隗含濤，邵擁軍，熊伊曲，劉偉，孔華，李群，隋志恒2,

?

湘西花垣鉛鋅礦田成礦模式

隗含濤1, 2，邵擁軍1, 2，熊伊曲1, 2，劉偉3，孔華1, 2，李群1, 2，隋志恒2, 3

(1. 中南大學(xué)有色金屬成礦預(yù)測(cè)與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙，410083；2. 中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙，410083；3. 湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局405隊(duì)，湖南吉首，416099)

基于湘西花垣鉛鋅礦田位于揚(yáng)子地塊東南緣與雪峰(江南)造山帶的過渡區(qū)，礦體主要呈層狀和脈狀賦存于清虛洞組下段第三、四亞段的藻灰?guī)r中，構(gòu)造和巖相是鉛鋅礦形成的關(guān)鍵控制因素，分析礦田地質(zhì)特征、同位素地球化學(xué)、構(gòu)造、巖相及礦源層等，并建立花垣鉛鋅礦田的成礦模式。研究結(jié)果表明：成礦硫來自板溪群馬底驛組至寒武系地層中的硫酸鹽的還原；鉛鋅來自板溪群馬底驛組至寒武系下統(tǒng)石牌組地層；成礦流體為變質(zhì)水、地層水和大氣降水的混合流體；花垣—張家界斷裂具明顯的控相控礦特征，其派生的北東向雁列脈為流體運(yùn)移的通道；臺(tái)緣淺灘?生物礁相控制著礦床和礦體的分布?；ㄔU鋅礦田是在前陸盆地演化環(huán)境中受加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響而形成的MVT型鉛鋅礦床。

同位素；構(gòu)造；巖相；礦源層；成礦模式；花垣鉛鋅礦田

花垣鉛鋅礦田位于湖南省西北部花垣縣境內(nèi)，具有規(guī)模大、品位低(Pb+Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)約3%)、易開采、易選冶等特征。目前，礦田范圍內(nèi)已發(fā)現(xiàn)礦床(點(diǎn)) 30余處，由北往南分布有楊家寨、大腦坡、李梅、芭茅寨、土地坪、長(zhǎng)登坡、老虎沖、清水塘等礦床，形成了具千萬噸級(jí)規(guī)模的鉛鋅礦田。但對(duì)于花垣鉛鋅礦田的成因，人們一直存在較大爭(zhēng)議，主要有沉積成巖 型[1]、沉積改造型[2?3]、密西西比河谷(MVT)型[4?5]和淺成低溫?zé)嵋簩涌匦蚚6]4種觀點(diǎn)，這些成因由于存在差異在一定程度上制約了該區(qū)的找礦工作。究其原因在于前人對(duì)該礦田的成礦物質(zhì)來源、成礦流體來源以及關(guān)鍵控礦因素等方面的認(rèn)識(shí)存在不確定性。為此，本文作者在總結(jié)礦床地質(zhì)特征基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)的S，Pb，H，O多元同位素地球化學(xué)研究，結(jié)合構(gòu)造及巖相古地理控礦特征分析以及地層成礦元素豐度分析，探討區(qū)內(nèi)鉛鋅礦成礦物質(zhì)和成礦流體來源，分析花垣鉛鋅礦田的成因，并建立其成礦模式。

1 成礦地質(zhì)背景

在大地構(gòu)造上，湘西花垣鉛鋅礦田處于揚(yáng)子地塊東南緣與雪峰(江南)造山帶的過渡區(qū)(圖1(a))，湘西—鄂西成礦帶的中部。區(qū)域自南華紀(jì)至早古生代經(jīng)歷了由裂谷階段到被動(dòng)大陸邊緣階段，再到前陸盆地階段的演化過程[7?8]。在南華紀(jì)時(shí)期，揚(yáng)子—華夏聯(lián)合陸塊發(fā)生裂解，在揚(yáng)子地塊內(nèi)部形成了廣泛的拉張環(huán)境，普遍分布有由支裂谷和大斷裂控制的沉積沉降帶。自震旦紀(jì)開始至裂谷活動(dòng)停止，揚(yáng)子地臺(tái)東南緣遠(yuǎn)離洋中脊，進(jìn)入被動(dòng)大陸邊緣階段，陸殼由拉張向熱沉降轉(zhuǎn)換，沉積作用由陸源碎屑向碳酸鹽沉積過渡[7]，直至早奧陶世沉積了廣闊的碳酸鹽臺(tái)地[8]；自中奧陶世至志留紀(jì)，揚(yáng)子與華夏兩大地塊發(fā)生陸陸碰撞，加里東造山運(yùn)動(dòng)劇烈，形成黔中、雪峰等多個(gè)隆起[9]，湘西北地區(qū)碳酸鹽臺(tái)地被來自于造山帶的碎屑巖淹沒，成為典型的周緣前陸盆地，此為閉合造山階段。

區(qū)域廣泛分布元古界板溪群、震旦系、古生界寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系地層，尤以下古生界最為發(fā)育，沉積厚度超過4 km，巖漿活動(dòng)不發(fā)育。區(qū)域褶皺總體平緩，北部為燕山期桑植復(fù)向斜，南東為加里東期古丈復(fù)背斜，花垣鉛鋅礦田位于桑植復(fù)向斜與古丈復(fù)背斜之過渡帶中的次級(jí)構(gòu)造摩天嶺背斜兩翼(圖1(b))。區(qū)域斷裂以NEE向和NE向?yàn)橹?，有松桃—張家界深大斷?花垣—張家界斷裂帶是其北段一部分)、保靖—銅仁—玉屏斷裂帶(又稱為麻栗場(chǎng)斷裂帶)及松桃—水田斷裂帶等，控制了本區(qū)早寒武世清虛洞期以及整個(gè)下古生代的地層、巖相及礦床的產(chǎn)出[10]。

花垣鉛鋅礦田總體走向NNE，主要出露寒武系下統(tǒng)石牌組含鈣質(zhì)、粉砂質(zhì)頁巖，清虛洞組白云巖(上段)和灰?guī)r(下段)；寒武系中統(tǒng)高臺(tái)組泥質(zhì)白云巖；寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群砂屑白云巖及第四系。各地層除第四系外，均整合接觸。其中清虛洞組灰?guī)r可細(xì)分為4個(gè)亞段，由下至上泥質(zhì)含量減少，鈣質(zhì)含量增加。第三亞段(?2q1?3)為淺灰—灰色巨厚層狀(或塊狀層)泥晶?細(xì)晶藻灰?guī)r，為鉛鋅礦主要賦礦層位；第四亞段(?2q1?4)為淺灰—灰色厚—巨厚層狀亮晶、泥晶粒屑、鮞?；?guī)r，為次要賦礦層位。礦田褶皺以NE向的摩天嶺背斜為代表，核部出露板溪群與震旦系，兩翼為寒武系各統(tǒng)(群)、組，巖層產(chǎn)狀平緩，傾角通常為5°~12°。礦田內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，以NE向斷裂為主，次為NNE，NW和近SN向斷裂，其中與成礦關(guān)系密切的斷裂為NE向花垣—張家界斷裂帶(F1)、兩河—長(zhǎng)樂斷裂帶(F3)和NNE向麻栗場(chǎng)斷裂帶(F2)(圖1(c))。

2 典型礦床地質(zhì)特征

花垣鉛鋅礦田礦床(點(diǎn))眾多(圖1(c))，礦體多為隱伏產(chǎn)出，主要呈層狀，次為脈狀賦存于清虛洞組下段第三、第四亞段(?2q1?(3+4))厚層藻灰?guī)r、粒屑灰?guī)r中。各礦床礦體、礦石及圍巖蝕變等特征均具有明顯相似性，現(xiàn)以土地坪礦床為例，對(duì)礦床地質(zhì)特征進(jìn)行具體研究。

(a) 花垣鉛鋅礦田大地構(gòu)造位置圖；(b) 區(qū)域構(gòu)造綱要圖(據(jù)文獻(xiàn)[4]修改)；(c) 礦田地質(zhì)簡(jiǎn)圖

土地坪礦床位于花垣鉛鋅礦田中部偏南，是當(dāng)前開采規(guī)模最大的礦床。礦區(qū)出露地層主要為寒武系白云巖和灰?guī)r，斷裂不發(fā)育，褶皺有太陽山向斜及NNE向背斜，礦床位于兩者復(fù)合部位。礦體按其形態(tài)和產(chǎn)狀主要分為層狀和脈狀2類，此外，還有產(chǎn)于古巖溶孔洞或同生角礫部位的角礫狀礦體，但較少見。層狀礦體與圍巖產(chǎn)狀近于一致，呈似層狀、透鏡狀、囊狀，傾角一般為8°~15°，常具多層性，一般為4~7層。單層礦體厚度1~5 m(圖2(a))，長(zhǎng)數(shù)十米，沿走向常有尖滅再現(xiàn)現(xiàn)象。此類礦體規(guī)模較大，但品位較低，Zn品位平均為3%，Pb品位為0.1%~1.5%。脈狀礦體既有形態(tài)規(guī)則的脈狀(圖2(b))，也有不規(guī)則的脈狀和囊狀，多沿規(guī)模相對(duì)較大的構(gòu)造裂隙分布，走向?yàn)?0°~50°，近直立，寬為3~20 cm，局部膨大可達(dá)50 cm；沿走向延伸長(zhǎng)數(shù)米至數(shù)百米，Pb+Zn品位常大于10%，最富可達(dá)50%。脈狀礦體中多含有圍巖角礫，膠結(jié)物主要為方解石或白云石，圍繞角礫礦化發(fā)育，反映其為流體液壓致裂成因，后生成礦作用特征明顯。礦區(qū)礦物組成簡(jiǎn)單，金屬礦物主要為閃鋅礦，次為方鉛礦，含少量黃鐵礦；非金屬礦物以方解石為主，白云石次之，含少量重晶石、螢石、炭質(zhì)瀝青等。礦石結(jié)構(gòu)以自形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)為主，次為交代、填隙、包含等結(jié)構(gòu)(圖2(g)~(i))；礦石構(gòu)造以花斑狀(圖2(c))、斑脈狀構(gòu)造為主(圖2(e))，浸染狀(圖2(f))、細(xì)脈狀、塊狀、角礫狀、條帶狀等構(gòu)造次之，偶見有環(huán)帶狀、球粒狀構(gòu)造。礦區(qū)圍巖蝕變簡(jiǎn)單，以方解石化、白云石化為主，含少量重晶石化、螢石化、褪色化等低溫蝕變。

(a) 土地坪層狀礦體；(b) 土地坪脈狀礦體；(c) 花斑狀閃鋅礦礦石；(d) 閃鋅礦?方鉛礦脈切斷方解石?閃鋅礦脈；(e) 斑脈狀方鉛礦閃鋅礦礦石；(f) 浸染狀方鉛礦礦石；(g) 方鉛礦交代閃鋅礦、黃鐵礦(?)；(h) 方鉛礦呈細(xì)脈狀充填于閃鋅礦裂隙中(?)；(i) 方鉛礦包含黃鐵礦(?)

3 礦床地球化學(xué)特征

3.1 S-Pb同位素

花垣鉛鋅礦田硫同位素分析結(jié)果見表1。從表1可見：硫化物的硫同位素組成(34SV-CDT)分布范圍為28.1‰~33.9‰，平均為31.8‰。其中，方鉛礦的(34SV-CDT)為28.1‰~33.2‰，平均為30.2‰；閃鋅礦的(34SV-CDT)為30.4‰~33.9‰，平均為33.2‰。硫酸鹽(重晶石) 2個(gè)樣品中，(34SV-CDT)分別為36.1‰和37.3‰，平均為36.7‰?；ㄔU鋅礦田硫同位素明顯富集重硫，具典型殼源特征。樣品KD2-7，KDB9-1-1A，KDT5-4-5b和KDH3-1-1中的閃鋅礦和方鉛礦，樣品KDB9-1-1A和 T4-1中的重晶石和閃鋅礦均各自為共生關(guān)系，其(34SV-CDT)富集順序表現(xiàn)為(34S重晶石)＞(34S閃鋅礦)，(34S閃鋅礦)＞(34S方鉛礦)，與硫同位素在熱液礦物體系中的平衡結(jié)晶順序一致，表明研究區(qū)礦物沉淀時(shí)基本達(dá)到硫同位素分餾平衡。

對(duì)2組重晶石?閃鋅礦和4組閃鋅礦?方鉛礦的(34SV-CDT)進(jìn)行硫同位素交換的(34S∑S)?(34S)投圖(圖3)，從圖3可知，成礦熱液的總硫同位素(34S∑S)為33.6‰~33.9‰，高于寒武紀(jì)海水硫酸鹽的(34SV-CDT) (27‰~32‰)，說明本區(qū)成礦所需的硫除直接來自寒武紀(jì)硫酸鹽的還原外，應(yīng)有更富集(34SV-CDT)的源區(qū)。研究表明，寒武系下統(tǒng)牛蹄組重晶石(34SV-CDT)為33.04‰~41.02‰[11]，震旦系上統(tǒng)陡山沱組磷塊巖(34SV-CDT)為34.2‰~42.4‰[12]，震旦系下統(tǒng)民樂組黃鐵礦(34SV-CDT)為39.45‰~58.59‰[13]，顯示研究區(qū)清虛洞組下伏地層普遍富集重硫，具有為成礦提供硫源的可能。

硫酸鹽由氧化態(tài)的SO42?到還原態(tài)的S2?的轉(zhuǎn)變，主要有熱化學(xué)還原模式(TSR)和細(xì)菌還原模式(BSR) 2種機(jī)制。其中BSR的反應(yīng)溫度較低(＜150 ℃)，對(duì)熱液礦床成礦的貢獻(xiàn)較小，形成的硫化物(34SV-CDT)變化較大，且多具較大負(fù)值[14]；而TSR的反應(yīng)溫度更接近中低溫?zé)嵋旱V床成礦溫度，引起的硫同位素分餾值主要分布范圍為2.5%~13.82%[15]?；ㄔU鋅礦田硫化物(34S)均為正值，分餾值為5%左右，故而推測(cè)TSR是研究區(qū)生成還原硫的主要模式。綜上所述，花垣鉛鋅礦田硫源自板溪群馬底驛組至寒武系地層沉積的硫酸鹽，由熱液萃取并攜帶至賦礦地層后，在有機(jī)質(zhì)參與下發(fā)生TSR反應(yīng)生成了成礦所需的還原硫。

圖3 花垣鉛鋅礦田共生礦物對(duì)硫同位素交換的δ(34S∑S)?Δ(34S)圖解

花垣鉛鋅礦田5種方鉛礦、5種閃鋅礦的鉛同位素分析結(jié)果如表1所示。硫化物的(206Pb)/(204Pb)為17.88~18.13，平均為18.00；(207Pb)/(204Pb)為15.52~15.75，平均為15.66；(208Pb)/(204Pb)為37.63~38.51，平均為38.06。各礦物鉛同位素組成變化較小，各礦床鉛同位素組成也無明顯變化，顯示礦田鉛來源一致。硫化物鉛同位素特征值為9.36~9.81，平均為9.63，略高于來自U和Th相對(duì)富集的上地殼(9.58)；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35.22~39.68，平均為37.76，比正常鉛的高(35.55±0.59)；為3.64~3.93，平均為3.79，與全球上地殼平均值3.88接近。上述特征表明礦床鉛源物質(zhì)成熟度較高，鈾鉛富集，釷鉛略微虧損，具有上地殼或沉積物的特點(diǎn)。

表1 花垣鉛鋅礦田硫、鉛同位素分析結(jié)果

測(cè)試單位：廣州澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)室；空白表示未檢測(cè)；=(238U)/(204Pb)；=(232Th)/(204Pb)；(Th)/w(U)。

(207Pb)/(204Pb)?(206Pb)/(204Pb)圖解與(208Pb)/(204Pb)?(206Pb)/(204Pb)圖解見圖4。從(207Pb)/(204Pb)?(206Pb)/(204Pb)圖解可見：投影點(diǎn)大部分落于上地殼演化線之上，部分落于上地殼演化線和造山帶演化線之間，少量落于造山帶演化線與地幔演化線之間，說明硫化物鉛為混合來源。在(208Pb)/(204Pb)?(206Pb)/(204Pb)圖解中樣品投影點(diǎn)也表現(xiàn)出相似特征，均顯示鉛主要來自上地殼，但有幔源物質(zhì)參與成礦的信息。由于花垣地區(qū)未見到巖漿活動(dòng)痕跡，礦床地質(zhì)特征上未見成礦與巖漿活動(dòng)相關(guān)的證據(jù)，因此，認(rèn)為研究區(qū)成礦物質(zhì)來自上地殼地層，這與SCHNEIDER等[17]所得結(jié)論一致。此外，SCHNEIDER等[17]對(duì)比了研究區(qū)硫化物鉛同位素與地層(清虛洞組、石牌組及牛蹄塘組)的初始鉛同位素組成，清虛洞組、石牌組及牛蹄塘組地層相比硫化物富含放射性成因鉛，認(rèn)為上述地層并非金屬物質(zhì)的主要來源，并推測(cè)成礦所需的金屬物質(zhì)主要來自基底地層。

3.2 H-O同位素

本次研究測(cè)定了成礦期14種方解石，2種重晶石樣品中流體包裹體水的氫同位素(氘)(D)和氧同位素(18OSMOW)，見表2。成礦流體中的(18OH2O)由方解石和重晶石的(18OSMOW)進(jìn)行換算所得，換算公式為： 1 000ln方解石?水=4.01×106/2?4.66×103/2+1.71， 1 000ln重晶石?水= 3.94×106/2?5.47×103/2+1.86[19]。在計(jì)算過程中，溫度取流體包裹體測(cè)溫結(jié)果峰值(見表2)。成礦期方解石(D)為?66.7‰~?32.3‰，平均為?46.8‰；(18OSMOW)為16.1‰~22.0‰，平均為19.40‰；(18OH2O)為?2.1‰~5.1‰，平均為1.69‰。2個(gè)重晶石樣品的(D)，(18OSMOW)及(18OH2O)平均值分別為?62.2，?21.3‰及1.8‰。

表2 花垣鉛鋅礦田氫、氧同位素分析結(jié)果

測(cè)試單位：核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心，2015年和2016年。

研究區(qū)氫、氧同位素在(D)?(18OH2O)圖解見圖5。從圖5可見：數(shù)據(jù)投點(diǎn)主要位于變質(zhì)水區(qū)域與大氣降水線之間，且有向大氣降水線漂移的趨勢(shì)，另有少數(shù)點(diǎn)(早期方解石)落于變質(zhì)水范圍內(nèi)，表明成礦流體并非單一來源。對(duì)比川滇黔地區(qū)大部分MVT鉛鋅礦床氫、氧同位素特征((D)為?94.3‰~?40.3‰，(18OH2O)為?8.21‰~10.08‰)[20]，花垣鉛鋅礦田氫、氧同位素((D)為?48.2‰~?32.3‰，(18OH2O)為?2.1‰~5.0‰)與其具明顯相似性。川滇黔鉛鋅礦床成礦流體主要來自大氣降水[20]，結(jié)合本區(qū)地質(zhì)特征，推測(cè)花垣鉛鋅礦田初始成礦流體為變質(zhì)水和地層封存水；隨著成礦作用進(jìn)行，有大氣降水加入。

圖5 花垣鉛鋅礦田成礦流體氫、氧同位素δ(D)?δ(18OH2O)圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[20])

4 構(gòu)造及巖相控礦特征

4.1 構(gòu)造控礦特征

花垣鉛鋅礦田各典型礦床空間分布上主要局限于花垣—張家界斷裂與兩河—長(zhǎng)樂斷裂之間(圖1(c))，二者形成的斷夾塊為成礦有利部位。2條斷裂成巖期控制了藻灰?guī)r相帶的展布，成礦期為流體的運(yùn)移提供了通道[21]。研究區(qū)雁行斷裂控礦特征明顯。在礦田范圍內(nèi)，孔華等[22]認(rèn)為存在2條北東走向的礦帶，分別為以李梅—芭茅寨—土地坪—清水塘等礦床為主的李梅礦帶和以大腦坡礦床為主的大腦坡礦帶，兩者呈雁行排列，其間約1.5 km的空白段為雁列之間的中斷(圖6(a))。在單個(gè)礦床內(nèi)，礦體同樣具有雁行排列現(xiàn)象。以清水塘礦床為例，依據(jù)見礦與未見礦鉆孔控制的邊界可知，礦體存在右行雁列，方位約NE40°，雁列間距約500 m，單個(gè)雁行段1~3 km(圖6(b))。此外，本次研究統(tǒng)計(jì)了李梅、芭茅寨、土地坪、長(zhǎng)登坡及老虎沖等礦床23個(gè)工作面內(nèi)的33條碳酸鹽脈(25條為礦脈)，脈體走向?yàn)?0°~50°，單脈產(chǎn)狀穩(wěn)定，側(cè)列排布，推測(cè)這些脈為雁行斷裂的分支脈。綜上所述，研究區(qū)應(yīng)存在走向30°~50°的雁行斷裂控制了礦床及礦體的產(chǎn)出，該斷裂是在花垣—張家界斷裂的左行剪切派生應(yīng)力場(chǎng)作用下形成的張性次級(jí)斷裂[22]，不僅為含礦熱液的運(yùn)移提供了通道，而且為礦質(zhì)的沉淀提供了空間。

(a) 花垣鉛鋅礦田礦床雁列示意圖；(b) 清水塘礦床礦體雁列示意圖

4.2 巖相控礦特征

本次層序地層學(xué)及巖相古地理研究表明，研究區(qū)寒武系地層主要為臺(tái)地體系，根據(jù)其沉積特征，又可分為開闊臺(tái)地、臺(tái)緣淺灘、臺(tái)緣生物礁及斜坡等多種亞相。平面上，花垣鉛鋅礦田的礦化范圍與臺(tái)緣淺灘—生物礁相的展布高度一致(圖7)，且藻礁越發(fā)育、厚度越大的地方礦化越好；垂向上，臺(tái)緣淺灘—生物礁相具有多期疊加的特征，沉積了多期次的藻灰?guī)r層，對(duì)應(yīng)形成多層礦體。綜上所述，臺(tái)緣淺灘—生物礁相對(duì)成礦的控制作用明顯，這是由于該類沉積環(huán)境宜于藻類的生長(zhǎng)發(fā)育，有利于藻灰?guī)r的形成。藻灰?guī)r中富含有機(jī)質(zhì)，為硫酸鹽熱化學(xué)還原反應(yīng)的發(fā)生提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。此外，藻灰?guī)r富含藻腐孔，粒間孔隙發(fā)育，質(zhì)純性脆受力易產(chǎn)生脆性變形，化學(xué)性質(zhì)活潑易發(fā)生交代作用等特征，均有利于含礦熱液的運(yùn)移及礦質(zhì)的沉淀。

5 “礦源層”分析及判定

前人有關(guān)花垣鉛鋅礦田鉛鋅來源的認(rèn)識(shí)存在較大爭(zhēng)議，包括以下幾種觀點(diǎn)：1) 含礦層藻灰?guī)r[1, 23]；2) 寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組地層[24]；3) 震旦系至寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組地層[21]；4) 來自震旦紀(jì)基底地層[16]；5) 奧陶系—寒武系地層[25]；6) 殼?；旌蟍2, 5]。

礦床地球化學(xué)特征表明，花垣鉛鋅礦田成礦物質(zhì)主要來自地層。湘西北地層中Pb和Zn較高的豐度均出現(xiàn)在寒武系下統(tǒng)石牌組以下的地層[26](圖8(a))，而其之上的地層中的Pb和Zn豐度均較低，其中清虛洞組地層Pb和Zn豐度分別為2×10?6~6×10?6和10×10?6~20×10?6 [26]，與中國(guó)東部碳酸鹽巖地層豐度(Pb豐度為8×10?6，Zn為18×10?6)[27]相當(dāng)，不足以為成礦提供所需的大量金屬來源。花垣礦田清虛洞組(Pb與Zn的總豐度(40.4×10?6~190.3×10?6，平均為95.5×10?6)[21]遠(yuǎn)比湘西北清虛洞組地層的高，且以清虛洞組下段第三、四亞段?2q1?(3+4)豐度最高(Pb與Zn的總豐度為190.3×10?6)[21]，在其上覆和下伏碳酸鹽地層中Pb和Zn元素的豐度都較低，且表現(xiàn)出離含礦層愈遠(yuǎn)含量愈低的變化趨勢(shì)(圖8(b))。這可能是由以下2個(gè)原因引起。

1) 沉積期的原始積累，包括2種情況：①花垣礦田在清虛洞期處于特殊的地理環(huán)境，由地層風(fēng)化產(chǎn)生的富Pb和Zn的碎屑物沉積形成；②由于同沉積構(gòu)造活動(dòng)驅(qū)使海底熱鹵水噴流作用帶來Pb和Zn。2) 成巖后熱液作用的富集，在熱液活動(dòng)作用下，下伏地層中的Pb和Zn元素發(fā)生遷移，在清虛洞組地層(尤其是?2q1?(3+4))中富集。

早寒武世中晚期川黔湘一帶處于斜坡—次深海環(huán)境[28]，湘西北地區(qū)處于臺(tái)緣斜坡，花垣礦田處于臺(tái)緣淺灘，在花垣礦田周圍并無陸地出露，而康滇、瀘淀及摩天嶺古陸距離又遠(yuǎn)，源自陸源的成礦物質(zhì)很難遠(yuǎn)距離運(yùn)移至此，說明花垣礦田清虛洞組地層中的Pb和Zn并非來自陸源碎屑。蔣少涌等[29]認(rèn)為湘西北地區(qū)在牛蹄塘期發(fā)生了海底噴流作用，影響范圍較廣，致使其富含Mo，Ni，V，Cu，Pb和Zn等金屬離子，但此后噴流活動(dòng)已結(jié)束[21]，說明清虛洞組高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Pb和Zn并非噴流作用形成，這與花垣鉛鋅礦無明顯噴流沉積構(gòu)造特征的地質(zhì)事實(shí)相符。綜上所述，研究區(qū)清虛洞組地層Pb和Zn的富集主要是后期熱液活動(dòng)作用的結(jié)果，經(jīng)對(duì)比區(qū)域地層Pb和Zn元素豐度認(rèn)為，花垣礦田成礦所需鉛鋅可能來自板溪群馬底驛組至寒武系下統(tǒng)石牌組的地層。

(a) 花垣鉛鋅礦田清虛洞組下段第三亞段；(b) 第四亞段

(a) 湘西北區(qū)域地層鉛鋅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布[26]；(b) 花垣礦田地層鉛鋅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布[21]

6 礦床成因及成礦模式

6.1 礦床成因

花垣鉛鋅礦田成礦年齡約為410 Ma[16]，形成于揚(yáng)子地塊東南緣的前陸盆地環(huán)境中；礦體呈層狀、脈狀產(chǎn)于清虛洞組第三、四亞段藻灰?guī)r、粒屑灰?guī)r中；礦物組合以方解石—黃鐵礦—方鉛礦—閃鋅礦為主；礦石結(jié)構(gòu)包括自形—半自形粒狀結(jié)及交代、填隙、包含等結(jié)構(gòu)；礦石構(gòu)造主要為花斑狀、斑脈狀構(gòu)造，次為浸染狀、細(xì)脈狀、角礫狀等構(gòu)造；圍巖蝕變主要為方解石化和白云石化；硫同位素明顯富集重硫，反映硫來自板溪群馬底驛組至寒武系地層沉積的硫酸鹽的熱化學(xué)還原反應(yīng)；鉛同位素組成穩(wěn)定，具有上地殼鉛特征，顯示金屬成礦物質(zhì)來自上地殼；氫、氧同位素綜合研究表明，成礦流體主要為地層水，有大氣降水和少量變質(zhì)水參與；礦體、礦床的分布受北東向各級(jí)斷裂構(gòu)造控制作用明顯；礦化范圍與臺(tái)緣淺灘?生物礁相展布一致；賦礦層并非礦源層，金屬成礦物質(zhì)來自板溪群馬底驛組至寒武系石牌組的地層。對(duì)比典型MVT礦床特征[30?31]，花垣礦田內(nèi)鉛鋅礦床與其在成礦地質(zhì)背景、礦體形態(tài)、礦石組構(gòu)、圍巖蝕變、成礦物質(zhì)來源、成礦流體來源及關(guān)鍵控礦因素等方面均具有明顯相似性，為MVT型鉛鋅礦床。

6.2 成礦模式

綜合上述各項(xiàng)研究成果，結(jié)合區(qū)域大地構(gòu)造演化特征，建立花垣鉛鋅礦田成礦模式，見圖9。具體表述如下。

圖9 花垣鉛鋅礦田成礦模式圖

在裂谷及被動(dòng)大陸邊緣階段，隨著巖層的深度增大，地層中殘余海水、粒間水受壓力作用而被釋放，黏土和膏鹽類礦物因地溫增高而脫水，形成地層水，并沿深大斷裂和構(gòu)造薄弱層向下滲透，到達(dá)深部的基底地層，混入少量的變質(zhì)水。在此過程中，受地?zé)崽荻鹊脑鰷刈饔眯纬闪藷岬呐璧亓黧w。受上覆地層的負(fù)荷作用，流體被封存于深部，在溫度梯度和濃度梯度作用下發(fā)生對(duì)流循環(huán)，淋濾及溶解了各地層中的鹵素、鉛鋅元素以及硫酸鹽，形成了含礦熱鹵水。

進(jìn)入閉合造山階段，湘西北地區(qū)處于前陸盆地環(huán)境，加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響波及到花垣—張家界斷 裂[32]，含礦熱鹵水在構(gòu)造擠壓應(yīng)力、構(gòu)造熱以及盆地邊緣隆起產(chǎn)生的地勢(shì)差異等作用的驅(qū)動(dòng)下，沿花垣—張家界深大斷裂及其次級(jí)雁行斷裂向上運(yùn)移，且繼續(xù)淋濾、萃取地層中的有用成礦元素。當(dāng)含礦流體運(yùn)移至清虛洞組藻灰?guī)r時(shí)，受上、下低滲透性地層的隔擋，而滯留于該層位發(fā)生橫向運(yùn)移。此時(shí)，藻灰?guī)r中生物骨骼腐爛后留下的孔隙及藻隙、各種同生角礫或鮞粒之間的空隙、古巖溶孔洞、層面間隙及縫合線構(gòu)造等為流體的運(yùn)移和礦質(zhì)的沉淀提供了空間。流體及賦礦層中的硫酸鹽在有機(jī)質(zhì)的參與下發(fā)生熱化學(xué)還原反應(yīng)(TSR)，生成還原硫與流體中的金屬離子結(jié)合形成金屬硫化物。此外，成礦過程中大氣降水的加入，會(huì)導(dǎo)致流體的物理化學(xué)條件發(fā)生變化，有利于成礦物質(zhì)的沉淀。最終流體在向上運(yùn)移的斷裂中形成脈狀礦體以及脈狀、斑脈狀、塊狀礦石；在藻灰?guī)r孔隙、藻隙、層間微裂隙及縫合線構(gòu)造等部位形成了層狀礦體，花斑狀、細(xì)脈狀、浸染狀礦石；在同生角礫、古巖溶孔洞中形成了角礫狀礦體，角礫狀、塊狀礦石。

7 結(jié)論

1) 花垣鉛鋅礦田各礦床主要分布于花垣—張家界斷裂與兩河—長(zhǎng)樂斷裂之間的斷夾塊部位，賦礦地層為寒武系清虛洞組上段第三、第四亞段，其巖性為藻砂屑灰?guī)r和鮞粒灰?guī)r。

2) 閃鋅礦、方鉛礦及重晶石硫同位素特征顯示硫主要來自板溪群馬底驛組至寒武系地層中的硫酸鹽；硫化物鉛同位素特征指示成礦金屬來源于上地殼。方解石氫、氧同位素特征表明成礦流體并非單一來源，主要為地層水，含有少量變質(zhì)水，有大氣降水加入。

3) 花垣—張家界斷裂成巖期控制了藻灰?guī)r相帶的展布，成礦期派生的次級(jí)雁列脈為流體運(yùn)移提供了通道；臺(tái)緣淺灘—生物礁相控制了礦床和礦體的分布；賦礦層清虛洞組地層并非礦源層，成礦金屬來自板溪群馬底驛組至寒武系下統(tǒng)石牌組的地層。

4) 研究區(qū)鉛鋅礦床是在前陸盆地環(huán)境中，受加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響形成的MVT型鉛鋅礦床。

致謝：

在野外工作中，得到湖南省地礦局405地質(zhì)隊(duì)余沛然總工程師、曾健康副總工程師以及余冰、楊兵、張勁松等工程師的熱情幫助，在此深表謝意！

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(編輯 陳燦華)

Metallogenic model of Huayuan Pb-Zn ore field in the western Hunan Province, South China

WEI Hantao1, 2, SHAO Yongjun1, 2, XIONG Yiqu1, 2, LIU Wei3, KONG Hua1, 2, LI Qun1, 2, SUI Zhiheng2, 3

(1. Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals and Geological Environment Monitoring, Ministry of Education, Central South University, Changsha 410083, China;2. School of Geoscience and Info-Physics, Central South University, Changsha 410083, China;3. 405 Geological Prospecting Party, Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Hunan Province, Jishou 416099, China)

Huayuan Pb-Zn ore field is located in the transition zone between the southeastern margin of the Yangtze Block and the Xuefeng(Jiangnan) orogenic belt of South China. Ore bodies are mainly layered and secondly vein-like in shape, and hosted within both the algal limestone of the third submemeber and the sand limestone of the fourth submemeber of the Lower Cambrian Qingxudong Formation. Considering that faults and lithofacies are the most important ore-controlling factors for formation of the Pb-Zn orebodies, the characteristics of ore geology, isotope geochemistry, faults, lithofacies and ore source bed were analyzed. The metallogenic model of Huayuan Pb-Zn ore field was built. The results show that the sulfur is derived from the in-situ thermochemical reduction of sulfates from the older basement to the Cambrian sediments; the ore metals are likely derived from the older basement to the Shipai Formation,and the ore-forming fluids are mixture of metamorphic, formation and meteoric waters. The Huayuan—Zhangjiajie fault belt largely controls the distribution of sedimentary facies and mineralization, and the secondary faults with NE dip direction act as channels for migration of the ore-forming fluids. Moreover, the distribution of deposits and orebodies are controlled by shallow and biological reef facies near platform margins. Huayuan Pb-Zn ore field is MVT-type Pb-Zn deposit, which is formed in a foreland basin due to the Caledonian orogeny.

isotope; structure; lithofacies; ore source bed; metallogenic model; Huayuan Pb-Zn ore field

10.11817/j.issn.1672-7207.2017.09.020

P618.42；P618.43

A

1672?7207(2017)09?2402?12

2016?01?10；

2017?03?21

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局整裝勘查項(xiàng)目(12120114052201)；中南大學(xué)“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)計(jì)劃”項(xiàng)目(2015CX008)；中南大學(xué)博士生自主探索創(chuàng)新項(xiàng)目(2015zzts069) (Project(12120114052201) supported by the Monoblock Exploration Program of the China Geological Survey; Project(2015CX008) supported by the Innovation-driven Plan of Central South University; Project(2015zzts069) supported by the Independent Innovation Program for Doctoral Candidates of Central South University)

邵擁軍，教授，博士生導(dǎo)師，從事礦床學(xué)與成礦預(yù)測(cè)學(xué)研究；E-mail: shaoyongjun@126.com