河南省罗山县皇城山银矿床成因探讨

陈加伟，骆亚南，张 勇

（河南省地矿局第三地质调查队，河南 信阳 464000）

1 矿区及矿床地质特征

图1 皇城山地区地质图

皇城山银矿床位于秦岭褶皱带东段南支，紧邻龟山--梅山断裂带北侧（图 1），赋存于穿切白垩系下统陈棚组火山岩系皇城山段底部的岩屑晶屑凝灰岩和下伏的华力西晚期斜长花岗岩的气孔硅英岩脉中。在矿区数十条大小不等的硅英岩脉中，有数条具银矿化，目前发现一号岩脉含有工业银矿体。矿体呈不规则脉状沿37°方向展布，倾角陡立，平面上东宽西窄，横向上上大下小，纵向上东深西浅，连续性较好，局部有分支复合、尖灭再现现象。矿体长500m，延深200～305m，平均厚5.44m，银平均品位365g/t，伴生金平均品位0.48g/t，贱金属含量小于0.1%（图2）。

矿石矿物有33种之多，银矿物主要为辉银矿，少量金银矿、自然银、块辉铋铅银矿、淡红银矿、硫铋银矿等， 金属硫化物小于 5%，主要为黄铁矿，脉石矿物主要为石英（>90%）。辉银矿多呈不规则粒状(粒径0.03～0.6 mm)集合体与方铅矿紧密相连、穿插或交代方铅矿，或与石英紧密相伴。矿石结构有l6种之多，主要为自形、他形粒状结构，填隙结构、交代(残余)结构，矿石构造有 9种之多，主要为细脉浸染状构造、被膜状构造、斑杂状构造。矿石类型，按气孔硅英岩穿切不同围岩可分为硅英质银矿石、硅质银矿石和凝灰质银矿石三种自然类型。按矿石结构构造可分为浸染状矿石、斑杂状状矿石和角砾状矿石。工业类型分为含金的黄铁矿--石英--辉银矿矿石和含金的褐铁矿--石英--凝灰物一辉银矿矿石。矿石氧化物含量：SiO2>85%、Al2O3<3%、(K2O+Na2O)

图2 皇城山银矿矿床地质图

2 矿床成因探讨

2.1 成矿温度

图3 矿床矿石铅和岩石铅同位素特征图

0线矿体顶部一件黄铁矿的包裹体爆裂温度为395℃，反映成矿温度的上限。4线矿体上部 25个石英包裹体均一温度的平均值为168℃，为成矿温度的下限。即矿体成矿温度在 168℃～395℃，属于低温热液矿床[2]。

表1 皇城山银矿床铅同位素组成特征及与地球各层圈对比表

2.2 成岩成矿物质来源

矿区火山岩岩石的∑REE为106.20～l91.30ppm，LREE/HREE为 3.51～l5.21。变异系数：δEu为0.40～0.78，铕明显亏损，表明成岩物质主要来自壳幔源。

皇城山银矿床铅同位素组成特征及其与地球各层圈对比（表 1）显示以下两点：①岩石和矿石铅同位素组成变化范围小206Pb/204Pb:16.657～17.253，207Pb/204Pb:15.168～15.439，208Pb/204Pb:37.007～37.760，其均方差和变化系数均小于 1，表明了矿石铅的来源单一。②矿石铅同位素与上地壳铅同位素组成特征截然不同，表示其银、铅等金属元素来自深源（下地壳、上地幔）；同时矿石铅与白垩系陈鹏组皇城山段火山岩铅同位素组成特征对比显示：两者的铅同位素组成极为相似，具同源特征。在Pb207/Pb204-- Pb206/Pb204图解上（图3），投影点落在地幔线两侧，在我国东

部岩浆热液型金矿床矿石铅的范围内，都进一步支持了本银矿床的火山热液成因；矿床和岩石大体形成于同一时期。测得矿石中黄铁矿、方铅矿的硫同位素组成δ34S数值为-11.7‰～-22.0‰，低于矿床溶液的总硫同位素组成（δ34S∑S0～-10‰），显示出明显的重硫亏损。其合理解释为热液体系中大气水比例的增高造成氧化型S比例增加，从而导致硫同位素的分馏，金属硫化物相对富集轻硫而亏损34S，而与黄铁矿共生的重晶石则富集重硫。温度越低这种分异程度越大。因此，皇城山金属硫化物较强34S的亏损反映在低温条件下不同氧化还原状态硫同位素强烈分馏的结果。这种较强的硫同位素分馏与近地表环境相对较高的 fO2有关。所以银矿床中的硫主要来自火山岩岩浆热液和原生雨水。测得矿体围岩凝灰岩中脉状方解石的碳同位素组成数值（13C-1.03‰）与溶液的总碳同位素组成数值相当，表明本矿床的碳源可能来自深部的岩浆热液。

表2 皇城山银矿床硫同位素组成特征

由上表述，本区的银、铅、锌碳等主要成矿物质来自火山岩和岩浆热液，硫则来自火山岩岩浆热液和原生雨水。

2.3 成矿水介质来源

根据该矿床方铅矿的Sb/Ag比(0.507 )与浙江火山岩区罗山金银矿床 Sb/Ag比(0.4352)最为相近（表 3），黄铁矿的铁、硫含量与理论值对比略富铁亏硫，Co/Ni比(2.833)、S/Se比约15万，与浙江银坑山火山岩型金(银)矿床最相近(银坑山Co/Ni比值2.67、S/Se比值7～25万)， 反映该银矿床成因为火山热液型。

图4 计算和测定的与矿物平衡的成矿流体H2O氢氧同位素成份

表3 皇城山银矿床与其它矿床方铅矿中Sb/Ag比值对比表

表4 研究区典型矿床流体H、O同位素组成特征

测得硅英质银矿石中的石英包裹体中水的δD为-106.07‰、δ18O7.37‰～10.59‰、δ18OH。O为-3.30‰～-6.52‰，矿体围岩凝灰岩中的脉状方解石的δ18O为12.59‰、δ18OH。O为23.81‰，表4中列出了典型矿床石英流体包裹体δD/‰测定值及与流体平衡时的石英δ18O/‰。根据矿物-水体系的氧同位素分馏方程：10001nαQ－H2O＝3.38×106/T2-2.90 (Friedman and O’Neil，1977)和流体包裹体均一温度计算获得石英-水分馏系数，最终得到主成矿阶段成矿流体δ18O/‰为-6.95‰和-3.78‰。在δ18O/-δDfluid关系图（图 4）上，皇城山银矿床的流体H、O同位素组成投影点明显向大气降水线漂移，显示成矿流体具有明显的岩浆水和大气降水混合源性质[3]。

2.4 成矿水介质性质

据矿床的流体包裹体化学成分得知，本矿床的成矿流体系SO4--Ca型或SO4--K型矿液。矿液具有SO4作用显著(SO4/Cl比值远大于1)、Cl大于F、Ca明显大于Mg、Na/(Ca+Mg )比值介于0.01～O.2之间等特点。在气相成分上.具有H20、O2、N2、CO2,、CO为主要成分，而CH4、H2含量极微的特点。与浅成火山热液型金矿床相比，本银矿床具有 CO2/H2O比值高（金矿床为 0.O2～O.03，本矿床为O.038 ～0.076)、CO2/ (CH4+H2)比值低(金矿床为200～300，本矿床为37.93～ll2.17)的特点。有意义的是，本矿床包裹体中的(CO2+CO)、(O2+N2)含量和CO2/H2O比值与石英中的银、金含量呈正消长关系[2]。

表5 皇城山银矿床包裹体成分特征

表6 皇城山石英包裹体成分当量百分数

在成矿阶段发育低价铁的黄铁矿化、绢云母化、碳酸盐化、未见高价铁的氧化物、少硫酸盐矿物出现，表明成矿水介质为电离势较高的弱碱性溶液。

方铅矿、辉银矿等硫化物、银硫化物充填在石英晶隙中，其形态受石英晶隙的控制，除反映矿床交代成矿作用不十分强烈外，也表明成矿水介质为pH值不很大(弱碱性)的富气水热液[2]。

从Fe-S-O体系矿物共生组台来看，本矿床产有重晶石、黄铁矿、方解石，而未见磁黄铁矿产出，表明成矿时矿石沉淀的化学环境处于氧化势较高的区间。

在浅部富游离氧的氧化环境中[SO4]2-的比例相应大于 S2-的比例，在富[SO4]2-的条件下 Zn2+、Fe2+等溶解度很大而不易沉淀，只有Pb2+及部分Fe2+同S2-结合呈硫化物沉淀，这是造成本银矿床贫硫化物的主要原因之一[3]。

表7 皇城山石英包裹体某些特征比值含矿性特征

2.5 成矿期次的划分

皇城山银矿成矿作用经历了热液期和表生氧化期。根据矿石组构及组合特征，热液成矿期大致划分3个成矿阶段：①黄铁矿—硅化石英岩阶段：对应于早期硅化作用，发生较弱的黄铁矿化。热液流体经过对碱金属元素的淋滤由酸性演化为偏碱性；②多金属硫化物—硅化石英岩阶段：对应于中期硅化，为主成矿阶段。热液作用表现为早阶段石英在碱性热液作用下溶解和金属硫化物沉淀。随后的温度降低和循环地下水的加入最终SiO2因过饱和而沉淀，且结晶程度很低；③角砾岩化阶段：早阶段形成的硅化石英岩角砾岩化，0线以北至3线180m标高发育，角砾棱角明显，并被隐晶质SiO2胶结，但基本无交代作用。伴随弱的黄铁矿化。这种角砾岩属热液角砾岩。其形成可能是由于硅化石英岩的沉淀作用导致断裂弥合，从而造成热液体系超压和爆发作用。由于热液体系温度降低，仅发生充填胶结，基本未发生交代现象。这种裂隙封闭和热液角砾岩化现象是地热体系和浅成低温热液体系的常见现象。

3 成矿作用探讨

皇城山银矿成矿作用发生在大别造山带135Ma左右的构造转换时期大规模酸性火山岩浆喷发作用环境。大面积硅化次生石英岩显示火山气液在较大地区范围的汇流与扩散。大量地质事实证实，次生石英岩发育程度与地表火山作用的强烈程度及其产物的酸性程度密切相关，明显与地表或近地表的酸性及中性火山作用过程有成因联系。而且，次生石英岩的发育范围与火山作用活动范围基本一致，个别地段仅发育在火山岩地带。在大别山北麓信阳—霍山中生代火山岩带中，相对于其他地区，皇城山—上天梯一带中酸性火山喷发作用最为强烈，以大量发育流纹质熔结凝灰岩为特征。酸性岩浆由于粘度大，较容易形成近地表中间岩浆房，具有良好的“热机”作用，从而形成近地表天水的对流循环系统。同时岩浆热液体系本身加入部分挥发份和成矿金属元素，为成矿提供必要的物质供给。

4 找矿意义及找矿标志

1）中酸性火山岩浆活动强烈地区是寻找这类矿床的重点地区。找矿范围限于火山喷发范围及其附近。紧靠火山喷发中心地区，由于火山气液通过喷发而散失，因此不利于成矿。而火山活动中心外围枝杈状裂隙发育地段是成矿的有利地段[3]。

2）对于浅成—近地表低温热液矿床，应综合考虑成矿深度与剥蚀深度。强烈剥蚀地区一般不利于寻找这类矿床。

3）氧化露头及风化地貌特征可以提供重要找矿信息。石英岩化形成的块状石英岩，致密坚硬具有强抗风化能力，经过长期差异风化多形成相对突起的地貌特征，如皇城山银矿主矿体即沿皇城山山梁分布。这些地貌特征可以提供重要的找矿信息。

4）Ag、Pb、Sb、Zn等低温元素组合异常是找矿的直接指示标志[3]。

5）浅成低温热液型矿床在空间上通常与潜火山或斑岩热液体系关系密切，因此，对于在该地区寻找斑岩热液成矿体系具有一定指示意义。

[1] 林世南，等.河南省罗山县皇城山银矿区初步勘探地质报告[R].1987.

[2] 林世南，彭翼，等.河南省罗山县皇城山银矿床成因及成矿规律研究报告[R].1988.

[3] 万守全，任爱琴，等.河南省罗山县皇城山地区银多金属矿成矿预测研究报告[R].2010.

[4] 肖从辉.皇城山银矿床成因探讨[J].河南地质，1991，9（3）：6～9.