山西典型多金屬礦床及成礦機制研究

馮林秀

（東華理工大學，江西 南昌 330000）

當今世界正在經歷百年未有之大變局，世界各國的經濟面臨極大的挑戰，科技革命的重要性不言而喻，各種技術手段層出不窮，呈現爆發式增長，由此給世界帶來極大的不確定性?，F在國家在礦產資源的戰略部署中重點傾向于國防安全、科技安全、軍事安全等方面[1]。我國是世界資源大國，資源勘探、開發利用的手段不斷先進，為中國特色社會主義高質量經濟發展奠定堅實的基礎。礦產資源在各個國家的經濟發展中扮演者重要的角色，誰掌握了更多的資源誰就在國際舞臺上發揮更大的作用，擁有更有力的發言權。新形勢下，能源資源、礦產資源量的需求不斷增加，隨著開采力度的加強，目前國內的資源問題日益嚴峻，因此，提高開采效率，找出隱伏礦床，探究成礦機制和成礦預測顯得尤其重要。山西位于華北板塊中央，板內拗陷、隆起構造較為突出，地層廣泛分布，地層較為發育，各個階段存在沉積間斷和風化剝蝕[2]，由于其獨特的地質條件由此形成了豐富多樣的礦產資源。巖漿巖在太古代，元古代及中生代極為發育，新太古代主要形成變質中酸性侵入巖，元古代主要形成中酸性侵入巖及中基性一酸性火山巖，中生代巖漿活動頻繁強烈發生，提供了良好的區域地質條件[2]。但是，目前對于山西的礦產資源的研究并不深入，很多零零散散，不成體系，因此本文將山西典型的多金屬礦床總結歸納，希望對今后的成礦機制以及找礦預測提供一定幫助。

1 山西區域地質概況

山西地處秦嶺陰山之間，地貌分布較為明顯，山地與盆地鑲嵌，東部為山地、西部為高原和中部為裂陷盆地，東部以太行山脈為主，五臺山為華北最高峰。山地之間發育有廣靈、靈丘等多個山間盆地。呂梁山做為西部高原的主要山脈，總體走向呈北北東向，呂梁山海拔均在1500m以上。呂梁山脈以西至黃河谷地為黃土覆蓋，海拔在800m～1000m之間，主體為黃土丘陵、塬、梁、峁等；中部裂陷盆地從南到并北依次有運城盆地、臨汾盆地、太原盆地、忻定盆地、大同盆地，呈北北東一，南南西向斜列[2]，主體構造線方向為北北東向，呈現一個拉長的“S”型如下圖所示。山西地層發育齊全，呈現由中心向四周遞變的趨勢，以恒山-五臺山-呂梁山-太行山為主出露的前寒武系為中心，四周發育有寒武系，奧陶系。巖漿巖極為發育，呈現以中太古代英云閃長巖一花崗閃長巖一奧長花崗巖系列變質深成侵入巖分布與各大山區，中生代巖漿活動頻繁，形成了良好的地質條件，為成礦創造了機會[2]?？傊?，不同時代發育的地層、構造、巖漿巖，控制了礦床成礦系列的分布，形成了石炭紀-二疊紀形成煤及相關礦床，還形成了五臺山鐵、鉬、金、多金屬、硫鐵礦和中條山銅、金、鈷、鉬、多金屬、磷成礦帶[2]。

圖1 山西省構造區帶劃分圖

2 山西多金屬礦床

2.1 中條山銅多金屬礦床

中條山位于華北板塊，元古代陸緣島弧帶，與汾渭裂谷相接，經歷了多期次的構造運動，形成基底褶皺構造，巖群多以不規則、條狀包體存在，銅礦床的賦存層位以構造不整合位于涑水巖群之上。地層以前寒武紀地層為主，主要為下元古界中條群和擔山石群等8個組，巖漿頻繁發生，形成了種類復雜的巖漿巖種類，中條山基性巖墻的研究表明其具有低堿的拉斑玄武巖特征，表明其幔源巖漿來源，微量元素表現出富集LILE,虧損HFSE,Ba、Pb正異常，Nb、Ti負異常，指示具有富集地幔的特征，地球化學特征指示著該巖墻是在拉張環境下被前期的俯沖流體交代的地幔物質部分熔融形成[3-5]。

2.2 堡子灣-九對溝金 （鉬）礦床

堡子灣-九對溝金（鉬）礦床位于華北地臺北緣陽高縣，陽高山前破碎帶二級構造張扭性斷裂西段，屬于引爆角礫巖型金礦，并伴有銀、銅、鉛鋅等多金屬礦床，大吳窯-胡窯斷裂帶控制了華力西末-印支期巖漿活動和次火山作用的范圍[6]。該地區發現的鉬礦呈脈狀產出。在地質演化過程中，該地區經歷了兩次強烈的改造，第一次形成基本構造格架。第二次更為強烈的巖漿改造，板塊之間的碰撞俯沖形成了如今的多金屬成礦帶。該地區形成的張扭性次級破碎帶成為主要的控礦構造。

該地區巖漿巖發育，以海西期-燕山期為主，礦化帶延長800m，由三個礦體組成，垂向上，具有明顯的分帶，華力西末一印支期中酸性巖漿活動十分頻繁，為礦區巖漿活動的主體，巖性主要為石英二長巖、石英斑巖、長石石英斑巖[6]。該金礦床成礦期主要分為三個階段，分別為侵入隱爆期、熱液期和表生期。圍巖蝕變現象普遍[6]。

該礦床在空間上位于引爆角礫巖附近，成因上與淺成中酸性侵入巖相關，地球化學數據指出該礦區具有不同的成礦母巖[7-9]，成礦母巖可能均來自I型富集地幔，為同一源區巖漿演化而來的不同巖類[7]。通過對該礦床的地質特征，巖石主微量元素和同位素、包裹體的研究表明該礦床的形成主要受構造-巖漿作用影響，巖漿在向上侵入的過程中，產生了隱爆，由此形成了較大空隙且滲透性好的角礫巖體，后期含礦熱液隨著斷裂構造運移，充填，交代從而形成金礦體，表現出淺成中低溫熱液成礦特征。

中生代階段是重要成礦期，華北陸臺北緣進入陸內擠壓造山期，最開始是由石英二長斑巖侵位，之后是二長花崗斑巖，由于上覆巖層封閉，系統內處于高溫高壓狀態，巖漿與流體不斷聚集，直至頂部巖石崩塌。在氣液的不斷推動下不斷包裹圍巖碎屑最后形成由硫化物和二氧化硅膠結的隱爆角礫巖帶，在這個過程中，有一小部分的金礦化。然后，深部富含金和硫化物-二氧化硅的成礦流體大面積沿著裂隙上升充填，形成柱狀或者水滴狀的礦化空間今兒形成礦化帶[6，10，11]。新生代時期，由于華北地塊處于伸展機制下的構造-地貌造山階段。

2.3 刁泉熱液型金銅礦床

刁泉礦區的位置處于華北地臺南緣靈，大地構造上位于華北地臺中部，太行山造山帶到燕山造山帶的過渡部位。由于古生代地殼抬升，缺失上奧陶統至三疊系地層，出露面積最大的地層是古生界，分布在礦區的東南部及北部，新生界蓋層在全區廣泛發育，主要巖性為五臺系石咀亞群莊旺組中淺變質碎屑巖、長城系高于莊組和薊縣系霧迷山組的碳酸鹽巖等，礦床位于變質基底和沉積蓋層兩個構造層組成的區域內，基底構造主要是五臺群的強烈褶皺[13]，主要發育斷裂構造，其中刁泉斷裂是張扭性斷裂，帶狀分布，槍頭嶺斷裂控制著燕山期巖漿巖分布及形態，是巖漿熱液上升以及成礦物質運移的通道，為成礦創造有利條件。

地區的地球化學特征顯示富集銀、銅、金、鉛等成礦元素，提供礦化背景。同位素示蹤研究表明成巖物源來自于地殼和地幔物質的混合，大氣水和巖漿水加入到了成礦流體中，是典型的熱液成因[12]。

刁泉多金屬礦體主要產于雜巖體和灰巖地層接觸帶附近，呈現環帶分布，銅金銀主要分布在外帶，鉬礦分布在內接觸帶，成礦年齡在132Ma左右，與花崗斑巖的鋯石年齡一致。孟祥金等，2007對中國重要的銅鉬礦床同位素的研究根據輝鉬礦WRe的分布范圍，列出了三種成礦物質來源，分別為地幔為主，殼?；旌蟻碓匆约暗貧碓?。根據前人的研究表明，山西刁泉銀銅多金屬礦床屬于殼?；旌蟻碓?。

該地區自中元古代以來屬于板內構造環境，巖漿活動從弱到強[15，16]，并伴隨著成礦作用。刁泉多金屬礦床的形成與華北地臺巖石圈減薄有關，由于巖石圈的減薄導致發生殼幔相互作用，深部的巖漿流體向淺部沿著古老造山帶通道運移，過程中伴隨著大規模的金屬成礦作用[14]。

2.4 五臺山鐵礦

山西省五臺山鐵礦位于五臺縣縣城，曹溝村村北一帶，大地構造位置處于華北準地臺、山西臺背斜、五臺山斷拱的中部，礦床屬于區域變質火山，構造較為復雜，經歷了五臺運動及多次呂梁運動，區域內變質作用強烈，元古代、太古代都發生了強烈的變質作用，褶皺構造較為簡單[17]。

該地區的鐵礦呈層狀，礦石顯示為條紋狀，顯示出該地區長期沉積。五臺超群含鐵建造是一個由基性酸性陸源沉積的完整旋，礦區的形成與基酸性火山巖密切相關[17，18]。原生礦石主要含有石英、磁鐵礦，其地球化學特征為火山碎屑巖，說明鐵含量來源于基中性火山巖和少量陸相來源。再加上該地區火山活動強烈頻繁發生，形成火山地形，在此過程中沉積成礦，后又經歷了多次變質作用形成富礦，另一方面也為海洋運輸了成礦物質。此外，經歷的多次褶皺構造運動也使得成礦作用進一步加強。五臺山鐵礦床的成因類型為火山沉積變質鐵礦床，即鞍山式鐵礦[18]。

找尋五臺山鐵礦的地質標志是含有磁鐵石英的巖層，由于該巖層中磁性極端異常，信號強度明顯，這種標志往往作為指示工業礦床的特征[17，18]。另外該區域是復式向斜構造，提供了成礦空間。背斜由于風化剝蝕，成礦不明顯，但向斜核部礦體得到保存。該地區的地球化學特征表明礦石的硫來源于地幔，在運移的過程中受到了圍巖的蝕變較為明顯，鉛同位素數據表明該多金屬礦床受巖漿作用明顯且來自與深源。同位素數據表明主巖受到不同程度的圍巖混染且含有大陸巖石的成分。

3 成礦機制

礦床主要是由內部條件和外部條件共同作用下形成的。內部條件包括地殼與地幔以及軟流圈之間的相互作用，外部條件主要包括生物與生物之間，大氣之間以及水圈之間的相互作用，它作為特殊的地質體巖石，在不同的階段由不同的地質作用過程所導致不同的結果。主導礦床的形成的因素是多種多樣的，主要包括構造，地層，巖漿和地球化學等[19]。

3.1 構造背景對成礦的控制

山西地處華北地塊，盆地與山地相間分布，地層較為發育，經風化剝蝕，地層出露較多。礦床的形成取決于大地構造背景。含礦物質的來源，相互作用的深度，形成的礦床的結構，時空分布會受到其影響。巖石圈深部作用，殼幔相互作用，軟流圈熱動力的大規模運動會深刻的影響大地構造活動，是得在地球表表面的物質的運輸，能量轉換發生變化。刁泉熱液型金銅礦床的產生就是由于華北巖石圈不斷發生減薄現象，進而發生殼幔相互作用為成礦作用提供通道。

3.2 構造對成礦的控制

構造運動最為成礦的主要動力因素，可以為殼幔物質的運移以及成礦物質的形成提供有利條件，同時，它也為熱液流體的運移沉淀提供空間，由于山西所處位置多發育斷裂，褶皺，先后經歷了多期次強烈的火山活動和巖漿活動，尤其是堡子灣-九對溝金（鉬）礦床和五臺山鐵礦床，構造對于成礦的控制作用尤為明顯。