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黔東鉛鋅礦床地質(zhì)特征與分布規(guī)律及成因分析

2021-10-21 09:22金中國(guó)劉開(kāi)坤
礦產(chǎn)與地質(zhì) 2021年4期
關(guān)鍵詞:五指山鉛鋅礦同位素

彭 松,金中國(guó),劉開(kāi)坤,王 瓊

(1.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局核資源地質(zhì)調(diào)查院,貴州 貴陽(yáng) 550005;(2.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局,貴州 貴陽(yáng) 550005)

0 引言

近年來(lái),隨著貴州五指山地區(qū)納雍枝大型鉛鋅礦床的發(fā)現(xiàn),打破了貴州無(wú)大型鉛鋅礦床的歷史,引起地質(zhì)學(xué)界的熱議。眾多專家學(xué)者從礦床特征[1-5]、控礦因素[6-7]、成礦過(guò)程[8]、成礦模式[4,7,9]、成礦地質(zhì)條件[7,10]等方面對(duì)五指山礦集區(qū)作了大量的研究。但由于缺乏年代學(xué)證據(jù),成礦帶歸屬問(wèn)題尚未定論,王生偉等[11]利用Rb-Sr等時(shí)線法獲得其成礦年齡為(458.2±2.9)Ma,韋晨等[12]通過(guò)對(duì)比研究,認(rèn)為五指山礦集區(qū)應(yīng)屬黔東成礦帶,第一次提出成礦帶歸屬。黔東成礦帶多為礦點(diǎn)、小型礦床及少數(shù)中型礦床,如牛角塘、銅仁塘邊、卜口長(zhǎng)、嗅腦等礦床,將五指山礦集區(qū)成礦帶歸屬于黔東成礦帶,填補(bǔ)了湘西—黔東成礦帶在貴州境內(nèi)無(wú)大型鉛鋅礦床的空白,更使黔東成礦帶地域上向西延伸至普定五指山地區(qū)。結(jié)合前人對(duì)黔東鉛鋅礦的研究,對(duì)黔東成礦帶內(nèi)幾個(gè)典型礦床成礦地質(zhì)背景、礦床地質(zhì)特征、礦床地球化學(xué)特征及礦床空間分布規(guī)律進(jìn)行初步總結(jié),分析其礦床成因類型,并嘗試探討其成礦過(guò)程。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及礦床分布規(guī)律

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

黔東成礦帶位于揚(yáng)子陸塊東南緣,與江南造山帶西部相接。區(qū)域性構(gòu)造為NE向木黃-貴陽(yáng)-普安大斷裂和三都—萬(wàn)山大斷裂及以其為中心的斷裂-褶皺系。木黃-貴陽(yáng)-普安大斷裂經(jīng)印江木黃、石阡、貴陽(yáng)、安順、普安等地斜貫貴州全境,南延云南師宗,北延湖南慈利,走向北東,為一條巖石圈深大斷裂。三都—萬(wàn)山大斷裂經(jīng)銅仁、玉屏、臺(tái)江、丹寨、三都及獨(dú)山基長(zhǎng)等地,北東走向,斜貫省境的一條多期活動(dòng)的隱伏巖石圈深大斷裂,始于雪峰-加里東期[13]。

區(qū)內(nèi)除志留系缺失外,從新元古界到第四系均有出露,而下古生界沉積的碳酸鹽巖厚度達(dá)上千余米[14],其中震旦系燈影組與寒武系清虛洞組為區(qū)內(nèi)鉛鋅的主要賦礦層位(圖1)。

圖1 黔東大地構(gòu)造位置圖(a)及鉛鋅礦床分布地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)

1.2 礦床分布規(guī)律

從空間上看,鉛鋅礦的分布與區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造密切相關(guān),礦床(點(diǎn))的分布受NE向的深大斷裂控制。西部鉛鋅礦床沿木黃-貴陽(yáng)-普安大斷裂北西側(cè)分布,東部鉛鋅礦床分布以NE向三都—萬(wàn)山斷裂為中心呈帶狀展布。

區(qū)內(nèi)NE向的深大斷裂控制了次級(jí)構(gòu)造單元的發(fā)育,鉛鋅礦床的空間分布明顯受區(qū)域構(gòu)造格架的控制,NE向的斷層-褶皺構(gòu)造組合為區(qū)內(nèi)主要控礦構(gòu)造。納雍枝礦床形成于五指山背斜和NE向次級(jí)斷層組成的構(gòu)造中,都勻牛角塘鉛鋅礦床受控于獅子洞背斜和NE向的早樓斷裂及其次級(jí)斷裂構(gòu)造組合,竹子寨—大雅背斜和NE向的松桃—水田斷裂及其次級(jí)斷裂控制嗅腦鉛鋅礦床,塘邊、卜口場(chǎng)礦床受偏巖背斜和NE向銅仁—玉屏大斷裂及其NE向斷層的構(gòu)造控制。

2 礦床地質(zhì)特征

研究區(qū)除志留系缺失外,從新元古界到白堊系地層均有出露,巖性以碳酸鹽巖為主,泥(頁(yè))巖、砂巖次之。區(qū)域性構(gòu)造木黃-貴陽(yáng)-普安大斷裂和三都—萬(wàn)山大斷裂呈NE向貫穿研究區(qū),受武陵—喜山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響,礦床分布區(qū)域構(gòu)造變形復(fù)雜,主體構(gòu)造為軸向NE的背斜(五指山背斜、偏巖背斜)和切穿背斜的NE向斷層。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)弱,西部地區(qū)僅出露上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖,且在五指山地區(qū)被剝蝕殆盡,東部地區(qū)在梵凈山一帶見(jiàn)花崗巖體產(chǎn)出,在凱里—鎮(zhèn)遠(yuǎn)、雷山一帶見(jiàn)鉀鎂煌斑巖出露。

2.1 賦礦層位及巖性

黔東鉛鋅礦床(點(diǎn))主要產(chǎn)于碳酸鹽巖地層中,白云巖、灰?guī)r為主要的賦礦巖性,賦礦層位為震旦系燈影組至寒武統(tǒng)清虛洞組。五指山背斜北東端杜家橋礦床鉛鋅產(chǎn)于震旦系燈影組中,賦礦圍巖為白云巖;納雍枝、都勻牛角塘礦床產(chǎn)于下寒武統(tǒng)清虛洞組白云巖中;銅仁塘邊、卜口場(chǎng)、嗅腦、廣龍坡等礦床鉛鋅均產(chǎn)于下寒武統(tǒng)清虛洞組灰?guī)r中(表1)。

表1 黔東鉛鋅礦床地質(zhì)特征

2.2 礦體特征

鉛鋅礦體多為層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)于白云巖、灰?guī)r中,礦體產(chǎn)狀與賦礦圍巖一致,傾角較小。少數(shù)礦體呈脈狀產(chǎn)出于斷層破碎帶中,礦體產(chǎn)狀呈高角度陡傾,如納雍枝鉛鋅礦床[9]。層狀、似層狀礦體空間上呈多層分布,如杜家橋、納雍枝、牛角塘等礦床分為三層礦體[2,4,15-16],塘邊、卜口場(chǎng)、嗅腦等礦床呈現(xiàn)上下兩層礦體[17-19]。礦體走向延伸數(shù)十米至上千米,礦床鉛、鋅品位變化范圍較大,介于百分之零點(diǎn)幾至百分之二十幾之間。產(chǎn)于震旦系燈影組中的礦體主要以鉛為主,鋅含量較低,如杜家橋礦床;產(chǎn)于下寒武統(tǒng)清虛洞組中的礦體則以鋅為主,鉛含量相對(duì)較低,如納雍枝、牛角塘、塘邊、卜口場(chǎng)等礦床。

2.3 礦石特征

礦石組成及共生礦物組合相對(duì)簡(jiǎn)單,主要以閃鋅礦、方鉛礦為主,礦石具自形粒狀、自形—他形粒狀、碎裂、交代殘余結(jié)構(gòu)和塊狀、浸染狀、脈狀構(gòu)造。通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)部分礦床進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究,不同時(shí)代圍巖中礦床的礦物組成略有差別,產(chǎn)于震旦系燈影組的杜家橋礦床礦石礦物主要為方鉛礦,次為閃鋅礦,脈石礦物則常見(jiàn)白云石、石英[3,15];寒武系清虛洞組的納雍枝、牛角塘、塘邊、嗅腦等礦床礦石礦物則主要為閃鋅礦,方鉛礦、黃鐵礦次之,脈石礦物多為方解石、白云石、重晶石及碳泥質(zhì)[9,16-21]。至于為何不同時(shí)代圍巖中礦床的礦物組成呈現(xiàn)出的這一差別,有待進(jìn)一步研究。

2.4 礦化蝕變類型

礦床圍巖蝕變普遍較弱,主要有白云石化、方解石化、黃鐵礦化等。不同巖性的圍巖蝕變類型也略有差異,產(chǎn)于白云巖中的礦床,一般蝕變類型為白云石化、方解石化、黃鐵礦化及弱硅化;產(chǎn)于灰?guī)r中的礦床,礦化蝕變類型一般為方解石化、白云石化及碳泥質(zhì)(有機(jī)質(zhì))。白云石化普遍存在,在空間上從西往東白云石化有變?nèi)醯内厔?shì),筆者認(rèn)為是由圍巖的性質(zhì)所導(dǎo)致的這一現(xiàn)象。

3 礦床地球化學(xué)特征

3.1 碳氧同位素地球化學(xué)特征

陳國(guó)勇等[6]對(duì)納雍枝礦床碳氧同位素進(jìn)行研究表明,白云石脈的δ13CPBD值范圍為-1.02‰~-0.26‰,δ18OSMOW值范圍為19.42‰~24.89‰;白云巖中δ13CPBD值為-0.21δ‰,δ18OSMOW值為25.80‰。都勻牛角塘方解石脈中的δ13CPBD值-0.18‰,δ18OSMOW值為20.72‰;圍巖白云巖中的δ13CPBD值為0.43‰~0.87‰,δ18OSMOW值為20.19‰~20.63‰[21];銅仁塘邊方解石脈中的δ13CPBD值范圍為0.5‰~1.5‰,δ18OSMOW值范圍為22.2‰~25.1‰,圍巖中的δ13CPBD值為-1.16‰~1.70‰,δ18OSMOW值為20.57‰~22.52‰[18,23]。松桃嗅腦方解石脈狀中δ13CPBD值為-0.32‰~0.42‰,δ18OSMOW值為16.89‰~18.25‰;圍巖中δ13CPBD值為-0.25‰~1.45‰,δ18OSMOW值范圍為19.63‰~22.42‰[23]。

單個(gè)礦床礦石和圍巖中的δ13CPBD、δ18OSMOW值差別并不大,認(rèn)為流體中的C與賦礦地層同源或流體在運(yùn)移過(guò)程中與圍巖發(fā)生水-巖反應(yīng)。在δ13CPBD- δ18OSMOW圖解(圖2)上,以上幾個(gè)礦床的C、O同位素組成投點(diǎn)主要落入或靠近海相碳酸鹽巖的范圍,并且呈近似水平分布,礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出,而成礦期與沉積成巖期為不同時(shí)期,礦體的形成明顯晚于圍巖,說(shuō)明成礦流體與碳酸鹽巖發(fā)生水-巖反應(yīng),成礦流體中的C主要來(lái)自碳酸鹽圍巖,是碳酸鹽巖溶解作用形成。

圖2 黔東鉛鋅礦床δ13CPBD - δ18OSMOW圖解

3.2 硫同位素地球化學(xué)特征

本區(qū)內(nèi)鉛鋅礦床硫同位素均為正值,納雍枝、杜家橋鉛鋅礦床δ34S范圍為+15.94‰~+23.40‰[15,24],集中分布于+21‰~+26‰之間。牛角塘δ34S值變化范圍為+10.03‰~+32.82‰,變化范圍較大,具塔式分布特征,集中分布區(qū)間為+22‰~+30‰[25]。嗅腦δ34S值變化范圍為+26.30‰~+34.90‰[26]。塘邊δ34S值變化范圍為+25.20‰~+36.10‰[19]。卜口場(chǎng)δ34S值變化范圍為+22.80‰~+38.00‰[21,26]。該區(qū)內(nèi)δ34S范圍在+18.23‰~+36.39‰之間,富集重硫,空間上由西往東形成逐漸變高趨勢(shì)(表2)。

表2 黔東鉛鋅礦床硫同位素組成

以上礦床δ34S同位素均不具備δ34S黃鐵礦>δ34S閃鋅礦>δ34S方鉛礦的特征,礦床中主要硫化物為閃鋅礦、方鉛礦和黃鐵礦,僅少見(jiàn)量重晶石,未見(jiàn)黃銅礦等礦物,暗示硫同位素在硫化物間的分餾未達(dá)到平衡,故其均值不能代表流體δ34S∑S值。西部的杜家橋、納雍枝、牛角塘礦床δ34S集中分布于+21‰~+30‰之間,與地層中蒸發(fā)相碳酸鹽巖其δ34S組成(+24‰~+28‰)接近[12]。而東部的嗅腦、塘邊、卜口場(chǎng)等礦床δ34S值組成范圍主要分布于+26‰~+34‰之間,明顯高于賦礦地層,下伏陡山沱組磷塊巖δ34S值為+34.2‰~+42.4‰[27],故認(rèn)為成礦流體可能與下伏磷塊巖有關(guān)。

綜上研究表明,東西部礦床δ34S值空間上由西往東形成逐漸變高趨勢(shì),西部礦床δ34S值與地層中蒸發(fā)相碳酸鹽巖其δ34S組成接近,認(rèn)為其來(lái)源于海相碳酸鹽巖;東部礦床δ34S值更接近下伏陡山沱組磷塊巖中的δ34S組成,認(rèn)為流體可能流經(jīng)該地層,萃取其重硫?qū)е隆.?dāng)流體運(yùn)移至這些富重硫地層時(shí),萃取了這其中的重硫,當(dāng)發(fā)生熱化學(xué)還原機(jī)制(TSR),使富重硫的硫酸鹽發(fā)生同位素分餾,從而形成接近各礦區(qū)硫化物δ34S值。

3.3 鉛同位素地球化學(xué)特征

根據(jù)前人研究表明[19,24-26],黔東成礦帶鉛鋅礦礦床鉛同位素范圍206Pb/204Pb比值為17.828~18.230,207Pb/204Pb比值為15.621~15.811,208Pb/204Pb比值為37.922~38.888,單個(gè)礦床及整個(gè)成礦帶礦床Pb同位素變化范圍較小。

將Pb同位素組成范圍投入與基地地層207Pb/204Pb -206Pb/204Pb圖解中(圖3),得到的投入陰影位于上地殼Pb平均演化線上附近,表明其成礦物質(zhì)具有殼源特征,將其與下方燈影組及深部基底地層進(jìn)行對(duì)比[28],結(jié)果顯示與燈影組地層存在明顯差別,與基底巖石部分重疊,說(shuō)明其金屬成礦物質(zhì)主要來(lái)源于基底巖石。

圖3 黔東鉛鋅礦床Pb同位素組成與基底地層207Pb/204Pb - 206Pb/204Pb圖解

4 礦床成因分析

4.1 成礦時(shí)代

鉛鋅礦床的定年一直是地質(zhì)學(xué)界的難題,在五指山礦田發(fā)現(xiàn)之初,許多的專家學(xué)者對(duì)其進(jìn)行大量研究,但由于缺乏年代學(xué)證據(jù),對(duì)其成礦時(shí)代未獲得統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。王生偉等(2018)[11]通過(guò)閃鋅礦的Rb-Sr等時(shí)線法獲得其成礦年齡為(458.2±2.9)Ma。楊紅梅等(2015)[20]、于玉帥等(2017)[19]利用同樣的Rb-Sr等時(shí)線法對(duì)黔東銅仁卜口場(chǎng)、塘邊鉛鋅礦床進(jìn)行測(cè)年,獲得其成礦年齡分別為422~483 Ma和(477±5)Ma,與五指山礦田成礦時(shí)代接近。表明黔東成礦帶為同一時(shí)期形成,其成礦時(shí)代為奧陶世,與加里東運(yùn)動(dòng)相關(guān),也是韋晨等將五指山礦田歸屬于黔東成礦帶的重要證據(jù)之一。

4.2 礦床成因類型

前人對(duì)密西西比河谷型(MVT)鉛鋅礦床研究表明,MVT型鉛鋅礦床在成因、成礦背景、圍巖、礦體、礦石、地球化學(xué)等方面具有其獨(dú)特特征[29-30],將黔東鉛鋅礦床地質(zhì)特征與MVT型鉛鋅礦床進(jìn)行對(duì)比(表3),研究表明黔東鉛鋅礦床與MVT型鉛鋅礦床具有相同的成礦機(jī)理,在成因類型上屬M(fèi)VT型礦床。

表3 黔東鉛鋅礦床與典型MVT型鉛鋅礦床主要特征對(duì)比

5 成礦過(guò)程討論

加里東期,隨著揚(yáng)子板塊與華夏板塊再次匯聚、碰撞,區(qū)內(nèi)的木黃-貴陽(yáng)-普安大斷裂和三都—萬(wàn)山大斷裂兩條巖石圈深大斷裂復(fù)活、形成[13],為深部的金屬成礦物質(zhì)提供上升通道,同時(shí)板塊的匯集、碰撞導(dǎo)致的武夷—云開(kāi)陸內(nèi)造山事件,為成礦提供驅(qū)動(dòng)熱源。地層壓力增加,溫度升高,深部鹵水?dāng)y帶深部金屬成礦物質(zhì)通過(guò)深大斷裂往上運(yùn)移,流體運(yùn)移過(guò)程中萃取了地層中的重硫,經(jīng)次級(jí)大斷層將成礦物質(zhì)導(dǎo)入礦區(qū),再通過(guò)NE向斷層進(jìn)入賦礦地層,在物理化學(xué)條件變化或能量的突然釋放下與圍巖發(fā)生水-巖反應(yīng),鉛鋅等金屬元素以硫化物的形式沉淀于斷層-褶皺構(gòu)造所產(chǎn)生的虛脫空間、層間破碎帶內(nèi),形成層狀、似層狀礦體,從而形成黔東MVT型鉛鋅礦床。

6 結(jié)論

1)鉛鋅礦床沿木黃-貴陽(yáng)-普安大斷裂、三都—萬(wàn)山斷裂為中心呈帶狀展布,分級(jí)控礦特征明顯,區(qū)域性大斷層控制礦床的分布;背斜-斷層構(gòu)造組合控制礦體的展布,是主要的控礦構(gòu)造組合。

2)成礦流體中C主要來(lái)自碳酸鹽圍巖,是碳酸鹽巖溶解作用形成;成礦物質(zhì)S來(lái)源于海相碳酸鹽巖,Pb同位素具殼源特征,主要來(lái)源于基底巖石。

3)黔東鉛鋅礦床成礦時(shí)代為加里東期(早古生代奧陶世),是揚(yáng)子板塊和華夏板塊碰撞、造山的產(chǎn)物,在成因類型上屬于典型的MVT型鉛鋅礦床。

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