云南东川地区播卡矿田沉积环境初探

吴富强,柳硕林,赵培松,李朝旭

(1.华东有色地勘局,江苏南京210007;2.河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院,河南南阳473056)

云南东川地区播卡矿田沉积环境初探

吴富强1,柳硕林2,赵培松1,李朝旭1

(1.华东有色地勘局,江苏南京210007;2.河南省地质矿产勘查开发局第一地质勘查院,河南南阳473056)

在收集有关东川及邻区区域地质、矿产和物化探资料的基础上,探讨播卡矿田成矿地质背景及发展演化史。通过岩石建造,采用稀土元素分析的方法,结合区域岩相古地理研究成果,分析播卡矿田在中昆阳期处于大陆边缘沉积环境,因民期播卡矿田为强烈断陷阶段,落雪期播卡矿田进入了坳陷阶段,黑山期为闭塞滞流海湾沉积环境,总体表现为海侵正向层序,形成了紫-灰-黑建造系列。

播卡矿田;中昆阳期;成矿地质背景;岩相古地理;云南

0 引 言

云南播卡金矿与贵州贞丰县烂泥沟金矿、辽宁盖县猫岭金矿齐名,曾被国土资源部称为被外资圈定的三大“世界级金矿”(这三大金矿一度分别为澳大利亚的澳华黄金、加拿大的曼德罗矿业公司、加拿大的西南资源公司掌控)。2008年5月末,江苏省有色金属华东地质勘查局收购了云南播卡金矿的全部外方股权,成为这家金矿的绝对控股方,被外资控制长达7年之久的金矿终于回归祖国。笔者将探讨播卡矿田的成矿地质背景及岩相古地理特征。

1 成矿地质背景探讨

本区位于扬子克拉通西南缘川—滇—黔多金属成矿域中南部,区域基底为双层基底:太古—早元古结晶基底(片麻岩、混合岩化)和中元古褶皱基底,中元古褶皱基底分布于以轴部为南北向康滇群结晶基底两侧,西侧以盐边群为代表,为一套轻微变质的复理石和枕状熔岩建造,形成于优地槽构造环境;东侧以昆阳群为代表,以浅变质正常沉积岩为特征,夹少量火山岩,变质程度为低绿片岩相,形成于冒地槽构造环境。

主要区域断裂有:曲靖—昭通断裂和绿汁江断裂控制了康滇地轴的东西边界,小江断裂和普渡河断裂控制了东川次级隆起的东西边界、汤丹断裂控制了东川次级隆起的南部边界,一系列近南北向脆—韧性断裂带和近南北向褶皱控制了播卡矿田,出露地层见表1。本区同沉积凝灰岩、火山角砾岩有因民期、黑山期、大营盘期,中基性岩脉由晋宁期至喜山期都有,但以晋宁期为主,二叠系杏仁状玄武岩,分布于小江一带及矿权区南部;矿田变质作用有区域低温动力变质作用(埋藏变质作用)和脆韧性剪切带动力变质作用。

本区发展演化史经历了太古代—早元古代期间南北向康滇地轴结晶基底形成阶段。中元古代昆阳裂谷至晋宁期闭合而形成褶皱基底阶段,即在距今18亿年前后的“东川”运动开始时发育陆内或陆间裂谷盆地,在近南北向的昆阳裂谷盆地的次级近东西向东川马蹄形断陷盆地的东部沉积了昆阳群地层。海西晚期—印支期攀西裂谷发育阶段,形成了峨眉山大火成岩省,形成多金属矿床。燕山—喜山期进入造山隆起阶段,先经历了侏罗纪和白垩纪的陆内俯冲和推覆构造作用。在第三纪初,受印度陆块与欧亚陆块碰撞作用影响,扬子地块边缘主要断裂带,如红河断裂带等发生以左行走滑为主的构造活动,形成新生代早期陆内拉张盆地,形成扬子地块西缘及邻近三江褶皱带的金矿床。

表1 区域地层简表

2 矿田岩相古地理分析

本区沉积表现为裂谷沉积特征,沉积厚度、岩相复杂多变及沉积的多旋回,沉积序列双层结构明显,裂谷早期沉积物的近源性、不成熟性和复杂性(因民组角砾岩角砾成分可达20余种),因此东川地区岩相古地理具有裂谷多变的特征(表1)。

2.1 三个含矿地层沉积相分析

由于造山带地层系统混乱,有的地方甚至无法恢复、鉴别。因此,常规沉积相研究方法在此失灵。稀土由于熔点与沸点很高、化学性质稳定等特点,在变质作用中基本保持不变,即便是高级变质作用中,稀土基本没有迁移,因而能指示岩石在变质前的成岩环境及成因特征,从而具有难得的“示踪剂”的作用。如硅质岩中稀土元素的变化与相应环境下的海水和沉积物相类似,因而硅质岩中的稀土元素的分布特点可作为其沉积时的古海水及其对应沉积物的近似代表。从海水中吸附和继承陆源及海底火山颗粒中的稀土元素是大洋沉积物中稀土元素的主要来源。在不同构造环境下(洋中脊、大洋盆地及大陆边缘),由于陆源物质、海水及热液中稀土元素对沉积物中稀土元素的相对贡献不同而引起沉积物中稀土元素及有关参数(如Ce/Ce＊、La/Ce、Eu/Eu＊、∑REE及La/Yb)有规律的变化。已有的研究实例表明,细碎屑岩及硅质岩中的稀土元素已成为古构造环境示踪的有效手段之一,因而沉积物的稀土元素特点可反映沉积古环境。本项目尝试采用硅质岩、细碎屑岩稀土因素定量分析方法研究沉积环境、物质来源及地层对比。

2.1.1 因民期沉积相分析 岩相建造,因民组以其特殊的暗紫色色调和具介于砂、泥质和碳酸盐之间的浊流复理石沉积特征而又明显区别于昆阳群其他组、段地层,并与世界上一些著名的古红层在时代上相近。因民组在主要岩性及与主要岩性过渡的岩石中,都具有不完整的(ACE或AE)鲍马序列,A层是浅灰色或浅紫色白云质砂岩或砂质白云岩,具上细下粗的正粒序特征(浊积岩最主要的特征),C层为交错纹层段,层系组厚度不超过20cm,一般均小于10cm,具双向人字形交错层理及滑塌同生变形交错层理,其岩性为长石石英砂岩、白云质砂岩和砂质白云岩;E层由泥质成份组成,主要是暗紫色泥质岩或白云质板岩,具顶冲刷充填构造。总体上从A—C—E层是渐变过渡的,使因民组显示特有的粒序和色调韵律特征,成为判别因民组地层和正倒、顶底的可靠标志。因民组除上述冲刷、充填构造、粒序和色调韵律层理外,还有平行层理、波状层理和透镜状层理、交错层理、同生或准同生滑塌构造、撕裂构造等。

因民组稀土参数(Ce/Ce＊、Lashale/Ceshale)沉积环境,铈异常(Ce/Ce＊):近年来,Ce异常在解释古氧化还原条件、海平面变化和构造环境的研究中越来越受到重视,其实用之处在于能使研究者依据岩石Ce异常或全岩Ce异常定量地追踪古环境、古构造、古地理因素的变化。Ce有+3和+4两种价态。在大陆沉积物、火山岩及河水中,Ce主要表现为+3价,一般不出现Ce的异常。在海水中,Ce3+可以氧化为溶解度较小的Ce4+,Ce4+与Mn4+进行类质同像替换而进入水成铁锰氧化物晶格,随水成铁锰氧化物快速地从海水中除去,造成Ce相对其他稀土元素的亏损。在大洋不同的沉积环境下,由于来自热液的铁锰氧化物的丰度不同,由此而引起的Ce的亏损程度也不相同。Murray等(1992,1994)的研究表明,加利福尼亚弗朗西斯科大陆边缘环境下沉积的硅质岩,其Ce/Ce＊在0.65～1.35之间变化,平均值在1.09;深海平原环境下沉积的硅质岩,Ce/Ce＊在0.50～0.76之间变化,平均值为0.60;洋脊附近环境下沉积的硅质岩,Ce/Ce＊在0.22～0.38之间变化,平均值为0.30。丁林等(1995)对三江地区昌宁—孟连一带硅质岩进行了稀土元素研究,发现在大陆边缘沉积的硅质岩,其Ce/Ce＊在0.72～0.98之间变化,平均值为0.90;沉积于深海平原环境中的硅质岩, Ce/Ce＊变化在0.55～0.80之间,平均值为0.62;沉积于洋中脊附近环境中的硅质岩,Ce/Ce＊变化于0.31～0.49之间,平均值为0.37。上述研究表明,硅质岩的Ce/Ce＊指示其沉积环境。

已有的研究表明,经页岩平均值标准化的硅质岩的Lashale/Ceshale比值可以有效地判别硅质岩的形成环境。洋中脊附近硅质岩的Lashale/Ceshale≈3.5;大洋盆地硅质岩的Lashale/Ceshale为1.0～2.5;大陆边缘硅质岩的Lashale/Ceshale比值为0.5～1.5。

本次研究工作,在播卡矿田新山—马家沟、小水井、红岩采样,样品送中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所分析,分析数据经页岩平均值标准化后,对播卡矿田的因民期沉积相进行分析。

在新山—马家沟地区,Ce/Ce＊介于0.77～0.88之间变化,平均值为0.81;经页岩平均值标准化的硅质岩的Lashale/Ceshale比值介于1.16～1.36,平均值为1.29,因此可推测新山马家沟地区在因民期为大陆边缘沉积环境。

在小水井地段,Ce/Ce＊介于0.78～0.81之间变化,平均值为0.79;经页岩平均值标准化的硅质岩的Lashale/Ceshale比值介于1.44～1.48,平均值为1.46,因此可推测小水井地段在因民期也为大陆边缘沉积环境。

在红岩地段,Ce/Ce＊介于0.60～1.06之间变化,平均值为0.84;经页岩平均值标准化的硅质岩的Lashale/Ceshale比值介于0.96～1.53,平均值为1.24,因此可推测红岩地段在因民期也为大陆边缘沉积环境。

综上所述并结合因民期所处大地构造背景来看,因民早期,东川地区大规模张裂下陷形成高山深谷的地理景观,在箕状盆地内同时发生强烈的、以中基性为主的火山喷溢(发),生成一套以崩落、滑塌泥石流、火山泥流作用为主并伴有隐爆、气液爆破成的因民角砾岩和火山岩,这种火山-沉积岩多旋回互层,组成了因民组一段(非补偿性沉积),分布在箕状盆地的边界边缘断层相一侧,这一时期应为陆相至浅水槽盆环境。因民中期,大规模火山活动趋于停息,张裂形成的高山深谷逐步被剥蚀夷平,但箕状盆地却沉陷较深而成为半深水环境,沿生长断层(现在背斜轴部的走向断层即由古生长断层继承发展而成)有大规模火山派生的喷流热卤水活动,从而形成火山-喷流热卤水沉积的稀矿山式铁铜矿。进入因民中晚期后,箕状盆地水体逐渐变浅,演变为箕状盆地边缘山麓相,它以泥砂质复理石沉积为主,在那里沿较低缓的地形由短程河流将泥砂质注入箕状盆地,形成有小型三角洲和水下河道的潮坪环境(图1)。

2.1.2 落雪期沉积相分析 落雪早期基本完成了由因民期的浑水沉积向清水沉积的转变,并在因民晚期潮坪沉积的基础上形成了一个个大小不一的潮坪泻湖,环境相对安静,岩性为含硅泥质粉(微)晶碳酸盐沉积物为主,由于因民期强烈火山活动派生较强的热水活动,沿同生断层渗入潮坪泻湖沉积,在相对封闭安静的环境中形成了东川式铜矿,众多的沉积标志和热水沉积岩的发现证实了这一点。

落雪中期以后在整个裂谷范围内发生区域地壳缓慢下降,水体逐步加深,从早期的潮坪泻湖逐步过渡到较统一的潮间带上部到潮上带环境,沿同生断层的热卤水仍有活动,沉积了不等粒硅质白云岩,大弧状、波纹状、层纹状叠层石为主要的沉积相标志,以后水体仍渐加深变为潮间带,出现柱状叠层石。落雪中晚期,水体进一步加深,形成碳酸盐台地相,主要沉积产物为深灰色(含)硅质粉晶白云岩,并夹2层～3层具硅质条带、团块、结核的硅质白云岩(未见叠层石),顶部夹板岩。表明此时水体较深、有热卤水渗入,这种环境有利于铜的原始沉积(图2)。

落雪组稀土参数(Ce/Ce＊、Lashale/Ceshale)沉积环境分析:根据本次研究稀土分析结果,在新山—马家沟地区,Ce/Ce＊平均值为0.85;经页岩平均值标准化的硅质岩的Lashale/Ceshale比值为1.25,可推测新山马家沟地区在落雪期为大陆边缘沉积环境。因东北区在这一发展时期一直是潮间带上部至潮上带环境,水体浅,甚至长时期暴露,不利于成矿。

图1 因民期岩相古地理图

2.1.3 黑山期沉积相分析 黑山组主要岩性为黑色硅质炭质板岩,灰质、白云质板岩夹薄至中层状白云质灰岩及灰质白云岩,沉积环境因水体加深而变为半闭塞的海湾滞流强还原环境;从岩石中含一定量硅质、长石质成分来看,仍有热卤水活动;其中赋存的铜矿相当于东川桃园式,产在落雪期浅海潮坪碳酸盐相向黑山期滞流海湾黑色页岩相转化的部位,赋存于黑山组底部。

图2 落雪期岩相古地理图

黑山期稀土参数(Ce/Ce＊、Lashale/Ceshale)沉积环境分析:根据本次研究稀土分析结果,在新山—马家沟地区,Ce/Ce＊平均值为0.81;经页岩平均值标准化的硅质岩的Lashale/Ceshale比值为1.28,因此可推测新山—马家沟地区在黑山期为大陆边缘沉积环境。在南区人占石地段Ce/Ce＊平均值为1.13;经页岩平均值标准化的硅质岩的Lashale/Ceshale比值为0.93,因此可推测人占石地区在黑山期为更接近大陆沉积环境。

值得说明的是,以上东川地区3个含矿组沉积相分析主要是依据西南有色地质局1994年研究成果,结合播卡矿区特征总结而得到的,本次研究工作主要是用稀土元素分析沉积环境。

2.1.4 播卡矿田3个含矿组层序及岩相古地理分析 在研究前人资料,结合播卡矿田的地质特征和一些标准剖面的基础上,总结出播卡矿田在纵向和横向上的岩相古地理特征。

在纵向上,因民组为昆阳裂谷初期产物,因民早期表现为东川运动后磨拉石沉积建造,沉积了一套火山凝灰质杂砂岩,为低水位体系域;落雪组为一套浅海陆棚相白云岩沉积建造,为海侵体系域;黑山组为一套碳质泥岩高水位体系域,为闭塞滞流海湾沉积环境。总体表现为海侵正向层序。

在横向上,小江断裂为同沉积断裂、生长断层,东川昆阳裂谷由东北向西南发展,物源来自西部的元谋新平古陆,因民期西南部处于山麓三角洲环境,沉积了巨厚红色磨拉石沉积建造;落雪期海水由东向西侵入,西南部处于碳酸盐台地潮坪环境,沉积了巨厚的白云岩沉积建造。而在东北部因民期处于局限热水盆地环境,远离古陆,处于欠补偿的强还原弱氧化环境,晚期火山凝灰质—硅质岩建造发育,颜色为灰色至灰黑色;在落雪期海水加深,碳泥质灰质增多,不利于白云岩沉积(图3)。

图3 播卡矿田因民期岩相古地理理想剖面图

以上观点的几点依据。

①在因民期,南部因民、汤丹沉积了一套巨厚的紫红色磨拉石建造,底部底砾岩发育;而北部颜色为黄绿色凝灰质杂砂岩夹白云岩、泥岩。

②在落雪期,南部因民、汤丹沉积了一套巨厚的陆棚相白云岩沉积建造;而北部落雪组零星分布,沉积较薄。

③在黑山期,南北部统一沉积了一套黑色碳质泥岩、板岩。

造成这种分异的原因在于原型盆地内部构造的不均一性,同沉积的断裂构造造成原型盆地内部形成地垒、地堑的地形差异;而这些地层和沉积上的分异,尤其是同沉积断裂带的活动和分布又对原生铜矿的富集和就位形成了空间控制。

3 结 语

在全面收集有关东川及邻区区域地质、矿产和物化探资料的基础上,探讨了播卡矿田成矿地质背景及本区发展演化史。在岩石建造分析的基础上,采用稀土元素分析的方法,结合区域岩相古地理研究成果,探讨了播卡矿田在中昆阳期处于大陆边缘沉积环境。

因民期播卡矿田为强烈断陷阶段,东川昆阳裂谷由东北向西南发展,形成一系列断陷盆地群,物源来自西部的元谋新平古陆,因民期西南部处于山麓三角洲环境,沉积了巨厚红色磨拉石沉积建造。而在东北部因民期处于局限热水盆地环境,远离古陆,处于欠补偿的弱还原弱氧化环境,晚期火山凝灰质-硅质岩建造发育,颜色为灰色—灰黑色,为低水位体系域。

落雪期播卡矿田进入了坳陷阶段,海水由东向西侵入,西南部处于碳酸盐台地潮坪环境,沉积了巨厚的白云岩沉积建造,而在东北部海水加深,碳泥质灰质增多,不利于白云岩沉积,为海侵体系域。

黑山期沉积了一套碳质泥岩高水位体系域,为闭塞滞流海湾沉积环境,总体表现为海侵正向层序,形成了紫-灰-黑建造系列。

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Discussion of sedimentary environment of Boka mine field

W U Fu-q iang1,L IU Shuo-l ing2,ZHAO Pei-song1,L IChao-xu1
(1.East China Geological Exploration Bureau ofNonferrousMetals,Nanjing 210007,China;2.No.1 Geological and Exploration Institute of Henan Bureau of Geology andMinerals Prospecting,Nanyang 473056,Henan)

On the basis of data collection of regional geological,mineral and physical-chemical exploration in Dongchuan and its adjacent areas,the ore-forming geological background and evolution historyofBokamine fieldwere discussed.Through analysisof rock formation,rare earth elements and regional lithofacies and paleogeographic results,the authors revealed the environment of Boka mine field was of sedimentary environmentof continentalmargin,strongly fault depression,down-warped and occlusive stagnant flow embayment respectively,corresponding to middle Kunyun period,Yinmin period,Luoxue period and Heishan period.The change of aggregate environmentwas a positive marine transgression sequence,thatwas purple-gray-black for mation series.

Boka mine field;Middle Kunyun period;Ore-forming geological background;Lithofacies paleogeography;Yunnan

book=3,ebook=163

P618.51;P611.2+2

A

1674-3636(2010)03-0238-06

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.03.238

2009-11-23;

2009-12-10;编辑:詹庚申

吴富强(1964—),男,研究员级高级工程师,博士后,主要从事金属热液矿床与油气之间成生联系的研究.