廣東大寶山多金屬礦的成礦模式

戴塔根，尹學朗，張德賢

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廣東大寶山多金屬礦的成礦模式

戴塔根1, 2，尹學朗1, 2，張德賢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)

大寶山多金屬礦床是南嶺中段粵北中部多金屬成礦區帶上的重要礦床，對其次英安斑巖體和花崗閃長斑巖體及地層圍巖中礦化元素進行研究，并研究其微量和稀土元素、硫同位素、鉛同位素、O和H和同位素、大寶山多金屬礦床可能的形成過程，建立該礦床的成礦模式。研究結果表明：次英安斑巖體和花崗閃長斑巖體及地層圍巖中礦化元素均為礦化元素的來源；矽卡巖礦體的形成受花崗閃長斑巖體巖漿作用的影響較大，似層狀銅鉛鋅礦體主要源于當時的海底噴流熱液，薄層狀菱鐵礦體與東崗嶺組地層有成因上的聯系，亦受斑巖體巖漿活動改造的影響；似層狀銅鉛鋅礦體的形成與海底火山?熱液活動有關；斑巖型和矽卡巖型礦體的硫主要來自與斑巖體相關的深部巖漿；鉛的來源較復雜，但主要源于上地殼，少量鉛具深源特性；斑巖型鎢鉬礦體和矽卡巖型鎢鉬礦體的成礦流體來自巖漿水與少量大氣降水混合源；似層狀銅礦體與鉛鋅礦體的成礦流體來源不同，薄層狀菱鐵礦體的成礦流體以海底噴氣作用形成的熱鹵水為主。

大寶山多金屬礦床；成礦物質；稀土元素；微量元素；礦化元素；流體；成礦模式

大寶山多金屬礦是南嶺成礦帶重要的多金屬礦產基地，產于粵北裂陷盆地中泥盆統地層中。大寶山多金屬礦區及其外圍地質條件復雜，斷裂構造發育，巖漿活動頻繁，對成礦極有利。自20世紀50年代末始，多家地勘單位先后對礦區進行了勘查和研究，基本上查明了區內各類地質體的組成、構造及時空關系，對區內控礦地質構造、成礦物質與流體來源、礦床形成作用、成礦控礦規律等基礎性問題有了一定了解和認識[1?9]，建立了成礦及找礦模式，但對該礦床成因及成礦規律等方面的認識仍存在多種觀點，如有的認為該礦床是層控礦床[10?11]，有的認為與次火山巖-?火山巖活動有關[12]，有的認為是火山塊狀硫化物礦床[13?15]、斑巖型礦床[7]、巖漿期后熱液礦床[5]。本文作者認為大寶山不同礦種的成因不同，大寶山多金屬礦床為不同成因類型礦體綜合作用而形成的地質體，為此，通過研究大寶山多金屬礦床成礦物質及成礦熱液來源以及礦床形成過程探討大寶山多金屬礦床的形成過程和成礦模式。

1 地質背景

大寶山地區地處南嶺緯向構造成礦帶南部之粵北礦集區中心部位，曲仁構造盆地東南緣，北東向吳 川—四會深大斷裂帶內的北江斷裂與近東西向大東山—貴東構造巖漿巖帶的交匯處。礦區出露的地層自下而上主要為寒武系八村群高灘組、中下泥盆統桂頭群、中泥盆統東崗嶺組、上泥盆統天字嶺組、上泥盆統帽子峰組、下侏羅統金雞組以及第四系。區內構造以斷裂為主，褶皺不甚發育。從構造形跡的展布規律來看，以NNW和NEE向構造組最發育，NNE，NE及EW向構造次之；而在形成時間上，以EW向構造組形成最早，NNE向次之，兩者均為成礦前構造，NNW和NEE向構造組形成較晚，構造主要完成于燕山期。

大寶山多金屬礦床是多期次多階段多成礦作用共同作用的結果，礦床礦種多，礦體大，形態與成分復雜，主要包括斑巖型鎢鉬礦體、似層狀銅鉛鋅礦體、薄層狀菱鐵礦體、風化淋濾型鐵礦體及矽卡巖型鎢鉬礦體等。其中斑巖型鎢鉬礦體主要產出于大寶山及船肚花崗閃長斑巖體接觸帶附近，礦化與斑巖體外接觸帶的石英絹云母化密切相關，礦體分布受花崗閃長斑巖體控制，主要賦存于石英絹云母化帶中，以花崗閃長斑巖體為中心呈同心環狀分布。似層狀銅鉛鋅礦體賦存在九曲嶺—大寶山次英安斑巖體兩側東崗嶺下亞組地層中，礦體多呈層狀、似層狀、透鏡狀，沿走向和傾向均可見明顯的分枝復合特征。菱鐵礦體規模較小且形態單一，空間上主要賦存于風化淋濾型褐鐵礦體與似層狀銅鉛鋅硫礦體間的東崗嶺組上亞組火山碎屑巖、泥質粉砂巖、粉砂質頁巖巖系組合中。礦體多為層狀，似層狀及透鏡等狀，受層位控制明顯，與頂底板圍巖呈漸變過渡的整合接觸關系。風化淋濾型鐵礦體直接暴露于地表，由薄層狀菱鐵礦體及層狀銅鉛鋅硫礦體經淋濾、膠體沉淀和表生交代等作用而形成。礦體多呈似層狀、層狀產出，產狀與地層的一致。矽卡巖型鎢鉬礦體主要產出于船肚花崗閃長斑巖體南緣與天子嶺組灰巖接觸交代形成的石榴石矽卡巖帶中，礦體多呈透鏡體、囊狀和不規則狀。

2 取樣及測試

2.1 樣品采集

前人對大寶山多金屬礦區部分巖(礦)體進行了一些針對性的地球化學研究，但缺乏系統認識。在本次研究中，對大寶山多金屬礦區及外圍與成礦可能相關的地層、巖體及礦體進行了系統樣品采集，選取未蝕變或極弱蝕變的代表性樣品對其主量元素、微量元素、稀土元素及穩定S和Pb同位素進行補充性測試，并與前人工作進行對比，以期通過系統的地球化學研究分析，提高對礦區成礦物質與流體來源、控礦因素、礦床成因等的認識。

2.2 樣品測試

采用ME-XRF12s熒光光譜儀，委托澳實分析檢測(廣州)有限公司對礦區14件樣品(次英安斑巖6件、大寶山花崗閃長斑巖6件、船肚花崗閃長斑巖2件)的硅酸鹽進行全分析；采用ME-MS81等離子質譜法，對采自礦區及外圍的21件典型巖(礦)體樣品微量元素和稀土元素進行分析。

3 結果及分析

3.1 成礦物質來源

3.1.1 礦化元素特征對成礦物源的指示

前人[11, 16?19]針對礦區及其外圍巖體、地層的含礦性進行了大量研究工作，獲得了很多分析結果，故本研究中對礦區及其外圍地體未進行礦化元素取樣分析，僅在對前人工作成果收集整理的基礎上進行分析。

次英安斑巖體和花崗閃長斑巖體均具有較高的Cu，Mo，W，Sn和Bi等元素背景值，如圖1所示。從圖1可見：2類斑巖體的巖漿活動可為區內Cu，Mo，W，Sn和Bi等多金屬礦化提供便利；W，Mo，Bi，Pb和Zn等元素在地層尤其是東崗嶺組中明顯富集，高出克拉克值數10倍甚至近100倍，表明地層圍巖(尤其是泥盆系)可作為W，Mo，Bi，Pb和Zn等礦化元素尤其是Pb和Zn元素的重要來源之一。結合區域成礦地質條件，大寶山多金屬礦床中W和Mo礦體部分中W，Mo和Bi主要來自于次英安斑巖體和花崗閃長斑巖體；而東部及深部層狀和塊狀硫化物礦體中的Cu，Pb和Zn等元素主要來源于東崗嶺組地層，且受后期燕山期2期巖漿活動的影響而局部富集了W，Sn，Mo和Bi等元素。

(a) 巖體；(b) 地層

3.1.2 微量元素和稀土元素特征對物源的指示

典型巖礦石的微量和稀土元素特征如圖2所示。從圖2可見：矽卡巖鎢鉬礦體的微量元素與稀土元素標準化分布曲線形態均與斑巖體尤其是花崗閃長斑巖體的微量元素及稀土元素標準化分布曲線形態較相似，都呈現強烈虧損大離子親石元素Rb，K，Sr和高場強元素P，弱虧損元素Ba，La，Hf和Ti，富集元素Th，Nb，Ce，Nd，Zr，Sm和Y的特征和輕稀土富集，輕、重稀土間具弱分餾特征，說明矽卡巖鎢鉬礦體的形成受花崗閃長斑巖體巖漿作用的影響較大。似層狀銅鉛鋅礦體的微量元素與東崗嶺組灰巖的微量元素相似，均以Ta，La，Nd，Zr，Sm和Y等元素富集，Rb，Nb，Sr，Hf和Ti等元素虧損，P元素強烈虧損和輕稀土富集，輕、重稀土間分餾明顯，說明似層狀銅鉛鋅礦體與東崗嶺組灰巖具有成因上的聯系，強烈虧損P，Rb和Sr，虧損Hf和Ti以及Nd。Zr，Sm和Y等富集說明東崗嶺組地層中賦存的層狀銅鉛鋅礦體受后期斑巖體巖漿活動的疊加改造影響；似層狀銅鉛鋅礦體的稀土元素分布特征反映出該類礦體具有一定的海底火山噴流沉積特性，礦質、流體可能主要源于當時的海底噴流熱液。

(a) 微量元素蛛網圖；(b) 稀土元素配分模式

3.1.3 硫同位素對成礦物質來源的指示

285件硫化物(其中，273件來自文獻[19, 20]，12件來自本次測試)的硫同位素研究結果表明：盡管礦床中不同類型礦體及礦體內不同礦物的δ34SV-CDT較接近，分布范圍均較集中(主要集中于?2.00×10?3~ 2.00×10?3)，具顯著的塔式分布規律，見圖3，反映了礦區不同礦體間具有較一致的硫源，且硫源較單一，但是似層狀銅鉛鋅礦體與斑巖型和矽卡巖型礦體具有不同硫化物形成機制；似層狀銅鉛鋅礦體成礦熱液δ34S∑S≈ ?0.86×10?3，斑巖礦體成礦熱液δ34S∑S≈ 1.16×10?3，矽卡巖型礦體成礦熱液δ34S∑S≈ 0.45×10?3，因此，其可能分別由不同時期的熱液所形成；似層狀銅鉛鋅礦體成礦熱液顯示出以深源硫和生物源硫雙重作用的特征，說明該類礦體的形成可能與海底火山?熱液活動有關；斑巖型和矽卡巖型礦體成礦熱液顯示出巖漿硫的特性，說明這2類礦體的硫可能主要來自于斑巖體相關的深部巖漿。

(a) 地層與矽卡巖；(b) 似層狀銅鉛鋅硫礦體；(c) 斑巖體；(d) 不明產狀金屬礦體

3.1.4 鉛同位素對成礦物質來源的指示

對104件金屬硫化物[8, 14, 16, 19, 21]鉛同位素組成(206Pb)/(204Pb)，(207Pb)/(204Pb)和(208Pb)/(204Pb)進行分析(為質量分數)，發現除(208Pb)/(204Pb)極差較大外，其余極差值均在2.59之內，反映其鉛同位素組成有一定變化，但相對穩定，具有單階段鉛演化特性。(207Pb)/(204Pb)與(206Pb)/(204Pb)關系曲線見圖4。從圖4可見：礦物鉛同位素投影點基本均落入正常鉛分布范圍內。

圖4 大寶山多金屬礦床鉛同位素w(207Pb)/w(204Pb)與w(206Pb)/w(204Pb)的關系

礦床鉛的來源較復雜，但主要源于上地殼，少量鉛具深源特性，且礦床鉛受區域造山?巖漿活動影響明顯。結合區域成礦地質條件，在泥盆紀，區域在加里東構造運動中形成殼體斷裂，局部仍不穩定而發生活化，并可能伴隨著海底火山活動的發生；海底火山作用導致地幔物質上涌，而與地殼物質發生混合，甚至沿著斷裂通道直接噴入海底，從而將深源鉛帶入淺部[21]。

3.2 成礦流體來源

氫和氧同位素研究分析結果表明：與花崗閃長斑巖體有關的成礦熱液δ18OH2O變化范圍為9.76×10?3~ 10.27×10?3，δDH2O為?56.10×10?3，而與次英安斑巖體有關的成礦熱液δ18OH2O變化范圍為0.26×10?3~ 7.51×10?3，與表中斑巖體巖漿水(次英安斑巖與花崗閃長斑巖體δ18OH2O分別為11.23×10?3和9.76×10?3~ 7.51×10?3)，當時大氣降水組成(δ18O為?5×10?3左右)[22]相比，大體上反映與斑巖體有關礦體的成礦熱液主要來自于與斑巖體相關的巖漿水，可能有大氣降水混入[22]。斑巖體侵入作用密切相關的斑巖型鎢鉬礦體和矽卡巖型鎢鉬礦體的成礦流體具有與斑巖體相關的巖漿水源或巖漿水與少量大氣降水混合源特征；似層狀銅礦體與鉛鋅礦體的成礦流體不盡相同，銅礦體的成礦流體主要為地下熱鹵水或熱鹵水與少量海水混合而成，而鉛鋅礦體的成礦流體具“巖漿水”特征，成礦流體可能直接來自于海底火山氣液，或者來自于海底火山活動后期水巖較小時水巖交換作用產生的循環流體；3件菱鐵礦樣品的δ13C為?6.02×10?3~?8.05× 10?3，δ18O為?4.65×10?3~?8.51×10?3，表明薄層狀菱鐵礦體成礦流體與似層狀銅礦體的成礦流體來源特征較相似，以海底噴氣作用形成的熱鹵水為主。

4 成礦模式討論

大寶山多金屬礦床經歷了復雜的成礦過程。主要包括以下幾個階段。

1) 沉積階段。古生代，該區域處于華夏古陸邊緣的斷陷盆地內，沉積了巨厚的(復理石)碎屑巖建造。在志留紀末，強烈的加里東運動使區域地槽構造層全面褶皺回返隆起成陸，同時，形成一系列以EW和NE向為主體的區域性深大斷裂，并伴隨中酸性巖漿侵入，這些深大斷裂在隨后很長的一段時間內持續活動，為含礦流體的上升提供了通道。在中泥盆世早期，本區在海侵作用下形成半局限淺海盆地，雪山幛地區水下隆起的海蝕作用和海解作用使得該區富集了大量的成礦元素[11]；期間，多期次海底火山噴發和沿斷裂上涌的海底熱鹵水帶來了大量的成礦元素和有機質[11,14?15]。

2) 成巖階段。在成巖初期，中低溫、豐富硫源(高硫逸度S2)和低氧逸度(O2)等綜合環境下，受成礦物源及溫度控制，形成的礦物組明顯呈現分帶，且具同生沉積特征的多金屬銅鉛鋅硫化物初始礦胚層或礦體，作為東崗嶺組下亞組的一部分沉積下來[13]。至中泥盆世后期，一方面，古海底火山噴發達到了短暫高潮，噴發出大量富含鐵質的火山碎屑物質及CO2噴氣，CO2大量溶于水中，促使鐵質溶解形成可溶的Fe(HCO3)2；另一方面，隨區域海侵進一步擴大，區內藻類繁盛，有機質富集，致使環境Eh降低，創造了利于Fe(HCO3)2形成所需的條件；在溫度下降、壓力降低以及其他物理和化學條件改變的情況下發生分解，形成FeCO3，并與海相火山碎屑物質、泥砂質一同沉積，形成與東崗嶺組上亞組產狀一致并有協調的褶曲同步特征的菱鐵礦初始礦(胚)體[10,19]。

3) 礦化和熱液改造階段。在晚泥盆世至燕山運動早期，受區域構造運動，產生了一系列NE和NNE向斷裂及大寶山向斜，同時可能伴隨著強烈的層間破碎發生，上覆地層產生的地溫梯度及構造應力促使層間水和循環水升溫，形成高溫鹵水，在一定程度上促使地層中的金屬元素活化、遷移，形成富金屬的熱液，對早期形成的似層狀銅鉛鋅和菱鐵礦(胚)體進行了疊加改造[6,10?11]。在燕山期，區域在以近EW向壓應力為主的構造應力場作用下，形成了以基底塊斷為基礎，上、下同時擴展的塊斷體系。在早侏羅世中后期，少量深源物質部分熔融，沿區域構造軟弱帶上侵，并導致構造軟弱帶兩側陸殼物質增溫、軟化而大面積重熔，從而形成以陸殼重熔物質為主且具殼幔混合特性的中酸性斑巖巖漿體；巖漿體沿區內NNW及NE向斷裂構造減壓上侵噴溢，形成區內的次英安斑巖墻，為區域帶來了大量的Cu，Mo和W等成礦元素；富含Cu，Mo和W等元素的巖漿熱液，在次英安斑巖體內、外接觸帶形成斑巖型和矽卡巖型鎢、鉬、銅礦，同時，沿圍巖地層及早期形成的銅、鉛、鋅及菱鐵礦(胚)體等的層間薄弱部位貫入[16,19,21]，形成以脈狀為主的鎢、鉬、鐵銅礦體，部分揮發分和熱量可能使原礦(胚)體發生活化轉移，穿插層狀礦體，使得礦體再次富集。中侏羅世早期與次英安斑巖體具同源型，但演化程度更高的中酸性巖漿再次受區內NNW及NE向斷裂控制而上侵，形成穿插于次英安斑巖體，以巖珠狀產出的淺成和超淺成的花崗閃長斑巖體，一方面在花崗閃長斑巖體的內、外接觸帶形成大量的斑巖型和矽卡巖型鎢、鉬礦體[17,23]；另一方面，同樣對前面所形成的多金屬礦體進行了疊加改造[8?9]。大寶山多金屬礦床成礦過程如圖5所示。

1—古老結晶基底；2—砂巖、砂礫巖；3—灰巖；4—頁巖；5—深源熔融物質；6—殼幔混源巖漿；7—次英安斑巖；8—花崗閃長斑巖；9—似層狀多金屬礦(紅色端以銅鐵為主，紫色端以鉛鋅為主)；10—薄層菱鐵礦；11—矽卡巖型鎢鉬礦；l2—斑巖型鎢鉬礦；13—斷裂構造；14—脈狀銅鉛鋅礦體；15—透閃?陽起石化；16—硅化、綠泥石化；17—矽卡巖化；18—礦質、流體流動方向

至此，本區原生礦體的形成過程基本完成。

4) 表生氧化階段。在隨后的地質歷史演化過程中，原生礦體(銅鉛鋅硫多金屬礦體、菱薄層狀菱鐵礦體) 受到剝蝕而露地表，在地表或近地表條件下，經風化淋濾形成以褐鐵礦等為主的鐵帽。

5 結論

1) 大寶山多金屬礦床礦化在時間和空間分布上具有明顯的分帶規律，礦化具有多期次多階段性。

2) 大寶山多金屬礦床中礦化元素來源廣泛，包括地層、次英安斑巖和花崗閃長斑巖。斑巖和矽卡巖礦體中的硫主要來自與斑巖相關的深部巖漿；鉛主要來源于上地殼，成礦流體為巖漿水和大氣降水的混合來源。似層狀銅礦體和鉛鋅礦體的成礦物質來自于海底噴流，而成礦流體來源明顯不同。

3) 從整體來說，大寶山多金屬礦床為一沉積加后期巖漿熱液改造的大型多金屬礦床。

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Ore-forming model of Dabaoashan poly-metal deposit in Guangdong Province

DAI Tagen1, 2, YIN Xuelang1, 2, ZHANG Dexian1, 2

(1. Key Laboratory of Nonferrous Metal Metallogenic Prediction of Ministry of Education, Central South University, Changsha 410083, China;2. School of Geosciences and Info-Physics, Central South University, Changsha 410083, China)

Dabaoshan Pb-Zn deposit, one of the important poly-metal deposits in North Guangdong Province, is situated in the central part of Nanling orogenic belt. The ore-forming model of Dabaoshan deposit was built based on the study of the formation process. The mineralization elements are intimately associated with secondary dacite-porphyry and granite-diorite-porphyry bodies. Characteristics of trace elements and REE show that skarn type orebody is closely related to granite-diorite-porphyry, but stratoid Cu-Pb-Zn is principally derived from sea floor fluid, and the layer siderite has close genetic relation to Dongganling formation and is overprinted by granite porphyry. Surfur isotope's study shows that the surfur of stratoid Cu-Cu-Zn comes from the sea floor hydrothermal system, and surfur of porphyry and skarn type ore are chiefly originated from deep-seated magma sources, which is generated from porphyry. Lead isotope’s study implies that lead is predominantly from upper crust but mixes with deep sources lead. The fluid of porphyry and skarn type orebody characterized by magmatic and minor meteoric waters is evidenced by hydrogen and oxygen isotopes.The fluids of stratoid Cu orebody and lead-zinc orebody are derived from various sources, and the fluids of layer siderite orebody are predominated by hot brine formed by submarine exhalation.

Dabaoshan poly-metal deposit; ore-forming matters; rare earth element (REE); trace element; mineralization element; fluids; ore-forming model

10.11817/j.issn.1672-7207.2015.07.042

P61

A

1672?7207(2015)07?2693?08

2014?07?12；

2014?09?22

大陸構造與動力學國家重點實驗室開放基金資助項目(K201405) (Project(K201405) supported by the Open Foundation of State Key Laboratory of Continental Tectonics and Dynamics)

戴塔根，博士，教授，從事找礦預測研究；E-mail: dtg@csu.edu.cn

(編輯 陳燦華)