曹林杰，張運周，李四龍，王志紅，張 瑤，張 寒

(1.陜西地礦第一地質隊有限公司，陜西 安康 725000；2.中國石化西南油氣分公司 石油工程技術研究院，四川 德陽 618000)

0 引 言

1.前寒武紀地層；2.花崗閃長巖；3.基性噴出巖；4.堿—中基性巖；5.基性—超基性巖脈；6.主斷帶；7.次斷帶；8.研究區(qū)。圖1 北大巴山區(qū)域地質簡圖[13]Fig.1 Geological sketch map of northern Daba Mountain (Simplified after Xiang Zhongjin[13])

大巴山一帶基礎地質工作程度相對較高，礦區(qū)地質礦產調查不同尺度條件下的科研成果頗豐。前人對北大巴山地質做了詳盡的物探、化探工作，為印支期為大巴山主造山期的理論提供了眾多重要依據(jù)，為南秦嶺—大巴山一帶礦產勘查奠定了一定的基礎[1-2]。南秦嶺一帶重晶石礦床研究已取得較為豐碩的成果，從地質與構造特征[3-6]、地球化學特征[7-9]、生物地球化學特征[10-11]等方面，探討了南秦嶺重晶石礦床的成礦流體、成礦帶特征、礦層產出特征與區(qū)域地質構造和沉積環(huán)境之間的關系、礦床成因以及成礦物質來源。近年來，眾多學者從不同角度研究重晶石礦床成因，進行了找礦預測。本文旨在從地質背景、礦床特征、地球化學特征等方面出發(fā)，研究重晶石礦床的古溫度、古環(huán)境等方面的信息，揭示成礦物質來源，為后續(xù)研究提供新的地質依據(jù)，為找礦提供參考。

1 區(qū)域地質概況

礦區(qū)位于南秦嶺構造帶北大巴山復背斜帶的平利復背斜南翼，處于揚子板塊(羌塘—揚子—華南)秦嶺—大別山新元古代—中生代造山帶的北大巴山—西傾山早古生代裂谷帶(Pz1)的平利穹隆西南緣，藺河街—王家坪韌性逆沖推覆剪切帶及其次級的韌性剪切帶、剝離斷層和一系列復式褶皺組成了區(qū)域上的基本構造格架[1,12]。區(qū)域巖漿巖較為發(fā)育，主要為薊縣系—青白口系中酸性、基性侵入巖和滔河口基性火山巖(圖1)。

研究區(qū)出露地層為中元古界薊縣系楊坪組(Pt2yp)、新元古界青白口系耀嶺河組(Pt3yl)及震旦系燈影組(Z2dn)、下古生界寒武系魯家坪組(1l)及箭竹壩組(j)、第四系，地層整體呈北西—南東向。楊坪組(Pt2yp)地層巖性主要為粉砂質板巖、石英絹云母片巖、凝灰質板巖等；耀嶺河組(Pt3yl)巖性主要為綠片巖、斜長片巖、千枚巖等；震旦系燈影組巖性以白云巖、含碳泥質灰?guī)r、含碳硅質板巖為主，夾硅質巖條帶及重晶石透鏡體等；寒武系魯家坪組(1l)巖性下部主要為灰黑色薄—中厚層狀硅質巖，局部夾碳質板巖，上部主要由碳質板巖及碳質硅質板巖組成，夾薄層灰?guī)r透鏡體；箭竹壩組(j)巖性主要為薄層灰?guī)r、碳質板巖、鈣質絹云母板巖等。燈影組(Z2dn)與耀嶺河組(Pt3yl)地層為剝離斷層接觸，魯家坪組(1l)與上下地層均為整合接觸(圖2)。重晶石呈淺灰色—灰白色相間的條帶狀、似層狀賦存于寒武系魯家坪組及震旦系燈影組。

2 礦床地質特征

研究區(qū)地層區(qū)劃屬羌笛—揚子華南地層大區(qū)，南秦嶺—大別山地層區(qū)，北大巴山地層分區(qū)，紫陽—平利地層小區(qū)[1]。震旦系燈影組(Z2dn)巖性以白云巖、含碳泥質灰?guī)r、含碳硅質板巖為主，夾硅質巖條帶及重晶石透鏡體等，與青白口系耀嶺河組地層為剝離斷層接觸。下古生界寒武系魯家坪組(1l)巖性下部主要為灰黑色薄—中厚層狀硅質巖，與上下地層均為整合接觸(圖2)。

重晶石礦層主要產于下古生界寒武系魯家坪組下部的碳質板巖與硅質巖的接觸部位，圍巖蝕變較弱，主要蝕變類型為黃鐵礦化、弱硅化等。重晶石含量為50%～99%，呈白色、灰色、青灰色，它形細粒狀，粒徑0.02～0.20 mm，個別顆粒較大，為1.80 mm×2.80 mm，分布較均勻；板狀、柱狀自形晶，板狀者粒徑多在0.16 mm×0.44 mm以下。多數(shù)顆粒分布具有定向性，玻璃光澤，密度2.67～4.39 g/cm3，硬度3～3.5，條痕白色，地表不易風化，錘擊易碎，發(fā)出強烈的氣味。礦石沉積層理清楚，具微層理構造、條帶狀構造。

3 樣品與測試方法

針對主礦體及上下圍巖，本次采集了9件實驗樣品，其中T-1、T-2 、T-9、T-10采集于礦體圍巖，其余5件樣品均為重晶石礦樣。

野外采集新鮮巖石樣品，避免風化作用對實驗的影響。碳、氧同位素分析在南京宏創(chuàng)地質勘查技術服務有限公司實驗室完成。儀器為美國熱電公司的253plus、Flash EA元素分析儀和Conflo IV多用途接口。樣品烘烤后以銀杯包裹的樣品經自動進樣器丟入填裝了玻璃碳粒的高溫(1 420 ℃)裂解爐中，氧與玻璃反應生成CO氣體，被高純氦氣(5 N)攜載經過色譜柱進入質譜儀測定CO的δ18O。采用3種國際標準物質(NBS-127、IAEA-SO-5、IAEA-SO-6)，標樣的分析精度可達0.3‰。

稀土元素在南京宏創(chuàng)地質勘查技術服務有限公司實驗室通過嚴格的實驗流程，利用Elan DRC-e ICP-MS分析完成。

4 測試結果

4.1 碳、氧同位素

大坪—金嶺重晶石礦床碳、氧同位素分析結果(表1)顯示，礦石δ13CV-PDB為-14.26‰～-6.51‰，均值為-11.90‰；δ18OV-PDB介于-16.05‰～-8.67‰，平均為-12.65‰。圍巖δ13CV-PDB介于-12.18‰～-2.66‰，均值為-9.11‰；δ18OV-PDB介于-13.92‰～-12.25‰，平均為-13.22‰。PDB與SMOW之間的轉換采用以下公式[14]：

δ18OV-PDB=(δ18OV-SMOW-30.91)/1.030 9

經計算，得出礦石δ18OV-SMOW介于1.44‰～2.20‰之間，圍巖δ18OV-SMOW介于1.66‰～1.83‰之間。

表1 大坪—金嶺重晶石礦床碳、氧同位素分析結果

4.2 稀土元素組成特點

大坪—金嶺重晶石礦床的稀土元素分析結果及相關參數(shù)詳見表2。由表中數(shù)據(jù)可看出，稀土元素總量變化較大，∑REE介于51.13×10-6～332.78×10-6之間，均值為147.86×10-6，礦體稀土總量較圍巖樣品稀土總量低。LREE/HREE可用來表征重稀土元素的分餾程度，稀土樣品檢測結果顯示礦石LREE/HREE在1.76～2.49之間，平均值為2.084，δEu在0.509～0.973之間，平均值為0.671，δCe在0.39～0.60之間，平均值為0.526；圍巖LREE/HREE在2.61～4.69之間，平均值為3.903，δEu在0.303～0.561之間，平均值為0.420，δCe在0.77～0.89之間，平均值為0.827。礦石與圍巖具相似的稀土元素特征，但稍有差異，可能由于海水下滲和熱液上升過程中萃取基底巖層的物質不同造成的。

5 成礦物源分析

5.1 成礦溫度

對大坪—金嶺重晶石礦床的碳、氧同位素進行分析測試，總體上δ13CV-PDB介于-14.26‰～-2.26‰之間，δ18OV-PDB介于-14.96‰～-8.67‰，得出礦區(qū)內δ18OV-SMOW介于1.44‰～2.20‰之間。根據(jù)硫酸鹽-氧同位素地熱溫標法[15]，利用公式：1 000lnα=2.88×106/T2-4.1式中：α=[1 000+δ18OV-SMOW(HSO4-)]/[1 000+δ18O(H2O)]；T為熱力學溫度，K。

表2 大坪—金嶺礦床稀土元素分析結果及相關參數(shù)

圖3 大坪—金嶺重晶石礦床稀土元素球粒隕石標準化配分圖Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns for Daping-Jinling barite deposit

各樣品均大于海水的δ18OV-SMOW值，同時與同期海相沉積物中硫酸鹽的δ18OV-SMOW值進行比較，也大于其硫酸鹽的δ18OV-SMOW值，故可判斷成礦物質來源可能有熱液參與成礦[16]。

根據(jù)前人的工作及科研成果[17]，前寒武紀海水與現(xiàn)代海水具有相似的δ18O值，由此可測得溫度介于60.72～122.87 ℃，重晶石礦體成礦溫度適宜。根據(jù)前人對南秦嶺重晶石與毒重石成礦特征的研究，表明溫度低于122.87 ℃，有利于重晶石的形成[18]。

5.2 成礦物質來源

稀土元素的分餾作用隨自然界外部條件的變化而發(fā)生改變，巖石中稀土元素豐度分布、遷移規(guī)律等特征能夠反映當時的地質背景[19-21]，因此開展稀土元素分析對研究成礦物質來源、成礦構造環(huán)境的判斷等問題具有一定的幫助。

稀土元素測試分析表明，稀土元素總量整體表現(xiàn)為差異較大，在60.15×10-6～332.78×10-6之間，均值為147.86×10-6，礦體的稀土總量小于圍巖的稀土總量。通過對重晶石礦床稀土元素配分模式圖(圖3)分析，可得到以下幾點信息。

整體上，所有測試分析樣品的稀土元素配分曲線近乎平行，但仍存在細微差別。各圍巖樣品的稀土元素配分曲線近似平行，礦體樣品的稀土元素配分曲線也近乎平行，由此可認為礦體與圍巖在物源上表現(xiàn)為同源性，而輕稀土組分呈現(xiàn)較小的差異，為稀土元素分餾作用的結果。Ce呈現(xiàn)不同程度的負異常，說明物質來源于海水，而且在成因上與熱液有密切的關系。前期對圍巖硅質巖進行了研究，發(fā)現(xiàn)硅質巖含生物及烷烴類，Eu呈現(xiàn)不同程度的負異常，表明可能與微生物活動有關。

5.3 物源分析

大坪—金嶺重晶石礦床產出于寒武系魯家坪組硅質巖與碳質板巖之間。以往對該地區(qū)地層微量元素的測試分析可知，其基底楊坪組與耀嶺河組Ba含量均低于300×10-6，而燈影組Ba元素含量平均值為1 725×10-6，最高值達2 550×10-6，前人對該區(qū)域的研究表明震旦系進入沉積期，燈影組沉積環(huán)境為淺海陸棚環(huán)境；寒武系海平面繼續(xù)升高，魯家坪組下段多發(fā)育層狀硅質巖，寒武系魯家坪組沉積環(huán)境為大陸邊緣斜坡相[1]，為SO42-的形成提供了優(yōu)越的條件。研究表明，震旦系燈影組重晶石物質來源與海底火山活動有關[6]，而寒武系魯家坪組Ba來源于震旦系燈影組地層，經熱液作用，使得地層富集Ba，從而有利于魯家坪組重晶石的形成。其次魯家坪組重晶石礦體頂、底板多為斷層破碎帶，提供了離子交換的場所，形成發(fā)育良好的重晶石礦床。

6 結 論

(1)本文對大坪—金嶺重晶石礦床的碳、氧同位素進行了測試分析，測得成礦古溫度介于60.72～122.87 ℃，表明為低溫成礦。

(2)大坪—金嶺重晶石礦床的沉積環(huán)境為大陸邊緣斜坡相，賦礦層位為寒武系魯家坪組，Ba來源于震旦系燈影組地層，SO42-來源于古海洋。

(3)通過對大坪—金嶺重晶石礦床的稀土元素配分模式圖的建立，可知礦體與圍巖在物源上表現(xiàn)為同源性，圍巖Eu虧損明顯，說明其構造環(huán)境的復雜性。圍巖通常為斷層破碎帶，為離子交換提供了良好的場所，有利于重晶石礦體的形成。