GEOCHEMISTRY AND PALEO-TECTONIC ENVIRONMENT OF FENGYAN Pb-Zn ORE DEPOSIT IN MEIXIAN, CENTRAL FUJIAN PROVINCE
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摘要: 尤溪梅仙峰岩铅锌银矿床位于政和-德化前寒武纪变质分布区的南端, 处于北东向丽水-海丰断裂东侧闽东火山断拗带的次级寿宁-华安基底隆起带内。峰岩矿床的含矿岩系主要为上元古界马面山群东岩组(Pt3dy)。铅锌银矿体具层控特点。岩石学及地球化学研究表明赋矿地层东岩组为以绿片岩为主的一套古火山沉积建造。绿片岩的原岩为玄武岩类, 变粒岩主要为英安岩及流纹岩。玄武岩浆的形成可能和板块俯冲相关。矿床地球化学研究表明矿床存在多次成矿作用和多种硫源。铅同位素组成与演化表明从幔源至造山带和上地壳不同的铅源均有混入, 演化趋势较明显, 并显示多次地质事件叠加特点。金属硫化物的稀土分布型式都表现为一定程度的右倾斜, 轻重稀土分异显著。微量元素相对于MORB均有不同程度的亏损和富集。高场强元素(HFSE:Nb、Ta、Zr、Hf)表现为明显的负异常, 具较强烈的亏损; 而Pb、Rb和Ba等元素相对富集。东岩组变质火山岩也表现为明显的高场强元素的亏损及低场强元素的富集, 显示出典型和俯冲有关的岛弧岩浆的特征, 表明矿床与东岩组火山岩都形成于俯冲背景下的岛弧环境。Abstract: Pb-Zn-Ag ore deposit in Meixian, Youxi County is located at the south of the Zhenghe-Dehua pre-Cambrian metamorphic area, and geologically situated at Shouning-Hua' an sub-basement uplift zone in Eastern Fujian volcanic depression belt, east of the NE-striking Lishui-Haifeng fault. The ore-bearing beds of Fengyan ore deposit is mainly the Upper Proterozoic Dongyan Fomation of Mamianshan Group (Pt3dy). The Pb-Zn-Ag ore bodies are of strata bound type. Petrology and geochemistry studies show that the ore-bearing Dongyan Formation is a paleo-volcanic sedimentary formation dominated by greenshists. The formation of the basaltic magma may be related to the slab subduction.The original rocks of the greenshists are basaltic rocks, and granulites are mainly dacite and rhyolite. Geochemical study of ore deposit reveals that the ore deposit is characterized by multiple ore-forming processes and various kinds of sulfur sources. The composition and evolution of Pb isotopes show that different Pb sources from mantle to orogenic belt and upper crust are intermingled.The evolvement is of clear trend and demonstrates a superposition of multiple geological events. The REE pattern of metal sulfides shows a down-to-right slope with remarkable differentiation between LREE and HREE.Compared to MORB, the different trace elements are depleted and enriched to different degrees. High field strength elements (HFSE:Nb, Ta, Zr, Hf)show distinct negative anomaly and are strongly depleted while Pb, Rb and Ba are relatively enriched. Metavolcanics in the Dongyan Formation, with the same trend of HFSE depletion and the enrichment of LFSE, displays typical features of arc-magma related to subduction and indicates that the ore deposit and the Dongyan vocanics were formed under the arc environment with subduction background.
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Key words:
- Fengyan Pb-Zn ore deposit /
- geochemistry /
- paleo-arc /
- Dongyan Formation /
- central Fujian
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0. 引言
斑岩型矿床是世界上铜、钼和铼等金属最重要来源, 环太平洋地区是世界上最主要的斑岩铜矿带[1-2]，仅南美洲安第斯带的智利、秘鲁就拥有El Teniente，Chuquicamata、Río Blanco-Los Bronces、La Escondida、Los Pelambres-El Pachón、Rosario、Radomiro Tomic、El Salvador、Toki、La Granja、Cujaone、Cerro Casala、Minas Congas等众多千万吨以上的巨型斑岩铜(金)矿，探明储量超过2.6亿吨，占全球铜探明储量的37.7%，产量占全球铜产量的39%(世界矿产资源年评，2014)，其中El Teniente铜储量约为9千多万吨，且含金超过2500吨[2-7]。对安第斯带斑岩型矿床的研究，一直是地质学家研究的热点。
文章依托中国地质调查局“全球矿产资源信息系统”和有关项目，试图通过总结南美安第斯带斑岩型铜(金-钼)矿床的时空分布特征，为认识安第斯带斑岩型矿床成矿地质特征、成矿规律等提供参考。
1. 安第斯带斑岩型铜(金-钼)矿床时空分布
斑岩型矿床是南美安第斯带最重要的铜(金-钼)矿床类型。斑岩铜矿原指产于强烈绢云母化和石英化中酸性斑岩里的细脉浸染型铜矿，目前多数学者认为斑岩铜矿是指与花岗质斑状侵入岩相关的，且钾质硅酸盐蚀变普遍发育于岩体内部，岩浆期后热液形成的细脉浸染状和角砾状硫化物矿床，还包括部分矽卡岩矿体[8]，也包括与斑岩型矿床有密切时空和成因联系的叠加其上的浅成低温热液金银铜矿床[9]。
根据基底组成、构造-岩浆演化、板块俯冲形式和成矿作用的不同，安第斯造山带自北而南划分为3个次级构造单元，即：北安第斯带、中安第斯带和南安第斯带，北、中安第斯带构造分界约在5°S左右的厄瓜多尔的瓜亚基尔湾，中、南安第斯带构造分界为39°S左右的智利南部的瓦尔迪维亚(Valdivia)[10-11]。
在整个安第斯带上，斑岩型铜矿带长约6000 km，呈线性多条带状分布，与安第斯造山带平行(图 1)，每个斑岩铜成矿带的发育都受限于不同的成矿期[12]。从目前勘探和开发情况看，中安第斯段一直是铜矿勘探和开采的热点地区，特别是秘鲁南部—智利中北部和阿根廷西北部地区，发现了一大批具有巨型规模的斑岩铜矿; 北安第斯段的斑岩铜矿也逐渐受到重视，南安第斯段的斑岩铜潜力很小[1, 13]。
1.1 北安第斯段
明显分出三条斑岩铜矿带，北部主要分布在6°N~9°N之间，以哥伦比亚的Acandi、Pantanos-Pegadorcito、Murindo等为代表，成矿时代在48.7~42 Ma，属于始新世；向南(在5°N~5°S之间)形成大致与造山带平行的两条斑岩铜矿带，西侧以厄瓜多尔的Junin、Gaby-Papa Grande及秘鲁的Rio Blanco等为代表，成矿时代在中新世(20~6.5 Ma)；东侧以厄瓜多尔的Mirador、Panantza等为代表，成矿时代是中晚侏罗世(150~170 Ma)。
1.2 中安第斯段
1.2.1 秘鲁中北部(5°S~12°S之间)
该区存在一条长1200 km，宽50~100 km的斑岩型铜(金-钼)矿带，沿西科迪勒拉延伸，成矿时代为中新世-上新世(20~5 Ma)。该带著名的巨型斑岩铜(金-钼)矿床有Toromocho、EI Galeno、Minas Conga及矽卡岩型铜(金)矿床Antamina。
1.2.2 秘鲁南部(12°S~18°S之间)
该区存在3条斑岩铜矿带，沿海岸科迪勒拉延伸的以Zafranal、Almacen、Anita de Tibilos等为代表，带宽在30 km左右，成矿时代为晚侏罗世—早白垩世(160~100 Ma)；第二条带分布在14°S~16°S之间，成矿时代是始新世晚期—渐新世(40~20 Ma)，以Las Bambas、Tintaya、Chalcobamba等为代表；第三条带分布在16°S~18°S之间，成矿时代为古新世(62~50 Ma)，这是秘鲁最著名的铜矿集中区，象Cuajone、Quellaveco、Toquepala、Cerro Verde/Santa Rosa等巨型斑岩矿床都分布在这里。
1.2.3 秘鲁南部—智利中北部(含阿根廷西北部)(12°S~39°S之间)
这是安第斯带斑岩型铜(金-钼)矿床发现数量多、分布相对最集中、矿床规模达巨型数量也最多的地段，有5条斑岩铜矿带，以古新世—早始新世带、中始新世—早渐新世带和中新世—早上新世带最为重要。
(1) 成矿时代最老(250~292 Ma)的斑岩铜矿出现在二叠纪，沿智利和阿根廷西部边界分布(20°S~40°S)，矿床规模不大。
(2) 中生代晚期(100~160 Ma)的斑岩铜矿发育在13°S~34°S的海岸科迪勒拉，断续延长2300 km，带宽在30 km左右，该带以众多铁氧化物型Cu-Au矿床和曼陀型(Manto)铜矿床为主，主要有Raul-Condestable、Manto verde和Michilla、Mantos Blancos、El Soldado、Lo Aguirre等。
(3) 古新世—早始新世(45~65 Ma)的斑岩铜矿主要产于16°S~32°S，位于西科迪勒拉西侧斜坡，铜矿带平均宽度为30~50 km。该带最著名的矿床有秘鲁的Cerro Verde-Santa Rosa、Cuajone、Quellaveco、Toquepala及智利的Cerro Colorado、Spence矿床，以高Mo，低Au为特征。
(4) 中始新世—早渐新世(45~30 Ma)的斑岩铜矿带从秘鲁南部的13°30′S向南一直延伸到智利北部31°S，全长约2500 km，在秘鲁南部带宽约130 km，在智利北部变为30~50 km宽，而在24.6°S的阿根廷西北部该带宽约150 km。在秘鲁南部矿带位于东、西科迪勒拉之间的坳陷地带，矿化与Andahuaylas-Yauri钙碱性岩基有时空关联，典型矿床有Antapaccay、Coroccohuayco、Tintaya、Los Chancas和Cotabarnbas等；在智利北部，从20°S~26°S之间，该带长>1000 km，产于Domeyko科迪勒拉，斑岩铜矿床位于Domeyko断裂系统之上或附近，受该断裂体系控制明显[15-18]，典型矿床有Chuquicamata、Potrerillos、EI Salvador、Escondida、Quebrada Blanca、Zaldivar、Radomiro Tomic、EI Abra等。
(5) 中新世-早上新世(23~4 Ma)的斑岩铜矿带位于智利中部—阿根廷中部之间，可细分三个亚带：智利中部亚带位于32°S~35°S之间，沿主科迪勒拉延伸约400 km，矿床形成时代约12~4 Ma，主要矿床有Los Pelambres、Rio Blanco-Los Bronces和EI Teniente；Maricunga-El Indio亚带位于智利中部亚带北部，26°S~31°S之间，矿床形成时代约12~4 Ma，以斑岩铜金矿为主，如Cerro Casale等；Farallon Negro亚带位于阿根廷西北部的安第斯山脉前陆地带，24°S~26°S之间，矿床形成时代约10~5 Ma，以斑岩铜(金-钼)矿为主，如Bajo dela Alumbrera、Agua Rica和Los Pelambres-El Pachon等。
在中安第斯段，从秘鲁南部—智利中部斑岩型铜(金-钼)矿床分布看，铜矿带的成矿时代具有向东逐渐年轻的倾向，这可能是由于在大陆边缘受一系列长期大洋板块俯冲作用的影响[19~21]。
从安第斯带斑岩型铜(金-钼)矿床时空分布看，矿床成矿时代大体可分为6期，其中，晚古生代冈瓦纳造山旋回2期：二叠纪(300~250 Ma)和中晚侏罗世(175~145 Ma)；中—新生代安第斯造山旋回4期：早白垩世(140~100 Ma)、古新世—始新世(65~50 Ma)、始新世晚期—渐新世(43~31 Ma)和中新世中期—上新世(12~4 Ma)。冈瓦纳造山旋回的两期斑岩铜矿化规模都较小，分布局限，其中，二叠纪的斑岩铜矿仅发育在智利东部和阿根廷西北部[19]；中晚侏罗世的斑岩铜矿主要发育在厄瓜多尔和哥伦比亚一带。
安第斯造山旋回是该区斑岩型铜矿形成的主要时期，最主要的是始新世晚期-渐新世(43~31 Ma)和中新世中期—上新世(12~4 Ma)时期，主要产在中安第斯段，以秘鲁南部—智利中北部(含阿根廷西北部)为主。
1.3 南安第斯段
该段中—新生代火山-岩浆活动强度比中安第斯段相对较弱，岩性多偏基性，以玄武质或玄武安山质为主[10]。成矿作用也与中安第斯段存在较大差异，基本没有斑岩型矿床存在[12]，矿床类型以浅成低温热液型的金、银矿床和喷流沉积型(Sedex)Zn-Pb-Ba-Ag多金属矿床为主。
2. 安第斯带斑岩型铜矿床形成时期
安第斯带已知斑岩铜矿床的铜资源量为5.9亿吨(表 1)，其中，始新世—渐新世形成的斑岩铜矿为2.69亿吨，约占已发现铜资源量的45.4%，中新世—上新世形成的斑岩铜矿为1.949亿吨，约占已发现铜资源量的32.9%，这两期形成的斑岩铜矿占已发现的全部铜资源量的78.3%，表明始新世—渐新世、中新世—上新世是南美最主要的2个斑岩铜矿形成时期。
表 1 安第斯带各斑岩铜矿成矿期已发现的铜资源量Table 1. Copper resources discovered during the ore-forming period of various porphyry copper deposits in the Andes belt成矿时代 铜资源量(万吨) 占已发现资源量的比例 新生代 中新世—上新世 19490 32.9% 渐新世—中新世 5110 8.6% 始新世—渐新世 26900 45.4% 古新世—始新世 6500 11.0% 中生代 早白垩世 155 0.3% 中晚侏罗世 900 1.5% 古生代 二叠纪 200 0.3% 合计 59255 100% 资料来源：USGS Open-File Report 2008-1253[22] 3. 结论
南美安第斯带是全球斑岩型铜(金-钼)矿床赋存最丰富的地区，矿带呈线性多条带状分布，与安第斯造山带平行。秘鲁中南部—智利中北部(含阿根廷西北部)为安第斯带斑岩型铜(金-钼)矿床发现数量最多、分布最集中、矿床规模达巨型数量最多的地段。斑岩矿床成矿时代有晚古生代冈瓦纳造山旋回两期和中—新生代安第斯造山旋回4期，以始新世晚期—渐新世和中新世中期—上新世最为重要。
致谢: 文章图件由中国地质大学(北京)硕士研究生郑瑜林清绘完成，在此深表谢意。 -
图 1 闽中地区地质构造略图
Figure 1. Geological and structural sketch map of central Fujian Province
图 2 尤溪峰岩铅锌银矿区地质略图(据闽西队资料修改)
1-上侏罗统南园组; 2-下侏罗统梨山组; 3-新元古界东岩组1-3段; 4-新元古界大岭组; 5-花岗斑岩; 6-背斜及向斜; 7-矿体; 8-断层及编号; 9-角度不整合
Figure 2. Geological sketch map of the Fengyan Pb-Zn-Ag deposit in Youxi County
图 3 尤溪梅仙峰岩铅锌银矿区47线地质剖面(据闽西队资料修编)
J3n-上侏罗统南园组; J1l-下侏罗统梨山组; Pt3dy3, Pt3dy2, Pt3dy1-新元古界东岩组第三、二、一段; Pt3dl-新元古界大岭组; γ π-花岗斑岩; Ⅲ1, Ⅲ2, Ⅰ1, Ⅰ2, Ⅰ3, Ⅰ4-铅锌银矿体及编号
Figure 3. No. 47 geological profile of the Fengyan Pb-Zn-Ag deposit in Youxi County
图 4 闽中地区东岩组不同类型变质岩类SiO2-(Na2O +K2O)图解(图式据Le Maitre et al, 1989)
Figure 4. SiO2-(Na2O+K2O)diagram of various metamorphic rocks in the Dongyang Formation of central Fujian (After Le Maitre et al, 1989)
图 5 马面山群东岩组三角图解(图式据Pearce和Cann[9])
A区-岛弧拉斑玄武岩; B区-MORB、岛弧拉斑玄武岩和钙碱性玄武岩; C区-钙碱性玄武岩; D区-板内玄武岩
Figure 5. Ternary discrimination diagram of Dongyan Formation from Mamianshan Group
图 6 闽中东岩组绿片岩稀土配分模式图
Figure 6. Rare earth element abundances normalized to chondritic meteorite values against atomic number for greeschist of Dongyan Group
图 7 闽中地区东岩组绿片岩微量元素标准化蛛网图(图式据Pearce J A[10])
Figure 7. Normalized diagram of trace element concentrations for schist of Dongyan Group in central Fujian Province
图 9 梅仙峰岩及丁家山铅锌矿区铅同位素组成(图式据Doe和Zartman[11])
a-地幔演化线; b-造山带; c-上部地壳演化线; SK-两阶段演化线
Figure 9. Diagram of Pb stable isotope composition of Fengy an and Dingjiashan deposits
图 10 闽中梅仙峰岩铅锌矿矿石中单矿物稀土配分模式图
Figure 10. Rare earth element abundances normalized to chondritic meteorite values against atomic number for minerals in Fengyan deposit
图 11 闽中尤溪梅仙峰岩矿石金属矿物微量元素标准化蛛网图(图式据Pearce J A[10])
Figure 11. Normalized diagram of trace element concentrations for schist of metal minerals from Fengyan deposit
表 1 闽中东岩组变质火山岩化学成分
Table 1. Chemical compositions of the Dongyan metamorphic volcanic rocks in central Fujian Province
表 2 闽中东岩组变质火山岩稀土元素分析数据
Table 2. REE data of the Dongyan metamorphic volcanic rocks in central Fujian Province
表 3 闽中尤溪梅仙一带铅、硫同位素组成
Table 3. Pb and S stable isotopic compositions of Meixian deposit in Youxi County, central Fujian Province
表 4 闽中尤溪梅仙峰岩矿床矿石中金属矿物微量及稀土化学元素测试结果
Table 4. Trace element and REE data of the Fengyan deposit in Youxi County, central Fujian Province
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