西成MVT 型铅锌矿床地质地球化学特征———代家庄铅锌矿床 秦岭泥盆系内生金属矿床成矿系列
西成矿田的铅锌矿床主要是在20世纪80年代及以前发现和勘探的，在整个90年代及以后相当长时间内，西成铅锌矿找矿工作沉寂下来。近几年，在西成泥盆系盆地西部的碳酸盐岩夹碎屑岩中，发现了代家庄铅锌矿床，被认为是近年来西成盆地铅锌矿找矿的重大突破(孙矿生等，2004)。该矿床成因仍存在较大争议，多数人认为是西成铅锌矿田的一部分，类型与西成SEDEX型矿床相同(牛洪斌等，2004;孙矿生等，2005;刘建宏等，2005)。这种认识已对代家庄及其周围地区铅锌矿找矿勘查的深入产生了重大影响。通过对矿床地质、地球化学的研究，以及与西成地区主要SEDEX型矿床的成矿环境与成矿地质特征的对比，发现该矿床明显不同于西成主要类型铅锌矿床的特点，属于碳酸盐岩容矿的低温热液矿床，在这一地区存在着不同于西成盆地的另一类铅锌矿化集中区。
(一) 代家庄矿床地质地球化学特征
区域及矿区地质:代家庄铅锌矿床位于甘肃省宕昌县代家庄乡，产于一套厚层的泥盆系碳酸盐岩-碎屑岩沉积中，传统上认为该区属西成泥盆纪沉积盆地的西端。南侧距宕昌-礼县-麻沿河东西向超壳断裂(梁德超，1999)约4km，断裂南侧分布有泥盆系鱼池坝组(Dy)与诸葛寺组(Dzh)，前者以中细碎屑岩为主夹灰岩，后者为中厚层状灰岩为主夹碎屑岩。东距著名的“五朵金花”花岗岩体约10km，沿着这些岩体分布有大量的印支期形成的金矿床(奚小双等，2002)，如李坝(冯建忠等，2003)、金山等。矿区范围内无岩浆岩侵入，容矿地层中也未发现有火山岩或火山碎屑岩，泥盆纪地层基本未遭受后期变质改造。
1. 矿区地质特征
矿区出露地层为中、上泥盆统龙鳞桥组、七固组和东沟组，呈北西向展布(图4-29)，铅锌矿化主要分布于龙鳞桥组与东沟组等多个地层单元中。其中龙鳞桥组大部分以浅绿色粉砂岩、泥灰岩夹薄层生物碎屑灰岩为主，在其第三岩性段为厚200余米的中厚层状微晶灰岩，富含生物化石。东沟组下部为厚层灰岩，上部为泥质、粉砂质岩夹薄层生物碎屑灰岩。经济意义的铅锌矿化主要分布于龙鳞桥组第二段泥质粉砂岩、薄层生物碎屑灰岩与第三段中厚层状的灰岩界面附近上部的厚层灰岩中，即I号矿带。矿体主要受控于NW向断裂破碎带，其中常发育有不同规模的角砾岩(图4-30)。
矿体形态极不规则，主要呈透镜状、鸡窝状分布，与地层呈明显的穿切关系。单个矿体规模较小，最大的Ⅱ号矿体控制长800m，延深200m，平均厚13m，最大超过30m。矿体是角砾岩的一部分，其边界多由品位圈定。矿体遭受强烈的氧化作用，氧化带深度达100m，氧化矿体中出现大量的菱锌矿、铅锌矿、异极矿等，形成富厚的氧化矿体，此与西成矿田主要类型铅锌矿床差异明显。
矿石以块状、角砾状构造为主，角砾以围岩成分为主，硫化物可呈角砾出现于胶结物中。在部分地段见有富含铅锌的断裂泥，Pb+Zn＞30%。胶结物成分复杂，包括热液方解石，也包括硫化物及细碎裂的断层泥。
硫化物矿石中矿物粒度细小，一般在0.1mm以下，发育有大量的胶状结构，保存完整，胶体以闪锌矿为主，也包括方铅矿、黄铁矿，很多胶环状结构由闪锌矿、方铅矿与黄铁矿共同构成，部分环带成分中伴随有不同矿物相间的变化(图4-31A)。相当多的闪锌矿胶体呈不规则球状(图4-31B)，其中发育有极其复杂的多层环带，主要由不同成分的无色透明-深黑色闪锌矿构成(图4-31C)，在胶体中心通常见有方铅矿(图4-31D)。部分胶状结构闪锌矿呈较完整的圆球状颗粒(图4-31E)，粒径0.05～0.1mm，主要分布于方铅矿中，球状颗粒内部发育有一些复杂和相似的结构，类似一些微古生物化石(图4-31F)，有关鉴定工作目前正在开展中。草莓状结构较少，多由黄铁矿构成，分布于闪锌矿中，少量由闪锌矿构成，分布于方铅矿中。晶粒状硫化物较少，主要是呈细粒状的黄铁矿，常见其与白铁矿相伴，被白铁矿交代。
图 4-29 代家庄铅锌矿床地质简图
图 4-30 代家庄铅锌矿床I矿带5线地质剖面简图
图 4-31 代家庄铅锌矿床主要矿石结构
硫化矿石的矿物共生组分简单，闪锌矿、方铅矿占硫化物总量的90%以上，含有少量的黄铁矿、白铁矿，局部含少量黄铜矿。脉石矿物为方解石，基本不含有石英。
2. 矿床地球化学特征
为比较代家庄铅锌矿床与西成地区主要类型铅锌矿床地球化学特征，我们系统测定了部分矿床的硫、铅同位素以及流体包裹体均一温度。发现代家庄与西成矿田主要类型铅锌矿床间存在较明显的差异。表4-3为硫同位素测定结果，除代家庄外，小峪河为石英脉状热液充填型铅锌矿，其余矿床为SEDEX型矿床(后经变质或改造重新定位)。
硫同位素:代家庄矿床硫化物硫同位素δ34S分布范围为-16.71～26.8，其中，强烈富重硫的TXC-100和TXC-101样品之方铅矿呈细粒结晶状，结晶粒状黄铁矿、白铁矿与之共生，闪锌矿以胶状为主;富轻硫的样品(TXC-103)黄铁矿呈胶状。不同硫化物间δ34S值间背离硫同位素分馏规律，显示硫同位素分馏的总体不平衡状态。
铅同位素:不同类型铅锌矿石硫化物的铅同位素组成相似，变化较小，且在西成矿田铅锌矿床的铅同位素变化范围之内(表4-4)。西成矿田铅锌矿硫化物206Pb/204Pb=17.9133～18.1112，207Pb/204Pb=15.5463～15.6575，208Pb/204Pb=37.9192～38.3260。不过，与西成大多数铅锌矿床相比，就单个矿床而言，代家庄矿床铅同位素变化范围仍然是最大的，并且相对富含放射性成因铅。其中，207Pb/204Pb和208Pb/204Pb值明显较大多数矿床偏大。
流体包裹体:由于代家庄矿床成矿期矿物粒度细小，流体包裹体的测试极其困难，仅在部分方解石中发现有少量的极其细小的流体包裹体，个体直径一般＜5μm，气液比都在10%以下，一般2%～5%，属液相包裹体，未能获得成矿温度。这种流体包裹体特点与西成地区沉积变质型(北带)以及沉积改造型(南带)的铅锌矿床均有明显的差异，在这些SEDEX型矿床中，喷流沉积或后期改造形成的石英中的流体包裹体个体均较大，尤其是南带的铅锌矿床，如毕家山、洛坝、邓家山等矿床中，流体包裹体气液比一般在5%～20%，常见一些富含CO2的气液包裹体，气液比为40%～60%。
(二) 与西成矿田SEDEX型铅锌矿床的比较
对比代家庄铅锌矿床与西成矿田主要类型SEDEX型铅锌矿床，二者间地质地球化学特征存在着明显的差异:
1. 容矿地层
代家庄地区容矿泥盆系为一套浅海相细碎屑岩与少量碳酸盐岩沉积，富含生物化石，层位稳定，基本未遭受强烈的变质变形，地层中缺乏喷流沉积岩。而位于宕昌-礼县超壳断裂南侧的西成盆地赋矿的西汉水组中，下部为富含化石的台型碳酸盐岩沉积，上部为厚层的浊积岩沉积———泥质千枚岩，且遭受了较强烈的变质变形改造，另外，赋矿层位中广泛分布有硅质岩、钠长岩等热水沉积岩，尤其是在铅锌矿体及其附近岩石中。
2. 含矿层位特点
铅锌矿化赋存于多个层位中，与其说受层位控制，还不如说是受岩性层的控制。SEDEX型矿化集中区内铅锌矿化往往只分布于一个层位或很少的一些层位中，西成、狼山矿集区均如此，国外一些著名的SEDEX型矿集区也如此，如MountIsa、Sullivan等。近年的研究也认为西成地区南、北两个矿带含矿层位具有一致性，矿体均分布于下部的碳酸盐岩与上部的泥质细碎屑岩之间。
3. 矿体地质特征
西成SEDEX型矿床铅锌矿体呈层状、整合产出，断裂多起破坏作用。代家庄矿床矿体则呈不规则状的后生特点。
4. 矿物组合与结构构造的差异
代家庄铅锌矿床硫化矿石的矿物组合以方铅矿、闪锌矿为主，少量黄铁矿、白铁矿、方解石，缺失石英，矿石以角砾状为主，其微细结构中发育有大量的低温特征的结构，如胶状、草莓状结构，某些还具有一些生物特征。而SEDEX型矿床中往往出现大量的黄铁矿，石英则是必不可少的，条纹条带状结构普遍。
5. 硫同位素
代家庄铅锌矿床S同位素特点明显不同于西成的SEDEX型矿床。前者硫同位素分馏强烈，δ34S=-16.71～26.8，极差43.51;后者硫化物δ34S=17.4～26.9，且单个矿床分布范围更小并有塔式分布的规律，即使这些层状铅锌矿床围岩中浸染状的黄铁矿的δ34S=-5～13。
(三) 矿床成因与地质意义
代家庄铅锌矿床地质地球化学特征不同于西成SEDEX类型，相比之下，更加相似于碳酸盐岩容矿的低温热液矿床，可大体与密西西比河谷型铅锌矿(MVT型)类比。这类矿床主要分布于北美Missouri地区等地，在我国川滇黔地区(周朝宪等，1997;王奖臻等，2001)、西昆仑地区(祝新友等，1998)、湖南花桓(刘文均等，2000)、辽宁柴河(芮宗瑶等，1991)等也有分布。矿床构造控矿、矿化多层位分布，其矿物组合以及反映低温特点的结构构造等特点，是碳酸盐岩容矿的低温热液铅锌矿床所特有的(Mavrogenesetal.，1992)，在新疆西昆仑地区、北美Missouri地区等地均广泛发育，它并非沉积环境下形成，而是低温热液作用的产物。
MVT型矿床硫同位素往往有双峰特点，在西昆仑塔木-卡兰古矿带，硫化物δ34S值为-39.2～14，其中富轻硫端员主要与具生物结构特点的硫化物有关，而富重硫部分为良好结晶的硫化物(祝新友等，1998;汪东波等，2001)。代家庄矿床中，硫化物之硫同位素δ34S分布范围大，相对具有良好结晶的硫化物富重硫，而胶状黄铁矿强烈富轻硫。矿石中的硫可以来自地层硫酸盐的生物或热化学还原，通常在低温条件下，生物细菌还原作用形成的硫化物δ34S值可以比原来的硫酸盐低40(Ohmoto，1986)，而热化学分馏相对较小甚至无分馏(Jonesetal.，1996)。代家庄硫同位素的特点反映出成矿过程中生物的大量参与，同时也存在两种不同硫源混合成矿的可能。代家庄矿床铅同位素组成较均一，与西成大多数铅锌矿床相比略富含有放射性成因，但与典型MVT型矿床极端富含放射性成因铅的特点不同。目前已经发现很多的MVT型矿床铅同位素组成均匀，具有基底来源特征(Leachetal.，2005)，如PinePoint、西昆仑等地。
无硫型(铅)锌矿床近来得到较多的关注，这类矿床绝大部分为表生，主要产于碳酸盐岩分布区，深部常见MVT铅锌矿(化)，而富黄铁矿的SEDEX型或VMS型矿床地表则基本不出现经济意义的无硫型铅锌矿(Hitzmanetal.，2003)。代家庄矿床氧化矿体深达100m，主要由菱锌矿、异极矿、白铅矿组成的氧化矿石Pb+Zn品位在30%以上，除此之外，在我国黔西北-滇东北、西昆仑之乌拉根等碳酸盐岩容矿的低温热液铅锌矿床分布区均发育规模较大的氧化型锌矿床，而包括西成地区的众多SEDEX型和VMS型铅锌矿区，氧化型锌矿规模均较小。
典型MVT型矿床中往往存在较大规模的白云岩化(Gregg，1985)，尤其在矿体下盘层位中，在矿区较大范围内均存在广泛的白云石(岩)化。但在代家庄矿床中，白云石化较弱，且仅局部出现。
代家庄矿床铅锌矿化的一部分已影响到白垩纪红层，不仅矿体逆冲至红色砂砾岩之上，在部分地段的红色砂砾岩中还存在铅锌矿化，反映中生代后，至少还存在一定程度的铅锌矿化作用，或者说代家庄矿床成矿时代可能较晚。这与滇东北、西昆仑地区MVT型铅锌矿床成矿时代被认定为是燕山期-喜马拉雅期也是对应的(王奖臻等，2001)。
西成铅锌矿床分布于西成盆地东部，西汉水以西未发现层状铅锌矿，且在好梯—白河一带存在数十处石英脉状铜矿化，也反映出西成矿田并未向西延入代家庄地区。矿床成因类型不同于西成矿田，其控矿条件与找矿标志也不同，因此，在代家庄地区存在一个不同于西成矿带(矿集区)的新的铅锌矿化集中区，矿化分布于中上泥盆统浅海相地层中，受碳酸盐岩与其下伏的碎屑岩以及断裂构造联合控制，各种重砂异常、化探异常以及物探异常均是重要的找矿标志。代家庄矿床正是依靠区域化探工作发现的(牛洪斌等，2004)，矿区发育大片的重砂异常和强的激电异常。
但由于对矿床成因与控矿规律的认识不清，代家庄铅锌矿床找矿勘查工作没有取得突破性进展。
碳酸盐岩容矿的低温热液铅锌矿床(MVT型)常具有成群成带分布的特点，在代家庄外围中上泥盆统分布地区，还存在大量白铅矿、铅矾重砂异常，Pb、Zn化探异常以及物探异常还待深入解剖，2004年，在对庞家一带的重砂异常检查过程中，在灰岩中发现存在有褐铁矿矿化。代家庄矿床深部虽然铅锌矿体形态和成矿规律复杂，但如果重视构造、灰岩-碎屑岩岩性界面以及角砾岩的分布等地质因素，结合物探工作，仍然具有较大的找矿潜力。
泥盆系MVT 型铅锌矿~
该类铅锌矿主要分布于代家庄地区，找矿标志也主要依据代家庄及周边地区铅锌矿产出特征及代家庄矿床找矿历史总结而成。由于代家庄矿床与典型的MVT型矿床仍存在较大差异，规模也较小，因此，在代家庄地区寻找此类型矿床仍需借鉴MVT型矿床的一般模型，在此简单概述之。
1. 层位及岩性标志
此类铅锌矿床矿化往往分布于多个地层层位中，但一个地区一般存在主要的含矿层位。在代家庄地区，铅锌矿化见于中上泥盆统龙鳞桥组(D2-3ln)、七固组(D3q)和东沟组(D3d)等多个地层层位，而有经济意义的铅锌矿化主要分布于龙鳞桥组第二段泥质粉砂岩、薄层生物碎屑灰岩与第三段中厚层状的灰岩界面附近上部的厚层灰岩中。
铅锌矿化对岩性及岩性组合的选择性较强，绝大部分分布于下部透水的碎屑岩(砂岩)与上部相对不透水的灰岩之间，铅锌矿体主要就位于灰岩一侧。
2. 角砾岩及构造标志
MVT型铅锌矿化与角砾岩有密切关系，铅锌矿体往往是角砾岩的一部分。代家庄矿床也是如此。角砾成分多种多样，角砾之形成与成矿作用密切相关。其不同于构造角砾，也不同于沉积角砾。
在代家庄地区，铅锌矿化的分布也与区域性的NNW向断裂活动有关，断层可能有利于盆地卤水的运移。
3. 直接的地质找矿标志———铅锌矿氧化带
这类铅锌矿化由于含黄铁矿相对少，在地表氧化带中常常不形成大规模的褐铁矿型铁帽，而是形成铅锌矿的氧化带。MVT型矿床往往存在较深的大规模氧化带，形成所谓无硫型锌矿，加之秦岭地区地形切割深，局部的地下水潜水面较低，因而氧化带深度较大。主要的氧化物是菱锌矿、异极矿、白铅矿等。
4. 地球物理、地球化学及重砂标志
代家庄铅锌矿的发现与突破是区域化探(1∶200000和1∶50000)扫面的直接结果。代家庄周围形成了数十平方千米的Pb-Zn-As综合异常。而在矿床勘探过程中，物探效果明显，尤其是激发极化法(IP)，在代家庄及外围地区均有很好的发现。
同时，由于这类矿床具有相对大规模的氧化带，大量的白铅矿进入水系，从而形成重砂异常，也值得重视。
祁思敬等(1997，1999)将秦岭的金属矿床分出3个重要成矿系列:①古老基底岩系在长期隆升边界拆离和相关热事件影响下形成的金矿成矿系列;②晚古生代陆缘裂陷盆地中与海底喷气热水沉积作用有关并在随后造山期演化中形成的铅锌铜金银成矿系列;③与燕山期花岗岩类小侵入体有关的钼多金属金银成矿系列。孙省利等(2001)将其分解成5个系列，分别是泥盆系以海水沉积作用主为的铅锌铜成矿系列(厂坝等)、泥盆系海水沉积成矿与后期改造成矿并重的铅锌-金成矿系列(毕家山铅锌矿、小沟里金矿等)、造山期及其后由于热液活动导致的成矿系列(焦沟铅锌矿、大沟里金矿等)、与岩浆活动有关的岩浆热液成矿系列以及与次生成矿作用有关的成矿系列。
我们根据秦岭泥盆系中铅锌矿、金矿的发育特点、矿床成因类型及相系间的关系，将泥盆系铅锌矿、金矿划分出3个成矿系列。需要说明的是，在泥盆系中，还发育有大量的铜、锑矿化，局部还出现钨(钼)、镍等矿化，由于不属本次的研究对象，故未包含于下述的成矿系列中。
1. 喷流沉积-后期改造系列
此系列包括以厂坝-李家沟、洛坝矿床为代表的以沉积为主的矿床端元，以朱安沟、庙沟、小峪河等热液脉型矿床为代表的后期强烈改造的矿床端元，也包括了西成地区与SEDEX型有关的大部分铅锌矿床。
虽然洛坝矿床遭受了后期强烈的改造，但这种改造作用更多地表现为对矿体的机械破坏，通过大规模的断裂逆冲作用将矿体及灰岩冲断为大量的断块，近喷口相的原地喷流沉积作用特点并未根本改变。厂坝-李家沟矿床经历了后期强烈的变质变形，但变质过程中无大量外来物质的加入，全面保留了沉积的组构。朱安沟、小峪河、庙沟等铅锌矿床则完全呈含矿石英脉充填于印支期变质作用形成的裂隙中，主要以S2面理为代表。西成地区为数众多的铅锌矿属于中间类型，包括毕家山、尖崖沟、邓家山等，主要铅锌矿体仍赋存于灰岩-千枚岩间，部分矿床中残留有少量的沉积组构，但大部分矿床的铅锌矿体(石)之结构构造更多地显示出热液成矿作用的特点。它们是印支期强烈改造作用的结果，在改造过程中，有大量的外来流体的参与。
西成南、北两个铅锌矿带成矿特点不同，具有不同的成矿环境与改造历史，据此，我们将秦岭泥盆系喷流沉积型铅锌矿床的成矿系列进一步划分为两个亚系列。
(1) 喷流沉积成矿-后期变质系列
以厂坝-李家沟、银洞子-大西沟矿为代表。这一系列的特点是成矿作用主要发生于海底喷流沉积过程中，主要矿化是沉积作用形成的，矿石具有明显的沉积特征，不同矿床依后期变质作用程度构成系列。厂坝-李家沟矿床变质变形强烈，虽然矿床主体仍以层状为主，条纹条带是主要的矿石结构，但也有一部分矿化沿后期S2面理分布。
(2) 喷流沉积-再造成矿系列
按照后期改造作用的程度，西成盆地的矿床由弱到强大体排列顺序为:洛坝-毕家山-邓家山、尖崖沟-焦沟、庙沟-朱安沟、小峪河。这一系列的矿床由于喷流作用发生于浅水环境，在喷流作用过程中成矿物质分散于喷口附近较大范围的沉积物中，大多未形成铅锌矿化富集，只有部分矿床因成矿物质在海底表面下的交代作用富集成矿，以洛坝矿床为代表。毕家山矿床含矿层中发育大规模生物礁，矿体上盘发育一层炭质千枚岩，矿体中多处发育微石英岩，角砾结构普遍，矿体中普遍含铜。这些特点显示出该矿床主体可能与后期改造作用有关，矿体赋存于背斜转折端和倒转翼，但可能存在部分类似洛坝的矿石。邓家山、尖崖沟矿床完全受控于背斜构造，主要铅锌矿体分布于灰岩-千枚岩界面上，少量的铅锌矿体沿灰岩中的裂隙(S2)分布。朱安沟、小峪河铅锌矿完全受断裂系统的控制，朱安沟矿床铅锌矿体赋存于S2面理中，小峪河铅锌矿呈铅锌矿化石英脉，它们的S、Pb同位素组成及其他一些地球化学特征与西成主要类型的铅锌矿间存在继承性，这类脉状矿化代表了该系列的另一端元，即热液矿床端元。
2. 碳酸盐岩容矿的低温热液型矿床成矿系列
以代家庄铅锌矿床为典型，属MVT型矿床。
这类矿化主要分布于宕昌县代家庄—庞家地区，目前发现的矿化主要分布于宕昌-礼县断裂以北，以铅锌矿为主，其中，铅锌矿赋存于灰岩-碎屑岩界面附近灰岩一侧，以锌为主;而铅矿化主要出现于灰白色碎屑岩一侧，铜矿化出现于紫红色碎屑岩一侧。
近年来，沿青藏高原及其周边地区陆续发现或确认了大量的碳酸盐岩容矿的低温热液型(MVT型)铅锌矿化，如西昆仑(祝新友等，1998)、滇东北(王奖臻等，2001)以及青海玉树地区等，这些铅锌矿化与古近-新近纪盆地卤水的活动密切相关。这些地区MVT型矿床还存在巨大的找矿前景。
3. 金矿成矿系列
秦岭泥盆系的金矿赋存于不同层位的碎屑岩中，矿化主要受岩性、变质程度等多方面因素的影响。根据对礼县中川岩体周边、西成、凤太等地区金矿的研究，斑点板岩作为围岩是这些矿床共同的特点。这些斑点与热变质作用有关，但斑点组成不同。我们根据这些斑点反映的热变质程度的差异，将这些地区的金矿串联起来。
1)黑云母型:斑点的变质矿物以黑云母为标志，有时出现十字石、堇青石、红柱石等，变质程度高，附近有大型花岗岩基。这类矿床主要出现于中川花岗岩周边地区的中泥盆统中，包括李坝、金山、马泉等。
2) 黑云母绿泥石型:斑点变质矿物为共生黑云母和绿泥石，伴随有碳酸盐矿物，热变质程度中等，离花岗岩侵入体有一定的距离，矿区附近有大量的脉岩活动。矿床以八卦庙金矿为代表。
3) 绿泥石型:斑点变质矿物为绿泥石，伴随有碳酸盐矿物，热变质程度低。矿区附近有脉岩活动，矿床以小沟里-三洋坝金矿为代表。
