河南汝阳地区铅锌矿床地质特征及铅同位素地球化学特征

张素超，陈春景，王巧玲，杨水旺，金锐，王学贞，李玉芹

(1.河南省有色金属矿产探测工程技术研究中心， 河南 郑州 450016； 2.河南省有色金属地质矿产局第七地质大队， 河南 郑州 450016； 3.河南大学古代文明研究中心， 河南 开封 475000)

0 引言

河南省汝阳地区位于东秦岭—大别山钼铅锌银多金属成矿带中段北部，地理坐标范围为东经112°14′00″～113°00′30″，北纬33°54′00″～34°01′00″。该地区区域岩浆活动频繁，断裂构造发育，成矿地质条件十分有利，目前已发现西灶沟铅锌矿、王坪西沟铅锌矿、崔家沟铅矿等矿床(点)几十处(图1)。前人对该地区中大型西灶沟铅锌矿(燕长海等，1992)、王坪西沟铅锌矿(姚军明等，2008；金昌，2017)及老代仗沟铅锌矿(燕长海和刘国印，1995；付治国等，2008a；宋延斌等，2017；张衡等，2021)的矿床特征及矿床成因等方面做了大量研究，但对其他小型铅锌矿床(点)整体研究较少，这些小型铅锌矿床(点)是否具有与西灶沟等中大型铅锌矿相似的成矿地质环境及矿床成因需进一步研究。在对汝阳地区铅锌矿床开展了较详实的地质资料研究、铅锌矿床(点)地质调查和铅锌矿样品采集、化验分析等工作的基础上，总结了汝阳地区多个铅锌矿床的矿床地质特征、铅同位素地球化学特征，对该地区铅锌矿床成矿物质来源进行了一定探讨，提出汝阳县靳村—王坪一带的鑫源宝丰铅矿、鑫荣铅锌矿等十余处小型铅锌矿床(点)成矿地质环境及矿床成因与西灶沟等中大型铅锌矿一致，而寄料街南部温爬铅矿、崔家沟铅矿、拉台铅矿等几处矿床(点)则与之不同。本次研究成果可为汝阳地区及外围进一步寻找同类型铅锌矿床提供参考。

1 区域地质概况

研究区位于河南西部的华北地台南缘与秦岭褶皱系东段的衔接部位，卢氏—栾川—方城大断裂以北(图1)。区内地层基底为太古宙太华岩群深变质岩系，盖层主要为中元古界熊耳群火山岩系。区内构造发育，提供了良好的矿液运移和储存场所。岩浆活动非常频繁，王屋山期、燕山期活动强烈，与成矿关系密切的小岩体广布全区，岩石蚀变十分普遍(严海麒等，2007)，成矿地质条件极为优越。

图1 豫西构造纲要图(a)与河南省汝阳地区区域地质简图(b据付治国等2008修改)1—第四系；2—新近系大安组；3—古近系石台街组；4—古近系蟒川组；5—古近系陈宅沟组；6—寒武系上统固山组；7—寒武系中统徐庄-张夏组；8—寒武系下统辛集-馒头组；9—上元古界洛峪群崔庄组；10—中元古界汝阳群北大尖组；11—中元古界汝阳群云梦山组；12—中元古界熊耳群马家河组；13—中元古界熊耳群鸡蛋坪组；14—中元古界熊耳群许山组；15—中太古界太华群雪花沟组；16—中太古界太华群水底沟组；17—中太古界太华群铁山岭组；18—中太古界太华群荡泽河组；19—燕山期花岗岩；20—燕山期石英斑岩；21—王屋山期闪长岩；22—王屋山期二长花岗岩；23—王屋山期石英二长闪长岩；24—王屋山期花岗闪长岩；25—王屋山期石英闪长岩；26—地质界线；27—断层；28—铅锌矿位置及编号

区域地层属华北区(Ⅰ)—豫西分区(Ⅰ2)—熊耳山小区(Ⅰ21)。南东小部分出露上太古界太华群荡泽河组、铁山岭组、水底沟组、雪花沟组，岩性主要为黑云斜长片麻岩、斜长角闪片麻岩等；中元古界汝阳群云梦山组、北大尖组石英岩及洛峪群崔庄组页岩。北东部分出露寒武系下统辛集—馒头组、中统徐庄—张夏组、上统固山组，岩性主要为白云岩、灰岩等；古近系陈宅沟组、蟒川组、石台街组，岩性主要为砂岩、砾岩。区域中部及西部广泛分布中元古界熊耳群许山组、鸡蛋坪组、马家河组中性—中酸性火山岩，其中，鸡蛋坪组在区内大面积分布(乔怀栋和黄任远，1993)，岩性以安山岩、英安岩、流纹岩为主。第四系分布于靳村河、斜纹河岸及河床部位。

区域构造主要以断裂为主，大致可划分为近东西向、北东向、北西向三组。各组断裂相互截切、重叠、归并，形成纵横交错的构造格局。北西向断裂构造具规模大、延伸长、切割深、多期活动、蚀变矿化普遍等特征，为该区的主要导矿构造。具有代表性的区域性大断裂有北西向掘头村—王坪—土门街断裂、竹园—银鹿沟断裂，北东向清凉寨西断裂、狮子垛西侧北东向断裂、狮子垛凹东断裂，近东西向东灶沟断裂、赵家庄—麻杆岭断裂、南沟—南洞沟断裂，与铅锌矿成矿关系紧密。

区域岩浆岩主要为燕山期和王屋山期岩浆侵入。西南部分布有大面积的太山庙花岗岩基，主要表现为燕山晚期酸性岩浆的侵入，形成了面积较大的复式花岗岩体(王令全等，2014)，与本区各类矿床的形成关系密切。北部分布有一定面积的燕山期石英斑岩脉。中部为一些小规模的王屋山期的闪长岩、二长花岗岩、石英二长闪长岩、花岗闪长岩、石英闪长岩岩脉，岩脉多呈长条状、脉状沿断裂带分布(马红义等，2006；王鹏飞等，2016)。

2 铅锌矿床地质特征

2.1 矿区地质特征

汝阳地区铅锌矿床目前已发现西灶沟、王坪西沟、老代仗沟、崔家沟铅矿等几十处矿床(点)(表1)。

西灶沟、王坪西沟、老代仗沟铅锌矿为本区中大型铅锌矿床，其他为小型铅锌矿床，清凉寨沟、宝丰沟、崔家沟、温爬铅矿点等为本次项目地质调查点。

西灶沟铅锌矿区出露地层为中元古界熊耳群鸡蛋坪组二段及三段安山岩、英安岩、流纹岩。区内构造以成矿期破碎带、蚀变带及矿化带形式的近东西向、北东向、北西向30余条断裂为主，其中近东西向断裂成矿活动特征显著。破碎带中，多见石英脉、正长斑岩脉充填，为热液充填交代型铅锌矿床(燕长海等，1992)。

表1 汝阳地区部分铅锌矿床矿体特征

续表1

王坪西沟铅锌矿区出露地层为中元古界熊耳群鸡蛋坪组五段，以英安岩为主。区内构造有近东西向、北东向、北西向三组断裂，其中近东西向断裂内有石英闪长岩、石英二长岩呈带状广泛充填，是区内铅锌矿床的控矿构造(刘永春等，2007),为热液脉型铅锌矿床(姚军明等，2008；金昌，2017)。

图2 清凉寨沟、宝丰沟铅矿点照片a—清凉寨沟铅矿洞口；b—清凉寨沟铅矿洞内采矿；c—清凉寨沟铅矿石qLS02标本； d—宝丰沟铅矿洞口；e—宝丰沟铅矿洞内；f—宝丰沟铅矿石BFG02标本

老代仗沟铅锌矿区出露地层为中元古界熊耳群鸡蛋坪组二段、三段玄武安山岩、杏仁状安山岩为主。区内构造十分发育，主要为近东西向的一组断裂，多见闪长细晶岩脉及石英脉、方解石脉充填(付治国等，2008b；张衡等，2021)，为热液充填交代型铅锌矿床(燕长海和刘国印，1995)。

汝阳地区部分铅锌矿床中矿体形态、规模、矿石矿物及矿石品位特征见表1。

2.2 清凉寨沟、宝丰沟铅矿点地质特征

本次工作对汝阳地区清凉寨沟铅矿、宝丰沟铅矿点进行了地质调查及相关样品采集(图2)，并对其地质资料展开研究。清凉寨沟、宝丰沟铅矿点位于鑫源宝丰铅矿区内。

清凉寨沟铅矿点位于洛阳市汝阳县王坪乡清凉寨，矿体呈灰褐色，脉状，脉宽约1 m，产状近直立，见方铅矿化、硅化、褐铁矿化等蚀变。

宝丰沟铅矿点位于洛阳市汝阳县王坪乡宝丰沟，矿体呈脉状，脉宽约1～2 m，产状近直立。矿脉具有方铅矿化、褐铁矿化，硅化等蚀变。

鑫源宝丰铅矿区出露地层主要为中元古界熊耳群鸡蛋坪组二段火山岩地层，岩性主要为玄武安山岩、杏仁状安山岩及流纹斑岩等。构造以断裂为主，褶皱不发育，断裂主要为近东西向、北东向断裂，少量近南北向、北西向断裂。其中近东西向、北西向断裂形成较早；北东向断裂略晚，多为前期的次级断裂，规模也相对较小；近南北向断裂为晚期断裂，往往造成前期蚀变破碎带、地层等的错位、缺失。全区共发现断裂破碎带40余条，多有不同程度的铅锌矿化。区内有王屋山晚期形成的闪长岩脉和燕山晚期形成的石英脉。

区内共圈定21条铅矿体，均为薄脉型矿体，均分布于近东西向、北东向蚀变破碎带内。走向长60～760 m、倾向延伸80～195 m，平均厚0.85～1.40 m。矿石矿物有黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、铁闪锌矿等；脉石矿物有石英、绢云母等。Pb品位0.43%～21.44%，平均品位3.78%；Zn品位0.18%～6.42%，平均品位0.78%。其中P4-1、P31-1等矿体规模较大。

P4-1矿体位于矿区北部，为隐伏矿体，由四排坑道控制，矿体长760 m、倾向上最大斜深195 m。矿体总体呈薄脉状，产状5°∠75°，矿体内无夹石，也无分支复合现象。矿体厚0.74～1.19 m，平均厚0.99 m，厚度变化系数12.99%，属稳定型。矿体Pb品位0.66%～12.59%，平均品位3.21%，品位变化系数81.84%，属较均匀型；Zn品位0.26%～2.35%，平均品位0.67%，品位变化系数64.02%，属均匀型。

图3 温爬、崔家沟铅矿点照片a—温爬铅矿洞口；b—温爬铅矿白云质灰岩围岩中团块状铅矿；c—温爬铅矿石WP03标本； d—崔家沟铅矿洞口；e—崔家沟铅矿白云质灰岩围岩中团块状铅矿；f—崔家沟铅矿石CJG02标本

P31-1矿体位于矿区中部，为隐伏矿体，由两排坑道控制，矿体长180 m、最大斜深132 m。矿体总体呈薄脉状，产状325°∠75°，矿体厚0.86～1.28 m，平均厚1.02 m，厚度变化系数13.98%，属稳定型。矿体Pb品位1.60%～13.66%，平均品位5.98%，品位变化系数65.61%，属均匀型；Zn品位0.43%～3.11%，平均品位1.50%，品位变化系数60.26%，属均匀型(冯立等，2016①)。

2.3 温爬、崔家沟铅矿点地质特征

本次工作对汝阳地区温爬铅矿、崔家沟铅矿点进行了地质调查及相关样品采集(图3)，并对其地质资料展开研究。

温爬铅矿点位于汝州市寄料镇赵沟村，矿体呈脉状、透镜状赋存于白云质灰岩中，近矿脉地段围岩硅化、褐铁矿化、方解石化较发育；矿脉总体呈红褐色，脉宽约1 m，见方铅矿呈团块状、星点状产出，矿体产状155°∠17°。

崔家沟铅矿点位于汝州市崔家沟村，矿体呈脉状赋存于白云质灰岩中，近矿脉地段围岩硅化、褐铁矿化、方解石化较发育；矿脉总体呈红褐色，脉宽约2 m，见方铅矿呈团块状、星点状产出，矿体产状150°∠15°。

崔家沟—拉台铅矿区出露地层主要为寒武系辛集组和馒头组地层，岩性主要为薄层泥灰岩、豹皮灰岩、白云质灰岩、泥质灰岩、砂砾岩等。构造以断裂为主，主要为近东西向断裂等。在成矿区内，北北东向、北东东向小断裂斜切岩层，形成一些破碎带和裂隙，利于含矿热液的运移和富集，多有不同程度的铅锌矿化。区内未见侵入岩体出露。

矿物组分主要为方铅矿、闪锌矿、白铅矿、褐铁矿等金属矿物及方解石、白云石、石英等脉石矿物。崔家沟矿点品位Pb 1.10%、Zn 0.82%，方铅矿细脉穿层或充填于裂隙、节理之中，具浸染状、脉状、团块状等构造(王德有等，1992)。该类型铅矿属露天表层矿具易于开采、矿体简单、规模较小等特征。

2.4 矿体矿石特征及围岩蚀变

本次研究对采集的矿石标本的单矿颗粒进行显微形貌观察，拍摄背散射电子像。显微观察使用配备牛津仪器X-Max80型能谱仪的FEI Quanta 650型扫描电子显微镜。测试采用高真空模式，加速电压20 kV，束斑4.0，工作距离10.0 mm。

据区内地质资料及本次研究矿石标本及显微镜下背散射电子像特征(图4)，汝阳地区铅锌矿矿石类型以铅、锌硫化物型为主，地表有氧化物矿石。矿石结构为自形—半自形—他形粒状结构、晶粒结构、交代结构、交代残余结构、固溶体分离结构等；矿石构造以块状、条带状为主，次有斑块状、细脉状、浸染状、团块状及斑点状等；矿石矿物为方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、磁铁矿、铁闪锌矿、黄铜矿等，次生矿物有褐铁矿、软锰矿、斑铜矿、赤铁矿、硬锰矿、白铅矿等。脉石矿物有石英、绢云母、绿泥石、白云石、方解石、斜长石等。

图4 汝阳地区部分铅锌矿床矿石标本及镜下显微特征a—清凉寨沟qLS01标本；b—清凉寨沟qLS01背散射电子像；c—温爬WP01标本；d—温爬WP01背散射电子像；e—崔家沟CJG03标本；f—崔家沟CJG03背散射电子像；g—宝丰沟BFG01标本；h—宝丰沟BFG01背散射电子像矿物缩写：Gn—方铅矿

清凉寨沟qLS01、温爬WP01、崔家沟CJG03、宝丰沟BFG01标本中矿物颗粒局部晶形呈立方体，大部分呈立方体集合体，粒径大小不等，解理不完全，结合标本鉴定，判断这些矿物颗粒为方铅矿，并含有少量的铅矾和白铅矿。宝丰沟矿物颗粒背散射电子像表现为明暗对比明显的两区域，较亮区域矿物少量晶形呈立方体，大部分呈立方体集合体，粒径大小不等，解理不完全；较暗区域晶体呈不规则粒状集合体。与较亮区域局部交代强烈呈港湾—孤岛状结构，结合成分分析结果，宝丰沟矿物颗粒包含方铅矿和闪锌矿两种矿物(金锐等，2020)。

汝阳地区铅锌矿围岩蚀变十分显著、复杂多样，沿破碎带的顶底板围岩蚀变强烈。常见有硅化、绢英岩化、绿泥石化、绢云母化、黄铁矿化、碳酸盐化、泥化等。

3 铅同位素地球化学特征及成矿物质来源

3.1 铅同位素测试方法及分析结果

本次研究对采集的矿石标本中铅同位素比值分析使用激光剥蚀多接收电感耦合等离子体质谱仪(LA-MC-ICP-MS)进行原位微区测试。激光剥蚀系统为Geolas HD (Coherent，德国)，MC-ICP-MS 为Neptune Plus(Thermo Fisher Scientific，德国)。激光剥蚀系统使用氦气作为载气。分析采用单点模式，激光的束斑直径根据样品的Pb信号强度调节，为90～160 μm。激光剥蚀频率为8 Hz。激光能量密度固定在10.0 J/cm2。该设备208Pb/204Pb、207Pb/204Pb 和206Pb/204Pb 的测试准确度优于±0.2‰，外部精度优于0.4‰。

汝阳地区崔家沟、西灶沟、老代仗沟、王坪西沟、宝丰沟等铅锌矿床铅矿石中铅同位素分析结果见表2。

3.2 铅同位素地球化学特征

表2显示，该区铅锌矿床矿石的206Pb/204Pb值为17.298～19.044，变化范围较大(极差>1)，极差为1.746；207Pb/204Pb值为15.388～15.675，变化范围较小，极差为0.287；208Pb/204Pb值为37.446～38.947，变化范围较大，极差为1.501。其中温爬、崔家沟及拉台铅矿石的206Pb/204Pb值为18.831～19.044，207Pb/204Pb值为15.640～15.675，208Pb/204Pb 值为38.802～38.947；清凉寨沟、西灶沟、王坪西沟等铅锌矿床矿石的206Pb/204Pb值为17.298～17.551，207Pb/204Pb值为15.388～15.670，208Pb/204Pb值为37.446～38.897。两组铅锌矿床矿石铅同位素数值存在较明显差异，其中温爬、崔家沟及拉台铅矿石的206Pb/204Pb值远高于清凉寨沟、西灶沟等铅锌矿床矿石的206Pb/204Pb值。

对照原始铅特征(206Pb/204Pb值<17)、兼具原始铅和现代铅特征(206Pb/204Pb值17～17.75)及现代铅特征(206Pb/204Pb值>17.75)鉴定分类(燕长海等，1992；张衡等，2021)，汝阳地区铅锌矿床铅矿石中铅同位素多有兼具原始铅和现代铅特征，少量具现代铅特征。其中清凉寨沟、西灶沟、王坪西沟等铅锌矿石兼具古代铅和现代铅特征；温爬、崔家沟及拉台铅矿石具有现代铅特征。

对照正常铅(亦称普通铅)特征(207Pb/206Pb值>0.84)、异常铅(亦称高放射成因铅)特征(207Pb/206Pb值<0.84)鉴定分类(张理刚，1985；金锐等，2020)，汝阳地区铅锌矿床铅矿石中铅同位素多具有正常铅特征，少量具有异常铅特征。其中清凉寨沟、西灶沟等铅锌矿石具有正常铅特征，崔家沟、温爬、拉抬铅矿石具有异常铅特征。

3.3 成矿物质来源

通过矿床与有关岩石、矿物中铅同位素组成的对比来判断成矿物质来源，矿石铅同位素是示踪成矿物质来源的重要手段之一(倪师军等，1999；张理刚，1992)。将汝阳地区8个铅锌矿床的铅同位素分析结果投影到Zartman and Doe(1981)图解上(图5)显示，在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb图解中(图5a)汝阳地区铅锌矿床铅同位素的分布范围存在较大差异，崔家沟、温爬、拉抬样品均投点造山带线与上地壳线之间偏向造山带线一侧；清凉寨沟、宝丰沟样品均投点上地幔线附近；老代仗沟样品多投点上地幔线附近，1个点位于上地壳线附近；王坪西沟样品投点造山带线上；西灶沟样品多投点上地幔线附近，1个点位于上地壳线附近，另1个点位于造山带线上。

表2 汝阳地区部分铅锌矿床铅同位素测试结果

在208Pb/204Pb-206Pb/204Pb图解中(图5b)汝阳地区铅锌矿床铅同位素的分布范围相对集中，温爬、崔家沟及拉台样品均投点造山带线；其他清凉寨沟、西灶沟等样品均投点于造山带线与下地壳线之间。

图5 汝阳地区铅锌矿床中铅同位素组成图解(据Zartman and Doe，1981)1—崔家沟铅矿；2—温爬铅矿；3—清凉寨沟铅矿；4—宝丰沟铅矿；5—老代仗沟铅锌矿；6—王坪铅锌矿；7—西灶沟铅锌矿；8—拉抬铅锌矿

清凉寨沟、西灶沟等铅锌矿石铅同位素组成图解表明汝阳地区靳村—王坪一带铅锌矿床的矿石铅来源系多源性，具有幔源铅与壳源铅的混合铅。此特征与汝阳地区岩浆活动频繁，岩浆岩分布广泛相吻合，多为热液充填交代型铅锌矿床，该区铅锌矿床形成受中生代燕山晚期形成的太山庙花岗岩基和中元古代王屋山期形成的中酸性小岩体影响显著(金昌，2017；张衡等，2021)。

温爬、崔家沟及拉台铅矿石铅同位素组成图解表明汝阳地区寄料街南部铅锌矿床的矿石铅来源为造山带铅，有上地壳物质来源特征。该处铅锌矿床为早寒武世的铅锌矿，该区周围未发现岩浆岩分布，主要分布在寒武系辛集组、馒头山组白云质灰岩等地层中。早寒武世的原始沉积—成岩阶段，铅、锌和铜初步富集形成碳酸盐岩含矿矿源层，经富含矿元素的循环热卤水的作用及后期改造，使原始含矿元素溶滤、活化转移、富集，于白云质灰岩中断裂破碎带等有利的容矿空间成矿(王德有等，1992；金锐等，2020)。

4 结论

(1)汝阳地区靳村—王坪一带的十余处小型铅锌矿床(点)成矿地质环境及矿床成因与西灶沟等中大型铅锌矿一致，多呈脉状、透镜状分布于中元古界熊耳群鸡蛋坪组中性—中酸性火山岩地层、近东西向断裂破碎带中。该类铅锌矿床形成与燕山晚期太山庙花岗岩基和王屋期的闪长岩、二长花岗岩等小岩体关系密切。

(2)汝阳地区寄料街南部崔家沟、温爬、拉台铅矿床(点)成矿地质环境及矿床成因与西灶沟等中大型铅锌矿不同，多呈浸染状、脉状、团块状分布于寒武系辛集组和馒头组泥灰岩、白云质灰岩层及北北东向、北东东向裂隙、节理中。该类铅矿床(点)形成与侵入岩体未发现直接关系。

(3)汝阳地区靳村—王坪一带铅锌矿床铅矿石中铅同位素多有兼具原始铅和现代铅特征，寄料街南部具现代铅特征。靳村—王坪一带铅锌矿床具有正常铅特征，寄料街南部具有异常铅特征。铅同位素示踪成矿物质来源显示靳村—王坪一带铅锌矿床铅矿石来源系多源性，为幔源铅与壳源铅的混合铅；寄料街南部铅矿石为造山带铅，有上地壳物质来源。

注 释

① 冯立，田怡翔，张光辉，王留永，王小利，庞鹏，董晓坤，刘胜存，龚建波. 2016. 河南省汝阳县鑫源金属有限公司王坪乡宝丰矿区铅矿生产勘探报告[R].