南京棲霞山鉛鋅多金屬礦成礦特征及找礦方向

桂長(zhǎng)杰，景 山

(1．南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210093;2．江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇南京210007)

南京棲霞山鉛鋅多金屬礦成礦特征及找礦方向

桂長(zhǎng)杰1，2，景 山2

(1．南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210093;2．江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇南京210007)

在分析礦床地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人資料探討了棲霞山鉛鋅多金屬礦的成礦物質(zhì)來(lái)源、控礦因素和礦床成因。成礦流體主要由來(lái)自深部的含礦熱液、源自石炭—二疊系碳酸鹽巖的有機(jī)流體和地表滲流雨水組成。其中，有機(jī)流體在礦物沉淀富集過(guò)程中起到較為重要的作用。礦體主要受縱向斷裂F2、上下構(gòu)造層之間不整合面和石炭—二疊系碳酸鹽巖地層控制，認(rèn)為在棲霞山深部，沿縱向斷裂F2的延伸方向仍有較大找礦空間。

成礦特征;找礦方向;多金屬礦床;棲霞山;江蘇南京

0 引言

棲霞山鉛鋅多金屬礦位于南京東郊約19km處，構(gòu)造上屬于寧鎮(zhèn)山脈北部幕府山—棲霞山—龍?zhí)丁獋}(cāng)頭背斜的西段，是長(zhǎng)江下游地區(qū)最大的鉛鋅多金屬礦床。同時(shí)，也是一個(gè)開(kāi)采50余年的老礦山，隨著可開(kāi)采資源的日益消耗，礦山危機(jī)程度已達(dá)中等，在其深部或外圍加強(qiáng)地質(zhì)找礦，尋找接替資源的需求已很明顯。在前人研究成果基礎(chǔ)上，結(jié)合近期勘查成果，通過(guò)分析礦床的成礦特征，探討其深部的找礦前景，旨在對(duì)老礦區(qū)接替資源勘查有所幫助。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

礦區(qū)出露地層自志留系至侏羅系，可分為上、下兩個(gè)構(gòu)造層。下構(gòu)造層由志留系至三疊系之海相、陸相及其過(guò)渡環(huán)境的碳酸鹽巖和碎屑沉積巖組成;上構(gòu)造層由侏羅系象山群陸相碎屑沉積巖和陸相火山碎屑巖組成。上下構(gòu)造層之間為高角度不整合接觸(圖1)。

礦區(qū)下構(gòu)造層為一倒轉(zhuǎn)復(fù)背斜——棲霞山復(fù)背斜，軸向略成弧形扭曲，北西翼斷失，南東翼倒轉(zhuǎn)，軸向傾向北西，沿傾向地層上倒下陡，深部漸趨正常。上構(gòu)造層為一舒緩開(kāi)闊背斜，覆蓋于下構(gòu)造層之上。礦區(qū)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主要有北東東向縱斷裂、北西向橫斷裂和斷碎不整合面。縱向斷裂一般沿走向延伸較長(zhǎng)，規(guī)模較大，系壓性或壓扭性;橫向斷裂為成礦前構(gòu)造，屬?gòu)埿曰驈埮ば?斷碎不整合構(gòu)造是指沿上下構(gòu)造層之間不整合面所發(fā)生的斷裂破碎帶。

礦區(qū)內(nèi)未出露巖體，侏羅系陸相火山碎屑巖出露于礦區(qū)北緣，為一套夾有英安巖的沉火山碎屑巖。

2 礦床地質(zhì)特征

2．1 礦體賦存部位、產(chǎn)狀及規(guī)模

礦體主要賦存在復(fù)背斜倒轉(zhuǎn)翼的石炭系高麗山組與黃龍組之間的縱向斷裂F2和不整合面內(nèi)。其中，不整合面內(nèi)的礦體主要賦存在石炭—二疊系(C—P)碳酸鹽巖一側(cè)(圖2)。少量小礦體分布在五通組(D3)和象山群(J1-2)砂巖裂隙中。

礦區(qū)現(xiàn)采虎爪山礦段1號(hào)主礦體賦存在上下構(gòu)造層之間的不整合面和縱向斷裂F2部位，走向北東，長(zhǎng)850m，傾向北西，延伸250m～400m，厚薄不一，厚時(shí)達(dá)50m，薄時(shí)僅數(shù)米，平均厚度23．1m，淺部較緩，深部轉(zhuǎn)為直立，部分地段深部轉(zhuǎn)向南東傾，礦體向南西側(cè)伏。1號(hào)礦體形態(tài)隨控礦構(gòu)造不同而不同，總體呈大透鏡狀或似層狀。北西向橫斷裂對(duì)1號(hào)礦體形態(tài)有一定的影響，體現(xiàn)在它與F2及不整合面交會(huì)部位使礦體膨大，并沿北西向斷裂充填，形成北西向分枝。

圖1 棲霞山礦區(qū)地質(zhì)略圖

圖2 棲霞山鉛鋅多金屬礦剖面示意圖

小礦體賦存于小規(guī)模裂隙、古巖溶中，形態(tài)通常比較復(fù)雜，多呈不規(guī)則狀，如脈狀、袋狀、漏斗狀、分叉管狀等。

2．2 礦石類型及結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

礦石工業(yè)類型主要有Pb-Zn-S型、Pb-Zn型、Pb-Zn-Mn型和單硫型，少量為Pb-Zn-Cu型。

礦石結(jié)構(gòu)主要為粒晶結(jié)構(gòu)、鑲嵌結(jié)構(gòu)、交代結(jié)構(gòu)、顯微壓碎結(jié)構(gòu)，次為乳滴狀結(jié)構(gòu)、顯微包含結(jié)構(gòu)、草莓結(jié)構(gòu)、束狀變晶結(jié)構(gòu)和凝灰結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造以角礫狀、浸染狀為主，次為塊狀，尚有脈狀、網(wǎng)脈狀、條帶狀及紋層狀構(gòu)造。

2．3 礦石礦物成分

2．3．1 礦石礦物 礦石礦物主要有黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦，次為黃銅礦、菱錳礦、磁黃鐵礦等。

黃鐵礦大致有2個(gè)世代，早世代結(jié)晶好，呈自形—半自形粒狀，受力作用有的碎裂，集合體呈團(tuán)塊狀、角礫狀、細(xì)脈狀分布于灰?guī)r角礫間，另外呈浸染狀分布于灰?guī)r角礫中，局部見(jiàn)黃鐵礦被方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦包裹并交代(圖3A、圖3D);晚世代結(jié)晶差，他形—半自形粒狀，有的包裹早世代黃鐵礦，呈浸染狀、小團(tuán)塊狀、星點(diǎn)狀、斷續(xù)脈狀分布于巖石破碎之處。

閃鋅礦他形粒狀，呈團(tuán)塊狀、角礫狀、浸染狀和細(xì)脈狀分布，與方鉛礦和晚世代黃鐵礦伴生，局部見(jiàn)閃鋅礦包裹并交代早世代黃鐵礦，又被方鉛礦交代。局部可見(jiàn)其中分布有乳滴狀黃銅礦。

方鉛礦他形—半自形粒狀，集合體呈團(tuán)塊狀、角礫狀、細(xì)脈狀分布，與閃鋅礦、黃鐵礦、黃銅礦伴生，分布于閃鋅礦及其集合體之間，包裹并交代閃鋅礦、黃銅礦和早世代黃鐵礦。

磁黃鐵礦呈他形粒狀、乳滴狀，與閃鋅礦、方鉛礦伴生，有的被方鉛礦包裹并交代，有的呈乳滴狀分布于閃鋅礦中，分布不均勻(圖3B)。

黃銅礦呈他形粒狀，乳滴狀，大多與閃鋅礦、方鉛礦伴生，少數(shù)與黃鐵礦伴生，交代黃鐵礦，并被方鉛礦交代(圖3C)，呈浸染狀分布，少數(shù)呈固溶體分離狀分布于閃鋅礦中。

圖3 棲霞山鉛鋅多金屬礦礦石光片顯微照片(反射光視域直徑1．6mm)

2．3．2 脈石礦物 脈石礦物主要為方解石和石英，次為白云石、磷灰石、重晶石、玉髓，少量螢石、石膏，偶見(jiàn)鈣鐵輝石、陽(yáng)起石、透閃石、透輝石和綠簾石等。

方解石有2種：一種以微晶灰?guī)r角礫(含泥質(zhì)礦物)形式存在，局部重結(jié)晶，呈次棱角狀—棱角狀、不規(guī)則狀，粒徑大小不等，分布不均勻;另一種為次生方解石，結(jié)晶較好，粒度一般大于0．1mm，集合體呈不規(guī)則團(tuán)塊狀、細(xì)脈狀，分布于金屬礦物及其集合體之間，形成較晚，是熱液作用的產(chǎn)物。

石英為微細(xì)晶結(jié)構(gòu)，他形—半自形，集合體具鑲嵌結(jié)構(gòu)，被碳酸鹽交代，分布于金屬礦物及其集合體之間，與閃鋅礦、黃鐵礦、晚期方解石伴生。具波狀消光，略破裂。

2．3．3 礦物生成順序 根據(jù)礦物的結(jié)晶世代、分布與交代情況，得出主要礦物的生成順序?yàn)椋涸缡来S鐵礦→閃鋅礦、黃銅礦，晚世代黃鐵礦→方鉛礦→方解石、石英。

2．4 礦石化學(xué)成分

根據(jù)主礦體中不同礦石類型的化學(xué)分析結(jié)果(表1)，礦石的主要有用組分為Pb、Zn、S及Mn。主要鉛礦物為方鉛礦，少量為白鉛礦、鉛礬等氧化物。主要鋅礦物為閃鋅礦，少量菱鋅礦、鋅礬、異極礦等氧化礦物。硫的主要礦物是黃鐵礦，而磁黃鐵礦、白鐵礦等數(shù)量極少。

伴生有 Au、Ag、Cu、Cd、Ga、In、Se、Te 等多種有益組分;礦石中的有害組分為碳和砷。

表1 礦石分析結(jié)果

2．5 蝕變與礦化

礦區(qū)圍巖蝕變微弱，根據(jù)野外觀察和鏡下鑒定，礦體上盤石英砂巖、粉砂巖、泥巖中可見(jiàn)輕微的絹云母化、硅化和綠簾石化，下盤灰?guī)r中可見(jiàn)輕微大理巖化，為典型的低溫?zé)嵋何g變特征。

絹云母化：鱗片狀，集合體呈浸染狀，分布于石英碎屑之間，分布不均勻。

黃鐵礦化：他形—半自形粒狀，大多與次生石英伴生，順層理或圍巖裂隙交代。

硅化：他形—半自形微晶，大多沿層理順層充填(層間破碎帶)交代，呈似層狀、不規(guī)則狀和透鏡狀。

綠簾石化：微粒狀，集合體呈次圓狀、不規(guī)則狀，有的呈不規(guī)則細(xì)脈狀，沿層理方向分布，也有的呈浸染狀不均勻分布。

大理巖化：原巖為細(xì)晶灰?guī)r，經(jīng)重結(jié)晶，粒徑明顯加大，集合體具鑲嵌結(jié)構(gòu)。巖石裂隙中可見(jiàn)后生方解石。

圍巖中發(fā)育的礦化主要有方鉛礦化、閃鋅礦化和黃鐵礦礦化，呈細(xì)脈狀、星點(diǎn)狀和團(tuán)塊狀分布在圍巖裂隙中。

3 成礦物質(zhì)來(lái)源及控礦因素

3．1 成礦物質(zhì)來(lái)源

棲霞山鉛鋅多金屬礦床的鉛同位素模式年齡為5．34億年 ～8．31億年(表2)，屬于正常普通鉛，其來(lái)源主要是前寒武紀(jì)的基底巖石。寧鎮(zhèn)東部的埤城—孟河凸起岀露的震旦系嘉山組千枚巖的鉛含量達(dá)202g/t，鋅達(dá)283g/t，其中的方鉛礦石英脈模式年齡為9.38億年，與本礦區(qū)鉛同位素模式年齡相當(dāng)，因此認(rèn)為震旦系千枚巖是礦源層。

表2 棲霞山鉛鋅礦礦石鉛同位素組成

從礦區(qū)硫化物的硫同位素組成來(lái)看(圖4)，閃鋅礦和方鉛礦δ34S值比較集中，分別為－5.2‰～+4.5‰和－1.72‰～+2.6‰;黃鐵礦的δ34S值為－27.4‰ ～ +14．1‰，變化范圍超過(guò) 40‰，但主體還是在零值附近。并且，沿不同深度自上而下，δ34S值的散點(diǎn)范圍由寬變窄，越到深部，δ34S值就越接近于隕石硫，而淺部δ34S值離散性較大。因此，推測(cè)硫元素來(lái)源主要有3種：主體來(lái)自于地幔或地殼深部，與鉛鋅等成礦元素一起由熱液運(yùn)移到賦礦部位;其次，來(lái)自賦礦地層的有機(jī)流體也是硫源之一，礦石和成礦流體中的系列生物標(biāo)志化合物與賦礦地層中的類似說(shuō)明了這一點(diǎn)，有機(jī)流體可以通過(guò)自身裂解為礦質(zhì)沉淀提供部分S2－;第三種為賦礦地層原生沉積時(shí)期形成的黃鐵礦。劉孝善等(1979)通過(guò)研究結(jié)核狀、層紋狀礦石內(nèi)的草莓狀黃鐵礦，認(rèn)為它們是生物化學(xué)作用的產(chǎn)物，是同生沉積—早期成巖階段的結(jié)果。

圖4 棲霞山鉛鋅礦硫化物礦物硫同位素組成頻數(shù)直方圖

根據(jù)主要成礦階段脈石礦物石英和碳酸鹽礦物的氧同位素組成計(jì)算出的礦物平衡水δ18OH2O值為－3.35‰ ～ +7.07‰，該數(shù)值在地下熱雨水(δ18OH2O值為 －16‰ ～ +3‰)和原生水(δ18OH2O值為－13‰～+9‰)的變化范圍內(nèi)。由此推斷，成礦溶液的水主要是原生水和由地表滲流到地下的雨水。

綜上分析，該礦床的成礦流體是多來(lái)源的，主要由來(lái)自深部的含礦熱液、源自賦礦圍巖的有機(jī)流體和地表滲流到地下的雨水組成。

礦體中方鉛礦、閃鋅礦和黃鐵礦等的包裹體爆裂溫度為200℃ ～300℃，均一法溫度為 250℃ ～300℃，成礦熱液為中低溫。并且閃鋅礦和方鉛礦的爆裂溫度在縱向上的變化以深部為高，向淺部逐漸降低，同時(shí)還表現(xiàn)出斷裂部位高于不整合面部位。在平面熱暈圖上出現(xiàn)多個(gè)高溫中心，中心位置大致在縱向斷裂F2與規(guī)模較大的橫向斷裂交匯處，表明含礦熱液是沿?cái)嗔褞в缮畈肯蛏线\(yùn)移的。棲霞山鉛鋅多金屬礦床屬于多源中低溫?zé)嵋旱V床。

3．2 控礦因素

3．2．1 構(gòu)造與成礦 北東向縱斷裂F2不僅為含礦熱液向上運(yùn)移提供了通道，而且提供了賦礦空間，為主要賦礦部位，控制了主礦體的中、下部，礦體產(chǎn)狀與斷層基本一致。礦體上部主要受上下構(gòu)造層之間的斷碎不整合面或斷層與不整合面的復(fù)合部位控制。此外，北西向橫斷裂與縱向斷裂相交時(shí)，往往使交叉部位的礦體膨大，并沿橫向斷裂延伸一段距離。同時(shí)，古巖溶構(gòu)造對(duì)成礦也起到一定的控制作用。

3．2．2 地層與成礦 F2斷裂中的礦體同時(shí)也賦存在石炭系黃龍組灰?guī)r中，礦體與地層產(chǎn)狀基本一致。通過(guò)分析棲霞山礦區(qū)各條勘探線不整合面內(nèi)礦體的賦存情況，發(fā)現(xiàn)礦體主要賦存在石炭—二疊系碳酸鹽巖一側(cè)，而泥盆系五通組砂巖一側(cè)未發(fā)現(xiàn)礦體。橫向斷裂與縱向斷裂相交時(shí)，當(dāng)橫向斷裂在其延伸方向上一離開(kāi)賦礦地層切入其他地層時(shí)，礦體則立即尖滅，可見(jiàn)地層對(duì)成礦的控制較為明顯。

謝樹(shù)成等(1997)通過(guò)檢測(cè)礦石和成礦流體中的系列生物標(biāo)志化合物，證實(shí)了礦石與成礦流體中的有機(jī)質(zhì)源于賦礦碳酸鹽巖中的菌藻類生物，說(shuō)明賦礦圍巖為成礦提供了有機(jī)流體，有機(jī)流體不僅可以通過(guò)自身裂解為礦質(zhì)沉淀提供S2－，而且可以通過(guò)還原為成礦提供S2－。因此，推測(cè)賦礦圍巖可能是通過(guò)提供有機(jī)流體間接控制了礦體的賦存部位。

4 礦床成因及找礦方向

4．1 礦床成因

綜上所述，棲霞山鉛鋅多金屬礦床屬于中低溫?zé)嵋旱V床。源自地幔或地殼深部的熱液，使基底巖石中呈分散狀態(tài)的鉛、鋅等成礦元素活化轉(zhuǎn)移到溶液中，成為含礦熱液。含礦熱液在深部熱動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下，沿切割基底的深斷裂向上運(yùn)移，在進(jìn)入儲(chǔ)礦構(gòu)造后(F2和不整合面)，隨著圍巖中有機(jī)流體和地表滲流水的加入，導(dǎo)致介質(zhì)條件發(fā)生變化，溫度和壓力降低，pH值升高，Eh值降低等，使得大量的鉛、鋅硫化物發(fā)生沉淀富集，成為工業(yè)礦體。其中，有機(jī)流體在礦物沉淀富集過(guò)程中起到了較為重要的作用，通過(guò)自身裂解和還原SO2－4為成礦提供S2－。在遠(yuǎn)離石炭系—二疊系碳酸鹽的部位未形成規(guī)模礦體。

4．2 找礦方向

根據(jù)以上分析及前人資料，在棲霞山深部，縱向斷裂F2的延伸方向仍有找礦空間，本次接替資源勘查工作也證實(shí)了這一點(diǎn)，40號(hào)勘探線在－800m～－900m揭露到約20m厚的鉛鋅礦體，而且向深部仍有延伸。

此外，根據(jù)前述礦體賦存規(guī)律及礦床成因，預(yù)測(cè)在棲霞山倒轉(zhuǎn)背斜北翼相應(yīng)的斷裂構(gòu)造發(fā)育部位和棲霞山以南縱向斷裂與C－P地層發(fā)育部位有找尋鉛鋅多金屬礦床的空間。

5 結(jié)語(yǔ)

棲霞山鉛鋅多金屬礦床屬于中低溫?zé)嵋旱V床，成礦流體主要由來(lái)自深部的含礦熱液、來(lái)自石炭—二疊系碳酸鹽巖的有機(jī)流體和地表滲流雨水組成，其中，有機(jī)流體在礦物沉淀富集過(guò)程中起到較為重要的作用。礦體主要受縱向斷裂F2、上下構(gòu)造層之間的不整合面和石炭—二疊系碳酸鹽巖地層的控制。

通過(guò)對(duì)棲霞山鉛鋅多金屬礦成礦地質(zhì)特征和礦床成因的分析，認(rèn)為棲霞山深部，沿縱向斷裂F2的延伸方向仍有找礦空間。

陳小炳．1980．江蘇省南京市棲霞山鉛鋅礦區(qū)虎爪山礦段詳細(xì)勘探地質(zhì)報(bào)告［R］．南京：江蘇省冶金地質(zhì)勘探公司八〇一隊(duì)．

郭曉山，肖振明，歐亦君，等．1985．南京棲霞山鉛鋅礦床成因探討［J］．礦床地質(zhì)，4(1)：11－21．

劉孝善，陳諸麒，陳永清，等．1979．南京棲霞山硫化物礦床的礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造及其對(duì)礦石的成因意義［J］．南京大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，(4)：75 －94．

劉孝善，陳諸麒．1985．南京棲霞山層控多金屬黃鐵礦礦床的研究［J］．桂林冶金地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，5(2)：121－130．

劉沈衡．1991．南京棲霞山鉛鋅多金屬礦床重磁異常及礦床成因解釋［J］．地質(zhì)找礦論叢，6(1)：76 －84．

劉沈衡．1999．南京棲霞山鉛鋅多金屬礦床地球物理勘查模式［J］．物探與化探，23(1)：72 －78．

謝樹(shù)成，殷鴻福．1997．南京棲霞山鉛鋅銀多金屬礦床的生物成礦作用［J］．高校地質(zhì)學(xué)報(bào)，3(2)：192－201．

謝樹(shù)成，殷鴻福，王紅梅，等．1997．南京棲霞山多金屬礦床的有機(jī)成礦作用［J］．礦床地質(zhì)，16(4)：289－297．

謝樹(shù)成，殷鴻福，王紅梅，等．1998．南京棲霞山鉛鋅銀多金屬礦床的成礦流體特征［J］．地質(zhì)科技情報(bào)，17(增刊)：77－80．

徐忠發(fā)，曾正海．2006．南京棲霞山鉛鋅礦床成礦作用與巖漿活動(dòng)關(guān)系探討［J］．地質(zhì)學(xué)刊(原《江蘇地質(zhì)》)，30(3)：177－182．

葉敬仁．1983．地臺(tái)活化與棲霞山鉛鋅多金屬礦床的形成［J］．大地構(gòu)造與成礦學(xué)，7(3)：248 －256．

真允慶，陳金欣．1986．南京棲霞山鉛鋅礦床硫鉛同位素組成及其成因［J］．桂林冶金地質(zhì)學(xué)院院報(bào)，6(4)：319－328．

Ore-forming properties and prospect of Pb-Zn polymetallic ore deposit in Xixia Mountain of Nanjing

GUI Chang-jie1，2，JING Shan2

(1．School of Earth Sciences and Engineering，Nanjing University，Nanjing 210093，China;2．East China Geological Exploration Bureau of Nonferrous Metals，Jiangsu Province，Nanjing 210007，China)

Based on the analysis of the geological properties of the ore deposit，the authors discussed the ore-forming material sources，ore control factors and the genesis of the deposit in combination with the previous study．The ore-forming fluid was composed of orebearing hydrothermal fluid from deep source，organic fluid from C-P carbonate rock and meteoric water．The organic fluid played an important role in the precipitation and enrichment of ore forming elements．The ore body was controlled by longitudinal fault(F2)，unconformity surface over and under the structural layers and C-P carbonate rock．It was concluded that in the deep part of the deposit，there was prospecting potential along the extension of longitudinal fault(F2)．

Ore-forming properties;Prospect of ore exploration;Polymetallic ore deposit;Xixia Mountain;Nanjing，Jiangsu

P618．42;P618．43

A

1674－3636(2011)04－0395－06

10．3969/j．issn．1674-3636．2011．04．395

2011－05－26;

2011－06－24;編輯：侯鵬飛

桂長(zhǎng)杰(1963—)，男，研究員級(jí)高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事礦產(chǎn)地質(zhì)勘查、應(yīng)用研究，E-mail：guichangjie@yahoo．com．cn