遼寧青城子鉛鋅金銀礦礦集區圍巖原巖恢復及其構造背景

宋運紅，郝立波，楊鳳超

1.中國地質調查局沈陽地質調查中心（沈陽地質礦產研究所），遼寧沈陽110034；2.吉林大學地球探測科學與技術學院，吉林長春130061

遼寧青城子鉛鋅金銀礦礦集區圍巖原巖恢復及其構造背景

宋運紅1，郝立波2，楊鳳超1

1.中國地質調查局沈陽地質調查中心（沈陽地質礦產研究所），遼寧沈陽110034；2.吉林大學地球探測科學與技術學院，吉林長春130061

遼寧青城子礦集區產出在遼東裂谷凹陷帶，是中國北方重要的鉛鋅金銀多金屬礦集區.礦體與含礦巖系呈整合產出，受一定層位和巖性控制，其中大石橋組是鉛鋅的礦源層，具有高金豐度和富As的蓋縣組是金銀的礦源層，變質作用或者韌性剪切作用使得金得到富集而成礦.鉛鋅礦床圍巖主要為大石橋亞群楊樹溝巖組大理巖、變粒巖和淺粒巖；金銀礦床圍巖主要為上部蓋縣組片巖，少量大石橋組變粒巖.圍巖的巖石地球化學特征及原巖恢復表明，青城子鉛鋅礦圍巖中的大理巖原巖為灰巖、白云巖，變粒巖、淺粒巖原巖主要為泥質砂巖，個別為火山巖；金銀礦圍巖中的片巖類原巖為泥巖、砂質泥巖及粉砂巖，變粒巖原巖為泥質砂巖.青城子鉛鋅金銀圍巖中的大理巖和片巖構造環境應屬穩定大陸邊緣，變粒巖、淺粒巖構造環境應屬活動大陸邊緣或島弧.結合區域構造演化歷史認為，裂谷活動所造成的地殼拉張、變形及其相關的構造-巖漿活動，為鉛鋅礦床的形成提供有利環境；不同級別的裂谷盆地內的沉積作用以及海底火山噴氣作用、沿同生斷裂發生熱水沉積作用，為礦源層的形成提供成礦物質和成礦流體；呂粱期變質作用對區內鉛鋅礦的疊加、富集起重要的控制作用.

鉛鋅金銀礦區；原巖恢復；構造背景；遼吉裂谷；呂粱變質作用；遼寧省

0 引言

青城子鉛鋅金銀礦集區隸屬于遼寧省鳳城市，其大地構造位置地處遼東-吉南裂谷帶西端.青城子鉛鋅礦自明朝開采至今已有400多年歷史.早期主要開采鉛鋅礦，后又逐步發現金、銀礦及鉬礦，已成為一個集Au、Ag、Pb、Zn等多金屬成礦作用于一區的大型礦集區.國內外地質學家［1-5］圍繞礦床的成礦液體［6-10］、成礦物質來源［11-12］、巖漿作用［13-15］和成礦時代［14，16-17］作了許多的研究，但對礦集區圍巖研究甚少.本文系統地調查研究青城子鉛鋅金銀礦礦體的直接圍巖的巖石組成、地球化學特征、變質變形特征和構造背景，以期為全面恢復礦床的地質構造演化歷史和進一步揭示該區成礦規律提供基礎資料，并為青城子外圍勘查工作提供參考.

1 礦集區地質概況

青城子鉛鋅金銀礦集區位于古元古代遼東裂谷軸部的凹陷帶內.該裂谷帶位于太古宙龍崗地塊和狼林地塊之間，地處古亞洲洋構造域和環太平洋構造域疊置部位，是在太古宙基底上古元古代期間地殼拉張裂解—快速沉降—回返擠壓形成的陸間裂谷，呈近東西向分布（圖1）.

礦集區內出露的地層為遼河群下部浪子山組變質陸源碎屑巖-火山沉積建造、中部大石橋組中變質碳酸鹽夾細碎屑巖-火山碎屑巖建造和上部蓋縣組變質細碎屑巖建造是區內最主要含礦建造.據地質調查和礦床勘查資料，礦體受層位控制明顯［18］，鉛鋅礦主要賦存于大石橋組碳酸鹽巖建造中，而金銀礦主要賦存于大石橋組和上部蓋縣組碎屑巖建造過渡部位，賦礦巖石類型主要為大石橋組大理巖、片巖、變粒巖或蓋縣組片巖.大量研究表明，大石橋組是鉛鋅的礦源層，具有高金豐度和富As的蓋縣組是金銀的是礦源層，變質作用或者韌性剪切作用使得金得到富集而成礦［1，18-23］.蔣少涌等［24］認為，遼河群沉積期間，盆地內頻繁的海底火山噴發活動帶來了大量的Pb、Zn、S、Fe等成礦元素，它們在沉積地層中大量聚集，構成了礦源層，部分形成了層狀似層狀貧礦體.這些礦體與含礦巖系呈整合產出，受一定層位和巖性控制.王文清等［25］認為，遼河群基底巖系融礦源層和賦礦層位于一體，為銅、鉛鋅、鉬、金礦床提供了充分的礦質來源和賦礦層位.

遼東地區是在太古宙—古元古代準地臺基礎上發展起來的.太古宇、元古宇發育多套含礦建造，其具有礦源層和賦礦圍巖的雙重作用，是本區成礦物質基礎和主要來源.其中，大石橋亞群楊樹溝巖組第一巖段（Pt1y1）為下部含礦層，由角閃片巖、夕線片巖、石榴黑云片巖、黑云變粒巖與鈣鎂硅酸鹽巖、硅質巖及云母條帶大理巖和含石墨大理巖組成互層帶，這套特殊的層狀巖石嚴格地控制榛子溝等層狀鉛鋅礦化（體）；第四巖段（Pt1y4）為上部含礦層，由白云石大理巖、菱鎂礦大理巖、云母條帶大理巖、鈣鎂硅酸鹽巖條帶的白云石大理巖與云母片巖、石榴石云母片巖、夕線片巖、透閃石巖、云母變粒巖組成互層帶，該含礦層位中產有青城子西區的喜鵲溝、南山等鉛鋅礦床.在含礦的大石橋亞群楊樹溝巖組地層沉積時，出現條帶狀-層紋狀熱水沉積或噴流巖.伴隨同生斷裂活動，熱水噴流作用還將地殼深部或下部地殼中的Pb、Zn、Au、Ag等成礦元素帶入海盆，沉積于熱水沉積巖或正常沉積物中，形成初始礦源層，標志著海底熱水活動對成礦作用的嚴格控制關系.

礦集區內發育多期構造.鉛鋅礦床的形成借助斷裂、裂隙、破碎帶、層間滑動帶、不整合面等，構成導礦、儲礦構造，區內鉛鋅等礦床均具構造控礦的特征.

區域巖漿活動強烈，以遼河晚期（古元古代晚期）和中生代為主.巖漿活動不僅導致區域構造的進一步復雜化，而且對礦床的形成起到了重要作用.尤其是與成礦關系密切的硅酸巖過飽和的富堿性、中酸性的侵入體，從巖漿侵位過程中帶來了大量的熱能和許多硫及其他成礦物質，對富含Pb、Zn、Au、Ag等成礦元素的初始礦源層及部分層控鉛鋅礦床起到了重要的疊加再造成礦作用.

圖1 青城子礦集區地質礦產簡圖Fig.1 Geological and mineral sketch map of Qingchengzi ore concentration area

2 賦礦層位地質特征

礦集區出露地層主要為古元古界的遼河群及太古界的鞍山群.礦區地層最底部的鞍山群經歷混合巖化形成一套混合質變粒巖、混合花崗巖.遼河群分為浪子山組，主要由石墨大理巖、角閃片巖、夕線石云母片巖組成；大石橋組，主要巖性為厚層白云質大理巖、云母條帶大理巖夾薄層變粒巖及石榴石云母片巖、夕線石云母片巖，是鉛鋅礦的主要賦礦層位；蓋縣組，主要為云母片巖、夕線石云母片巖，是金銀礦的主要賦礦層位.

遼寧青城子鉛鋅礦礦床圍巖主要為大理巖和變粒巖，金銀礦礦體的圍巖主要為片巖和變粒巖.測試樣品分別采自喜鵲溝、甸南、榛子溝、本山鉛鋅礦區和白云、小佟家堡子、林家三道溝、楊樹溝、高家堡子金銀礦區，樣品均為礦區采集的新鮮樣品，巖石的巖相學特征列于表1，典型樣品的巖石照片及顯微鏡下照片見圖2、3.

3 賦礦圍巖的地球化學特征及原巖恢復

3.1 主量元素特征

表1 青城子礦集區鉛鋅金銀礦圍巖的地質、巖相學特征Table 1 Geologic and petrographic characteristics of the wall rocks of lead-zinc-gold-silver deposit in Qingchengzi ore concentration area

圖2 青城子礦集區鉛鋅礦床圍巖Fig.2 The wallrocks of the Pb-Zn deposit in Qingchengzi ore concentration area

圖3 青城子礦集區金銀礦床圍巖Fig.3 The wallrocks of the Au-Ag deposit in Qingchengzi ore concentration area

為了研究礦集區變質巖的主量元素特征，本次采取15個具代表性的樣品進行全巖分析.從分析結果（表2）來看，鉛鋅礦圍巖：巖石化學含量Al2O3為0.31%～17.02%，K2O為0.12%～4.71%，Na2O為0.003%～3.88%，SiO2為21.92%～68.94%，Al2O3/SiO2在0.01～0.33（表2）.變粒巖、淺粒巖SiO2較高，反映砂質成分較高；大理巖SiO2較低，含量相對高的，表明其硅質含量較高.

表2 青城子礦集區鉛鋅金銀礦圍巖的主量元素含量Table 2 M ajor element content in the wall rock of the lead-zinc-gold-silver deposit in Qingchengzi ore concentration area

金銀礦圍巖：巖石化學含量Al2O3為14.39%～19.42%，均值16.74%，K2O為2.29%～7.79%，均值4.81%，Na2O為0.11%～2.28%，均值0.67%，SiO2為52.32%～60.24%，均值56.78%（表2）.SiO2較高，反映砂質成分較高.Al2O3/SiO2在0.26～0.35之間，與雜砂巖、粉砂巖相近.

3.2 稀土微量元素特征

巖石的微量元素地球化學特征往往很好地保存了有關成巖物質來源的信息，成為一種獨特的地球化學“指紋”［26］.一般可將活動性較低或基本不活動的元素作為原巖恢復的標志.本礦區圍巖片巖、大理巖、變粒巖均屬中高級變質巖，其原巖性質及其對鉛鋅金銀礦成礦的影響如何是我們研究的重點.為此，測定了15件礦區樣品的微量元素和稀土元素（表3、4）.

表3 青城子礦集區鉛鋅金銀礦圍巖的微量元素含量Table 3 Trace element content in the wall rocks of the lead-zinc-gold-silver deposits in Qingchengzi ore concentration area

表4 青城子礦集區鉛鋅金銀礦圍巖的稀土元素含量Table 4 Rare earth element content in the wall rocks of the lead-zinc-gold-silver deposits in Qingchengzi ore concentration area

鉛鋅礦圍巖：ΣREE為34.44×10-6～390.82×10-6，LREE為28.41×10-6～370.90×10-6，δEu為0.70～1.27，平均0.91.變粒巖稀土元素以總量相對高、δEu負異常、輕稀土富集為特征.大理巖稀土元素總量低，輕稀土富集，δEu略顯負異常，表明其具有沉積特點.

金銀礦圍巖：ΣREE為84.60×10-6～290.19×10-6，低者為含方解石，平均185.38×10-6，LREE為74.54×10-6～261.90×10-6，平均167.79×10-6，δEu為0.66～0.93，平均0.66.稀土元素總量相對高，輕稀土富集，δEu負異常，與古元古代泥質沉積巖的特征相符.

對礦區的變質巖圍巖樣品的稀土元素做出球粒隕石標準化配分圖解.在稀土元素球粒隕石的標準化配分圖解（圖4a）上，均呈現清晰的LREE富集和HREE虧損的右傾斜型式.在微量元素和部分稀土元素原始地幔標準化蛛網圖（圖4b）上，Nb、Ta、P、Ti等高場強元素明顯虧損.

3.3 原巖恢復

鉛鋅礦圍巖的大理巖、變粒巖、淺粒巖總體呈層狀，按一定的層位產出.巖石化學上，變粒巖、淺粒巖SiO2含量較高，反映砂質成分較高；大理巖中SiO2含量相對高的，表明其硅質含量較高.變粒巖稀土元素以總量相對高、δEu負異常、輕稀土富集為特征，大理巖稀土元素總量低，輕稀土富集，δEu略顯負異常，表明其沉積特點.在ACF和A'KF圖解（圖5）中，大理巖絕大部分投點都落入泥灰巖區域，變粒巖、淺粒巖落入雜砂巖區.在（al+fm）-（c+alk）對Si圖解（圖6）上，大部分點落入鈣質沉積區及附近，變粒巖、淺粒巖偏向砂巖和泥巖，個別落入火山巖區.稀土分析樣品結果投入地槽沉積巖∑REE-（La/Yb）含量圖解（圖7）中，多數點落入碳酸鹽類巖石區及附近，個別點落入雜砂巖和泥巖區.由此可見，礦集區的大理巖原巖應為灰巖、白云巖，變粒巖、淺粒巖原巖主要為泥質砂巖，個別為火山巖.

圖4 青城子礦集區圍巖的球粒隕石標準化稀土元素配分圖（a）和原始地幔標準化微量元素蛛網圖（b）（標準值據文獻［27］）Fig.4 Chondrite-normalized REE patterns（a）and primitive mantle-normalized trace element spider diagram（b）for the wallrocks from Qingchengzi ore concentration area（After Reference［27］）

圖5 青城子礦集區圍巖的ACF和A′KF圖解Fig.5 The ACF diagram and A′KF diagram for the wallrock samples from Qingchengzi ore concentration area

金銀礦圍巖的片巖和變粒巖巖總體呈層狀產出.巖石化學以富鋁、鉀，貧鈣、鎂為特征，SiO2較高，反映砂質成分較高，Al2O3/SiO2在0.26～0.35之間，與雜砂巖、粉砂巖相近.稀土元素總量相對高，輕稀土富集，δEu負異常，與古元古代泥質沉積巖相似.在ACF和A'KF圖解（圖5）中，絕大部分投點都落入黏土、頁巖及雜砂巖區域內.在（al+fm）-（c+alk）對Si圖解（圖6）上，所有點落入泥巖區域.稀土分析樣結果投入地槽沉積巖∑REE-（La/Yb）含量圖解（圖7）中，多數點落入砂質巖和雜砂巖區，只有一個點落入泥巖區.由此可見，礦集區的片巖類原巖應為泥巖、砂質泥巖及粉砂巖，變粒巖原巖為泥質砂巖.

圖6 青城子礦集區圍巖的（al+fm）-（c+alk）vs.Si圖解Fig.6 The（al+fm）-（c+alk）vs.Si diagram for the wallrock samples from Qingchengzi ore concentration area

圖7 青城子礦集區圍巖的∑REE-（La/Yb）圖解Fig.7 The∑REE-（La/Yb）diagram for the wallrock samples from Qingchengzi ore concentration area

Sm/Nd比值是反映∑REE分餾程度的重要參數之一，而且也是反映物質來源的一個重要參數.如地幔為0.260～0.375，大洋玄武巖為0.234～0.425，而源于殼層的花崗巖類以及各類沉積巖一般小于0.3.本區Sm/ Nd比值范圍為0.24～0.14，屬于源自殼層的沉積巖范圍之內.

4 原巖形成環境和構造背景

在K2O/Na2O與SiO2關系圖解（圖8a）中，多數樣品投在穩定陸緣，少數樣品島弧區內.在沉積巖構造環境Th-Hf-Co判別圖解（圖8b）中，樣品主要集中在頁巖（克拉通盆地）和雜砂巖（弧）內，個別點落入長石砂巖區內.由此可以推測，青城子鉛鋅金銀圍巖中的大理巖和片巖構造環境應屬穩定大陸邊緣，變粒巖、淺粒巖構造環境應屬活動大陸邊緣或島弧.

S·A·杰克遜、F·W·比爾斯理論認為，含礦熱液是由巖層中的空隙水產生的，隨著裂谷盆地內沉積物的大量堆積，由于沉積巖層重力的影響，賦存在下部沉積物中的空隙水逐漸脫水形成流體，在構造應力驅動下產生對流循環，并將礦源層中的礦物質活化、遷移，當使其壓力改變時，這些循環的含礦物質流體迅速向有利部位遷移聚集成礦，在遼東地區碎屑-碳酸鹽巖建造中的金銀、鉛鋅礦床可能參與有這種成礦作用.

元古宙早期，遼吉裂谷發生拱張、裂陷作用，一些酸性火山巖噴發，堆積于槽底.伴隨裂谷的繼續裂陷，使得深斷裂溝通到地幔，深部硅鎂層甚至地幔物質進入裂谷，同時在充滿水的裂谷中相伴出現碳酸鹽的沉積，遼河群的沉積物由泥砂質碎屑巖建造及火山碎屑巖建造為主轉變為以碳酸鹽巖建造為主，并伴有碎屑巖及火山碎屑巖夾層.在裂谷上升階段，海水變淺,海底火山活動減弱，由噴溢轉變為噴氣為主.從地幔噴出的熱液是富含鋁、硅的高溫還原性超酸性含金屬的鹵化物流體.這些熱液沿基底斷裂上升到下地殼或直接到上地殼，它們與地殼中的水混合，特別是進入上地殼后又與成巖水和對流滲入的海水混合，使熱液轉化為低溫氧化性硫酸鹽-重碳酸鹽-氯化物-硫化物流體［29］.在裂谷斷拗與斷隆的邊緣，出現海灣盆地，含礦氣水熱液沿盆地邊緣的同生斷裂上涌與海水混合，與成巖物質一起，沉積了富含Pb、Zn、S的初始礦源層，部分形成了層狀似層狀貧礦體.諸礦源層的分布具有明顯的層序性（時序性），嚴格受到遼吉古裂谷內地層層序控制的含礦建造，為裂谷后期發展階段的不同構造環境下發生的成礦作用，奠定了成礦的物質基礎.因此本區產出的礦床大多具有層控和巖控的特點.

圖8 青城子礦集區圍巖的K2O/Na2O-SiO2圖解和構造環境Th-Hf-Co判別圖解（據文獻［28］）Fig.8 The K2O/Na2O-SiO2diagram and Th-Hf-Co diagram for the wallrock samples from Qingchengzi ore concentration area（After Reference［28］）

區域變質作用促使成礦物質進行重新分配、組合，使部分礦質活化、遷移，在原層位或其附近有利構造部位富集或形成礦體.古元古代末，由于巖層發生強烈變質、變形，礦源層和容礦巖石一起發生一系列不同形式的變形變位［30］.區域擠壓作用、裂谷沉積盆地的壓縮變形作用以及古元古代條痕狀花崗巖(遼吉花崗巖)的底辟侵入，均對區內鉛鋅礦床的形成起重要的作用［31］，鉛鋅礦常分布在古元古代遼吉花崗巖為核部的穹狀構造的邊部.在呂粱期變質變形過程中，研究區經歷綠片巖相—綠簾角閃巖相的區域性熱動力變質作用，巖石結構改變，變質流體產生伴隨塑性流變和韌性變形，礦源層和圍巖中礦物質Pb、Zn等成礦元素進一步活化、遷移，再分配重定位，富集成礦.在原始層狀礦體內或容礦巖層裂隙內，常出現方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、黃銅礦等單礦物礦脈，這些礦脈與層狀礦體關系密切，這種硫化物單礦物脈是原始層狀礦體化學“重就位”的結果.角礫狀礦化體都賦存于上部含礦層位中的條帶狀白云石大理巖中，各種角礫巖受層間滑動帶控制，呈透鏡狀、串株狀產于條帶狀白云石大理巖中，二者產狀基本吻合.上述的脈狀礦體和角礫狀礦體均賦存于一定的含礦層位內，空間分布受層狀礦體和礦化層的變質-變形構造控制，產狀與變質-變形構造協調一致，礦石礦物組合與層狀礦體相似，成礦元素組合具有繼承性.其成礦時代相當于區域變形變質作用時代（大約1.9 Ga）［19］.

5 結語

綜上所述，區內鉛鋅礦床的形成受多種控礦因素綜合控制特征.在古元古代時期，該區出現裂谷活動所造成的地殼拉張、變形及其相關的構造巖漿活動，為鉛鋅礦床的形成提供有利環境；不同級別的裂谷盆地內的沉積作用以及海底火山噴氣作用、沿同生斷裂發生熱水沉積作用，為礦源層的形成提供成礦物質和成礦流體；沉積及成巖過程中的物理化學條件變化，對成礦元素沉淀、富集或礦源層的形成起重要作用；裂谷盆地閉合時期的區域變質變形作用，對已形成的層狀礦體進行改造，并促進礦體的"重就位"和脈狀礦體的形成；中生代巖漿活動對礦化的疊加改造及富集起重要作用.由此可見，該區鉛鋅礦床的形成受各種成礦地質條件綜合控制的產物.

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PROTOLITH RESTORATION AND TECTONIC SETTING OF THE WALL ROCKS IN THE QINGCHENGZI LEAD-ZINC-GOLD-SILVER ORE CONCENTRATION AREA IN LIAONING PROVINCE

SONG Yun-hong1,HAO Li-bo2,YANG Feng-chao1

1.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China; 2.College of Geoexploration Science and Technology,Jilin University,Changchun 130061,China

TheQingchengzioreconcentrationarea,whichoccursalongtheLiaodongriftdepressionzoneofLiaoning Province, is an important Pb-Zn-Au-Ag polymetallic mineralization concentration area in northern China.The orebodies and orebearing rock series occur in conformity,controlled by certain horizon and lithology,among which the Dashiqiao formation is the source bed of lead and zinc,and the Gaixian formation with high abundance of Au and rich in As serves as the source bed of gold and silver.The metamorphism and ductile shearing contribute to the enrichment and mineralization of gold.The wallrock of Pb-Zn deposit is mainly composed of marble,granulite and leptite of the Yangshugou lithoformation,Dashiqiao subgroup;while that of Au-Ag deposit,mainly schist of upper Gaixian formation,with a little granulite of Dashiqiao formation.The lithogeochemical characteristics of the wall rocks and protolith restoration show that the protolith of the marble is composed of limestone and dolomite,and the protolith of the granulite and leptite is mainly argillaceous sandstone, with minus volcanic rocks.The protolith of schist are mudstone,sandy mudstone and siltstone;while the protolith of leptynite is argillaceous sandstone.The tectonic setting of the marble and schist should belong to stable continental margin, and that of granulite and leptite should be of active continental margin or island arc.Combined with the history of regional tectonic evolution,it is believed that the crustal extension,deformation and relevant tectonomagmatic activities caused byrift action offered a favorable environment for the formation of the Pb-Zn deposits.Sedimentation within different levels of rift basins,submarine volcanic exhalation and hydrothermal sedimentation along the contemporaneous faults offered oreforming substances and fluids for the formation of source bed.The metamorphism occurred in Luliang period played a key role in controlling the superimposition and enrichment of the Pb-Zn deposits in this area.

Pb-Zn-Au-Ag deposit;protolith restoration;tectonic setting;Liaoning-Jilin rift;Luliangian metamorphism; Liaoning Province

1671-1947（2015）03-0205-10

P618.42；P618.43；P918.5

A

2014－12－16；

2015-01-21.編輯：周麗、張哲．

中國地質調查局地質調查項目“遼寧上麻屯-通遠堡地區礦產地質調查”（編號12120113058800）資助.

宋運紅（1983—），女，吉林大學在讀博士研究生，主要從事地球化學及礦產地質調查工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區黃河北大街280號，E-mail//yunhong408@163.com