Question

矿石成分与化学结构

Answer 1

呷村矿床是一个典型的含金富银多金属VMS矿床（侯增谦和莫宣学，1990；侯增谦等，1995；徐明基等，1993；），铜铅锌多金属总量约4Mt，达特大型规模，平均品位Cu=0.44%,Zn=5.4%,Pb=3.7%,Ag=160g/t,Au=0.31g/t（叶庆同等，1992；徐明基等，1993）。平面上，矿体近SN向延伸，控制长度1939m，宽250～600m（图4-18）；垂向上，矿体向东陡倾，局部倒转，延伸超过400m。本节将在徐明基等（1993）关于呷村矿床原生晕与地球化学分带研究的基础上，利用若干勘探线剖面成矿元素含量分析数据，结合本文新获分析结果，探索矿床成矿元素的空间分布规律，并由此推演矿床形成的地球化学模型。

1.成矿元素丰度型式与分布规律

（1）成矿元素的丰度型式：为了查明呷村矿床主要成矿元素的含量分布特征，获取元素来源信息，选择了呷村矿床最具代表性的4条勘探线剖面，系统采集了1544件矿石样品进行分析处理。统计分析结果表明，成矿元素的含量变化很大（图4-25）：Ag的含量为（0.05～1779）×10^-6，多介于（0.6～25）×10^-6之间，不服从对数正态分布，推测由多重母体构成。Au的含量为（0.01～3.9）×10^-6，主要为（0.03～0.1）×10^-6，至少由三重母体所构成（图4-25），其背景值分别为0.05×10^-6、0.13×10^-6和2×10^-6，反映出多次矿化的特点，同时也表明可能有独立金矿的存在。Cu的含量为0.01%～7.61%，绝大多数样品之Cu含量小于0.15%，属非正态分布。Pb的检出含量为0.01%～19.45%，有两重母体构成（图4-25）；约三分之一的样品之Pb含量为0.01%～0.04%，约二分之一的样品其含量为0.2%～5%。Zn的含量为0.01%～34.06%，属非正态分布（图4-25）。Pb/Zn比值变化于0.003与100之间，离散程度大，但多数样品相对集中在0.25与1之间（图4-25）。Ag/Au比值（1.3～7950）和Cu/Zn比值（0.001～15）的变化范围均较大，基本服从对数正态分布（图4-25）。上述特征表明，呷村矿床的主要成矿元素（Ag、Cu、Pb、Zn,Au）可能经历了两次以上的成矿作用过程。

（2）成矿元素的空间分布：为了定量研究呷村矿床成矿元素的空间分布特征，将4条勘探线上的每一个采样点的位置精确换算成测网坐标值来研究。该测网在南北方向上用勘探线号表示，东西方向用测网坐标点表示（规定地形图上公里网17551坐标线代表测网坐标的基线，基线上的坐标点为100点），每一个坐标点代表实际长度为10m，基线以西的坐标值小于100，基线以东的坐标值大于100。

图4-26展示了呷村矿床主要成矿元素含量和比值在平面上的变化规律。呷村矿床的富矿体（Ag、Cu、Pb、Zn）主要分布于115点以东，该区域内集中了呷村矿床的主要块状矿体；115点以西主要是脉状矿和网脉矿的分布区，其中，在7线99点附近由于构造重复而见有规模较小的块状矿体分布。这种元素空间分布型式有力地证明，Ag、Cu、Pb、Zn主体产出于呷村矿床的块状矿矿带。Ag在块状矿矿带似乎没有明显的层位优选性，Cu、Pb、Zn也没有显示出类似日本黑矿的“下黄上黑”的矿石化学分带（Urabe and Sato,1978）。全部样品的Pb/Zn比值在东西方向上的变化较大，但块状矿矿带与脉状-网脉状矿带没有显示出明显的Pb/Zn变化规律。

图4-25　呷村矿床4条勘探线（0,3,4,7）成矿元素含量及其比值频率分布图（据李佑国和侯增谦，2001）

Cu、Zn、Pb元素含量单位为10^-2;Au、Ag单位为10^-6;n为样品数

图4-26　呷村矿床4-7号勘探线主要成矿元素含量及其比值与测网坐标的关系（据李佑国和侯增谦，2001）

由于呷村矿床整体上向东陡倾，因此，该图可反映下部网脉状矿带和上部块状矿带中金属元素含量及比值的变化规律

块状矿带与脉状-网脉状矿带中的成矿主元素含量在垂向上也显示明显的变化规律（图4-27），表现在海拔高程上的元素分异性和含量差异性。Ag和Cu富集在3900m以上，Pb+Zn则集中在3700m以上（图4-27）。Cu、Pb、Zn和Ag在3700m以上的富集程度具有非均一性，主要集中在若干海拔高程上（图4-27）。在相应的海拔高程上（如4250m,4160m），Pb/Zn和Cu/Zn比值范围也出现明显的变化（图4-27），显示强烈的Pb-Zn分异。由于呷村矿床经构造变形，矿体已近于直立，所以，金属元素含量随海拔高程的变化实际上揭示了金属元素含量在海底热水沉积盆地的二维分布特点。由于闪锌矿、方铅矿的淀积主要受热水流体系统的温度梯度制约（Lydon,1988;Herzig et al.,1993）,Pb、Zn分异和Pb/Zn比值变化实际上记录着矿石堆积时的流体系统温度场变化。因此，图4-27所展示的元素含量和元素比值的纵向变化规律，有力地说明多金属富集作用不仅受矿石堆积的古地理环境控制，而且受海底热水排泄系统和喷口位置的制约。

图4-27　呷村矿床4-7号勘探线块状矿带主要成矿元素含量及其比值与海拔高程的关系（据李佑国和侯增谦，2001）

由于块状矿带因褶皱而近于直立，因此，此图可反映金属元素在海底的水平空间分布

由于铜和银趋向于在近地表位置上富集，如Cu/Zn比值、Ag/Pb比值和Cu/Pb比值等都明显与海拔高程有关，其原因将在后面探讨。就元素比值而言，Pb/Zn比值可能具有某种成因意义。Pb/Zn比值在4250m附近的变化范围较大，显示出铅与锌强烈分离的现象。这种与当今海拔高程密切相关的元素分布特征（注：矿体产状已经近于直立），实际上与矿体形成时的平面位置有一定关系，对于水下热水喷流-沉积矿床而言，最合理的解释是与含矿热水流体的喷口位置有关。

2.矿体的空间分布与化学组成分带

呷村矿床4条勘探线剖面上1544件样品均为刻槽取样或均匀拣块组合而成，分析样品的确切位置和良好代表性，使矿体空间分布和化学分带研究成为可能。

（1）矿体的空间形态：0号勘探线是呷村矿床最重要的富矿部位，Ag-Cu富矿体可以分成两个部位：①119点到125点范围，从4200m到3700m分布有一条产状近于直立的Ag-Pb-Zn-Cu矿体；②115点到122点范围，位于4200m高程以上地段（图4-28）。两者共同构成呷村矿床块状矿带的主体，矿石化学分布显示块状矿带总体呈层状、似层状或席状轮廓。Pb、Zn富集部位部分与Ag-Cu富矿体空间重合，部分处在银铜富矿体的西侧，其原始部位相当于Ag-Cu富矿体的下部层位，构成脉状-网脉状矿带的主体（图4-28）。矿石化学分布特征显示，脉状-网脉状矿带空间形态呈似层状或透镜状，具有不明显的层控特征。主要金属元素Cu、Zn、Pb和Ag的空间变化型式清楚地表明，海底热水盆地中堆积的块状矿体以Ag-Cu多金属为主，而热水流体补给通道内淀积形成的网脉状矿体则以Pb、Zn为主。

图4-28　呷村矿床0号勘探线剖面金属元素含量变化图（据李佑国和侯增谦，2001）

0号勘探线剖面的Pb/Zn、Cu/Pb、Ag/Pb比值趋势分布图（图4-29）进一步说明了主要金属元素在空间上的相对富集程度。对于银铜块状矿体，近直立部分的块状矿具有低Pb/Zn、Cu/Pb和Ag/Pb比值特征，其Pb/Zn比值多为0.3～1,Cu/Pb比值多为0.2～0.5（图4-29）；4200m以上的块状矿体，其Pb/Zn比值相对较低（多为0.3～1），而Cu/Pb和Ag/Pb比值在整个勘探线剖面达到最高，亦即Ag、Cu富集程度最高。

对于网脉状和块状Pb-Zn矿体，其Pb/Zn比值变化较大，在4160中段附近块状矿体Pb相对富集，而在3700～3900m一带网脉状矿体Zn相对富集（图4-29）。

由0号勘探线剖面向南（如3线和7线）北（如4线）两侧延伸，矿体的空间分布形态和化学变化趋势大体一致。在呷村4号勘探线剖面，Ag品位大于100g/t的分布在121～125点间块状银多金属矿体中，Ag品位处于20～100g/t的见于118～121点。近地表一带，Cu＞0.5%的在121～124.5范围富集，构成产状近于直立的富Ag-Cu块状矿体。铜的品位并不稳定，在3950m至4230m范围的品位变化较大。部分Pb、Zn与Ag、Cu同位富集，共同构成块状矿体，部分Pb、Zn则在118～119点及4220m附近富集，并可能构成块状Pb-Zn矿。在剖面的更广泛范围内，则形成脉状-网脉状Pb-Zn矿带。成矿元素Pb与Zn存在空间上的分离现象，块状富Ag-Cu矿体的Pb/Zn比值相对较低且比较稳定。图4-29显示高的Pb/Zn比值主要出现在115～121点及4220m以上地段。

图4-29　呷村矿床0号勘探线剖面金属元素比值变化趋势图（据李佑国和侯增谦，2001）

在3号勘探线剖面，银品位大于200g/t的出现在114.5坐标点及4240m附近、119点（相当于习称的B矿带）和120点（相当于习称的A矿带），它们都出现在4200m以上，并且和重晶石层或灰岩层的接触带有关。根据地质剖面资料及样品分析数据得知，从近地表的119～120点，4160m高程的122.5～123.5点到3950m高程的121.5点，构成一条弧形的块状矿带，其产状近于直立，与0线剖面的富Ag-Cu块状矿体位置相当，但品位已经明显降低；含量大于0.5%的出现在4200m以上的地段，富集部位与银相当。Pb、Zn少部分富集于富Ag-Cu块状矿体，但主体在107～1l8点一带形成脉状、网脉状Pb-Zn矿体。由3号勘探线剖面向南至7线，情况总体类似，但出现多条矿体，上下连通性较差，可能多呈透镜状产出。

（2）矿石化学分带型式：矿石矿物及矿石化学分带是VMS矿床的普遍特征之一（Sang-ster et al.,1976;Franklin et al.,1981;Lvdon,1984;Large,1992）。例如日本黑矿，块状矿带显示清楚的垂向分带，下部以“黄矿”为主，富Cu、Zn，上部以“黑矿”为主，富Pb、Ag；网脉状矿带显示明显的侧向分带，由矿带的中央至边缘，矿石由黄铜矿和黄铁矿矿石向方铅矿和闪锌矿矿石递变，金属由铜锌组合向铅锌组合过渡（Eldridge et al.,1983）。这种空间分带关系主要受流体系统的温度梯度制约（Eldridge et al.,1983;Lydon,1988;Large,1992）。呷村VMS矿床虽也显示矿石化学分带，但分带型式独具特色。首先，贵金属银在块状矿带分布没有显示明显的层位优选性，它似乎并不限于块状矿带的上部；贱金属Pb、Zn尽管在块状矿带出现一定的化学分异，但整体上并没有显示出明显的下部富Cu、Zn上部富Pb、Ag的垂向化学分带。其次，网脉状矿带可能因其似层状产出特点而没有出现明显的侧向化学分带，矿化主体为Pb、Zn矿化；再者，Ag与Cu具有更密切的同步聚散关系，Ag与Cu作为一个紧密共生的金属组合，通常集中产出于矿床的特定部位。Ag-Cu组合与Pb-Zn组合的空间关系与其说是受温度场控制的空间分带关系，倒不如说是不同期次、不同化学性质的流体成矿作用的叠加结果。最近，在对Juan de Fuca活动热水区热水硫化物矿床实施的深海钻探中，在矿床深部网脉状矿化带（即热水补给带）也发现了类似的似层状富铜矿体（Zierenberg et al.,1998）。依据呷村VMS矿床矿石化学的空间分布规律，抽象出矿床的化学分带型式，如图4-30所示。

图4-30　呷村VMS矿床化学分带型式示意图

3.矿床的化学结构

为了进一步厘定呷村矿床的化学结构，必须恢复呷村矿床形成时的原始形态，进而刻画出化学元素在海底下部热水补给带和海底凹陷盆地的空间分布和结构图像。

对于喷气沉积而成的块状矿体，我们选择矿体目前的延伸方向和海拔高程所在的平面，来客观反映和分析矿体在海底凹陷盆地内的水平二维空间分布和形态。考虑到矿体褶皱可能造成的影响，特别避开褶皱的转折端而选择块状矿体的东翼（121.5～152点）来研究。对于热水充填交代而成的脉状-网脉状矿体，我们选择4～7线剖面上106～112点范围的样品数据，使用矿体走向（近SN向）和海拔高程所在平面进行脉状-网脉状矿体形态恢复。由于脉状-网脉状矿体初始形态多应呈“漏斗状”或“似层状”，因此，所恢复的形态应主要反映脉状-网脉状矿体在斜向二维空间的分布特征。

（1）块状矿带与化学结构：呷村矿床块状矿带虽因后期的构造变动而今呈现近SN向带状展布，然而，其原始形态却展示出明显的椭圆形盆地轮廓（图4-31）。显然，在这一海底凹陷盆地内部，金属成矿物质的分布具有明显的不均一性，至少可清楚地分辨出4个规模不等、形态各异、相对分离的金属富集区，整体上呈近SN向延展（图4-31）。最大富集中心（M1）位于0线4100m附近，矿体厚度最大，品位最高，由中心向四周，金属富集程度逐渐递减（图4-31）。第二富集中心（M2）位于0线4000m高程附近，富集区呈“哑铃状”，富集中心处于“哑铃”的中部。第三富集中心（M3）偏离0线，富集区轮廓不清，局部与第一富集区相连（图4-31）。第四富集中心（M4）位于0线3920m附近，Pb+Zn富集规模最小，Ag富集区由0线中心向南北方向线状延伸。

图4-31　呷村矿床块状矿带金属元素Pb+Zn（a）和Ag（b）的空间变化规律（据李佑国和侯增谦，2001）

该图展示了块状矿体的原始形态以及卤水池形状和热水喷口位置

实际上，这4个金属富集区揭示了4个不同的海底热水喷口处的硫化物堆积过程。M4喷口处于凹陷盆地的边缘，热水流体活动较弱。热水流体可能通过黑烟囱向上排泄。喷涌排泄的热水流体在SN向延伸的凹陷盆地内向南北两侧流淌，并沉淀富银金属硫化物。与之相比，M2喷口更靠近盆地内部，规模也相应增大，但流体活动方式及矿石淀积过程类似，热流体由凹陷盆地内的局部“黑烟囱”高地向南北两侧的凹地喷流排泄，硫化物随之淀积。M1喷口可能是呷村矿区最大的一个海底热水喷口，处于海底凹陷的中心部位，排泄而出的热水流体注入并封存在SN向延伸的局限凹地内，形成卤水池（Hou et al.,2000）。硫化物在卤水池中不断淀积，形成块状、层状、层纹状和条带状等矿石。热水流体向卤水池周期性注入，导致硫化物矿石的金属元素出现韵律性变化（徐明基等，1993）。M3金属富集区局部与M1相连，暗示着这两个热水活动的成矿作用具有密切的时空关系，要么M3区的热水流体注入M1区，要么M3区的块状矿石向M1区滑塌堆积。M1、M2、M3、M4在矿区东西方向上呈串珠状分布，显示其热水喷射中心受近EW向断裂系统控制。

（2）网脉状矿带与化学结构：呷村矿床网脉状矿带的复原形态与化学结构如图4-32所示，显然，金属元素在海底下部火山岩系内部的分布具有明显的空间分带性，4个金属富集区带清晰可辨。平面上，4个富集区带呈现长条状形态，在高程方向上延伸有限，表明脉状-网脉状矿体主体沿海底断裂带分布，热水成矿作用受SN向延伸的凹陷盆地的基底断裂带和线状裂隙控制。空间上，4个金属富集区带相对分离，富集金属类型不同，富集规模不等，富集中心各异（图4-32）。4100m以上富集区带以Ag、Cu富集为特征，富集中心集中于0～3线间，与块状矿的M3富集区高程接近，富集中心向南偏离。4050m至4180m间的富集区带由两个富集中心构成，其一在3线4100m附近，以Pb、Zn富集为特征，与块状矿的M1空间吻合；其二在7线4150m左右，以Ag、Cu富集为特征（图4-32）。4000m附近的富集区带以富集Pb、Zn为特征，与块状矿的M2富集区相比，空间位置吻合，形态规模相近。3800m附近的富集区带也以富集Pb、Zn为特征，与块状矿的M4相比，富集中心向下偏离，富集规模明显变大（图4-31,4-32）。

图4-32　呷村矿床网脉矿带主要金属元素含量的空间变化规律（据李佑国和侯增谦，2001）

该图反映了网脉矿带的原始结构形态以及控制网脉矿带空间分布的同生断裂构造

网脉状矿带的化学结构清楚地显示，Ag、Cu富集与Pb、Zn富集明显的不同步。Pb、Zn在4个富集区带均有不同程度的富集，而Ag、Cu则主要集中于4100m以上的地方，即Ag、Cu金属主要产出于凹陷盆地西缘附近的热水补给带内。换句话说，海底下部的热水系统至少有两期热水活动，其中，大规模的热水活动导致了强烈的Pb、Zn矿化，小规模的热水活动造成了Ag、Cu的叠加与富集。

呷村网脉状矿带的化学结构同时显示，其金属富集区带与块状矿的富集空间大体吻合，富集中心大体对应，这清楚地表明，含矿的海底凹陷盆地底部有与之相连的通道，热水流体不断地补给。在此断裂-裂隙通道内，热水流体通过流体充填与热水交代作用形成网脉状矿带含矿海底凹陷盆地本身因深度大具有重要的封存集聚流体和防止沸腾的功能。在盆地内部，热水流体发生化学沉积形成块状矿带。因此，网脉状矿带与块状矿带是统一的热水系统分别在热水补给系统和海底盆地系统淀积的产物。

（3）从化学结构到成矿模型：详细对比分析两大矿带的化学结构图像，可以刻画出呷村矿床成矿系统的图像轮廓（图4-33），并显示如下要点：

图4-33　根据呷村矿床化学结构推测的成矿地质模型

①晚三叠世弧间裂谷作用导致了呷村矿区内发生双峰式火山活动和弧间裂陷作用，前者形成了由下部少量玄武岩和上部大量流纹质火山岩构成的含矿岩系，为矿床的形成提供了大量的成矿物质（徐明基等，1993）；后者沿裂陷带形成一系列的局限盆地或凹陷盆地，并发育一组走向近SN的基底断裂和裂隙系统，为成矿热水流体活动提供了重要的迁移通道。

②在凹陷盆地，至少有一组（4条）近SN向基底断裂带或裂隙带，构成热水流体在海底下部流纹质火山岩系中的活动通道。盆地的东缘与西缘断裂规模最大，由此形成的网脉状矿体规模也最大，矿石品位也最高（图4-33）。热水流体沿4条断裂向上运移，并在流纹质火山碎屑岩透水层内发生“弥散状”充填交代，形成似层状的脉状-网脉状矿带，显示独具特色的层控特征（侯增谦等，2001a）。

③穿透流纹质火山岩系向上排泄的热水流体，在海底凹陷盆地内的排泄点，即热水喷口，严格地受两组断裂控制，位于0线附近的EW向断裂与4条SN向断裂的交汇部位（图4-33）。位于凹陷盆地东缘和西缘的热水喷口M2、M3、M4，可能因其处于盆地的正地形位置，故喷射的热水流体沿斜坡向南北两侧流动，形成“丘堆式”块状硫化物矿体。位于凹陷盆地中心的热水喷口M1，因其处于负地形位置而大量集聚不断从喷口排泄出来的热水流体，形成较大规模的卤水池。块状矿带的化学结构反映，该卤水池呈SN向延伸的长条状形态；而高盐度流体包裹体资料（徐明基等，1993;Hou et al.,2001）证实，该卤水池的发育是形成块状硫化物矿带的关键。在卤水池内，伴随着热水流体与冷海水的大量混合，硫化物依次沉积，形成席状块状硫化物矿带。

④大多数VMS矿床的金属元素分带通常受流体系统的温度控制，从透镜状块状矿体的下部向上部，从漏斗状网脉状矿体的核心向外部，金属分带常常由Cu+Zn向Pb+Ag递变（Franklin et al.,1981;Lydon,1984）。在呷村矿床，块状矿带Ag与Pb（+Zn）同步富集（图4-31），而网脉状矿带Ag与Cu同步富集，并与Pb、Zn叠加富集，集中产于凹陷盆地西缘（图4-32）。这种化学结构特点说明，凹陷盆地西缘附近的流体排泄系统似乎不是呷村矿床的热流体主活动通道，而是富Ag、Cu热流体的叠加活动的化学记录。