沐浴河铅锌矿床地质特征及成因

王贤茂, 吴　兵, 钟石玉, 张　娅

(1.湖北省地质调查院,湖北 武汉　430034; 2.湖北省地质科学研究所,湖北 武汉　430034)

0　引言

沐浴河铅锌矿属层控沉积型铅锌矿床。位于湖北省神农架地区,是鄂西铅锌矿带发现的一系列铅锌矿床中具有代表性的矿床之一。矿体呈层状、似层状,延伸稳定。矿床具层控沉积特点。同时,后期叠加明显的构造改造作用,使铅锌矿得到进一步富集。

1　区域地质概况

神农架沐浴河铅锌矿床位于扬子地块北缘,阳日—九道断裂以南之神农架断穹北部梨花坪复背斜北翼。地层归属扬子地层区保康小区。区内除缺失泥盆、石炭、侏罗、白垩纪地层外,其它时代地层均有出露。

2　矿床基本特征

2.1　地层

主要有神农架群乱石沟组、南华纪南沱组、震旦纪陡山沱组和灯影组。震旦纪早世陡山沱组：主要围绕神农架穹窿四周出露。将其分为四个岩性段：第一岩性段为浅灰色具硅质网格含锰白云岩;第二岩性段为含磷岩系;第三岩性段为灰白色厚层状含黑色燧石团块白云岩;第四岩性段为黑色碳质页岩夹角砾状白云岩,局部缺失底板碳质页岩,角砾状白云岩具银、铜、铅、锌矿化,是区域的主要赋矿层位。

2.2　构造

区内褶皱不发育,地层呈单斜产出。神农架断穹以震旦纪地层与神农架群不整合接触面为界分为上、下两个构造层：下构造层——神农架群乱石沟组,仅发育一些宽缓褶曲构造;上构造层——震旦纪陡山沱组—灯影组,在矿层顶板部位的碳质页岩内见波状褶曲构造,波长0.5～5 m,波峰0.1～0.3 m,远离矿体波峰逐渐消失,影响厚度仅1 m左右。断裂：主要为脆性断裂,属成矿后断裂,对矿体影响较小。

2.3　岩浆岩

基性—超基性岩带分布于矿区东部,由杏仁状安山岩、安山质角砾岩、杏仁状玄武岩及辉绿玢岩组成,北西向群带状展布,单个侵入体以岩墙或岩株的形态产出。

2.4　矿体地质特征

沐浴河铅锌矿赋存于震旦纪早世陡山沱组第四岩性段第二岩性层角砾状铅锌矿化白云岩中,呈单斜产出,走向近南北,倾向北北东,倾角5°～26°。矿区内有KH1、KH2两个矿化带,对应有ⅠPbZn、ⅡPbZn、ⅢPbZn三个矿带。局部震旦纪早世陡山沱组第三段的白云岩中有铅锌矿化,震旦纪早世陡山沱组第四段第三层的碳质页岩中见有铅锌矿体,但其规模小、品位低。矿区各矿体特征见图1及表1。

KH1矿化带Ⅰ-1PbZn矿体规模大且连续性好,沿走向局部Pb品位变低,Zn品位变化不大,向深部矿体有厚度变薄、品位增高的趋势。该矿带局部地表及钻孔分别发现孔雀石化、蓝铜矿化及辉铜矿化;Ⅰ-2PbZn、Ⅰ-3Pb矿体厚度较稳定;Ⅱ-1PbZn矿体连续性差,向深部厚度变化不大,但品位也有增高的趋势。该带矿体平均品位Pb 0.52%,Zn 3.78%,Ag 10.6×10-6。

KH2矿化带Ⅲ-1PbZn、Ⅲ-2PbZn、Ⅲ-3PbZn矿体厚度均较稳定,矿体平均厚度1.61 m,平均品位Pb 1.61%,Zn 2.55%,Ag 9.21×10-6。

图1　沐浴河铅锌矿床地质图

表1沐浴河铅锌矿矿体特征一览表

Table 1List of lead-zinc ore body characteristics

矿化带编号矿体编号矿体形状矿体规模/m长宽平均厚度/m平均品位/%PbZn备注KH1ⅠⅡⅠ⁃1PbZn层状、似层状24009002．070．544．07规模大Ⅰ⁃2PbZn透镜状、似层状1604751．890．412．95隐伏矿体Ⅰ⁃3Pb透镜状、似层状702701．001．740．16隐伏矿体Ⅱ⁃1PbZn层状、似层状20012001．900．242．38规模小KH2ⅢⅢ⁃1PbZn层状、似层状8507001．241．241．79Ⅲ⁃2PbZn透镜状、似层状25005001．451．812．86Ⅲ⁃3PbZn透镜状、似层状4501001．701．102．87

单工程厚度与品位之间呈强正相关关系,反映矿体厚度越大,则品位越高,即矿化带的厚度越大,则Pb、Zn等有用元素的富集程度越高。

2.5　矿石特征

矿物成分主要有方铅矿、闪锌矿、菱锌矿、黄铁矿、褐铁矿、铜蓝、蓝铜矿、辉铜矿、孔雀石;脉石矿物主要为白云石、方解石、石英、石墨化沥青等。

化学成分以贫硅、铝、钾,富钙、镁、铁及硫为特征。有用组分除铜、铅、锌外,伴生有银、镉和硫。主要有害组分有Al2O3、MgO等。整个矿床以锌为主,铅含量较低,铜分布于局部地段。

矿石结构主要有它形粒状结构、乳浊状结构、交代结构、栉壳状结构、胶状结构、环状结构、假象结构、碎裂结构、自形粒状结构、交代残余结构。构造主要有块状构造、浸染状构造、(网)脉状构造、条带状构造、斑(块)状构造、角砾状构造、蜂窝(巢)状构造等。

矿石类型可分为氧化矿石和原生矿石,按组构分为稠密浸染状、角砾状矿石及块状黄铁矿型矿石、铁帽型矿石。工业类型主要有锌矿石、铅锌矿石。以锌矿石为主,铅锌矿石次之,含锌铜矿石分布于局部地段。

2.6　围岩蚀变特征

围岩以碳质页岩及铅锌矿化白云岩为主。围岩蚀变主要有黄铁矿化、褐铁矿化、重晶石化、碳酸盐化。

3　矿床成因

沐浴河铅锌矿床主要属层控沉积型。

3.1　硫同位素

矿石中硫同位素地球化学分析结果:δ34S分别为21.29‰、23.15‰,平均22.22‰。其变化小,硫同位素组成高于海水中硫酸盐的硫同位素(标准定为+20.00×10-3)值,具富集重硫特征,表明矿石硫具有海水硫酸盐特征。可能为海水中细菌或Fe2+的还原作用,使其中的硫酸根转化为硫化氢,为矿床成矿物质提供了丰富的硫源[1]。Ohmoto认为在较高温度条件下,地下循环热液中海水硫酸根被有机质还原时,硫酸根可在较短时间内完全转化为硫化氢,并基本保持海水硫酸盐的同位素组成[2]。周朝宪认为温度的升高可能就是硫酸盐被还原的根本原因所在[3]。

3.2　铅同位素

校正后的铅同位素：206Pb/204Pb分别为17.876和17.91,207Pb/204Pb分别为15.604和15.617,208Pb/204Pb分别为37.172和37.224。表明其铅源主要来源于上地壳,矿石的表面年龄分别为545 Ma和554 Ma。μ值分别为9.54和9.56。

3.3　氢、氧、碳同位素

选取矿床主要成矿阶段脉石矿物方解石的流体包裹体的氢、氧、碳同位素进行了分析,其中δ18O为7.0‰,氢同位素δD值为-55‰,δ18OSMOW为20.4‰,δ18OH2O为7‰,δ13CPDB为0.4‰,氢氧同位素值投点于原生岩浆水、变质水和建造水混合区。其来源应主要为建造水,成矿流体可能主要来自成岩压实过程中的建造水[4]。

3.4　稀土元素特征

稀土元素组成中稀土总量低(ΣREE=28.11),δEu=0.61∠1.00,为负铕异常;δCe =0.62<1,呈负铈异常,属Ce亏损型。(La/Yb)N>1,曲线为右倾型,LREE/HREE=9.70>1,表明LREE富集;矿石稀土元素含量值采用W.V.boynton(1984年)推荐值进行标准化后,形成的稀土标准化分布曲线总体向右缓倾斜(表2及图2)。

表2　稀土元素分析结果表(10-6)

图2　稀土元素球粒陨石标准化分布型式图

从稀土标准化分布型式图可以看出,沐浴河矿石中各样品稀土配分模式与神农架地区震旦纪地层的稀土分布模式大体相似,总体呈现重稀土亏损、轻稀土富集的特征,但其中的稀土总量比震旦纪地层中的稀土总量显著减少。矿区矿石与地层中的δEu均呈正异常;两者的δCe则呈极弱的负异常。矿区岩石其Sm/Nd比值为0.271,源于沉积岩。Eu/Sm比值为0.156,指示其成因类型为页岩或灰岩[5]。

3.5　成矿流体与成矿温度

根据湖北省地调院在矿区所采集和挑选的样品,由宜昌地质矿产研究所完成的方解石中流体包裹体分析结果表明：包裹体主要以单相盐水溶液包裹体和单相气相包裹体为主。大小为2～30 μm;形态以不规则状、椭圆形和近圆形为主,其次为矩形、方形和菱形等,主要沿裂隙分布或孤立自由分布。气液两相盐水溶液包裹体属于KCl-CaCl2-H2O和NaCl-CaCl2-H2O体系。其冰点温度(Tm)范围-23.1～-0.8℃,均一温度变化于96～184℃,盐度介于1.62～23.17(Wt%NaCl)(表3)。

依据邵洁涟(1988)提出的经验公式：

P1=P0×Th/T0×0.1

式中：P0= 219+26.2×S;T0= 374+9.2×S;成矿深度按照地压梯度(27.5 MPa/km)计算[6]。计算出的成矿深度为0.37～0.91 km,对应的成矿温度为96～184 ℃。属于浅成低温环境。

表3　流体包裹体测定数据表

图3　震旦纪陡山沱期铅锌矿层柱状对比图

3.6　成矿控制

沐浴河铅锌矿及铜矿的控矿地层为震旦纪陡山沱组第四岩性段。分析研究区内钻孔岩性,结合地表探槽、硐探资料后发现，Ⅰ-1PbZn矿体所处地段(地表—斜深600～1 000 m)震旦纪陡山沱期经历了第一岩性段沉积→二段缺失→三段沉积→四段第一岩性层缺失→四段第二岩性层沉积等几个旋回,表明该地段处于陆海分界位置(图3)。

当时总的地势是西高东低,海侵扩张,继陡山沱组第三岩性段沉积后,Ⅰ-1PbZn矿体所处地段一带上升为古陆,造成陡山沱组第四岩性段第一岩性层碳质页岩普遍缺失;以东则正常沉积了碳质页岩;海侵继续扩张,海水加深,古陆转变成碳酸盐台地相及碳酸盐台地前斜坡相,沉积的岩石类型为各种白云岩,包括岩屑白云岩、塌积岩、角砾状白云岩等,岩石颜色由暗到浅色,层理及沉积构造有：滑塌构造、外来岩块扰乱的层理、同生滑塌、拉裂和角砾状构造、碎屑注入岩墙和充填裂隙。

3.7　成矿物质的演化与成矿

沐浴河铅锌矿成矿期大致可分为沉积成岩期、热卤水成矿期和表生期。

沉积成岩成矿期为主成矿期。在一定的物理化学条件下,卤水中携带着丰富的S2-与地层中Fe2+、Zn2+、Cu2+等元素发生化学反应形成黄铁矿、黄铜矿及闪锌矿,连同其它成岩物质,形成条带状构造、浸染状构造矿石,或以胶结物形式沉积于同生角砾(角砾尚未固结成岩,经过潮汐作用形成内碎屑)之间形成角砾状构造矿石。

热卤水成矿期为构造改造期。震旦纪中期,区内开始接受陡山沱组第四岩性段第三岩性层碳质页岩沉积,岩石普遍遭受区域应力作用,能干性强的白云岩发生破裂,能干性较弱的碳质页岩则产生褶曲。由于区域应力作用影响的范围及深度有限,仅造成陡山沱组第四岩性段第二岩性层铅锌矿化白云岩及其上覆的碳质页岩(0.5～1 m范围)产生破裂和褶曲,为含铅锌多金属热液提供了良好的导矿和容矿构造,其中的碳质页岩起到了较好的阻挡层作用,含矿热液处于相对封闭的环境之中。同时构造挤压使岩石空隙中的流体被挤出,成矿流体的排出遵循稳态元裂→稳态致裂→振荡、流体排出的演化序次,在流体向成矿部位迁移过程中,重力场对流体运动的影响愈来愈显著。在构造挤压和重力联合驱动模式下,热卤水循环流体携带着从地层中活化迁移出来的部分多金属沉淀于岩石裂隙之中,形成(网)脉状构造矿石。

表生期在地壳的抬升作用下,已形成的铜铅锌矿(化)体裸露地表遭受氧化—流失,黄铁矿多被氧化成褐铁矿,黄铜矿被氧化成辉铜矿、铜蓝和孔雀石,具贫化作用。

参考文献：

[1]曾允浮,夏文杰.沉积岩石学[M].北京：地质出版社,1984.

[2]陈学明,等.凡口超大型铅锌矿床成矿流体的物理特征和地球化学特征[J].地球科学,2000,25(4)：441.

[3]周朝宪,等.密西西比河谷型铅锌矿床[J].地质地球化学,1997(1)：69;71.

[4]谭满堂.鄂西地区层控型铅锌矿床成矿物质来源研究[D].武汉：中国地质大学(武汉)，2009.

[5]温春齐,等.矿床学研究方法[M].成都：科学技术出版社,1999.

[6]费光春，温春齐，等.西藏洞中拉铅锌矿床成矿流体研究[J].地质与勘探，2010，46(4)：579.