鄂西高罗背斜张家坨铅锌矿床地质特征及区域找矿潜力分析

2014-03-23刘斌忠李明龙刘昌雄

资源环境与工程 2014年5期

刘斌忠, 李明龙, 刘昌雄

(湖北省第二地质大队,湖北恩施　445000)

0　引言

扬子地台是中国重要的大地构造单元之一,20世纪50年代以来,扬子地台内川、湘、黔、桂、滇等各省相继开展了铅锌地质勘查工作,发现了较多的大中型铅锌矿床以及数目众多的小型矿床和矿点[1]。与铅锌勘查程度相对较高的湘西北、渝东南地区相比,邻近的鄂西南地区构造背景与地层特征较相似,具有较大铅锌矿找矿潜力。鄂西的咸丰—高罗地区已发现有22处铅锌矿点,主要位于咸丰背斜及其次级褶皱高罗背斜翼部及核部(图1),目前已发现滕家湾、郭家坡、埃山、张家坨等数处小型铅锌矿床[2]。本文以张家坨铅锌矿床地质特征为例,辅以前人对高罗以及邻近区域铅锌矿的研究成果,浅析了高罗地区铅锌矿成矿机理和找矿方向。

1　区域地质背景

2　矿区地质特征

2.1　矿区构造特征

咸丰背斜区域的骨干构造为北北东—北东向(图1),以褶皱为主,断裂次之。次级褶皱有高罗背斜和中城庙—狮子关向斜,断裂主要有恩施断裂、咸丰断裂；高罗背斜位于咸丰背斜南东翼的高罗一带,核部地层出露中寒武统—下奥陶统娄山组,两翼为奥陶系—志留系,轴向45°,轴面直立,北西翼倾向北西(310°～340°),倾角35°～45°,南东翼倾向南东(120°～145°),倾角36°～46°,为一直立对称背斜；张家坨矿区内未发现深大断裂,小型断裂构造以北东向的压扭性轴向断层(见断层擦痕)和北西向的张性断裂为主,背斜隆升时伴生了顺层破碎带和构造裂隙。

2.2　赋矿地层沉积构造特征

张家坨铅锌矿区主要赋矿层位于娄山关三段(∈2-O1l3)上部的中—细晶白云岩和南津关组(O1n)底部粗晶生物碎屑灰岩中[4],顺层产出,此类矿化体的产出与赋矿层的岩性组合和沉积环境关系密切。娄山关组三段厚约300 m,岩性为灰—灰白色中厚层状中—细晶白云岩或含砂屑纹层状细晶白云岩,部分可见叠层石白云岩,底部质较纯、性脆,沿层分布多有泥质条带产出,含少量燧石条带和结核,顶部偶见白云质角砾岩出现；该段上部靠近顶部为含矿层,矿体围岩为中细晶白云岩和白云质角砾岩,含矿层上部为浅灰色白云岩夹灰岩,多为微晶结构,局部含泥质条带。南津关组厚约220 m,底部为生物碎屑灰岩,下部为灰色中厚层状灰岩夹泥质条带灰岩、白云质灰岩、白云岩,偶夹页岩,上部为黄绿色页岩、中厚层状灰岩夹中薄层状生物碎屑灰岩,页岩中含腕足类、笔石、三叶虫、棘皮类、牙形石等化石；南津关组底部粗晶生物碎屑灰岩为区内重要的铅锌含矿岩性,其上下部泥、粉晶灰岩较发育,该组与下伏娄山关组呈整合接触。赋矿地层岩性特征较简单,总体上经历了由半局限台地白云岩相到开阔台地灰岩相的环境转变(图2)。

图1　咸丰—高罗地区地质构造图[2]

赋矿地层沉积构造类型多样,笔者在研究区赋矿地层发现震积岩。例如,娄山关组三段含矿岩系白云岩中广泛发育由古地震引发的“微褶皱纹理”[5],南津关底部发育3层厚约40 cm因地震液化造成的网状灰岩。震积岩的发现说明研究区晚寒武—早奥陶世存在古地震活动,但加里东期区内并无强烈的造山运动,这些震动极可能是周边深大断裂和区内的同沉积断裂活动形成,其活动同时带来了金属成矿元素。此外,南津关组下部发育竹叶状灰岩,娄山关组三段部分层段发育砂屑白云岩、鲕粒状白云岩,这些构造说明水体动荡。动荡且较浅的环境使水体富氧,生物繁盛,发育了生物碎屑灰岩和叠层石。台地藻类生物对铅锌元素具有吸附和浓集作用[6],研究区赋矿地层的铅锌元素应预富集于此时。值得注意的是,该区层状赋矿层仅分布于娄山关组顶部和南津关组底部的白云岩—灰岩过渡的岩相突变界面附近,矿体的产出与层序界面的耦合并不是偶然,与构造活动和沉积环境的变化有着必然的内在联系。

图2　含矿岩系柱状图

3　矿体地质特征

3.1　矿体特征

张家坨铅锌矿区主要发育3条矿体:Ⅰ号矿体位于高罗背斜南东翼杨和湾南部(图3-a),呈北东向,长约400 m,厚1.0～2.0 m,含矿1层,民采斜井揭示该矿化体产状与围岩一致,沿顺层破碎带产出,赋矿层为南津关组底部,含矿岩性为灰色中厚层状生物屑粗晶灰岩,具角砾化,蚀变强烈,脉石矿物中方解石、萤石极其发育,局部含硅质团块,顶板为灰色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,方铅矿呈铅灰色,多与方解石和萤石团块相伴产出；闪锌矿呈棕红色,呈团块状、浸染状或脉状产出,矿层平均含Pb3.17%,含Zn2.92%。

Ⅱ号矿体位于高罗背斜南东翼杨和湾—张家坨一带(图3-a),呈北东向,长约1 900 m,厚1.00～2.18 m,浅部工程和钻孔均揭示了该矿体产状稳定,大致与围岩一致,含矿1-2层(图3-b),沿深部的品位和厚度有所降低,位于娄山关组三段顶界面下40～60 m,似层状、透镜状产出,含矿岩性为浅灰色—灰色中厚层状含方解石团块中—细晶白云岩,顶板为浅灰色微晶白云岩夹泥晶灰岩,底板为灰—浅灰色泥晶白云岩；以北西向断裂分为铅锌两个矿段(图3-a,图3-c),锌矿段(南西段)长1 100 m,未见明显的构造破坏和热液蚀变,锌矿化为主,闪锌矿呈棕红色,浸染状产出,矿体平均含Pb0.03%,含Zn 1.67%；铅矿段(北东段)长800 m,构造裂隙发育,铅矿化为主,方铅矿为铅灰色,具金属光泽,呈脉状—网状与方解石伴生,矿体平均含Pb2.88%,含Zn0.10%(最高可达0.63%)。

Ⅲ号矿体位于高罗背斜轴部魏家坳地区发育的北西向断层中,产状237°∠65°～80°,长约1 200 m,厚1.0～3.0 m,围岩为娄山关组一段—二段,含矿岩性为灰色铅锌矿化构造角砾岩,顶板为灰—灰白色厚层状花斑状灰岩,底板为灰色细晶白云岩夹灰白色微晶白云岩,方铅矿为铅灰色,具金属光泽,团块状,晶体粒径可达2 cm,产出于角砾之间胶结物中,常与方解石脉体伴生,闪锌矿为浅棕红色,呈星点状产出于白云质角砾中,该矿体平均含Pb3.82%,含Zn7.56%。

张家坨矿区Ⅱ号矿体和高罗地区其他矿点的未经严重蚀变的南津关组底部生屑灰岩矿(化)体中锌含量一般高于铅含量；而受构造空间制约的Ⅰ号、Ⅲ号矿体铅亦有较高品位。前者属于加里东期的沉积改造型矿体,主要受沉积环境和盆地热卤水活动控制；后者形成于褶皱强烈的燕山期,受构造空间制约,蚀变强烈。

3.2　矿石特征

矿石结构构造及脉石矿物:矿石矿物主要为闪锌矿、方铅矿,见微量黄铁矿、褐铁矿、铜蓝。闪锌矿呈红色—淡黄色,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—网状产出。Ⅱ号矿体锌矿段未见明显蚀变,只能见少量方解石团块；Ⅰ号、Ⅲ号矿体可见方解石化、萤石化、重晶石化等蚀变,方铅矿成矿时代晚于闪锌矿。

矿石的化学成分:Pb含量0.01%～34.50%,一般0.90%～6.63%；Zn含量0.03%～24.78%,一般0.97%～6.22%；Ag含量1.6×10-6～3.4×10-6,均值2.2×10-6,是岩石圈Ag丰度0.07×10-6的30倍,异常高。

图3　张家坨铅锌矿床矿体分布图

图4　中上扬子地区中—晚寒武世岩相古地理图(据门玉澎等[7],2010)

矿物共生组合:闪锌矿—方铅矿；闪锌矿—黄铁矿—褐铁矿；闪锌矿—黄铁矿—铜蓝。

4　高罗地区铅锌矿成因及区域找矿潜力分析

4.1　成矿物质来源

宣恩高罗一带埃山、三角庄和马家寨等地采集的8个硫同位素样品的δ34S值为9.92‰～22.28‰,富集重硫,硫主要来自地层封存的古海水。研究区中晚寒武世蒸发岩较为发育(图4),蒸发岩系易生成高盐度卤水淋取围岩中的成矿元素,并将硫酸根还原成硫离子,提供主要硫源。同时应注意,高罗地区铅锌矿石487 Ma的成矿年代与成岩时期相当,成矿流体应为沉积热卤水；但32S/34S的比值为21.70～21.96,极差较大,受到了深源硫影响,且埃山矿床铅矿石样品成矿温度高达356°,早奥陶纪高罗地区无岩浆活动,下古生界未变质,不具有如此高的成矿温度,笔者认为487 Ma是早期层状矿化体形成时代,而燕山期埋深增大,且构造活跃,咸丰幔陷存在岩浆活动,带来了较高温度的同时带来了少量深源硫,改造了早期矿体并新生了沿断层和破碎带产出的矿体。

上扬子地区于晋宁运动后形成一个巨大的沉积盆地,其早期具裂谷性质,火山活动及海底热水喷流作用积累了原始成矿金属元素来源,该盆地震旦系发育了大型沉积型锰矿、磷矿、黄铁铅锌矿,加之早寒武世上扬子地区由于缺氧事件广泛发育黑色岩系,牛蹄塘组中富集Mo、Ni、V、Ag、Cu、Pb、Zn等多种金属元素[8],共同形成了本区金属元素的主要矿源层。

4.2　容矿空间

研究区含矿岩系结晶相对较粗,在成岩阶段就具有较大的孔隙度和渗透率,白云岩化过程中孔隙度会进一步增大,后生阶段,碳酸盐岩生物骨骼腐烂后留下的孔隙、藻隙,各种同生角砾,鲕粒间的空隙,层面间隙、缝合线、岩石重结晶后的剩余空隙都可以为矿液渗滤和交代沉淀提供空间。印支、燕山期背斜隆起产生的构造空间,包括断层、层间裂隙、顺层破碎带,亦可以形成容矿空间。

4.3　高罗地区矿(化)体成因及区域找矿潜力分析

研究区所处的恩施—黔江台褶束周边基底断裂较发育,有些在早古生代具有同沉积断裂性质,其活动疏导了地下热液上升萃取前寒武系和下寒武统地层中的金属元素进入沉积盆地。沉积阶段,成矿元素随海流活动带入研究区附近的浅水碳酸盐岩台地,被蒸发作用和浅水生物生命活动预富集；成岩及后生阶段,富含成矿元素的沉积物在埋藏压实期间排出含矿热水赋存于原生孔隙中,随埋深加大升温,盐度增加,含矿卤水从矿源中萃取和富集金属的能力增强[9-10],且孔隙水的流动缓慢,可以与岩石充分反应,这些含矿热水赋存于孔隙度较大的中细晶白云岩和粗晶生屑灰岩中充填、交代,被其上下的渗透性较差的岩石封存起来沉积成为层状、似层状矿体。湘西北龙山铅锌矿带与鄂西南铅锌矿带成矿地质条件相似[11],渝东南铅锌矿带亦是如此；加之,湘西北和渝东南的古生代铅锌矿床均为加里东期,与高罗地区铅锌矿成矿时期一致。因此,高罗地区层控型矿床在沉积—成岩时已初步富集成矿元素,后经地下热卤水改造,属于沉积改造型的铅锌矿。

燕山期,由于雪峰山隆起强烈活动,区域挤压应力产生及释放,研究区及邻近区域发生大规模薄皮构造,在基底上的沉积盖层发育大范围褶皱[12],泥质岩等薄弱地层可能发生层间滑动[13],而白云岩性脆,以机械破碎为主。构造活跃期挤压应力强烈,间歇期释放,在这种张性和压性构造应力的反复作用下,形成开放环境的宏观破裂构造,包括断层和层间破碎带、层间裂隙,在褶皱变动和断裂变动的过程中,深部流体顺断层上涌,大气降水渗入随地层升温,萃取含矿层成矿元素并在构造作用中迁移,与地层封存水一起组成混合成矿流体(图5),前述空间形成了流体运移的通道。锌的化学性质活跃,早期铅锌矿成矿元素也随流体加入矿液,在发生温度下降、pH增高、氧逸度降低等条件时,成矿元素沉淀,形成改造明显的铅锌矿体。

图5　咸丰—高罗背斜铅锌矿区域成矿模式及预测

成矿流体的运移特征与油气不同,油气密度小于水,一般向背斜核部运移；而构造热液在深部时由于构造压力驱动必然顺构造空间向上运移,在构造应力下产生较大容矿空间的背斜核部聚集,之后由于浅部压力减小,受重力驱动,易沿两翼顺层间裂隙和原生孔隙移向较平缓处,加之早期铅锌矿体由于孔隙度高,内部的流体也会向平缓处运移,遇到上下部密封性较好的岩石阻挡,不但具有了极好的容矿“圈闭”,其充填、交代等过程也可以长期稳定,有利于成矿。咸丰背斜和其次级背斜高罗背斜之间的中城庙—狮子关向斜核部产状平缓,呈不对称“鞍形”构造(图5),其两边背斜核部构造空间发育,含矿流体在重力作用下容易向“锅底”(向斜轴部)移动；加之,中城庙—狮子关向斜北西翼和南东翼娄山关组上部和南津关组底部出露区的水系沉积物存在铅锌极高的异常*湖北省第二地质大队，1∶5万咸丰背斜区域地质矿产调查报告,1975。(图6),沿该向斜轴部的水塘—曾家垱—斗宝山一带构造位置及容矿空间极好,具备很大的隐伏铅锌矿床的找矿潜力。