东秦岭水洞岭块状硫化物型铜锌矿床特征及成矿模式

方荣张生奇杨华

摘要： 水洞岭矿床属秦岭- 大别山碰撞带东秦岭构造亚带，该矿床产于下古生界二郎坪群酸性火山岩内，并受水洞岭复向斜东北翼控制。矿床矿体赋存在石英角斑凝灰岩中，呈似层状、透镜状产出，与地层产状一致。通过对矿床地质特征、主要控矿因素及矿化富集规律等方面的研究，进一步总结其成矿机制，建立水洞岭块状硫化物型铜锌矿床的成矿模式。

关键词： 块状硫化物；铜锌矿床；控矿因素；富集规律；成矿模式；水洞岭；河南

Abstract: combining deposit of qinling mountain ridge dabie collision zones east qinling structure and belt, the deposits in lower palaeozoic era ErLang ping group of acid volcanic inside, and by combining complex from the ridge northeast wing control. Deposit orebodies occur in quartz Angle spot tuff, like a layer, lens shape output, and formation form in agreement. Through to the ore deposit geology characteristics, the main ore-control factors and mineralization enrichment regularity of research, further to sum up the ore-forming mechanism, establish a massive sulfide type copper tailrace ridge constitution of the bed metallogenic model.

Keywords: massive sulfide; Copper zinc ore bed; Ore-controlling factors; Enrichment regularity; Metallogenic model; The tailrace ridge; henan

中图分类号：O741+.2文献标识码：A 文章编号：

水洞岭矿床位于秦岭- 大别山碰撞带东秦岭构造亚带，是河南省有色金属地质矿产局第三地质大队于1992年发现并提交的中型块状硫化物型铜型矿床。矿床成矿环境为秦岭陆块和古洋块碰撞而形成的火山岛弧区。区内二郎坪群海相火山岩是秦岭碰撞带发育较好的一套似蛇绿岩建造，分布于瓦穴子- 乔端断裂和朱阳关- 夏馆大断裂之间，形成一个规模较大的断陷带，带内火山岩主体由火神庙组(大别山区为刘山岩组) 喷溢相的变细碧岩、变细碧凝灰岩及变石英角斑岩组成。目前，在二郎坪海相火山岩内已发现了水洞岭、大河、阴沟、大青沟、桑树坪和西庄河等铜锌矿床点。通过研究总结水洞岭块状硫化物矿床特征、主要控矿因素及矿化富集规律，进一步研究其成矿机制，建立成矿模式，有利于在该区域内寻找块状硫化物型矿床。

1 区域地质背景

水洞岭矿床所处大地构造位置隶属秦岭- 大别碰撞带东秦岭构造亚带。该区域在青白口纪以前为古海洋环境，从青白口纪开始，洋壳开始向秦岭- 大别地块俯冲，发生了形成秦岭- 大别碰撞带的第一次重要的构造作用。三叠纪晚期，秦岭- 大别碰撞带最后完成碰撞、拼合。碰撞带内及其两侧的边缘残余海完全消失，区内除在秦岭商丹- 商南- 信阳- 舒城出露一套完整的蛇绿岩套外，还分布着大量岩浆岩和变质岩。在后期中朝板块和扬子板块的共同作用下，在秦岭地块边缘形成了一系列的火山岛弧区，此区是寻找块状硫化物矿床的重要区域（图1）。

图1 北秦岭区域地质简图及主要矿床分布图（据张智慧，2008）

1- 第四系2- 古近系砂砾岩3- 上白垩统陆相沉积岩和火山岩4- 侏罗系石英砂岩5- 三叠系陆相砂页岩6- 泥盆系二云石英片岩和斜长角闪片岩7- 二郎坪群片岩、细碧- 角斑岩及大理岩8- 中晚元古元代宽坪群二云片石英片岩和角闪片岩9-元古代陶湾群大理岩和绢云石英片岩10- 中元古代陡岭群大理岩和片麻岩11- 早元古代白云大理岩、含石墨大理岩与斜长片麻岩12- 晚太古代变质岩13- 燕山期花岗岩类14- 海西期花岗岩15- 加里东期花岗岩与石英闪长岩16- 断层17- 金矿床18- 铜锌矿床19- 银多金属矿床20- 铜钼矿床

2 矿区地质特征

2.1 地层

水洞岭矿区内出露地层主要为二郎坪群火神庙组海相火山沉积岩。其岩性为细碧质熔岩、角斑岩、石英角斑岩及相应的凝灰岩，局部地方可见含角砾的角斑质- 石英角斑质凝灰岩，以及热水沉积硅质岩、重晶石硅质岩、硅质重晶石岩、重晶石岩等，同时区内还具有次火山岩石英钠长斑岩、钠长斑岩、辉绿玢岩等分布。

2.2 构造

矿区内构造形迹比较复杂，地层总体走向为一向SE 凸出、向NW 撤开的弧形，矿区则位于青山复式向斜转折端仰起部位，南翼为正常层序，北翼倒转。与成矿有关的构造主要有三类。第一类为加里东期古火山构造，由于地壳的强烈拉伸作用，在区内出现大量古火山活动中心及古火山构造，常见的古火山构造有火山穹隆和火山洼地；第二类为控矿的紧闭倒转褶皱构造，由于受印支期近南北向强烈挤压作用的改造，本区加里东期古火山地层常出现近东西走向的紧闭倒转褶皱及柔流褶皱；第三类为成矿期后破坏矿体连续性的各类断裂构造。

2.3 岩浆岩

矿区内岩浆活动频繁，主要为加里东期黑云母花岗岩体（K－Ar法，卢欣祥等），是五朵山花岗岩体的一部分，呈岩基产于矿区南部，与火神庙组地层呈侵入接触，沿接触带见有硅化、绿帘石化、绿泥石化等。另外还有少量的石英钠长斑岩、钠长斑岩、辉绿玢岩（图2）。

图2 水洞岭矿区地质简图（据张瑜麟，1998；张智慧，2008）

Q - 第四系KkS- 石英角斑岩Kk t- 石英角斑凝灰岩KkSB- 含角砾石英角斑岩kS- 角斑岩k t- 角斑凝灰岩kSB- 含火山角砾角斑岩k tB- 含火山角砾角斑凝灰岩BL- 细碧岩BLt-细碧凝灰岩BLB- 含火山角砾细碧岩Si2- 碳硅质板岩千枚岩互层C24- 花岗岩A<- 钠长斑岩1- 铜锌矿体2- 地质界线3- 断层4- 火山喷流中心5- 隐伏矿体

2.4 变质作用

火山岩变质程度较低，仅达到绿片岩相及低角闪岩相区域变质作用。基性火山岩类(如细碧岩、细碧凝灰岩)多出现绿片岩相区域变质作用，岩石变质为绿泥片岩类。酸性火山岩多出现角闪岩相区域变质作用，岩石变质为绢云片岩和绢云石英片岩等。区域变质作用对块状硫化物矿床的形成具有重要意义，是成矿作用不可缺少的一部分。

3.1矿体特征

水洞岭矿区由桑树坪矿段、水洞岭矿段、红石崖矿段组成。桑树坪矿段位于矿区南部桑树坪、曾家庄、小簸萁沟一带。红石崖矿段位于矿区东南部红石崖－带。

在水洞岭矿段共发现七个铜锌矿体，编号分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ号矿体。这些矿体均赋存于酸性的石英角斑岩和石英角斑凝灰岩中，矿体产状较严格受火山岩地层产状控制，与地层产状一致，形成一向南东突起的弧形分布。严格受区内层间次级断裂控制。主要矿体特征见表1。

表1矿体特征一览表

注：据河南省地矿厅区域地质调查队、河南省有色地质勘查局第三队、河南省有色金属地质勘查总院，河南省南召县水洞岭铜锌矿区详查报告及水洞岭矿段成矿规律及深部预测研究，1997、2004。

通过研究分析，发现Ⅴ号及Ⅳ号两个矿体受向形褶皱制约，实际上可能是同一条矿体，Ⅴ号矿体出现于向形构造的南翼，Ⅳ号矿体出现于向形构造的北翼，而在向形褶皱转折端出现富矿体。新Ⅴ号矿体包括原来的Ⅴ号及Ⅳ号两个矿体，新Ⅴ号矿体（图4、5）是本矿区规模最大的一条铜锌矿体，也是矿石开采的主要对象。

图4Ⅴ号矿体特征

图5中深部坑道中矿体内部的褶曲作用使矿体变富

该矿体在向形构造南翼常可形成较大的富矿体和富矿段，而向形构造北翼铜锌矿化稍差，在褶皱构造转折端处也可形成较大较富的矿体。由于强烈褶皱变形，该矿体被拉断成许多不同的小透镜体，每个小透镜体实际上变为一个富矿体。但从总体上说，它们还是同一矿层，产出基本受同一套火山岩层制约。该矿层中单个铜锌矿体最长可达50 m以上，厚可达8～10 m。在褶皱转折端处出现的矿体常成“月牙状”，中央厚可达6～7 m，两侧逐渐变薄。

3.2 矿石类型及物质组成

根据岩石类型、蚀变特征及结构构造将矿石类型划分为两种：细脉浸染状矿石和致密团块状矿石。细脉浸染状矿石：金属矿物有闪锌矿、方铅矿、黄铜矿、黄铁矿等，呈细脉状、细粒星点状分布于重晶石化硅化石英角斑凝灰岩中。分布于地表、浅部及中深部致密团块状矿石两侧，品位相对较低。致密团块状矿石：表现为闪锌矿化、黄铜矿化、黄铁矿化，是矿区主要矿石类型，品位较富，分布于中深部，多伴生有金、银。

依据矿石中的主要矿物成份划分工业类型，主要有氧化矿石、原生矿石两种。氧化矿石：分布于矿体的地表浅部，孔雀石、铜、褐铁矿为主要特征，褐铁矿呈黄褐色，流失后呈蜂窝状，多系黄铁矿氧化后产物，多为低品位贫矿石；原生矿石：分布于距地表40m以下的各种类型矿石，品位较富。

矿石的矿物成份比较简单，矿石矿物主要有闪锌矿、黄铜矿、斑铜矿、方铅矿、黄铁矿等；脉石矿物主要有重晶石、石英、绢云母及少量的黑云母、角闪石等。根据岩矿鉴定结果，矿物的共生组合主要有四种：

a、黄铜矿－闪锌矿－黄铁矿－重晶石；

b、闪锌矿－方铅矿－重晶石；

c、黄铜矿－黄铁矿－石英－绢云母；

d、黄铜矿－闪锌矿、方铅矿－黄铁矿－石英－绢云母。

根据矿石中不同金属矿物之间的交代、溶蚀、穿插及共生组合关系，可以大致确定本区铜锌矿石中金属矿物的生成顺序为：黄铁矿→黄铁矿、黄铜矿→黄铜矿→闪锌矿、方铅矿→黄铁矿。

3.3 矿石结构构造

镜下鉴定矿石结构为黄铁矿大多呈自形粒状， 粒度大小不一，小的仅0.07mm ，大的可达6mm ，黄铜矿、闪锌矿等往往呈他形粒状、长条脉状等。在其相互关系中可见乳浊状结构(黄铜矿呈微粒细小乳滴分泌物弱定向分布于闪锌矿中)、溶浊结构等。自形—它形粒状结构、碎裂压碎结构、填隙结构、包裹结构、交代熔蚀结构、交代残余结构等。

矿石构造，主要有（1）块状构造：由闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿、方铅矿等金属矿物组成，含量约在50% 以上，主要含矿岩石为硅质重晶石，凝灰质重晶石岩，重晶石岩等。（2）浸染状- 条带状构造：金属矿物以黄铁矿为主，而黄铜矿、闪锌矿(方铅矿) 相对较少，浸染状矿石中黄铜矿、闪锌矿均< 1% ，条带状矿含量稍高一些，主要矿体围岩为绿泥绢云母石英片岩及部分重晶石硅质岩、硅质重晶石岩、绢云石英残斑片岩等。（3）细脉状- 脉状构造：金属矿物以黄铁矿为主，其次为闪锌矿，而黄铜矿、方铅矿相对较少，伴随矿化的蚀变作用是硅化、绢云母化、重晶石化、绿泥石化等，主要沿岩石片理，部分切割片理充填交代，其含矿岩性比较复杂，包括硅质岩、石英重晶石岩、残斑片岩。另外，矿石构造还有少量表现为浸染条带状构造、层纹条带状构造、不等粒（级）递变层理构造、柔皱构造等。

4 主要控矿因素及矿化富集规律

4.1 主要控矿因素

水洞岭矿区块状硫化物矿床的形成主要受以下因素控制：

（1）古火山构造

水洞岭矿区铜锌矿床的形成是加里东期弧后盆地演化过程中，大规模酸性火山岩浆海底喷发的晚期，由于区域性的构造变动，海底断裂构造发育，从而使海底火山中心附近火山热液活动强烈，大量含矿热液涌入海底于有利的构造部位沉积，形成块状硫化物铜锌矿床。因此，在这个过程中古火山构造是主要的控制因素，其决定了该矿床产出的基本特点。

（2）褶皱构造（包括褶皱变形过程中出现的揉皱构造）

在印支期南北向构造挤压作用下，区内火山岩系发生强烈变质变形改造。这种强烈的变质变形改造对块状硫化物矿床成矿是至关重要的。据研究，变质变形改造对形成块状硫化物铜锌矿床的重要作用主要表现在两方面：①变质变形改造可以使最初形成的铜、铅、锌相对较贫的块状硫化物矿层中主要成矿元素进一步富集，从而具有工业意义而成为商品矿。②变质变形改造使原始层状的铜锌矿层拉断成不同的透镜体，并就位于褶皱构造的不同部位，从而使得该矿床矿体产出表现出受褶皱构造控制的显著特点。

（3）断裂构造

本区矿床的基本特征是成层状产出，且分布受火山岩地层控制，所以，断裂构造的控矿作用主要变现在对矿床产出的影响。成矿期后断裂构造对铜锌矿体连续性造成破坏，不仅可以错断铜锌矿体，也可以使其产生较大位移。

4.2 矿化富集规律

（1）褶皱构造控矿规律

水洞岭矿区铜锌矿体产出受褶皱构造控制的矿化富集特点十分明显，具体表现为：

①矿体呈透镜状、豆夹状产出于褶皱构造翼部，尤其是当褶皱翼部出现由于火山岩层塑性变形形成的揉皱构造时，常具体控制品位较富的工业矿体产出。

②工业矿体常赋存于褶皱构造的核部及转折端，尤其是向形构造的核部及转折端更易于成矿。从构造地质学的角度来看，褶皱构造的核部及转折端常为构造虚脱空间，因而有利于成矿。

（2）古火山构造控矿规律

古火山构造影响矿体的空间产出与分布。在大多数情况下，原始沉积的铜锌矿层主要产于古火山穹隆构造的斜坡及边缘洼地内。水洞岭矿区火山角砾岩、火山集块岩主要出现地带初步推断可能存在一古火山穹隆构造，控制着矿区内铜锌矿体的产出及分布特点。

5 成矿机制及成矿模式

5.1成矿机制

（1）矿床产出特征

①矿体的分布与区域内细碧角斑岩系连续分异型火山岩建造的酸性岩石组合及火山期后喷流沉积岩有关，矿体赋存在石英角斑凝灰岩及硅质岩、重晶石岩中，含矿岩石组合为石英角斑凝灰岩-硅质岩-重晶石岩，具有特定的层位和特有的火山沉积岩石组合。

②矿石具有明显的火山-喷流沉积构造特征，如沉积的浸染条带状、层纹条带状及由分选作用形成的不等粒（级）递变层理构造、挤压变形的柔皱构造等。

（2）同位素特征

①硫同位素

水洞岭矿区矿石硫同位素及其他块状硫化物矿床硫同位素组成，与黑矿型矿床硫同位素分布范围有一定的相似性(图6)，水洞岭矿区硫化物的δ34S变化范围为-2‰～+7‰，峰值区为1‰～5‰；黑矿δ34S范围为-6‰～+9‰，峰值区为2‰～7‰[3]，最后估算出δ34SΣS= 1.13‰， 体系总硫接近于零值，反映硫为深源来源(包括火山岩)。而硫酸盐的δ34S为18.4‰，该重晶岩的δ34S (平均值)与硫化物平均值的差值为15.43‰，属于Sangster(1976)研究的寒武-奥陶纪海水硫酸盐与硫化物δ34S的差值范围(13.9‰～20.5‰)，明显表现为海水来源。