云南西畴红石岩铅锌铜矿床喷流沉积成因的地球化学特征

易友根

(福建省闽西地质大队，三明，365001)

喷流沉积型矿床是不同成因的(含矿)热液在喷溢出海底的过程中，在喷流口以下的热液通道中通过充填、交代作用，在喷流口以上的海底则通过与冷海水之间的相互作用，使热液中所携带的物质组分分别在热液通道和海底沉淀下来而富集成矿的过程。该类矿床伴有典型的喷流岩，具层控和时控特点，矿体多数呈层状、似层状顺层理贮存于围岩中，形成大型或超大型矿床。如加拿大沙利文铅锌矿床、澳大利亚麦克阿瑟河铅锌矿床[1]，国内白牛厂银多金属矿、老厂锡多金属矿均属该类型矿床。红石岩铅锌铜矿床是近年来在滇东南地区发现的一大型喷流沉积型矿床。为了研究该矿床成矿规律，根据收集矿床样品分析数据，研究该矿床地质地球化学元素特征并与类似矿床对比分析，还原矿床成矿作用过程，总结成矿规律，为矿床成因提供地球化学方面的依据。

1 矿床地质特征

图1 红石岩矿床地质构造略图[3]Fig.1 Geological and teclonoic sketch map of Hongshiyan deposit1—大断裂；2—隐伏同生断层；3—背斜；4—基底岩石；5—燕山期花岗岩；6—矿床；7—古陆界线

红石岩铅锌铜矿床大地构造处于越北古陆的北缘，华南褶皱系滇东南褶皱带老君山穹隆构造[2]的北部，文(山)麻(栗坡)断裂带中段北侧(图1)。区内经历了加里东期、华力西期、印支-燕山期和喜马拉雅期多幕断陷沉积、褶皱隆升、岩浆活动及成矿作用*云南省地质矿产局，云南省区域矿产总结，2006。，各构造单元的构造演化对红石岩铅锌铜矿床均有不同程度的影响，造就了区内地质构造复杂。

区内出露地层为中寒武纪田蓬组及中泥盆纪古木组。

田蓬组：为一套经区域变质形成的低绿片岩相。地层总厚度大于1 000 m，未见底，分上下2个岩性段。下段为黑色千枚状炭质板岩，夹条纹状含炭质大理岩，原岩为碎屑岩，夹碳酸盐岩。上段以千枚岩、大理岩为主，夹硅质岩及绿片岩，原岩为碳酸盐岩、细碎屑岩、火山碎屑岩、基性、酸性“双峰式”火山岩及喷流沉积岩。地层厚度大于430 m，根据岩石组合特征可分4个岩性带。其中第二、第三岩性带是该区主要的含矿层位，与之对应的是一套基性、酸性“双峰式”火山岩及喷流沉积岩。

古木组：为一套深灰色、灰黑色中-厚层状微晶灰岩。

滇东南褶皱带在加里东期，受古特提斯洋前奏张裂的影响，以及长期的拉张活动作用，形成了近东西向展布的狭窄海槽。海槽北面及西面为扬子古陆，南为越北古陆。海槽边缘发育了一系列北西、北东向断裂[4](同生断层),在断陷槽内形成一系列相对隆起与凹陷的区域，红石岩矿床即位于这些区域内断裂斜坡带靠陆棚一侧的次一级断层凹陷内。区内主体构造为香坪山复式背斜和规模较大的F4、F5断裂。矿床位于香坪山复式背斜的东南翼，地层走向北东、倾向南东，倾角较平缓，总体向凹陷槽部倾斜，显示出隆起与凹陷的斜坡地带。F4、F5断裂为发育在斜坡地带的同生断层，并控制了次一级凹陷——红石岩含矿凹陷的空间展布，同时也是深部含矿物质进入海底凹陷沉积的通道，从而制约了矿体的空间形态及产状。

红石岩铅锌铜矿床贮存在田蓬组上段中，严格受地层层位控制，各岩性带中均见矿层，以第二、第三岩性带中的矿层为主。区内共圈定了隐伏矿层8个，其中主矿层2个。矿体呈层状、似层状产出，与围岩产状基本一致，且随地层的褶皱而呈波状起伏(图2)。矿层产状较平缓，变化于5°～30°，局部受褶皱影响达50°。主矿层Ⅱ2控制长度大于3 350 m，宽415～1 250 m，平均宽680 m。矿层厚度7.24～0.65 m。Ⅲ1矿层控制长1 800 m，宽200～736 m，平均宽为450 m；厚4.80～0.55 m。矿层中局部出现独立铜矿体或铅锌铜矿体，与铅锌矿体为同体共生。

图2 红石岩矿区31线地质剖面图Fig.2 No.31 exploration line profile of Hongshiyan ore field1—古木组第一段；2—田蓬组二段第四岩性带；3—田蓬组二段第三岩性带；4—田蓬组二段第二岩性带；5—田蓬组二段第一岩性带；6—田蓬组一段；7—岩性带界线；8—实测正断层及编号；9—铜矿体及编号；10—铅锌矿体、低品位铅锌矿体及编号；11—钻孔

矿石以硫化矿为主，Ⅱ2矿层金属矿物以闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、黄铜矿为主，非金属矿物以石英、方解石为主；Ⅲ1矿层金属矿物以闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿、方铅矿、磁黄铁矿为主，少量赤铁矿、磁铁矿；非金属矿物以绿帘石、透辉石、绿泥石、石英及方解石为主。

矿石结构主要为他形晶粒状结构，少量自形粒状结构、交代残余结构及固溶体分离的乳滴状结构。

矿石构造以条纹状、条带状构造最为常见，其次为浸染状、斑点状构造，少数为团块状或块状构造。

矿石中条纹理(条带理)与围岩层纹理一致，局部可见条纹理或条带受构造应力的揉皱而形成同步揉皱。

2 成矿元素、常量及微量元素特征

2.1 样品采集及分析方法

样品由昆明理工大学及云南省地质调查局在矿区31，16线的Ⅱ、Ⅲ矿化带中采集，分析了成矿元素、微量元素、稀土元素共计58件样品，容矿岩石化学全分析52件样品。

所有样品分析由昆明理工大学实验室完成，分析方法采用X荧光光谱法及常规湿化学方法，分析以国内GSR-5为标样，分析精度优于5%。

笔者收集了在31线采集的20件样品数据，以此数据探讨围岩常量元素、微量元素及稀土元素的化学特征。

2.2 矿床成矿元素特征

矿区成矿元素为Pb、Zn、Cu，伴生组分Ag、Ga、In、Cd。Zn含量高于Pb，二者极高度相关，相关系数超过0.9。Pb、Zn与Cu相关系数极低，在0.20以下，与Ag中度相关，与In中度相关，与Ga呈中度的负相关，与Cd极高度相关，相关系数接近1(图3)。各矿层矿化较连续，品位均匀、变化小，具垂直和水平分带现象。垂直方向表现为上部矿层中的铜矿化明显强于下部矿层、而铅锌矿化明显弱于下部矿层，从上而下大致顺序为Cu→Zn→Pb→Ba(Ⅱ2矿体中局部可见)；水平分带主要在Ⅱ2矿体中表现明显，由北或西北向东南方向铜矿化减弱、铅锌矿化增强的趋势，大致顺序为Cu→Pb→Zn→Ba(Ⅱ2矿体中局部可见)。

图3 红石岩矿床成矿元素与微量元素分布图Fig.3 Ore-forming elements and trace elements distribution in the Hongshiyan deposits

2.3 容矿围岩常量元素特征

容矿围岩主要化学组分为SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、FeO，次为K2O、Na2O、TiO2、MnO、MgO等，其它组分少量(图4)。但矿石中的常量元素SiO2、Al2O3、TiO2、K2O、Na2O、P2O5含量明显低于围岩，Fe2O3、FeO平均含量亦低于围岩，CaO、MnO含量明显高于围岩，表明成矿与钙锰关系密切，与多数喷流沉积型矿床无差异。

图4 红石岩矿床容矿围岩常量元素分布图Fig.4 Ore constant element distribution diagram of the surrounding rock in the Hongshiyan

根据 ω(Fe2O3)/ω(TiO2)比值为8.57%～116.56%，平均为39.50%，远高于正常含量；ω(MnO)/ω(Fe2O3+MnO+Al2O3)比值极低，平均为0.06%。表明红石岩矿床属于近东太平洋陆隆的热水沉积物端员[5]。

根据ω(SiO2)/ω(CaO)比值和ω(Fe2O3)/ω(Fe2O3+FeO)比值判别酸碱性沉积环境及沉积介质的氧化还原条件[6]，红石岩矿区比值分别为1.40%～106.09%和0.54%～0.74%，说明红石岩矿床形成于氧化还原的封闭条件下，间接表明了沉积环境是在隆起与凹陷靠陆棚一侧凹陷的斜坡相，佐证了矿床的构造产出部位。

根据韩发等研究认为，在ω(TiO2)—ω(Al2O3)及ω(K2O+Na2O)—ω(Al2O3)判别图解上分别处于不同的区域内，可以判别出是否为喷流形成的热水沉积岩[7]。红石岩铅锌铜矿床容矿岩石ω(Al2O3)含量为0.77%～18.90% ，平均值9.00% ；TiO2含量为0.05%～1.00%，平均值0.45%；K2O+Na2O含量为0.45%～12.14%，平均值5.52%；大厂锡矿区容矿岩石(Al2O3)含量为1.05%～15.36%，平均值7.44%；TiO2含量为0.03%～0.78%，平均值0.33%；K2O+Na2O含量为0.15% ～10.59%，平均值3.36%[8]；白牛厂银矿区容矿岩石ω(Al2O3)含量为0.80%～17.90% ，平均值8.24% ；TiO2含量为0.03%～1.36%，平均值0.37%；K2O+Na2O含量为0.29%～5.29%，平均值2.87%[8]。

上述3个矿区的常量元素含量对比，相差不大，均高于Hein et a1．1981年研究得出的太平洋中脊生物成因硅质岩相应常量元素平均含量(0.84%、0.016%、0.34%)，且在ω(TiO2)—ω(Al2O3)及ω(K2O+Na2O)—ω(Al2O3)判别图解上，三者均落在相同的区域内(图5，6)，表明成因相似。

2.4 矿床围岩微量元素特征

图5 红石岩容矿围岩ω( TiO2 )-ω(Al2O3 )关系图(据文献[7]修改)Fig.5 The TiO2—Al2O3 diagram of host-rock in the hongshiyan

图6 红石岩容矿围岩ω(K2O+Na2O)-ω(Al2O3)关系图(据文献[7]修改)Fig.6 The TiO2—Al2O3 diagram of host-rock in the hongshiyan

红石岩矿区微量元素Ba、Cr、Sr、Ga、Ge、Rb、Zr、Ag、Cd、In、Cs、As、Sb含量较高，其他元素含量较低。矿区中的Cu元素与微量元素相关性较差，与Ag、In元素呈中度相关，其余呈极低-低度相关或负相关，表明在成因上关联性较差；Pb、Zn元素与Co、Cd、Sb元素呈高-极高度相关，与In、Hg元素呈中度相关，表明在成因上是相关联的，与其他微量元素关联性较差，与已知喷流沉积型矿床相同。ω(Zn)/ω(Cd)比值通常可以做为矿床成因标志[9]，红石岩矿区铅锌矿体中的ω(Zn)/ω(Cd)比值为237～255，与喷流沉积矿床的ω(Zn)/ω(Cd)比值250～333相当。

根据M Solomon研究,现代太平洋洋中脊各种类型热水沉积物中Ag、As、Sb元素含量较高(Ag元素平均值为37×10-6,As元素为252×10-6,Sb元素为7×10-6左右),而在远洋沉积物和成岩富集金属层中As、Sb元素含量则较低(As元素为10×10-6,Sb元素为2×10-6～3×10-6)。红石岩矿区中的Ag、As、Sb元素平均含量分别为8.69×10-6、96.17×10-6、41.72×10-6，其中As、Sb元素明显高于后者，说明红石岩矿床可能与热水沉积事件有关。

Marchig[10]在研究现代大洋热水沉积物的微量元素特征时认为Cr元素主要来源于大陆碎屑物质，并且会伴随其他陆源物质(如Ti、Mg、K、Rb和Zr)富集，表现出高度正相关；而在热液过程中的Cr元素活动性有限，它在热液富集过程中不会伴随其他陆源物质的富集，因此它们之间的相关性不明显或没有意义。

据此，红石岩矿区成矿主元素Cu、Pb、Zn与Cr元素呈极低的负相关，Cu、Pb、Zn元素的富集未伴随Cr元素富集，表明成矿元素与大陆碎屑物无关；而Cr元素与Zr、TiO2、Rb、MgO、K2O元素相关系数分别为0.43，0.43，0.57，-0.26，0.47，属于中低度-负相关，佐证了Marchig的认识，暗示了红石岩矿床存在一定程度的热水喷流沉积活动。黄铁矿中的Co/Ni比值可以反应矿物形成的温度，比值越大，矿物形成的温度越高；红石岩铅锌铜矿层中的Co/Ni比值一般1.85～6.49，远高于围岩中的Co/Ni比值为0.19～0.79，间接反应了铅锌矿体的富集温度，表明了热水活动的痕迹。

2.5 矿床围岩稀土元素特征

红石岩矿区容矿围岩样品的稀土元素球粒陨石标准化参数与配分曲线(图7)中显示，标准化曲线均具有轻稀土富集的右倾特征，轻稀土分异相对较强，重稀土分异较弱。δEu以负异常为主，仅少量弱正异常，而δCe正异常则出现在Pb、Zn元素含量偏高的样品中，当Zn元素含量大于Pb元素时表现更明显。稀土元素总量(∑REE)变化较大，最低∑REE=11，最高∑REE=365，一般∑REE=12～180，平均∑REE=127.7，属中低含量。但铅锌铜矿层中的稀土总量明显低于围岩，总量为12～111.5，平均为66.16，与产于加拿大沙利文矿山的条带状富电气石热液沉积岩∑REE=57.85相近，表明二者岩石成因方面存在相似性。

图7 红石岩矿床容矿围岩北美页岩标准化稀土配分模式图Fig.7 The North America shale-normalized REE distribution pattern of host-rock in the Hongshiyan

3 结语

通过研究红石岩铅锌铜矿床容矿岩石的地球化学特征，反映出与已知喷流沉积型矿床相似的特征，表明红石岩铅锌铜矿床周边在加里东期发生了广泛的热水沉积事件。这与红石岩铅锌铜矿床处在特定的古构造古地理环境是相关的。由于其附近产生了一系列的同生构造，含矿热液经同生构造进入凹陷盆地沉积成矿。矿床外围东侧附近的小坝塘—兴街镇金山一带处在相同的成矿环境中，并发现了较好的找矿线索，故该区域是寻找红石岩式矿床类型的有利地段。

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10 Marchig V，Gundlach H，Mtiller P，et a1.Some geochemical in-dicators for discrimination between diagenetic and hydrothermalmetalliferous sediments.Marine Geology，1982，50(3).