大兴安岭东北部多宝山矿集区二道坎银铅锌矿床有机质特征及对成矿作用的影响

鲁涛，孙刚，袁茂文

1.黑龙江省第一地质勘查院，黑龙江 牡丹江 157011；2.中国地质大学 地球科学与资源学院，北京 100083

0 引言

大兴安岭成矿带作为中亚造山带东段重要的组成部分之一(图1a)，具有丰富的金、银、铜、铅、锌、稀土、钼、铁、石墨等金属--非金属资源，是中国最重要的16个金属--非金属成矿带之一[1]。在该成矿带西南部陆续发现了一系列(超)大型银铅锌多金属矿床，如孟恩陶勒盖银铅锌矿、查干布拉根银铅锌矿、额仁陶勒盖银铅锌矿、甲乌拉银铅锌矿、拜仁达坝银铅锌矿、维拉斯托银锡锌矿、白音诺尔铅锌银矿和超大型双尖子山银铅锌矿[2--8]。受古亚洲洋、蒙古—鄂霍茨克洋和古太平洋3大构造域的共同作用，大兴安岭地区中生代构造活动强烈、岩浆--成矿事件复杂，银铅锌矿找矿潜力极大[9]。

多宝山成矿带是大兴安岭东北部最大的金属成矿带之一，同时也是国家首批重点整装勘查区，极具找矿前景，备受关注[1]。在该带内已发现的矿床、矿(化)点多达50余处，包括多宝山铜矿[14]、铜山铜--钼矿[15]、争光金矿[16]、永新金矿[17]、上马场金矿[18]、科洛金矿[19]和三合屯金矿[20]等多个中型 --(超)大型金属矿床。2016年，黑龙江省地质调查研究总院在对多宝山成矿带星火公社—罕达气地区进行普查工作时，新发现一处大型银铅锌矿床，即本次研究的二道坎银铅锌矿床[21--22](图1c)。

作为多宝山成矿带内首个大型银铅锌矿床，其发现填补了多宝山成矿带内独立银矿床的空白[21]，具有重要的研究价值。前人主要在以下方面开展了研究：徐文喜等[1]初步研究矿床的地质特征并划分了成矿阶段，认为该矿床为典型的浅成低温热液型矿床；刘国卿[21]通过矿石手标本和显微镜下薄片鉴定，识别出矿床中发育自然银、辉银矿及深红银矿等含银矿物，对银的赋存状态进行了初步研究；袁茂文[23]则重点研究了天然沥青的主要组成、结构属性，探讨了天然沥青参与成矿的过程。该矿床中发现的有机质引起了本课题组的注意，矿石及围岩中的有机质含量与特征、有机质参与成矿过程及对银的富集作用等问题尚未开展系统研究。笔者在详细的野外工作基础上，对矿床地质特征、矿石矿物特征及围岩蚀变特征等进行了系统研究，并结合前人的研究成果，进一步探讨了有机质对二道坎银铅锌矿床成矿作用的影响。

1 矿床地质特征

二道坎银铅锌矿床位于大兴安岭成矿带东北部多宝山成矿带内，兴安地块与松嫩地块拼合带附近(图1b)。矿区内出露的地层主要为：上奥陶统裸河组(O3l)地层，上部岩性为板岩、粉砂岩、砂岩、砂砾岩，下部岩性为凝灰砂岩夹英安岩、含铁砂岩、杂色砾岩；上志留统—中泥盆统泥鳅河组(S3D2n)地层，岩性主要为长石杂砂岩、岩屑砂岩、细砂粉砂岩、碳质泥岩和灰岩等，岩石较破碎；下白垩统光华组(K1gn)地层，主要包括一套中酸性火山岩及火山碎屑岩；第四系(Q)(图2)。其中泥鳅河组碳质泥岩及灰岩中富含有机质，且是二道坎银铅锌矿的直接赋矿围岩，与成矿关系较为密切[22--23]。

矿区内断裂构造极其发育，以NE向和NW向为主，其中NE向构造为区域性大断裂，控制着区域地层的分布，而NW向构造控制着矿体的走向[1,22--23]。古生界、中生界和新生界构造层、变质作用、构造形变及成矿作用具有明显的旋回性，地层分布明显受构造控制。从区域上看，NE向构造控制着中生代地层的展布，数条NE向断裂及放射状火山构造裂隙，为银多金属矿的沉淀提供了成矿空间。NW向构造主要分布在沟谷地带，断裂多为张性，走向280°～300°，控制着矿体的整体走向，其与NE向构造交汇处为银多金属矿体的主要赋存部位。

1.晚三叠世—第四系火山碎屑岩；2.晚二叠世—早三叠世安山岩、砂岩及粉砂岩；3.印支期花岗岩体；4.地质界线；5.断层；6.典型矿床；7.河流；8.地名。图1 区域地质简图: 中亚造山带[10--11](a), 大兴安岭地区[12](b), 多宝山成矿带[13](c)Fig.1 Regional geological schematic map: central Asian orogenic belt(a), Great Xing’an Range(b), Duobaoshan metallogenic belt(c)

矿区内目前共发现两条银铅锌矿体(Ⅰ、Ⅱ号矿体)，均产于北西向构造破碎带内(图2)。其中Ⅰ号银铅锌矿体延长约321 m，延深约114 m，厚0.6～29.9 m，倾角87°±，矿体呈上宽下窄的脉状。矿石银平均品位>500 g/t，最高可达10 940 g/t，同时伴生有铅锌锰矿(铅+锌平均品位1.01%，锰平均品位8.82%)。矿体主要赋存于构造角砾岩中，原岩为上志留统—中泥盆统泥鳅河组浅海相沉积岩，且岩石已遭受强烈变质。地表矿石以强硅化、赤铁矿--褐铁矿化为主要特征，局部可见硫化物流失孔洞和团块；硅化呈脉状、团块状分布；褐铁矿化呈薄膜状、浸染状分布。Ⅱ号矿体位于Ⅰ号矿体北西侧，两者产状一致，且矿石类型相似。Ⅱ号矿体长约220 m，延深约140 m，厚1.2～27.5 m，目前两端未见封闭。矿石银平均品位为566.7 g/t，最高达6 704 g/t，同时伴生铅锌锰，平均品位分别达1.11%和7.56%。

1.第四系；2.下白垩统光华组；3.上志留统—中泥盆统泥鳅河组；4.上奥陶统裸河组；5.矿体及勘探线；6.断层；7.钻孔位置及编号。图2 二道坎银铅锌矿床矿区地质简图(a)及328勘探线剖面图(b)Fig.2 Geological sketch map(a) and section along No.328 exploration line(b) in Erdaokan Ag--Pb--Zn deposit

矿石类型主要为构造角砾岩型矿石(图3)，主要由角砾和胶结物组成；角砾多呈棱角状，大小一般为2～6 mm，少数为0.5～2 mm，角砾成分主要为石英角砾和少量碳酸盐岩角砾，石英多具明显的波状消光，内部多含有细小矿物的包裹体而显浑浊；碳酸盐岩角砾主要是亮晶方解石，大小一般为0.5～2.2 mm，个别碳酸盐矿物中包裹着一些黄铁矿。充填在角砾之间的填隙物主要是硅质、碳酸盐矿物、褐铁矿和沥青等；硅质主要是隐--微晶燧石和粒状石英，碳酸盐矿物多呈微晶状或土状集合体，表面较混浊，分布不均匀，褐铁矿呈黄褐色，半透明或者不透明，多呈集合体状分布，另外还包括一些不透明矿物如黄铁矿、白铁矿、方铅矿和深红银矿等；矿石中有机质含量较高，可见大量沥青分布在金属矿物附近，与矿石矿物共生。

矿石矿物主要有方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、磁铁矿、深红银矿、辉银矿、黝铜矿、赤铁矿、菱铁矿、菱锰矿、褐铁矿及铁白云石等。矿石结构主要有他形粒状结构、半自形--他形结构、自形--半自形结构、胶体结构、交代溶蚀结构、包含结构和填隙结构等。矿石构造主要为角砾状构造，少量为条带状构造、星散状构造、稀疏浸染状构造、浸染状构造、细脉状构造、团块状构造和块状构造。矿体顶、底板围岩均有不同程度的黄铁矿化、方铅矿化、闪锌矿化和磁铁矿化。自矿体向外，围岩蚀变由热液角砾岩带逐渐向强黄铁绢英岩化--碳酸盐化带、弱黄铁绢英岩化--碳酸盐化带、青盘岩化带(碳酸盐化--绿泥石化带)过渡。

2 矿石中的有机质

通过野外及室内研究发现矿石中含有丰富的有机质，多为产在矿石胶结物中的沥青，并与金属矿物共生。有机质抽提结果显示矿石中富含大量的饱和烃、芳香烃和杂环烃类[23]。矿石中的沥青呈深黑色，具油脂光泽，以条带状、脉状及块状、球粒状分布于石英脉、硅质胶结物、石英晶洞及各类矿物粒间裂隙中，粒径最大可达1 cm(图4)。部分沥青单颗粒呈现极好的圆球状，但大部分沥青呈不规则片状、粒状产出。沥青与石英、菱锰矿、方解石、黄铁矿、方铅矿和闪锌矿等矿物密切共生，分布在角砾岩型矿石的硅质胶结物中，部分沥青细脉还穿切围岩角砾。显微镜下观察沥青呈棕黑色，常见碎裂状沥青分布在石英、菱铁矿、方解石脉中，另外沥青内部也常含方铅矿、黄铁矿等金属矿物。脉状沥青除了穿切角砾外，还可见其穿切含黄铁矿的早期石英脉。部分沥青呈流动构造的次圆形，显示其形成之初为液态。能谱测试结果显示，二道坎银铅锌矿床中的沥青主要由C、O、S等元素组成(H无法被能谱检测)，以C、H、S为主，其中有机碳含量>90%，S含量>3.88%[23]。傅立叶红外光谱数据显示沥青富含烷烃类物质而不存在烯烃、炔烃等不饱和烃类，另外，还含有部分芳香烃及杂环烃类化合物[23]。

Qz.石英; Sd.菱铁矿; Py.黄铁矿; Bt.沥青; Rds.菱锰矿; Gn.方铅矿。图3 二道坎银铅锌矿床典型矿石标本照片Fig.3 Typical ore sample photos in Erdaokan Ag--Pb--Zn deposit

Bt.沥青; Gn.方铅矿。图4 二道坎银铅锌矿床矿石中沥青的赋存状态Fig.4 Occurrence of bitumen in ores in Erdaokan Ag--Pb--Zn deposit

综合来看，二道坎银铅锌矿床中的矿石富含有机质，这些有机质最终以沥青的形式被保留在矿石中。沥青主要由烷烃类、芳香烃类及其他杂环化合物构成，主要由C、H、O、S等元素组成，其与方铅矿、闪锌矿、黄铁矿及各类含银矿物密切共生，显示与成矿作用关系密切。

3 围岩中的有机质

除二道坎银铅锌矿床的矿石中可见大量沥青外，矿体附近的围岩中也富含有机组分。上志留统—中泥盆统泥鳅河组是矿区内出露面积最多的沉积地层，该套岩石中的碳质泥岩及灰岩具有丰富的有机质，前人研究显示这些有机质可能是矿石中沥青的潜在来源[23]。显微镜下观察显示灰岩整体发生碳酸盐化作用，生物碎屑和填隙物部分发生强烈重结晶，岩石主要由原岩残留的生物碎屑和填隙物组成。推测灰岩原岩中生物含量应该较高，但发生强烈碳酸盐化作用之后部分生物碎屑表面发生强烈重结晶而表面结构模糊，局部可见一些保留较完好的生物碎屑，残留的生物碎屑主要是棘皮类和腕足类，棘皮类生物碎屑主要是海百合茎横切面和纵切面，碎屑多呈近圆形、长条形或不规则状，碎屑大小一般为0.3～2 mm，表面被单晶方解石交代，少数可见紧密的网格状突起；腕足类可见近圆形纵切面和其他破碎状碎屑，大小一般为0.5～2.5 mm，壳体被亮晶方解石交代具层纤结构；充填在生物碎屑之间的填隙物主要是碳酸盐矿物，多呈他形晶粒状，晶体大小一般为0.06～2 mm，多数发育解理和聚片双晶；局部可见方解石脉，脉宽1～2 mm，脉状矿物主要是亮晶方解石集合体。灰岩有机碳含量测试结果显示达0.77%，而有机质抽提实验结果显示其重量为0.001 36～0.002 44 g，具有丰富的有机质含量。

碳质泥岩则主要由泥质、绢云母、石英、碳酸盐矿物、褐铁矿和显微裂隙组成。泥质呈浅褐色土状，表面较浑浊，部分泥质已发生蚀变转变为绢云母；绢云母呈鳞片状，片径<0.05 mm，多数同泥质混杂分布；石英呈他形粒状，粒径<0.1 mm，石英表面干净无色，零星分布；碳酸盐矿物呈泥晶--微晶状，表面呈浅黄色，较浑浊，多同泥质混杂分布；褐铁矿呈浅褐色土状，多数分布于不透明矿物边缘，或同泥质混杂分布；不透明矿物主要为碳质和铁质矿物，碳质多呈粉末状，黑色不透明，多呈纹层状分布；铁质主要是磁铁矿和少量黄铁矿，磁铁矿呈他形粒状，大小一般<0.2 mm，黄铁矿多呈他形--半自形粒状，少量呈粒状集合体分布，粒径为0.1～0.3 mm；不透明矿物中见少量的沥青质，呈他形粒状，多<0.3 mm。碳质泥岩的有机碳含量测试结果显示为3.17%～3.37%，为富有机质的岩石，具有较好的生烃潜力。另外选取了5件碳质泥岩样品进行有机质抽提，结果显示其重量与灰岩相近，为0.001 27～0.003 20 g[23]。可以看出，二道坎银铅锌矿床中碳质泥岩及灰岩中的有机质均十分丰富，远超过了中国海相碳酸盐生油岩标准，具有成为烃源岩的潜力。这些灰岩及碳质泥岩为二道坎银铅锌矿床中沥青的形成提供了重要的物质保障。

4 含有机质围岩对成矿作用的贡献

针对有机质与成矿作用关系的研究由来已久，从沉积型金属矿床到热液型金属矿床，有机质在成矿过程中总是扮演着重要的角色。早在19世纪80年代，Koenig et al.就已经报导了自然银与碳氢化合物共存的现象[24]；1934年，Ellsworth[25]又在安大略湖Thunder Bay地区的银矿脉中发现了大量的沥青存在。挪威Kongsberg市富有机质铜页岩中也存在大量沥青与自然银共生的现象，这些沥青还常常被作为该地区寻找银的标志物[26]。这些发现较好地证明了有机质在金属成矿作用过程中发挥着重要作用。密西西比河谷型铅锌矿床(MVT)是有机质参与金属成矿的最典型例子[27]。前人研究表明，盆地卤水是MVT型铅锌矿床成矿流体的主要来源，而矿床中的金属则主要来源于盆地内的沉积地层或基底岩石[28]。盆地卤水与含油气流体的混合是MVT铅锌矿成矿的关键机制，混合过程中有机质参与硫酸盐热化学反应产生大量的硫化氢气体，这些硫化氢对矿石矿物的沉淀析出有很大帮助[29--30]。

除了沉积型金属矿床外，在许多岩浆热液型金属矿床中也常见到有机质参与成矿作用的现象。大量资料表明，大型--超大型斑岩铜矿的顶板及周边围岩中普遍存在暗色--黑色还原性含碳质地层，而且同一地区不同时代斑岩铜矿往往临近同一含碳质地层，显示一定的层控性[31--34]。李延河等[35]通过总结前人研究成果，结合美国宾厄姆斑岩铜矿、西藏甲玛斑岩铜矿、云南普朗斑岩铜矿及江西德兴斑岩铜矿等矿床实地情况，认为含碳质围岩中有机组分的加入可能是引发斑岩成矿系统氧化--还原转换和矿质沉淀的关键。通过对比发现在岩浆阶段，有机组分的加入会造成岩浆还原，形成“还原型斑岩”，易导致成矿物质分散--迁移；在热液阶段加入，有机质的还原性则对金属沉淀析出十分有利[31]。综合来看，有机质的还原性是促进金属沉淀的关键因素。在许多金属矿床中，当成矿热液的温度较高时(>100℃)，有机质充当还原剂，以热化学反应的形式还原硫酸盐，生成硫化氢[36--37]。含矿热液中的金属组分与硫化氢中的还原硫结合生成金属硫化物，这一过程是金属沉淀的主要机制[37]。

二道坎银铅锌矿床中含有大量的硫化物，如方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、深红银矿、辉银矿、黝铜矿等，推断为有机质参与的硫酸盐热化学还原作用下产出的硫化物。生物标志物测试结果显示矿石中沥青内部残留了大量的S，而角鲨烷、硫芴的出现也验证了在成矿作用过程中大量含硫组分、硫化氢的存在，暗示了硫酸盐热化学还原作用的发生[22--23]。微量元素等测试结果也显示成矿热液与有机质存在明显地相互反应。沥青作为有机质热演化的产物缺少烃源岩中原本较为丰富的K、Na、Mg、Al、Ca等元素，而富集成矿元素如Ag、Cu、Pb、Zn、Sb、As等。沥青中Ag含量高达13.95×10-6，Pb高达553×10-6，Zn高达195×10-6，Mn高达1 020×10-6，Ag、Pb、Zn及Mn等成矿元素的大量富集说明了沥青的形成受成矿热液的影响，两者之间进行了充分的物质交换[23]。另外，矿石中黄铁矿、方铅矿的硫同位素测试结果也显示，部分硫化物硫同位素值在+10‰以上，这与硫酸根发生硫酸盐还原作用时的硫同位素值具有较好的一致性[22]。

综合上述分析笔者推测，在二道坎银铅锌矿床中富含金属的成矿流体沿着构造薄弱地带向上迁移，在近地表位置与富含有机质的围岩接触，发生硫酸盐热化学还原作用，产生了大量的硫化氢气体，这些硫化氢气体部分被排到大气中，部分与金属发生反应形成金属硫化物沉淀，部分参与碳氢化合物的有机反应产生大量的杂环烃类，如角鲨烷和硫芴等。

5 结论

(1)二道坎银铅锌矿床中的有机质主要为沥青，由烷烃类、芳香烃类及其他杂环化合物构成。

(2)二道坎银铅锌矿床的赋矿围岩泥鳅河组碳质泥岩和灰岩是有机碳的主要来源，为沥青的形成提供了充足的物质保障。

(3)在有机质的热演化过程中，硫酸盐热化学还原作用应是二道坎银铅锌矿床成矿的重要机制。矿区内的含碳质围岩对成矿具有重要作用，其出现对该类型矿床找矿勘探工作有一定的指示作用。