时间：2022-07-07 07:40:21
摘 要:柴河铅锌矿是河中―晚元古代的一个重要铅锌矿床,它以发现早(可追溯到唐代)、矿石富和产于古老碳酸盐岩层而著名。本文通过研究柴河铅锌矿的地质特征及探讨矿床的成因机理,认为柴河铅锌矿床是在地下热卤水作用下的一处多来源,多成因,多阶段的层控铅锌卤水运移再造矿床。
关键词:柴河铅锌矿 地质特征 成因机理
中图分类号:P62 文献标识码:A文章编号:1007-3973 (2010) 02-112-03
1地质特征
柴河铅锌矿位于铁岭市猴石街,距铁岭市55km。矿区的大地构造单元位于中朝准地台-胶辽台隆-铁岭～靖宇台拱西端之河凹陷。北以赤峰-开原深大断裂(东部延长部为清河断裂)为界与吉黑褶皱系相邻;西以北东向依兰-伊通(郯庐断裂北东延长)断裂带为界,与华北断拗下辽河断陷相连。(见图1-1)
图 1-1柴河铅锌矿构造位置略图
成矿区受北东向依兰-伊通断裂带及次级北西西向开原～草市断裂与北东东向浑河断裂挟持,北东向构造控制区内铅、锌、铜、金矿床产出。
1.1赋矿地层
矿区所出露的地层主要为河群高于庄组(Chg)。含矿岩层主要为高于庄组五段(Chg5)条带状白云岩,铅锌矿体绝大部分产在此中。
1.2控矿构造
由于矿区所处的大地构造位置比较复杂,因此矿区的地质构造也比较发育。按其展布方向主要有北东和北西向两组比较发育,其次为东西和南北向,几组断裂发育处,常形成棋盘格式或“入”字型分支等构式。该区的主要断裂构造为NE1断裂,基本控制了小西沟和关门山的矿体的产出,认为该断裂是矿区内与成矿关系最为密切的一条主要控矿断裂。(见图1-2)
图1-2柴河铅锌矿受NE1断裂控制
1.3围岩蚀变与矿化
本区的围岩蚀变以小西沟和关门山两矿段较发育,主要有白云石化、去白云石化和硅化,往往去白云石化地段总伴随着铅、锌、银和汞等矿化发生。
柴河铅锌矿为同一成矿期形成的,并有五个成矿阶段:
1、白云石、硅化阶段; 2、黑褐色闪锌矿、黄铁矿阶段;3、褐色闪锌矿、粗粒方铅矿阶段;4、黄褐色闪锌矿阶段; 5、细粒方铅矿、硫盐矿物阶段,该阶段为矿区的主要成矿阶段。
2矿床成因机理
2.1成矿物理化学条件
2.1.1流体包裹体
利用Chaixmeca冷热台、液相萃取分析和气相色谱分析,对柴河铅锌矿的闪锌矿、石英和白云石中流体包裹体进行了系统的研究。
该矿床主要有3类流体包裹体:液相包裹体、气液两相包裹体和含二氧化碳流体包裹体。它们的流体包裹体特征与密西西比河谷型矿床流体包裹体进行对比,既有许多相似之处,同时两者又有差异。差异在密西西比的均一温度为100-150℃,而柴河铅锌矿的均一温度在100-320℃,盐度前者为15-23wt.%NaCl,后者盐度为8-23wt.%NaCl,二者的盐度有时都会大于23wt.%NaCl,但都没有出现盐子晶。
2.1.2硫同位素
柴河铅锌矿床及矿区,共采集262件硫化物的硫同位素组成资料,特点归纳为以下几点:
(1)柴河铅锌矿床主要工业铅锌矿体的硫化物(闪锌矿、方铅矿和黄铁矿)的 34S值变化范围为+6-+31‰,塔式峰值在+24-+25‰之间(图2-1);黄铁矿、闪锌矿和方铅矿的 34S平均值分别为+25.8‰、+24.6‰和+21.5‰。
(2)河凹陷若干铅锌矿点的硫化物的 34S值变化范围为-0.5-+27.0‰,平均值为+15.3;黄铁矿、闪锌矿和方铅矿的 34S平均值(‰)分别为+13.0、+20.1和13.2。(见图2-1)
图2-1柴河铅锌矿床硫同位素组成频率图
(3)赋矿岩层下伏地层的板岩中黄铁矿的 34S值变化范围为+0.4-+7.7‰,平均值为+4.1‰。见图2-1
(4)根据闪锌矿-方铅矿硫同位素地质温度计,工业矿体上部闪锌矿-方铅矿平衡温度为150-189℃,下部的为260-270℃。
2.1.3铅同位素
根据1975年长地院在矿区及采集了14个样品进行分析,根据分析结果来看,本区的矿石铅经历了两次脱离U-Th-Pb放射系统的阶段,第一次是20.75亿年,相当于本区古老基底受吕梁运动大规模的变质时期;第二次是13.35亿年,相当于本区围岩高于庄组沉积时期,通过包文发展模型,看出本区有两种铅,一种接近于普通铅,略显偏钍,相当第一次19.05-20.75亿年,另一种铅偏铀(混染铅)相当于第二次13.35亿年,这两种铅都可以作为本区的矿源,但从这两种铅的地质产状看,本区铅源主要是老铅,新铅只见于“苞米粒状”矿石中,尚未发现构成工业矿体。
总之,本区的铅同位素组成否定了矿床的铅是岩浆活动的产物。
2.1.4碳、氧同位素
矿床及邻区的13件白云石的碳、氧同位素特征为:
(1)赋矿岩层条带状白云岩中白云石的 13CPDB值变化范围为+4.9-+5.9‰,平均值为+5.4‰; 18OSMOW值的变化范围为+22.3-+23.8‰,平均值为23.5‰。
(2)矿石中白云石的碳、氧同位素组成相对变化较大。其 13CPDB值的变化范围为+3.3-+4.7‰,平均值为+4.0‰; 18OSMOW值的变化范围为+19.7-+21.9‰,平均值为20.7‰。
(3)条带白云岩的白云石和矿石中的白云石的 13CPDB值与 18OSMOW值之间具有较好的线性关系,说明容矿岩石中的白云石与矿石中的白云石的碳、氧同位素达到了平衡,且碳、氧同位素分馏机制主要受温度控制,影响碳、氧同位素组成变化的温度范围推测为150-300℃。
总之,条带白云岩的碳、氧来源为当时的萨布哈蒸发岩相;矿石中白云石的碳、氧来自条带白云岩的重新改造。
2.1.5 氢氧同位素
柴河铅锌矿床的主要容矿岩石为泥质白云岩,这些岩石 18OSMOW值变化于+19.7-+24.4‰,这是本区的主要“氧库”。石英做为硅的氧化物,它们在形成过程中,无论是结构氧还是流体包裹体中氧,都从白云岩“氧库”中获得大量18O, 18OSMOW=+10.3-+12.7‰, 18OQ=+22.9-+23.4‰。石英中流体包裹体水 DSMOW=-68--80‰。 D- 18O图上投影于变质水区的边缘(图2-2)。然而,主要几种金属矿物如闪锌矿、方铅矿和黄铁矿中流体包裹体的氢氧同位素组成则不同于石英,它们的 18OSMOW为-2.2--14.8‰, DSMOW=-79--109‰,它们在 D- 18OSMOW图上投影于Salton Sea与Steam boat Spyings之间(图2-2)。
图2-2 D- 18O图解
2.2成矿物质来源
根据以上铅同位素及硫同位素等数据可以看出,成矿物质硫主要来自于地层,与岩浆岩基本无关,铅锌也是来自地层中,主要控矿岩石为河群高于庄组五段(Chg5)条带状白云岩,是成矿的主要物质来源。
2.3成矿作用过程
柴河铅锌矿床中的铅锌矿石的模式年龄变化于1500-1620Ma,这些年龄值与中元古界泥质岩和火山岩的铷-锶等时线年龄十分接近(1400-1700Ma)。这说明就主要工业矿石铅而言,是在高于庄组沉积-成岩之后不久沉淀的。但主要工业矿石沉淀以后,叠加矿化曾持续相当长时间,直至467Ma左右还有矿化发生。
用以下互不干扰的多组份体系:斑铜矿+黄铁矿-黄铜矿、菱铁矿-黄铁矿(fo2=10-40)、赤铁矿-黄铁矿(fo2=10-40)、黄铁矿-磁黄铁矿、辰砂-自然汞、辉银矿-自然银、方铅矿-自然铅、闪锌矿-磁黄铁矿等,可求得柴河铅锌矿床矿石的硫逸度,在100-200℃时,fs2=10-14-10-22,这是柴河铅锌矿床主要硫化物的稳定共生条件。
同样,用以下互不干扰的多组份体系:方铅矿-硫酸铅、赤铁矿-磁铁矿、石墨-二氧化碳、磁黄铁矿-磁铁矿+自然硫、黄铁矿-赤铁矿+自然硫、自然硫黄铁矿等,可求得柴河铅锌矿床矿石的氧逸度,在100-200℃时,柴河铅锌矿床主要金属矿物形成的氧逸度为10-55-10-35。
Heyl等(1964)研究时发现,钾长石-白云石+石英组合可作为这类矿床的成矿热流体的酸碱度缓冲剂,根据柴河铅锌矿床流体包裹体中mKC1=0.013-0.86,Na+/K+=3-16,在100℃时,PH=5.6-7.5;在200℃时,PH=5.1-6.9;在300℃时,PH=4.7-6.3。
由于柴河铅锌矿床缺乏明显的为成活动,成矿溶液明显为热卤水。成矿金属主要来自白云岩及基底岩石,通过萃取方式进入卤水。硫来自中元古代海水硫酸盐的还原。由于构造活动产生的断裂切割了深部地层,热卤水便被引入白云岩层之中,这种富金属的上升热卤水在矿源层中吸附了其中的有用金属,并与强烈还原的浅部地下水相遇,不可避免地发生两种溶液的混合,从而导致金属硫化物矿石在有利部位沉淀。见成矿模式图(图2-3)
图2-3柴河铅锌矿床成矿模式图
2.4矿床成因类型
根据以上资料分析,柴河铅锌矿床的成因归纳如下:
(1)成矿温度:根据包裹体测温结果,成矿温度在100-320℃。
(2)物质来源:主要为控矿的震旦系高于庄组的白云岩层,其次为地下上升的热卤水。
(3)从控矿构造来看,矿区内工业矿体均受北东向构造控制,断裂构造不仅为成矿提供了矿液运移的通道和容矿场所,同时又为成矿提供了热动力条件。
(4)同位素特征:硫同位素 34S变化范围在+6-+31‰之间。可以确认铅锌成矿与岩浆活动基本无关,硫主要来自海水硫酸盐。氢氧同位素在 D- 18O图上投影于索尔顿海与汽艇泉地热水之间。通过铅同位素的结果来看,铅主要有两个年代值。碳氧同位素,根据分析结果来看,条带白云岩的碳、氧来源为当时的萨布哈蒸发岩相,矿石中白云石的碳、氧来自条带白云岩的重新改造。
综合上述,认为柴河铅锌矿床形成过程是:成矿金属物质首先来自基底岩层,在吕梁期的区域变质时期,金属元素于封闭系统中呈游离状态,在隆起区形成处于风化剥蚀、淋滤作用下,金属元素被粘土吸附,借助地表泾流转入震旦系海盆地中,在海水作用下,通过解吸,金属物质随同高于庄组一同沉积,而成为主要矿源层和含矿层。区域构造活动,产生深切基底的断裂,从而提供了成矿物质的热动力条件,打开了深部的封闭系统,提供了有利的迁移通道和成矿有利空间,使地下含有用金属的热卤水沿通道上升,在矿源层又使金属物质进一步富集,在成矿有利空间中,热卤水与浅部强烈还原的地下水相遇,导致金属硫化物的沉淀。
3结论
柴河铅锌矿床是在地下热卤水作用下的一处多来源,多成因,多阶段的层控铅锌卤水运移再造矿床。含矿岩层主要为高于庄组五段(Chg5)条带状白云岩,铅锌矿体绝大部分产在条带状白云岩中。该区的主要控矿构造为NE1断裂,基本控制了小西沟和关门山的矿体的产出。
参考文献:
[1]中国有色辽宁地质勘探公司一0六队. 辽宁省铁岭市柴河铅锌矿区地质找矿工作总结报告[R].1983年12月.
[2]中国有色辽宁地质勘探公司一0六队. 辽宁省铁岭市柴河铅锌矿区物化探工作总结报告[R].1983年12月.
[3] 涂光炽.中国层控矿床地球化学[M]. 科学出版社, 1984.