湖南水口山矿田地球化学特征分析

陈欢明 凌忠特 余祖龙

（湖南省遥感地质调查监测所 湖南长沙 410035）

水口山矿田位于湖南省常宁市水口山镇，地理坐标为东经112。34'～112。35'，北纬26。32'～26。33'。矿田内盛产铅锌金银铜矿，其中以水口山矿区康家湾铅锌金银矿规模最大。本文就区域地球化学特征，结合矿田地层、构造、岩浆岩等地球化学特征，浅析水口山矿田成矿机理及成矿规律。

1 区域地质、地球化学背景

水口山矿田地处南岭成矿带中部，邵阳—郴州北西向深断裂带北侧，株洲—江永北东向深断裂与耒阳—临武南北向构造带的交汇部位。通过对湘南成矿带区域地球化学研究认为，震旦纪以后地层对湖南岩浆形及其成矿不起主导作用，而对深循环热液成矿过程有比较重要的影响［1］。本区域地层中岩石富集Pb、Zn、Cu、Ag、Sb、Sn、Mo、As 等成矿元素，比地壳同类岩石平均含量高2～10 倍，说明本区域是Pb、Zn、Cu、Au、Ag、Sn、Sb、Bi、Mo、Sn等元素成矿有利地区［2］。

2 地层地球化学特征

矿田内地层微量元素变化总体上具有时代由老至新（泥盆系至侏罗系）As、Sn、W、Sb、Hg 元素的含量逐渐降低，Zn、Pb、Cu 等元素的含量由低变高，Zu、Pb、Cu等元素在二叠系粘土岩中含量最高，Au、Ag 元素含量从碳酸盐岩、碎屑岩、粘土岩、硅质岩有升高的趋势［3］。二叠系硅质岩中Au 元素高出地壳平均含量1.7 倍，Ag元素高出地壳平均含量8.3倍，而二叠系硅质岩在本矿田广泛分布，使二叠系当冲组硅质岩成为本矿田的主要赋矿层（见表1）。

表1 矿田主要地层岩石有关元素平均含量表

3 构造地球化学特征

3.1 褶皱带中主要元素分配特征

本矿田成矿与Ⅲ级次级倒转褶皱有着十分密切的关系，Ⅲ级褶皱主要有鸭公塘倒转背斜、老鸦巢倒转背斜、康家湾隐伏倒转背斜等（见图1），矿田内主要岩体沿Ⅲ级倒转背斜轴部侵入，矿液沿褶皱层间破碎带或接触破碎带交代充填，形成工业矿体［4］。

图1 水口山矿田褶皱与成矿关系示意图（数据来源为练翠侠所著论文《水口山铅锌矿床外围金矿床地质特征与找矿方向》，略有修改）

根据本矿田钻孔岩心采样分析结果说明，在同一褶皱的不同部位，倒转背、向斜轴部的层间破碎滑动构造带中，一些离子半径大、压缩性小、压熔性小的不稳定元素具聚集趋势，是相应岩石含量的数倍，是矿田的有利的赋矿层（见表2）。

表2 不同褶皱部位主要元素含量表

3.2 断裂构造地球化学特征

水口山矿田断裂构造以逆冲断裂组成双层结构推覆构造为主，断裂走向为南北向或北北东向，并衍生有东西向断裂。Ⅰ、Ⅱ级断裂为南北向或北北东向，Ⅰ级断裂蓬塘—石头排（F17）推覆断层、石坳岭—康家湾（F22）推覆断层矿田内有色、贵金属矿的主要导矿构造［5］。F1、F2则对控岩控矿起到了决定性作用（见图2）。

图2 水口山矿田构造纲要图（数据来源于陈平波、刘继顺、宛克勇等所著论文《湖南水口山矿田与3 号隐伏岩体有关的铁多金属矿床地质特征及找矿标志》，略有修改）

通过对矿田内主要断裂构造地球化学分析，矿田断裂带中微量元素分异的具体表现如下。

（1）矿田成矿的多期次性，断裂带中元素地球化学特征具有不同程质的叠加性，叠加性越强，断裂构造与成岩成矿的关系越密切。

（2）以F22为代表的NNE向压性、压剪性断裂，元素Au、Pb、Zn、As、Ba、F、Cl等在该类性质的构造中地球化学行为表现为聚集特征。

（3）以F2为代表的NNW 向张性、张剪性断层断裂带中Ag、Pb、Zn、Sb、Ba为聚集特征。

（4）控矿断裂带（F1）内成矿元素含量很高，大大高于两侧围岩的含量，如：Zn高达4.384×10-3，Ag为8.39×10-6，具明显的聚集特征。

4 岩浆岩地球化学特征

矿田出露的岩体大小有60多个，其中，1号、2号、3号、4 号岩体规模较大，并沿倒转背斜轴部侵入，且多呈超覆状、岩盆状、岩床状产出。1 号岩体为英安玢岩，2号、3号、4号岩体均为花岗闪长岩，不同岩体中微量元素的含量不同［6］。2号、3号、4号岩体内成矿元素Au、Cu、Pb、Zn 含量比其他岩体高出几倍，是维氏花岗岩的3～14 倍，其他微量元素的含量也略高，说明这几个大岩体含有丰富的成矿元素，这有利于矿体的形成，岩体除提供热动力源外还提供了成矿物质源［7］。2号、3 号、4 号岩体中Pb、Zn、Cu、Au、Ag 成矿元素变化系数大于1，1 号岩体中Au 成矿元素变化系数大于1，说明岩浆期后的热液活动使岩体内的成矿元素超于富集，变化系数越大，富集作用越强，含矿热液中金属离子的浓集越高［8］。

5 成矿成晕机理

5.1 成矿阶段元素分配

水口山矿田的形成具多期次多阶段性。第一期成矿为石英硫化物期第一、二阶（黄铁矿、黄铜矿、黄铁铅锌矿阶段），形成的主要矿物有黄铜矿、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、石英等。原生晕主要金属元素组合为Pb、Zn、Cu、Bi、Mo、Sn，基本无Au、Ag 元素异常，成矿以接触交代作用为主，主要形成中区、鸭公塘矿区的黄铁、黄铜、铅、锌矿体及老鸦巢矿区的黄铁铅锌矿体［9］。

第二期成矿高峰发生在石英硫化物期第三、第四阶段（黄铁铅锌金阶段），为金银的主要成矿阶段，成矿温度已明显降低，在150℃左右，形成的矿物有方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、自然金、辉银矿、石英等。成矿以充填作用为主，此期成矿除形成康家湾矿床外，在老鸦巢矿区表现为叠加在第一成矿期之上，形成老鸦巢金矿体。

第三期成矿形成仙人岩、龙王山类型近地表风化淋滤型、铁帽型外生金矿，形成温度低于150℃，主要矿物为赤铁矿、褐铁矿、黄铁矿、自然金、磁铁矿、方铅矿、闪锌矿，异常以Au元素为主［10］。

5.2 成矿成晕机理

Pb、Zn、Cu、Au、Ag 元素始源于岩浆期后的含矿热液，且呈离子或络离子状态迁移。在迁移过程中，热液与围岩不断发生交代，致使成矿溶液为弱碱性（pH值≈7.80）、弱还原性（Eh 值=-0.89），溶液组合模式为NaCl（CaCl）+CO2+H20，此时，Au 元素所表现的亲铁性大于亲硫性，矿液中Pb2+、Zn2+、Cu2+、Fe2+与S2-结合形成方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿沉淀，同时形成Pb、Zn、Cu、Sn、Bi、Mo等元素异常。

由于Pb2+、Zn2+、Cu2+、Fe2+不断沉淀，使得矿液中Au1+、Ag1+浓度相对增高，呈复硫络合物〔AuS2〕-和〔AgS2〕-形成迁移。在矿液由南往北自成矿中心向外运移的同时，二叠系地层中Au、Ag 金属元素部分被热液中游离的〔S2-〕活化成〔AuS2〕-、〔AgS2〕-，随着矿液外运移，体系温度逐渐降低，并接受大气降水，成矿溶液成CaCl+CO2+H20 模式，流体变为中偏酸性（pH 值≈6.62），氧化程度有所增高（Eh值=-0.72），此时，金银的亲硫性增强。因此，在有利空间不仅形成方铅矿、闪锌矿、黄铁矿，而且由于S2-降低，迫使金银元素的复硫络合物发生分解和化合（〔AuS2〕-+Fe2+→FeS2+Au ↓，〔AgS2〕-+Fe2+→FeS2+Ag2S↓），使金银元素沉淀成矿，金与黄铁矿紧密共生，辉银矿与方铅矿共生，与此同时，形成Au、Ag、Pb、Zn、As、Sb、Hg元素异常。

随着岩浆热液向四周不断扩散，沿薄弱部位上侵时，不断萃取地层中金、银元素，当迁移至近地表的破碎角砾岩中沉淀，但不足以成矿，后经次生淋虑富集作用，不断摄取角砾岩中金之后成矿，因而矿体中见氧化矿石（如仙人岩金矿床）。即使是在早期形成的黄铁铅锌金矿，由于其成矿后被造山运动抬高至潜水面之上，致使还原环境中形成的矿体在长期氧化环境下逐渐变化，形成铁帽型金矿（如龙王山金矿）。

6 结论

通过综合分析现在资料，初步得出以下认识。

（1）矿田2 号、3 号、4 号花岗岩岩体成矿元素Au、Cu、Pb、Zn含量较高，是维氏花岗岩的3～14倍，其他微量元素的含量也略高，岩体提供了热动力和成矿物质来源。

（2）水口山矿田成矿带为挤压带，因而，规模较大的压性、压剪性断裂是矿田构造找矿标志之一，该类断裂的局部张性地段与NW、NE 向断裂交汇处是矿化富集的良好空间。

（3）二叠系当冲组的硅质岩由于岩性易脆易碎，形成了有利成矿的空间，二叠系当冲组成为本矿田的主要赋矿层。

（4）矿田经过多期次成矿及矿化作用，褶皱轴部和断裂构造交汇处元素不同程度的多期次成矿叠加聚集，是有色、贵金属矿很好的赋存部位。

（5）后期成矿热液活动多次叠加，使得断裂带的断层或断层角砾中成矿元素表现为聚集特征，例如，F1、F22中除其他成矿元素外，Au元素也为聚集特征，因此，其控制的矿种除铅锌矿、黄铁矿、黄铜矿外，还有金矿。

（6）所有控矿、含矿断裂构造在地表都有Au异常，断裂与成矿越密切，Au 元素含量值越高，异常连续性越好，找矿的指示性越强。