云南茂租鉛鋅礦床地質地球化學特征及成礦機制探討

堅潤堂，孫玉海，王崇軍，段鵬，田章武，李俊剛

(1.百色學院，廣西百色 533000；2.中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院有限公司，云南昆明 650051)

滇東北是川滇黔鉛鋅多金屬成礦帶的重要組成部分，已發現鉛鋅礦床(點)、礦化點400多處，其中大型-超大型礦床多達9個。均賦存于不同時代的碳酸鹽巖地層中，其中震旦系上統燈影組中鉛鋅礦床占比最大[1-4]，占該區已探明資源儲量30%以上。茂租鉛鋅礦床位于揚子板塊西南緣會理-昆明斷陷帶東側之南北向小江斷裂、北西向彝良-水城斷裂和北東向彌勒-師宗-水城斷裂所圍成的三角形坳陷盆地北端。屬揚子準地臺之滇東臺褶帶組成部分，其基底為中元古代昆陽群一套巨厚的被動陸緣型沉積淺變質巖系，震旦系、古生界、中生界(缺失白堊系)及新生界構成蓋層，碳酸鹽巖及碎屑巖交替為特征，間夾玄武巖，總厚度>10000m，顯示該區長期坳陷沉積特征。區內斷裂構造極為發育，以早期南北向為主，其后北東向，最后一期北西向共同控制滇東北成礦帶內鉛鋅礦床分布。二疊紀峨眉山玄武巖廣泛分布[28]，另有少量中元古代和中生代花崗巖、石英斑巖和流紋巖沿小江斷裂帶及附近出露。

茂租鉛鋅礦區位于云南昭通市巧家縣茂租鄉，開采歷史較長，勘探和研究程度較高。礦床地質特征[4-8]和遙感、地球物理及地球化學等找礦預測已有較多研究[9-11]。多數學者認為該礦床具有“多成礦物質來源”特征[12-16]，但成礦流體存在同期海相硫酸鹽熱化學還原[5，14，17]、有機質熱降解[14]和多來源流體混合[15，16，18]等不同說法。礦床成因有沉積-改造型[19]、與峨眉山玄武巖漿活動有關期后中低溫熱液型[20]、熱水噴流沉積-熱液疊加改造型[4，21-23]、MVT型[5，24-26]和川滇黔式[14，27]等不同觀點?；谝酝芯恐写嬖诘闹饕獑栴}，結合茂租鉛鋅礦深部找礦最新成果，本文擬對茂租鉛鋅礦床地質特征詳細闡述，補充測試Ⅰ號礦體和Ⅱ號礦體閃鋅礦、方鉛礦和黃鐵礦S、Pb同位素數據，進一步探討成礦流體性質，為揭示成礦機制和指導找礦提供科學依據。

1 礦區地質概況

礦區出露上震旦統燈影組上段，下寒武統筇竹寺組、滄浪鋪組、龍王廟組，中寒武統陡坡寺組和上二疊統峨眉山玄武巖(圖1)。

圖1 茂租礦區地質構造簡圖(據文獻[11]修編)Fig 1. Geological Structure Diagram of Maozu Lead-Zinc Mining Area

震旦系上統燈影組上段(Z2d2)出露北東大部，分上亞段和下亞段，由深灰-淺灰灰巖、白云質灰巖和白云巖組成，巖相變化明顯伴有不同程度鉛鋅礦化，厚度>200m。

下寒武統筇竹寺組(∈1q)為淺灰-灰黑色碳質和砂質頁巖、泥質粉砂巖與鈣質砂巖互層，底部見多層含磷粉砂巖(厚度<5m)，含磷層中有團斑狀鉛鋅礦化和黃鐵礦化，偶爾形成小型脈狀鉛鋅礦體，厚度140m～270m；滄浪鋪組(∈1c)為灰白-灰綠色薄至厚狀砂巖及頁巖互層，厚140m～175m；龍王廟組(∈1l)頂部為灰色中至厚層狀不純灰巖夾白云巖，底部為泥質灰巖與頁巖互層，厚230m～300m。中寒武統陡坡寺組(∈2d)上部深灰色薄至中層灰巖，間夾薄層泥灰巖透鏡體，下部灰綠色、灰褐色薄層狀泥質粉砂巖和泥巖，厚15m～30m；西王廟組(∈2x)褐紫色砂巖與灰褐色頁巖互層，局部夾灰質白云巖透鏡體，厚157m～300m。

上二疊統峨眉山玄武巖(P3β)為深灰色、灰黑色致密塊狀玄武巖、氣孔杏仁狀玄武巖，頂部夾紫紅色薄層凝灰巖，厚度大于300m。

礦區總體為一復式向斜構造，斷裂構造極為發育。主要褶皺自西向東有長坡倒轉背形構造、干樹林向形構造、洪發硐背形構造和白卡向形構造(圖1，圖2)。長坡倒轉背形夾持在茂租逆斷層和長坡逆斷層之間，軸長約700m，軸向35°～50°，北西翼靠近茂租逆斷層處地層倒轉，傾角52°～65°，南東翼正常，傾角35°～42°；干樹林向形軸向20°～40°，傾向南東，北抵茂租逆斷層，向南逐漸變寬緩，北西翼傾角15°～21°，南東翼傾角45°～55°。洪發硐不對稱背形軸長約1000m，軸向15°～20°，北西翼地層傾角55°～70°，南東翼傾角25～35°，受次級褶皺和斷裂構造影響，軸面呈“S”形起伏，至獅子山南逐漸消失。干樹林向形和白卡向形合并為一個寬緩向斜構造。白卡向形軸長超過3000m，軸向20°，兩翼地層傾角15°～30°，向南延至白卡山后逐漸消失。

圖2 巧家茂租鉛鋅礦區A-A’剖面示意圖Fig 2.A-A 'Section Schematic Diagram of Maozu Lead-Zinc Mining Area

礦區以北東向斷裂構造為主，主要有茂租逆斷層、長坡逆斷裂和大巖硐正斷層等。茂租逆斷層為區域漢源-昭覺逆斷層的一部分，走向北東，總體南東傾斜，傾角由淺至深變緩，斷裂帶寬2m～10m，有明顯的角礫、糜棱巖帶，局部可見細脈狀硅化。斷層上盤為上震旦統燈影組和下寒武統，下盤為上二疊統峨眉山組玄武巖，垂直斷距約4000m，礦床位于斷層上盤。長坡逆斷層為茂租逆斷層派生次級斷層，出露長約1500m，向北延至長坡白水溝與大巖硐正斷層相交，產狀110°～140°<50°～75°，垂直斷距約130m，水平斷距100m～200m，斷面較光滑，見擦痕和斷層泥，局部地段上盤輕微硅化、螢石化和鉛鋅礦化。大巖硐正斷層出露長約1100m，向北延伸至茂租逆斷層，傾向145°～160°，傾角70°～82°，呈上寬下窄的“契”形，斷層面上可見擦痕和少量鉛鋅礦脈，屬晚期應力釋放形成的次級斷層。

上二疊系統峨眉山玄武巖在茂租礦區及周邊大范圍分布。在礦區南部棉紗灣附近尚有少量晉寧期花崗巖露頭，長約1km，北北東向延伸，侵位于昆陽群中。

2 礦床地質特征

2.1 賦礦地層

震旦系上統燈影組(Z2dn2)是礦床的賦礦地層，可劃分為上下2個亞段。

圖3 茂租鉛鋅礦區礦化與巖性關系圖(據文獻[11]修改)Fig 3. Relationship Between Mineralization and Lithology in Maozhu Lead-Zinc Mining Area

2.2 礦體特征

茂租鉛鋅礦分上下層礦和裂隙礦。上下層礦均呈層狀、似層狀賦存在震旦系上統頂部-中上部，占探明資源儲量99.6%，裂隙礦占資源儲量0.40%。

(1)上層礦(Ⅰ號礦體群)位于筇竹寺組(∈1q)底部含磷層下約13m內，頂板為隱晶質白云巖夾遂石角礫巖層，底板為中厚層狀隱晶質硅質白云巖，工業礦體集中出現在中粗粒螢石白云巖中。呈層狀、似層狀，產狀穩定，單礦體長440m～930m，傾斜延伸254m～725m，厚1.60m～5.64m。Pb品位最高20.11ω%，平均品位1.04ω%，Zn品位最高48.82ω%，平均品位5.76ω%。

(2)下層礦(Ⅱ號礦體群)賦存在上含礦層底部燧石角礫巖層以下5m內，頂板為隱晶質白云巖夾遂石角礫巖層；主含礦層為中粗粒螢石白云巖；底板為中厚層狀隱晶質硅化白云巖，弱脈狀礦化。按形態分為緩傾斜和陡傾斜礦體，緩傾斜礦體與上層礦相似，形態比較規則，走向和傾斜方向延長均較大，陡傾斜礦體形態變化大，單礦體長243m～612m，延深45m～129m。Pb、Zn含量較上層礦略低，礦體厚度較小，工業礦體與螢石白云巖緊密相伴。

(3)裂隙礦(Ⅲ號礦體群)主要受構造裂隙控制，延深大于延長，脈壁不規則，膨縮顯著，單脈體厚2.0m～3.5m，品位較低，多未達開采最低要求。礦體沿構造強烈擠壓破碎帶穿層分布，硅化脈及方解石脈發育，裂隙礦兩側Ⅰ、Ⅱ號礦體在空間上有明顯錯位，其礦石礦物組成、結構構造、蝕變特征等均與層狀礦類似，表明裂隙礦應是Ⅰ、Ⅱ號礦體被構造錯動而成，并非前人認為的熱水噴流形成的“層-脈”礦化結構[4]。

礦石以原生礦為主，混合礦次之，主要礦石礦物閃鋅礦和方鉛礦。閃鋅礦為淺黃色-棕黃色半透明細粒狀、球粒狀和不規則狀。粒徑10μm～80μm，呈浸染狀、稠密浸染狀分布于蝕變白云巖中；方鉛礦呈鉛灰色半自形粒狀、它形粒狀，粒徑30μm～200μm，解理明顯。脈石礦物主要有白云石、螢石、石英和黃鐵礦，其次褐鐵礦、磷灰石、方解石及少量粘土礦物。礦石結構為它形粒狀結構、膠狀結構、交代結構和斑狀結構，塊狀構造、斑點狀構造和浸染狀構造。圍巖蝕變白云石化、黃鐵礦化、硅化、螢石化和方解石化。其中螢石化與鉛鋅礦化關系最為密切。

3 S和Pb同位素

3.1 樣品采集與測試

本次測試8件硫同位素樣品和2件鉛同位素樣品分別采自礦區24線以南1350m中段、1500m中段和木瓜樹主巷Ⅰ號礦體和Ⅱ號礦體頂底板螢石白云巖中鉛鋅礦石。測試閃鋅礦、方鉛礦和黃鐵礦單礦物。樣品制備和測試均由青島斯八達分析測試有限公司完成，礦石樣品粉碎至40目～80目，雙目鏡下挑選，純度>99%，再粉碎至200目。S同位素分析采用Delta-S質譜儀，δ34S以CDT為標準，測試精度±0.2‰。Pb同位素分析先量取適量樣品放入聚四氟乙烯坩堝，加入HF+HCLO4酸溶解，用強堿性陰離子交換樹脂，依次加入HBr和HCL酸對鉛分離，在適宜溫度和濕度條件下用ISOPROBE-T熱電質譜儀鉛同位素比值測定，分析誤差小于0.005%。

3.2 測試結果

(1)硫同位素組成：礦區硫化物S同位素組成分析結果見表1。閃鋅礦δ34S變化范圍+10.67‰～+15.27‰，極差4.6‰，平均值13.25‰；方鉛礦δ34S介于+8.84‰～+15.37‰，極差6.53‰，平均值13.14‰；黃鐵礦δ34S值介于+13.33‰～+19.86‰，極差6.53‰，平均值16.58‰。硫化物δ34S值明顯低于沉積重晶石(30.35‰)。

表1 茂租鉛鋅礦床硫化物硫同位素組成Tab 1. Sulfide Isotope Composition of Sulfides from The Maozu Pb-Zn Deposit

(2)Pb同位素組成：硫化物Pb同位素組成結果見表2。方鉛礦206Pb/204Pb，207Pb/204Pb和208Pb/204Pb值范圍分別為17.980～18.444(均值18.196)、15.470～15.746(均值15.707)和38.010～38.858(均值38.318)，閃鋅礦206Pb/204Pb，207Pb/204Pb和208Pb/204Pb值范圍分別為18.260～18.375(均值18.317)、15.655～15.686(均值15.670)和38.396～38.577(均值38.487)。

表2 茂租鉛鋅礦床硫化物Pb同位素比值及參數Tab 2. Pb Isotopic Ratios and Parameters of Sulfides from The MaozuPb-Zn Deposit

4 討 論

4.1 硫的來源

熱液礦床硫化物主要有3種硫源[29-31]：①地幔硫。δ34S值接近于0，多為不大的正值(0～+3‰)，硫源為地幔硫或巖漿；②地殼硫或海水硫。δ34S值20‰左右，接近于海水硫酸鹽δ34S值，硫源為海水硫或海相蒸發巖的硫；③生物還原成因硫，δ34S為較大的負值[32]。礦區富硫礦物以閃鋅礦為主，方鉛礦和黃鐵礦次之，硫化物δ34S值可視為成礦流體全硫平均同位素組成(δ34SΣS)[29，33]。具有富集重硫特征(表1)，δ34S值介于+13.33‰～+19.86‰，遠高于幔源巖漿硫δ34S值，特別是方鉛礦和閃鋅礦δ34SCDT變化范圍很小(均值介于13.25‰～13.45‰)，這與沉積巖和變質巖硫同位素值都有很寬廣的特征不吻合[34]，反映鉛鋅礦硫源很均一[30，35]，不同中段硫化物樣品δ34S值基本一致，變化范圍小，無明顯分帶現象，表明成礦物理化學條件比較穩定[36]，礦物沉淀速度較快，未發生不同源區硫的混合[37]。黃鐵礦δ34S值較δ34SΣS稍重，可能與黃鐵礦多世代特征有關，礦區極少見與硫化物共生的重晶石、石膏等高硫礦物，表明成礦作用發生在低fO2和較高pH值環境。前人曾在礦區1380m中段燈影組上亞段中獲得一件重晶石樣品δ34SCDT值+30.35‰，筇竹寺組中獲得一件沉積黃鐵礦樣品δ34SCDT值-10.50‰[20]。認為沉積黃鐵礦具生物成因硫源特征，重晶石可能為沉積黃鐵礦與熱液硫化物提供了主要硫源[4，20]。

硫同位素組成呈明顯的塔式分布(圖4)，峰值集中在13‰～15‰，顯示礦床成礦物質的主要組分硫來源單一。δ34S黃鐵礦>δ34S閃鋅礦>δ34S方鉛礦，表明硫同位素在硫化物礦物間分餾達到熱力學平衡[29]。

圖4 茂租鉛鋅礦硫同位素組成直方圖Fig 4. Sulfur Isotope Composition Histogram of TheMaozhuPb-Zn Deposit

礦區硫化物δ34SCDT值與川滇黔地區大部分鉛鋅礦床硫化物δ34SCDT值(+9.0‰～+18.0‰)[38]接近，表明同期海水硫酸鹽的熱化學還原作用(TSR)可能是此類礦床還原性硫形成的主要機制[14，38-49]。與全球MVT型鉛鋅礦床成礦流體中還原硫主要來自海相硫酸鹽的認識是一致的[50，51]。

4.2 鉛的來源

鉛在浸取、遷移和沉淀過程中，鉛同位素組成通常不發生變化，因而礦石鉛同位素組成相對穩定或明顯變化說明礦床中成礦物質單一來源或者具有多來源[52]。礦區Pb同位素組成變化范圍較窄(表2)，表明成礦物質來源比較單一或均一化程度較高。

據鉛同位素組成模式圖(圖5)，Pb同位素比值大多位于造山帶Pb平均演化線與上地殼Pb平均演化線間，個別位于上地殼Pb平均演化線之上或靠近地幔Pb平均演化線，線性分布特征明顯，具殼源Pb和造山帶Pb特征。與基底巖石、震旦系白云巖、石炭紀碳酸鹽巖和峨眉山玄武巖Pb同位素組成對比，礦區方鉛礦Pb同位素個別數據落入震旦系燈影組、峨眉山玄武巖與基底巖石重疊范圍內，但絕大多數投點落入基底巖石Pb同位素組成范圍內，說明Pb源比較單一?？字緧彽萚38]收集了川滇黔地區21個典型礦床Pb同位素數據，劃分了4種不同的成礦物質來源模式，認為每一礦區鉛同位素組成中，至少有兩種或兩種以上不同鉛的混合。本區絕大多數樣品投點與基底巖石Pb同位素組成范圍一致，僅個別落入震旦系燈影組白云巖、泥盆-二系碳酸鹽巖和峨眉山玄武巖Pb同位素組成分布范圍邊緣，結合圖中泥盆-二疊系碳酸鹽巖區未見投點及Pb同位素組成變化范圍小等分析，認為茂租礦區成礦金屬元素主要應由基底巖石提供。

4.4 成礦機制分析

野外調查發現，礦區工業礦體與螢石關系非常密切，有螢石的地段就有鉛鋅礦化，且螢石強烈發育地段常形成工業礦體，反之，螢石出露較少或無螢石(即便有硅化和白云石化)地段礦化很弱甚至無礦化。

吳永濤等[17，53]研究了與鉛鋅礦密切共生的團塊狀白云石、方解石、螢石以及圍巖燈影組白云巖稀土元素特征，從礦體→細脈浸染狀礦化帶→星點狀礦化帶，螢石稀土元素ΣREE、δEu和δCe呈規律性變化，反映螢石形成于同一熱液流體的連續過程，與閃鋅礦和方鉛礦近于同時形成，礦化強弱與螢石化熱液蝕變強弱呈明顯正相關關系。白云石和方解石稀土元素特征則與圍巖燈影組白云巖相似，明顯不同于螢石[53]，說明礦區至少發生白云石化、方解石化階段和螢石化階段兩個階段熱液作用，螢石化階段是最重要的成礦期。

研究表明，螢石發生沉淀的最佳機制是流體與圍巖間水-巖反應使成礦流體pH值由酸性逐漸演變為中性[54-56]。富含F-成礦流體沿構造帶向上運移，與燈影組熱液白云巖發生水/巖相互作用，流體中CaF2過飽和沉淀析出。流體中F-不斷消耗，熱液流體攜帶Pb、Zn等金屬元素能力大大降低，導致Pb、Zn近于同時或稍晚沉淀下來。茂租鉛鋅礦床的S主要為海相硫酸鹽熱化學還原產物，Pb主要來自基底巖層。前人研究表明成礦流體中含有較多CO2，主要為流體溶解海相碳酸鹽巖形成[14，57]。石英和重晶石C-O同位素研究結果表明成礦流體中H2O為變質水，且成礦流體屬于Ca2+-Na+-Cl--F-型[4，5，20]。

礦床地質方面，富礦體主要賦存在中層狀粗晶螢石白云巖中，巖層太薄或太厚均無礦化，細晶、隱晶質白云巖中無礦化或礦化弱，無螢石化蝕變或螢石化較弱巖層無礦化或礦化較弱，說明具較大孔隙度的粗晶白云巖有利于礦質沉淀，隱晶質白云巖孔隙度較小常構成礦體頂底板屏蔽層，螢石化是關鍵的成礦控制因素。

5 結 論

(1)礦區鉛鋅礦賦存在震旦系上統燈影組二段白云巖中，工業礦體與粗晶螢石白云巖密切共生，成礦流體中螢石大規模析出是成礦元素沉淀的關鍵因素，螢石化蝕變是找礦重要標志。

(2)含礦層厚度與礦體規模非正相關關系，后期熱液蝕變是導致成礦物質富集的關鍵因素。

(3)金屬硫化物富集重硫同位素，δ34S值組成變化范圍小，成礦流體S主要來源于海相硫酸鹽巖熱化學還原作用(TSR)；硫化物Pb同位素組成相對穩定，成礦金屬主要來自基底巖石。

(4)茂租大型鉛鋅礦礦體產狀、礦物組合等均可與密西西比河谷型(MVT)鉛鋅礦床對比，礦床類型可歸為MVT型。