青海牛苦头矿区两期成矿系统简析

吴锦荣，李加多，王新雨，祝新友，王玉往，毛嘉俊，蔡亚伟，刘明，魏发红

（1.青海鸿鑫矿业有限公司，格尔木 816099；2.北京矿产地质研究院有限责任公司，北京 100012）

0 引言

青海祁漫塔格地区位于东昆仑造山带中西段（图1a），目前已成为我国中西部最重要和最具找矿潜力的夕卡岩多金属成矿带，引起了学者们的广泛关注（李世金等,2008;丰成友等,2011;徐国端,2010;张爱奎,2012;高永宝等,2014;于淼,2017;钟世华,2018;Zhong et al.,2018;王新雨等,2020）。

牛苦头夕卡岩型铅锌多金属矿位于祁漫塔格成矿带中东段（图1b），目前矿区主要有三个探矿权区，分别为M1磁异常区、M4磁异常区和M2磁异常区（以下简称为M1、M4和M2）。目前M1、M4磁异常区已探明Pb+Zn储量（推断及以上）115 万t，其中M1磁异常区已投产，M4磁异常区已完成勘探工作，而M2磁异常区处于普查阶段。关于牛苦头铅锌矿的成矿时代，部分学者认为牛苦头矿床与三叠纪花岗质岩石密切相关（贾建团,2013;蒋成伍,2013），但近期的研究结果如李加多等（2019）通过牛苦头地表大量花岗闪长岩获得的锆石U-Pb年龄为394±3 Ma，认为矿区大规模岩浆活动为海西期，而非前人认为的印支期。笔者近年来发现牛苦头矿区M2磁异常区成矿岩体（二长花岗岩）时代为印支期（锆石LA-ICP-MS年龄为217±2 Ma）。

图1 东昆仑地区大地构造简图（a）与祁漫塔格地区地质矿产图（b）（据丰成友等,2012;钟世华,2018修改）

M2矿段与M1、M4矿段成矿地质体、成矿作用特征标志及成矿规律的对比研究，对于评价M2成矿潜力具有重要的意义。文本以M1、M4典型矿床成矿规律为基础，对M2磁异常区矿床地质特征、成矿岩体时代、蚀变分带、矿物组合、成矿阶段、夕卡岩类型、成矿构造与成矿结构面进行了详细的研究，旨在总结M2成矿规律，并对比其与M1、M4成矿特征的异同，进而为评价M2铅锌成矿潜力提供理论依据。

1 矿床地质特征

矿区出露地层主要为上奥陶统滩间山群碳酸盐岩和第四系沉积物（图2）。上奥陶统滩间山群碳酸盐岩地层分布广泛，岩性主要为大理岩夹灰岩和条带状灰岩，为一套浅海相碳酸盐岩沉积建造。矿区的构造以NWW-SEE向构造为主，NE向断裂次之。NWW向断裂属于昆北断裂的次级断裂。矿区岩浆岩类型复杂，包括花岗闪长岩、二长花岗岩、钾长花岗岩、二长花岗斑岩、似斑状花岗岩、石英闪长岩等。

图2 牛苦头矿区地质简图（据李加多等,2019;王新雨等,2020）

牛苦头M1、M4矿段铅锌矿床矿体类型主要为夕卡岩型层状或脉状矿体，这些矿体主要产于层状夕卡岩中（图3a），其中铅锌矿的赋矿夕卡岩类型主要为锰钙铁辉石黑柱石夕卡岩、锰钙辉石夕卡岩、石榴子石锰钙铁辉石夕卡岩、黑柱石锰钙辉石夕卡岩以及黑柱石夕卡岩。M2矿段目前已发现的铁多金属矿体（共24条），均受单工程或单剖面控制，矿体规模一般较小，且较分散。

M2矿段矿体按矿种主要可分为含铅锌硫铁矿体，含硫铁铅锌矿体。含硫铁铅锌矿体位于00线剖面上部，呈陡倾脉状（图3b），严格受硅钙面控制，为热液型和夕卡岩型两种成因。含铅锌硫铁矿体为夕卡岩成因，主要表现为硫铁矿体呈团块状、稠密浸染状分布于钻孔底部夕卡岩中，整体矿体产状为脉状。铅锌矿体赋矿夕卡岩类型主要为透闪石-阳起石夕卡岩，磁黄铁矿-磁铁矿体赋矿夕卡岩类型主要为透辉石夕卡岩、石榴子石夕卡岩。

图3 牛苦头矿区典型矿床剖面地质特征图

2 M1、M4以及M2磁异常区成矿地质特征对比研究

本次研究发现，M1、M4矿段成矿地质体与M2矿段成矿地质体在岩相学、年代学、地球化学性质上存在明显差异。

2.1.1 M1、M4矿段成矿地质体

本次研究发现，M1、M4矿段钻孔底部中细粒二长花岗岩体应为成矿岩体（锆石U-Pb年龄为365～353 Ma，项目组未发表数据），其证据如下：（1）其隐伏在层状夕卡岩下部位置，自花岗闪长岩体向外，分带依次为，钙铁榴石-钙铁辉石夕卡岩带、钙铝榴石-锰钙（铁）辉石夕卡岩带、阳起石-黑柱石夕卡岩带、夕卡岩化大理岩、新鲜大理岩（图3a），矿化分带则为底部的磁铁矿化-黄铜矿化带、中部的磁黄铁矿化带、以及顶部的铅锌矿化带，符合夕卡岩型铅锌矿床的蚀变矿化分带特征；（2）底部中细粒二长花岗岩中发育较强的自蚀变，并发育有浸染状、脉状闪锌矿化；（3）高精度磁法异常的分布范围与中细粒二长花岗岩的分布范围几乎吻合。

2.1.2 M2矿段成矿地质体

M2矿段相对于M1、M4矿段，成矿略显复杂，主要由于M2矿段发育两期花岗质岩浆作用。00线多个钻孔（图略）揭示了深部二长花岗岩和围岩接触带上发育夕卡岩，二长花岗岩局部发生了强烈的夕卡岩化，钻孔揭露的矿体靠近二长花岗岩位置的铁含量明显升高，远离二长花岗岩则铅锌含量升高，这些特点符合夕卡岩型矿床成矿岩体的特征，而北东侧和南西侧的花岗闪长岩和围岩接触并未发生明显矿化，仅发生硅化，表明其并非成矿岩体，因此推测M2矿段的成矿岩体为二长花岗岩。

2.2 成矿构造与成矿结构面

由于地表大面积覆盖，揭露信息少，目前未明确较大规模的控矿断裂构造，虽然NWW向断裂对成岩有重要的影响和控制，但直接控矿的证据还未发现。

2.2.1 M1、M4矿段成矿构造与成矿结构面

M1、M4矿段对成矿有直接控制作用的断裂是层间断裂，断裂规模很小，主要沿层间尤其是硅钙面间活动，成矿期的活动在沿硅钙面附近形成破碎，有利于热液的流动，进而进一步强烈的沿硅钙面的成矿。

另一类控矿断裂为一些相对陡倾的断层，在M1露天采坑可见，沿这些断裂发育一些不规则脉状夕卡岩和脉状铅锌矿体，前人忽视了这类断层的重要性，除了岩体和围岩接触带上的矿体，远离接触带的硅钙面上的矿体同样重要，含矿热液是如何运移到硅钙面上并最终成矿的机制值得探讨，陡倾断层很可能提供了含矿热液的运移通道，断层中含矿夕卡岩的产出也证实了这点（图4）。

图4 M1磁异常区采坑陡倾夕卡岩脉

M1、M4矿段成矿结构面主要为硅钙面，硅钙面一侧为大理岩，另一侧为长英质角岩或岩体顶界面。矿体呈层状、似层状赋存于硅钙面之间。

2.2.2 M2矿段成矿构造与成矿结构面

NWW向断裂构造在M2地区比较发育，通过M2测区0勘探线多个钻孔的工作，至少发育两条规模巨大的NWW向断裂，倾角为50°～70°，上陡、下部相对缓，呈典型的逆冲断裂形态。目前断距还不清楚，从0线的断裂两盘推断，断距大于500 m。断裂带的宽度一般达到数十米，但其主要活动性质为逆冲，两侧不同程度的发育片理化。后期发生滑落即正断层作用，形成张性角砾岩。

M2地区的NWW向断层表现为多期活动的特点，受北侧NWW断层影响，北侧的海西期花岗闪长岩侵入至滩间山群地层中，而南侧NEE向断层则导致滩间山群地层逆冲至海西期花岗闪长岩之上。NWW向断层在印支期再次活跃，控制了深部印支期二长花岗岩的侵位，且在北侧NWW向断层破碎带中也发现了较强烈的矿化蚀变，这在ZK0009、ZK0008孔中皆有发现，快速分析仪（XRF）显示其中Zn含量可达到1%，证明了该组断层在M2区对成矿作用的重要性。正是这种两条断裂形成了NWW向走向的磁法异常带，矿化的空间分布与物探异常相对应，呈NWW向展布。

M2矿段成矿结构面也为硅钙面，主要表现为在一套在沉积岩中由碎屑岩（沉积型或变质型砂岩、粉砂质凝灰岩）与钙质沉积岩（灰岩、大理岩等）构成的岩石组合。

2.3 成矿作用特征标志

2.3.1 矿物组合

牛苦头M1、M4矿段，夕卡岩及硫化物矿化均较强（图5a～c），矿化呈稠密浸染状或团块状，夕卡岩化较强，发育范围广。矿石矿物包括磁黄铁矿、磁铁矿、闪锌矿、方铅矿，次为黄铜矿、毒砂，主要夕卡岩矿物包括石榴子石、辉石、阳起石、透闪石、黑柱石以及绿帘石等（图5d～f），其中石榴子石类型主要属于钙铁-钙铝榴石系列，辉石类型包括钙铁辉石、锰钙铁辉石以及锰钙辉石（图5a），阳起石类型包括普通阳起石和锰阳起石（图5c）。

牛苦头M2矿段，夕卡岩化及矿化相对于M1、M4矿段较弱。矿化多以脉状，次为团块状。夕卡岩化较不均匀，常呈脉状或浸染状交代于原岩中（图5g～l）。矿石矿物包括磁黄铁矿、磁铁矿，次为闪锌矿、方铅矿。脉石矿物主要包括石榴子石、辉石（图5g，图5j），以及少量透闪石、阳起石。石榴子石主要为钙铝榴石系列，辉石主要为透辉石系列，阳起石成分主要为普通角闪石。

图5 牛苦头矿区典型夕卡岩手标本及镜下照片

2.3.2 蚀变分带

整体上，M1矿段自上而下分为：大理岩，湿夕卡岩带，干夕卡岩带，角岩带，花岗岩带（图3a）。以M1矿段钻孔ZK+1401为例，自下而上主要分为花岗岩带→角岩带（发育钙铁辉石化和石榴子石化）→钙铁辉石、石榴子石带（磁黄铁矿化、黄铜矿化）→黑柱石、锰钙铁辉石（含铅锌）→大理岩。以钻孔ZK0103为例，自下而上则分为花岗岩→角岩→石榴子石、钙铁辉石夕卡岩带→磁黄铁矿体（钙铁辉石化）→锰钙铁辉石、黑柱石夕卡岩带（铅锌矿化）→绿帘石夕卡岩→大理岩带。

以上外夕卡岩蚀变分带可以进一步分为3个带：靠近底部岩体的内带，稍远离岩体的中带，远离岩体的外带。内带矿物组合主要为磁铁矿-磁黄铁矿-铁闪锌矿-黄铜矿，钙铁榴石-钙铁辉石。中带矿物组合主要为磁黄铁矿-铁闪锌矿-方铅矿-黄铁矿，锰钙铁辉石-钙铝榴石。外带矿物组合为棕色闪锌矿-方铅矿-黄铁矿，阳起石-透闪石-黑柱石。

M2矿段相较于M1、M4矿段，夕卡岩化、硫化物矿化强度较弱。但M2矿段自底部二长花岗岩至地层也呈现出了明显的蚀变矿化分带（图3b），如靠近岩体处明显的磁铁矿化、磁黄铁矿化以及共生的透辉石化，远离岩体的弱石榴子石化、绿帘石化、铅锌硫化物矿化。总之，M2矿段也表现出了明显的夕卡岩矿床的典型蚀变矿化分带特征。

2.3.3 成矿阶段

成矿阶段依据各个成矿阶段的矿物生成顺序而划分。根据前面对牛苦头矿区的主要矿石矿物与夕卡岩矿物的总结，可以将M1、M4矿段成矿阶段划分为4个主要的阶段：进变质阶段（干夕卡岩阶段），退变质氧化物阶段（湿夕卡岩阶段和金属氧化物阶段），金属硫化物阶段，碳酸盐阶段。各个阶段形成矿物的特征如图6。

图6 牛苦头矿区M1、M4矿段成矿阶段划分图

根据前面对牛苦头矿区的主要矿石矿物与夕卡岩矿物的总结，可以将M2矿段成矿阶段划分为4个主要的阶段：进变质阶段，退变质氧化物阶段，氧化物阶段，碳酸盐阶段。各个阶段形成矿物的特征如图7。通过与M1、M4矿段成矿阶段的对比可以发现，M2矿段成矿阶段中的退变质氧化物阶段较弱，尤其是阳起石-透闪石夕卡岩化程度很弱，此外这一阶段的特征矿物如黑柱石不发育，磁铁矿、赤铁矿等氧化物也十分罕见，说明M2矿段的退变质氧化物阶段演化程度相对较弱。

图7 牛苦头矿区M2矿段成矿阶段划分图

3 讨论

3.1 祁漫塔格地区两期夕卡岩型成矿作用

3.1.1 祁漫塔格地区两期夕卡岩型岩浆作用

祁漫塔格地区岩浆岩主要分为两期：海西期（410～356 Ma）和印支期（235～196 Ma）（图8）（丰成友等,2012;高永宝等,2014）。前人研究认为，祁漫塔格地区主成矿期为印支期（高永宝等,2014;刘建楠,2018），例如野马泉、肯德可克、尕林格等，其矿床成因类型主要为夕卡岩铁多金属矿床。近年来，随着牛苦头矿区科研工作的进行，笔者发现，牛苦头矿区可能存在两期岩浆作用，其中M1、M4 矿段属于海西期岩浆成矿作用，而M2 矿段属于印支期成矿作用①。海西期与印支期成矿地质（岩）体在年代学、地球化学性质方面均存在明显差异性。具体见表1。

图8 祁漫塔格地区中酸性侵入岩年龄直方图①（据张爱奎,2012;于淼,2017）

表1 M1、M4矿段成矿花岗闪长岩体与M2矿段成矿二长花岗岩体差异性对比表①

续表

研究成果暗示着祁漫塔格地区存在大规模海西期铅锌成矿作用，其与区域上大量存在的印支期铁多金属成矿作用可能有所不同。

3.1.2 两期夕卡岩建造

赵一鸣和林文蔚（1990）将中国夕卡岩分为4种类型：镁夕卡岩、钙夕卡岩、锰质夕卡岩和碱质夕卡岩。其中，锰质夕卡岩是赵一鸣等（2013）通过对福建、辽宁等一些夕卡岩铅锌银矿床调研后划分出来的交代建造。在以往的国外文献中，它是被当做钙夕卡岩的一部分。但是由于它与钙夕卡岩具有不同的特征，常常被作为一个独立的交代建造来考虑。与钙质夕卡岩的区别主要在于：它有一套较特殊的钙锰（铁）质硅酸盐矿物组合，包括锰钙辉石、锰钙铁辉石、锰铝石、蔷薇辉石、钙蔷薇辉石、锰三斜辉石、锰黑柱石和锰质硅灰石，还往往叠加一些晚期的锰质热液交代矿物，如锰阳起石、红帘石、菱锰矿、锰绿泥石等。这与钙夕卡岩主要由透辉石-钙铁辉石系列单斜辉石、钙铁-钙铝榴石系列石榴子石、硅灰石、符山石、方柱石等矿物组成有明显的区别。

牛苦头M1、M4矿段辉石成分以钙锰辉石、钙铁辉石为主，含少量透辉石。黑柱石不属于一般的普通黑柱石，其中M1黑柱石MnO含量3.76%～13.27%，M4黑柱石MnO含量1.78%～8.66%，Mn含量明显高于一般的黑柱石，属于典型的锰黑柱石（王新雨等,2020）。鉴于牛苦头M1、M4矿段发育典型的锰钙辉石、锰钙铁辉石和锰黑柱石，与锰质夕卡岩的矿物组合基本一致，这些表明M1、M4矿段夕卡岩属于典型的锰夕卡岩。

而M2矿段石榴子石以钙铝榴石为主，单斜辉石以透辉石为主，阳起石属于普通阳起石。这说明M2矿段属于钙质夕卡岩建造。

大量的研究表明，祁漫塔格地区主要发育2种类型的夕卡岩，即钙夕卡岩和锰质夕卡岩；钙夕卡岩主要形成铁多金属矿床和铜多金属矿床，而锰质夕卡岩主要构成铅锌（银）矿床（丰成友等,2011;马圣钞等,2013;赵一鸣等,2013;于淼等,2016）。不仅如此，世界上其他地区的夕卡岩也有类似的特点。

另外，将牛苦头M1、M4矿段夕卡岩中的辉石与祁漫塔格地区典型夕卡岩铁矿床（野马泉）、夕卡岩型铜矿矿床（卡尔却卡）、夕卡岩型铅锌矿床（维宝、四角羊）中的辉石对比后发现，它们与夕卡岩铜矿中的铅锌矿几乎落入统一范围内（图9a）。这些特征均表明，牛苦头M1、M4矿段具备铅锌矿化的条件。而M2矿段与夕卡岩型铁矿床几乎一致，说明牛苦头M2矿段可能具备铁多金属矿化的潜力（图9b）。

图9 祁漫塔格地区单斜辉石（a）与石榴子石（b）三元图解（底部据Meinert,2005;数据引自王新雨等,2020）

3.2 牛苦头矿区两期成矿系统

通过对比研究分析发现，牛苦头M1、M4矿段夕卡岩与M2矿段夕卡岩产状、成分均存在明显差异，见表2。

表2 M1、M4与M2矿段夕卡岩矿物、闪锌矿差异性对比表

由表2可知，M1、M4矿段夕卡岩化较强，夕卡岩矿物成分也指示了铅锌矿成矿的专属性。而M2矿段夕卡岩矿化较弱，夕卡岩矿物组分指示了夕卡岩远端的特征。同时两期不同的成矿地质体暗示着M1、M4矿段与M2矿段可能为两期不同的成矿系统，其中M1、M4矿段对应于海西期铅锌多金属成矿系统，而M2矿段对应印支期铁多金属成矿系统两期成矿系统分别对应了两期成矿模式，其中M1、M4矿段成矿岩体分别为海西期花岗闪长岩，成矿结构面为大理岩和角岩（或粉砂岩）之间的硅钙面，成矿构造为硅钙面之间的层间断裂，成矿作用特征标志为一套锰质夕卡岩建造组合；M2矿段成矿岩体为印支期二长花岗岩，成矿结构面为粉砂岩与大理岩之间的硅钙面，成矿构造为NWW向F1和F2断裂，成矿作用特征标志为一套钙质夕卡岩建造组合。综合对比研究发现，M2矿段夕卡岩矿物Pb、Zn成矿专属性指示较弱，这也暗示着M2矿区可能不具备大规模铅锌矿化的地质条件。

3.3 M2矿段潜力评价

上文中已详细比较了M2矿段与M1、M4矿段成矿地质条件的不同，发现了两个成矿系统之间存在的截然差异性。然而通过区域印支期铁成矿地质条件对比研究发现，M2矿段成矿地质条件与野马泉M4、M5以及尕林格Ⅱ矿群存在相似性。如赋矿围岩均为滩间山群大理岩段，成矿时代均位于印支晚期（219～212 Ma），成矿地质体均为I型花岗岩，具有相似的地球化学性质。这些暗示着M2矿段可能具备夕卡岩型铁多金属矿成矿地质条件，而不具有较好的铅锌成矿潜力。

图10 牛苦头矿区两期成矿系统成矿模式简图①

4 结论

（1）牛苦头矿区存在两期岩浆作用及其相关的夕卡岩型成矿作用，海西期岩浆成矿作用对应M1、M4矿段夕卡岩铅锌成矿作用，而印支期岩浆成矿作用对应M2矿段夕卡岩型铁多金属成矿作用。

（2）根据成矿时代、成矿岩体性质、成矿构造与成矿结构面以及成矿作用特征标志，初步将牛苦头矿区分为两个成矿系统，其中M1、M4 矿段对应海西期成矿系统，而M2矿段对应印支期成矿系统。

（3）研究发现，M2矿段可能有利于铁夕卡岩型多金属成矿，其铅锌找矿前景不如M1、M4矿段。

注 释

①王新雨.2020.青海牛苦头矿区两期夕卡岩型铅锌成作用与成矿预测[R].博士后出站报告,1-174.

致谢青海鸿鑫矿业矿产资源部郭天军在资料获取及野外取样方面给予了强有力的帮助和支持，北京矿产地质研究院有限责任公司牛苦头项目团队在高寒、高原地区同甘共苦、无私互助。