高罗背斜铅锌矿基本特征和找矿标志

2012-01-17龚志愚赵生贵姜志勇万传杰方喜林

资源环境与工程 2012年6期

龚志愚，赵生贵，姜志勇，万传杰，方喜林

(1．湖北省地质调查院，湖北武汉 430034;2．湖北省第二地质大队，湖北恩施 445000)

0 引言

湘西鄂西铅锌成矿带是中国近期确定的十九个重要成矿区带之一，自北向南分为6个铅锌矿化集中区。咸丰—高罗地区位于鹤峰—酉阳矿集区中部，在该矿集区内，与本区毗邻的湖南龙山县和重庆市黔江县境内，分别发现了江家垭、下光荣、龙泽湖和五峰山、高洞子等中小型铅锌矿床。咸丰—高罗地区共分布有22处铅锌矿点，主要分布于咸丰背斜及其次级褶皱高罗背斜核部及翼部，目前已发现滕家湾、郭家坡、埃山等数处小型铅锌矿床。其中高罗背斜一带，除了埃山铅锌矿床以外，还分布有三角庄、魏家坳、水塘、张家沱、陈家院子、周家湾等铅锌矿点。本文主要介绍高罗背斜铅锌矿的地质特征，通过对该地区铅锌矿基本特征和成矿规律的探讨，为以后在恩施地区寻找铅锌矿提供一点找矿思路。

1 区域地质背景

高罗地区大地构造位置属扬子准地台(Ⅲ)、上扬子台坪(Ⅲ2)、八面山台褶带(Ⅲ23)、恩施—黔江台褶束(Ⅲ23－1)。寒武纪—三叠纪中期，加里东运动、华力西运动使研究区差异升降，接受海相碎屑岩、碳酸盐岩沉积，处于相对稳定的地台发展阶段;三叠纪晚期—侏罗纪中期，受印支运动影响，形成近东西向褶皱和脆性断裂构造，以褶皱为主，呈侏罗山式平行线状排列，大型向斜局部构成陆相坳陷盆地，接受陆相碎屑沉积;侏罗纪晚期，燕山运动强烈发展，寒武—侏罗纪地层强烈褶皱，褶皱变形为北东向，叠加改造早期东西向褶皱，主干断裂燕山早期以压性或压扭性为主。燕山晚期，挤压逐渐向松弛的弹性回落阶段转化，研究区表现出伸展裂陷作用特点，并使得早期压扭性断裂再次活动，转化为晚期张扭性质。

控矿构造主要是褶皱以及与之相伴的断裂构造，高罗地区控矿的区域性褶皱构造主要有咸丰复式背斜及其次级褶皱高罗背斜，铅锌矿点沿背斜四周分布。燕山中晚期伸展构造所新生北东向断裂是铅锌矿极为重要的区域控矿构造［1］，控矿的断裂构造主要是NE向的纵向断裂(如咸丰断裂带)、NW或NNW向横向断裂及其次级断裂—裂隙系统。

地层区划为扬子地层区上扬子地层分区，区内广泛分布古生界寒武系—二叠系，以及中生界三叠系—白垩系地层。无岩浆活动(图1)。

2 高罗背斜铅锌矿基本特征

2．1 高罗背斜

沿岩湾—高罗—廖家坪一带展布，出露长50 km，宽2～7 km，核部出露寒武系娄山关组，两翼地层为奥陶—志留系，轴向20°，轴面直立，北西翼产状300°～320°∠35°～65°，南东翼产状 120°～145°∠35°～50°，为一直立对称背斜。

2．2 含矿地层

高罗背斜一带铅锌含矿地层为娄山关组和南津关组，含矿岩系岩性特征如下:

①娄山关组一段(∈2O1l1) 上部为灰—浅灰色条带状灰岩夹含砂质条带白云质灰岩、花斑状灰岩，偶夹砾屑灰岩。高罗背斜一带未见底。

图1 咸丰—高罗地区地质构造图Fig．1 Geological structure map of Xianfeng-Gaoluo area1．第四系;2．白垩系;3．侏罗系;4．三叠系;5．二叠系、石炭系、泥盆系;6．志留系;7．奥陶系;8．寒武系;9．地质界线;10．角度不整合界线;11．正断层;12．逆断层;13．平移断层;14．性质不明断层;15．背斜轴线;16．向斜轴线;17．铅锌矿床(点);18．铅矿点。

② 娄山关组二段下亚段(∈2O1l2－1) 厚234 m。下部浅灰色夹灰白色白云岩偶夹砾屑白云岩、灰—浅灰色灰质白云岩(铅锌矿化层);中部灰白色微—细晶白云岩偶夹薄层泥质白云岩、灰白—浅灰色含硅质团块或条带白云岩;上部为灰色含砂屑灰质白云岩、细晶白云岩(铅锌矿化层)。

③娄山关组二段中亚段(∈2O1l2－2) 厚180 m。为灰白色厚层细晶白云岩、浅灰—灰色厚层—块状细晶白云岩。

④娄山关组二段上亚段(∈2O1l2－3) 厚184 m。下部为灰—浅灰色砂屑白云岩、灰白色白云岩、灰质白云岩;中部为浅灰—灰白色含方解石团块白云岩，细晶结构，以厚层—块状构造为主，偶见硅质团块(铅锌矿化层);上部为灰色含硅质团块或条带白云岩，有时夹30～50 cm厚硅质层;顶部为浅灰—灰白色白云质夹灰岩，多为微晶结构，岩石风化面较光滑，局部含泥质条纹。

⑤南津关组一段(O1n1) 厚3～6 m。为灰色生物屑粗晶灰岩，粗晶结构。岩石中生物屑丰富，多为腕足类。(铅锌矿化层)。

⑥南津关组二段(O1n2) 厚59 m。为灰色含泥质条纹生物屑灰岩夹黄绿色页岩，泥质条带灰岩。

⑦南津关组三段(O1n3) 厚90 m。下部为浅灰色含硅质团块白云质灰岩、灰色厚层状灰岩夹白云岩，中部为灰—浅灰色细晶白云岩，细晶结构，厚层—块状构造，上部为灰色灰岩夹白云岩。

⑧南津关组四段(O1n4) 厚68 m。下部为灰色中—厚层状灰岩、灰—深灰色含生物屑灰岩;上部为灰色含泥质条带生物屑灰岩夹黄绿色页岩。

⑨南津关组五段(O1n5) 厚7 m。灰黄色页岩。

从上可见含矿岩系中有三个铅锌矿化层位:第一矿化层为娄山关组二段下亚段(∈2O1l2－1)，含矿岩性为灰色铅锌矿化构造角砾岩，矿化体赋存于北西向、北东向断裂及旁侧层间裂隙、节理中，受构造和地层双重控制，如埃山、魏家坳矿化体;第二矿化层为娄山关组二段上亚段(∈2O1l2－3)，为高罗背斜主要铅锌矿化层位，含矿岩性为灰—灰白色中厚层—块状方解石化铅锌矿化白云岩、含硅质团块方解石化方铅矿化白云岩、角砾状白云岩，矿化体层控特征明显;第三矿化层为南津关组一段(O1n1)，含矿岩性为灰色中—厚层状生物屑粗晶灰岩、硅化灰岩，局部含硅质团块。

2．3 矿(化)体特征

除了埃山矿(化)体外，近两年，矿产远景调查项目在高罗背斜一带新圈定了5条铅锌矿化体(图2)。

(1)埃山矿(化)体位于高罗背斜核部，赋矿层位为娄山关组二段下亚段(∈2O1l2－1)，矿(化)体主要赋存于北北西向、北东向断裂和北北西向、北西向、北北东向、北东向裂隙及旁侧层间裂隙、节理中。矿体呈似层状、透镜状、扁豆状、囊状产出。经工程揭露和控制，共圈出铅锌矿(化)体39个，其中矿体24个，矿化体15个。矿(化)体小者为1．5 m×1．5 m，大者为 172 m ×9 m，一般矿(化)体长10～30 m，宽3～15 m。含 Pb0．10% ～16．62%，平均品位 0．64%;Zn0．30% ～32．21% ，平均品位 1．55%［2］。

(2)荆竹园矿化体位于高罗背斜北西翼，赋矿层位为娄山关组二段上亚段(∈2O1l2－3)，矿化体北东向，宽3～20 m，长约3 000 m，以方铅矿化为主。含矿岩性为灰色中—厚层状方解石化方铅矿化白云岩、含硅质团块方解石化方铅矿化白云岩、角砾状白云岩。顶板为灰色块状白云岩，底板为灰色厚层—块状含方解石团块细晶白云岩。方铅矿呈铅灰色，集合体多呈团块状，直径1～8 cm不等，多与方解石团块相伴产出，少数为脉状、串珠状。矿化体含 Pb 0．01% ～7．34%，Zn 0．003 5% ～0．044%。

图2 高罗背斜一带地质矿产图Fig．2 Geological mineral map of Gaoluo anticline area1．第四系冲积物;2．白垩系;3．巴东组二段;4．巴东组一段;5．嘉陵江组三段;6．嘉陵江组二段;7．嘉陵江组一段;8．大冶组;9．龙潭组、下窑组大隆组并层;10．茅口组;11．梁山组、栖霞组并层;12．云台观组、黄家磴组写经寺组并层;13．纱帽组;14．罗惹坪组;15．新滩组;16．龙马溪组;17．牯牛潭组、宝塔组并层;18．大湾组;19．红花园组;20．南津关组;21．娄山关组二段上岩段;22．娄山关组二段中岩段;23．娄山关组二段下岩段;24．娄山关组一段;25．实测地质界线;26．实测正断层;27．实测逆断层;28．实测性质不明断层;29．铅锌矿化体;30．铅矿(化)点;31．铅锌矿(化)点。

(3)魏家坳矿化体位于高罗背斜近轴部，赋矿层位为娄山关组二段下亚段(∈2O1l2－1)，矿化体受北西向断裂控制，宽1～5 m，长约1 000 m，断裂产状为237°∠70°～85°。含矿岩性为灰色铅锌矿化构造角砾岩，顶板为灰—灰白色中—厚层状白云质灰岩夹厚层状花斑状灰岩，底板为灰—灰白色细晶白云岩夹灰白色微晶白云岩。方铅矿为铅灰色，团块状，直径一般0．5～5 cm，产出于角砾之间胶结物中，常与方解石脉或团块相伴;闪锌矿为浅棕红色，呈星点状产出于白云岩角砾中，或呈脉状产出于方解石团块边缘。该矿化体含 Pb 0．02% ～3．1%，Zn 0．003% ～6．2%。

(4)印家坪矿化体位于高罗背斜南东翼，矿化体赋存于娄山关组二段上岩段(∈2O1l2－3)，含矿岩性为灰白色厚层—块状含方解石团块铅锌矿化白云岩，顶板为灰白色中—厚层状含硅质条带或团块白云岩，常夹0．3～1．5 m厚灰色硅质层，可作为找矿标志层;底板为灰—灰白色厚层—块状白云岩，不含或含少量的方解石团块，常夹1～3层角砾状白云岩。荆竹园矿化体主要矿化部位位于含硅质条带或团块白云岩之上，本矿化体主要矿化部位位于含硅质条带或团块白云岩之下，与前者相比主矿化层位略微偏下。矿化体长约4 000 m，厚20～30 m，矿化较为稳定。该矿化带北东段以方铅矿化为主，南西段以闪锌矿化为主。闪锌矿呈棕红色，颗粒细，集合体呈团块状、层纹状、浸染状产出;方铅矿呈铅灰色，颗粒粗，集合体呈团块状、脉状、斑状产出。该矿化体含Pb 0．004% ～12．6%，Zn 0．01% ～10%。

(5)尖包佬矿化体位于高罗背斜南东翼，矿化体北东向，宽3～5 m，长约3 400 m。该矿化体赋存于南津关组底部(O1n1)，含矿岩性为灰色中—厚层状生物屑粗晶灰岩，局部含硅质团块，顶板为灰色中厚层状含泥质条纹生物屑微—细晶灰岩，底板为娄山关组厚层微晶白云岩、灰质白云岩。方铅矿呈铅灰色，集合体多呈团块状，多与方解石团块相伴产出;闪锌矿呈棕红色，颗粒细，集合体呈团块状、浸染状产出。矿化体含Pb0．005% ～4．16%，Zn 0．03% ～8．27%。

(6)周家湾矿化体位于高罗背斜北西翼，矿化体宽10～20 m，长约600 m。赋矿地层为娄山关组二段上岩段(∈2O1l2－3)，含矿岩性为灰—灰白色厚层—块状方解石化铅锌矿化白云岩，岩石风化面局部呈暗红色，为直接找矿标志。以闪锌矿化为主，闪锌矿呈棕红色，颗粒细，多呈脉状产出于岩石裂隙或方解石团块边缘，少数浸染状产出于白云岩中，Zn品位0．06% ～1．02%。

2．4 矿石成分、结构构造及矿石类型

矿石成分:高罗背斜铅锌矿矿石成分较为简单，矿石中金属矿物主要为方铅矿、闪锌矿，次为黄铁矿、褐铁矿、白铅矿、铅矾矿;脉石矿物为白云石、方解石及少量石英、萤石。

矿石结构构造:矿石结构为自形晶粒、半自形—他形晶粒结构，交代残余结构;矿石构造为脉状、浸染状、块状、团块状构造。第一、二矿化层见角砾状构造，第二、三矿化层见条带状构造。

矿石类型:按矿石氧化程度划分为硫化矿石与氧化矿石两个自然类型，以硫化矿石为主，第二矿化层均为硫化矿石;按矿石中的有用组分含量可划分为锌矿石、含铅锌矿石、铅锌矿石、铅矿石四个自然类型;按矿石构造可划分为致密块状矿石、团块状矿石、角砾状矿石、条带状矿石、浸染状矿石五个自然类型，条带状矿石主要见于第二、三矿化层，角砾状矿石见于第一、二矿化层。

2．5 围岩蚀变特征

围岩蚀变主要为白云石化、方解石化，其次为硅化，局部具重晶石化(仅第一矿化层)、萤石化。

3 控矿因素

3．1 地层岩性

高罗背斜铅锌容矿地层为娄山关组、南津关组。早中寒武世，区内沉积一套厚度大的碎屑岩、泥质碳酸盐岩、碳酸盐岩，碎屑岩和泥质碳酸盐岩中Pb、Zn元素含量普遍较高，在热液作用下容易被萃取而迁移、富集;中晚寒武—早奥陶世主要沉积碳酸盐岩，并伴随有生物活动，藻类生物对Pb、Zn具吸附作用，使岩石中Pb、Zn元素含量增高。赋存于娄山关组二段下亚段(第一矿化层)的矿化体，矿化围岩为孔隙度较大的碳酸盐岩;娄山关组二段上岩段(第二矿化层)的矿化体，主要产于娄山关组与南津关组界面之下40～70 m的砂屑白云岩中;南津关组第一段(第三矿化层)的矿化体，均产在该组底部厚3～6 m的生物碎屑灰岩中。这些碳酸盐岩具有较大的孔隙度，在构造应力作用下易于机械破碎，增大岩石孔隙度和孔隙的连通性，为储矿提供有利空间。容矿层之上常由富泥质的岩石构成盖层，如奥陶系南津关组生物碎屑灰岩之上发育泥质灰岩及泥质岩，其低孔隙度和低渗透率的特性对矿质起屏蔽作用，使含矿物质不易逸散而聚集成矿。

3．2 岩相古地理

继震旦纪末期的区域性海侵之后，恩施地区早寒武世早期海侵进一步扩大，造成了广泛的缺氧环境，形成了一套黑色的炭质页岩。早寒武世中期区内海水渐退，海水由强还原性变为氧化性，形成了一套灰黄—浅灰色的灰岩或白云岩。随着补偿作用的进行，相对海平面逐渐降低，依次接受陆棚相细碎屑岩、广海台地相薄层灰泥岩及台缘鲕状竹叶状灰岩、台地—局限台地相白云岩与灰岩沉积。

图3 晚寒武世岩相古地理图Fig．3 Paleogeographic map of late Cambrian period

晚寒武世，开阔海台地相分布于咸丰、宣恩一线的北西地带;台地边缘浅滩相分布于咸丰、宣恩一线的南东与来凤、鹤峰北西之间的地带;局限海台地相分布于来凤、鹤峰一线的南东地带(图3)。早奥陶世的古地理是晚寒武世陆棚陆表海的继续和发展，早奥陶世南津关期基本保持晚寒武世的古地理轮廓，台地边缘常有小面积浅滩环境分布，沉积以鲕粒灰岩、砂砾屑灰岩和生物屑灰岩为主。高罗背斜一带娄山关组、南津关组属台地边缘浅滩相沉积，高能环境下所形成的岩石，如砂屑灰岩、角砾状白云岩、砂砾屑白云岩以及叠层石白云岩、生物屑灰岩等为层控铅锌矿的形成提供了良好的容矿空间;藻类生物的大量繁殖和死亡，为Pb、Zn元素的聚集与成矿提供了物质基础。碳酸盐台地边缘浅滩制约着高罗背斜层控铅锌矿的空间分布。

3．3 构造

高罗背斜是控制区内铅锌矿化体的主要构造，铅锌矿化体主要分布于高罗背斜两翼，其次位于背斜轴部。背斜翼部铅锌矿化体层控特征明显，与特定地层岩性相关，容矿地层岩石为娄山关组二段上亚段的白云岩、南津关组一段的生物屑灰岩，由于地层岩性的差异和岩石自身孔隙度的不同，受力挤压往往在背斜两翼形成层间剥离空间(层间破碎带、层间裂隙等)［3，4］，成为矿体定位的主要空间。背斜轴部铅锌矿化体受地层和构造双重控制，地层褶皱隆起过程中，在背斜核部同时伴随走向纵张断裂和横张断裂等构造作用，断裂构造沟通了深部热液的循环通道，使其充分萃取矿源层中成矿物质，并迁移到虚脱空间、层间剥离空间、断裂裂隙空间中富集、沉淀，形成矿(化)体，如埃山、魏家坳矿化体，受北东向纵张断裂、北西向横张断裂及其次级裂隙系统的控制。

4 矿床成因

4．1 成矿物质来源、成矿时代和成矿温度

成矿物质来源:曾在宣恩埃山等地(第一矿化层)采集了8个硫同位素样品，显示了既具地层硫又具深源硫干扰的双重特征。陈明辉等根据湖南龙山江家垭矿区外围容矿地层岩石光谱分析资料，认为寒武—奥陶系地层是铅锌矿的矿源层，据4个铅同位素样品和14个硫同位素样品测定结果，表明龙山地区铅源、硫源主要来源于容矿地层及下伏地层［5］。高罗背斜娄山关组二段上亚段(第二矿化层)和南津关组一段(第三矿化层)，与南邻湖南龙山铅锌矿化带两个赋矿层位相对应(耗子沱群第三段、南津关组第一段)，含矿岩性相同，构造部位相似。综合分析认为，高罗背斜铅锌矿矿质可能一部分来源于地壳深部，一部分来自容矿地层及下伏地层。

成矿时代:埃山铅锌矿床矿石中铅同位素绝对年龄测定结果为487 Ma，与成矿围岩的地质时代大体相当。湖南龙山测得唐家寨锌矿床石英Rb—Sr等时线年龄为379 Ma，江家垭铅锌矿床石英Rb—Sr等时线年龄为372 Ma，地质时代为中—晚泥盆世。

成矿温度:在埃山等地采集过矿物包体测温样品，方铅矿的成矿温度平均为295℃，闪锌矿的成矿温度一般高于方铅矿的成矿温度，平均332℃。菱锌矿274℃，方解石平均为261℃，萤石130℃。这些矿物均系成矿热液所形成，成矿温度较高。湖南龙山铅锌矿床据均一法包体测温结果，石英均化温度为264～158℃，最高264℃，平均197℃(4件)，闪锌矿109℃(1件)，表明矿床成矿阶段的形成温度较低。

4．2 成矿地质环境

震旦纪—中三叠世，扬子地块为海相沉积盖层的形成阶段。晚三叠世以后，扬子地块受到太平洋板块和特提斯板块东西两个方向挤压碰撞，沉积盖层普遍发生变形。燕山中晚期，咸丰幔陷内西坪—高罗一带可能存在同时期的岩浆岩，提供了岩浆期后远成成矿热液，在热液上升至浅部的过程中，萃取围岩中部分成矿物质，并不断有构造流体、大气降水和地下水的加入，成为一种混合成矿流体，由于压力和温度的迅速降低，成矿流体在巨型滑脱拆离带、大型断裂附近的构造空间中沉淀。在背斜轴部和主断裂附近，成矿方式以交代作用为主，多形成块状矿石、角砾状矿石;远离背斜轴部和主断裂，以充填作用为主，多形成脉状矿石。断裂、节理、裂隙为较好的配矿、容矿构造。娄山关组白云岩和南津关组生物屑灰岩中顺层破碎带、顺层节理裂隙发育，在第一矿化层形成埃山铅锌矿床和魏家坳铅锌矿，在第二矿化层形成张家沱、荆竹园、周家湾等铅锌矿，在第三矿化层形成尖包佬铅锌矿。

4．3 矿床成因

(1)初始沉积成矿期:在晚寒武与早奥陶的岩石组分沉积的过程中，伴随生物菌的作用，产生铅锌矿的原始聚集，形成矿化层。此期形成的矿化品位低，大多不具有工业利用价值。成矿时代与地层年代一致。

(2)叠加改造成矿期:成矿热液在矿化层及上下岩层中流动，析出矿化层中的Pb、Zn等矿质并在有利的岩性、构造部位沉淀叠加到矿化层上，形成矿体。根据区域构造运动分析，叠加改造的成矿时代应发生在加里东期与燕山期之间，以燕山期为主。

综合分析，第一矿化层铅锌矿体成矿温度较高，矿体受断裂和顺层破碎带控制，成因类型为热液型;第二矿化层和第三矿化层铅锌矿体层控特征明显，后期构造活动对矿体具进一步富集作用，成因类型为沉积—改造型。

5 找矿标志

5．1 地质标志

5．1．1 地层岩性标志

区内铅锌矿化最有利的层位为寒武系娄山关组二段下岩段和上岩段、奥陶系南津关组一段，最有利的围岩为厚层—块状白云岩、砂屑白云岩、生物屑中粗晶灰岩。

5．1．2 构造标志

背斜核部与滑脱拆离带相伴生的陡倾断裂—裂隙系统，以及背斜核部剥离虚脱空间与北西向、北东向断层交汇复合地段，背斜两翼寒武、奥陶系地层的层间剥离空间(层间破碎带、层间裂隙等)是铅锌矿化有利的构造部位。

5．1．3 矿化蚀变标志

露头上见到铅锌矿化是直接找矿标志，方铅矿化强的地段一般方解石脉或团块十分发育，白云岩风化面呈暗红色通常岩石具闪锌矿化。硅化、方解石化与铅锌矿化关系密切，在第二矿化层中，方解石脉或团块发育的白云岩，以及顺层分布的似层状、透镜状灰色硅质岩是找矿的直接标志。在高罗背斜南东翼，通常当出现大的硅质岩透镜体时，其下白云岩铅锌矿化较强;在高罗背斜北西翼，含硅质团块、条带的中细晶白云岩本身方铅矿化也较强。第三矿化层，硅化蚀变灰岩通常铅锌品位较高，为氧化矿石，地表出露的铅锌氧化矿石是矿体和隐伏矿体赋存的直接标志。