# 巴西Camaqu?盆地Santa Maria矿床埃迪卡拉纪热液成矿作用成因与勘探前景

《Journal of South American Earth Sciences》：Genesis and prospectivity of the Ediacaran hydrothermal mineralization in the Camaqu? basin Pb-Zn-Cu-(Ag-Au) at the Santa Maria deposit, Brazil

　　

晚造山至后造山张性盆地赋存有一系列受构造控制的基础金属矿床。位于巴西南部的Neoproterozoic Minas do Camaqu? Pb-Zn-Cu-(Ag-Au)成矿省产于火山-沉积Camaqu?盆地内，赋矿岩石属于Santa Bárbara群。该地区矿化受正断层系统构造控制。在S?o Luiz和Uruguai矿山，Cu(Au)矿化与NW-SE向脆-韧性Cemitério断层相关，而Santa Maria矿床同时含有Cu-Pb(Au, Ag±Bi)和Pb-Zn(Ag)矿化，主要受N-S走向断层控制。本研究整合了岩相学、硫化物与基质矿物化学、全岩岩石地球化学、Pb同位素分析、SHRIMP U-Pb锆石年代学以及航空和地面地球物理数据，以查明Santa Maria矿床的成因与构造控制。与矿化序列互层的熔岩为遭受普遍蚀变的玄武质安山岩，其不活动元素和稀土元素（REE）特征与Rodeio Velho段一致。硫化物共生组合和结构表明存在多期矿化历史，早期Pb-Zn阶段以方铅矿与闪锌矿交生为特征，随后为晚期富Cu阶段，以Cu-S相（从蓝辉铜矿到阳起石）、斑铜矿、黄铜矿、黄铁矿以及副产硫铋铜矿和贝特赫廷矿为主。赋矿火山岩的SHRIMP U-Pb锆石定年获得571.1±9.5 Ma的年龄，将浅成低温热液矿化的最大年龄限定在埃迪卡拉纪晚期。闪锌矿含0.26–7.48 mol% FeS（中值4.7，n=32），磁黄铁矿和毒砂缺失，组合富基础金属和Ag，并含大量重晶石、萤石和Mn-Fe-Mg碳酸盐：该矿床为中间硫逸度浅成低温热液系统（intermediate-sulphidation epithermal system）。Pb-Zn(Ag)硫化物同位素均一（²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb = 16.947±0.022，n=9），具有低μ值来源，而Cu(Au)硫化物定义了一条线性误差等时线（斜率0.0684±0.0022，r=0.995，MSWD=19），其Cu(Au)阶段储库具有幼年亲和性。综合重力、磁法和伽马能谱数据，结合成矿约束，圈定了多条热液脉系，并突出了Camaqu?盆地内新的棕地勘探靶区。

# 巴西Camaqu?盆地Santa Maria矿床埃迪卡拉纪热液成矿作用成因与勘探前景：多代理约束的中间硫逸度浅成低温热液系统

## 一、研究背景与科学问题

矿床在地质时间尺度上的分布具有显著的不均一性，每种矿床类型都表现出独特的、往往唯一的时空分布模式，反映了地球演化过程中成矿作用与保存条件之间的相互作用。前陆盆地作为发育于收缩造山带与相邻克拉通之间大陆地壳上的沉积物容纳 elongated 区域，赋存有多处具有重要经济价值的基础金属矿床，其中新元古代前陆盆地因其经济潜力及对理解古老构造体制和成矿过程的重要意义而备受关注。埃迪卡拉纪前陆盆地环境中Pb-Zn-Cu矿化的代表性实例包括巴西的Camaqu?矿床和西刚果带的矿床。

位于巴西南部的Camaqu?盆地赋存有一个称为Minas do Camaqu?的多金属Cu-Pb-Zn(Ag, Au)成矿省，包含三个主要矿床：目前停产的Uruguai和S?o Luiz矿山，以及尚未开采的Santa Maria地下矿床。这些矿床构成迄今为止在Camaqu?盆地碎屑沉积序列中识别出的最大基础金属聚集。在二十世纪，Minas do Camaqu?地区是巴西最重要的铜和金勘探区之一，间歇性运营至1996年，截至1985年12月已生产76,000吨铜。

Santa Maria矿床发现于1978年，此后因其作为棕地勘探靶区的潜力而成为众多研究的焦点。过去十年中，Nexa Resources对Santa Maria矿床进行了深入勘探，报告了指示和推定资源量：Zn 161.3 kt、Cu 6.5 kt、Pb 256.3 kt、Ag 8.612 Moz，凸显了其未来采矿和加工的重大潜力。理解热液矿床形成的一个基本挑战在于金属来源的不确定性，这既存在于不同矿床类型之间，也存在于同一类型内部。本研究对Santa Maria矿床相关的火山岩进行了详细的多代理调查，旨在约束Camaqu?成矿省金属富集的成因和控制因素，并刻画该矿床的矿石组合特征。总体目标是建立稳健的成矿模型并识别新的勘探靶区，包括Camaqu?盆地内其他远景区域以及火山作用-深成作用与盆地沉积同期发生的地区。

## 二、研究内容与主要结论

研究人员整合了岩相学分析、基质和硫化物电子探针数据、全岩地球化学、U-Pb年代学、Pb同位素组成和地球物理数据集，对Santa Maria矿床开展了系统研究。该矿床记录了三个主要的热液矿化阶段：早期Pb-Zn(Ag)阶段、与S?o Luiz和Uruguai铜金矿化同时期的主阶段，以及晚期Cu-Pb(Ag, Au, Bi)阶段。与矿化序列互层的火山岩被鉴定为遭受普遍蚀变的玄武质安山岩，其不活动元素和REE特征与Rodeio Velho段一致。SHRIMP U-Pb锆石定年获得571.1±9.5 Ma的年龄，结合区域地质约束，将矿化时代限定在约571–547 Ma之间。闪锌矿FeS含量（0.26–7.48 mol%，中值4.7）、磁黄铁矿和毒砂的缺失、富基础金属和Ag的金属预算以及大量重晶石、萤石和Mn-Fe-Mg碳酸盐的出现，共同表明该矿床为具有碱性亲和性的中间硫逸度浅成低温热液系统，而非先前提出的低硫型。Pb同位素数据揭示了两种成矿系统之间的鲜明对比：Pb-Zn(Ag)硫化物同位素均一且强烈贫μ，而Cu(Au)硫化物定义了一条线性误差等时线，记录了沿Cemitério断层系统流体-岩石相互作用的混合过程。综合地球物理数据圈定了多条热液脉系和隐伏靶区，并揭示了比已知矿化区域显著更大的钾化蚀变足迹，表明深部仍有良好勘探潜力。

## 三、主要关键技术方法

本研究采用了多种分析技术：利用电子探针（electron microprobe）分析硫化物和硅酸盐矿物的化学成分；通过电感耦合等离子体-发射光谱（ICP-OES）、电感耦合等离子体-质谱（ICP-MS）和X射线荧光（XRF）进行全岩主量、微量和稀土元素分析；采用SHRIMP U-Pb锆石定年法对与矿化互层的火山岩进行年代学约束；运用MC-ICP-MS测定硫化物的Pb同位素组成；基于黄铁矿中Se含量计算成矿温度。此外，研究还整合了 airborne 伽马能谱、磁法和地面重力资料，开展了三维地球物理反演。样品来源于Nexa Resources在Santa Maria矿床1、2、3区施工的地下钻孔岩心，深度范围为54至338米。

## 四、研究结果

### 4.1 地球物理建模

布格重力异常图显示研究区西北部为高异常值，与Santa Maria矿床空间吻合，而东南部为低异常，可能对应花岗质岩体或较厚沉积序列。化极磁异常图揭示了Santa Maria矿床的构造格架和与成矿系统相关的潜在侵入体。垂向导数和倾斜导数变换识别出NW-SE向和NE-SW向的共轭断裂网络。三维地球物理反演清晰地成像了Santa Maria、Três Figueiras和Cemitério三条主要断层系统，延伸至约3000米深度，它们将地下空间分割为具有不同物理性质的独立块体。基于密度和磁化强度升高的空间重合，识别出三个地下异常体，与已知矿化区（A1、A2、A3）空间一致，解释为与已知成矿系统相关的地球物理响应。F参数图和F-Kd-Ud三元图圈定了一个比已知矿化区域大得多的钾化蚀变带，表明热液足迹显著大于已知矿体范围，并识别出多个新的勘探靶区。

### 4.2 Acampamento Velho火山岩岩石地球化学

由于火山岩遭受强烈蚀变，主量元素不适用于分类，研究采用不活动元素替代指标。Zr、TiO?、Zr/Ti和La/Yb比值在样品间变化小于两倍，与保守行为一致；而Nb显示活动性，其范围从1.2到20.9 ppm，与Zr和Th呈负相关，表明Nb在蚀变过程中发生迁移，最可能是在钾质交代过程中。REE配分模式显示显著的轻稀土富集，与Guaritas群Rodeio Velho段相当。N-MORB标准化不活动元素图解显示Ti、Hf和Nb亏损以及La、Sm和Th正异常，表明与Rodeio Velho岩浆事件具有一致的岩浆亲和性。

### 4.3 X射线衍射

XRD分析在具有冰长石岩相学特征的晶体中识别出冰长石（adularia）的存在，其与Acampamento Velho组（Santa Fé组顶部）蚀变火山岩相关。

### 4.4 矿物化学与岩相学

32个薄片的岩石学分析表明，火山岩为遭受热液蚀变的熔岩，具有隐晶质、等粒、细粒结构和半自形结构，基质广泛蚀变。碳酸盐矿物在所有样品中均有出现，包含白云石（产于脉和囊泡中）和富镁菱铁矿（主要产于基质中）。电子探针分析还识别出金红石、钛铁矿、重晶石和氟磷灰石。所有分析的长石均显示碱性组成。硫化物组合方面，Pb-Zn(Ag)阶段以方铅矿和闪锌矿为主，Cu(Au)阶段以黄铜矿、辉铜矿和斑铜矿为主，黄铁矿在两个阶段中均有产出但在铜矿化中更常见。此外还识别出贝特赫廷矿（betekhtinite）和硫铋铜矿（wittichenite）。闪锌矿FeS含量为0.26–7.48 mol%（中值4.7）。方铅矿中检测到Te（中值360 ppm）、Cu（中值560 ppm）和Ag（最高3820 ppm）。黄铜矿富含Ag、Au和As，90%的分析检测到Ag（中值160 ppm）。斑铜矿含高Ag（中值1125 ppm）、Bi（中值630 ppm）和Au（中值890 ppm）。Cu-S相（从蓝辉铜矿到阳起石）的Cu/S原子比为1.62–1.68。贝特赫廷矿含Ag中值2100 ppm，最高达25,860 ppm（2.59 wt%），为迄今该矿物第二高的银含量报道。

### 4.5 年代学

对与Pb-Zn(Ag)和Cu(Au)矿化砂岩互层的熔岩样品进行SHRIMP U-Pb锆石定年，获得571.1±9.5 Ma的结晶年龄。六个协和锆石给出了更老的年龄：633±25 Ma（n=2）、2145±54 Ma（n=2）、2227±70 Ma（n=1）和2422±58 Ma（n=1），指示捕获或继承锆石的存在。这一年龄结果结合区域上547±6 Ma的Rodeio Velho火山岩年龄，将矿化时间约束在571–547 Ma之间。

### 4.6 Pb-Pb同位素

来自S?o Luiz和Uruguai矿山Cu(Au)矿化的6个黄铁矿和1个辉铜矿分离物给出的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb为17.000–18.654，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb为15.495–15.614，²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb为37.570–38.692。Santa Maria Pb-Zn(Ag)硫化物（9个方铅矿和闪锌矿分析）非常均一：²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb = 16.947±0.022，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb = 15.499±0.011，²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb = 37.598±0.036，相对于Stacey和Kramers（1975）的560 Ma单阶段演化曲线，强烈亏损两个U衍生同位素（Δ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb = ?0.87；Δ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb = ?0.077），而在²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb上无法区分，要求一个相对于Th和Pb均亏损U的源区，即低μ、高κ储库，单阶段模式年龄约为1067 Ma和1053 Ma。Cu(Au)硫化物（13个分析）在²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb对²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb图解中定义线性阵列，斜率为0.0684±0.0022，r = 0.995，MSWD = 19，缺乏在²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb中的线性关系，排除了简单的两源混合和矿后放射性成因Pb生长的解释，最合理地解释为记录了沿断层系统流体-岩石相互作用过程中多个具有不同μ值的Pb端元混合的次生等时线。

## 五、讨论与结论

### 5.1 共生关系、热演化与矿床类型

Santa Maria矿床记录了相互关联的多阶段成矿历史。早期Pb-Zn(Ag)阶段以方铅矿-闪锌矿交生为特征，形成温度约250–300°C（由硫同位素对、流体包裹体和黄铁矿Se温度计独立约束），伴随绢云母化和钾化蚀变。主阶段Cu(Au)矿化（S?o Luiz和Uruguai矿山）与Pb-Zn(Ag)阶段大约同时期、等温形成，但受Cemitério断层控制。晚期Cu-Pb(Ag, Au, Bi)阶段形成温度低于250°C，其中贝特赫廷矿的出现将其限制在约150–200°C以下，伴随绿泥石化蚀变。石英+冰长石+碳酸盐+伊利石-绢云母的矿物组合、强烈的构造控矿特征与Fe-poor闪锌矿（<10 mol% FeS）、磁黄铁矿和毒砂缺失、富基础金属和Ag、大量重晶石、萤石和Mn-Fe-Mg碳酸盐脉石以及高达17.7 wt% NaCl equiv.的盐度相结合，表明该矿床为具有碱性亲和性的中间硫逸度浅成低温热液系统，而非先前认为的低硫型冰长石-绢云母型矿床。

### 5.2 Camaqu?矿区金属来源的Pb同位素约束

Pb同位素数据揭示了Santa Maria Pb-Zn(Ag)矿化与S?o Luiz-Uruguai Cu(Au)矿化之间显著的来源差异。前者具有均一的低μ同位素特征，模式年龄约1.06 Ga，指示古老、低U/Pb的壳源；后者显示更宽的放射性同位素范围，其线性阵列最佳解释为记录了来自Tonian期（约1.0–0.7 Ga）具有幼年弧亲和性的源区与古老壳源组分之间的混合。这种在同一断层控制矿区内的紧密空间联系和同时形成，却具有截然不同的Pb同位素体系，最简单地解释为流体沿同一再活化构造系统在不同地壳层次汲取了不同的金属来源。

### 5.3 Camaqu?盆地勘探前景

综合地球物理数据识别出Santa Maria、Três Figueiras和Cemitério三条主要断层系统，它们构成流体迁移和矿质定位的构造通道；重力反演模型揭示了约300至1000米深度存在隐伏高密度体，支持深部岩浆-热液系统的存在。钾化蚀变足迹显著大于已知矿化区域，表明热液系统规模可观。F-Kd-Ud三元图圈定了多个新的有远景区域。这些结果支持一个受构造控制的多阶段热液系统模型，具有向上分支的脉系网络，源自隐伏深成侵入体。该矿区可被视为一个与Ediacaran岩浆作用和后造山构造过程相关的多阶段热液系统，其中Santa Maria中间硫逸度矿化与S?o Luiz-Uruguai低硫型矿化代表了同一垂直分带热液系统内不同深度和演化阶段的产物。

## 六、研究结论

(a) 与Santa Maria矿化序列互层的Santa Bárbara群熔岩为遭受普遍蚀变的玄武质安山岩，年龄为571.1±9.5 Ma。其不活动元素和REE特征与Rodeio Velho碱性熔岩（547±6 Ma）一致，指示盆地张性演化过程中存在周期性基性岩浆活动。Nb在蚀变过程中发生迁移，不适用于分类。

(b) 结合547±6 Ma的Rodeio Velho熔岩和未矿化的Guaritas群，这一年龄将矿化时间约束在571.1±9.5 Ma至547±6 Ma之间。

(c) 该矿区赋存两个大约同时期、形成于250–300°C的热液系统：受N60°W–S60°E向Cemitério断层控制的S?o Luiz和Uruguai矿山Cu(Au)矿化，以及受从属于同一高角度NW-SE系统的N20°E–S20°W构造控制的Santa Maria Pb-Zn(Ag)矿化。Santa Maria晚期Pb-Cu(Ag, Au, Bi)阶段形成于250°C以下，在含贝特赫廷矿处低于约200°C。硫化物结构记录了Cu组合对Pb-Zn的交代，与绢云母晕向下过渡为绿泥石晕相匹配。

(d) 闪锌矿含0.26–7.48 mol% FeS，磁黄铁矿和毒砂缺失，富基础金属和Ag的金属预算，大量重晶石和萤石，Mn-Fe-Mg碳酸盐脉石以及高达17.7 wt% NaCl equiv.的盐度，将Santa Maria鉴定为具有碱性亲和性的中间硫逸度浅成低温热液系统，而非先前提出的低硫型。

(e) 含银贝特赫廷矿在此为第二次报道，它包裹所有其他矿石矿物，将最晚组合限制在约150–200°C以下，即该相在Cu-Pb-S体系中的上限稳定温度。

(f) Pb同位素区分了两种系统。Santa Maria Pb-Zn(Ag)硫化物同位素均一且强烈贫μ，表观模式年龄约1.06 Ga一致，要求一个古老的、低U/Pb来源。Cu(Au)硫化物定义了一条线性误差等时线（斜率0.0684±0.0022，r = 0.995，MSWD = 19），其陡于任何可归因于矿后生长的阵列，缓于任何在成矿时封闭的次生等时线，且在²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb图解中不呈线性，因此记录了多个具有不同μ值的Pb端元组分之间的混合，最合理地解释为沿Cemitério断层系统的渐进流体-岩石相互作用。

(g) 综合位场和伽马能谱数据将Santa Maria、Três Figueiras和Cemitério断层成像至约3公里深度，圈定了一个显著大于已知矿化区域的钾化蚀变足迹，并定义了三个与隐伏侵入体或强烈蚀变体一致的隐伏靶区。