2. 全国地质资料馆, 北京 100037;
3. 北京矿产地质研究院, 北京 100012;
4. 国土资源部矿产勘查技术指导中心, 北京 100083;
5. 中国地质调查局成都地质调查中心, 成都 610081
2. National Geological Archives of China, Beijing 100037, China;
3. Beijing Institute of Geology and Mineral Resources, Beijing 100012, China;
4. Mineral Exploration Technical Guidance Center of Ministry of Land and Resources, Beijing 100083, China;
5. Chengdu Center of China Geological Survey, Chengdu 610081, China
0 引言
湖南省宝山铜铅锌多金属矿床位于我国南岭成矿带中段北缘，是湘南地区具有代表性的多金属矿床之一。宝山铜铅锌多金属矿床于20世纪50年代初被发现[1]，经过多年开采，矿山资源保有储量严重不足，近年经国家危机矿山专项研究后，在其深部发现了大型铅锌银矿床，显示矿区深部巨大的找矿前景，有效地缓解了矿山资源危机。在区域上，南岭地区与宝山铜铅锌多金属矿床类似的矽卡岩型矿床数量众多，比如黄沙坪钨钼铅锌多金属矿床[2]、水口山铅锌矿床[3-4]等。
前人[5-6]对宝山铜铅锌金属矿床的矿床特征、成岩年代、岩石地球化学等方面进行了研究，认为矿床形成主要与燕山期岩浆作用有关，铜矿是岩浆期后高中温热液接触交代型矿床，铅锌矿是受构造控制的中低温热液脉状充填交代型矿床。宝山铜铅锌多金属矿床与成矿相关的岩浆岩均为燕山早期超浅成中酸性小岩体，成岩年龄为173.3~158.0 Ma [7-9]。相比之下，该矿床矿物学方面的研究较为欠缺。本文旨在通过对宝山铜铅锌多金属矿床矿物学特征研究，揭示该矿床矿床成因以及成矿特征。
1 成矿地质背景宝山铜铅锌多金属矿床位于南岭成矿带中段北缘，扬子板块与华夏板块交接部位(图 1a)。两大板块的边界呈SW—NE走向，沿资兴—郴州—临武深大断裂带展布[11]。该断裂带是湘南一条重要的成岩-成矿带，形成了一个包括两大成矿系统的矿集区(图 1b)：一是黄沙坪、骑田岭等花岗质岩浆所形成的钨锡多金属矿床；另一是宝山、水口山等花岗闪长质岩浆所形成的铜、铅锌、金多金属矿床[12]。
宝山矿区出露地层有泥盆系和石炭系。泥盆系在矿区出露较少，主要出露在宝山矿床东部；石炭系在宝山矿床分布广泛，主要由下石炭统的孟公坳组(C1m)、石磴子组(C1sh)、测水组(C1c)及梓门桥组(C1z)和中—上石炭统的壶天群(C2+3H)组成。孟公坳组岩性主要为砂岩夹页岩、泥灰岩夹页岩；石磴子组岩性主要为厚层灰岩；测水组岩性主要为砂页岩；梓门桥组岩性主要为白云岩。壶天群大致可划分为两段：下段为白云岩；上段为灰岩与白云岩互层。宝山矿床矿体均赋存于石炭系中。石炭系石磴子组灰岩、测水组砂页岩、梓门桥组白云岩为主要赋矿地层岩性[13-15]。
1.2 构造宝山铜铅锌多金属矿床的构造背景比较复杂。区内构造主要形成于印支—燕山期，由一系列的倒转背、向斜及压性、压扭性断裂构造所构成。矿区主构造线方向为SW—NE。后期横断层F3将矿区划分为南北两区(图 2)。矿区断裂根据其走向可分为NE组和NW组。NE组断裂多为早期形成的压扭性走向逆冲断层，主要有F21、F0、F1等；NW组断裂为晚期形成的横向平移-旋转张扭性正断层，该组断裂多倾向NE，少数倾向SW，主要有F3、F4、F5等。其中NE组断裂与成矿较密切。
宝山铜铅锌多金属矿床内岩石类型以花岗闪长斑岩为主，并伴有少量的花岗斑岩。成矿花岗闪长斑岩为隐伏于宝岭倒转背斜中的花岗闪长斑岩脉，蚀变严重。北部花岗闪长斑岩无蚀变和矿化，是成矿热液的阻挡层，铅锌矿体分布于岩体上下盘。南西部花岗闪长斑岩岩体轻微蚀变，整个岩体具钾长石化。北部与南西部花岗闪长斑岩岩体是成矿后期岩浆活动的产物。
中区花岗闪长斑岩 岩体隐伏于宝岭倒转背斜中，呈岩脉产出，走向长400 m, 倾斜延伸约1 200 m，倾向E，倾角58°。岩石呈深灰色-烟灰色，斑晶多为中长石，具有环带构造，少量为更长石，另有少量的钾长石。斑晶体积分数为20%~30%，其次为石英、黑云母、角闪石。基质为石英、长石、角闪石(图 3a)。
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| a.成矿花岗闪长斑岩；b.成矿花岗斑岩；c.巨钾长石斑晶花岗闪长斑岩；d.北部新鲜花岗闪长斑岩。 图 3 宝山铜铅锌多金属矿床花岗闪长斑岩野外照片 Figure 3 Pictures of grandiorite porphyry in the Baoshan Cu-Pb-Zn polymetallic deposit |
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中区花岗斑岩 宝山中区花岗斑岩也是中部铜钼矿床成矿岩体之一。岩体呈烟灰色，斑状结构。斑晶以钾长石为主，次之为石英、黑云母；基质为长石、石英。岩体普遍具有黄铁矿化、黄铜矿化，局部见辉钼矿化(图 3b)。
未蚀变花岗闪长斑岩 宝山北部发育有多期次的花岗闪长斑岩岩体。多数岩体无矿化，较为新鲜，少数岩体边缘有轻微蚀变。斑晶多以长石，石英和黑云母组成(图 3c, d)。
2 矿床地质特征 2.1 矿床分带特征宝山铜铅锌多金属矿床可分为中部铜钼矿区和东部、西部、北部铅锌银共4个矿区，外围还有低温金(大坊金矿)、锰矿(六合锰矿)，具有一个以铜钼矿为中心的水平分带特征[17]。
宝山铜铅锌多金属矿区是一个与隐伏花岗闪长斑岩有一定成因联系的多金属矿区。矿区内成矿元素水平分带性明显，由隐伏岩体向外依次为高中温岩浆热液矽卡岩型钨、铋、钼、铜多金属硫化物矿床→中温热液铜铅锌硫化物矿床→中低温热液铅锌银硫化物矿床→低温银、锰矿床，相应的围岩蚀变为矽卡岩化→绿泥石化→大理岩化→铁锰碳酸盐化。
垂向方向上亦具有明显的分带特征，自上而下呈金、锰-铅、锌、银-铜、钼的分带特征。
2.2 矿体及矿石特征铜矿体主要产于背斜的核部及正常翼, 一般位于F0断层的下部, 主要受层间小断层和轴面劈理及共轭节理裂隙的控制。矿体形态为脉状、复脉状, 分支复合现象明显。铅锌矿体主要赋存在梓门桥组白云岩、测水组砂页岩、石磴子组灰岩和断裂破碎带中。
铅锌矿石主要呈致密块状(图 4a)和脉状(图 4b)。金属矿物主要有方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿，非金属矿物主要有石英、方解石、萤石等。
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| Grn.石榴子石；Di.透辉石；Gn.方铅矿；Py.黄铁矿；Ccp.黄铜矿。 图 4 宝山铜铅锌多金属矿床矿石矿物特征 Figure 4 Ore mineral characteristics in the Baoshan Cu-Pb-Zn polymetallic deposit |
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根据宝山铜铅锌多金属矿床的产出特征和矿物结构、构造特征及矿物特征，结合镜下鉴定，认为宝山矿床的形成主要经历了矽卡岩阶段、退变质与氧化物阶段、硫化物阶段。矿物生成顺序见表 1。
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矽卡岩阶段：此阶段是典型矽卡岩矿物生成的时期。早期透辉石和石榴子石发育。石榴子石自形程度高，韵律环带明显，为早期形成的钙铁石榴子石。
退变质与氧化物阶段：矽卡岩形成后，含矿溶液对已成矿的矽卡岩发生作用，形成交代石榴子石、透辉石的退变质矿物，以阳起石和透闪石为主，含绿帘石，生成少量白钨矿。退变质作用晚期形成一些辉钼矿、微量辉铋矿。这一过程或略晚，形成黄铁矿、黄铜矿，主要以细脉浸染状分布于矽卡岩中，形成明显晚于矽卡岩及退变质阶段的磁铁矿，但由于主要分布于矽卡岩中，因此将其纳入退变质与氧化物阶段。
硫化物阶段：方铅矿、闪锌矿和载银矿物主要的形成时期，主要矿物包括黄铁矿、闪锌矿、方铅矿。分布于矽卡岩外围的灰岩及断裂裂隙中，多呈不规则脉状，部分呈不规则小脉或浸染状。
3 矿物成分分析通过对矽卡岩中石榴子石、透辉石等矿物电子探针分析与化学分子式计算，对其进行分类和探讨。电子探针实验在核工业北京地质研究所完成。仪器型号为JXA-8100；工作条件为加速电压20 kV、探针速流1×10-8 A；电子束出射角度为40°；对数据的处理采用ZAF修正法。
3.1 石榴子石宝山铜铅锌多金属矿床石榴子石可以分成两期，早期形成钙铁榴石，晚期则形成钙铝榴石(图 4c)。早期形成的石榴子石分布广泛，为浅红或棕红色，呈他形—半自形颗粒状，环带发育，且往往被绿泥石、绿帘石、长石、石英、黄铜矿、黄铁矿、辉钼矿等矿物交代，甚至可见晚期形成的钙铝榴石穿插钙铁榴石。晚期钙铝榴石一般颜色较浅，中细粒结构，多呈脉状产出。石榴石晶体中Al的质量分数与所形成的压力条件有关：压力大时，Al质量分数高[18]，本区石榴子石中Al质量分数较高，说明形成于压力大的环境。
电子探针结果(表 2)表明:宝山铜铅锌多金属矿床石榴子石端员组分总体以钙铁榴石(23.48%~90.39%)为主，其次为钙铝榴石(5.81%~71.27%)，属钙铁榴石-钙铝榴石系列(Ad37-98Gr2-61 Prp + Sps0.33-2.28)。结合电子探针数据(除去1个异常值数据)可将宝山矽卡岩中的石榴子石表示成
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Ca(2.87~2.97) Mg(0.00~0.02) Fe(0.59~2.11) Mn(0.00~0.04)Al(0.00~3.09)Ti(0.00~0.08)Si(2.98~3.33) O12。
3.2 透辉石透辉石是矽卡岩的主要组成矿物之一，宝山铜铅锌多金属矿床的辉石以透辉石为主(图 4d)。矽卡岩阶段的透辉石分布广泛，多呈灰白色-浅绿色，高正突起，有弱多色性; 正交偏光下可见鲜艳Ⅱ级蓝、绿、紫等干涉色; 粒径一般为0.2~0.5 mm，多呈短柱状、他形—半自形短柱晶状，具典型辉石式解理，横断面对称消光。透辉石分布广泛，多与石榴子石紧密共生。
电子探针分析结果(表 2)表明，宝山铜铅锌多金属矿床中辉石的透辉石端员组分变化范围为82.76%~96.64%，钙铁辉石为3.28%~16.48%，锰钙辉石为0.08%~1.27%，属于典型的透辉石-钙铁榴石固溶体系列(Di61-95Hd5 -37 Jo0.01-3)，透辉石端员组分略高于国内与钙矽卡岩有关的矽卡岩型铁矿的透辉石质量分数(Di50-90)[19-20]和世界上其他矽卡岩型铁矿透辉石质量分数范围(Di20-80)[21-22]，结合电子探针数据可将宝山矿床辉石表示成
Ca(0.98~1.01) Mg(0.79~0.94) Fe(0.03~0.16) Ti(0.00~0.01) Si(1.96~ 2.02) O6。
3.3 黄铁矿早期黄铁矿与铜钼共生，黄色，他形—自形晶体，多呈粒状集合体状分布，粒径变化大，一般为0.15~0.50 mm，常呈脉状或浸染状交代矽卡岩矿物，同时它也被黄铜矿、辉铋矿、赤铁矿、磁铁矿、方铅矿等沿其压碎裂隙进行交代(图 4e、f)。晚期黄铁矿与铅锌共生，多为五角十二面体或立方体自形晶，局部见草莓状集合体，粒度小，粒径为0.1~0.5 mm，主要呈星点浸染状或条带状分布于白云岩、灰岩、砂页岩中。热液早期形成的黄铁矿主要为半自形粒状，集合体则为致密块状，受构造应力的影响大部分已成碎裂状或角砾状，有时可见铅锌矿沿其碎裂裂隙充填交代。热液晚期形成的黄铁矿主要呈他形粒状集合体以细脉、细条带状与方解石一起穿插于铅锌矿中，被闪锌矿、黄铁矿交代，有时呈骸晶。
主元素S、Fe的量比关系：本文测试的4件样品电子探针分析显示，产自矽卡岩和产自灰岩内浸染状矿石的黄铁矿具有相似的成分。本区S/Fe变化较大，为1.92~2.08，平均为2.019，略微亏Fe富S。分子式(平均值)为FeS2.019。
Co、Ni质量分数及Co/Ni值：本区黄铁矿的Co、Ni及Co/Ni测试见表 3，除1个样品外，w(Co)为(10~350)×10-6，w(Ni)为(10~200)×10-6，Co/Ni范围为0.29~6.00，平均1.72。
| 矿床 | 序号 | 样号 | wB/% | wB/10-6 | Co/Ni | S/Se/104 | S/Fe | 资料来源 | |||||||
| Fe | S | Co | Ni | Ag | Au | Se | As | ||||||||
| 中区 | 1 | 385-2 | 45.03 | 52.24 | 350 | 200 | 5.0 | 0.07 | 20 | < 10 | 1.75 | 2.61 | 2.03 | 文献[17] | |
| 2 | 285-4 | 46.04 | 53.06 | 60 | 10 | 5.0 | 0.03 | 40 | < 10 | 6.00 | 1.33 | 2.02 | |||
| 3 | 385-5 | 45.00 | 52.41 | 170 | 190 | 6.0 | 0.11 | 30 | < 10 | 0.89 | 1.75 | 2.04 | |||
| 4 | 385-6 | 44.24 | 51.58 | 10 | 10 | 61.3 | 3.58 | 50 | 1 990 | 1.00 | 1.03 | 2.04 | |||
| 5 | 330-1 | 44.76 | 52.00 | 40 | 10 | 223.5 | 1.90 | 250 | 1 430 | 4.00 | 0.21 | 2.03 | |||
| 东区 | 6 | 290-1 | 44.64 | 51.96 | 20 | 10 | 87.0 | 1.73 | 40 | 2 080 | 2.00 | 1.30 | 2.04 | ||
| 7 | 290-3 | — | — | 20 | 41 | 6.4 | 4.16 | 22.5 | 34 580 | 0.49 | — | — | |||
| 8 | 250-20 | 44.57 | 48.93 | 10 | 20 | 66.0 | 1.35 | 5 | 39 550 | 0.50 | 9.79 | 1.92 | |||
| 9 | 210-11 | — | — | 10 | 34 | 85.0 | 10.44 | 18.5 | 10 300 | 0.29 | — | — | |||
| 10 | 170-2 | 44.24 | 52.48 | < 10 | 10 | 57.5 | 2.38 | 95 | 4 960 | — | 0.55 | 2.08 | |||
| 西区 | 11 | nbs46-1 | 46.20 | 53.32 | 79 | — | — | 54.00 | 31 | — | — | 1.72 | 2.02 | 本文 | |
| 12 | bs35-3 | 46.49 | 52.56 | 62 | — | — | 116.00 | — | 57 | — | — | 1.98 | |||
| 13 | nbs7-1 | 46.06 | 53.57 | 62 | 44 | — | 390.00 | 6 | 26 | 1.41 | 8.93 | 2.04 | |||
| 14 | nbs7-2 | 46.37 | 52.96 | 66 | 105 | 19.0 | 223.00 | 6 | 30 | 0.63 | 8.83 | 2.00 | |||
闪锌矿是宝山矿床一种极其重要的金属硫化物，分布范围较广，在围岩、矿体、岩体中均有分布。闪锌矿呈浅棕色、深灰色、褐黑色，松脂光泽，解理面发育。绝大多数闪锌矿呈他形粒状、集合体状分布。交代黄铁矿，与方铅矿、黄铜矿紧密共生，深棕色闪锌矿中常含有黄铜矿乳滴。
w(Fe)及Zn/Fe值 通过对本次获得数据的分析，本区闪锌矿中w(Fe)为0.20%~6.27%，变化范围较大。
闪锌矿中Zn/Fe值可用于矿床成因方面的研究。一般而言，岩浆热液型矿床中闪锌矿Zn/Fe值较小。闪锌矿中Zn/Fe值可反映成矿温度的变化，Zn/Fe≥100为低温闪锌矿，10≤Zn/Fe < 100为中低温闪锌矿，Zn/Fe < 10为高温闪锌矿。本区闪锌矿中Zn/Fe为9.63~322.50，平均为69.20，分布较广泛，说明宝山矿床中闪锌矿呈现出高、中、低温的特性。
S/Zn值 电子探针分析结果(表 4)表明，w(Zn)为59.57%~65.97%，平均值为62.69%，w(S)为32.94%~34.00%，平均值为33.65%，分子式(平均值)为ZnS1.091，闪锌矿化学成分稳定；与标准闪锌矿(w(S)为32.90%，w(Zn)为67.10%)相比，宝山矿床闪锌矿均亏Zn。闪锌矿S/Zn原子比普遍高于闪锌矿理论值, 指示了硫逸度较高的热液环境。Zn质量分数减少, S/Zn原子比增大, 说明随着闪锌矿的沉淀，流体中Zn质量分数逐渐减少，硫离子活度虽然也有所降低, 但仍保持了一个相对活跃的程度，指示成矿过程中相对Zn, S源充足。
| wB/% | |||||||||||||||
| 标本号 | 采样位置 | As | S | Mo | Ag | Pb | Sb | Fe | Ti | Ni | Co | Zn | Cu | Au | 总和 |
| bs49-1 | 宝山-110中段153线北穿 | 0.01 | 33.50 | 0.44 | — | 0.04 | 0.01 | 6.27 | 0.00 | 0.06 | 0.03 | 60.36 | — | 0.20 | 100.90 |
| nbsb55-2 | 宝山-110中段北西沿159线北穿入口 | — | 34.00 | 0.41 | 0.01 | — | — | 5.99 | — | 0.01 | 0.01 | 59.57 | — | 0.51 | 100.51 |
| nbsb56-1 | 宝山-110中段北西沿150线北穿入口25 m | 0.02 | 33.68 | 0.43 | — | — | — | 4.59 | — | — | 0.00 | 61.38 | — | 0.42 | 100.53 |
| nbsb55-1 | 宝山-110中段北西沿159线北穿入口 | — | 33.73 | 0.38 | 0.02 | — | — | 4.51 | — | 0.06 | — | 60.95 | 0.01 | 0.40 | 100.13 |
| nbs59-1 | 宝山-110中段北西沿158线北穿入口20 m | — | 33.70 | 0.52 | — | — | 0.01 | 2.83 | — | — | 0.01 | 62.15 | — | 0.47 | 99.67 |
| nbs58-1 | 宝山-110中段北西沿156线北穿入口 | — | 33.79 | 0.43 | — | 0.01 | 0.01 | 1.74 | — | 0.03 | — | 63.65 | — | — | 99.65 |
| nbs82a-1 | 宝山-110中段152线南穿 | 0.03 | 33.92 | 0.45 | — | — | — | 3.13 | 0.05 | 0.01 | 0.01 | 63.14 | — | 0.09 | 100.82 |
| bs48a-1 | 宝山-110中段153线北沿脉北西沿巷道 | 0.03 | 33.47 | 0.43 | — | 0.05 | 0.01 | 1.00 | 0.05 | — | — | 63.94 | — | 0.53 | 99.51 |
| nbs47-1 | 宝山-110中段南东沿165线北穿掌子面外20 m | — | 32.94 | 0.47 | — | — | — | 0.37 | 0.01 | — | — | 65.97 | — | 0.40 | 100.15 |
| nbs83-1 | 宝山-110中段北西沿158线北穿F21断层旁 | — | 33.79 | 0.52 | — | 0.01 | — | 0.20 | — | 0.02 | — | 65.79 | — | 0.50 | 100.82 |
| 注：标本号从上至下代表样品采于宝山铜铅锌多金属矿床-110中段自北东到南西。 | |||||||||||||||
在标准石榴子石端员组分的三角图解中，石榴子石成分主要分布于钙铝端员与钙铁端员之间；而辉石主要端员成分为钙镁辉石(透辉石)，非常靠近透辉石端员的边缘(图 5)。宝山铜铅锌多金属矿床中石榴子石成分和透辉石组分与世界上典型矽卡岩型铜矿的石榴子石和透辉石十分相似(图 6)。
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| Gr.钙铝榴石；Ad.钙铁榴石；Sp.锰铝石榴子石；Al.铁铝榴石；Di：透辉石；Hd：钙铁辉石；Jo：锰钙辉石。 图 5 宝山铜铅锌多金属矿床石榴子石(a)、透辉石成(b)分图解 Figure 5 Composition diagram of granet(a) and diopside(b) in the Baoshan Cu-Pb-Zn polymetallic deposit |
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前人研究结果表明，黄铁矿的Co/Ni值具有重要的标型意义，不同成因矿床Co、Ni质量分数及Co/Ni值是不相同的，可以据此来判断矿床黄铁矿的成因或来源。渗滤热卤水作用成因黄铁矿Co的质量分数小于Ni，即Co/ Ni＜1；而与岩浆作用有关的黄铁矿则表现为相反的趋势特点，与岩浆热液成因有关的黄铁矿一般1＜Co/ Ni＜5[23]。宝山铜铅锌多金属矿床黄铁矿中(1个样品除外)的w(Co)为(10~350)×10-6，w(Ni)为(10~200)×10-6，Co/Ni为0.29~6.00，平均1.72，属于典型的岩浆热液成因。
4.3 闪锌矿中Fe的指示意义宝山铜铅锌多金属矿床闪锌矿中Zn/Fe为9.63~322.50，平均为69.20，分布较广泛，说明宝山矿床中闪锌矿呈现出高、中、低温的特性。研究表明闪锌矿中Fe元素的质量分数与成矿温度往往具有正相关性[24]。根据表 4可以看出，在宝山铜铅锌多金属矿床中区，北部闪锌矿中w(Fe)高过南部，这也说明成矿热液由北东向南西运移，这也与宝山铜铅锌多金属矿床元素分带结果相一致[25]。
5 结论1) 宝山铜铅锌多金属矿床石榴子石端员组分总体以钙铁榴石(23.48%~90.39%)为主，其次为钙铝榴石(5.81%~71.27%)；辉石的成分端员以透辉石(Di61-95)为主。石榴子石成分和透辉石组分与世界上典型矽卡岩型铜矿的石榴子石和透辉石组分十分相似，属于典型的矽卡岩型铜矿床。
2) 宝山铜铅锌多金属矿床中黄铁矿属富S型，Co/Ni值显示其为岩浆热液成因。
3) 闪锌矿中Zn/Fe值分布广泛，呈现出高、中、低温的特性。空间上，宝山铜铅锌多金属矿床中区北东部闪锌矿中Fe质量分数比南西部高，显示出成矿热液向南西方向运移的趋势。
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