素组成 硫同位素 冷水北沟铅锌银矿床矿石矿物硫同位素测定结 果 表 显示 矿石矿物的 为 平均是 变化范围较小 接近陨石硫特征 说 明该矿床的硫来自深源 方铅矿 平均值为 闪锌矿 为 具有 的 规律 说明硫在各矿物间达到平衡 表 冷水北沟铅锌银矿床铅 硫同位素组成 样品号测试对象 值 方铅矿 方铅矿 方铅矿 闪锌矿 注 值是指按整合矿床中铅同位素比值所拟合的一条单阶段增长曲线的特征参数 表中数据由中国地质科学院矿产资源研究所测试分 析室王成玉和宜昌地质矿产研究所同位素分析室测试 年 铅同位素 冷水北沟铅锌银矿床方铅矿的铅同位素组成 表 比较集中 为 均值为 极差为 为 均值为 极差为 为 均值 为 极差为 以上铅同位素组成的极 差均小于 说明铅同位素组成相当均一 在铅 同位素构造演化图上 图 所有样品均落在上地 幔或下地壳演化线与造山带演化线之间 总体显示 图 冷水北沟矿床 铅同位素演化曲线 出壳 幔混合铅的特征 该矿床铅同位素的 值为 平均为 按照 的标准 上地壳铅的 值大于 上地幔铅的 值小于 表明幔源铅是本 矿床的主要铅源 与图 的判别结果一致 碳 氢 氧同位素 流体包裹体的氢氧同位素组成常用来追索成矿 热液的来源 表 是本区铅锌银矿体石英 方解石 中流 体 包 裹 体 氢 氧 同 位 素 的 测 定 结 果 其 中 是包裹体溶液的测定值 标准平 均大洋水氢 氧同位素标准 石英矿物的测定值 是利用测得的石英矿物同位素数据及其包裹 体均一温度 由石英 水同位素分馏方程 求出 其中 用来代替成矿热液的 值 是平衡温度 样品测定结果显示 期付治国等 东秦岭冷水北沟铅锌银矿床同位素地球化学特征 表 冷水北沟铅锌银矿床碳 氢 氧同位素组成 样品号测试对象 方解石 石英 石英 石英 方解石 方解石 注 中国地质科学地质研究所同位素地质年代学实验室杨淳 张 巧大测试 为 石英的 为 换算后得到的 值分别为 三者的变化范围都很窄 将测得的和 计 算值 投在图解上 图 个点落在岩浆水区与建 图 冷水北沟矿床氢氧同位素图解 表 冷水北沟铅锌银矿床稀土元素组成 样品号测试对象 闪锌矿 闪锌矿 方铅矿 注 宜昌地质矿产研究所同位素分析室测试 造水区之间 靠近建造水区 反映成矿热液来自 建造水和岩浆水的混合水 稀土元素 冷水北沟矿床单矿物稀土元素组成如表 所 列 三种硫化物单矿物的稀土元素组成大体相似 均 图 冷水北沟矿床矿石矿物稀土元素球粒陨石标准化 分布型式 是稀土总量较低 亏损 明显 图 轻 重稀土分异程度较高 为 但是不同矿体的稀土总量 轻 重稀土分异程度及 存在一定的差异 号矿体稀土总量最高 强富集轻稀土 呈现弱 的正异常 流体包裹体 根据流体包裹体在常温下呈现的相态 本区的 包裹体分为液相包裹体 气相包裹体和气液相包裹 体 表 液相包裹体最多 在所测试的样品中占包 裹体总数量的 其成分为盐水溶液 气相包裹 体成分为水气 其中偶见二氧化碳 气液相包裹体主 要由盐水溶液和水气组成 个别 号样品 由盐 水溶液 水气和二氧化碳三相组成 矿床石英包裹 体为原生包裹体 其形态多为椭圆状和不规则状 包裹体的粒径多数为 极少数达到 均一温度变化在 裹体主要由盐水溶 表 冷水北沟矿床矿石流体包裹体均一温度和 含量 样品编号包裹体类型气相百分数 粒径 均一温度 范围平均值范围平均值 液体包裹体 气液包裹体 液体包裹体 气液包裹体 液体包裹体 气液包裹体 液和水气组成 个别 号样品 由盐水溶液 水 气和二氧化碳三相组成 矿床石英包裹体为原生包裹体 其形态多为椭 圆状和不规则状 包裹体的粒径多数为 极少数达到 均一温度在 之间变化 在频率直方图上 图 出现 个峰值 分 物 探 与 化 探 卷 图 冷水北沟矿床包裹体均一温度直方图 别是 由此可见 本区的铅锌银矿 可能形成于三个阶段 但主要是中高温阶段 包裹体 为 其中 中高温阶段的 为 中低温 阶段的 较低 为 成矿年代 对冷水北沟矿区平硐内主采场 号银 铅矿矿石样品进行了石英 年龄测定 测试 结果如图 表 所示 对该石英样品做了 个阶 段的加热析氩试验 在第 加热阶段构成了比较 为原子数 斜率 图 号石英的 坪年龄谱 左 和等时线年龄谱 右 表 石英的 法实验数据 加热 阶段 加热温度 视年龄 注 是已知年龄的标准与一个未知年龄的样品放在同一反应堆中相同位置进行照射 而求出的相应照射比值 表示钾的干扰 核反应所产生的同位素值 为放射成因者 平坦的谱线 析出量为 得到的坪年龄 为 谱线中最小视年龄为 用与坪年龄对应的数据点 求得 等时线年龄 为 这三个年龄 值非常接近 反映了测定的石英年龄是真实可信的 同时 初始值 与 尼尔值 非常接 近 表明坪区氩同位素不含过剩氩 得到的坪年龄值 准确可靠 代表了石英的形成年代 即测定的含银铅 锌石英脉矿石是燕山晚期形成的 结语 通过对东秦岭冷水北沟铅锌银矿床同位素地球 化学分析 得出如下结论 硫同位素特征 矿床的硫来自深源硫 铅同位素特征 显示壳 幔混合铅的产出状 态 碳 氢 氧同位素特征 反映出矿床的成矿 热液来自建造水和岩浆水的混合水 稀土元素特征 稀土总量偏低 亏损 期付治国等 东秦岭冷水北沟铅锌银矿床同位素地球化学特征 明显 反映出稀土的富集程度不高 总之而言 同位素地球化学的性质反映矿床在 成矿过程中的一系列内在特征 在找矿实践中可加 以参考利用 参考文献 付志国 宋要武 田修启 等 东沟特大型斑岩钼矿床的物化探 找矿效果 物探与化探 卢欣祥 尉向东 董有 等 小秦岭 熊耳山地区金矿特征与地 幔流体 北京 地质出版社 燕长海 东秦岭铅锌银成矿系统内部结构 北京 地质出 版社 郑翻身 蔡红军 张振法 内蒙古拜仁达坝维拉斯托超大型银 铅锌矿的发现及找矿意义 物探与化探 潘兆橹 赵爱醒 潘铁红 结晶学与矿物学 下册 北京 地 质出版社 刘英俊 曹励明 元素地球化学导论 北京 地质出版社 刘英俊 曹励明 李兆麟 等 元素地球化学 北京 科学出 版社 岩石地球化学 杨学明 杨晓勇 陈双喜 译 合肥 中国科技大学出版社 刘永春 瓮纪昌 班宜红 等 河南汝阳王坪西沟铅锌矿床地球 化学特征 物探与化探 刘崇民 胡树起 姚敬金 七里