江蘇棲霞山鉛鋅銀多金屬礦床硅鈣面控礦特征研究及其找礦意義

張明超，李永勝，杜澤忠，姚 磊，甄世軍，賈文彬

（1．中國地質大學 （北京）地球科學與資源學院，北京100083；2．國土資源部礦產勘查技術指導中心，北京100120）

江蘇棲霞山鉛鋅銀多金屬礦床位于江蘇省南京市東郊19km處，是寧鎮地區唯一的一個大型礦床，屬長江中下游多金屬成礦帶的重要組成部分。截止到2013年5月31日，整個棲霞山礦區共探獲鉛金屬量95．92萬t、鋅金屬量159．62萬t、硫礦石量783．16 萬 t、錳 礦 石 量 99．44 萬 t、銀 金 屬 量3856．94t（獨立銀礦＋共（伴）生）、金金屬量34．74t（獨立金礦＋共（伴）生），是我國東部地區最大規模的鉛鋅多金屬礦床。棲霞山礦床自發現以來，關于礦床成因，存在著四種主流的觀點：深源巖漿熱液成因、火山（次火山）熱液成因、同生沉積成因、層控－熱液復成成因。經過近幾十年的勘查及綜合研究，該礦床屬于熱液礦床已達成共識，但由于礦區到目前為止還沒有發現巖體，所以爭論的根源主要在于成礦熱液的來源上，目前主要有以下兩種說法。①巖漿熱液來源為主：巖漿期后熱液為主伴隨地下水活動［1］；巖漿期后熱液為 主加滲 流地下鹵水熱液［2－3］；巖漿期后熱液為主［4－6］；巖漿熱液為主的混合含礦熱液［7－8］。②非巖漿 熱 液 來 源 為 主：原 生 水 和 雨 水［9］；深循環熱鹵水（地下水、雨水）［10］，雙循環熱鹵水（深循環水（原生水）為主，淺循環水（大氣降水））［11－12］；SEDEX［13］；MVT［14］；深循環滲濾熱液（古地下水）為主，并可能混入深部巖漿熱液［15－16］。筆者擬通過對棲霞山鉛鋅銀多金屬礦床硅鈣面控礦特征的總結研究，提出礦床成因方面的一些新認識，以期待對該礦床的成礦理論研究和深部找礦工作提供有價值的參考，同時，也為深入認識及解決硅鈣面控礦礦床的機制研究提供理論基礎。

1 區域地質背景

江蘇棲霞山鉛鋅銀多金屬礦床大地構造位置位于揚子陸塊區－下揚子陸塊分區－下揚子（蘇皖）前陸盆地的中西部，其北西臨秦祁昆造山系，南東接武夷－云開－臺灣造山系［17］。在區域構造上，該礦床處于長江中下游斷裂坳陷帶的寧鎮斷褶束的西部，北鄰長江大斷裂，西靠寧蕪火山巖盆地。在成礦區帶劃分上，屬于長江中下游鐵、銅、鉛鋅、金多金屬成礦帶寧鎮多金屬成礦亞帶（圖1）。

圖1 下揚子陸塊及鄰區大地構造分區簡圖［17－18］

本區地層發育較齊全。震旦系－三疊系主要為一套海相碳酸鹽巖及海陸交互相沉積；上侏羅統為陸相火山巖；白堊系、第三系則以內陸盆地沉積為主，間夾有少量火山巖；第四系以沖積、坡積物為主。區內有三個主要的含礦層位：中石炭統黃龍組（C2）底部和下石炭統高麗山組（C21）、下二疊統棲霞組（P11）頂部、中三疊統青龍組（T1－2）頂部。

印支運動形成了本區的基本構造骨架，使震旦系和古生界構造層產生了強烈褶皺和斷裂。燕山運動繼承并發展了印支運動。區內褶皺為三背兩斜，區內斷裂有長江大斷裂、北北東向斷裂及北西向斷裂帶，它們控制了區域地層的展布、厚度變化和巖相古地理以及區內巖漿活動及鉛鋅多金屬礦床的分布。

本區巖漿活動主要發生在燕山期，次為喜馬拉雅期。燕山期的巖漿活動最強烈，具有多期次、多階段和多演化的特點，形成了規模較大的寧鎮山脈火山－侵入雜巖體。它們大體上呈東西向展布。根據巖漿巖屬性在空間分布上的差異，并結合區域地質構造背景，大致可分成西區（紫金山地區）、中區（湯山－鎮江）、東區（鎮江－諫壁）三個巖區。燕山期巖漿活動以中酸性巖漿侵入活動為主，伴有火山噴發。火山噴發活動主要發育于中生代的次級斷陷盆地中。

本區除埤城群有高片巖相區域變質、下震旦統有千枚巖化外，其它地層未受區域變質作用影響［19］。因燕山期巖漿活動強烈，巖漿期后熱液活動頻繁，形成了多期次熱液礦產，同時也生成了多期次多種圍巖蝕變，主要有接觸變質、熱液蝕變及部分巖漿侵入體的自變質作用：大理巖化、角巖化、矽卡巖化、硅化、絹云母化、綠泥石化及碳酸鹽化等。

本區屬長江中下游多金屬成礦帶的東段，在巖體、構造和層位的有利條件下，形成銅鐵等矽卡巖型、熱液型或層控型多金屬礦床。本區金屬礦產主要有鉛鋅、銀、金，其中大型礦床1處，中型1處，小型2處，礦點50多處。西區以鐵、鉛鋅為主，如梅山鐵礦床、棲霞山鉛鋅銀多金屬礦床；中區以銅為主，如安基山銅礦床、伏牛山銅礦床、韋崗鐵礦床；東區以鉬、鎢為主，如諫壁鎢鉬礦床、九華山銅礦床等，區域以西的寧蕪火山巖盆地，有特定的陸相火山巖型鐵礦產出。

2 礦區地質

江蘇棲霞山鉛鋅銀多金屬礦床位于長江下游沿江斷褶帶的寧鎮斷褶束西端，走向長8km，面積25km2。從東到西可分為三茅宮礦段、平山頭礦段、虎爪山礦段、北象山礦段、甘家巷礦段等六個礦段，目前正在開采的為虎爪山礦段。

礦區出露地層自志留系至侏羅系，可分為上、下兩個構造層（圖2）。下構造層由志留系至三疊系之海相碳酸鹽巖及碎屑沉積巖、陸相碎屑沉積巖和海陸交互相沉積巖組成，受印支運動影響地層強烈褶皺，地層產狀較陡或倒轉；上構造層由中生界侏羅系象山群陸相碎屑沉積巖和陸相火山碎屑巖組成，產狀平緩，上下兩構造層之間為角度不整合接觸。賦礦地層為上泥盆統至下二疊統，其中，中石炭統黃龍組碳酸鹽巖地層為最主要的賦礦層位。

印支運動使礦區下構造層發生強烈褶皺，并伴有以縱向斷裂為主的配套脆性變形構造。燕山運動以斷塊作用為主，一方面使先期形成的斷裂構造復活和發展，另一方面在區域應力場改變的條件下，形成了以橫向斷裂為主的斷裂構造體系。礦區的褶皺構造可分為下構造層褶皺和上構造層褶皺，兩者呈高角度不整合接觸（圖2）。區內斷裂比較發育，縱橫交錯。按產狀及發育的地質部位可分為三種類型：北東東向縱斷裂（F2等）、北西向橫斷裂、斷裂破碎不整合面。這些斷裂大部分在印支期強烈褶皺的后期即已發生，至燕山期又有復活發展，構成了區內的控礦斷裂。個別發育于成礦后的燕山晚期或喜馬拉雅期。

圖2 棲霞山鉛鋅銀多金屬礦床綜合剖面示意圖

礦區內未出露巖體，在礦區西南方向岔路口－堯化門一帶有石英閃長巖體分布。礦區內在甘家巷礦段地表及個別鉆孔深部僅見閃長玢巖巖脈［3－4，13，16］。侏羅系火山巖出露于礦區北緣，為一套夾有英安巖的沉火山碎屑巖。火山巖穿插侏羅系象山群砂巖或超覆于象山群砂巖之上，礦區石英閃長巖脈及地表火山巖的K－Ar法年齡為119～134Ma［16］。航磁資料顯示在棲霞山象山砂巖分布區具有弱緩磁異常，有些研究工作者據此推測在大凹山下面有深源隱伏巖體存在［3，20－21］。

3 礦體特征

總體來說，礦體沿斷裂帶（F2）和一定層位（以石炭系和二疊系為主）主要呈似層狀和不規則狀（囊狀、脈狀和層狀）分布。賦礦地層為上泥盆統至下二疊統，其中，中石炭統黃龍組碳酸鹽巖地層為最主要的賦礦層位。礦區共有大小礦體近70個，其中主礦體6個，且以1號主礦體為最大，約占虎爪山礦段總儲量的93%。主礦體一般走向北東50°左右，具“尖滅再現”特點，斷續延長近5000m，礦體厚數米～數十米不等。礦體傾向北西，其上部受斷裂破碎不整合面、古巖溶角礫巖帶控制，下部受縱向斷裂（F2）控制；礦體傾角上部平緩，約30°±，下部陡立，約85°±，最大傾向延伸達500m以上（圖3）。

圖3 江蘇棲霞山鉛鋅銀多金屬礦床聯合剖面示意圖

礦石礦物主要為方鉛礦、閃鋅礦和黃鐵礦，次為菱錳礦、黃銅礦、磁鐵礦等；脈石礦物主要為石英、方解石，次為重晶石、絹云母、綠泥石等，至深部見綠簾石、透閃石。

礦石結構主要為粒狀結構、鑲嵌結構、交代結構、顯微壓碎結構，次為乳滴狀結構、顯微包含結構、浸蝕結構、骸晶結構等。

礦石構造以角礫狀、塊狀、浸染狀為主，脈狀、網脈狀和條帶狀、散條帶狀次之，其他如層紋狀構造，膠狀構造、揉皺構造、晶洞構造、殘余構造、梳櫛狀構造等比較少見。在構造角礫巖帶、巖溶角礫巖帶或層間破碎帶內，有用礦物主要以膠結物形式膠結圍巖角礫而形成礦石。

礦石中的主要有用組分為鉛、鋅、硫、錳；伴生有益組分主要為金和銀，銅的含量極少；伴生有益組分還有鎘、鎵、銦、硒、碲、鉈等，有害組分主要為碳和砷。

礦石類型主要為鉛鋅硫型、單硫型，以鉛鋅硫型為主，至深部向鉛鋅硫銅（銀）型和硫金型過渡。

4 硅鈣面控礦特征

由各個礦段礦體的賦存狀態及產出形態可以看出，礦體主要沿縱向斷裂（F2）和一定層位（以石炭系和二疊系為主）呈似層狀和不規則狀（囊狀、脈狀和層狀）分布。礦區成礦明顯受構造控制，控礦構造主要有F2等縱向斷裂、斷裂破碎不整合面、北西向橫斷裂、層間錯動和層間裂隙、古巖溶等（圖3）。

通過對虎爪山、甘家巷等礦段各條勘查剖面的分析研究發現，上下構造層間不整合面內的礦體主要分布在石炭系－二疊系碳酸鹽巖一側，不整合面上覆地層侏羅系象山群砂巖基本未發現規模礦體；同樣，深部主礦體也主要沿F2斷裂賦存于黃龍組灰巖中，泥盆系五通組石英砂巖和石炭系高麗山組砂頁巖一側，也基本未發現規模礦體（圖4）。另外，根據前人對礦區及其附近地層中微量元素的光譜分析資料，石炭系－二疊系地層中的Pb、Zn、Ag等元素豐度較高，說明石炭系－二疊系也是有利的含礦層位。

根據控礦規律及礦體的賦存狀態，經過研究，認為該礦床中的大部分礦體并非受其具體層位控制，而應是受硅鈣面控制，所謂硅鈣面，是指碳酸鹽巖等鈣質巖石與砂板巖等硅鋁質巖石的接觸界面［22］。由F2構造的上下盤地層形成的硅鈣面，上盤地層為泥盆系五通組、石炭系高麗山組，其巖性為砂巖、粉砂巖、頁巖，以硅質為主，滲透性較差，易構成屏蔽層，對礦液沉淀起到屏蔽作用，下盤地層為石炭系黃龍組，其巖性為純灰巖、白云質灰巖及粗晶灰巖，以鈣質為主，化學活動性強，易于交代充填成礦，因而主礦體沿F2斷裂賦存于石炭系黃龍組灰巖與泥盆系五通組、石炭系高麗山組砂巖的接觸界面上，主要在石炭系黃龍組灰巖一側。由斷裂破碎不整合面構造形成的硅鈣面，不整合面上覆地層為侏羅系象山群，巖性為石英砂巖、細砂巖、粉砂巖，以硅質為主，也是對礦液沉淀起到屏蔽作用，下伏的地層為石炭系－二疊系，巖性為純灰巖、白云質灰巖、粗晶灰巖，以鈣質為主，其控礦作用與F2構造的硅鈣面相同，礦體主要位于石炭系－二疊系灰巖一側。

綜合來說，不論是石炭系黃龍組灰巖與泥盆系五通組石英砂巖、石炭系高麗山組砂頁巖構成的硅鈣面、還是斷裂破碎不整合面下構造層石炭系－二疊系碳酸鹽巖與上構造層象山群砂巖構成的硅鈣面，歸結起來都是鈣質巖石與硅鋁質巖石的接觸界面，礦體主要產在此硅鈣面之上，沿著硅鈣面展布，而并非由具體巖層層位控制，因此，礦床應屬于受硅鈣面控制的礦床。

5 結論

1）由礦體的賦存狀態可知，礦體形態總體均較為規則，呈層狀或似層狀產出，與地層產狀一致，經過對比和研究，發現礦體并非受具體層位控制，而是受巖性界面控制，圍巖主要為碎屑巖（硅鋁質巖石）＋碳酸鹽巖（鈣質巖石）組合。寧鎮地區在燕山期拉張伸展的構造背景下發生激烈的斷塊運動，誘發的大規模深部巖漿活動，同時在構造變動中，碎屑巖（砂巖等硅鋁質巖石）與碳酸鹽巖（灰巖等鈣質巖石）組成的這套“硬、軟、脆”地層組合，不僅導致了層間斷裂的發育，而且構成了以斷裂構造為界面的兩種差異顯著的地球化學場，不僅為大氣降水滲透到地殼深部淋濾礦質創造條件，而且使得巖漿熱液與深部含礦熱鹵水相混合，并沿深大斷裂上升到構造封閉圈內與富含有機質和硫的淺循環熱鹵水（還原性）匯合時，在超臨界狀態下產生地球化學障效應，使大量的鉛、鋅等硫化物在構造巖性界面發生沉淀。構造巖性界面不僅為后期巖漿熱液上移創造了通道，同時也為礦物質沉淀、礦體形成提供了有力的物理化學條件和良好的賦礦空間，所以我們初步認為，該礦床成礦作用應屬于受硅鈣面控制的特殊的以巖漿期后中低溫熱液為主的礦床，成礦地質體為侵入體。

圖4 虎爪山礦段－625中段CM40線坑道素描圖

2）巖性界面（硅質巖石和鈣質巖石）由于上下層位巖石物理性質的差別，特別容易在區域構造作用下形成層間破碎帶，構成容礦空間和減壓帶；其次，由于上下層位巖石化學性質的差別，在超臨界流體（tc＝374℃，pc＝22．4MPa）作用下容易形成成礦地球化學障，引起流體物理化學條件的急劇變化，造成大量成礦物質的沉淀。大量的大規模順層產出的大中型鉛鋅礦床，諸如新疆彩霞山、湖南康家灣、黑龍江弓棚子、遼寧青城子、河北高板河、青海錫鐵山鉛鋅礦床等等，礦體都受碳酸鹽巖類巖層和砂板巖類巖層接觸面控制，說明硅鈣面在不同成礦地質作用體系中都具有明顯的控礦特征以及控制規模礦床的普遍性，其可以作為重要的找礦標志。

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