云南茂租铅锌矿床地质地球化学特征及成矿机制探讨

坚润堂，孙玉海，王崇军，段鹏，田章武，李俊刚

(1.百色学院，广西百色 533000；2.中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司，云南昆明 650051)

滇东北是川滇黔铅锌多金属成矿带的重要组成部分，已发现铅锌矿床(点)、矿化点400多处，其中大型-超大型矿床多达9个。均赋存于不同时代的碳酸盐岩地层中，其中震旦系上统灯影组中铅锌矿床占比最大[1-4]，占该区已探明资源储量30%以上。茂租铅锌矿床位于扬子板块西南缘会理-昆明断陷带东侧之南北向小江断裂、北西向彝良-水城断裂和北东向弥勒-师宗-水城断裂所围成的三角形坳陷盆地北端。属扬子准地台之滇东台褶带组成部分，其基底为中元古代昆阳群一套巨厚的被动陆缘型沉积浅变质岩系，震旦系、古生界、中生界(缺失白垩系)及新生界构成盖层，碳酸盐岩及碎屑岩交替为特征，间夹玄武岩，总厚度>10000m，显示该区长期坳陷沉积特征。区内断裂构造极为发育，以早期南北向为主，其后北东向，最后一期北西向共同控制滇东北成矿带内铅锌矿床分布。二叠纪峨眉山玄武岩广泛分布[28]，另有少量中元古代和中生代花岗岩、石英斑岩和流纹岩沿小江断裂带及附近出露。

茂租铅锌矿区位于云南昭通市巧家县茂租乡，开采历史较长，勘探和研究程度较高。矿床地质特征[4-8]和遥感、地球物理及地球化学等找矿预测已有较多研究[9-11]。多数学者认为该矿床具有“多成矿物质来源”特征[12-16]，但成矿流体存在同期海相硫酸盐热化学还原[5，14，17]、有机质热降解[14]和多来源流体混合[15，16，18]等不同说法。矿床成因有沉积-改造型[19]、与峨眉山玄武岩浆活动有关期后中低温热液型[20]、热水喷流沉积-热液叠加改造型[4，21-23]、MVT型[5，24-26]和川滇黔式[14，27]等不同观点。基于以往研究中存在的主要问题，结合茂租铅锌矿深部找矿最新成果，本文拟对茂租铅锌矿床地质特征详细阐述，补充测试Ⅰ号矿体和Ⅱ号矿体闪锌矿、方铅矿和黄铁矿S、Pb同位素数据，进一步探讨成矿流体性质，为揭示成矿机制和指导找矿提供科学依据。

1 矿区地质概况

矿区出露上震旦统灯影组上段，下寒武统筇竹寺组、沧浪铺组、龙王庙组，中寒武统陡坡寺组和上二叠统峨眉山玄武岩(图1)。

图1 茂租矿区地质构造简图(据文献[11]修编)Fig 1. Geological Structure Diagram of Maozu Lead-Zinc Mining Area

震旦系上统灯影组上段(Z2d2)出露北东大部，分上亚段和下亚段，由深灰-浅灰灰岩、白云质灰岩和白云岩组成，岩相变化明显伴有不同程度铅锌矿化，厚度>200m。

下寒武统筇竹寺组(∈1q)为浅灰-灰黑色碳质和砂质页岩、泥质粉砂岩与钙质砂岩互层，底部见多层含磷粉砂岩(厚度<5m)，含磷层中有团斑状铅锌矿化和黄铁矿化，偶尔形成小型脉状铅锌矿体，厚度140m～270m；沧浪铺组(∈1c)为灰白-灰绿色薄至厚状砂岩及页岩互层，厚140m～175m；龙王庙组(∈1l)顶部为灰色中至厚层状不纯灰岩夹白云岩，底部为泥质灰岩与页岩互层，厚230m～300m。中寒武统陡坡寺组(∈2d)上部深灰色薄至中层灰岩，间夹薄层泥灰岩透镜体，下部灰绿色、灰褐色薄层状泥质粉砂岩和泥岩，厚15m～30m；西王庙组(∈2x)褐紫色砂岩与灰褐色页岩互层，局部夹灰质白云岩透镜体，厚157m～300m。

上二叠统峨眉山玄武岩(P3β)为深灰色、灰黑色致密块状玄武岩、气孔杏仁状玄武岩，顶部夹紫红色薄层凝灰岩，厚度大于300m。

矿区总体为一复式向斜构造，断裂构造极为发育。主要褶皱自西向东有长坡倒转背形构造、干树林向形构造、洪发硐背形构造和白卡向形构造(图1，图2)。长坡倒转背形夹持在茂租逆断层和长坡逆断层之间，轴长约700m，轴向35°～50°，北西翼靠近茂租逆断层处地层倒转，倾角52°～65°，南东翼正常，倾角35°～42°；干树林向形轴向20°～40°，倾向南东，北抵茂租逆断层，向南逐渐变宽缓，北西翼倾角15°～21°，南东翼倾角45°～55°。洪发硐不对称背形轴长约1000m，轴向15°～20°，北西翼地层倾角55°～70°，南东翼倾角25～35°，受次级褶皱和断裂构造影响，轴面呈“S”形起伏，至狮子山南逐渐消失。干树林向形和白卡向形合并为一个宽缓向斜构造。白卡向形轴长超过3000m，轴向20°，两翼地层倾角15°～30°，向南延至白卡山后逐渐消失。

图2 巧家茂租铅锌矿区A-A’剖面示意图Fig 2.A-A 'Section Schematic Diagram of Maozu Lead-Zinc Mining Area

矿区以北东向断裂构造为主，主要有茂租逆断层、长坡逆断裂和大岩硐正断层等。茂租逆断层为区域汉源-昭觉逆断层的一部分，走向北东，总体南东倾斜，倾角由浅至深变缓，断裂带宽2m～10m，有明显的角砾、糜棱岩带，局部可见细脉状硅化。断层上盘为上震旦统灯影组和下寒武统，下盘为上二叠统峨眉山组玄武岩，垂直断距约4000m，矿床位于断层上盘。长坡逆断层为茂租逆断层派生次级断层，出露长约1500m，向北延至长坡白水沟与大岩硐正断层相交，产状110°～140°<50°～75°，垂直断距约130m，水平断距100m～200m，断面较光滑，见擦痕和断层泥，局部地段上盘轻微硅化、萤石化和铅锌矿化。大岩硐正断层出露长约1100m，向北延伸至茂租逆断层，倾向145°～160°，倾角70°～82°，呈上宽下窄的“契”形，断层面上可见擦痕和少量铅锌矿脉，属晚期应力释放形成的次级断层。

上二叠系统峨眉山玄武岩在茂租矿区及周边大范围分布。在矿区南部棉纱湾附近尚有少量晋宁期花岗岩露头，长约1km，北北东向延伸，侵位于昆阳群中。

2 矿床地质特征

2.1 赋矿地层

震旦系上统灯影组(Z2dn2)是矿床的赋矿地层，可划分为上下2个亚段。

图3 茂租铅锌矿区矿化与岩性关系图(据文献[11]修改)Fig 3. Relationship Between Mineralization and Lithology in Maozhu Lead-Zinc Mining Area

2.2 矿体特征

茂租铅锌矿分上下层矿和裂隙矿。上下层矿均呈层状、似层状赋存在震旦系上统顶部-中上部，占探明资源储量99.6%，裂隙矿占资源储量0.40%。

(1)上层矿(Ⅰ号矿体群)位于筇竹寺组(∈1q)底部含磷层下约13m内，顶板为隐晶质白云岩夹遂石角砾岩层，底板为中厚层状隐晶质硅质白云岩，工业矿体集中出现在中粗粒萤石白云岩中。呈层状、似层状，产状稳定，单矿体长440m～930m，倾斜延伸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)下层矿(Ⅱ号矿体群)赋存在上含矿层底部燧石角砾岩层以下5m内，顶板为隐晶质白云岩夹遂石角砾岩层；主含矿层为中粗粒萤石白云岩；底板为中厚层状隐晶质硅化白云岩，弱脉状矿化。按形态分为缓倾斜和陡倾斜矿体，缓倾斜矿体与上层矿相似，形态比较规则，走向和倾斜方向延长均较大，陡倾斜矿体形态变化大，单矿体长243m～612m，延深45m～129m。Pb、Zn含量较上层矿略低，矿体厚度较小，工业矿体与萤石白云岩紧密相伴。

(3)裂隙矿(Ⅲ号矿体群)主要受构造裂隙控制，延深大于延长，脉壁不规则，膨缩显著，单脉体厚2.0m～3.5m，品位较低，多未达开采最低要求。矿体沿构造强烈挤压破碎带穿层分布，硅化脉及方解石脉发育，裂隙矿两侧Ⅰ、Ⅱ号矿体在空间上有明显错位，其矿石矿物组成、结构构造、蚀变特征等均与层状矿类似，表明裂隙矿应是Ⅰ、Ⅱ号矿体被构造错动而成，并非前人认为的热水喷流形成的“层-脉”矿化结构[4]。

矿石以原生矿为主，混合矿次之，主要矿石矿物闪锌矿和方铅矿。闪锌矿为浅黄色-棕黄色半透明细粒状、球粒状和不规则状。粒径10μm～80μm，呈浸染状、稠密浸染状分布于蚀变白云岩中；方铅矿呈铅灰色半自形粒状、它形粒状，粒径30μm～200μm，解理明显。脉石矿物主要有白云石、萤石、石英和黄铁矿，其次褐铁矿、磷灰石、方解石及少量粘土矿物。矿石结构为它形粒状结构、胶状结构、交代结构和斑状结构，块状构造、斑点状构造和浸染状构造。围岩蚀变白云石化、黄铁矿化、硅化、萤石化和方解石化。其中萤石化与铅锌矿化关系最为密切。

3 S和Pb同位素

3.1 样品采集与测试

本次测试8件硫同位素样品和2件铅同位素样品分别采自矿区24线以南1350m中段、1500m中段和木瓜树主巷Ⅰ号矿体和Ⅱ号矿体顶底板萤石白云岩中铅锌矿石。测试闪锌矿、方铅矿和黄铁矿单矿物。样品制备和测试均由青岛斯八达分析测试有限公司完成，矿石样品粉碎至40目～80目，双目镜下挑选，纯度>99%，再粉碎至200目。S同位素分析采用Delta-S质谱仪，δ34S以CDT为标准，测试精度±0.2‰。Pb同位素分析先量取适量样品放入聚四氟乙烯坩埚，加入HF+HCLO4酸溶解，用强碱性阴离子交换树脂，依次加入HBr和HCL酸对铅分离，在适宜温度和湿度条件下用ISOPROBE-T热电质谱仪铅同位素比值测定，分析误差小于0.005%。

3.2 测试结果

(1)硫同位素组成：矿区硫化物S同位素组成分析结果见表1。闪锌矿δ34S变化范围+10.67‰～+15.27‰，极差4.6‰，平均值13.25‰；方铅矿δ34S介于+8.84‰～+15.37‰，极差6.53‰，平均值13.14‰；黄铁矿δ34S值介于+13.33‰～+19.86‰，极差6.53‰，平均值16.58‰。硫化物δ34S值明显低于沉积重晶石(30.35‰)。

表1 茂租铅锌矿床硫化物硫同位素组成Tab 1. Sulfide Isotope Composition of Sulfides from The Maozu Pb-Zn Deposit

(2)Pb同位素组成：硫化物Pb同位素组成结果见表2。方铅矿206Pb/204Pb，207Pb/204Pb和208Pb/204Pb值范围分别为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)，闪锌矿206Pb/204Pb，207Pb/204Pb和208Pb/204Pb值范围分别为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 茂租铅锌矿床硫化物Pb同位素比值及参数Tab 2. Pb Isotopic Ratios and Parameters of Sulfides from The MaozuPb-Zn Deposit

4 讨 论

4.1 硫的来源

热液矿床硫化物主要有3种硫源[29-31]：①地幔硫。δ34S值接近于0，多为不大的正值(0～+3‰)，硫源为地幔硫或岩浆；②地壳硫或海水硫。δ34S值20‰左右，接近于海水硫酸盐δ34S值，硫源为海水硫或海相蒸发岩的硫；③生物还原成因硫，δ34S为较大的负值[32]。矿区富硫矿物以闪锌矿为主，方铅矿和黄铁矿次之，硫化物δ34S值可视为成矿流体全硫平均同位素组成(δ34SΣS)[29，33]。具有富集重硫特征(表1)，δ34S值介于+13.33‰～+19.86‰，远高于幔源岩浆硫δ34S值，特别是方铅矿和闪锌矿δ34SCDT变化范围很小(均值介于13.25‰～13.45‰)，这与沉积岩和变质岩硫同位素值都有很宽广的特征不吻合[34]，反映铅锌矿硫源很均一[30，35]，不同中段硫化物样品δ34S值基本一致，变化范围小，无明显分带现象，表明成矿物理化学条件比较稳定[36]，矿物沉淀速度较快，未发生不同源区硫的混合[37]。黄铁矿δ34S值较δ34SΣS稍重，可能与黄铁矿多世代特征有关，矿区极少见与硫化物共生的重晶石、石膏等高硫矿物，表明成矿作用发生在低fO2和较高pH值环境。前人曾在矿区1380m中段灯影组上亚段中获得一件重晶石样品δ34SCDT值+30.35‰，筇竹寺组中获得一件沉积黄铁矿样品δ34SCDT值-10.50‰[20]。认为沉积黄铁矿具生物成因硫源特征，重晶石可能为沉积黄铁矿与热液硫化物提供了主要硫源[4，20]。

硫同位素组成呈明显的塔式分布(图4)，峰值集中在13‰～15‰，显示矿床成矿物质的主要组分硫来源单一。δ34S黄铁矿>δ34S闪锌矿>δ34S方铅矿，表明硫同位素在硫化物矿物间分馏达到热力学平衡[29]。

图4 茂租铅锌矿硫同位素组成直方图Fig 4. Sulfur Isotope Composition Histogram of TheMaozhuPb-Zn Deposit

矿区硫化物δ34SCDT值与川滇黔地区大部分铅锌矿床硫化物δ34SCDT值(+9.0‰～+18.0‰)[38]接近，表明同期海水硫酸盐的热化学还原作用(TSR)可能是此类矿床还原性硫形成的主要机制[14，38-49]。与全球MVT型铅锌矿床成矿流体中还原硫主要来自海相硫酸盐的认识是一致的[50，51]。

4.2 铅的来源

铅在浸取、迁移和沉淀过程中，铅同位素组成通常不发生变化，因而矿石铅同位素组成相对稳定或明显变化说明矿床中成矿物质单一来源或者具有多来源[52]。矿区Pb同位素组成变化范围较窄(表2)，表明成矿物质来源比较单一或均一化程度较高。

据铅同位素组成模式图(图5)，Pb同位素比值大多位于造山带Pb平均演化线与上地壳Pb平均演化线间，个别位于上地壳Pb平均演化线之上或靠近地幔Pb平均演化线，线性分布特征明显，具壳源Pb和造山带Pb特征。与基底岩石、震旦系白云岩、石炭纪碳酸盐岩和峨眉山玄武岩Pb同位素组成对比，矿区方铅矿Pb同位素个别数据落入震旦系灯影组、峨眉山玄武岩与基底岩石重叠范围内，但绝大多数投点落入基底岩石Pb同位素组成范围内，说明Pb源比较单一。孔志岗等[38]收集了川滇黔地区21个典型矿床Pb同位素数据，划分了4种不同的成矿物质来源模式，认为每一矿区铅同位素组成中，至少有两种或两种以上不同铅的混合。本区绝大多数样品投点与基底岩石Pb同位素组成范围一致，仅个别落入震旦系灯影组白云岩、泥盆-二系碳酸盐岩和峨眉山玄武岩Pb同位素组成分布范围边缘，结合图中泥盆-二叠系碳酸盐岩区未见投点及Pb同位素组成变化范围小等分析，认为茂租矿区成矿金属元素主要应由基底岩石提供。

4.4 成矿机制分析

野外调查发现，矿区工业矿体与萤石关系非常密切，有萤石的地段就有铅锌矿化，且萤石强烈发育地段常形成工业矿体，反之，萤石出露较少或无萤石(即便有硅化和白云石化)地段矿化很弱甚至无矿化。

吴永涛等[17，53]研究了与铅锌矿密切共生的团块状白云石、方解石、萤石以及围岩灯影组白云岩稀土元素特征，从矿体→细脉浸染状矿化带→星点状矿化带，萤石稀土元素ΣREE、δEu和δCe呈规律性变化，反映萤石形成于同一热液流体的连续过程，与闪锌矿和方铅矿近于同时形成，矿化强弱与萤石化热液蚀变强弱呈明显正相关关系。白云石和方解石稀土元素特征则与围岩灯影组白云岩相似，明显不同于萤石[53]，说明矿区至少发生白云石化、方解石化阶段和萤石化阶段两个阶段热液作用，萤石化阶段是最重要的成矿期。

研究表明，萤石发生沉淀的最佳机制是流体与围岩间水-岩反应使成矿流体pH值由酸性逐渐演变为中性[54-56]。富含F-成矿流体沿构造带向上运移，与灯影组热液白云岩发生水/岩相互作用，流体中CaF2过饱和沉淀析出。流体中F-不断消耗，热液流体携带Pb、Zn等金属元素能力大大降低，导致Pb、Zn近于同时或稍晚沉淀下来。茂租铅锌矿床的S主要为海相硫酸盐热化学还原产物，Pb主要来自基底岩层。前人研究表明成矿流体中含有较多CO2，主要为流体溶解海相碳酸盐岩形成[14，57]。石英和重晶石C-O同位素研究结果表明成矿流体中H2O为变质水，且成矿流体属于Ca2+-Na+-Cl--F-型[4，5，20]。

矿床地质方面，富矿体主要赋存在中层状粗晶萤石白云岩中，岩层太薄或太厚均无矿化，细晶、隐晶质白云岩中无矿化或矿化弱，无萤石化蚀变或萤石化较弱岩层无矿化或矿化较弱，说明具较大孔隙度的粗晶白云岩有利于矿质沉淀，隐晶质白云岩孔隙度较小常构成矿体顶底板屏蔽层，萤石化是关键的成矿控制因素。

5 结 论

(1)矿区铅锌矿赋存在震旦系上统灯影组二段白云岩中，工业矿体与粗晶萤石白云岩密切共生，成矿流体中萤石大规模析出是成矿元素沉淀的关键因素，萤石化蚀变是找矿重要标志。

(2)含矿层厚度与矿体规模非正相关关系，后期热液蚀变是导致成矿物质富集的关键因素。

(3)金属硫化物富集重硫同位素，δ34S值组成变化范围小，成矿流体S主要来源于海相硫酸盐岩热化学还原作用(TSR)；硫化物Pb同位素组成相对稳定，成矿金属主要来自基底岩石。

(4)茂租大型铅锌矿矿体产状、矿物组合等均可与密西西比河谷型(MVT)铅锌矿床对比，矿床类型可归为MVT型。