河南省皇城山银矿床地球化学特征及成矿模式

河南省皇城山银矿床地球化学特征及成矿模式
任爱琴
【摘要】皇城山银矿床产于皇城山组火山碎屑岩层及其基底中.矿床地质、微量元素、同位素及流体包裹体特征等方面综合研究表明,矿床的成矿物质主要间接来源于火山喷发形成的皇城山组火山碎屑岩,成矿介质以大气水占主导地位,为浅成火山热液矿床.认为Ag在浅部碱性环境下主要呈[Ag(S2O3)2]3-络合物的形式迁移;地热流体及其循环蚀变作用导致银矿、钠基膨润土矿等系列矿产的形成,并建立了矿床成矿模式.
【期刊名称】《物探与化探》
【年(卷),期】2006(030)002
【总页数】5页(P133-136,140)
【关键词】皇城山银矿床;地球化学特征;成矿机理;成矿模式
【作者】任爱琴
【作者单位】河南省地质调查院,河南,郑州,450007;河南省地质矿产勘查开发局,第三地质调查队,河南,信阳,464000
【正文语种】中文
【中图分类】P632
河南省罗山县石山口一带中生代火山岩银金多属矿产成矿规律及成矿预测研究，是河南省地质矿产厅1991年计划内项目，由第三地质调查队承担。

该项目重点研究
了火山岩型皇城山银矿、白石坡银金铅锌矿的成矿机理，建立了成矿模式；并对研究区内银金多金属矿进行了成矿预测。

所取得的成果，在以后的地质找矿中得到了较好的验证。

1 地质特征
皇城山银矿区位于大别山北麓西段，华北地台南缘，桐(柏)—商(城)大断裂北侧，靠近龟(山)—梅(山)断裂，是火山活动强烈地区。

由北往南可划分出上天梯火山洼地、双桥火山群、皇城山火山台地和付家塆火山群3个次级火山构造单元❶河南省地矿局第三地质调查队.河南省罗山县石山口一带中生代火山岩银金多属矿产成矿规律及成矿预测研究报告，1993.。

1—下石炭组凉亭组；2—泥盆系南湾组；3—下古生界二郎坪岩群；4—上古生界歪头山岩组；5—中元古界龟山岩组；6—泥盆系皇城山单元碎裂中细粒钠长花岗岩；7—泥盆系清水塘单元片麻状中粒斜长花岗岩；8—皇城山单元碎裂中细粒钠长花岗岩上覆二郎坪岩群推覆体；9—实测正断层；10—实测逆断层；11—实测性质不明断层；12—实测韧性断层；13—推断基底断层及倾向；14—推断超基底断层及倾向；15—韧性剪切带；16—脉动侵入接触界线；17—珍珠岩、流纹岩侵出-喷溢中心；18—安山岩、英安岩侵出-喷溢中心；19—流纹质火山喷发中心图1 皇城山银矿区中生代火山岩基底构造示意
1∶5万重磁普查推断，穿越矿区有3条北西西或北西向超基底断裂(图1)。

以龟—梅韧性剪切带为界，南部信阳构造地层地体，以北北东向断裂切割北西西—东西向断裂；北部二郎坪构造地层地体，则以北东向断裂切割北西西—北西向断裂。

矿区南部中生代火山岩基底裸露，以龟—梅韧性剪切带为界，中元古界龟山岩组与下石炭系凉亭组、早古生界二郎坪岩群和泥盆系皇城山单元碎裂岩中的细粒钠长花岗岩由南而北依次呈构造叠置关系。

皇城山银矿床仅由一个工业银矿体构成。

银矿体受控于枝状火山裂隙，定位于容矿
枝状火山裂隙的上部，其形态严格受裂隙控制而平面上呈东宽西窄、剖面上大下小及纵向上东深西浅的斜楔体，沿走向及倾向略具分枝复合现象，总体走向北东—南西，倾角直立。

矿体长500 m，延伸200～305 m，最厚由地表30余米向下渐至小于1 m，平均厚5.44 m。

矿石类型主要为硅英质银矿石、硅质银矿石和凝灰质银矿石。

矿石中硫化物主要为辉银矿和黄铁矿，次为方铅矿、闪锌矿、辉铜矿等。

银的独立矿物主要有辉银矿。

脉石矿物主要为隐晶硅质及石英。

近矿围岩蚀变有蒙脱石化和绿泥石—绢云母化的面型蚀变，以及硅化、硫化物矿化、高岭石化和碳酸盐化的线型蚀变。

远矿围岩蚀变主要为面型的蒙脱石化、沸石化等。

2 矿床地球化学特征
2.1 微量元素特征
Ag分布、分配特征：矿区皇城山组地层Ag区域背景值*河南省地矿局第三地质调查队.信阳县董家河—罗山县青山店1∶5万土壤测量报告，1993.为0.38×10-6，浓集克拉克值为5.43(据维诺格拉多夫，1962)，是区域上唯一富集Ag的地层。

各枝状硅化带(枝状火山裂隙)的硅化岩石中Ag及伴生元素均具极高程度的浓集，形成具一定规模的(正)异常，异常浓集中心清晰，并对应于皇城山工业银矿体及老母寺银矿化体。

元素组合及相关特征：异常元素的相关统计分析结果表明，Ag与Hg、Bi、Sb、Pb、Au、Cu之间存在着显著正相关，是同一组矿化元素，显示矿床属中低温元素矿化。

矿石中异常元素组合也显示出相同的规律，即Ag与Bi、Hg、As、Sb、Pb、Zn、Cu、Au等中低温矿化元素呈明显正相关。

由此确定矿床的主要元素组合为Ag、Hg、Bi、Sb、As、Pb、Zn、Au、Cu[1]。

2.2 稳定同位素特征
铅同位素特征：皇城山银矿床的铅同位素组成(表1)表明，矿石铅与火山碎屑岩铅
同位素组成极为相似而具同源特征，并与下地壳—上地幔铅同位素组成[2]相近，
据此认为铅与火山作用密切相关，间接来源于火山碎屑岩。

硫同位素特征：原生硅质银矿石中的黄铁矿、原生凝灰质银矿石中的黄铁矿和原生硅英质银矿石中的方铅矿之硫同位素组成δ34S分别为-1.17%、-1.21%和-2.20%。

从矿石矿物共生组合看，矿石沉淀的化学环境处于氧化势较高的区间，黄铁矿硫同位素组成δ34S低于溶液总硫同位素组成；从硫同位素组成具有生物分馏特征分析，硫于浅部开放环境与外界发生了同位素交换，大量地表水及生物硫参与了成矿作用。

表1 区内银矿床铅同位素组成银矿床矿物
w(204Pb)/%w(206Pb)/%w(207Pb)/%w(208Pb)/%w(206Pb)w(204Pb)w(207P b)w(204Pb)w(208Pb)w(204Pb)皇城山硅英质银矿石中黄铁矿1．41223．83821．65053．10016．88415．33437．617硅英质银矿石中方
铅矿1．4024．16421．60852．84617．25315．43937．760浆屑凝灰角砾岩(皇城山组)1．43223．85321．72152．99416．65715．16837．007白石坡银多金属矿体中方铅矿1．40023．76921．64753．18416．97815．46237．988
2.3 氢、氧同位素特征
测得近矿围岩(晶屑角砾凝灰岩)中方解石脉的δ13OPDB为-0.103%，
δ18OSMOW为-1.259%。

另测得原生硅英银矿矿石中2件石英样品的δD分别
为-10.607%和-6.711%，δ18O分别为0.737%和1.059%。

以上均反映了成矿热液的大气水组成。

图2 皇城山银矿床与中国东部岩浆岩及次火山岩来源大气降水热液金矿床氢、氧
同位素组成对比
将皇城山银矿床中氧同位素组成投影与张理刚所划分的“岩浆岩及火山岩来源大气降水热液金(银)矿床”[3]对比(图2)，可见氢、氧同位素组成范围一致，且皇城山
银矿床的氢、氧同位素组成更靠近大气降水线，与原生岩浆水的分布范围相差甚远。

2.4 流体包裹体特征
硅英质银矿石中石英包裹体多数小于5 μm，个别达10 μm，其均一温度为150～200 ℃(平均168 ℃)，超爆温度约240 ℃，最大爆频温度达350 ℃左右。

2件黄
铁矿的最大爆频温度为355～395 ℃。

从闪锌矿低的铁含量(0.016%～0.030%)等低温特征及矿物组合综合分析，成矿流体为中低温性质。

石英包体的冰点温度为-2.4℃～3.4℃，相应盐度为4%～6%，符合浅成热液矿床低盐度的特点。

流体包裹体的成分特征如表2所示，成矿流体系SO4-Ca型或SO4-K型。

矿液具有作用显著明显大于rMg2+，rNa+/(rCa2++rMg2+)为0.01～0.2的特点。

矿液的气相成分中主要为H2O、O2、N2、CO2、CO，含CH4、H2极微少。

与国内外浅成金矿床对比，本矿床rNa/(rCa+rMg)、rCO2/rH2O值与之接近，而rCO2/(rCH4+rH2)值较低。

有意义的是，石英包裹体中K+、H2O含量与金银含
量呈负变关系，表明来自相对较深循环或规模较大(经绿泥石化与绢云母化后K+带出)的热液携带了更多的矿质。

rCO2+rCO、rO2+rN2和rCO2/rH2O，以及热液石英的(OH)-红外光谱吸收性均与金银含量成正变关系，表明富气相组分的矿液在趋弱碱性的浅部环境更有利于矿质的沉淀。

表2 皇城山银矿床石英包裹体气、液相成分及含矿性样品性质r(液相成分阴离
子)/%r(液相成分阳离子)/%r(气相成分)/%含矿性K+Na+Ca2+Mg2+F-Cl-SO2-
4CO2COCH4H2O2+N2H2OAg10-6Au10-9硅英质银矿石中石英7．739．7980．372．110．747．7091．563．111．520．8010．00113．2 7882．0145．32．97硅英质银矿石中石英3．191．6993．611．510．431．8597．725．162．8040．6440．00223．69068．30012．54．76硅化带中脉石英团块18．234．6475．841．290．918．4390．663．110．520．0560．0014．0
2792．2864．71．46
2.5 稀土元素(REE)特征
将稀土元素分为3类：轻稀土(∑La)——由La至Pm；中稀土(∑Y)——由Sm至Ho；重稀土(∑Sc)——由Er至Lu。

由中子活化分析硅英质银矿石中2件石英的稀土元素组成为：w∑REE=(3.424～11.533)×10-6，w∑La=(2.84～10.57)×10-6，w∑Y=(0.277～0.784)×10-6，w∑Sc=(0.144～0.286)×10-6。

wREE和
w∑La/w∑Sc值与球粒陨石(赫尔曼，1971)相比，具有∑REE与之相近，∑La富集的特征。

将本矿床石英REE投影在Лемроюскал Н.В等(1985)所用的不同类型金矿床∑La-∑Y三角图解[4]中，投影点全部落入浅部金矿床投影点附近，表示SiO2和REE源于地壳，进一步验证了上述成矿物质的间接来源。

3 成矿机理
3.1 地热流体及其循环蚀变作用
上天梯火山洼地及皇城山火山台地边缘的面型蚀变及成矿作用过程中，大量剩余的SiO2及富含K+、Na+等金属离子的溶液下渗增温并沿基底碎裂钠长花岗岩各种微细裂隙回返运移，使岩体发生了面型绿泥石化-绢云母化碱交代作用。

根据岩石化学分析，在此交代过程中热液的K+、Fe2+、Fe3+、Mg2+、Al3+等带出(带入蚀变岩石)，而Na+、H+及Si4+等进入溶液(由蚀变岩石中带出)，使溶液转为偏酸性。

当这种热液沿枝状火山裂隙运移上升至浅部偏碱性环境，溶液中的CO2等挥发分首先上逸于裂隙外发生了相对较宽的线型碳酸盐化带。

而大量富SiO2偏酸性溶液充填于构造空间便发生了硅质沉淀，并且热液进一步交代钠长石等铝硅酸盐亦产生硅质沉淀，并伴随以黄铁矿为主的硫化物及银矿化。

受酸性构造空间的影响，浅成泥化带仅紧邻硅化带边缘发育。

比较线型蚀变岩石及其原岩的岩石化学成分，蚀变过程中热液去Si4+、Fe3+、Fe2+等离子而携带Na+或进一步带入Na+、K+、Al3+等离子返回地表水体使水
体碱度更趋增强。

从地表水体的水解下渗，到热液的上升回返即为一个完整的浅成火山地热流体循环。

正是周而复始的地热流体循环作用才保持了地表水的碱性环境，以致钠基膨润土矿、沸石矿、含碱玻璃原料和银矿系列矿产的形成。

3.2 银的迁移与沉淀
在浅部碱性水盆地氧化环境下S呈氧化价态与Ag结合呈[Ag(S2O3)2]3-络合物形式迁移，这是Ag的主要迁移形式[5]。

随向下增温及S的还原作用，Ag还可与
S2-或(HS)-结合成[Ag(HS)2]-和[AgS]-的形式迁移。

若热液继续向下循环温度高
于400 ℃时，Ag不可能与S结合成络合物而与Cl-结合成[AgCl2]-络合物形式搬运。

当热液回返上逸至浅部氧化条件下，CO2的活动性加强，流体中S还可进一
步氧化呈与Ag结合以Ag2SO4的形式搬运。

在浅部偏碱性环境下的裂隙中，黄
铁矿、方铅矿及闪锌矿等大量硫化物将首先晶出，而[Ag(S2O3)2]3-、[AgS]-、[Ag(HS)2]-等与Bi在方铅矿或热液中解析出银矿物(稍晚于方铅矿等形成)。

另一
方面，浅部富游离氧的环境中[SO4]2-的比例相应大于S2-，在富[SO4]2-的条件
下Zn2+、Fe2+等溶解度很大而不易沉淀，只有Pb2+、部分Fe2+及微量Zn2+同S2-结合呈硫化物沉淀。

这便是皇城山银矿床贫硫化物的主要原因之一。

4 成矿模式
皇城山银矿床的形成经历了成矿前的构造准备(区域推覆应力下的断裂作用)、银元素初始浓集(早白垩世皇城山组流纹质火山喷发作用)、穹状火山上拱改造裂隙(晚
白垩世付家塆火山群安山质角砾集块岩穹的侵出活动)和地热流体循环成矿等4个
阶段，从皇城山火山岩台地枝(楔)状火山裂隙中的贵金属银矿，到上天梯火山洼地中的非金属钠基膨润土矿、沸石矿和含碱玻璃原料矿同时形成于统一的地热流体体系中。

矿床成因类型为典型的浅成中低温火山热液银矿床，其成矿模式如图3所示。

图3 皇城山浅成火山热液银矿床成矿模式
5 结语
(1)皇城山银矿床的成矿物质主要间接来源于火山喷发形成的皇城山组火山碎屑岩，成矿介质以大气水占主导地位，为浅成中低温火山热液矿床。

(2)皇城山银矿床与上天梯火山洼地钠基膨润土、沸石和含碱玻璃原料等非金属矿
床为同一成矿系列，形成于统一浅成火山热液循环体系。

(3)皇城山银矿床的形成主要经历了成矿前的构造准备、银元素初始浓集、容矿枝
楔状火山裂隙形成和相应浅成火山热液循环成矿等4个阶段。

在撰文中，河南省地调院彭翼和河南省地调三队韩存强两位高级工程师提出了宝贵意见，在此表示衷心感谢！
参考文献：
[1] 吴宏伟.皇城山银矿床地球化学特征及预测评价[J].地质与勘探，2004，40(3).
[2] Fyfe W S.火山成矿作用[M].李文达译.北京：地质出版社，1983.
[3] 张理刚.成岩成矿理论与找矿[M].北京：工业大学出版社，1989.
[4] Лемроюскал Н В.石英的稀土成分作为成矿物质来源的指示剂[J].地质科技情报，1986，(1).
[5] 刘英俊，曹励明，李兆麟,等.元素地球化学[M].北京：科学出版社，1984.。