张智慧1，2 翟东旭2 张旭2 涂恩照2
(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院;2.河南省有色金属地质矿产局第三地质大队)
在国际石油界流传着这样一句话:“通常，在新的地区用老的概念可以找到石油，在老的地区用新的概念也能找到石油，然而，在老的地区用老的概念却很难找到石油”。水洞岭矿区就印证了这句话，水洞岭矿区开采历史悠久，至今多处尚存明清时代开矿和炼银遗址，1954年、1970年，中南地质队和中南冶金601队动用地表工程，认为该区地表矿体规模不大，品位低，往深部无变化趋势，属裂隙充填型矿床而被放弃。1990年，河南省有色金属地质矿产局第三地质大队对水洞岭矿区进行进一步评价，在地表圈出8个蚀变带，1996年对矿区向斜北翼V号及南翼Ⅷ号蚀变带160m以浅进行了钻探验证，发现了厚大的似层状铜锌矿体，提交铜铅锌(C+D+E)金属量13多万吨。1994年南京大学地球科学系秦岭-台缘区带课题组对水洞岭矿区进行了研究，认为该矿床属于块状硫化物类矿床黑矿型，据此1998年对V号矿体东部7～15线施工了3个浅钻，均发现了隐伏的块状硫化物铜锌矿体，矿体厚6m，矿化带厚40余米。
经过后期造山运动，水洞岭现状为倒转向斜，向斜核部即为喷流中心，在后期工作中发现了裂留的古火山口及在其附近分布的饼状激电异常。水洞岭矿区四周(向斜翼部下)布满了探矿权，在红石崖浅部也发现100多米厚的铜锌矿化带。以成矿理论、成矿系统为指导，对区内矿权整合后进行外围及深部整装勘查，有望发现大型以上铜锌矿床。
一、区域地质背景
本区所处大地构造位置隶属秦岭-大别碰撞带东秦岭构造亚带。该区域在青白口纪以前为古海洋环境，从青白口纪开始，洋壳开始向秦岭-大别地块俯冲，发生了形成秦岭-大别碰撞带的第一次重要的构造作用。三叠纪晚期，秦岭-大别碰撞带最后完成碰撞、拼合。碰撞带内及其两侧的边缘残余海完全消失，区内除在秦岭商丹—商南—信阳—舒城出露一套完整的蛇绿岩套外，还分布着大量岩浆岩和变质岩(万天丰，2004)。在后期中朝板块和扬子板块的共同作用下，在秦岭地块边缘形成了一系列的火山岛弧区(图1)。
二、矿区地质特征
(一)地层
水洞岭矿区内出露地层主要为二郎坪群火神庙组海相火山沉积岩。其岩性为细碧质熔岩、角斑岩、石英角斑岩及相应的凝灰岩，局部地方可见含角砾的角斑质-石英角斑质凝灰岩，以及热水沉积硅质岩、重晶石硅质岩、硅质重晶石岩、重晶石岩等，同时区内还具有次火山岩石英钠长斑岩、钠长斑岩、辉绿玢岩等分布。火山岩出露比较齐全，且分布具一定规律，由边部—中心，岩性以基性—中酸性—酸性，分异作用比较明显，且各主要岩层围绕矿区中部呈半环状分布，据统计，基性熔岩105m，占火山岩总厚度的9.4%，中酸性熔岩257m，占22.9%，酸性熔岩247m，占22.0%，而火山碎屑岩为511.45m，占45.6%。矿区火山岩岩石化学特征和岩石化学成分见表1。
图1 北秦岭区域地质简图及主要矿床分布图
从岩石化学成分可以看出:该地区火山岩分异比较完全，基-酸性火山岩均有分布。SiO2随岩石基→酸性而逐渐增加，从标准矿物组合来看，基性岩多为硅过饱和类型(出现Q分子，石英)，少量为硅极度不饱和类型(出现Ne分子)，中酸→酸性火山岩均为硅过饱和类型。从主要氧化物Al2O3、CaO、Na2O及K2O来看，多数基性岩(包括次火山岩)为正常类型，即CaO+Na2O+K2O>Al2O3>Na2O+K2O，而中酸性的角斑岩-石英角斑岩大多为铝过饱和类型(出现刚玉C分子)，即Al2O3>Ca2O+Na2O+K2O，只有少量为正常类型。
该地区火山岩相对富碱，Na2O+K2O变化于3.38%～6.44%之间，里特曼指数δ:基性岩部分大于3.5，部分小于1.8，中酸性-酸性火山岩均小于1.8，为钙碱性-碱性系列。本区火山岩还相对富钠，Na2O/K2O均大于1，最高可达20.56，多数集中在2.0～5之间，在SiO2与K2O/(Na2O+K2O)图解(图2)上，多数为钠质系列，其次为常系列，少量为钾质系列。
(二)构造
矿区内构造形迹比较复杂，地层总体走向为向南东凸起，向北西撒开的弧形，矿区则位于青山复式向斜转折端仰起部位，南翼为正常层，北翼倒转。中国有色金属工业总公司矿产地质研究院根据海相火山岩沉积成矿模式(多数Cu、Pb、Zn矿体位于重晶石层下部)，通过含矿层及上下盘围岩矿物组合观察入手，结合岩石蚀变情况(矿体下盘蚀变较强，常形成无长石带，而上层蚀变相对较弱，至多形成残斑片岩)，发现Ⅳ、Ⅴ矿化体为倒转层，它们和红石崖地段、桑树坪地段构成了一个较大的老胡家向斜(从激电异常ηS=14%的走向也可以看出这一点)，Ⅱ(Ⅲ)为正常层，Ⅰ为倒转层，它们构成了一个和老胡家向斜同级但规模较小的上沟向斜(图3)。Ⅲ-Ⅳ矿(化)体之间为一背斜，凝灰岩中含有较多的熔岩，地表球状风化形成圆球形的角砾状凸出物。
表1 二郎坪群海相火山岩岩石化学成分及特征值一览表
注: 1 ～ 6 资料来源为中国有色金属总公司矿产地质研究院，1995; 7 ～ 12 资料来源为河南有色地研所，1993。
图2水洞岭矿区火山岩岩石化学图解
图3 水洞岭铜锌矿区构造剖面示意图
据河南有色地研所遥感影像解译，在水洞岭破火山口构造内存在有3个火山喷发中心，并推测水洞岭-桑树坪矿区的火山喷发中心在老胡家。该处地表的石英角斑凝灰岩中有较多的含黑电气的石英脉，并具较强的褐铁矿化，地表中出露的圆形产出的钠长斑岩，显示出该处深部热液活动较强的信息。
三、矿床特征
(一)矿床特征
水洞岭块状硫化物矿床位于水洞岭火山洼地内，矿体以老胡家古火山口为中心呈弧形分布(图4)。
图4 水洞岭矿区地质略图
矿床划分为南北2个矿段，北部为水洞岭矿段落，南部为曾家庄矿段。水洞岭矿段由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ6个矿体组成，矿体地表控制长度约220～720m，宽约1.2～9.9m，控制延深160m;曾家庄矿段由Ⅶ、Ⅷ2个矿体组成，地表出露长度分别为800m和1200m，宽约2.2～6.5m，控制延深130m。
水洞岭铜锌矿床中的矿体，沿青山复式向斜呈半环状分布，矿体均分布于石英角斑凝灰岩火山岩地层中。主要矿体赋存在石英角斑岩与石英角斑凝灰岩接触部位的重晶石层下盘，包括重晶石岩层本身、硅质岩层及含重晶石的石英角斑凝灰岩中，目前已圈出8条具一定规模的矿化体。
矿体在平面上多层产出，沿走向矿体连续性较好，略具舒缓波状，矿体在剖面具多层性，矿体沿倾斜方向呈层状向下延伸。矿体在走向和倾向均有分支复合现象。富矿体具块状构造，贫矿体具细脉浸染状构造，细脉浸染状矿体位于块状矿体下部。
(二)含矿岩石组合及岩性特征
根据地表、坑道及部分钻孔所采集的大量矿石样品镜下鉴定表明，本矿区含矿岩性主要为热水沉积硅质岩、重晶石岩、无长石带的石英角斑凝灰岩及凝灰质热火沉积岩类，是火山喷发末期和间隙期的产物。由此可见本矿区的含矿岩石组合为石英角斑凝灰岩—硅质岩—重晶石岩(图5)。
图5 水洞岭矿区7勘探线剖面
通过所有矿(化)体含矿岩性研究，水洞铜铅锌矿区含矿岩性大致具如下规律:从下至上依次为:无长石带的绢云母石英片岩—绿泥绢云母化硅质岩—重晶石硅质岩—硅质重晶石岩—重晶石岩，上盘则为蚀变较弱的绢云母石英残斑片岩或变石英角斑凝灰岩。从蚀变情况来看，下盘蚀变较强，上盘蚀变较弱或无蚀变，这和海相火山沉积型矿床是一致的。
(三)矿石特征
矿区内矿石构造主要有以下几种:
块状构造:由闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿、方铅矿等金属矿物组合，含量约在50%以上，主要含矿岩石为硅质重晶石，凝灰质重晶石岩，重晶石岩等。
浸染状-条带状构造:金属矿物以黄铁矿为主，而黄铜矿、闪锌矿(方铅矿)相对较少，浸染状矿石中黄铜矿、闪锌矿均小于1%，条带状矿含量稍高一些，主要矿体围岩为绿泥绢云母石英片岩及部分重晶石硅质岩、硅质重晶石岩、绢云石英残斑片岩等。
细脉状-脉状构造:金属矿物以黄铁矿为主，其次为闪锌矿，而黄铜矿、方铅矿相对较少，伴随矿化具硅化、绢云母化、重晶石化、绿泥石化等，主要沿岩石片理，部分切割片理充填交代，其含矿岩性比较复杂，包括硅质岩、石英重晶石岩、残斑片岩。
镜下特征表明:黄铁矿大多呈自形粒状，粒度大小不一，小的仅0.07mm，大的可达6mm，黄铜矿、闪锌矿等往往呈他形粒状、长条脉状等。在其相互关系中可见乳浊状结构(黄铜矿呈微粒细小乳滴分泌物弱定向分布于闪锌矿中)、溶浊结构等。
(四)近矿围岩蚀变及其分带特征
本区近矿围岩主要为石英角斑凝灰岩及热水沉积硅质岩、重晶石岩等，通过镜下20多片薄片观察，近矿围岩蚀变主要包括硅化、绢云母化、绿泥石化、重晶石化、碳酸盐化、金云母化及少量的钠长石化。实际上含矿带内大量分布的重晶石，包括浸染状、条带状及块状，并不是蚀变产物，和硅质岩一样，是火山期后的喷流沉积岩。
在勘查过程中发现矿区内近矿围岩在剖面上的蚀变分带特征(图6):矿体下盘蚀变较强，为绢云母化-硅化强蚀变的无长石带，矿体上盘蚀变较弱，多为区域变质形成的硅化-绢云母化带，矿体内多为硅化-重晶石化-浅色绿泥石化带。在剖面上，往深部绿泥石化蚀变增强对应着深部铜矿体变富。
图6 水洞岭矿区11号勘探线剖面
四、矿床成因
水洞岭铜锌矿床成因为海相火山沉积块状硫化物矿床，其依据如下:
(1)矿区位于洋块向陆块俯冲消失后陆陆碰撞缝合带上，在该区形成了一个狭长的古火山洼地，古火山口在火山洼地中呈线状排列(据区内遥感资料)，区域内的矿(床)点和古火山口在空间上具很强的相关性。
(2)矿体的分布与区域内细碧角斑岩系连续分异建造的酸性岩石组合及硅岩、重晶石岩关系密切，含矿岩石组合为石英角斑凝灰岩—硅质岩—重晶石岩，具有特定的层位和特有的火山沉积岩石组合。
(3)矿体呈层状、似层状赋存于重晶石化石英角斑凝灰岩层中，矿石具有明显的火山-喷流沉积成因的构造特征，如沉积的浸染条带状、层纹条带状及由分选作用形成的不等粒(级)递变层理构造、挤压变形的揉皱构造等。
(4)据前人测定的硫同位素资料表明:块状、浸染条带状黄铁矿的δ34S为3.8‰～6.7‰，平均5.5(图7)，显示出海相火山岩型矿床特有的海水硫+幔源硫混合硫特征，而脉状矿石中δ34S为12‰～16.1‰，明显的和地层硫关系密切，显示改造成因特征。
(5)矿石铅同位素特征表明:矿体内同位素组成是非常均一的，变化率仅0.22%，在铅构造模式图上(图8)，落在地幔与造山带之间，反映其源区以地幔铅为主，并混有造山带、下地壳铅的特征，表明其物质主要来源于火山喷发。
图7 硫同位素直方图(据河南有色地研所，1993)
图8 水洞岭矿区矿石铅同位素分布图(据中国有色金属总公司矿产地质研究院，1995)
(6)包裹体特征及成矿温度
重晶石是矿区内与矿化有关的主要围岩脉石矿物，不同矿体不同深度矿石中的重晶石及少量与脉状矿有关的石英进行的包裹体特征观察及均一温度测试结果见表2。
表2 水洞岭重晶石包裹体特征及均一温度
注:A为纯液态包裹体;B为液态包裹体;资料来源为中国有色金属总公司矿产地质研究院，1995。
重晶石样品中以纯液态包裹体为主，面状分布，扁圆状，一般均小于3μ，部分为液态包裹体，零星分布，扁圆状—不规则状，一般5～10μ，个别可达15μ，气相比为5%～10%，个别达15%。从所测的均一温度来看，温度变化于118～273℃之间，平均温度为170～207℃，其中I号矿体为184℃，Ⅱ号为204℃，Ⅴ号为193℃，Ⅷ号为200℃，从横向上、纵向(深度)上均无大的变化，属中偏低温的火山喷流沉积矿床(中国有色金属总公司矿产地质研究院，1995)。
综上所述，从区域构造位置、矿区矿体产出状态、含矿岩系特征、围岩蚀变、矿石结构构造特征、成矿物质来源、成矿温度及成矿作用和黑矿型矿床的特征是一致的。
五、成矿规律
层位控制:该矿床产于下古生界二郎坪群火神庙组海底火山岩系中。在秦岭碰撞带绿岩建造凹陷内已发现有多处铜铅锌矿(床)点。
岩性控制:水洞岭锌多金属矿床的矿体均赋存于石英角斑凝灰岩中，具明显的重晶石化蚀变。
构造控矿:水洞岭矿床矿体受古火山口构造控制，其分布沿古火山口构造呈半圆状分布。
六、整装勘查找矿潜力分析
(一)成矿系统分析
海底喷流块状硫化矿床多发育在大陆内部裂谷阶段或被动大陆边缘断陷环境，在中国主要分布在下扬子坳陷带、华南褶皱系和秦岭褶皱系的西端(王之田，1993)。该矿床类型成矿时代主要为元古代—古生代，主要形成大型、超大型矿床。
水洞岭块状硫化物铜锌矿床也经历了海底火山喷流沉积，发育喷流沉积的碳硅质岩和重晶石层。而后在秦岭造山过程中发生强烈褶皱，形成以喷流中心为核部的倒转向斜。其成矿系统如图9所示。
(二)水洞岭矿区深部找矿勘查方法分析
水洞矿区经过1∶5000和1∶10000物探激电扫面工作，共圈出激电异常10处，异常总体上呈内外2个异常带环状分布。
第一异常带位于水洞岭—红石崖—小簸箕沟之间，异常带总长度大于3000m，其形态完整，分布范围与地表矿化体(带)基本吻合。该异常带由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ号异常组成，其中Ⅰ号异常激电中心位于水洞岭附近，东西长650m，南北宽200m，视极化率ηS一般为9%～15%，最高达22%;Ⅱ号异常带位于矿区北部，东西长450m，南北宽50～200m，极化率ηS一般为7%～13%;V号异常位于红石崖附近，长1000m，宽100～200m，视极化率ηS一般为9%～11%。
Ⅰ、Ⅱ号异常经1992年、1996年钻孔浅部验证，地层赋存硫化物矿体，见细脉浸染状铜、铅、锌矿，最大穿矿厚度达18.93m，块状铜铅锌矿最大厚度达6.88m，最高品位铜2.00%、铅5.30%、锌36.79%。Ⅳ号异常带的Ⅷ号矿体，矿体最大厚度8m，最高品位铜4.4%、铅1.1%、锌41%。Ⅴ号异常经1992年深部验证亦有矿化显示。
第二异常带位于水洞岭矿区外围，由Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ号异常组成，其中Ⅵ号异常位于河南—沙古堆一带与YM94号航磁异常相吻合。Ⅵ号异常东西长1600m，宽60～150m，视极化率ηS一般为8%～11%。异常所处位置地表被第四系河床沙、砾石及粘土所覆盖，仅东部有基岩出露，探槽内可见铜矿化和磁铁矿化，铜品位0.24%～0.6%，TFe品位15.63%～21.66%。
另外在老胡家大向斜核部地表具有较好的饼状异常，异常中心值ηS=14%。该异常带地表具有7～8m厚的黄铁矿化、黄铜矿化、闪锌矿化层，围岩为重晶石化石英角斑凝灰岩，该处更靠近老胡家“喷流成矿中心”。因此在各异常带所处位置深部(包括老胡家大向斜核部)寻找块状硫化物矿体具有较大的前景。
图9 成矿模式图
图10 水洞岭矿床Ⅴ号矿化蚀变带铅同位素分布图
(三)已发现矿体深部矿化前景预测
水洞岭区段目前共发现有8条主要含重晶石铅锌矿化带。根据矿化带样品是否落在矿石铅圈内，近矿围岩是否同化，即与矿化带铅同位素接近的程度，可判别矿化的强度。
Ⅴ号矿化带有4个铁帽样落在矿区矿石铅圈内，另有4个铁帽样落在圈外(图10);除1个黄铁矿单矿物样，其他的矿石样均落在圈内;2个近矿围岩的铅同位素与矿石铅接近。这些特征表明Ⅴ号矿化带找矿远景较好。
Ⅴ号矿化带地表铁帽样铅同位素由北东往南西沿走向呈高值→低值→高值→低值的规律性变化(图11)，显示矿化是不均匀的;4线至5线之间铅同位素比值呈低值分布，指示矿化较好;8线以东、7线附近，铅同位素呈高值分布，指示矿化较差;但由7线往西至11线，铅同位素比值又降低，暗示矿化转好(中国有色金属总公司矿产地质研究院，1995)。
图11 水洞岭矿床V号矿化体地表走向铅同位素变异图
河南省有色金属地质矿产局第三地质大队1998年对Ⅴ号矿化带进行了验证，在7～19线发现了隐伏的铜锌矿体，控制矿体延伸200m，提交了铜铅锌金属量(C+D)量6.37万t。
通过验证说明水洞岭铅同位素找矿具有较好的可靠性。从其他Ⅰ-Ⅳ号矿化带铅同位素数据可预测:Ⅳ号矿化带深部矿化较好，其次为Ⅱ号，而Ⅲ、Ⅰ矿化带深部矿化较差。
(四)整装勘查思路
以成矿理论和成矿系统为指导，辅以物探和铅同位素测量方法，寻找喷流中心，对水深岭矿区中深部及盆地周边施工钻探，在水洞岭火山洼地有望发现大型以上的VHMS型铜锌矿床，实现秦岭东段找铜的重大突破。
参考文献
河南有色地质三队.1997.河南省南召县水洞岭铜铅锌矿区普查地质报告(内部资料).
河南有色地质三队.1998.河南省南召县水洞岭铜铅锌矿区水洞岭矿段V号矿体(7-19线)详报告(内部资料).
河南有色地质矿产局.2003.河南省内乡-南召地区银铅锌矿评价报告(内部资料).
中国有色金属总公司河南地勘局.1994.北秦岭造山带东缘块状硫化物矿床和斑岩-角砾岩筒型铜矿成矿环境及找矿靶区优选(内部资料)，119-133.
中国有色金属总公司矿产地质研究院.1995.河南水洞岭—桑树坪海相火山岩铜锌矿找矿靶位研究(内部资料)，10-22.
河南有色地研所.1993.河南省南召西部1∶5万成矿预测(内部资料).
河南有色地研所.1993.北秦岭构造带铜、金、银1∶20万成矿规律及成矿预测(内部资料).
河南有色地质三队.2005.河南省南召县黄土岭矿区铜锌矿地质预查报告(内部资料).
万天丰.2004.中国大地构造学纲要.北京:地质出版社，56-61，114-118.
杜杨松，李学军.1997.安徽铜陵典型矿区岩石包体研究及其岩浆-成矿作用过程探讨.高校地质学报，3(2):172-175.
罗铭玖，黎世美，卢欣祥等.2000.河南省主要矿床的成矿系列与成矿作用.北京:地质出版社，81-136.
梅友松，汪东波.1993.铜矿找矿中若干问题的研究.北京:北京矿产地质研究所，4-9.
范忠信，王福同，李魁元等.1993.新疆阿舍勒块状硫化物铜锌矿床地质特征及其成因和成矿模式初探.北京:北京矿产地质研究所.38-50.
王之田 .1993.大型铜矿找矿判别评价标志 .北京: 北京矿产地质研究所 .456-461.
陈先沛，陈多福，李英等 .2000.热水沉积作用与超大型矿床 .北京: 科学出版社，154-161.
John Wiley，John Sons.1997.Principles of isotope geology (Inc).
Hutchinson R W，Eye W S，Kerrich R.1980.Deep fluid penetration and ore deposition Minerals Science and Engineering，12: 197-220.
Zhang Benren，Gao Shan，Zhang Hongfei et al.2002.Geochemistry of the Qinlin gorogeny.BeiJing: Science Press of China， 1-187.