陈 港, 陈懋弘*, 葛 锐, 2, 郭申祥, 3, 吴启强

广西贵港砷矿沟银铅锌矿床控矿因素分析及成矿预测

陈 港1, 陈懋弘1*, 葛 锐1, 2, 郭申祥1, 3, 吴启强4

(1. 中国地质科学院 矿产资源研究所, 自然资源部成矿作用与评价重点实验室, 北京 100037; 2. 万宝矿产有限公司, 北京 100053; 3. 中国建筑材料工业地质勘查中心湖北总队, 湖北 武汉 430000; 4. 广西壮族 自治区第六地质队, 广西 贵港 537100)

一般而言, 岩浆热液矿床除与侵入岩体有关外, 与地层和构造关系也比较密切, 控矿因素往往比较复杂, 确定其中最主要的控矿因素往往是成矿预测成败的关键。广西贵港砷矿沟银铅锌矿床位于大瑶山隆起西南部龙山鼻状构造的最西南段, 是大平天山岩浆热液成矿系统的一部分。矿床以顺层产出的矽卡岩型矿体为主, 切层的脉状矿体为辅。系统的野外测量和研究表明, 脉状矿体形态简单, 主要受控于近直立的NNW向断层; 层状矽卡岩型矿体形态十分复杂, 除受控于大平天山和龙头山岩体外, 还受寒武系黄洞口组灰岩夹层、加里东期复杂褶皱形态以及NNW向断层的联合控制。其中大平天山和龙头山岩体为矿床的形成提供了成矿物质、成矿流体和热源, 并控制了成矿元素的空间分带; 寒武系黄洞口组灰岩夹层是形成矽卡岩型矿体的岩性条件, 控制了矿层的数量和厚度; 近EW走向的复式褶皱控制了矿体的具体形态和产状; NNW向断层控制了矿段的平面空间位置。本文在正确理解上述岩浆‒地层岩性‒褶皱‒断层等控矿因素的基础上, 确定NNW向断层为主要的流体通道, 其东西两侧20～70 m的范围内寒武系黄洞口组灰岩夹层可以形成层状矽卡岩型矿体, 据此由东往西划分了3个矿段, 经钻探验证成功在矿区西部发现了新的矿段。本次成矿预测改变了前人以 近EW走向灰岩追索找矿的思路, 转为沿NNW走向断层(节理)追索层状矿体, 把一个被前人否定评价的矿床给予了肯定评价并获得成功。这一认识和经验对复杂褶皱地区, 受多要素控制的岩浆热液矿床的成矿预测具有一定的借鉴意义。

岩浆热液成矿系统; 控矿因素; 成矿预测; 砷矿沟银铅锌矿床; 广西贵港

0 引 言

岩浆热液矿床一般指与岩浆气水热液有关的、在围岩中通过充填或者交代方式形成的后生矿床。这类矿床在时空分布上主要受控于岩浆岩, 但还与地层岩性和构造关系密切。例如, 如果围岩存在碳酸盐岩, 则可以通过交代作用形成矽卡岩矿床; 如果围岩以硅酸盐为主, 加之断裂发育, 则可以通过充填作用形成脉状矿床。具体到矿段和矿体的尺度上, 情况可能更复杂, 其中起关键作用的因素也千差万别, 因此, 正确分析矿床的控矿因素特别是关键要素是成矿预测成功的基础和前提条件(侯德义, 1984; Sillitoe and Bonham, 1990; Sinclair and Goodfellow, 2007; Sillitoe, 2010)。

广西大瑶山地区发育多期次的岩浆热液矿床(陈懋弘等, 2015, 2019, 2020), 其中贵港大平天山地区发现有龙头山金矿(朱桂田, 2002; 曾南石等, 2011)、新民铜矿、白沙银铅锌矿、砷矿沟银铅锌矿(李春平和吴启强, 2013a)、六梅金矿(叶荣等, 2012)、新村金矿、山花金矿等一批大中型矿床。这些矿床围绕大平天山岩体具有从高温到低温成矿元素的分带, 共同组成了大平天山岩浆热液成矿系统(韦子任和傅勇, 2013a; 陈懋弘等, 2016)。

砷矿沟银铅锌矿床位于龙头山岩体的北部, 大平天山岩体西侧, 是一个民采20多年的矿床。由于矿权分割, 采矿权人变更频繁, 前人对该矿床的资源储量规模、控矿因素, 以及与岩浆岩的关系并不清楚。葛锐(2019)曾对该矿床的矿床地质和地球化学特征进行了初步研究, 指出其为与岩浆活动有关的中温热液矿床, 并初步建立了矿床成因模型。

砷矿沟银铅锌矿床主要包括脉状矿体和层状矿体, 其中层状矿体是主要开采对象。矿山开采实践和井下编录表明, 层状矿体形态十分复杂, 当沿 近EW走向的寒武系灰岩夹层进行追索评价时, 矿体变化非常大, 单一矿体呈小的透镜状(长度多小于100 m), 而矿体间的非矿地段可达数百米, 因此许多矿业公司对此做出了否定的评价。但当我们对所有分属不同采矿权的矿山编录完毕, 发现整个矿床实际上可分为3个矿段, 单一矿体虽然沿东西走向长仅100 m左右, 但沿NNW走向延伸却可达600 m以上, 与前人认识有很大区别。为此我们对矿床主要控矿因素进行了深入研究, 发现矿体空间分布主要受岩浆岩、地层岩性、褶皱构造和断裂(节理)构造联合控制, 其中断裂构造是最关键的因素, 并预测矿区西部还存在一个新矿段, 且经钻探验证得到证实。本次研究成果对复杂褶皱地区, 受多要素控制的岩浆热液矿床的成矿预测具有一定的借鉴意义。

1 区域地质概况

广西大瑶山地区位于钦杭成矿带的南西段(图1a), 一直以来是广西重要的金银矿产区(杨明桂和梅勇文, 1997; 陈开礼, 2000; 韦子任和张耀华, 2003; 盛志华, 2005; 广西壮族自治区地质矿产局, 2005; 毛景文等, 2011; Mao et al., 2012), 近几年又新发现了一批加里东期和燕山期斑岩‒矽卡岩型钨钼、铜多金属矿床(陈懋弘等, 2011, 2012, 2015, 2019, 2020; 楚克磊, 2013; 张志强等, 2014; 广西壮族自治区地球物理勘察院, 2014, 2019; 杨锋等, 2016; 党院, 2018), 认为大瑶山地区具有很好的找矿潜力。

大瑶山地区大面积出露寒武系, 次为震旦系, 南部出现少量奥陶系和志留系。这套地层属于陆棚‒斜坡相的复理石建造, 由多个具浊流沉积特征的含砾不等粒砂岩–长石石英砂岩–粉砂岩–泥岩旋回组成。此外, 近年来还在南部寒武系黄洞口组中断续发现了一套灰岩夹层, 厚50～100 m不等, 为矽卡岩型矿床的形成提供了必要条件(韦子任和傅勇, 2013b;陈懋弘等, 2019, 2020)。

由于受广西运动(加里东运动)影响, 大瑶山地区以一系列EW向、NEE向紧密线状复式褶皱为特色。区域性的NE-NEE向凭祥‒大黎大断裂是一条长期活动的断层, 也是大瑶山地区的主要控岩控矿构造。次为NNW向断层, 主要分布在西部, 切割近EW向断裂和褶皱, 多被燕山期岩脉和矿体充填。

大瑶山地区岩浆活动频繁, 陈懋弘等(2015, 2019)将其划分为加里东期(430～470 Ma)、海西期‒印支期(240～270 Ma)、燕山早期(150～170 Ma)和燕山晚期(90～110 Ma)等4期, 并将相关的矿床划分为加里东期(430～440 Ma)斑岩‒矽卡岩‒石英脉型钨钼成矿系列、燕山早期(145～155 Ma)斑岩型铜钼(金)成矿系列和燕山晚期(90～110 Ma)斑岩型‒蚀变破碎带型钼金银铜铅锌成矿系列等3个成矿系列。

大平天山地区位于大瑶山隆起南西段的龙山鼻状背斜西南倾伏端(图1a)。龙山鼻状背斜总体走向NEE, 轴长35 km, 宽6～16 km, 核部地层为寒武系, 强烈褶皱; 翼部地层为泥盆系, 不整合于寒武系之上。断裂、节理构造发育, 主要为NNW向, 部分被矿体和花岗质脉岩充填, 少数为NE向和近EW向。大平天山岩体以黑云母花岗岩为主体, 核部出露花岗闪长岩, 总面积29 km2, 是一个燕山晚期(96 Ma)的岩株(黄民智等, 1999)。南西部为龙头山次火山岩体, 呈岩筒状侵入寒武系和泥盆系中, 面积0.46 km2,也是一个燕山晚期的岩体。岩筒自边缘向中心岩性依次为隐爆角砾岩、流纹斑岩和二长花岗斑岩, 且大致呈环状分布。大平天山和龙头山岩体外围岩脉发育, 主要有石英斑岩、花岗斑岩、霏细斑岩、钠长斑岩和电英岩脉等。岩脉走向与近SN向或NNW向断裂一致, 脉宽2～30 m, 长几十至数百米, 局部有矿化。在岩体及岩脉的内、外接触带热液蚀变作用强烈, 电气石化、硅化、角岩化、黄铁矿化普遍, 绢云母化、绿泥石化常见(王成辉, 2011; 张明记, 2019)。

多年的矿产勘查工作和研究表明, 大平天山岩体由内向外, 依次出现高温斑岩型(或次火山岩型)金矿(龙头山金矿)、矽卡岩型和破碎带型铜矿(新民铜矿)→中温矽卡岩型和破碎带型银铅锌矿(砷矿沟银铅锌矿、白沙银铅锌矿)→远端低温热液型金矿(六梅金矿、新村金矿、山花金矿)(图1), 共同组成了大平天山岩浆热液成矿系统(韦子任和傅勇, 2013a; 陈懋弘等, 2016; 陈港等, 2020)。

2 矿床地质

砷矿沟银铅锌矿床位于大平天山岩体西侧1～2 km, 龙头山岩体北侧约500 m(图1)。矿区出露地层为寒武系黄洞口组下段(Є1)和下泥盆统莲花山组(D1) (图2)。黄洞口组下段为一套岩性区别不大的轻变质长石石英砂岩夹泥岩、粉砂岩, 具有浊流沉积特点, 厚度超过500 m, 其中夹一层灰岩。下泥盆统莲花山组不整合于黄洞口组之上, 总厚约400 m。底部为厚10～30 m的石英粗砂岩、底砾岩; 下部为紫红色中‒厚层状细砂岩, 上部为薄‒中厚层状泥质粉砂岩、石英砂岩夹数层黄绿色钙质粉砂岩和泥岩。

矿区先后经历了加里东期、印支期和燕山期构造运动。其中加里东期运动导致寒武系黄洞口组发生强烈褶皱, 轴向近EW向。由南往北, 分别由一个大型复式向斜和一个复式背斜组成, 南北宽约800 m,

1. 第四系; 2. 石炭系‒三叠系; 3. 泥盆系; 4. 寒武系黄洞口组下段; 5. 寒武系黄洞口组中段; 6. 寒武系黄洞口组上段; 7. 燕山期花岗岩; 8. 燕山期花岗闪长岩; 9. 燕山期花岗斑岩脉; 10. 燕山期霏细斑岩脉; 11. 燕山期流纹斑岩; 12. 地层不整合界线; 13. 断层; 14. 金矿床; 15. 银铅锌矿床; 16. 铜多金属矿床; 17. 矿化分带。

次级褶皱十分发育。矿区断裂构造相当发育, 主要有NNW向、NNE向、近SN向和少量近EW向断层。其中NNW向断层规模大, 延伸稳定, 是主要的导矿构造和容矿构造。

矿区东部毗邻大平天山细粒花岗闪长岩‒黑云母正长花岗斑岩复式岩体, 南部为龙头山次火山岩体。矿区内岩脉发育, 主要沿NNW向和近SN向断裂和节理侵入, 宽2～30 m不等, 长数百米。岩性以花岗斑岩为主, 斑状结构, 块状构造。斑晶主要由长石和石英组成, 石英为它形粒状, 粒径0.1～0.5 cm, 长石多为自形, 大小0.2～1.0 cm, 常发生绢云母化、绿泥石化和高岭土化, 并包裹有少量的斜长石、石英、角闪石等。基质具微晶‒隐晶质结构(段瑞春等, 2011; Qian et al., 2019; 葛锐, 2019)。

矿床主要由两种类型的矿体组成: 一种为沿NNW向断裂和节理充填形成的脉状矿体, 约占矿床资源量的5%; 另一种为近EW走向的层状矽卡岩型矿体, 主要分布在矿区南部, 约占矿床资源量的95%。

脉状矿体单一矿体长200～500 m, 深100～300 m, 大多倾向东, 少量倾向西, 倾角较陡(70°～85°)(图3a)。单脉厚度小, 一般0.1～0.5 m, 局部膨大部位可达1 m左右。品位富, 常常形成含“大花铅”(指粗粒自形晶的方铅矿)的富矿体(图3b), Pb可达30%～50%, Ag 500～2000 g/t。矿体两侧的厚层砂岩中常常发育平行矿体的石英‒硫化物细脉, 大多沿雁列状节理充填。这类矿体总体上厚度小, 但品位富, 产状陡, 易开采, 是早期民采的主要对象。目前大部分由于矿体厚度过小而不具工业开采价值。

1. 下泥盆统莲花山组; 2. 寒武系黄洞口组下段; 3. 龙头山岩体; 4. 岩脉; 5. 角度不整合界线; 6. 成矿后断层破碎带; 7. 断层(脉状矿化体); 8. 复式背斜/向斜轴迹; 9. 层状矿体。

层状矽卡岩型矿体指成矿流体沿寒武系灰岩夹层交代形成的矿体(图3c), 常随灰岩褶皱而褶皱, 形态十分复杂(图4)。由于含矿热液沿NNW向断层和节理上升, 遇到灰岩夹层时发生侧向迁移、交代成矿, 因此层状矿体仅分布在NNW向断层和节理两侧20～70 m的范围内, 导致单矿体东西向宽度一般为30～100 m不等, 往北逐渐变小为10 m左右。层状矿共有5层, 单层厚0.5～3 m, 沿NNW向断层可长达800 m。层状矿以块状、条纹状矿石为主(图3d), 矿石品位一般为: Pb 1%～5%, Zn 1%～3%, Ag 50～300 g/t, Ag一般赋存在方铅矿中。

(a) 沿节理充填的矿体和方解石‒石英脉; (b) 脉状矿体由粗大自形方铅矿形成“大花铅”; (c) 顺层交代的矽卡岩型矿体, 平行层理分布; (d) 层状矿石具条纹状构造。

图4 砷矿沟银铅锌矿床390 m中段地质平面图(a)和剖面图(b)

矿床的形成主要经历了接触热变质阶段、矽卡岩阶段、石英‒硫化物阶段和石英‒方解石阶段, 其中石英‒硫化物阶段是主要矿化阶段。常见的矿石结构有自形晶粒状结构、半自形‒自形晶粒结构、它形晶粒状结构、骸晶结构、乳滴状结构、格状结构等。常见的矿石构造有浸染状构造、条纹状构造、块状构造等。

常见金属矿物包括磁黄铁矿、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、毒砂、辉锑矿等。脉石矿物为石英、方解石、石榴子石、辉石、绿泥石、符山石、绢云母等(葛锐, 2019)。

3 层状矽卡岩型矿体的主要控矿因素

砷矿沟矿床中脉状矿体形态简单,主要受NNW向断层和节理控制, 而层状矿体形态却十分复杂, 且存在矿化分带现象。鉴于层状矿体是矿床的主要勘查和开采对象, 因此本文重点对层状矽卡岩型矿体的主要控矿因素进行分析, 为矿床边部和深部的成矿预测提供思路。

3.1 岩浆岩

矿区东部为大平天山黑云母花岗岩和花岗闪长岩岩体, 南部为龙头山流纹斑岩和花岗斑岩岩体, 矿区内还发育大量的花岗斑岩脉。岩脉规模和岩性见上文描述。值得注意的是, 南部岩脉浸染状黄铁矿化发育, 部分含Au, 推测与龙头山金矿具有一定的关系。

前人研究显示, 大平天山和龙头山岩体锆石U-Pb年龄集中在91～103 Ma之间(表1), 地球化学特征相似, 均为高钾钙碱性系列; 微量元素分布型式一致, 富集Rb、K、Ba、Th等元素, 亏损Nb、Sr、P、Ti等元素; 稀土元素配分曲线均为右倾型, 轻稀土元素明显富集, 重稀土元素亏损, 具负Eu异常。锆石Hf同位素比值相近,176Hf/177Hf值在0.281935～ 0.282814之间,Hf()为−7.5～0.7, 大多为负值, 二阶模式年龄DM2为1112～1974 Ma, 反映它们均以壳源物质为主, 可能有少量的幔源混染(段瑞春等, 2011; 葛锐, 2019; Qian et al., 2019), 为碰撞后伸展环境(毕诗健等, 2015; Qian et al., 2019)。

龙头山以及大平天山岩体均有大量电气石产出, 指示其为富硼岩浆。张明记(2019)对该区域的电气石综合研究表明富硼岩浆有利于Au的富集沉淀, 并暗示深部的斑岩Cu矿化。

葛锐(2019)研究表明, 龙头山金矿与龙头山岩体、大平天山钼矿与大平天山岩体具有紧密的成因联系, 说明这些矿床均属于受大平天山岩体控制的岩浆热液成矿系统的一部分。

砷矿沟银铅锌矿床主成矿阶段流体包裹体均一温度峰值270～370 ℃, 盐度变化大(主要在10%～22% NaCleqv之间), 说明成矿流体为中高温中高盐度流体; δ13CV-PDB值为−7.3‰～−0.7‰, δDV-SMOW值为−79‰～−61‰, δ18OV-SMOW值为15.6‰～17.2‰, 属于岩浆水范围内; δ34SV-CDT为0.98‰～3‰, 均值为1.95‰, 均表明成矿流体和物质来源于岩浆热液。因此, 砷矿沟银铅锌矿床为典型的岩浆热液矿床,也是大平天山岩浆热液成矿系统的一部分(葛锐, 2019)。

龙头山岩体作为大平天山岩浆活动系统的一部分, 对砷矿沟矿床的形成具有决定性的控制作用。因为龙头山岩体位于研究区南部，所以矿区南部近龙头山岩体部位蚀变强烈，以Cu-Au矿化为主, 矿物组合以温度较高的磁黄铁矿‒黄铜矿为主, 蚀变以矽卡岩化为主; 往北随着远离岩体, 矿化蚀变逐渐减弱, 以Ag-Pb-Zn矿化为主, 矿物组合以中温的黄铁矿‒方铅矿‒闪锌矿为主, 蚀变以矽卡岩和大理岩化为主; 矿床北部离岩体更远的地方, 矿物组合中出现辉锑矿, 蚀变以大理岩化为主(图5)。

由上所见, 岩浆岩为矿床的形成提供了成矿物质、成矿流体和热源, 并控制了成矿元素的空间分带。

表1 大平天山地区岩浆岩和矿床年龄汇总

(a), (b) 近岩体以黄铜矿‒磁黄铁矿为主的矿石; (c), (d) 中部以方铅矿‒闪锌矿为主的矿石; (e), (f) 远端含辉锑矿的铅锌矿石。

3.2 地层和岩性

最新研究表明, 大瑶山地区南部由东到西断续发育一套灰岩。当不同时代的花岗质岩浆侵入时, 则常常交代灰岩形成矽卡岩型矿床。如在大瑶山东部苍梧县金山顶矿区发育顺层的矽卡岩型铜金矿(李春平和蒋仕柏, 2013b; 蒋仕伯和文庆友, 2014); 在中部的古龙‒岭脚‒武界‒玉坡一带, 则形成矽卡岩型钨多金属矿床, 如玉坡钨银铅锌矿床(Dang et al., 2018; 陈懋弘等, 2020)和上木水钨铜矿床(Dang et al., 2020)。

砷矿沟银铅锌矿床的坑道编录及钻孔揭露表明, 矿区寒武系黄洞口组发育一套总厚66 m的砂泥岩夹灰岩层, 包含4～5层纹层状泥质灰岩、钙质泥岩(图6)。灰岩单层厚1～2.6 m不等, 灰白色, 泥质含量高时颜色变深, 纹层状构造更发育(图7a)。镜下观察, 灰岩的纹层状构造, 实质为灰岩层中的方解石纹层与泥质炭质纹层相间组成(图7b)。

图6 钻孔(ZK550-4)揭露的灰岩夹层柱状图

坑道编录表明, 矿化地段灰岩层数决定了层状矿体的层数, 灰岩单层的厚度决定了矿体的厚度。当成矿流体沿着流体通道(如NNW向的断裂、节理)上升时, 优先与灰岩发生交代, 在靠近热液通道的地方, 由于温度高, 矿化强烈, 则发生矽卡岩化和矿化, 磁黄铁矿、黄铁矿、方铅矿和闪锌矿顺层发育, 并显示明显的纹层状构造(图3d), 砂泥质围岩则发生明显的角岩化和硅化。在远离热液通道的地方, 温度降低, 灰岩层仅发生热接触变质, 褪色形成白色大理岩(图7c)。

由此可见, 灰岩层为层状矽卡岩型矿体的形成提供了不可或缺的围岩条件, 并控制了矿层的数量和厚度。

3.3 褶皱构造

矿区范围内, 泥盆系呈单斜构造, 倾向南, 倾角小, 不整合覆盖在寒武系之上, 与层状矿体没有成因关系。受加里东运动影响, 寒武系发生强烈褶皱, 其中灰岩夹层形态复杂, 对层状矿体形态起控制作用。在180～550 m中段的坑道编录中, 以灰岩或其蚀变而成的大理岩及层状矿体为标志层进行构造连接, 确定在矿区范围内主要为一个复背斜和一个复向斜组成的构造格架(图2、8)。其中复背斜位于矿区北部, 南北宽>300 m; 复向斜位于矿区南部, 南北宽约400 m。复式褶皱的核部往往由更次一级的“M”型褶皱组成, 例如矿区南部复式向斜的核部由3个次级向斜和2个次级背斜组成,宽约200 m。在复式褶皱的翼部, 则发育“S”型或“Z”型次级褶皱, 两翼不对称, 轴面倒向复式背斜核部。无论是在地表还是坑道, 均能观察到这种由弯滑褶皱作用形成的平行褶皱(图9)。

次级褶皱发育导致层状矽卡岩型矿体形态十分复杂, 增加了勘查和采矿的难度。同时由于褶皱作用的影响, 单位面积内矿石量明显增多, 矿层厚度在核部也有所增加, 矿石品位也往往升高, 是最有开采价值的地段。

3.4 断裂构造

NNW走向断裂和节理是矿区最主要的断裂构造, 主要包含两种类型: 一种是成矿前或成矿期的小断裂和节理, 缺少断层角砾岩, 常常充填脉状矿体或者方解石‒石英脉; 另一种是成矿后的断层, 破碎带厚度大, 发育断层角砾岩和断层泥, 两侧地层和矿体错距大。

(a) 纹层状含泥灰岩; (b) 浅色碳酸盐岩与深色碳质泥质互层组成纹层(正交偏光); (c) 灰岩热接触变质形成白色大理岩。

图8 南北向剖面图(沿图2中F3断层走向)显示的复式褶皱样式

(a) 次级背斜, 标志层为顺层矽卡岩型矿体, 厚约1 m; (b) 次级向斜, 标志层为矽卡岩和大理岩, 弱矿化。

3.4.1 成矿后的断层

矿区范围内存在两条大的断层(Fa、Fb), 分别位于矿床的东部和中部(图2)。断层宽1.5～3.0 m, 常常由灰白色‒灰黄色的断层泥充填, 夹含白色的石英脉角砾和一些铅锌矿化角砾(图10a、b), 两侧围岩角砾逐渐增多。产状80°～85°∠70°～85°(局部反倾)。其东西两侧常常伴生有平行的小断层出现, 宽10～40 cm,也是充填白色的断层泥。据此推测Fa和Fb为成矿后的断层。

3.4.2 成矿前或成矿期的小断裂和节理

这类断层长约600～800 m不等, 延深>500 m, 但宽度很小, 一般5～20 cm, 仅局部宽达1 m。倾向西或东, 倾角很陡, 一般为70°～87°。断层泥和断层角砾岩不发育, 多表现为密集的劈理或者节理带(由7～8条节理组成)。断层剖面上具正断层特征, 由拉张节理、牵引褶皱等小构造指示上盘下滑; 平面上表现为左旋的特征, 断距小, 一般不超过10 m, 大多是1～5 m, 局部无断距而过渡为节理。断层和节理常常作为张性容矿构造充填黄铁矿‒方铅矿‒闪锌矿‒石英而形成脉状矿体(图10c), 石英晶洞发育。露头尺度上也常常可见其两侧的灰岩层发生顺层矿化, 条纹状黄铁矿‒方铅矿‒闪锌矿发育(图10d)。

矿床尺度上, 此类断层和节理还常常作为流体通道, 控制层状矽卡岩型矿体的平面分布。从目前矿山开采的情况来看, 整个矿床至少可分为3个矿段, 每个矿段中部均有1条NNW向的此类断层及其旁侧的次级断层和节理。这些断层和节理或者被矿脉充填, 或者硅化强烈。断层两侧20～70 m范围内为层状银铅锌矿体, 再往外为弱矿化的矽卡岩和大理岩, 最外侧为未蚀变的纹层状泥质灰岩,具有以断层为中心的分带性(图11)。此现象充分说明NNW向断层(F1、F2、F3、F4等)为成矿流体的运移提供了良好的通道。当成矿流体沿着NNW向断裂和节理上升时, 首先与其两侧的灰岩发生交代反应, 形成层状矽卡岩型矿体; 随着远离断层, 温度逐渐降低, 成矿作用不断减弱, 矿体逐渐转为弱矿化的矽卡岩和大理岩; 当与断层距离足够远, 热液不能影响到的地方, 则保持灰岩的原貌。因此, 前人沿着近EW向的灰岩层进行追索时, 发现矿体长仅仅50～150 m左右, 表现为透镜状。特别是在矿区的北部, 由于远离岩体, 成矿流体的影响力更弱, 导致矿体东西向长度更小(5～10 m), 断层之间的无矿地段间隔长度更大, 以致于前人认为层状矿体为小透镜体的鸡窝状矿体, 从而做出否定评价。然而, 矿床开采实践表明, 如果沿NNW向含矿断层追索, 则发现层状矿体沿NNW走向连续长达800 m(水平投影), 甚至更长, 考虑到矿体受褶皱影响, 其实际长度至少1000 m以上。因此, 虽然单一矿段内矿体东西走向宽度仅50～150 m, 但由于有4～5层矿体, NNW向长度大于800 m, 其资源量也相当可观。由此计算4个矿段推断Pb+Zn资源量约12万吨, Ag约360吨, 均达到中型矿床规模。

因此, 我们认为NNW向的成矿期或成矿前断层(节理)为评价砷矿沟银铅锌矿床最主要的控矿因素, 当其他因素都存在时(如岩浆岩和灰岩夹层), 以其为主要因素评价矿床价值时, 可以获得肯定评价。

(a) 晚期断层破碎带; (b) 破碎带主要由断层泥及石英脉角砾组成; (c) 黄铁矿‒石英脉沿NNW向节理充填; (d) 沿NNW向断层充填的近直立脉状矿体及其旁侧交代近水平灰岩层的顺层矿化。

此外, 矿区南部复式向斜的联合剖面显示(图12), 近EW向褶皱枢纽向西倾伏, 导致灰岩层出露标高更低, 在260 m中段已施工坑道未能揭露灰岩层。

4 矿床模型及成矿预测

4.1 矿床模型

在前人工作基础上, 结合本次工作成果, 初步总结砷矿沟银铅锌矿床成矿模式为: 寒武纪时期沉积了一套厚>500 m的砂泥岩, 夹4～5层纹层状泥质灰岩、钙质泥岩, 其中灰岩层单层厚1～3 m(图13a)。随后的加里东运动导致地层强烈褶皱, 形成近EW走向的线状复式褶皱(图13b), 泥盆系不整合覆盖其上。晚白垩世早期(90～100 Ma), 大平天山岩体和龙头山岩体先后侵入, 带来了成矿所需的成矿元素、热液流体和热源。伴随岩浆的侵位, 形成一系列NNW向的断层和节理。岩浆期后形成的含矿热液沿NNW向断层和节理上升和向外迁移, 当遇到灰岩夹层时发生侧向迁移、交代形成层状矽卡岩型矿体, 同时也充填于断层和节理中形成脉状矿体(图13c)。

图12 砷矿沟南部复式向斜矿体形态联合剖面图(剖面编号A、B、C、D与图11中的一致)

因此, 砷矿沟银铅锌矿床主要受大平天山和龙头山岩体、寒武系黄洞口组的灰岩夹层、加里东期近东西向复式褶皱, 以及NNW向断层(节理)控制。

受岩体影响, 矿床出现明显的矿化元素分带: 南部近岩体为Cu-Au组合, 主要矿物为较高温的磁黄铁矿‒黄铁矿; 向外为Ag-Pb-Zn组合, 主要矿物为黄铁矿‒方铅矿‒闪锌矿; 最外端出现Sb元素, 主要矿物组合为辉锑矿‒黄铁矿(图5)。

受寒武系中灰岩夹层数量及其厚度的影响, 最多能形成5层矿体, 局部由于灰岩层相变尖灭, 矿层数量也减为3～4层。由于单层灰岩厚度不超过3 m, 因此形成的矿体厚度也很少能大于3 m的, 仅在褶皱转折端因弯流褶皱作用导致矿体厚度增大。

受寒武系复式褶皱影响, 导致矿体形态十分复杂。在复式褶皱核部表现为“M”型褶皱样式, 导致矿体多次反复出现, 且转折端厚度增大; 在复式褶皱翼部, 出现“S”型或“Z”型次级褶皱, 导致矿体形态更为复杂, 矿体产状多变, 增加了勘查和采矿的难度。

受NW向断层(节理)作为流体通道的影响, 导致层状矽卡岩型矿体仅形成于断层两侧20～70 m的范围内, 单一层状矿体东西走向宽仅50～150 m, 但沿NNW向长度可达800 m。因此, NNW走向断层(节理)是评价矿床最主要的控制因素, 工业矿体的空间分布严格受其控制。

4.2 成矿预测和验证

NNW向脉状矿体分布于全矿区, 但大部分矿脉因为厚度小而没有开采价值。尽管如此, 在矿区范围内岩浆岩、地层和褶皱样式一定的情况下, 这些沿断层充填而成的脉状矿体却是预测层状矿体的重要标志。

砷矿沟矿区280 m中段矿体分布平面图显示, 矿区东部已开采3个矿段(图11)。每个矿段内均发现有NNW向断层和节理, 例如2号矿段的F2断层局部宽10～80 cm, 充填有块状铅锌矿体, 因此其两侧的层状矽卡岩型矿体规模最大(东西向宽最大为150 m), 品位最富。3号矿段往西是大片的空白区, 尽管在北西部存在断层和相关脉状矿体, 但南西部是否存在层状矽卡岩型矿体仍不清楚。

根据上述成矿模式, 仔细分析空白区的控矿因素, 我们认为:

(1) 南西部靠近龙头山岩体, 相比北部成矿条件更好;

(a) 寒武纪沉积了一套浊积岩, 夹4～5层纹层状泥质灰岩、钙质泥岩; (b) 加里东期发生造山运动, 形成强烈的东西向线性复式褶皱; (c) 燕山晚期时, 伴随着岩浆活动, 花岗斑岩侵入, 含矿热液沿南北向断层和节理上升和迁移, 遇到灰岩层发生侧向迁移、交代形成层状矽卡岩型矿体, 同时充填于断层、节理中形成脉状银铅锌矿体。

(2) 未发现大的断层破坏, 寒武系灰岩夹层稳定地向西延伸到空白区, 但由于近EW向褶皱枢纽向西倾伏, 导致灰岩层出露标高更低, 在260 m中段已施工坑道未能揭露灰岩层(图12中的D剖面);

(3) 坑道编录发现寒武系褶皱形态未改变, 南部仍然是一个复式向斜, 北部为复式背斜, 其间为两个褶皱翼部的连接部位;

(4) 地表、280 m中段、450 m中段均发现NNW向F4断层, 宽5～30 cm不等, 倾向东, 倾角陡立, 矿化好, Au-Ag-Pb-Zn均为高品位, 暗示其为一条主要的流体通道和赋矿断层, 其两侧应该存在达到工业矿化的层状矽卡岩型矿体。

(5) 北端450～500 m中段在F4断裂的两侧已开采具工业价值的银铅锌矿体, 但宽度仅5～10 m, 推测是因为远离南部的龙头山岩体, 导致矿化规模不大。南部地表也已发现有层状矿化体, 初步证实F4断层两侧确实存在具工业价值的层状矽卡岩型矿体。

据此, 我们推测沿F4断层两侧应该存在基本连续的层状矽卡岩型矿体, 沿NNW走向长度应该在800 m左右, 东西走向宽度在10～100 m之间。随后在复式向斜与复式背斜翼部的连接部位施工了一个水平钻孔, 钻获2层矽卡岩型矿体(图11), 其中一层样长1.9 m, 品位Pb 4.16%, Zn 1.30%, Ag 264 g/t, Au 0.76 g/t,证实了本次成矿预测的思路是正确的。

此外, 广西二七三地质队应用该成矿模式, 在龙头山岩体南部的泥盆系莲花山组下段上部含钙砂岩中, 发现三层铜矿体(Cu品位0.11%～0.97%, 厚度7.02～25.75 m), 说明大平天山岩浆热液成矿系统的广泛性, 该成矿模式具有实践指导性和面上推广性(广西壮族自治区二七三地质队, 2021)。

5 结 论

砷矿沟银铅锌矿床是一个受多要素控制的岩浆热液脉状‒矽卡岩型矿床, 矿床的形成和分布主要受4大地质因素控制。

(1) 岩浆岩: 大平天山和龙头山岩体为矿床的形成提供了成矿物质、成矿流体和热源, 并控制了成矿元素Ag-Cu-Pb-Zn-Sb的空间分带;

(2) 地层岩性: 寒武系黄洞口组中的灰岩夹层是形成矽卡岩型矿体的岩性条件, 并控制了矿层的数量和厚度;

(3) 褶皱构造: 近EW走向的复式褶皱控制了矽卡岩型矿体的具体形态和产状;

(4) 断裂构造: NNW向断层作为成矿流体通道控制了矿体产出的平面空间位置, 层状矿体仅形成于其东西两侧20～70 m的范围内。

其中NNW向断层(节理)是评价该矿床最主要的控制因素, 从而提出成矿预测应该改变前人以近EW向灰岩追索的思路, 转为沿NNW向断层(节理)探索层状矿体。

致谢:野外工作期间得到了广西壮族自治区第六地质队以及各矿业公司的大力支持, 在此表示诚挚的感谢。感谢广西壮族自治区地质矿产局273地质队韦子任高级工程师和另一位匿名审稿专家对本文提出的建设性意见。

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Ore-controlling Factors and Metallogenic Prediction of the Shenkuanggou Ag-Pb-Zn Deposit in Guigang, Guangxi

CHEN Gang1, CHEN Maohong1*, GE Rui1, 2, GUO Shenxiang1, 3, WU Qiqiang4

(1. MNR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, Institute of Mineral Resources, CAGS, Beijing 100037, China; 2. Wanbao Mining Ltd., Beijing 100053, China; 3. Hubei Branch of China National Geological Exploration Center of Building Materials Industry, Wuhan 430000, Hubei, China; 4. No.6 Geological Team of Guangxi, Guigang 537100, Guangxi, China)

Generally speaking, magmatic-hydrothermal deposits are not only related to intrusions but also closely related to strata and structures. The ore-controlling factors are often complex, and recognition of the most important factor is often critical for a successful metallogenic prediction. Being part of the Dapingtianshan magmatic-hydrothermal metallogenic system, the Shenkuanggou Ag-Pb-Zn deposit in Guangxi is located in the southwestern part of the Longshan nose-like structure in the Southwest of the Dayaoshan uplift. The ores of the deposit are mainly strata-like skarn-type and minor vein-type. Systematic field surveys and research show that the vein-type ores are simple in shape and mainly controlled by the nearly vertical NNW-trending fault. The layered skarn-type ores are very complex in shape, controlled by the Dapingtianshan and Longtoushan plutons and the limestone intercalation in the Cambrian Huangdongkou Formation, the Caledonian complex folding, and the NNW-trending faults as well. The Dapingtianshan and Longtoushan plutons provided ore-forming materials, ore-forming fluids, and heat sources for the formation of the deposit, and controlled the spatial zoning of the ore-forming elements. Limestone intercalation in the Cambrian Huangdongkou Formation is an indispensable material condition for the formation of the skarn-type orebodies, which controls the number and thickness of the ore beds. The EW-trending and NNW-trending composite folds control the specific shape and occurrence of the ore bodies. Faults control the plane space position of the ore block. Based on the understanding of the above ore controlling factors, such as intrusion, stratigraphic lithology, fold, and fault, this paper determines that the NNW-trending fault is the main fluid channel. The Cambrian Huangdongkou Formation limestone interlayer can form a layered skarn-type ore body. Based on this, three ore sections are divided from East to West. A new section was successfully discovered in the West of the mine. This metallogenic prediction has changed the previous fixed mindset, through tracing the nearly EW-trending limestone to trace the layered ore body along the NNW-trending fault (joint). This understanding and experience can be used for reference in the metallogenic prediction of magmatic-hydrothermal deposits controlled by multiple factors in complex fold areas.

magmatic-hydrothermal metallogenic system; ore-control factor; metallogenic prediction; Shenkuanggou Ag-Pb-Zn deposits; Guigang of Guangxi

P612

A

1001-1552(2022)04-0662-015

10.16539/j.ddgzyckx.2021.06.009

2021-02-22;

2021-07-18;

2022-01-17

国家重点基础研究发展计划项目(973计划)(2012CB416704)、中国地质调查局地质调查二级项目(DD20201173)和广西壮族自治区部门前期地质勘查项目(桂地矿地[2014]17号)联合资助。

陈港(1997–), 男, 博士研究生, 矿物学、岩石学、矿床学专业。E-mail: cccg0105@163.com

陈懋弘(1971–), 男, 研究员, 主要从事矿床学及构造地质学研究。E-mail: mhchen666@163.com