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研究区位于甘肃省成县境内,大地构造位置处于秦岭造山带的西秦岭地块,北侧与北祁连造山带相连,南部为松潘-甘孜造山带和巴颜喀拉带,东以徽成盆地与东秦岭相接。本文重点开展了对吴家山群地层归属的界定及铅锌矿床的成因类型对比研究工作,重点研究了吴家山背斜核部附近的牛尾沟铅锌矿床和老洞上铅锌矿床。
牛尾沟铅锌矿床的矿体主要分为两类,一类顺层产于吴家山群下段的透闪石化大理岩中,受层位控制明显;另一类沿节理中的石英脉产出。矿石主要呈条带状、团块状和浸染状,主要结构为交代残余结构、压碎结构和填隙结构,主要金属矿物有闪锌矿、方铅矿、黄铁矿。围岩蚀变发育透闪石化、绿帘石化、碳酸盐化及硅化,其中透闪石化与成矿关系较为密切。
老洞上铅锌矿床的矿体主要顺层产于老洞上倒转背斜南翼的安家岔组大理岩及大理岩与黑云母石英片岩的层间破碎带中,层位与厂坝铅锌矿床类似,但该地区变质程度没有厂坝地区深。矿石矿物主要有闪锌矿、方铅矿、黄铁矿,主要构造为条带状、团块状,矿石结构以半自形-它形粒状结构、交代残余结构、填隙结构为主。围岩蚀变不甚发育,主要有碳酸盐化、硅化、绿泥石化。
岩石地球化学分析表明吴家山群和安家岔组地层中黑云母石英片岩的原岩均为泥质-粉砂质岩类,原岩的大地构造环境为岛弧或活动大陆边缘;吴家山群的大理岩、黑云母方解石石英片岩和碳质千枚岩的原岩为碳酸盐岩类,为海相沉积形成,原岩大地构造环境为大陆边缘。
吴家山群地层中的4个样品中碎屑锆石的内部结构、Th/U值、U-Pb年龄的分布及峰值具有极大的相似性。年龄在400~500Ma之间的锆石细密振荡环带尤为发育,且往后年龄越老,细密振荡环带发育越少,相对而言,明暗相间环带,面状、扇形分带,以及均质无分带结构增多。碎屑锆石年龄介于390~550Ma的峰值最为明显,介于志留系的年龄数据重复性较好,变化范围为410~434Ma,故推测吴家山群地层的时代应介于410~434Ma之后,可能为晚志留系或早泥盆系。吴家山群地层中介于0.39~0.55Ga年龄区间的锆石可能是来自于北秦岭,说明该时期中秦岭与北秦岭之间已经没有洋盆的阻隔了,扬子板块与华北板块可能在早海西期已经基本拼贴结束,秦岭洋已经闭合了;介于0.6~1.4Ga年龄区间的锆石应与Columbia超大陆的裂解及Rodinia超大陆的聚合与裂解作用关系密切,源区可能为扬子克拉通和/或秦岭造山带;介于1.45~2.1Ga年龄区间的锆石应与Columbia超大陆的聚合作用有关,锆石的源区可能是扬子克拉通和/或秦岭造山带;介于2.15~2.9Ga年龄区间的锆石多为岩浆或变质成因,源区可能为太华群。
安家岔组地层中样品的锆石内部结构、年龄分布及峰值等与吴家山群较为相似。最年轻碎屑锆石年龄为401±6Ma,谐和度为97%,Th/U比值为0.39,发育明暗相间的振荡环带,属于岩浆成因,推断地层的时代应晚于401±6Ma,可能为早、中泥盆系。安家岔组地层中介于400~500Ma年龄区间的锆石可能与晚加里东、早海西期的构造活动有关,锆石的源区可能为北秦岭;年龄介于700~1100Ma之间的锆石应与Rodinia超大陆的聚合与裂解作用关系密切,锆石应来自于扬子克拉通和/或秦岭造山带;年龄介于1350~1900之间的锆石应与Columbia超大陆的聚合及裂解作用有关,锆石的源区应该也是扬子克拉通和/或秦岭造山带;年龄介于2150~3100Ma之间的锆石多数发育面状分带或均质无分带结构,年龄峰值集中于2600~2750Ma,安家岔组地层的古老源区可能为太华群或鱼洞子群。
牛尾沟矿床和老洞上矿床各成矿阶段均发育大量富液两相流体包裹体,少量纯液相包裹体,其它包裹体类型罕见,表明流体包裹并未发生过大规模的沸腾作用。牛尾沟矿床矽卡岩阶段的均一温度集中于280℃~300℃,盐度集中于5.5~7.5wt.%;石英硫化物阶段的均一温度集中于150℃~160℃,盐度集中于0~2.5wt.%。老洞上矿床沉积成岩阶段的均一温度集中于240℃~260℃,盐度集中于4~5.5wt.%;热液硫化物阶段的均一温度集中于160℃~180℃,盐度集中于0.5~2.5wt.%。矿床中后期叠加形成的矿体的平均均一温度、平均盐度、平均压力和平均深度都要明显的小于先前顺层产出的矿体,而密度却明显偏大,矿床成矿深度都小于或近似等于1.0km,矿床属于中低温低盐度铅锌矿床。氢氧同位素数据分析结果表明矿区成矿流体具有复杂的来源,牛尾沟和老洞上铅锌矿床与厂坝、毕家山、邓家山等典型铅锌矿床具有类似的流体来源,主要为建造水,可能混有少量变质水、岩浆水。
牛尾沟铅锌矿床的硫同位素组成较稳定,变化范围窄,偏重硫,硫源单一;老洞上铅锌矿床的硫同位素组成较为分散,反映了老洞上矿床硫存在多来源,可能混染了生物硫;厂坝铅锌矿床的硫应主要来源于海水碳酸盐;毕家山铅锌矿床的硫源可能为海水硫酸盐及地下热卤水混合硫源。矿石铅同位素数据分析结果表明,老洞上矿床、牛尾沟矿床,以及北矿带的厂坝铅锌矿床的各同位素比值均接近正常铅范围,而南矿带的毕家山、邓家山矿床则明显稍大于正常铅范围。牛尾沟矿床和老洞上矿床中的铅具有类似的来源,可能来自于壳幔混合作用;厂坝、毕家山、邓家山矿床中的铅可能为以壳源为主的壳幔混合来源。黄渚关岩体和厂坝岩体可能对成矿起到热源的作用,同时黄渚关岩体也提供了一部分成矿物质,碧口群基底可能为矿床的成矿物质源区之一,而泥盆系地层可能只是起到了容矿场所的作用。
综上所述,认为牛尾沟铅锌矿床为典型的中低温低盐度热液改造型铅锌矿床,老洞上铅锌矿床为中低温低盐度沉积-改造型铅锌矿床,两个矿床与厂坝、毕家山铅锌矿床的成矿特点各有异同。而本文将吴家山群地层的时代划为了晚志留系或早泥盆系,为西成地区的找矿工作带来了一定的突破,该地区的进一步找矿方向可以围绕志留系地层展开,重点与南秦岭旬阳-白河一带的层控型铅锌矿床进行对比研究。