山西省红土沟铅锌矿床地质特征及找矿潜力分析

宁建国，刘玉国，裴进云，刘 飚

(1.中国冶金地质总局第三地质勘查院，山西太原 030002；2.中南大学，有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室，湖南长沙 410083)

0 引言

华北克拉通北缘钼矿带是我国新发现的第三大钼矿带，尤其是西端集宁南部地区，分布有大苏计、曹四夭、泉子沟等大型钼矿床，成矿主要与中生代超浅成的花岗质斑岩密切相关(陈毓川等，2003；黄凡等，2011；聂凤军等，2012；王国瑞等，2014)。钼矿床主要发育在斑岩体内部与接触带附近，而岩体的远端与断层裂隙带中常发育有中低温大规模的铅锌银矿化，构成完整的成矿分带，例如李清地铅锌矿、红土沟铅锌矿、蔡家营铅锌矿、六墩铅锌矿床等(祝新友等，2005；梁瑞等，2013；郑文东，2016；杨新雨等，2020)。中低温铅锌矿的深部勘查与成矿规律研究不仅可以增加成矿带的铅锌资源量，同时对深部隐伏成矿岩体与斑岩型钼矿的发现均有较好的指示作用。

红土沟铅锌矿位于曹四夭钼矿南部25 km处，是中国冶金地质总局第三地质勘查院1989～1990年在阳高县-天镇县一带实施的1:5万水系沉积物地球化学测量工作①中发现的，初步圈定Au、Ag、As、Sb、Cu、Pb、Zn等多个元素组合异常16个，其中9号异常位于天镇县红土沟。该异常为一以银为主的Au、Ag、As、Sb、Cu、Pb、Zn等低温元素组合异常，其中银异常形态为椭圆状异常，主体部位走向北东，总长4.5 km，宽1.3 m，Ag异常的平均含量为120.5×10-9，极值含量为360×10-9，分布面积11 km2，红土沟铅锌矿为该异常主体部位。2016年开始在矿区开展了详细的基础地质、地球化学测量、地球物理探测与钻探工作，发现了多条铅锌矿体，显示出区内较大的找矿潜力。本次研究在野外工作的基础上，对本区地质特征、控矿因素、物化探异常特征等方面进行综合分析，总结矿床成矿规律并评价资源潜力，以期对矿床深边部找矿提供依据，同时为华北克拉通北缘中新生代岩浆活动与钼铅锌多金属成矿研究提供典型案例。

1 区域地质背景

研究区大地构造位于华北地台北缘(图1a)，内蒙地轴南缘的天镇隆起区，中生代晚期存在强烈的构造岩浆活动，在集宁-大同-张家口一带②，发现多个与中生代火山岩活动有关的铅锌、金、银、钼多金属矿床，例如：六墩铅锌矿床、水磨口铅锌矿床、堡子湾金矿、蔡家营铅锌矿、曹四夭钼矿、李清地铅锌矿等，找矿前景较好(图1b)。研究区地层主要有古太古界集宁群、第三系及第四系地层。其中集宁群经历了麻粒岩相-绿片岩相多期变质作用叠加，主要由瓦窑口组、阳高岩组、右所堡岩组变质岩等组成，而新生界第三系、第四系主要为松散堆积物。研究区构造活动频繁复杂，主要为五台期和印支-燕山期，其中五台期在NS-SE方向挤压应力作用下，形成了宽缓的NE向褶皱。印支-燕山期以形成断裂构造为特征，印支期构造主要为近EW向断裂，而燕山期主要为NE、NW向两组脆性断裂，例如阳高-天镇NEE向断裂带。研究区侵入岩十分发育，古太古界集宁期中酸性侵入岩分布广泛，五台期碱、酸性侵入岩少量分布，吕梁期岩浆活动渐弱，仅有大量NW向辉绿岩墙，印支期以中酸性脉岩为主，燕山期为少量次火山岩，喜马拉雅期仅见零星分布的橄榄玄武岩。

图1 山西省红土沟铅锌矿区域地质简图(据班宜红和安金亮，2020修编)

2 矿区地质背景

2.1 地层

研究区出露地层由老到新依次为古太古界集宁群瓦窑口组、阳高岩组和右所堡组以及新生界第四系。矿区内主要发育地层为瓦窑口组，该组岩性为斜长片麻岩，同时也发育新生界的第四系松散坡积物(图2)。集宁群阳高岩组出露极少，为磁铁石英岩，仅仅呈小透镜体状分布在瓦窑口片麻岩中，右所堡组的地层则是集中分布在矿区外围西侧，在矿区内部内几乎不发育。角砾岩及碎裂岩主要分布在断裂带上，与铅锌成矿关系极为密切。

2.2 构造

矿区内褶皱构造为背斜构造，构造线方向与区域构造一致，呈NEE向展布。矿区集中矿化地段处于F3、F4、F5断层控制的三角区，这一区域的位于背斜构造的核部(图2)。矿区中部发现一向南倾伏的环状构造，北半环红土沟-对井沟一带发现弧形蚀变矿化带。南半环发现印支期石英斑岩脉大范围内零星出露。构造角砾岩、蚀变矿化带、石英斑岩岩脉呈环形分布，结合化探异常成矿晕和前晕化探异常环形分布特征，与环形构造位置相吻，印证环状构造的存在③(图2)。

图2 红土沟铅锌矿重点勘查区地质平面图

2.3 岩浆岩

矿区岩浆岩侵入事件广泛发育，主要为古太古代集宁期、新太古代五台期、元古代吕梁期、中生代印支期、燕山期。古太古代集宁期岩浆活动主要为瓦窑口片麻岩，形成本区岩基，分布于整个工作区范围(图2)。新太古代五台期岩浆岩为变质斜长花岗岩、变质花岗岩，形成一系列岩脉、岩株。元古代吕梁期以基性、酸性岩浆侵入到早期地质体中，形成遍布全区的辉绿岩墙和花岗伟晶岩脉。中生代主要岩性有燕山期石英斑岩(图2)、英安斑岩，以岩脉、岩株形式穿插于早期侵入体之中，岩株状侵入体常伴随角砾岩。中生代岩浆活动与成矿关系密切(杨全林，2018)。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿区内发现的矿体多呈板状、脉状、透镜状，可能与矿区呈环状分布的石英斑岩岩体或岩脉有关(图2)。钻孔ZK1601及ZK0401的岩心数据表明铅锌矿体主要分布在石英斑岩顶部的含矿破碎带中，常见硅化、高岭土化(图3和图4)，呈细脉状、浸染状或星点状分布(图5b,c,f～h)，石英斑岩中也可见少量的闪锌矿化(图5d，图6c)。结合矿体分布特征，及岩体与破碎带关系及矿石组构特征，发现铅锌矿体主要是由成矿热液沿破碎带的充填交代作用所形成。矿体受NE向和EW向断裂构造控制明显，倾向主要集中在148°～197°，倾角41°～80°，Pb+Zn品位为1%～3%，局部富银，矿体常发育硅化、高岭土化(图3和图4)，该矿区共圈定铅锌矿体7条(表1)，主要分布在L09、L04、L00及L12～16号勘探线上，编号分别为①、②、③、④、⑤、⑥、⑦，其中L12～16勘探线的⑤号板状铅锌矿体规模较大，具体的矿体参数见表1。

图3 红土沟铅锌矿床L12～16勘探线间某地质剖面图

表1 红土沟矿区铅锌矿体特征一览表

规模较大的⑤号铅锌矿体位于L12～16勘探线之间，主要由钻孔ZK1601工程控制(图2和图4)，矿体延长240 m，延深80 m，厚度3.7～22.6 m，平均厚度8.89 m，矿体呈层状、似层状产出，主要分布在碎裂岩的顶部，总体走向85°～95°，倾向175°～185°，倾角41～57°，Pb品位0.4%～8.24%，平均品位1.27%，Zn品位0.2%～1.8%，平均品位0.46%(表1)，主要围岩为片麻岩、角砾岩、蚀变岩，蚀变有硅化、褐铁矿化、碳酸盐化、高岭土化等。

②号铅锌矿体位于L04勘探线，主要由钻孔ZK0401工程控制，其分布特征是最能够体现后期热液充填交代含矿破碎带的现象(图2与图4)。②号矿体延长30 m，延深27 m，平均厚度5.78 m，矿体主要分布在破碎带中，含矿热液沿破碎带充填交代成矿，其走向105°，倾向195°，倾角43°，Pb平均品位0.05%，Zn平均品位0.467%，主要围岩为片麻岩片麻岩、角砾岩、蚀变，蚀变以高岭土化、硅化为主。

图4 红土沟铅锌矿床L04剖面图

3.2 矿石特征

红土沟铅锌矿体对围岩的岩性有较强选择性，地质剖面和野外宏观地质特征表明矿体多产于破碎带中(图3、图4、图5a,b)，带内以角砾岩为主，并发育明显脉状或星点状铅锌矿化(图5b,c,e)。矿石构造以细脉状、浸染状构造为主，沿破碎带充填交代形成细脉状及浸染状铅锌矿石(图5f,g,h)，对矿石进行了化学全分析(表2)。分析结果显示，Pb含量0.06%～3.36%，平均值为1.27%，Zn含量0.24%～1.71%，平均值为0.87%，Ag含量(1.62～20.5)×10-6，平均值为8.39×10-6，其它元素含量均较低，说明了矿石中不仅富集Pb、Zn，同时还富集Ag。

图5 红土沟铅锌矿床宏观地质特征

表2 红土沟铅锌矿矿石化学全分析结果

矿石的结构以半自形粒状结构、碎裂结构为主(图6c,f)，包含结构及反应边结构次之。矿石中金属矿物主要为方铅矿、闪锌矿及少量的黄铁矿，整体含量小于5%，非金属矿物以石英为主(图6e,g)。方铅矿为铅灰色，呈粒状或浸染状分布(图6e,f,g,h)，常与石英、闪锌矿及少量黄铁矿一起组成含多金属硫化物细脉(图6c,d,)；闪锌矿为灰黑色或棕灰色，与方铅矿共生，常呈团块状、细脉状产出(图6e,h)。黄铁矿为浅黄铜色，呈半自形-它形粒状，粒径较小，碎裂结构显著，常与方铅矿、闪锌矿共生(图6f)。

图6 红土沟铅锌矿床矿石显微特征

Fig.6 Microscopic characteristics of ores from the Hongtugou Pb-Zn deposit

Gn-方铅矿；Sp-闪锌矿；Py-黄铁矿；Q-石英

Gn-galena;Sp-sphalerite;Py-pyrite;Q-quartz

4 物化探异常特征

4.1 矿区激电异常特征

矿区地质体物性测定数据统计结果列于表3。极化率最高的是方铅矿矿石，电阻率值最高的是石英斑岩，其数值是片麻岩近乎两倍，同时也具有较低的极化率，说明与成矿相关的斑岩体具有高阻低极化的特征，而含矿岩石及矿石等则呈低阻高极化的特征(例如含矿角砾岩、方铅矿矿石等)。充分利用各类岩(矿)石存在显著的电性差异，故用激发极化法来开展找矿工作。本文开展了音频大地电磁测量和电法等物探工作，结合综合化探异常来反演红土沟勘查区的含矿岩石及其深部隐伏含矿岩体的分布。

表3 岩(矿)石标本电性参数测定统计结果

音频大地电磁测量剖面图显示，在水平距离441～520 m之间整体表现为高阻，且高阻异常体整体向南陡倾(图7a)。综合岩(矿)石标本电性参数资料(表3)可以看出，含矿岩石为中低阻高级化异常体，围岩主要为片麻岩，属相对较高的高阻体。音频大地电磁测深剖面资料反映有高阻异常体延伸至深部，表明在深部有极大的高极化体存在，很可能是深部隐伏含矿岩体所引起的(图7a)，同时相关地质体(围岩，含矿岩石等)也与激电中梯剖面曲线及综合化探异常的对应情况较好(图7b,c)。经ZK1601孔验证见到三层铅锌矿体，矿体赋存在硅化碎裂岩及顶板高岭土化蚀变岩中，⑥、⑦号铅锌矿体赋存在高岭土化蚀变岩中，激电测井资料显示为低阻高极化的特征，⑤号铅锌矿体赋存在硅化碎裂岩中，激电测井资料显示为高阻高极化的特征，以上的钻孔数据表明了物探手段(音频大地电磁测量及激电手段)

图7 红土沟重点勘查区物化探异常图

的真实有效性，也表明了不同赋存形式的矿体表现出不同的视电阻率特征。从激电(视电阻率与极化率)剖面看(图7c)，极化率整体变化不大，分布在0.5%～3.0%，平均值2.09%，剖面视电阻率分布在68～2162 Ω·m，平均值为410 Ω·m，视电阻率剖面整体平缓，主要为出露岩性的反映，蚀变岩体表现为低阻，片麻岩为中高阻，出现高值异常可能是由于石英斑岩或者硅化所引起(图7c)。例如L16线剖面长1250 m，剖面极化率普遍在2.0%左右变化，分别在平距420～720 m出现了极化率相对高值异常，极化率最高3.44%，异常位于硅化蚀变角砾岩、高岭土化碎裂岩、片麻岩中，而在该处的高值异常很大可能是由于地层中硅化相对较强所引起的。视电阻率与视极化率在平距450～520 m表现为高阻高极化(图7c)，与410～510 m处综合化探异常(Ag、Pb、Zn、Au、Cu)对应(图7b)，二者吻合程度很好，同时结合平距450～500 m处的岩性为硅化蚀变角砾岩，为含矿岩石，外围为高岭土化、褐铁矿化蚀变岩，含矿岩石与围岩物性差异明显的事实，推测深部可能存在高阻高极化异常体，极大可能为隐伏含矿岩体。

4.2 矿区地球化学特征

根据矿区1:10000土壤地球化学测量成果，矿区微量元素特征显示除As、Bi平均含量明显高于地壳克拉克值(维)，Ag、Cu、Pb、Zn、Sb平均含量接近于地壳克拉克值(维)外，其它元素平均含量明显低于地壳克拉克值(维)。

本区发现Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Hg、Bi、Mo组合异常8个，编号AP-1至AP-8，其中AP-4为乙2类异常，AP-5、AP-6和AP-7为乙3类异常，其余为丙类异常。AP-4、AP-5、AP-6、AP-7组合异常呈环形分布(图8a)。该环状异常前晕As、Sb、Hg发育,其平均含量分别为12.59×10-6、1.88×10-6和93.63×10-6，极值含量分别为163×10-6、14.3×10-6和5399×10-6，成矿元素Ag、Pb、Zn含量极高，其平均含量分别为0.407×10-6、197.7×10-6和749.7×10-6，极值含量分别为4.76×10-6、11340×10-6和8338×10-6(图8d～f)。Au、Cu含量一般，其平均含量分别为5.64×10-9和146.6×10-6,极值含量分别为44.6×10-9和338×10-6(图8h～i)。化探异常表现为浓集中心明显，异常元素组合为Au、Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Hg、Bi、Mo(图8b～k)。异常北部发现半环状矿化蚀变带，经地表样坎和槽探工程揭露，在该异常部位发现铅锌矿体7条，同时也在异常南部发现有印支期石英斑岩脉大面积零星出露，很大可能二者密切相关。需要指出的是该环形异常表现为前晕元素As、Sb、Hg发育，异常强度较高，规模较大，尾晕元素Mo相对发育，异常强度一般，规模相对较小，表明该区热液活动具有多期性，导致铅锌矿床具有多期、多阶段叠加成矿的特点。综合认为地表浅部发现的铅锌矿(化)体在成矿后可能遭受了一定程度的剥蚀，深部赋存有铅锌矿体的可能性极大，同时推测深部存在隐伏岩体，而区内发现AP-4、AP-5、AP-6、AP-7化探综合异常围绕该岩体中心呈环状分布(图8a)，化探异常位于岩体与围岩的外接触带部位，矿体很有可能分布在外接触带中。

图8 红土沟矿区综合异常剖析图

5 成矿规律与找矿潜力

目前的勘查工作指示红土沟铅锌矿可能与隐伏的火山-岩浆成矿系列有关，为中生代陆相火山作用有关的火山热液铅锌银多金属矿床。该类型矿床一直是铅锌银矿床的重要类型，如山西支家地(张会琼等，2012)、河北牛圈(王胜权等，2009)、蔡家营(梁瑞等，2013)、内蒙古甲乌拉-查干(高德荣等，2016)及李清地(吕增尧，2012；张广纯等，2020)。该类矿床发育较好的元素分带(陈旺等，2016)，水平上自火山机构向外依次为Mo-Cu-Au-Pb、Zn-Ag，同时还存在垂直分带，自地表向下依次为Mn-Ag-Pb、Zn-Cu、Mo等。祝新友等(2005)的铅同位素分析结果显示，铅多为放射性成因，说明铅主要来自太古宙变质岩，即中生代强烈的火山活动从基底变质岩中交代出大量的铅元素，这类矿床浅部多表现为脉状、囊状铅锌矿，深部有较大的找矿潜力。

通过实际勘查结合该类型矿床的成矿特征，总结矿区主要找矿标志：(1)矿区地表铁锰矿化发育地段，为直接找矿标志；(2)地表出露的角砾岩、石英斑岩与片麻岩接触带附近，特别是具有硅化、钾化、褪色较强部位矿化较强；(3)环形构造边缘部位，断层交汇部位；(4)化探Pb、Zn、Ag综合异常区是重要的地球化学找矿标志，特别是Pb>0.2%、Zn>0.1%综合异常区域；激电异常剖面中低阻高极化区域。

通过对区内地质特征、土壤地球化学特征、蚀变特征等综合分析，认为本区深部找矿潜力较大，主要依据如下：(1)环状化探异常，前晕元素As、Sb、Hg发育，异常强度较高，规模较大，尾晕元素Mo相对发育，异常强度一般，规模相对较小，表明该区热液活动具有多期性，导致铅锌矿床具有多期、多阶段叠加成矿的特点，综合认为地表浅部发现的铅锌矿(化)体成矿后遭受了一定程度的剥蚀，深部赋存有铅锌矿体的可能性极大；(2)2018～2019年预查工作共圈出1个矿化带，7条铅锌矿体，地表槽探及深部钻探均见矿体或矿化体,其中⑤号铅锌矿体控制延长160 m，控制延深60 m厚度3.7～22.6 m，Pb品位0.3%～8.24%，Zn品位0.2%～1.8%③。说明区内成矿条件较好；(3)地表角砾岩、蚀变矿化带、石英斑脉呈环形分布,结合化探异常成矿晕和前晕化探异常也呈环形分布，印证环状构造的存在，可能为陆相火山机构引起的；(4)斑岩型钼矿床外围和上部常发育有脉状铅锌银矿体(陈衍景等，2003；毛景文等，2006；2009；叶会寿等，2006；武广等，2013)，脉状铅锌银矿与斑岩钼矿构成一个以石英斑岩体为核心的钼-铅锌银成矿系统，这些脉状铅锌银矿与斑岩型钼矿互为找矿勘查指示。

6 结论

(1)红土沟铅锌矿体多呈脉状、透镜状，受NE向和EW向断层构造控制明显，对围岩岩性有较强的选择性，铅锌矿多产于角砾岩中，发育硅化、铁锰矿化。矿物组合以方铅矿+闪锌矿+黄铁矿+石英为主，矿石中Pb+Zn的含量变化较大(0.72%～5.07%)，Ag含量(1.62～20.5)×10-6，其它元素含量均较低。

(2)铅锌矿体与围岩片麻岩具有显著的物性差异，矿体呈低阻高极化，激电(视电阻率)剖面与音频大地电磁测量剖面均显示了深部存在有利异常体，ZK1601孔验证见到三层铅锌矿体。

(3)土壤地球化学测量显示环状异常，前晕元素As、Sb、Hg发育，异常强度较高，规模较大，尾晕元素Mo相对发育，异常强度一般，规模相对较小，结合地表的环状断裂与浅部的石英斑岩脉分布推测深部应存在隐伏成矿岩体。

[注 释]

① 韩志安. 1990. 阳高县—天镇县一带1:5万水系沉积物地球化学测量报告[R].

② 崔德元,贾建华. 1996. K50E021001(新平堡)幅地质图说明书[R]. 山西省地质调查院.

③ 宁建国,裴进云. 2020. 山西省天镇县红土沟银多金属矿预查地质报告[R]. 中国冶金地质总局三地质勘查院.