豫西龍門店Ag-Pb-Zn礦床地球化學特征及成因分析

邵擁軍，陳星霖，李永峰，劉清泉，張建東

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豫西龍門店Ag-Pb-Zn礦床地球化學特征及成因分析

邵擁軍1, 2，陳星霖1, 2，李永峰3，劉清泉3，張建東1, 2

(1.中南大學 有色金屬成礦預測教育部重點實驗室，湖南 長沙，410083；2.中南大學 地球科學與信息物理學院，湖南 長沙，410083；3. 河南省有色金屬地質礦產局，河南 鄭州，450052)

對龍門店Ag-Pb-Zn礦床的成礦地質背景、微量元素特征、稀土元素特征以及C-O，S和Pb同位素特征進行研究，結合礦床地質特征、成礦作用、成礦環境及成礦時代，對礦床成因進行探討。研究結果表明：本區礦石富集輕稀土元素、虧損重稀土元素，稀土元素含量與巖體及地層含量相當；巖體與圍巖中成礦元素Ag，Au，Cu，Pb與Zn均表現出富集的特征，反映成礦物質來源具有復雜性；本區成礦流體主要來源于巖漿水，后期有大氣降水加入；本區成礦物質主要來源于巖漿，地層提供了部分物質，龍門店礦床的形成與巖漿活動密切相關，其成因為與早白堊世重熔型花崗巖漿活動有關的淺成中低溫熱液型銀鉛鋅礦床。

成礦地質背景；礦床地球化學特征；穩定同位素特征；礦床成因；龍門店Ag-Pb-Zn礦床

龍門店Ag-Pb-Zn礦床與其西北部的沙溝、蒿坪溝及東北部的鐵爐坪等礦床共同構成了熊耳山金、銀、鉛、鋅、鉬礦化集中，是該礦集區的重要組成部分。前人研究多集中于礦化集中區尺度，主要表現在控礦因素[1]、礦床類型[2]、成礦作用[3]、礦物的賦存狀態[4?5]，由于龍門店Ag-Pb-Zn礦床發現較晚，因此，單獨對龍門店礦床的科學研究較少，主要集中于成礦地質條件[6]、成礦動力學背景[7]及成礦年代學[8]等研究，而對該礦床的成因等方面的研究鮮有報道。為此，本文作者在對成礦地質背景研究的基礎上，結合微量元素、稀土元素及穩定同位素方面的研究，對本區成礦流體來源及成礦物質來源進行論述，在此基礎上，結合礦床地質特征、成礦作用、成礦環境及成礦時代，對該礦床成因進行探討，以期為下一步找礦工作提供必要的依據。

1 成礦地質背景

龍門店Ag-Pb-Zn礦床位于熊耳山變質核雜巖西端(圖1)，其大地構造位置位于秦嶺造山帶北緣沖褶帶北部，潼關—三門峽—魯山—舞陽斷裂與洛南—欒川—方城斷裂之間，南北分別與北秦嶺造山帶和華北地塊相鄰[9]。礦床的產出受北北東向構造蝕變帶的控制。

I—華北板塊；Ⅱ—華熊板塊；Ⅲ—北秦嶺造山帶；Ⅳ—南秦嶺造山帶

圖1 研究區大地構造置示意圖

Fig. 1 Geotectonic location schematic diagram of study area

礦區出露地層主要為新太古界太華群龍潭溝組和段溝組黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖夾淺粒巖，中元古界熊耳群安山巖及少量第四系。區內構造主要為滑脫拆離斷層及其次生的北東向斷裂，褶皺不發育。滑脫拆離斷層帶走向北東，傾角為20°~35°，太華群與熊耳群不整合面被拆離斷層的片理化帶所代替。北東向斷裂一般表現為構造蝕變帶，多呈舒緩波狀延伸，有分支復合和膨大收縮現象，總體以NE—NNE走向為主，傾向NW，傾角為20°~80°，變化范圍較大，出露長度一般為500~1 500 m，本區礦體即賦存于此類構造中。區內巖漿活動強烈，本區出露巖體主要為基性輝綠巖和中性閃長玢巖類，主要以輝綠巖為主。強烈的巖漿活動為本區礦床的形成提供了重要熱動力和熱液。本區礦體主要包括石英脈型和蝕變巖型，分布于NE—NNE構造破碎帶內；本區礦石礦物主要為方鉛礦、閃鋅礦，其次為黃鐵礦、黃銅礦、含銀黝銅礦、濃紅銀礦、輝銀礦、硫銻銅銀礦、自然銀；脈石礦物主要有石英、方解石、云母類礦物等；礦石結構主要為粒狀結構、交代結構、鑲邊結構、包含結構及碎裂結構(圖2)等；礦石構造主要為塊狀構造、脈狀構造、條帶狀構造、角礫狀構造及浸染構造。根據礦脈的穿插關系及礦石組構，本區成礦階段可分為石英?黃鐵礦階段(Ⅰ)、石英?多金屬硫化物階段(Ⅱ)及石英?碳酸鹽金屬硫化物階段(Ⅲ) 3個階段。本區圍巖蝕變類型主要有硅化、絹云母化、綠泥石化、碳酸鹽化和黃鐵礦化及各類蝕變的疊加類型，具典型中低溫熱液蝕變特征。

(a) 早期黃鐵礦呈半自形粒狀結構；(b) 黃銅礦沿黃鐵礦裂隙充填；(c) 方鉛礦沿閃鋅礦邊緣交代，呈鑲邊結構；(d) 方鉛礦沿黃銅礦邊緣交代，呈鑲邊結構；(e) 黃鐵礦呈碎裂結構，閃鋅礦沿黃鐵礦裂隙交代；(f) 晚期黃銅礦沿主成礦期方鉛礦邊緣交代，呈鑲邊結構

圖2 龍門店Ag-Pb-Zn礦床典型礦石結構

Fig. 2 Typical ore structures of Longmendian Ag-Pb-Zn deposit

2 稀土元素地球化學

龍門店礦區礦石∑(REE)平均值為59.34×10?6，與巖體(414.75×10?6)及片麻巖(122.11×10?6)相差較大；礦石δ(Eu)平均值為0.81，與巖體(0.78)較接近，與圍巖(1.13)相差較大；礦石[(La)/(Yb)]N平均值為11.37，與巖體(13.83)相近，與圍巖(6.25)相差較大；礦石δ(Ce)平均值為0.72，與巖體(1.01)及圍巖(0.93)均較接近；礦石(LREE)/(HREE)平均值為2.65，與圍巖(2.85)較接近，與巖體(4.65)相差較大，但與范莊礦區礦石(LREE)/(HREE)平均值與巖體較接近。這些特征表明形成本區礦石的物質來源具有復雜性，巖體和圍巖均可能提供了成礦物質。礦石和礦化蝕變帶與巖體和片麻巖、蝕變片麻巖稀土配分曲線圖(圖3)上有一定程度的相似，暗示成礦物質來源與地層有一定的聯系。在圖4(a)中龍門店礦石與片麻巖、蝕變巖較近，反映圍巖及相關變質流體與成礦有一定的關系，在圖4(b)中礦石與巖體、片麻巖及蝕變巖REE元素數據點相對集中在一起，顯示一定的親緣關系[10]，說明本區成礦物質來源具有多源性。在圖4中范莊礦區礦石[(La)/(Sm)]N較大，在圖4中分布范圍與其地質體相距較遠，說明范莊礦區礦石形成機制與龍門店礦區不同，可能不是同一期成礦所致。

1—LMD礦石；2—FZ礦石；3—LMD蝕變巖；4—FZ片麻巖；5—FZ巖體；6—FZ礦化蝕變帶；7—FZ蝕變片麻巖

圖3 巖、礦石稀土元素配分模式圖

Fig. 3 REE distribution map of rocks and ores

圖4 龍門店礦區銀鉛鋅礦床地質體稀土元素相關圖解

本區礦石具有明顯的Ce負異常(圖3)，由于礦石表面對Ce4+的吸收程度比其他3價稀土的吸收程度大，流體淋濾引起礦石Ce負異常的可能性較小，因此，礦石Ce的負異常可能是成礦熱液相對虧損Ce所致[11]。另外，本區礦石富集輕稀土元素而貧重稀土元素，說明本區成礦流體不可能為海水和建造水。

3 微量元素地球化學

龍門店礦區礦石高場強元素Nb，Ti，P，Hf及Zr質量分數分別為2.28×10?6，0.25×10?6，115.00× 10?6，0.88×10?6和27.75×10?6，與原始地幔值相當，與上陸殼值差別較大，略比片麻巖的小，顯示了成礦物質具有深來源的性質。自然銀均表現出Th和Sr正異常，Nb和P負異常，微量元素蛛網圖(圖5)變化趨勢基本一致，說明本區銀元素來源于相同的成礦流體，且在成礦流體演化過程中成礦元素的遷移規律一致。

1—LMD-Nag-1自然銀；2—LMD-Nag-2自然銀

圖5 自然銀微量元素蛛網圖

Fig. 5 Trace element spider?grams of native silver

將整個區域上不同地質體中不同巖石樣品微量元素含量進行對比，巖體中成礦元素Ag，Au，Cu，Pb與Zn平均質量分數分別為0.92×10?6，0.07×10?6，28.13×10?6，61.76×10?6和70.48×10?6；地層中成礦元素Ag，Au，Cu，Pb與Zn質量分數平均值分別為8.80×10?6，0.20×10?6，138.58×10?6，335.05×10?6和337.49×10?6；蝕變巖中成礦元素Ag，Au，Cu，Pb與Zn質量分數平均值分別為16.38×10?6，2.08× 10?6，432.11×10?6，1 663.80×10?6和975.90×10?6。巖體、圍巖及蝕變巖的質量分數與世界花崗巖微量元素質量分數相比，均表現出富集的特征，反映出該區成礦元素的高背景基礎，暗示成礦物質來源具有復雜性，巖體、圍巖均可能提供成礦物質。成礦流體沿圍巖裂隙運移過程中，萃取了地層中的成礦元素，引起了圍巖的熱液蝕變。

4 穩定同位素特征

4.1 C-O同位素

由C-O同位素測試結果可知，龍門店銀鉛鋅礦床方解石C同位素組成(δ13CVPDB)為?11.2‰~0.9‰，平均值為?1.67‰；O同位素組成(δ18OSNOW)為9.21‰~20.86‰，平均值為13.66‰。C同位素組成與巖漿或深部地殼流體值(?9‰~?4‰)相近；O同位素組成絕大部分與巖漿或深部地殼流體值(6‰~15‰)重疊；而與大氣降水C和O同位素組成((δ13C)= ?30‰~?20‰，δ18O小于0)及海水C和O同位素組成((δ13C)與(δ18O)均接近0)不同[12]。

結合沙溝、鐵爐坪和蒿坪溝礦床已有的測試同位素組成(表1)，建立龍門店銀鉛鋅多金屬礦C-O同位素示蹤圖解，見圖6。從圖6可以看出：沙溝、鐵爐坪和蒿坪溝礦區樣品點大部分落入巖漿巖區，部分落入其右側；龍門店礦區樣品點部分落入巖漿巖區，整體來看，各樣品點呈線性分布，具有向低溫蝕變方向演化趨勢；C-O同位素特征表明龍門店銀鉛鋅多金屬礦床具有復雜的成礦物質來源，部分樣品分布在花崗巖區域，可能受到該地區隱伏巖體的影響，后期低溫蝕變使δ18O增大，表明龍門店銀鉛鋅礦床的形成與巖漿活動密切相關。

圖6 豫西沙溝礦集區C-O同位素圖解(底圖據文獻[16])

數據來源：龍門店為本文測試數據；鐵爐坪、蒿坪溝引自文獻[17]；沙溝引自文獻[15]；祈雨溝引自文獻[18]

Fig.6 C-O isotope diagram of Shagou ore-concentrated area

表1 沙溝礦集區C-O同位素組成

Table 1 C-O isotope composition of Shagou ore-concentrated area ‰

礦區樣品編號測試礦物礦脈δ13CVPDBδ18OSNOW資料來源 龍門店LMD-02方解石K60.89.21本文 LMD-04方解石K6?214.68 LMD-06方解石K6?0.118.49 LMD-08方解石K6018.59 LMD-21方解石K60.911.27 LMD-23方解石K6?1.314.16 LMD-25方解石K6?0.214.06 LMD-29方解石K9?6.814.57 LMD-30方解石K9?0.412.20 LMD-32方解石K9?7.114.57 LMD-47方解石K2-2?4.512.41 LMD-48方解石K2-2?2.314.57 K8-3方解石K8011.17 PD1058 K1-1方解石K1?1.611.58 沙溝SG-103-B1方解石?2.513.50[10] 蒿坪溝9036方解石?1.713.14[12] 鐵爐坪9301方解石?0.98.94[12] 9302方解石?0.68.69 9303方解石?0.88.63 9304方解石?1.712.72 9307方解石?1.211.35 祈雨溝VCA1方解石?1.806.20[13] VCA2方解石?1.608.80 VCA3方解石?2.109.50 C5方解石?5.206.80 C4方解石?5.807.90 C3方解石?4.209.10

測試單位：核工業北京地質研究院分析測試研究中心。

龍門店礦區包裹體氣相成分以H2O和CO2為主，其次為少量的H2，CH4，CO和N2。這些氣體雖然含量較少，但反映了成礦環境為還原環境[13]，表明本區石英多金屬硫化物階段和石英碳酸鹽階段成礦環境為相對還原環境。巖漿熱液礦床成礦流體氣相成分(CO2)/(H2O)小于0.50[14]，本礦床CO2質量分數與H2O質量分數相比相差4~5個數量級，因此，認為本礦床成礦流體應來源于巖漿熱液，與前人H和O同位素研究結果一致[15]。

4.2 S和Pb同位素

本區黃鐵礦的(δ34S)(?1.42‰~2.35‰)落入典型巖漿熔體硫同位素組成(?3.00‰~+7.00‰)范圍內[19-20]，表明本區含銀黃鐵礦礦石中的硫具有相同來源，均為巖漿硫。在自然界不同地質體中硫同位素組成的變化圖(圖7)中，龍門店礦床礦石硫同位素組成與隕石硫范圍相當，落入火成巖范圍內，說明本區硫同位素來源與巖漿有密切關系。本區礦石硫同位素組成見圖8。從圖8可見：本區礦石硫同位素組成與鐵爐坪礦床硫同位素組成略有不同，落入沙溝礦床和蒿坪溝礦床硫同位素組成范圍內；與區域熊耳群和太華群片麻巖地層的硫同位素組成明顯不同，與花山雜巖體部分重疊，落入隕石和月巖范圍內，反映本區硫的來源較復雜，預示成礦物質具有多來源特征，主要來源于巖漿，但地層也可能提供了部分成礦物質。

圖7 自然界不同地質體中的硫同位素組成

1—鐵爐坪礦床；2—沙溝礦床；3—蒿坪溝礦床；4—熊耳群片麻巖；5—太華群片麻巖；6—巖體數據引自文獻[12, 17, 23?25]

圖8 龍門店銀鉛鋅礦床硫同位素組成

Fig. 8 Sulfur isotope composition of Longmendian Ag-Pb-Zn deposit

在龍門店銀鉛鋅礦床礦石鉛同位素V1-V2(投影特征值)和Δ?Δ圖解見圖9。從圖9(a)可見；礦石樣品投影點落入揚子和華北地球化學省范圍內，顯示方鉛礦與揚子地球化學省和華北地球化學省鉛同位素組成相似，這與本區所處大地構造位置密切相關。從圖9(b)可見：礦石樣品投影點落入地幔源鉛和巖漿作用范圍內，顯示本區鉛同位素主要來源主要來源于與巖漿作用有關的幔源鉛。龍門店銀鉛鋅礦床礦石鉛同位素特征參數(Th)/(U)和分別為3.91~4.10和9.36~9.58，(Th)/(U)略大于中國大陸中新生代長石平均鉛同位素演化的模式計算結果((Th)/(U)=3.60，地幔)，而與這個大陸上地殼和下地殼(Th)/(U)= 3.47和5.48)相差較大[21]，造成Th/U值較高的原因可能是成礦熱液在上升過程中受到含Th較高的下地殼鉛渾然。其與朱華平[22]測試的秦嶺造山帶礦石、地層、巖體的(9.16~9.84)一致，顯示了本區鉛來源的一致性。

圖9 龍門店銀鉛鋅礦床V1-V2和Δγ?Δβ圖解

圖(a)：A—華南地球化學省；B—揚子地球化學省；C—華北地球化學省；D—北疆地球化學省

圖(b)：1—地幔源鉛；2—上地殼鉛；3—上地殼與地幔混合的俯沖帶鉛(3a—巖漿作用；3b—沉積作用)；4—化學沉積型鉛；5—海底熱水作用鉛；6—中深變質作用鉛；7—深變質下地殼鉛；8—造山帶鉛；9—古老頁巖上地殼鉛；10—退變質鉛

Fig. 9 V1-V2and Δ?Δdiagram of Longmendian Ag-Pb-Zn deposit

熊耳群火山巖((206Pb)/(204Pb)=16.141~16.874，(207Pb)/(204Pb)=15.261~15.425，(208Pb)/(204Pb)=36.875)和太華群片麻巖((206Pb)/(204Pb)=15.406~ 17.609；(207Pb)/(204Pb)=15.188~15.547，(208Pb)/(204Pb)=36.266~42.588)全巖Pb同位素變化范圍較大。龍門店銀鉛鋅礦石中Pb同位素特征明顯不同于熊耳山地層、基性巖墻，而燕山期巖體((206Pb)/(204Pb)=15.150~17.473，(207Pb)/(204Pb)=15.318~ 15.520，(208Pb)/(204Pb)=37.240~37.975)，與部分太華群地層Pb同位素較接近,與熊耳群或其衍生層位及其區域性的基性巖墻Pb同位素組成((206Pb)/(204Pb)=17.995~19.815，(207Pb)/(204Pb)=15.555~15.754，(208Pb)/
(204Pb)=38.773~41.625)關系不大，這表明成礦物質來源具有多源性，具有巖漿源和地層源的特征。

綜上所述，本區成礦流體和成礦物質來源均有復雜性，成礦流體主要為巖漿水，有大氣降水加入，并且具有沿低溫蝕變演化線演化的趨勢；成礦物質來源具有多源性，主要來源巖漿活動，地層提供了部分成礦物質。

5 礦床成因

5.1 礦床特征

區內礦體受NE—NNE向容礦斷裂帶控制，具分枝復合、膨大收縮、尖滅側現的特點。礦體呈似層狀、脈狀、透鏡狀分布于礦脈中，并嚴格受容礦斷裂帶控制。區內銀鉛鋅礦脈呈現出熱液脈狀礦床中常見的近脈圍巖熱液蝕變線形分布特征。熱液蝕變類型主要有硅化、絹云母化、綠泥石化、碳酸鹽化、黃鐵礦化，并具有蝕變分帶的特點。

礦石的礦物成分復雜，除主要礦石礦物方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、黃銅礦外，還有黝銅礦、含銀黝銅礦、銀黝銅礦、輝銀礦、深紅銀礦、自然銀、銀金礦等；脈石礦物有石英、綠泥石、方解石、絹云母、菱鐵礦等。礦石的交代結構、填隙結構以及脈狀—網脈狀、角礫狀等構造則顯示出熱液脈狀礦床的特點。

5.2 成礦流體及成礦物質來源

本區流體包裹體特征表明，銀鉛鋅礦化成礦溫度主要發生在147~295 ℃，屬中低溫熱液礦床的成礦溫度范疇(未發表數據)。C-O同位素組成及流體包裹體表明，成礦流體早期以巖漿水為主，晚期為巖漿水與大氣降水的混合，說明成礦流體與巖漿作用有關。S和Pb同位素組成顯示，其成礦物質來源具有復雜性，主要來源于巖漿，但地層也可能提供了部分成礦物質。

5.3 成礦作用

本區礦體主要產于NE—NNE斷裂帶內，嚴格受斷裂控制，礦體呈似層狀、脈狀和透鏡狀。礦體圍巖受含礦熱液影響，蝕變強烈。礦石構造以脈狀、網脈狀結構為主；礦石構造以交代結構為主。以上各特征均表現出明顯的巖漿熱液成礦作用，其成礦作用方式以充填為主。

5.4 成礦環境

東秦嶺地區巖石圈減薄，軟流圈物質上涌，導致強烈的殼?幔相互作用和伸展活動、大規模伸展作用，形成遍及全區的火山?侵入活動以及金屬礦床。

5.5 成礦時代

銀鉛鋅成礦作用同位素年齡為125~135 Ma[15, 25?26]，與花山重熔型花崗巖形成的年齡相近，表明它們均為早白堊世早期同一構造—巖漿—流體成礦事件的 產物。

綜上所述，沙溝礦集區銀鉛鋅礦床的成因類型為與早白堊世重熔型花崗巖漿活動有關的淺成中低溫熱液型銀鉛鋅礦床。

6 結論

1) 礦石富集輕稀土元素而貧重稀土元素，且具有明顯的Ce負異常，說明本區成礦流體不可能為海水和建造水。在Sm-(La/Sm)N和(La/Sm)N?(La/Yb)N圖解中，本區礦石稀土元素與燕山期巖體、地層投影點相對集中，顯示一定的成因聯系，而且巖體與圍巖中均富集成礦元素Ag，Au，Cu，Pb與Zn，反映成礦物質來源具有復雜性。

2) 龍門店銀鉛鋅礦床方解石C同位素組成平均值為?1.67‰；O同位素組成平均值為13.66‰。C同位素組成與巖漿或深部地殼流體值(?9‰~?4‰)相近、O同位素組成絕大部分與巖漿或深部地殼流體值(6‰~15‰)重疊；(CO2)/(H2O)遠小于0.5，顯示巖漿熱液的特征。S和Pb同位素表明本區成礦物質來源較復雜，具有多來源的特征，主要來源于巖漿，地層提供了部分物質。

3) 區內礦體受NE—NNE向容礦斷裂帶控制，顯示明顯的熱液充填成礦的特征；礦石的交代結構、填隙結構以及脈狀—網脈狀構造、角礫狀構造等構造則顯示出熱液脈狀礦床的特點。該礦床成因為與早白堊世重熔型花崗巖漿活動有關的淺成中低溫熱液型銀鉛鋅礦床。

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Characteristics of geochemistry and genesis of Longmengdian Ag-Pb-Zn Deposit, Western Henan Province

SHAO Yongjun1, 2, CHEN Xinglin1, 2, LI Yongfeng3, LIU Qingquan3, ZHANG Jiandong1, 2

(1. Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals, Ministry of Education,Central South University, Changsha 410083, China?2. School of Geoscience and InfoPhysics, Central South University, Changsha 410083, China;3. Henan Bureau of Geology and Mineral Resources for Nonferrous Metals, Zhengzhou 450052, China)

The Geological background and the characteristics of trace element, REE elements and C-O, S, Pb isotopes were studied. And the genesis of Longmendian Ag-Pb-Zn deposit was discussed based on the geological characteristics of the deposit, mineralization, mineralization environment and metallogenic epoch. The results show that the content of REE elements of ores is consistent with that of intrusion and strata, enriched in light rare earth elements, depleted in heavy rare earth elements. Intrusion and wall rock are enriched in Ag, Au, Cu, Pb and Zn, which indicates that the source of ore-forming material is complex. The ore-forming fluid root comes from magmatic water, the later stage is mixture of magmatic water and precipitated water. S and Pb isotopes indicate that the metallogenic material mainly derives from magmatic events, partly from strata. The deposit formation is closely related to magmatism. The deposit genesis is epi-mesotheo-morphic Ag-Pb-Zn deposit related to remelting-type ganite magmatism of early Cretaceous.

metallogenic geological setting; geochemical characteristics of the ore deposit; stable isotope characteristics; genesis; Longmendian Ag-Pb-Zn deposit

P611.1；P597+.2

A

1672?7207(2015)01?0171?09

2014?01?12；

2014?04?14

中南大學國家杰出青年基金培育專項(2011JQ023)；教育部有色金屬成礦預測教育部重點實驗室資助項目(2008) (Project(2011JQ023) supported by the National Outstanding Youth Foundation of Cultivating Special; Project(2008) supported by Key Laboratory of Ministry of Education Jointly Funded by the Ministry of Education of Nonferrous Metal Metallogenic Prediction)

邵擁軍，博士，博士生導師，從事礦床學與成礦預測學方面的研究工作；E-mail: shaoyongjun@126.com

10.11817/j.issn.1672?7207.2015.01.024

(編輯 陳燦華)