青海牛苦頭礦區兩期成礦系統簡析

吳錦榮，李加多，王新雨，祝新友，王玉往，毛嘉俊，蔡亞偉，劉明，魏發紅

（1.青海鴻鑫礦業有限公司，格爾木 816099；2.北京礦產地質研究院有限責任公司，北京 100012）

0 引言

青海祁漫塔格地區位于東昆侖造山帶中西段（圖1a），目前已成為我國中西部最重要和最具找礦潛力的夕卡巖多金屬成礦帶，引起了學者們的廣泛關注（李世金等,2008;豐成友等,2011;徐國端,2010;張愛奎,2012;高永寶等,2014;于淼,2017;鐘世華,2018;Zhong et al.,2018;王新雨等,2020）。

牛苦頭夕卡巖型鉛鋅多金屬礦位于祁漫塔格成礦帶中東段（圖1b），目前礦區主要有三個探礦權區，分別為M1磁異常區、M4磁異常區和M2磁異常區（以下簡稱為M1、M4和M2）。目前M1、M4磁異常區已探明Pb+Zn儲量（推斷及以上）115 萬t，其中M1磁異常區已投產，M4磁異常區已完成勘探工作，而M2磁異常區處于普查階段。關于牛苦頭鉛鋅礦的成礦時代，部分學者認為牛苦頭礦床與三疊紀花崗質巖石密切相關（賈建團,2013;蔣成伍,2013），但近期的研究結果如李加多等（2019）通過牛苦頭地表大量花崗閃長巖獲得的鋯石U-Pb年齡為394±3 Ma，認為礦區大規模巖漿活動為海西期，而非前人認為的印支期。筆者近年來發現牛苦頭礦區M2磁異常區成礦巖體（二長花崗巖）時代為印支期（鋯石LA-ICP-MS年齡為217±2 Ma）。

圖1 東昆侖地區大地構造簡圖（a）與祁漫塔格地區地質礦產圖（b）（據豐成友等,2012;鐘世華,2018修改）

M2礦段與M1、M4礦段成礦地質體、成礦作用特征標志及成礦規律的對比研究，對于評價M2成礦潛力具有重要的意義。文本以M1、M4典型礦床成礦規律為基礎，對M2磁異常區礦床地質特征、成礦巖體時代、蝕變分帶、礦物組合、成礦階段、夕卡巖類型、成礦構造與成礦結構面進行了詳細的研究，旨在總結M2成礦規律，并對比其與M1、M4成礦特征的異同，進而為評價M2鉛鋅成礦潛力提供理論依據。

1 礦床地質特征

礦區出露地層主要為上奧陶統灘間山群碳酸鹽巖和第四系沉積物（圖2）。上奧陶統灘間山群碳酸鹽巖地層分布廣泛，巖性主要為大理巖夾灰巖和條帶狀灰巖，為一套淺海相碳酸鹽巖沉積建造。礦區的構造以NWW-SEE向構造為主，NE向斷裂次之。NWW向斷裂屬于昆北斷裂的次級斷裂。礦區巖漿巖類型復雜，包括花崗閃長巖、二長花崗巖、鉀長花崗巖、二長花崗斑巖、似斑狀花崗巖、石英閃長巖等。

圖2 牛苦頭礦區地質簡圖（據李加多等,2019;王新雨等,2020）

牛苦頭M1、M4礦段鉛鋅礦床礦體類型主要為夕卡巖型層狀或脈狀礦體，這些礦體主要產于層狀夕卡巖中（圖3a），其中鉛鋅礦的賦礦夕卡巖類型主要為錳鈣鐵輝石黑柱石夕卡巖、錳鈣輝石夕卡巖、石榴子石錳鈣鐵輝石夕卡巖、黑柱石錳鈣輝石夕卡巖以及黑柱石夕卡巖。M2礦段目前已發現的鐵多金屬礦體（共24條），均受單工程或單剖面控制，礦體規模一般較小，且較分散。

M2礦段礦體按礦種主要可分為含鉛鋅硫鐵礦體，含硫鐵鉛鋅礦體。含硫鐵鉛鋅礦體位于00線剖面上部，呈陡傾脈狀（圖3b），嚴格受硅鈣面控制，為熱液型和夕卡巖型兩種成因。含鉛鋅硫鐵礦體為夕卡巖成因，主要表現為硫鐵礦體呈團塊狀、稠密浸染狀分布于鉆孔底部夕卡巖中，整體礦體產狀為脈狀。鉛鋅礦體賦礦夕卡巖類型主要為透閃石-陽起石夕卡巖，磁黃鐵礦-磁鐵礦體賦礦夕卡巖類型主要為透輝石夕卡巖、石榴子石夕卡巖。

圖3 牛苦頭礦區典型礦床剖面地質特征圖

2 M1、M4以及M2磁異常區成礦地質特征對比研究

本次研究發現，M1、M4礦段成礦地質體與M2礦段成礦地質體在巖相學、年代學、地球化學性質上存在明顯差異。

2.1.1 M1、M4礦段成礦地質體

本次研究發現，M1、M4礦段鉆孔底部中細粒二長花崗巖體應為成礦巖體（鋯石U-Pb年齡為365～353 Ma，項目組未發表數據），其證據如下：（1）其隱伏在層狀夕卡巖下部位置，自花崗閃長巖體向外，分帶依次為，鈣鐵榴石-鈣鐵輝石夕卡巖帶、鈣鋁榴石-錳鈣（鐵）輝石夕卡巖帶、陽起石-黑柱石夕卡巖帶、夕卡巖化大理巖、新鮮大理巖（圖3a），礦化分帶則為底部的磁鐵礦化-黃銅礦化帶、中部的磁黃鐵礦化帶、以及頂部的鉛鋅礦化帶，符合夕卡巖型鉛鋅礦床的蝕變礦化分帶特征；（2）底部中細粒二長花崗巖中發育較強的自蝕變，并發育有浸染狀、脈狀閃鋅礦化；（3）高精度磁法異常的分布范圍與中細粒二長花崗巖的分布范圍幾乎吻合。

2.1.2 M2礦段成礦地質體

M2礦段相對于M1、M4礦段，成礦略顯復雜，主要由于M2礦段發育兩期花崗質巖漿作用。00線多個鉆孔（圖略）揭示了深部二長花崗巖和圍巖接觸帶上發育夕卡巖，二長花崗巖局部發生了強烈的夕卡巖化，鉆孔揭露的礦體靠近二長花崗巖位置的鐵含量明顯升高，遠離二長花崗巖則鉛鋅含量升高，這些特點符合夕卡巖型礦床成礦巖體的特征，而北東側和南西側的花崗閃長巖和圍巖接觸并未發生明顯礦化，僅發生硅化，表明其并非成礦巖體，因此推測M2礦段的成礦巖體為二長花崗巖。

2.2 成礦構造與成礦結構面

由于地表大面積覆蓋，揭露信息少，目前未明確較大規模的控礦斷裂構造，雖然NWW向斷裂對成巖有重要的影響和控制，但直接控礦的證據還未發現。

2.2.1 M1、M4礦段成礦構造與成礦結構面

M1、M4礦段對成礦有直接控制作用的斷裂是層間斷裂，斷裂規模很小，主要沿層間尤其是硅鈣面間活動，成礦期的活動在沿硅鈣面附近形成破碎，有利于熱液的流動，進而進一步強烈的沿硅鈣面的成礦。

另一類控礦斷裂為一些相對陡傾的斷層，在M1露天采坑可見，沿這些斷裂發育一些不規則脈狀夕卡巖和脈狀鉛鋅礦體，前人忽視了這類斷層的重要性，除了巖體和圍巖接觸帶上的礦體，遠離接觸帶的硅鈣面上的礦體同樣重要，含礦熱液是如何運移到硅鈣面上并最終成礦的機制值得探討，陡傾斷層很可能提供了含礦熱液的運移通道，斷層中含礦夕卡巖的產出也證實了這點（圖4）。

圖4 M1磁異常區采坑陡傾夕卡巖脈

M1、M4礦段成礦結構面主要為硅鈣面，硅鈣面一側為大理巖，另一側為長英質角巖或巖體頂界面。礦體呈層狀、似層狀賦存于硅鈣面之間。

2.2.2 M2礦段成礦構造與成礦結構面

NWW向斷裂構造在M2地區比較發育，通過M2測區0勘探線多個鉆孔的工作，至少發育兩條規模巨大的NWW向斷裂，傾角為50°～70°，上陡、下部相對緩，呈典型的逆沖斷裂形態。目前斷距還不清楚，從0線的斷裂兩盤推斷，斷距大于500 m。斷裂帶的寬度一般達到數十米，但其主要活動性質為逆沖，兩側不同程度的發育片理化。后期發生滑落即正斷層作用，形成張性角礫巖。

M2地區的NWW向斷層表現為多期活動的特點，受北側NWW斷層影響，北側的海西期花崗閃長巖侵入至灘間山群地層中，而南側NEE向斷層則導致灘間山群地層逆沖至海西期花崗閃長巖之上。NWW向斷層在印支期再次活躍，控制了深部印支期二長花崗巖的侵位，且在北側NWW向斷層破碎帶中也發現了較強烈的礦化蝕變，這在ZK0009、ZK0008孔中皆有發現，快速分析儀（XRF）顯示其中Zn含量可達到1%，證明了該組斷層在M2區對成礦作用的重要性。正是這種兩條斷裂形成了NWW向走向的磁法異常帶，礦化的空間分布與物探異常相對應，呈NWW向展布。

M2礦段成礦結構面也為硅鈣面，主要表現為在一套在沉積巖中由碎屑巖（沉積型或變質型砂巖、粉砂質凝灰巖）與鈣質沉積巖（灰巖、大理巖等）構成的巖石組合。

2.3 成礦作用特征標志

2.3.1 礦物組合

牛苦頭M1、M4礦段，夕卡巖及硫化物礦化均較強（圖5a～c），礦化呈稠密浸染狀或團塊狀，夕卡巖化較強，發育范圍廣。礦石礦物包括磁黃鐵礦、磁鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦，次為黃銅礦、毒砂，主要夕卡巖礦物包括石榴子石、輝石、陽起石、透閃石、黑柱石以及綠簾石等（圖5d～f），其中石榴子石類型主要屬于鈣鐵-鈣鋁榴石系列，輝石類型包括鈣鐵輝石、錳鈣鐵輝石以及錳鈣輝石（圖5a），陽起石類型包括普通陽起石和錳陽起石（圖5c）。

牛苦頭M2礦段，夕卡巖化及礦化相對于M1、M4礦段較弱。礦化多以脈狀，次為團塊狀。夕卡巖化較不均勻，常呈脈狀或浸染狀交代于原巖中（圖5g～l）。礦石礦物包括磁黃鐵礦、磁鐵礦，次為閃鋅礦、方鉛礦。脈石礦物主要包括石榴子石、輝石（圖5g，圖5j），以及少量透閃石、陽起石。石榴子石主要為鈣鋁榴石系列，輝石主要為透輝石系列，陽起石成分主要為普通角閃石。

圖5 牛苦頭礦區典型夕卡巖手標本及鏡下照片

2.3.2 蝕變分帶

整體上，M1礦段自上而下分為：大理巖，濕夕卡巖帶，干夕卡巖帶，角巖帶，花崗巖帶（圖3a）。以M1礦段鉆孔ZK+1401為例，自下而上主要分為花崗巖帶→角巖帶（發育鈣鐵輝石化和石榴子石化）→鈣鐵輝石、石榴子石帶（磁黃鐵礦化、黃銅礦化）→黑柱石、錳鈣鐵輝石（含鉛鋅）→大理巖。以鉆孔ZK0103為例，自下而上則分為花崗巖→角巖→石榴子石、鈣鐵輝石夕卡巖帶→磁黃鐵礦體（鈣鐵輝石化）→錳鈣鐵輝石、黑柱石夕卡巖帶（鉛鋅礦化）→綠簾石夕卡巖→大理巖帶。

以上外夕卡巖蝕變分帶可以進一步分為3個帶：靠近底部巖體的內帶，稍遠離巖體的中帶，遠離巖體的外帶。內帶礦物組合主要為磁鐵礦-磁黃鐵礦-鐵閃鋅礦-黃銅礦，鈣鐵榴石-鈣鐵輝石。中帶礦物組合主要為磁黃鐵礦-鐵閃鋅礦-方鉛礦-黃鐵礦，錳鈣鐵輝石-鈣鋁榴石。外帶礦物組合為棕色閃鋅礦-方鉛礦-黃鐵礦，陽起石-透閃石-黑柱石。

M2礦段相較于M1、M4礦段，夕卡巖化、硫化物礦化強度較弱。但M2礦段自底部二長花崗巖至地層也呈現出了明顯的蝕變礦化分帶（圖3b），如靠近巖體處明顯的磁鐵礦化、磁黃鐵礦化以及共生的透輝石化，遠離巖體的弱石榴子石化、綠簾石化、鉛鋅硫化物礦化。總之，M2礦段也表現出了明顯的夕卡巖礦床的典型蝕變礦化分帶特征。

2.3.3 成礦階段

成礦階段依據各個成礦階段的礦物生成順序而劃分。根據前面對牛苦頭礦區的主要礦石礦物與夕卡巖礦物的總結，可以將M1、M4礦段成礦階段劃分為4個主要的階段：進變質階段（干夕卡巖階段），退變質氧化物階段（濕夕卡巖階段和金屬氧化物階段），金屬硫化物階段，碳酸鹽階段。各個階段形成礦物的特征如圖6。

圖6 牛苦頭礦區M1、M4礦段成礦階段劃分圖

根據前面對牛苦頭礦區的主要礦石礦物與夕卡巖礦物的總結，可以將M2礦段成礦階段劃分為4個主要的階段：進變質階段，退變質氧化物階段，氧化物階段，碳酸鹽階段。各個階段形成礦物的特征如圖7。通過與M1、M4礦段成礦階段的對比可以發現，M2礦段成礦階段中的退變質氧化物階段較弱，尤其是陽起石-透閃石夕卡巖化程度很弱，此外這一階段的特征礦物如黑柱石不發育，磁鐵礦、赤鐵礦等氧化物也十分罕見，說明M2礦段的退變質氧化物階段演化程度相對較弱。

圖7 牛苦頭礦區M2礦段成礦階段劃分圖

3 討論

3.1 祁漫塔格地區兩期夕卡巖型成礦作用

3.1.1 祁漫塔格地區兩期夕卡巖型巖漿作用

祁漫塔格地區巖漿巖主要分為兩期：海西期（410～356 Ma）和印支期（235～196 Ma）（圖8）（豐成友等,2012;高永寶等,2014）。前人研究認為，祁漫塔格地區主成礦期為印支期（高永寶等,2014;劉建楠,2018），例如野馬泉、肯德可克、尕林格等，其礦床成因類型主要為夕卡巖鐵多金屬礦床。近年來，隨著牛苦頭礦區科研工作的進行，筆者發現，牛苦頭礦區可能存在兩期巖漿作用，其中M1、M4 礦段屬于海西期巖漿成礦作用，而M2 礦段屬于印支期成礦作用①。海西期與印支期成礦地質（巖）體在年代學、地球化學性質方面均存在明顯差異性。具體見表1。

圖8 祁漫塔格地區中酸性侵入巖年齡直方圖①（據張愛奎,2012;于淼,2017）

表1 M1、M4礦段成礦花崗閃長巖體與M2礦段成礦二長花崗巖體差異性對比表①

續表

研究成果暗示著祁漫塔格地區存在大規模海西期鉛鋅成礦作用，其與區域上大量存在的印支期鐵多金屬成礦作用可能有所不同。

3.1.2 兩期夕卡巖建造

趙一鳴和林文蔚（1990）將中國夕卡巖分為4種類型：鎂夕卡巖、鈣夕卡巖、錳質夕卡巖和堿質夕卡巖。其中，錳質夕卡巖是趙一鳴等（2013）通過對福建、遼寧等一些夕卡巖鉛鋅銀礦床調研后劃分出來的交代建造。在以往的國外文獻中，它是被當做鈣夕卡巖的一部分。但是由于它與鈣夕卡巖具有不同的特征，常常被作為一個獨立的交代建造來考慮。與鈣質夕卡巖的區別主要在于：它有一套較特殊的鈣錳（鐵）質硅酸鹽礦物組合，包括錳鈣輝石、錳鈣鐵輝石、錳鋁石、薔薇輝石、鈣薔薇輝石、錳三斜輝石、錳黑柱石和錳質硅灰石，還往往疊加一些晚期的錳質熱液交代礦物，如錳陽起石、紅簾石、菱錳礦、錳綠泥石等。這與鈣夕卡巖主要由透輝石-鈣鐵輝石系列單斜輝石、鈣鐵-鈣鋁榴石系列石榴子石、硅灰石、符山石、方柱石等礦物組成有明顯的區別。

牛苦頭M1、M4礦段輝石成分以鈣錳輝石、鈣鐵輝石為主，含少量透輝石。黑柱石不屬于一般的普通黑柱石，其中M1黑柱石MnO含量3.76%～13.27%，M4黑柱石MnO含量1.78%～8.66%，Mn含量明顯高于一般的黑柱石，屬于典型的錳黑柱石（王新雨等,2020）。鑒于牛苦頭M1、M4礦段發育典型的錳鈣輝石、錳鈣鐵輝石和錳黑柱石，與錳質夕卡巖的礦物組合基本一致，這些表明M1、M4礦段夕卡巖屬于典型的錳夕卡巖。

而M2礦段石榴子石以鈣鋁榴石為主，單斜輝石以透輝石為主，陽起石屬于普通陽起石。這說明M2礦段屬于鈣質夕卡巖建造。

大量的研究表明，祁漫塔格地區主要發育2種類型的夕卡巖，即鈣夕卡巖和錳質夕卡巖；鈣夕卡巖主要形成鐵多金屬礦床和銅多金屬礦床，而錳質夕卡巖主要構成鉛鋅（銀）礦床（豐成友等,2011;馬圣鈔等,2013;趙一鳴等,2013;于淼等,2016）。不僅如此，世界上其他地區的夕卡巖也有類似的特點。

另外，將牛苦頭M1、M4礦段夕卡巖中的輝石與祁漫塔格地區典型夕卡巖鐵礦床（野馬泉）、夕卡巖型銅礦礦床（卡爾卻卡）、夕卡巖型鉛鋅礦床（維寶、四角羊）中的輝石對比后發現，它們與夕卡巖銅礦中的鉛鋅礦幾乎落入統一范圍內（圖9a）。這些特征均表明，牛苦頭M1、M4礦段具備鉛鋅礦化的條件。而M2礦段與夕卡巖型鐵礦床幾乎一致，說明牛苦頭M2礦段可能具備鐵多金屬礦化的潛力（圖9b）。

圖9 祁漫塔格地區單斜輝石（a）與石榴子石（b）三元圖解（底部據Meinert,2005;數據引自王新雨等,2020）

3.2 牛苦頭礦區兩期成礦系統

通過對比研究分析發現，牛苦頭M1、M4礦段夕卡巖與M2礦段夕卡巖產狀、成分均存在明顯差異，見表2。

表2 M1、M4與M2礦段夕卡巖礦物、閃鋅礦差異性對比表

由表2可知，M1、M4礦段夕卡巖化較強，夕卡巖礦物成分也指示了鉛鋅礦成礦的專屬性。而M2礦段夕卡巖礦化較弱，夕卡巖礦物組分指示了夕卡巖遠端的特征。同時兩期不同的成礦地質體暗示著M1、M4礦段與M2礦段可能為兩期不同的成礦系統，其中M1、M4礦段對應于海西期鉛鋅多金屬成礦系統，而M2礦段對應印支期鐵多金屬成礦系統兩期成礦系統分別對應了兩期成礦模式，其中M1、M4礦段成礦巖體分別為海西期花崗閃長巖，成礦結構面為大理巖和角巖（或粉砂巖）之間的硅鈣面，成礦構造為硅鈣面之間的層間斷裂，成礦作用特征標志為一套錳質夕卡巖建造組合；M2礦段成礦巖體為印支期二長花崗巖，成礦結構面為粉砂巖與大理巖之間的硅鈣面，成礦構造為NWW向F1和F2斷裂，成礦作用特征標志為一套鈣質夕卡巖建造組合。綜合對比研究發現，M2礦段夕卡巖礦物Pb、Zn成礦專屬性指示較弱，這也暗示著M2礦區可能不具備大規模鉛鋅礦化的地質條件。

3.3 M2礦段潛力評價

上文中已詳細比較了M2礦段與M1、M4礦段成礦地質條件的不同，發現了兩個成礦系統之間存在的截然差異性。然而通過區域印支期鐵成礦地質條件對比研究發現，M2礦段成礦地質條件與野馬泉M4、M5以及尕林格Ⅱ礦群存在相似性。如賦礦圍巖均為灘間山群大理巖段，成礦時代均位于印支晚期（219～212 Ma），成礦地質體均為I型花崗巖，具有相似的地球化學性質。這些暗示著M2礦段可能具備夕卡巖型鐵多金屬礦成礦地質條件，而不具有較好的鉛鋅成礦潛力。

圖10 牛苦頭礦區兩期成礦系統成礦模式簡圖①

4 結論

（1）牛苦頭礦區存在兩期巖漿作用及其相關的夕卡巖型成礦作用，海西期巖漿成礦作用對應M1、M4礦段夕卡巖鉛鋅成礦作用，而印支期巖漿成礦作用對應M2礦段夕卡巖型鐵多金屬成礦作用。

（2）根據成礦時代、成礦巖體性質、成礦構造與成礦結構面以及成礦作用特征標志，初步將牛苦頭礦區分為兩個成礦系統，其中M1、M4 礦段對應海西期成礦系統，而M2礦段對應印支期成礦系統。

（3）研究發現，M2礦段可能有利于鐵夕卡巖型多金屬成礦，其鉛鋅找礦前景不如M1、M4礦段。

注 釋

①王新雨.2020.青海牛苦頭礦區兩期夕卡巖型鉛鋅成作用與成礦預測[R].博士后出站報告,1-174.

致謝青海鴻鑫礦業礦產資源部郭天軍在資料獲取及野外取樣方面給予了強有力的幫助和支持，北京礦產地質研究院有限責任公司牛苦頭項目團隊在高寒、高原地區同甘共苦、無私互助。