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【摘 要】 梁家沟铅锌银多金属成矿区位于赤城县样田乡,分为梁家沟银矿山、红铜硐、小堡子火石沟三个矿段。矿体呈层状、似层状产于中元古代蓟县系迷雾山组白云岩中。本文以梁家沟银硐山矿床为例,在野外实地观察和室内光、薄片鉴定镜下鉴定基础上,结合岩(矿)石样品常量、微量、稀土元素、同位素及流体包裹体测试结果,综合分析认为赤城县梁家沟白云岩地层中铅锌矿床为密西西比河谷型(MVT)矿床。该矿床成因类型的厘定对指导冀北碳酸岩地层分布区寻找铅锌银多金属矿床具有重要的现实意义。
【关键词】 铅锌银多金属矿床;密西西比河谷型(MVT)矿床;成矿机理;地球化学;冀西北梁家沟
1 区域地质背景
梁家沟银锌多金属成矿区位于尚义—赤城深大断裂南侧五公里附近,构造位置为内蒙地轴与燕山台褶带过渡部位的燕山台褶带北缘。矿区及外围出露的地层有太古界桑干群,红旗营子群变质岩系;元古界蓟县系、青白口系沉积岩;中生界侏罗系中统河、湖相沉积岩;新生界第四系松散堆积物等(图1-1)。
区域构造以断裂为主、规模较大的断裂构造为北西西向(尚义-赤城断裂)及南北向,其次为北西向断裂,除南北向为正断层外,其余均为逆断层。区域内青白口系下马岭组页岩由于受断裂构造影响,地层产状局部较零乱,常出现一系列紧密褶皱;各组断裂构造在矿区附近相对集中,构成成矿最有利部位。已有资料显示梁家沟银硐山、梁家沟红铜硐及小堡子银硐沟石灰夭大东沟等矿带内多金属矿床(点)均与构造关系较为密切[1-3]。
侵入岩主要为矿区以北的红砂梁斑状花岗岩株。岩体沿尚义一赤城深大断裂侵入形成,长轴为近东西向,出露长9公里,宽3公里,面积约20余平方公里。岩体侵位的最新层位为侏罗系中统后城组。
岩体主要岩石类型为斑状二长花岗岩,斑状角闪钾长花岗岩等似斑状结构,基质花岗结构。据张家口地质三队资料,红砂梁斑状花岗岩属钙碱性岩石。岩石中与成矿有关的Pb、Zn、Ag元素含量较高。岩体距梁家沟铅锌银多金属矿带的距离较近,大致在200-2000m左右,且成矿元素含量较高,可能对梁家沟一带的铅锌银多金属矿床的形成起到一定的作用。已有资料显示该岩体形成时代为燕山早期[4]。
2 矿床地质特征
梁家沟铅锌银多金属矿带赋存于蓟县系雾迷山组碳酸盐岩地层中。矿体主要呈层状、似层状产出。
本次以梁家沟银硐山矿床为例,简述其产状及分布特征。梁家沟银硐山铅锌银多金属矿床由四个矿体组成,四个矿体产状均为近北西60度走向,倾向北东,倾角随地势变化较大,海拔较高处,倾角较缓,一般在30-40度左右,随着海拔降低,矿体产状明显变陡,部分区域产状接近直立。通过不同中段矿石矿物组成分析,矿体在垂向分带现象明显。
3 矿石特征及围岩蚀变
矿石以角砾状、块状、浸染状构造为主,金属矿物主要为方铅矿、闪锌矿、黄铁矿等,脉石矿物以石英、方解石为主。金属矿物胶结碎裂白云岩角砾。大部分矿石氧化,矿石中常见铜蓝、孔雀石、褐铁矿等氧化矿物。矿区深部见原生矿石,主要呈块状,由于矿区勘探深度较浅,原生矿石数量较少。镜下可见石英和部分金属矿物呈脉状分布,显示出矿石的后生成因特征。
近矿圈岩蚀变主要为硅化。其次为碳酸盐化、土化等。总的来看,围岩蚀蛮较弱。蚀变多为低温热液蚀变类型。
4 矿床地球化学
4.1常量元素地球化學
通过对矿床的围岩白云岩和硅质岩以及代表性铅锌矿石中不同单矿物的主量元素进行分析统计,赋矿层段雾迷山组中的白云岩中常量元素主要以MgO和CaO为主,CaO含量大于MgO,而硅质岩中MgO、CaO的含量都有明显减少,且其含量随着离岸越远,因水体加深而变大。MgO和CaO的含量表明碳酸盐岩的发育程度。研究区在研究层段主要发育着一套碳酸盐岩沉积,以白云岩为主,根据围岩的沉积环境,潮上带陆源碎屑的供应相对较多,潮间带次之,而在潮下带几乎没有陆源碎屑的供应,SiO2的含量与CaO、MgO的含量呈明显的负相关,表明沉积环境中的陆源物质会抑制碳酸盐岩矿物的沉淀。而硅质岩层位于潮下带[5]。
4.2微量元素地球化学
研究区发育在水体较浅的潮坪位置,采用Sr/Ca和Sr/Ba进行研究。Sr/Ba值为2.38,Sr/Ca的值为4.6,在各相带中均大于1,表明研究区为正常的海相沉积环境。其中Sr的含量从潮上带到潮下带明显递增,Sr/Ca和Sr/Ba值也依次增大。根据前人对宣龙坳陷区的微量元素的研究统计,Be的含量在潮上带的含量为0.01~0.13(10-6),潮间带的含量为0.13~0.23(10-6),潮下带的含量>0.23,白云岩层中Be的含量在潮上带,硅质岩的含量在潮下带[6]。
4.3稀土元素地球化学
对与铅锌银矿床有关的主要地层单元的代表性岩、矿石标本进行了稀土元素的测定,从岩(矿)石稀土元素配分模式图中可以看出(图4-3-1,2),铅锌矿石稀土元素配分曲线与白云岩的有明显差异,白云岩轻重稀土元素分流程度较轻,重稀土元素部分更加趋于平缓。根据稀土元素配分模式图以和计算数据可知,铅锌银矿床的成矿物质来源并不是仅来自白云岩。
根据张长江等(1994)对该区变质岩的研究,变质岩的稀土元素特征是富集LREE型的右倾曲线,无Eu异常反应,(La/Yb)N为6.01。而该矿区铅锌矿石的稀土元素特征与变质岩的较为符合,因此,铅锌矿石中Pb、Zn的物质来源不仅来源于白云岩和硅质岩,变质基底也可能提供了成矿物质。
5 流体包裹体
5.1流体包裹体均一温度与盐度
根据本矿床样品中发育较好的气液包裹体,对取自本矿床的五个样品中的主矿物石英中的50多个流体包裹体进行均一温度、盐度测量,所测得流体包裹体均一温度均在80.0~160.0(℃),在均一温度分布直方图(5-1-1)中表现在80.0~100.0(℃)和100.0~120.0(℃0)。成矿流体盐度偏低,在2%~12%(NaClwt%)间(冰点温度-8℃~-0.1℃)。包裹体的均一温度差比较大,这表明包裹体很可能是在流体成矿过程中的不同期次形成的。间接表明矿床形成的温度在80.0~160.0(℃),成矿流体属于低温低盐度矿床[7-9]。 5.2流体包裹体成分分析
包裹体的成分分析在中国地质大学(武汉)激光拉曼实验室完成。分析结果表明,梁家沟铅锌银矿床石英矿物中气液包裹体的液相成分为H2O和有机烃类液体,气相百分数相对较小的包裹体,在激光拉曼光谱中只显示主矿物峰、H2O峰和烃类物质峰。气相百分数相对较大的包裹体往往含有CO2。在包裹体的成分分析过程中,烃的发现为判断矿床的类型以及成因起到了重要作用[8-10]。
6 矿床成因分析
梁家沟多金属矿床位于尚义—赤城深大断裂南侧5Km附近,构造位置为内蒙地轴与燕山台褶带过渡部位的燕山台褶带北缘,处于浅水碳酸盐岩台地,矿床外围构造发育,共有七条断裂构造。矿床主要赋存于角砾状燧石白云岩中,偶尔夹有石英岩、砂岩等沉积建造。矿床底部与赤城县北部地区大片变质岩系基底相连接。矿石主要以浸染状为主,大部分矿石氧化,矿石中常见铜蓝、孔雀石、褐铁矿等氧化矿物。通过对矿床中流体包裹体的测试,包裹体的均一温度为80~160(℃),属于低温热液矿床,盐度较低,但有机质含量较高,主要为烃类。同时本次选取了梁家沟闪锌矿及其共生的矿物组合(黄铁矿与闪锌矿)开展Rb-Sr、Sm-Nd同位素定年研究,结果显示不论是Rb-Sr法,还是Sm-Nd法,两者结果在误差范围内是非常一致的,形成时代为(126~131.3)Ma,平均为128.65Ma,与围岩白云岩的时代相差甚远,由此也佐证了梁家沟多金属矿床为后生矿床。通过与密西西比河谷型(MVT)矿床的对比,初步厘定梁家沟铅锌银多金属矿床的类型为密西西比河谷型矿床。[11、12]
其形成过程为参与循环的地下水或盆地沉积物封存的鹵水受地热增温的影响,溶解了地层中的盐分、铅锌等成分,形成含矿的低温热卤水,这种卤水受断裂构造的影响,沿断裂、不整合面、砂岩及白云岩等渗透性较好的岩层运移,并在有利的部位沉积成矿。
矿床明显受岩性、白云岩化、逆断层褶皱带的控制,因此,白云岩化可作为该区找矿的重要标志之一。在与区域构造线(NW-NNW向)一致的断裂构造(NW向逆断层)应注意找寻具有一定规模的铅锌矿床。
本次工作由于条件限制,未能对该地区铅锌矿床矿物来源进一步的分析,以至于对有些问题的看法有待深入研究。
参考文献:
1.王金锁.冀北西部银矿成矿地质条件及找矿方向[R].张家口:河北省地矿局第三地质大队,1992.12.
2.李随民.河北省张家口北部铅锌银多金属矿床成矿规律及找矿方向研究[R].中国地质大学(武汉),2008.11.
3.张长江等.河北省张北县蔡家营铅锌银矿地质特征、成矿规律及成因[R].张家口:河北省地矿局第三地质大队,1994.6.
4.崔胜芹等.华北陆块北缘构造序列及区域构造格局[M].北京:地质出版社,2000.11:1-150
5.罗顺社,尚飞,吕奇奇等.燕山地区宣龙坳陷高于庄组-雾迷山组沉积相与地球化学特征[J].海相油气地质,2011.10,第16卷第4期:57-61
6.刘文均.湘南泥盆系碳酸盐岩中锶的分布特点及其环境意义[J].沉积学报,1989,7(2):15-19.
7.沈能平、彭建堂,湖北徐家山锑矿床流体包裹体特征及意义[J].矿床地质,2008.10,第27卷第5期:570-576
8.池国祥、赖健清,流体包裹体在矿床研究中的作用[J].矿床地质,2009.12,第28卷第6期:850-854
9.卢焕章,范红瑞,倪培等.流体包裹体[M].北京:科学出版社,2004.:1-487
10.毛景文、张作衡、王义天.国外主要矿床类型、特点及找矿勘察[M].北京:地质出版社2012.3:371-400
11.匡文龙,刘继顺,朱自强等.塔西南MVT型铅锌矿床成矿作用机制研究—以卡兰古铅锌矿为例[J].新疆地质,2003.3,第21卷第1期:136-140.
12.周朝宪、魏春生、叶造军,密西西比河谷型铅锌矿床[J].地质地球化学,1997,第一期:65-72
基金项目:本文受河北省国土资源厅(项目编号:2013045650)和石家庄经济学院(2012BYR01)资助
作者简介:冯博:女,(1990.5.26),硕士研究生,主要研究方向为矿床学、矿床地球化学
【关键词】 铅锌银多金属矿床;密西西比河谷型(MVT)矿床;成矿机理;地球化学;冀西北梁家沟
1 区域地质背景
梁家沟银锌多金属成矿区位于尚义—赤城深大断裂南侧五公里附近,构造位置为内蒙地轴与燕山台褶带过渡部位的燕山台褶带北缘。矿区及外围出露的地层有太古界桑干群,红旗营子群变质岩系;元古界蓟县系、青白口系沉积岩;中生界侏罗系中统河、湖相沉积岩;新生界第四系松散堆积物等(图1-1)。
区域构造以断裂为主、规模较大的断裂构造为北西西向(尚义-赤城断裂)及南北向,其次为北西向断裂,除南北向为正断层外,其余均为逆断层。区域内青白口系下马岭组页岩由于受断裂构造影响,地层产状局部较零乱,常出现一系列紧密褶皱;各组断裂构造在矿区附近相对集中,构成成矿最有利部位。已有资料显示梁家沟银硐山、梁家沟红铜硐及小堡子银硐沟石灰夭大东沟等矿带内多金属矿床(点)均与构造关系较为密切[1-3]。
侵入岩主要为矿区以北的红砂梁斑状花岗岩株。岩体沿尚义一赤城深大断裂侵入形成,长轴为近东西向,出露长9公里,宽3公里,面积约20余平方公里。岩体侵位的最新层位为侏罗系中统后城组。
岩体主要岩石类型为斑状二长花岗岩,斑状角闪钾长花岗岩等似斑状结构,基质花岗结构。据张家口地质三队资料,红砂梁斑状花岗岩属钙碱性岩石。岩石中与成矿有关的Pb、Zn、Ag元素含量较高。岩体距梁家沟铅锌银多金属矿带的距离较近,大致在200-2000m左右,且成矿元素含量较高,可能对梁家沟一带的铅锌银多金属矿床的形成起到一定的作用。已有资料显示该岩体形成时代为燕山早期[4]。
2 矿床地质特征
梁家沟铅锌银多金属矿带赋存于蓟县系雾迷山组碳酸盐岩地层中。矿体主要呈层状、似层状产出。
本次以梁家沟银硐山矿床为例,简述其产状及分布特征。梁家沟银硐山铅锌银多金属矿床由四个矿体组成,四个矿体产状均为近北西60度走向,倾向北东,倾角随地势变化较大,海拔较高处,倾角较缓,一般在30-40度左右,随着海拔降低,矿体产状明显变陡,部分区域产状接近直立。通过不同中段矿石矿物组成分析,矿体在垂向分带现象明显。
3 矿石特征及围岩蚀变
矿石以角砾状、块状、浸染状构造为主,金属矿物主要为方铅矿、闪锌矿、黄铁矿等,脉石矿物以石英、方解石为主。金属矿物胶结碎裂白云岩角砾。大部分矿石氧化,矿石中常见铜蓝、孔雀石、褐铁矿等氧化矿物。矿区深部见原生矿石,主要呈块状,由于矿区勘探深度较浅,原生矿石数量较少。镜下可见石英和部分金属矿物呈脉状分布,显示出矿石的后生成因特征。
近矿圈岩蚀变主要为硅化。其次为碳酸盐化、土化等。总的来看,围岩蚀蛮较弱。蚀变多为低温热液蚀变类型。
4 矿床地球化学
4.1常量元素地球化學
通过对矿床的围岩白云岩和硅质岩以及代表性铅锌矿石中不同单矿物的主量元素进行分析统计,赋矿层段雾迷山组中的白云岩中常量元素主要以MgO和CaO为主,CaO含量大于MgO,而硅质岩中MgO、CaO的含量都有明显减少,且其含量随着离岸越远,因水体加深而变大。MgO和CaO的含量表明碳酸盐岩的发育程度。研究区在研究层段主要发育着一套碳酸盐岩沉积,以白云岩为主,根据围岩的沉积环境,潮上带陆源碎屑的供应相对较多,潮间带次之,而在潮下带几乎没有陆源碎屑的供应,SiO2的含量与CaO、MgO的含量呈明显的负相关,表明沉积环境中的陆源物质会抑制碳酸盐岩矿物的沉淀。而硅质岩层位于潮下带[5]。
4.2微量元素地球化学
研究区发育在水体较浅的潮坪位置,采用Sr/Ca和Sr/Ba进行研究。Sr/Ba值为2.38,Sr/Ca的值为4.6,在各相带中均大于1,表明研究区为正常的海相沉积环境。其中Sr的含量从潮上带到潮下带明显递增,Sr/Ca和Sr/Ba值也依次增大。根据前人对宣龙坳陷区的微量元素的研究统计,Be的含量在潮上带的含量为0.01~0.13(10-6),潮间带的含量为0.13~0.23(10-6),潮下带的含量>0.23,白云岩层中Be的含量在潮上带,硅质岩的含量在潮下带[6]。
4.3稀土元素地球化学
对与铅锌银矿床有关的主要地层单元的代表性岩、矿石标本进行了稀土元素的测定,从岩(矿)石稀土元素配分模式图中可以看出(图4-3-1,2),铅锌矿石稀土元素配分曲线与白云岩的有明显差异,白云岩轻重稀土元素分流程度较轻,重稀土元素部分更加趋于平缓。根据稀土元素配分模式图以和计算数据可知,铅锌银矿床的成矿物质来源并不是仅来自白云岩。
根据张长江等(1994)对该区变质岩的研究,变质岩的稀土元素特征是富集LREE型的右倾曲线,无Eu异常反应,(La/Yb)N为6.01。而该矿区铅锌矿石的稀土元素特征与变质岩的较为符合,因此,铅锌矿石中Pb、Zn的物质来源不仅来源于白云岩和硅质岩,变质基底也可能提供了成矿物质。
5 流体包裹体
5.1流体包裹体均一温度与盐度
根据本矿床样品中发育较好的气液包裹体,对取自本矿床的五个样品中的主矿物石英中的50多个流体包裹体进行均一温度、盐度测量,所测得流体包裹体均一温度均在80.0~160.0(℃),在均一温度分布直方图(5-1-1)中表现在80.0~100.0(℃)和100.0~120.0(℃0)。成矿流体盐度偏低,在2%~12%(NaClwt%)间(冰点温度-8℃~-0.1℃)。包裹体的均一温度差比较大,这表明包裹体很可能是在流体成矿过程中的不同期次形成的。间接表明矿床形成的温度在80.0~160.0(℃),成矿流体属于低温低盐度矿床[7-9]。 5.2流体包裹体成分分析
包裹体的成分分析在中国地质大学(武汉)激光拉曼实验室完成。分析结果表明,梁家沟铅锌银矿床石英矿物中气液包裹体的液相成分为H2O和有机烃类液体,气相百分数相对较小的包裹体,在激光拉曼光谱中只显示主矿物峰、H2O峰和烃类物质峰。气相百分数相对较大的包裹体往往含有CO2。在包裹体的成分分析过程中,烃的发现为判断矿床的类型以及成因起到了重要作用[8-10]。
6 矿床成因分析
梁家沟多金属矿床位于尚义—赤城深大断裂南侧5Km附近,构造位置为内蒙地轴与燕山台褶带过渡部位的燕山台褶带北缘,处于浅水碳酸盐岩台地,矿床外围构造发育,共有七条断裂构造。矿床主要赋存于角砾状燧石白云岩中,偶尔夹有石英岩、砂岩等沉积建造。矿床底部与赤城县北部地区大片变质岩系基底相连接。矿石主要以浸染状为主,大部分矿石氧化,矿石中常见铜蓝、孔雀石、褐铁矿等氧化矿物。通过对矿床中流体包裹体的测试,包裹体的均一温度为80~160(℃),属于低温热液矿床,盐度较低,但有机质含量较高,主要为烃类。同时本次选取了梁家沟闪锌矿及其共生的矿物组合(黄铁矿与闪锌矿)开展Rb-Sr、Sm-Nd同位素定年研究,结果显示不论是Rb-Sr法,还是Sm-Nd法,两者结果在误差范围内是非常一致的,形成时代为(126~131.3)Ma,平均为128.65Ma,与围岩白云岩的时代相差甚远,由此也佐证了梁家沟多金属矿床为后生矿床。通过与密西西比河谷型(MVT)矿床的对比,初步厘定梁家沟铅锌银多金属矿床的类型为密西西比河谷型矿床。[11、12]
其形成过程为参与循环的地下水或盆地沉积物封存的鹵水受地热增温的影响,溶解了地层中的盐分、铅锌等成分,形成含矿的低温热卤水,这种卤水受断裂构造的影响,沿断裂、不整合面、砂岩及白云岩等渗透性较好的岩层运移,并在有利的部位沉积成矿。
矿床明显受岩性、白云岩化、逆断层褶皱带的控制,因此,白云岩化可作为该区找矿的重要标志之一。在与区域构造线(NW-NNW向)一致的断裂构造(NW向逆断层)应注意找寻具有一定规模的铅锌矿床。
本次工作由于条件限制,未能对该地区铅锌矿床矿物来源进一步的分析,以至于对有些问题的看法有待深入研究。
参考文献:
1.王金锁.冀北西部银矿成矿地质条件及找矿方向[R].张家口:河北省地矿局第三地质大队,1992.12.
2.李随民.河北省张家口北部铅锌银多金属矿床成矿规律及找矿方向研究[R].中国地质大学(武汉),2008.11.
3.张长江等.河北省张北县蔡家营铅锌银矿地质特征、成矿规律及成因[R].张家口:河北省地矿局第三地质大队,1994.6.
4.崔胜芹等.华北陆块北缘构造序列及区域构造格局[M].北京:地质出版社,2000.11:1-150
5.罗顺社,尚飞,吕奇奇等.燕山地区宣龙坳陷高于庄组-雾迷山组沉积相与地球化学特征[J].海相油气地质,2011.10,第16卷第4期:57-61
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7.沈能平、彭建堂,湖北徐家山锑矿床流体包裹体特征及意义[J].矿床地质,2008.10,第27卷第5期:570-576
8.池国祥、赖健清,流体包裹体在矿床研究中的作用[J].矿床地质,2009.12,第28卷第6期:850-854
9.卢焕章,范红瑞,倪培等.流体包裹体[M].北京:科学出版社,2004.:1-487
10.毛景文、张作衡、王义天.国外主要矿床类型、特点及找矿勘察[M].北京:地质出版社2012.3:371-400
11.匡文龙,刘继顺,朱自强等.塔西南MVT型铅锌矿床成矿作用机制研究—以卡兰古铅锌矿为例[J].新疆地质,2003.3,第21卷第1期:136-140.
12.周朝宪、魏春生、叶造军,密西西比河谷型铅锌矿床[J].地质地球化学,1997,第一期:65-72
基金项目:本文受河北省国土资源厅(项目编号:2013045650)和石家庄经济学院(2012BYR01)资助
作者简介:冯博:女,(1990.5.26),硕士研究生,主要研究方向为矿床学、矿床地球化学