河南栾川三道沟铅锌银矿地质特征及成因分析

沈瑞峰，王建统，王振强，张旭晃，胡亚净

(1.河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院，河南 洛阳 471023；2.河南省金银多金属成矿系列与深部预测重点实验室，河南 洛阳 471023；3.栾川县地质矿产局，河南 栾川 471500)

0 引言

河南省栾川矿集区位于华北陆块南缘，是中国最重要的钼多金属矿集区之一[1-4]。已发现南泥湖、三道庄、上房沟3个超大型钼钨矿床，目前累计查明钼金属量为631万吨，WO3金属量为138万吨[5]，另外区内铅锌资源较为丰富[6]，1999—2007年开展的“河南省卢氏—栾川县地区铅锌矿评价”项目，在区内圈算铅锌资源量781万吨、银9693 t。这些铅锌银矿多呈环带状围绕南泥湖岩体分布[7]，受断裂构造的严格控制，主要有百炉沟矿床、赤土店矿床、冷水北沟矿床、银洞沟矿床和核桃岔矿床等[2，8]。前人对矿集区内其他大—中型铅锌银矿床有较多的研究[8-12]，但对于三道沟铅锌银矿床研究较薄弱，主要集中在包裹体特征和同位素地球化学方面[13-15]。近年来通过“河南省栾川县三道沟银多金属矿预查”项目的实施，在三道沟共发现了5条铅锌矿体。本文旨在总结矿床地质特征的基础上，结合前人包裹体分析和同位素地球化学分析资料，对矿床成因进行分析，希望能够为矿区内寻找铅锌矿床提供借鉴意义。

1 地质背景

三道沟矿床是栾川矿集区的重要组成部分，属华北陆块南缘，位于栾川断裂和马超营断裂之间的洛南—栾川推覆构造的南部[16](图1a)。区内出露地层主要有新元古界陶湾群和栾川群、中元古界官道口群。官道口群主要为一套中浅变质浅海相含燧石条带碳酸盐岩组合，岩性主要为白云石大理岩，夹有千枚岩和石英片岩；栾川群主要为一套滨—浅海相碎屑岩-碳酸盐岩组合，岩性主要有片岩、千枚岩和白云质大理岩等；陶湾群为一套板内盆地稳定边缘斜坡相碎屑-碳酸岩沉积，主要由含砾灰岩、大理岩、千枚岩和石英岩组成，其中官道口群和栾川群是主要的赋矿围岩。

区内发育一系列向南逆冲的推覆断层和轴面向北陡倾的倒转褶皱[16](图1b)。褶皱构造主要有青和堂—庄科背斜、增河口—石宝沟向斜、黄背岭—石宝沟背斜、包头寨—南泥湖向斜和核桃岔向斜等。断裂主构造方向为NWW向，其次为NE和近SN向，NWW向断裂主要有栾川断裂、上牛栾断裂和石庙断裂等，构成了区内的基本构造格局，NE和SN向断裂局部发育，叠加于NWW向断裂之上，是区内的主要控矿和赋矿断裂[15]。

图1 栾川三道沟铅锌银矿床区域地质简图(据文献[17])

区内岩浆活动强烈，主要集中在元古宙和中生代[16，18]。中生代燕山期岩浆活动最为强烈，形成花岗岩岩基和花岗斑岩体，分布于NWW向与NE向断裂交汇处，具有数量多、规模小、分异程度高的特点，主要由上房沟、南泥湖、黄背岭、鱼库、石宝沟、火神庙及大坪等中酸性小岩体，这些岩体与钼、钨、铅锌成矿作用极为密切[1，3，5，7，9，17-18]。

区内金属矿床围绕燕山期中酸性小岩体由内向外呈规律性分布[3，7，17]，如斑岩-矽卡岩型钼-钨矿(南泥湖、上房沟、三道庄及马圈)主要分布岩体及其内外接触带，矽卡岩多金属矿床(冷水北沟、银和沟、扎子沟和鱼库等)主要分布在岩体外围，矿种主要有铅、锌、铁、铜、硫等，热液充填交代型铅-锌-银矿床(冷水北沟、杨树凹、白沙洞、百炉沟、银洞沟、核桃岔等)远离岩体，产于远离岩体的构造断裂带中。这些矿床在时间、空间和成因上与钼多金属矿化密切相关。

2 矿床地质特征

2.1 矿区地质概况

三道沟铅锌银矿床位于栾川矿集区的西部。出露地层主要以新元古界栾川群南泥湖组、煤窑沟组、大红口组以及少量的鱼库组为主。南泥湖组主要分布在矿区的北部，由石英砂岩、云母片岩和大理岩组成，是区内的主要赋矿地层；煤窑沟组位于矿区的中部，由白云石大理岩、云母片岩和少量石煤层组成；大红口组为粗面岩为主夹火山碎屑岩、大理岩等；鱼库组主要由白云质大理岩夹石英岩、片岩组成。NWW向断裂构造为区内的主要构造，与区域断裂主构造线一致，矿体则主要赋存在NE向断裂构造内，在与NWW向断裂交汇部位膨大形成富矿体。矿区南部出露有加里东期的变正长斑岩和辉长岩。

2.2 矿体特征

矿区中发现的大小含矿断裂构造带达15条之多，其中有5条含矿带规模较大(图2)，这5条断裂构造为一组平行断裂构造，平面距离50～80 m，倾向140°～174°，倾角54°～77°。矿体赋存于NE向断裂带内，产状与断裂带一致，受断裂严格控制，矿体产状整体较稳定，多呈脉状、似层状、透镜状，局部有分枝、复合、膨大、尖缩现象。

I号铅锌银矿体位于S020-1含矿断裂带中，目前地表初步控制长度约400 m，宽度为0.90～1.51 m，倾向SE，倾角56°～68°，矿体平均厚度约1.32 m。矿石品位：Ag (41.40～65.60)×10-6，Pb 0.55%～4.92%，Zn 0.75%～8.28%。

图2 三道沟铅锌银矿区地质简图

Ⅱ号铅锌银矿体位于S020含矿断裂带中，倾向140°～152°，倾角54°～74°，厚度为0.40～1.57 m，初步控制矿体长度约480 m，斜深控制约100 m，矿体平均厚度约1.06 m。矿石品位：Ag (7.90～53.70)×10-6，Pb 0.37%～2.16%，Zn 0.59%～1.11%。

Ⅲ号铅锌银矿体位于S021含矿断裂带中，倾向148°～166°，倾角54°～64°，厚度为1.62～5.52 m，控制矿体长度约440 m，斜深约150 m，主矿体平均厚度约3.18 m。矿石品位：Ag (10.51～163)×10-6，Pb 0.60%～10.90%，Zn 0.68%～6.46%。

Ⅳ号铅锌银矿体位于S022-1含矿断裂带中，矿体长度约1300 m，斜深约270 m，矿体厚度为0.90～5.76 m，矿体平均厚度约2.33 m。矿石品位：Ag (9.85～43.33)×10-6，Pb 0.40%～2.57%，Zn 0.62%～3.79%。

Ⅴ号铅锌银矿体位于S022含矿断裂带中，倾向145°～174°，倾角45°～77°，厚度为0.26～2.54 m，控制矿体长度约320 m，斜深约220 m，主矿体平均厚度1.10 m。矿石品位：Ag (14.80～88.19)×10-6，Pb 0.46%～13.44%，Zn 0.55%～6.60%。

2.3 矿石特征

矿石主要为硫化物矿石，地表附近可见有少量的氧化物矿石。其自然类型可分为多金属硫化物型和蚀变角砾岩型两种，前者呈脉状，分布于断裂带内或近顶底板处，品位一般较高，是矿区的主要矿石类型；后者一般位于构造的转折和变窄部位，蚀变可见有硅化、绢云母化和碳酸盐化，金属矿物主要有黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、少量黄铜矿，围绕角砾呈网脉状分布。

矿石的矿物成分主要为方铅矿、闪锌矿、黄铁矿，黄铜矿和毒砂少量(图3a、3b)，脉石矿物主要由石英、方解石和绢云母等。近矿围岩蚀变主要有碳酸盐化、硅化、绢云母化、黏土岩化及黄铁矿化或褐铁矿化，金属矿化主要由方铅矿化、闪锌矿化和黄铜矿化，矿体与围岩界线清楚。

图3 三道沟铅锌银矿床矿物结构特征

矿石结构主要为自形粒状结构，见少量残余结构、半自形粒状结构，他形粒状结构。矿石构造有条带状构造、团块状构造、角砾状构造、浸染状构造等。

据矿脉穿插关系、矿物组合、矿石组构等，将三道沟铅锌银矿成矿作用过程划分为三个阶段：Ⅰ阶段(早阶段)为黄铁矿-石英阶段，矿物组合为石英+黄铁矿；Ⅱ阶段(中阶段)为石英-方铅矿闪锌矿多金属硫化物阶段，矿物以黄铁矿、闪锌矿和方铅矿为主，伴有辉银矿、石英、毒砂、磁黄铁矿和黄铜矿等；Ⅲ阶段(晚阶段)为碳酸盐阶段，主要形成方解石、石英及少量的硫化物等。Ⅱ阶段形成大量的铅锌银硫化物，为主要的铅锌银矿化阶段。

3 矿床成因

3.1 成矿温度

通过对流体包裹体的研究，可以获取成矿流体的温度、密度、压力、组分、来源等信息，从而揭示流体的性质、矿床的成因、物质的来源、成矿流体的演化规律[19]。唐利等[14]对三道沟矿床不同阶段的石英流体包裹体进行显微测温，发现Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段成矿流体温度分别为260℃～360℃、200～320℃和160～260℃，盐度分别为4%～10%、6%～12%和4%～8%，可以看出三道沟矿床流体为中高温、中低盐度的流体，并且随成矿过程温度和盐度逐渐降低。而与矿区紧邻的冷水北沟铅锌矿床成矿阶段石英流体包裹体均一温度为420℃～340℃(早)、470℃～260℃(中)和小于260℃(晚)，包裹体盐度(NaCleq)为4.80%～8.68%，两者在温度区间和演化趋势特征非常相似，同属高—中温、中低盐度流体[12，20]。

3.2 成矿流体来源

根据氢、氧同位素分析结果，三道沟铅锌银矿床成矿流体的δ18O水-SMOW变化于0.7‰～11.1‰之间，δDV-SMOW变化于-67.5‰～-106.8‰之间[14]。由图4可知，与冷水北沟铅锌银矿床、骆驼山矿床中热液脉状矿床和南泥湖—三道庄斑岩型钨钼矿床相比较，具有基本一致的氢、氧同位素分布范围和演化趋势，因此三道沟矿床成矿流体具有相同的岩浆水来源[12，21-22]。另外曹华文等[15]对成矿阶段方铅矿和闪锌矿共伴生的方解石微量元素特征进行研究，同样佐证了三道沟矿床成矿流体为岩浆热液，后期有大气降水影响。

3.3 成矿物质来源

硫同位素能够对矿床成矿物质来源起到示踪作用。前人[13]获得的三道沟矿床闪锌矿δ34S的平均值为9.35‰，黄铁矿δ34S的平均值为8.95‰，方铅矿δ34S的平均值为8.2‰，δ34S的平均值为8.75‰，这些δ34S普遍较高，且未达到硫同位素平衡，因此具有一定的参考意义。相邻矿区的冷水北沟矿床和骆驼山矿床获得了大量的硫同位素数据，燕长海等[24]获得冷水北沟方铅矿和闪锌矿δ34S值的范围为0.7‰～4.2‰，平均值为2.53‰；许腾和杨晨英[25]分别获得骆驼山矿床方铅矿、闪锌矿和黄铁矿的δ34S值的范围分别为1.4‰～2.3‰和1.5‰～2.8‰，平均值分别为2.24‰和2.2‰，这些硫同位素达到了硫同位素平衡，且变化范围小，呈塔式集中分布，显示出单一硫来源特征，而地层中硫化物的δ34S值具有较大的变化范围，两者明显不同，表明硫非地层来源。两处矿床硫同位素峰值范围介于1.5‰～2.5‰之间，指示硫主要来源于地壳下部或上地幔。因此推测三道沟矿床与冷水北沟矿床和骆驼山矿床具有相似的硫同位素特征，为深源硫，成矿物质来源同样来源于地壳下部或上地幔。

图4 三道沟铅锌银矿床成矿流体δ18O - δD图解(底图据文献[14]有修改)

3.4 成矿时代

三道沟矿床成矿阶段闪锌矿Rb-Sr等时线年龄和方解石Sm-Nd测年，获得成矿年龄为(137.7±5.7) Ma[26]和(138±2.6) Ma[15]，形成时代为早白垩世。前人对栾川矿集区成岩成矿年龄获得了大量的数据，岩体成岩年龄：南泥湖岩体为145 Ma～149 Ma[27-29]，上房沟岩体为153 Ma～158 Ma[27-28，30]，火神庙岩体为146 Ma～148 Ma[31]。接触带及外围斑岩型钼钨矿床，矽卡岩型和脉状铅锌矿床的成矿年龄：南泥湖钨钼矿床为141 Ma～147 Ma[27，32-33]，三道庄钼钨矿床为143 Ma～146 Ma，上房沟钼铁矿床为141 Ma～144 Ma[32-34]，骆驼山硫铁多金属矿床为137 Ma[22]，冷水北沟铅锌矿为136 Ma[20]，这些成岩成矿年龄表明，南泥湖斑岩体及围绕岩体分布的斑岩-矽卡岩型钼(钨)矿床、矽卡岩型多金属硫铁矿床、热液脉状铅锌矿床形成时代为连续渐变关系，是同一构造-岩浆-流体成矿事件的产物。毛景文等[35]提出华北克拉通及其邻区的中生代金属矿床大规模成矿作用出现在200 Ma～160 Ma、150 Ma～140 Ma和130 Ma～110 Ma三个时期，这三大成矿期所对应的地球动力学背景分别为华北板块与扬子板块的碰撞造山后陆内造山和伸展过程、南北主应力场向东西主应力场构造体制大转折和EW向岩石圈大规模减薄作用[35]。说明栾川矿集区成岩成矿作用可能与中国东部构造体制大转换晚期伴随的岩石圈大规模减薄形成的岩浆作用有关。

4 结论

1)三道沟铅锌矿床5条规模较大的铅锌银含矿带，长300～1300 m，为一组平行含矿断裂，倾向SE，倾角较陡。

2)通过对三道沟成矿阶段流体包裹体和氢氧同位素地球化学研究，表明三道沟矿床类型为岩浆热液脉型，成矿流体为高—中温、中低盐度岩浆热液，成矿中后期受大气降水的影响；相邻矿区硫同位素表明深源硫，推测三道沟矿床成矿物质来源为地壳下部或上地幔。

3)三道沟铅锌矿床成矿年龄在137 Ma～138 Ma，与栾川矿集区的成岩年龄(145 Ma～158 Ma)和成矿年龄(136 Ma～147 Ma)相一致，是同一构造-岩浆-流体成矿事件的产物，可能与中国东部构造体制大转换晚期岩石圈大规模减薄形成的岩浆作用有关。

致谢：野外地质工作中得到了王杏村教高的细心指导，文章修改过程中得到了审稿人的指导和帮助，在此一并致谢。