广西三黎Pb-Zn-Ag矿床的地质特征及S-Pb同位素研究

张 伟，蔡 伊，张 乾

(1.南京大学 内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室，地球科学与工程学院，江苏 南京 210093；2.江西省地质矿产勘查开发局九一二大队，江西 鹰潭 335001；3.贵州师范大学 生态文明研究中心，贵州 贵阳 550001；4.中国科学院地球化学研究所 矿床地球化学国家重点实验室，贵州 贵阳 550002)

三黎Pb-Zn-Ag矿床位于大明山钨-铜多金属成矿带的中部，为一个产于寒武系砂页岩地层之中的脉状多金属矿床。大明山成矿带位于桂中武鸣、上林、宾阳三县交界地区，为一条NW-SE向的W-Cu多金属成矿带，其矿产资源较为丰富，不但成矿元素丰富(包括W，Cu，Pb，Zn，Ag，Au，Sb等)，而且矿化类型复杂，包括斑岩型、石英脉型、似层状型、云英岩型等(李水如等，2008；张启连等，2010)。其中，Cu和W储量占整个广西壮族自治区总储量的27%和42%(杨斌等，2007；石晓明等，2008)。最为重要的是，该成矿带的构造位置较为特殊，其东北部为桂中拗陷，产有大量的Sedex型，如北山Pb-Zn矿床(谢世业等，2004)和盘龙Pb-Zn矿床(薛静等，2011)、MVT型，如锡基坑和庆丰Pb-Zn矿床(雷良奇等，2006)和岩浆热液型矿床如龙头山Au矿床、古袍Au矿床和社洞W-Mo矿床(陈富文等，2008；段瑞春等，2011)；其西部为右江盆地，内部产有大量微细脉型(卡林型)Au-Sb矿(王国芝等，2002；陈懋弘等，2014)；西南部右江盆地边缘隆起的西大明山矿田，如凤凰山Ag矿床(李泽琴等，1998)；其西北部赋存有世界级锡多金属矿田或矿床，如大厂Sn-Zn-In矿床(陈毓川等，1985)。

1 区域地质背景

在大明山地区，元古界、中-上奥陶统、志留系和侏罗系地层缺失，寒武-奥陶系地层以天窗的形式出露，为“下构造层”，泥盆-三叠系地层覆盖其上，在寒武-奥陶系地层周围广泛分布，构成“上构造层”(张启连等，2010)。整个区域地层厚度为15 158～17 961 m。

图1 桂中大明山W-Cu多金属成矿带地质图(据蔡伊等，2016修改)Fig.1 Geological sketch of the Damingshan W-Cu polymetallic mineralization belt in the central Guangxi Zhuang Autonomous Region

本区岩浆活动强烈，主要包括志留纪和晚白垩世两期岩浆作用(图1)。志留纪岩浆岩分布于成矿带的西北部地区，主要呈岩脉、岩席和岩株的形式侵位于寒武和奥陶系砂页岩中，其岩性主要为花岗闪长岩、闪长玢岩、石英斑岩、花岗斑岩和花岗岩，其侵位年龄分别为443～441 Ma，434 Ma，427～425 Ma，419 Ma，405 Ma(蔡伊，2015)。晚白垩世岩浆岩主要分布在成矿带东南部(昆仑关花岗岩岩基)，少量分布于西北部(水锦岩体)，其岩性包括花岗岩、花岗斑岩、细晶岩和云煌岩，主要以岩基、岩脉、岩席和岩株的形式侵位于寒武和泥盆系地层之中，其中，花岗岩、花岗斑岩和细晶岩分别侵位于95～92 Ma，94 Ma和94.2 Ma(谭俊等，2008；蔡伊，2015)。

该区矿产资源极为丰富，其Cu，W储量占整个广西总储量的27%和42%(杨斌等，2007；石晓明等，2010)；已发现的有用矿产20多种，矿床(点)120处；其中，具有工业价值的内生钨、铜、铅、锌、金、滑石等矿床8处，包括镇圩滑石矿床、古零滑石矿床、大明山W矿床、两江Cu矿床、三黎Pb-Zn-Ag矿床、南崖Pb-Zn矿床、王社Cu-W矿床和陈平Au矿床(图1)；矿化类型丰富有：层控型(似层状型)、斑岩型(网脉-浸染型)、石英大脉型、云英岩型、矽卡岩型、冲积扇型等(张启连等，2010)。

2 矿床地质

矿区内地表未见岩浆岩出露，地层简单，仅出露寒武系、泥盆系、石炭系和第四系地层(图2)。主要断层构造包括南丹-昆仑关断裂和F1断层(图2)。前者为区域大断裂，后者为矿区主要导矿和容矿构造。

南丹-昆仑关断裂呈NW-SE向从矿区西南部横切而过，倾向为NE向，倾角为30°～42°，其性质为向左走滑的逆断层，断层面形成数米宽的破碎带。该断裂的次级断裂极为发育，可分为为NNW和EW向两组断裂，前者为控矿构造(F1)，后者为含金石英脉所充填。

F1断裂带呈NNW-SSE向展布，长约3 km，宽2～8 m，呈“S”走向，倾角70°～85°。断裂带岩石较破碎，矿体近SN向展布呈脉状或透镜体、扁豆状产出。矿体总体倾向东，倾角75°～80°，厚度0.3～2.1 m，局部达3 m。矿体中常有硅化石英砂岩及大理石化白云质灰岩的夹石。

矿区内褶皱构造主要为大明山箱状背斜(图2)。该背斜轴向为NW-SE向，轴面较陡，次级褶皱较为发育，为一复式背斜。其核部由寒武系砂页岩地层组成，两翼地层为泥盆系莲花山组(D1l)、那高岭组(D1n)和郁江组(D1y)砂页岩、碳酸盐岩和硅质岩和石炭系(C1和C2)白云岩夹白云质碳酸盐岩和硅质岩地层组成。其中，南丹-昆仑关断裂从该复式背斜的西南翼地层斜插而过，形成了次级断裂F1，共同控制了该区Pb-Zn多金属矿体的分布。

桂中三黎Pb-Zn多金属矿床主要包括7个采区和2个矿体，即，1号和2号矿体(图2)。其中，1号矿体分布在矿区F1断裂带的北端(图2)，呈脉状、透镜状、串珠状产出，近南北展布，长390 m，南段明显尖灭、北端延伸至另一矿区，矿体总体倾向东，倾角75°～78°，斜深大于100 m，厚度0.6～2.0 m，局部达3 m；矿体围岩中常见一条宽约10 cm的石英砂。2号矿体分布在矿区F1断裂带的南端(图2)，呈脉状、透镜状、扁豆状产出，近南北展布，长约132 m，南、北端明显尖灭、矿体总体倾向东，倾角76°～80°，斜深大于60 m，厚度0.5～2.0 m，局部可达2.6 m。

图2 桂中三黎Pb-Zn矿床的地质图①广西上林县三黎矿区(三鑫矿业公司).2006.铅锌矿资源储量核实地质报告.Fig.2 Geological map and cross-section of the Sanli Pb-Zn-Ag deposit in central Guangxi province

矿石物质成分简单，矿石矿物以方铅矿、闪锌矿为主，伴生少量磁黄铁矿、辉银矿；脉石矿物主要为石英，少量的方解石(图3)。块状和浸染状矿石最为常见，块状矿石为黑色-灰色，具明显的四方晶体，含少量的炭质和石英，以方铅矿、闪锌矿为主，及少量磁黄铁矿、辉银矿，主要产于破碎带与围岩接触部位(图3)。浸染状矿石为灰色-青灰色，呈块状、浸染状，主要呈浸染状、脉状填充在青灰色的砂岩及页岩中。矿石结构以压碎结构和中粒结构为主，自形粒状结构和半自形粒状结构次之。矿石构造包括块状、角砾状、肾状及浸染状构造。按照矿石有用元素组成不同，该矿床中矿石可分为Zn矿石、Pb矿石和Pb-Zn矿石三种类型；其中，Zn矿石矿物组成为闪锌矿和石英，闪锌矿成棕褐色，主要分布在矿区北部的1号矿体，Pb-Zn矿石主要为闪锌矿、方铅矿和石英，闪锌矿为黑色，分布在1号和2号矿体，Pb矿石矿物组成为方铅矿和石英，主要分布在2号矿体的南部(图3)。显微研究表明，三黎Pb-Zn多金属矿床的矿物生成顺序为闪锌矿>方铅矿>石英。在整个矿区，Pb，Zn和Ag的品位分别为0.85%～5.62%，1.22%～5.47%和6.52～31.28 g/T。

3 分析方法与结果

3.1 分析方法

本次研究笔者共采集了18件矿石样品，均来自民采坑道。矿石样品粉碎至40～60目后，利用双目镜下进行单矿物分选，使其纯度大于99%。然后，精选出具有代表性的单矿物粉碎至200目后分别进行微量元素和S-Pb同位素分析。其次，笔者还在矿区南部的昆仑关岩体采集了5件中-粗粒黑云母花岗岩，其采样位置为南崖Pb-Zn矿床南部约200 m处，粉碎后挑选其中的钾长石进行Pb同位素分析。为了查明赋矿地层对成矿作用的贡献，笔者在昆仑关岩体西部500 m处采集了6件寒武系砂页岩地层样品进行Th，U和Pb含量和Pb同位素分析。

硫同位素在分析测试之前以Cu2O作氧化剂制备SO2。然后在中国科学院地球化学矿床地球化学国家重点实验室利用MAT-251质谱仪完成测试。数据采用V-CDT国际标准报道，分析精度优于±0.2‰。花岗岩、矿石、地层的测试对象分别为长石、硫化物和全岩。样品先用三酸分解后，树脂交换法分离出Pb，蒸干后利用MAT-261质谱仪分析，其分析精度大于5‰。国家标样NBS-981的测试结果：208Pb/206Pb为2.162 189±0.000 027，207Pb/206Pb为0.913 626±0.000 059，204Pb/206Pb为0.592 01±0.000 015。

3.2 分析结果

18件矿石硫化物的硫同位素列于表1，其δ34SV-CDT为-0.57‰～+3.46‰，平均为+1.52‰。4件方铅矿δ34SV-CDT为-0.57‰～0.69‰，平均值为0.05‰；14件闪锌矿δ34SV-CDT为0.90‰～3.46‰，其平均值为1.52‰。所以，方铅矿的S同位素较闪锌矿更负，说明其形成时成矿流体可能已达到同位素热力学平衡。

9件矿石硫化物和5件黑云母花岗岩的Pb同位素列于表2。由表2可知，花岗岩Pb同位素分布范围较窄，其206Pb/204Pb为18.470～18.570，207Pb/204Pb为15.664～15.740和208Pb/204Pb为38.835～39.051。矿石硫化物Pb同位素的206Pb/204Pb，207Pb/204Pb和208Pb/204Pb比值分别为18.296～18.405，15.759～15.874和38.689～39.086。一般地，由于岩石全岩含有较高的Th，U和Pb，因此，该岩石现在的Pb同位素比值需要进行年龄校正后才能进行对比研究。目前，大明山地区已报道的成矿年龄为93～97 Ma之间(李水如等，2008；蔺志永等，2008；杨锋等，2011)，因此，笔者选择95 Ma作为此次所研究的寒武系地层样品的校正年龄。6件寒武系地层岩石的Pb同位素数据及其校正结果列于表3，测试方法为ICP-MS，其测试精度为n×10-9级。与花岗岩和矿石硫化物相比，地层Pb同位素组成较为分散，富含放射性成因Pb，其206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb分别为19.200～23.640，15.870～15.990和39.532～44.924，平均值分别为20.057，15.900和40.731(表3)。

表1 三黎Pb-Zn-Ag矿床矿石硫化物的S同位素组成

图3 三黎Pb-Zn-Ag矿床的矿石样品Fig.3 Photo of ore samples from the Sanli Pb-Zn-Ag deposita.石英脉型Zn矿石，Sph被Qz交代充填，暗示Sph形成早于Qz；b.石英脉型Pb矿石，Sph被Gn交代溶蚀，暗示Sph形成早于Gn；c.块状Pb-Zn矿石，Sph被Gn交代溶蚀，Sph和Gn又被Qz交代溶蚀，说明矿物生成顺序为Sph>Gn>Qz

样品编号测试对象206Pb/204Pb2σ207Pb/204Pb2σ208Pb/204Pb2σSL-3闪锌矿18.3510.00415.8120.00438.8770.010SL-5闪锌矿18.3150.00215.7630.00138.7210.003SL-6闪锌矿18.2960.00215.7590.00238.6890.005SL-8闪锌矿18.3580.00215.8150.00238.8920.005Sla-3闪锌矿18.4050.00315.8740.00339.0860.008Sla-6方铅矿18.3710.00315.8420.00338.9650.00612SC-2方铅矿18.3120.00215.7710.00238.7330.00412SC-18方铅矿18.3090.00215.7690.00138.7280.00312SC-23方铅矿18.3090.00215.7670.00238.7180.004KLG-1钾长石18.4980.00515.6810.00438.8780.010KLG-2钾长石18.5700.00215.7400.00239.0510.004KLG-3钾长石18.4790.00415.6640.00338.8350.008KLG-4钾长石18.5120.00215.7180.00238.9420.004KLG-5钾长石18.4700.00415.6800.00338.8600.008

表3 桂中大明山地区寒武系砂页岩的Pb同位素组成

备注：Th，U和Pb含量采用ICP-MS测试

4 讨论

4.1 成矿物质来源与矿床成因分析

三黎矿床主要为石英脉型硫化物矿床，其矿石物质成分简单，主要以方铅矿、闪锌矿和石英为主，伴生少量磁黄铁矿、辉银矿和方解石(图3)。由此可见，矿石中并不含硫酸盐，因此，矿石硫化物的S同位素并不需要计算便可以近似代表成矿流体的S同位素组成(Ohmoto et al., 1972; Dixon et al., 1996；Seal, 2006)。此次研究表明，18件矿石硫化物的S同位素的变化范围较窄，其δ34SV-CDT为-0.57‰～3.46‰，平均为1.52‰(表1)，在直方图中呈塔式分布于0附近(图4)，为典型的岩浆热液(或深部)起源。

图4 三黎Pb-Zn-Ag矿床的S同位素直方图Fig.4 Sulfur isotopic histogram of ore sulfides from the Sanli Pb-Zn-Ag deposit

Pb同位素也是示踪成矿物质来源的良好方法。该方法不但可以示踪成矿物质来源(Doe et al., 1974; Zartman et al., 1981; 张乾等，1994, 2000)，制约矿化年龄(Doe et al., 1974和Browning et al., 1987)，而且还可以判断地块构造属性(Macfarlane et al., 1990; Aitcheson et al., 1995)，进而指导矿产资源勘探(Doe et al., 1974; Gulson et al., 1979)。大量的锆石U-Pb定年表明，整个大明山地区的岩浆作用仅仅包括加里东期和燕山晚期；其中，前者岩性主要包括岗闪长岩、石英斑岩、花岗斑岩和花岗岩，其成岩年龄分别为443～407 Ma；后者主要为花岗岩、花岗斑岩、细晶脉岩和云煌岩，其成岩时代较为一致，其成岩年龄介于95～92 Ma(表4)。因此，笔者将矿石与赋矿寒武系地层砂页岩、志留纪岩浆岩和晚白垩世岩浆岩进行Pb同位素对比研究。由图5可知，三黎矿床硫化物的Pb同位素变化不大，明显高于区域志留纪岩浆岩的Pb同位素组成(张乾等，1993；刘玉平等，2000；阮思源等，2008)，低于寒武系地层砂页岩的Pb同位素组成(李泽琴等，1998)，却与晚白垩世燕山晚期岩浆岩的Pb同位素组成较为一致(李开文等，2013；何芳等，2015)。因此，三黎矿床的矿石Pb及其成矿金属物质最有可能起源于燕山晚期岩浆作用。

图5 三黎Pb-Zn-Ag矿床的Pb同位素对比图Fig.5 Lead isotopic diagram of ore sulfides, ore-bearing strata and magmatic rocks from the Sanli Pb-Zn-Ag deposit

综上所述，三黎矿床为岩浆热液起源的脉状Pb-Zn-Ag矿床。尽管矿区10 km范围内并无岩浆作用，该矿床的成矿物质最有可能起源于燕山晚期岩浆作用。因此，该矿床的成因既不同于桂中凹陷有关的Sedex型Pb-Zn矿床，也不同于右江盆地相关的微细脉型(卡林型)Au-Sb矿，而是与右江盆地边缘隆起的西大明山、大厂、个旧、白牛厂和都龙矿床成因相似的岩浆热液型矿床。所以，笔者认为该矿床同属于滇-桂-粤晚白垩世大规模岩浆热液成矿作用的产物。

4.2 深部找矿潜力分析

以上论述表明，三黎矿床最有可能为与晚白垩世岩浆作用有关的岩浆热液型Pb-Zn-Ag矿床。在南岭西段，几个与燕山晚期岩浆作用有关的世界级的超大型矿床构成了我国著名的滇-桂-粤锡多金属成矿省，主要包括个旧、白牛厂、都龙、大厂和大明山。已有的勘探表明，个旧矿田从北至南依次为马拉格、松树脚、老厂和卡房矿区，其矿石储量分别达300 Mt(1%Sn)、300 Mt(2%Cu)和400 Mt(7%Pb+Zn)(Cheng et al., 2013)；白牛矿床的4.1% Pb+Zn和92×10-6Ag的矿石为1.1 Mt(Ye et al., 2011)；都龙Sn，Zn和In的储量超过0.33 Mt、3 Mt和6 000 t(刘玉平等，2007)；在大厂，1.5%Cu，3%Zn和2%Sn的矿石达130 Mt(Fu et al., 1991,1993)，其次，Sb和In金属储量也分别大于0.5 Mt和8 000 t(张国林等，1998和Murakami et al., 2013)；在大明山地区，大明山钨矿床的WO3已探明的储量就超过0.2 Mt；其次，该区已发现的多金属矿床和矿点超过120处(张启连等，2010)。因此，巨量的金属物质在晚白垩世时期聚集于滇-桂-粤锡多金属成矿省。由此可见，滇-桂-粤锡多金属成矿省聚积了巨量的锡多金属的资源。

然而，大明山成矿带仅有大明山钨矿床达到超大型规模。但是，该成矿带不但矿床(点)多(超过120个)，而且矿床类型(石英脉型、云英岩型和矽卡岩型)和矿种(W，Cu，Pb，Zn，Ag，Au，Sb和水晶)都极为丰富。值得注意的是，该成矿带三黎矿床和南崖矿床中闪锌矿的In含量也较高(0.411～547)×10-6，平均值为164.75×10-6(张伟等，2016)，与都龙Sn-Zn-In矿床中闪锌矿的In含量相当(李廷俊等，2016)。这不但表明该矿床还存在In等元素可以综合利用，而且还暗示该矿床与都龙、大厂和个旧矿床同属于相似成矿作用的产物(图1)。

5 结论

(1)三黎Pb-Zn-Ag矿床为一个产于寒武系砂页岩中的脉状、浸染状和块状硫化物型矿床。其矿体呈脉状、透镜状、串珠状产出；矿石物质成分简单，主要为方铅矿、闪锌矿和石英；矿石主要包括压碎结构、中粒结构、自形粒状结构、半自形粒状结构，和块状、角砾状、肾状及浸染状构造；Pb，Zn 和Ag的品位分别为0.85%～5.62%，1.22%～5.47%和6.52%～31.28 g/T。

(2)S同位素研究表明，矿石硫化物拥有较为均一的S同位素组成，其δ34SCDT为-0.57‰～+3.46‰，呈塔式分布集中于0附近(平均值为+1.52‰)，为典型的岩浆热液(或深部)起源。Pb同位素同样也揭示了矿石Pb和成矿金属物质为岩浆热液起源。所以，三黎矿床为典型的岩浆热液型矿床。

(3)结合区域地质与地球化学特征，笔者推测三黎矿床最有可能为晚白垩世大规模成矿作用作用的产物，很有可能为深部矽卡岩型Pb-Zn矿化的末梢。这也暗示着矿区深部存在巨大的找矿潜力，且最有可能为矽卡岩型和石英脉型Pb-Zn-In矿体。

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