广东凡口铅锌矿成因探讨

蔡锦辉，罗俊华，徐遂勤，刘慎波，陈尚周

（1.武汉地质矿产研究所，武汉 430205；2.河南省地矿局第一地质勘查院，河南南阳 473056；3.广东省凡口铅锌矿，广东韶关 512325）

广东凡口铅锌矿成因探讨

蔡锦辉1，罗俊华1，徐遂勤2，刘慎波3，陈尚周3

（1.武汉地质矿产研究所，武汉 430205；2.河南省地矿局第一地质勘查院，河南南阳 473056；3.广东省凡口铅锌矿，广东韶关 512325）

广东凡口铅锌矿赋存于晚古生代碳酸盐地层中，矿体严格受NNE向断裂及其次级构造控制。矿物流体包裹体均一温度范围115～300℃，平均温度为189℃。矿物爆裂温度155～330℃，众数值220～280℃。矿物δ34S值总体上有δ34SPy＞δ34SSp＞δ34SGn的趋势；依据硫同位素矿物对样品获得的硫同位素平衡分馏温度介于105～334℃，主要集中于150～250℃范围内，属于典型的中温热液。氢氧同位素资料显示成矿流体来源跨越岩浆、变质和地下热卤水氢氧同位素组成范围。本文依据前人和本次危机矿山综合研究项目研究成果，得出矿床成因应属与深部岩浆活动有关的中-低温热液矿床。

地质特征；同位素组成；成因探讨；广东凡口铅锌矿

1 成矿地质背景

1.1 地层

凡口矿区位于粤北曲仁上古生界断陷盆地北缘[1～2]，出露地层以晚古生代地层为主；寒武系八村群（Єbc）分布于矿区的西北角，与泥盆系桂头组（D1-2gt）呈角度不整合接触，岩石为一套板岩化巨厚浊积岩（砂岩、粉砂岩、页岩），由于多次受构造运动影响，岩层褶皱强烈，倾向变化大，倾角较陡。

铅锌矿体分布于中泥盆统东岗岭组（D2d）至中上石炭统壶天群（C2+3ht）底部地层中，主要含矿地层为泥盆系，次为石炭系。其中整个泥盆系是一个完整的沉积旋回，岩性则由碎屑岩到碳酸盐岩再到碎屑岩。而沉积环境从氧化、酸性到弱还原、弱碱性再到氧化、酸性。其中中部东岗岭组上段和天子岭组下段、中段是形成矿源层的有利层位，也是本区矿体的主要赋存部位。

1.2 构造

区内构造以断裂为主，褶皱次之。褶皱构造以NW向凡口复式倾伏向斜为主体，随着逆冲推覆断裂构造的活动，地层因剪切在凡口复式倾伏向斜内形成次级不对称的小褶皱。其断裂上盘褶皱弱、下盘褶曲较强。

断裂发育有SN-NNE向、NE向、NNW向三组，SN-NNE向断裂主要有F1～F5等，NE向断裂主要有F101、F102、F105，NNW向断裂主要是F203、F208等。其中SN-NNE向的F3、F4、F5断裂为矿区主要的控矿断裂（图1）。

SN-NNE向断裂规模大，延伸稳定，数量多，断裂之间间隔有规律；构造线具有一定的弧形弯曲，断裂的北部为NNE走向，南部转为SN向，到南端则转呈NNW向；该断裂组在地史时期发生过多次活动，其中晚期活动切断NE向断裂和NW向断裂组。

目前，凡口铅锌矿区已发现的铅锌矿体均位于F203断层上盘的含矿层位中，而断层下盘的地层还未发现铅锌矿化。在236勘探线探矿孔Zk01（孔深1111m）穿过F203断层，该断层下盘出现明显的地层重复，泥盆系中统东岗岭组（D2d）白云质粉砂岩、白云岩、纹层状白云质粉砂岩被错动使该地层加厚。

图1 广东凡口铅锌矿区地质构造略图Fig.1 Simplified geologicalmap of Fankou lead-zinc deposit,Guangdong province

1.3 岩浆岩特征

粤北地区印支晚期开始即有花岗岩浆侵入活动，到燕山期岩浆活动达到高峰。虽然在矿区没有花岗岩类岩体出露，但外围发育有加里东期、海西期、印支期和燕山期历次岩浆活动形成的花岗岩类岩体，特别是燕山期岩浆侵入活动十分强烈，以致在凡口矿区北侧和南侧分别形成近EW向大规模岩浆岩带。矿区内有辉绿岩脉和石英闪长岩脉，在时间上略晚于该期花岗岩浆活动，可能为花岗岩浆同源母岩的高熔点物质重熔产物。直接出露位置距矿区约10 km的九峰-诸广山花岗岩体，其主体侵入时代为早侏罗世，同位素年龄166～195Ma，该岩体的深部隐伏状况可能就与凡口矿区西北部的物探推测的隐伏岩体一致。矿区辉绿岩和石英闪长岩脉以及外围的辉石闪长岩应为深部隐伏岩体的同源产物。

矿区内岩浆活动表现较弱，仅在矿区西北角出露规模相对较大、沿NNE向断层上侵、宽一般约10m，延伸数公里的辉石闪长岩岩脉。近来在矿山勘探和开采中，在矿区内也发现数条厚数十厘米至数米，沿倾向和走向连续性较差，被后期断层错成数段且产状发生偏转的辉绿岩脉；坑道观察，辉绿岩脉大体可分为两期，早期为成矿前形成的辉绿岩，岩石蚀变强烈，岩脉中有围岩（灰岩）被熔蚀的残留角砾（捕虏体），发现矿体吞食辉绿岩脉和铅锌矿脉穿插脉岩（照片1）；这组辉绿岩脉在浅部和深部近矿地段遭受了强烈的以铁白云石为主的碳酸盐化，越靠近矿体这种变化越强烈，其旁侧围岩蚀变强度通常较小，在一些脉幅相对较宽的地段，主要发生绿泥石化，蛇纹石化以及微弱硅化。晚期为成矿后形成的辉绿岩脉，岩石较新鲜，主要充填于NNW向断裂或裂隙中，采坑中多处见穿切铅锌矿体的直接证据。

照片1 成矿前辉绿岩中的细小铅锌矿脉Photo 1 Small lead-zinc vein in diabase which formed beforem ineralization

2 矿床基本特征

凡口矿区主要包括水草坪、铁石岭、富屋、凡口岭等四个矿床，其中以水草坪为主，其余规模较小。矿体分布在长1 500m、宽600～800m、深1 000m，受一定层位、岩相、断裂带控制，有大小矿体176个，呈不规则透镜状、燕尾状、扫帚状。沿主要控矿断裂及其走向延长100～500m，倾向延伸10～20m，厚度15～20m，最大达100m以上。

2.1 矿体形态特征

通过矿山开采揭露证实矿体实际上是由断层、褶皱和层间滑动构造相互贯通的矿化有机整体，矿体内常见围岩角砾（照片2）。矿体之间在三维空间上大体可用“瓜”、“藤”和“叶”来形象地描述其组合形态和各种形态的空间关系[3～6]。但不管产状与规模如何，形态多么复杂，根据其主体轮廓，可以粗略地分为以下诸种形态类型：似层状、透镜状、楔板状、脉状、不规则状等；在垂直F3或F4断裂带的剖面图上，矿体与断裂带的关系就像红旗与旗杆的关系[7]，暗示其与矿液通道和赋矿空间有关。

2.2 矿石矿物变化特征

通过总结前人[8～10]在单矿物方面的工作成果，得出凡口矿区产于矿区赋矿地层内各种产出特点的黄铁矿，除稠密浸染状中细粒集合体外，其含硫量变化范围较小，这表明赋矿地层内黄铁矿的形成方式较单纯，而矿体内黄铁矿的形成方式则复杂多样。矿区闪锌矿至少可划分出三个世代：第一世代闪锌矿包括棕褐色闪锌矿和具不同色带同心或偏心复杂环带的变胶状、斑点状闪锌矿，形成于中温热液阶段早期。第二世代闪锌矿主要为棕黄色斑点状、不规则粒状以及块状闪锌矿，形成于中温热液阶段晚期。第三世代闪锌矿主要为浅黄色脉状、斑块状中粗粒闪锌矿。

照片2 铅锌矿体中保留的灰岩透镜体Photo 2 Lead-zinc ore body in limestone lens

方铅矿可划分出四个形成世代，不同世代方铅矿的标型特征：第一世代方铅矿为立方体自形晶集合体，与闪锌矿(Ⅱ)共生，但形成时间较晚，常见交代结构。第二世代方铅矿也为立方体晶形，与黑褐色的闪锌矿(Ⅲ)共生，常呈脉状产出，其中含有较多的银黝铜矿包体，具固溶体分离结构。第三世代方铅矿仍为立方体晶形，其中可见辉银矿包体，一般呈方铅矿方解石脉产生，形成单一的方铅矿化阶段。第四世代方铅矿具八面体晶形，其中也常见银黝铜矿包体，但数量不及第二世代方铅矿。上述四个世代的方铅矿形成时都或多或少的伴有同世代的黄铁矿产出。

2.3 围岩蚀变

矿化围岩蚀变具有蚀变强度小、蚀变类型简单、蚀变范围分布变化复杂等特点。根据前人资料[3～10]和项目组部分坑道观察采样及室内研究结果，凡口矿区围岩蚀变类型主要有硅化、白云石化、方解石、菱铁矿化、重晶石化等。其中与铅锌硫化物矿化富集具有较明显时空联系的菱铁矿为米黄色粗晶粒状集合体，主要呈脉状，部分呈团块状分布，常见于产出层位较低的铅锌硫化物矿体的近矿围岩中，有时在断裂旁侧出现，局部可见其被第三世代黄铁矿与方解石脉状穿插；而重晶石化有三种产出形式：其一是在地表独立聚集成重晶石脉，有黄铁矿脉穿插，其二是在断裂带较浅部呈脉状或团块状产出，可与菱铁矿相伴出现；其三则产于浅部铅锌黄铁矿矿体之裂隙中，较少见。

总体上看，蚀变强度及空间变化特征大体有重晶石化和白云石化向浅部增强，硅化和菱铁矿化向深部增强的基本规律。各种蚀变类型的组合具有中低温热液的特点。

3 地质地球化学特征

3.1 稀土元素特征

根据前人资料[11～15]，凡口矿区层状和脉状两种类型矿石稀土元素球粒陨石标准化模式曲线变化特征基本一致，都表现为较强烈的Eu负异常，配分曲线呈明显的不对称“V”字型（图2）。特别是层状矿石，该特征表现更为显著。由此可见，矿区脉状矿石和层状矿石具有相似的稀土地球化学作用过程，形成于相同的成矿作用体系。该体系不仅使成矿元素在赋矿地层的特定部位得到富集，形成矿体；同时由于含矿热液对赋矿地层的浸泡和在赋矿地层中的渗流，可能将地层中部分稀土元素活化迁移，使之在流体中更加富集，所以脉状矿体矿石的稀土总量高于层状矿体。再者与轻稀土和重稀土元素相比，在矿化富集过程中，中稀土元素具有最大的活化迁移强度。

图2 不同产状的铅锌矿石稀土元素配分曲线Fig.2 Rare earth elements normalized pattern of different type lead-zinc ores

3.2 包裹体特征

（l）凡口铅锌矿床矿物中有三类包裹体：①液体包裹体，气液比5%～20%；②气体包裹体，气液比60%；③纯液体包裹体[6～14]。

分布最广的是①类液体包裹体，但在不同的矿物中其大小和气液比是不一样的。一般来说分布在闪锌矿中的流体包裹体的气液比一般较小，只有5%～10%，且在大部分包裹体中，其气泡是移动的，它们的大小只有1～10μm。而分布在方解石的包裹体气液比为10%～20%，大小为5～25μm。

（2）包裹体常呈串珠状或成群分布，部分呈孤立状分布；特别是在结晶较好的闪锌矿中见到较多孤立状态分布的流体包裹体。

（3）绝大多数样品中流体包裹体的均一温度范围从115℃到200℃。从图3可看出，方解石包裹体的均一温度在105～300℃之间，众数值在130～260℃之间，平均温度为189℃（图3）。

图3 凡口铅锌矿床矿物流体包裹体均一温度直方图Fig.3 Histogram plotof Homogenization temperatures ofquartz,sphaleriteand calcite in lead-zinc oreof Fankou deposit

从凡口铅锌矿床不同矿石类型及围岩中挑选出方解石和闪锌矿单矿物样品，还进行了爆裂温度测定[8,11]；其中黄铁矿的爆裂温度为：170～330℃，众数值180～260℃，平均234℃；闪锌矿爆裂温度155～305℃，众数值220～280℃，平均264℃；黄铁矿的爆裂温度较闪锌矿的低，但黄铁矿的爆裂温度比较分散，塔式效应没有闪锌矿的明显，这是由于黄铁矿的形成贯穿黄铁矿化阶段和铅锌矿化阶段两个成矿阶段，而闪锌矿主要在铅锌矿化阶段结晶。另外，在断层附近的方解石中包裹体的均一温度为120～300℃，平均219℃[2]，明显比地层及矿石中方解石包裹体的均一温度高，这种现象可能反映了热液活动的证据。

3.3 稳定同位素地球化学特征

3.3.1 硫同位素

除辉绿岩脉和极个别产于地层或矿石中的黄铁矿外，无论矿石中的黄铁矿、闪锌矿、方铅矿或地层中的黄铁矿，其硫同位素组成的“塔式效应”极为明显，并且硫同位素总体上具有δ34SPy＞δ34SSp＞δ34SGn的特点[8～12]，这种特征表明凡口矿区各种硫化物，除辉绿岩脉内黄铁矿以及个别产于赋矿地层和矿体内的黄铁矿外，都具有相同的硫源区系统。同时，依据矿物硫同位素组成测试结果显示来自这个源区系统的硫在硫化矿物形成时硫同位素分馏总体取得了平衡。也就是说，各种硫化物矿物间要么经历了充分的交代作用，要么依热力学原理从系统平衡环境中晶出。

凡口矿区赋矿地层内的黄铁矿部分为沉积成岩期所形成的第一世代黄铁矿，故其硫的来源是地层源。同时，其δ34S值的大正值和狭窄的变化范围也是地层硫的典型标志。矿体内的黄铁矿可能以沉积成岩期第一世代黄铁矿为主体，同时也有热液成矿期所形成的第二、第三世代黄铁矿。矿石中的闪锌矿和方铅矿都是热液成矿期所形成的，但这些不同成矿期形成的硫化物具有与地层内黄铁矿相似的δ34S值特征，并且总体上有δ34SPy＞δ34SSp＞δ34SGn的趋势，充分说明它们都具有相同的硫源，即地层硫。换言之，沉积成岩期形成的黄铁矿是热液硫化物的硫供应者。

依据硫同位素矿物对样品δ34SSp、δ34SGn分析值应用柴曼斯基公式(1000 lnαSp-Gn=7.0×105T-2)计算平衡分馏温度[9～12]，硫同位素平衡分馏温度介于105～334℃，主要集中于150～250℃范围内，平均温度为218℃，属于典型的中温热液。利用闪锌矿-方铅矿硫同位素分馏平衡矿物对的△（δSp-δGn）与δ34SSp和δ34SGn间的线性关系拟合方程：△（δSp-δGn）= 0.422δ34SSp-5.678和△（δSp-δGn）=0.244δ34SGn-1.219，求得成矿热流体的硫同位素总组成为δ34S∑S=25.04，显然具有地层沉积硫的特点。

3.3.2 铅同位素

通过对凡口铅锌矿区矿石矿物铅同位素数据收集[9～13]投影在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb图上(图4)；发现投点的分布与大宝山钨钼铜多金属矿床极为相似，暗示出两者的铅来源可能也具有一定的相似性，即造山带与下地壳混合来源。

按单阶段铅计算的模式年龄有三组群:约占样品数20%的模式年龄为382～404Ma(4个)和329～342Ma(5个)，与围岩年龄相似；约70%(30个)的模式年龄为254～317Ma，与海西-印支晚期矿区出现构造活跃期年龄相近；另一组约10% (5个)的模式年龄为137～191Ma，与诸广山花岗岩体年龄185～145Ma相近。凡口铅锌矿床铅同位素模式年龄的组群分布，与矿区成矿作用的多期性大致吻合。

图4 凡口矿区矿石矿物铅同位素组成特征Fig.4 Pb isotopic compositionsof orem inerals in the Fankou deposit

3.3.3 氢氧同位素

综合前人[3～6,9～14]对该矿床的氢氧同位素特征的研究资料，得出较宽的氢氧同位素组成变化范围值(图5)；随后张术根[8]等作了进一步工作，认为凡口铅锌矿床从早期阶段到晚期阶段，成矿流体的演化特征是：成矿温度和成矿流体盐度从低到高再到低。

项目组通过对凡口铅锌矿床实地构造地质观察、室内部分样品测试以及对矿山已有地质矿产资料综合分析和研究，认为凡口铅锌矿成矿流体主要来源于深部岩浆热事件加热的远程中低温热卤水，成矿中晚期有岩浆热液参与成矿。由凡口铅锌矿区的矿物氢、氧同位素测试数据分析，表明主成矿期硫化物包裹体水的氢氧同位素组成显示其流体水介质主要来源于深部，部分投影点接近岩浆水或处在变质水范围内。由此推测，成矿流体可能主要与被强烈改造的深部沉积建造有关，不排除有少量岩浆热液参与成矿。晚期成矿流体投影在雨水线附近，表明后期有大量陆源水参与成矿。

图5 矿物包裹体δD-δ18O组成图解Fig.5 Mineral inclusionsδD-δ18O composition plot of ore in Fankou deposit

4 矿床成因

4.1 成因分析

（1）根据铅锌硫（化）矿体的产状、矿石结构构造、矿物共生组合等多方面特征研究表明，凡口矿区铅锌黄铁矿矿化可以划分出两个成矿期，即沉积成岩期和热液成矿期，前者主要表现为在地层中呈星点状的黄铁矿矿化，后者则以铅锌银矿化为主，同时也伴有黄铁矿矿化。因此，黄铁矿在凡口矿区存在两个基本成矿时代。

（2）矿体分布于中泥盆统-中石炭统地层中，除受地层岩性与组构类型控制外，它们的分布就位直接受NNE向展布的F3中南段、F102、F101、F4北段断裂构造，近EW向和NW向次级褶皱构造、NNW向断裂以及层间滑动构造的控制；矿体与围岩接触面常有小的滑动面[18]，矿体与围岩界线清晰，近矿围岩无交代蚀变现象。

（3）矿区内有两期明显的辉绿岩侵入，早期的辉绿岩被铅锌矿体切过，接触带辉绿岩一侧有黄铁矿、方铅矿、闪锌矿化，辉绿岩脉呈近东西向侵入于压性断裂中；在-400中段204线西部辉绿岩与铅锌硫矿体呈小的滑动面接触，在辉绿岩中有细小的铅锌硫矿化脉（照片1）。这些现象表明，该期辉绿岩脉侵入于铅锌硫化物成矿之前。在凡口矿区坑道中还可见到一组切过铅锌硫矿体的辉绿岩，由此可见，凡口矿区热液成矿作用的时代应早于第二次辉绿岩侵入，晚于第一次辉绿岩侵入。

（4）矿区除有辉绿岩脉外，在狮岭深部施工的探矿孔中，揭露到了石英闪长斑岩脉。根据航磁数据处理解释和遥感数据处理解释推断[7,16～17]，在凡口矿的西侧，安岗的北侧有一个较大的隐伏岩体；该隐伏岩体离凡口铅锌矿区的平距不到2 km，显示该矿床的成矿作用可能比较复杂，有待进一步研究。矿区内火成活动较弱，仅见辉绿岩以脉状产出于矿化较弱的矿床边缘。辉绿岩脉走向NW、EW或NEE，厚度多在2～3m以下。辉绿岩具辉绿结构、块状构造；脉壁灰岩可见角岩化、大理岩化等蚀变现象；岩脉内可见浸染状黄铁矿化。

4.2 成因类型

依据上述分析，该矿床可划分为沉积成岩成矿期和热液成矿期。沉积成岩成矿期以沉积成岩型黄铁矿矿床为特征，主要表现为黄铁矿矿化，受中晚泥盆世沉积古地理环境、沉积物组合及成岩环境演化分异作用控制；热液成矿期应发生在为印支晚期至燕山早期，凡口地区深部岩浆提供热源以及伴有少量上侵的流体与地下水混合形成中－低温成矿热液，在凡口向斜内的有利构造空间赋存形成矿床；综上所述，凡口铅锌矿床形成是以地下水作用为主，伴有其他来源的中-低热液型铅锌硫化物矿床。

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Ore GenesisResearch of Fankou Lead-Zinc Deposit,Guangdong Province

CAIJin-hui1,LUO Junhua1,XU Shui-qin2,LIU Zhen-bo3,CHENG Sang-zhou3
(1.Wuhan InstituteofGeology and MineralResources,Wuhan 430205,China;2.No.1Geological Exploration Institute, Henan ProvincialBureau ofGeo-exploration and MineralDevelopment,NanYang 473056,Henan,China; 3.Fankou lead-zinc deposit,Shaoguan 512325,Guangdong,China)

Fankou lead-zinc depositof Guangdong province is occurredin Late-Paleozoic carbonate stratum,and restrictedin NNE-trending faults and subsidiary fracture.Homogenization temperatures of fluidinclusions from quartz,sphaleriteand calcite are range from 115℃to 300℃,while average is189℃.Decrepitation temperaturesof orem ineralsare range from 155℃to 330℃,modalvalue are 220～280℃.The sulfur isotope composition have got the tendency ofδ34SPy＞δ34SSp＞δ34SGn,the sulfur isotope balance temperatures are calculated to be 105～334℃,while themodal value are 150～250℃.All the above temperature date indicated that the ore-form ing fluid of Fankou lead-zinc depositbelonges tomesotherm fluid.The ore-form ing fluidis origin from m ixing ofmagmatic fluid,metamorphic fluid and geothermalbrinewhich are revealed by oxygen and hydrogen isotopic analysis.Integrated the former research and our fieldinvestigate,Fankou lead-zinc depositisa typicalmedium-low temperaturehydrothermaldeposit related tomagmaactivity.

geological characteristics;stable isotopic composition;ore genesis;Fankou lead-zinc deposit,Guangdong province

P 618.42；P 618.43

A

1007-3701(2011)01-0001-07

2010-03-26

危机矿山“广东省韶关市凡口铅锌矿找矿综合研究”项目资助.

蔡锦辉（1959—）,男,副研究员,从事矿床地质学研究, E-mail:cjh32146@163.com.