贵州晴隆锑矿“大厂层”热水沉积特征浅析

王福瑞

(贵州有色金属和核工业地质勘查局 核资源地质调查院,贵州 贵阳 550005)

贵州晴隆锑矿“大厂层”热水沉积特征浅析

王福瑞

(贵州有色金属和核工业地质勘查局 核资源地质调查院,贵州 贵阳 550005)

通过对晴隆锑矿“大厂层”的岩石学特征、地球化学特征及其产出背景分析,认为“大厂层”具有热水沉积特征；其底部茅口组生物礁灰岩与硅质蚀变岩组成的礁硅岩套是热水沉积的一个重要标志,而互层产出的硅质岩与石英岩(碧玉岩)组合是由热水间歇性供给形成,并将“大厂层”的热水沉积模式划分为:火山喷发前期、火山喷气期和沉积压实期三个阶段。

热水沉积；“大厂层”；晴隆锑矿；贵州

在黔西南、黔西北地区广泛分布有一套硅质蚀变火山碎屑岩。该套火山碎屑岩原岩成分复杂,纵向和横向上变化极大,是金、锑、萤石、硫铁矿等矿产的主要赋矿地层。上世纪60年代贵州省地质局112队在晴隆锑矿做普查勘探时,将这套火山沉积岩定名为“大厂层”[1]。近些年来又在该层中发现特大型金矿,引起了很多国内外学者的重视。因此,对“大厂层”的进一步研究有着重要的意义。

贵州晴隆大厂锑矿为中国主要的锑产地,其产出层位“大厂层”是位于中二叠统茅口灰岩之上、峨眉山玄武岩之下的一套硅质蚀变岩,可以分为三段: 一段为次生石英岩或石英蚀变岩,对应原岩为火山角砾岩；二段为硅化角砾化粘土岩,原岩为凝灰质角砾岩；三段为硅化高岭石化粘土岩,原岩为凝灰岩、角砾凝灰岩。在黔西南坳陷甚至上扬子地区,“大厂层”具有一定的对比性。

近年来,很多学者对“大厂层”及晴隆锑矿的成因进行了大量研究,但仍存争议,主要归结为以下几种:①喷流沉积成因[2-3]；②火山气液成因[4]；③层滑作用的产物[5-7]等。但更多的研究成果指示“大厂层”及与之相关的矿产在形成过程中有热卤水物质的参与[3,8-11]。“大厂层”底部的硅质岩条带和硅质蚀变很可能是热水作用的产物。

1 “大厂层”沉积特征

“大厂层”为一套爆发相火山角砾岩,该层对锑矿的产出起控制作用[12]。“大厂层”由下往上划分为三段(图1):

图1 “大厂层”沉积序列特征Fig.1 The depositional sequence of “Dachang layer”,Qinglong,GuizhouP2m:茅口灰岩；P2d1:硅质岩与石英岩互层；P2d2:火山角砾； P2d3:凝灰质粘土岩夹少量角砾；P3β:峨眉山玄武岩。

一段 下部为中—厚层块状灰色强硅化灰岩；中部为薄层灰白色纹层状石英岩或薄层浅绿色石英岩与薄层硅质岩互层；上部主要为火山角砾岩,砾岩为浅灰色硅化灰岩、深灰色硅质岩,胶结物为灰白色或浅绿色石英岩。

二段 为一套成分复杂的角砾岩层,角砾主要有浅灰、灰黄色棱角状、似圆状凝灰质粘土角砾,棱角状强硅化灰岩角砾、硅质岩角砾等；胶结物主要为凝灰质粘土,灰白色或浅绿色—绿色石英岩和辉锑矿及萤石等,矿石呈网脉状或角砾状构造。

三段 为灰绿色凝灰质粘土岩、玄武岩或玄武岩透镜体,局部显层理构造,普遍含黄铁矿、绿泥石和石膏,底部偶见辉锑矿,与上覆玄武质粗火山碎屑岩呈波状接触。

晴隆锑矿“大厂层”的沉积序列由底向上依次为:强硅化灰岩角砾层—硅质岩与石英岩互层—凝灰质粘土角砾层—凝灰质粘土岩—玄武岩透镜体,硅质蚀变相应依次减弱。

“大厂层”一段的硅质岩与茅口灰岩组成典型的热水沉积标志——礁硅岩套,其类似于广西大厂泥盆系的礁硅岩套[13],因此,“大厂层”底部的硅质岩可能是热水沉积产物。“大厂层”底部的石英岩与硅质岩互层产出,其结构以层状-似层状为主,该层是在火山作用的间歇期,热水物质间歇性供给形成的,其与现代海洋“黑烟囱”和“白烟囱”喷流沉积产物相似[14]。

图2 晴隆大厂锑矿玄武质砾岩结构特征(据文献[15])Fig.2 The structures and tectonics of conglomerate in “Dachang layer”,Qinglonga.玄武质砾岩层;b.玄武质砾岩手标本;c.玄武质砾岩胶结物中的草莓状黄铁矿光片10×5(单)。

“大厂层”二段主要为复杂成分角砾岩层,角砾磨圆度较好(图2-a)。角砾的形成应该是早期喷发的岩浆遇到温度较低的海水,由于温度差异发生龟裂,形成火山角砾岩。在“大厂层”的角砾岩中有硅质充填(图2-b),说明有热水沉积硅质充填。田亚洲等[15]认为砾岩胶结物中的草莓状黄铁矿(图2-c),其应该属于热水沉积硫化物。火山角砾岩前人认为属于火山角砾,也有人认为是后期玄武岩改造形成的河床砾石[16]。但经过研究,笔者认为它是海底火山喷发形成的类似枕状玄武岩与海水龟裂破碎形成,并且砾石可见气孔—杏仁状构造[8]。因为砾石较圆,其胶结物为硅质,其中含大量的黄铁矿,如果是河床砾石,砾石种类较多,胶结物应该是砂泥质,不会含大量的黄铁矿。同样,也不是火山角砾岩,因为火山角砾岩一般砾石呈棱角状。李明道[3]根据“大厂层”部分岩石具有水平层理构造、角砾结构等沉积特征,认为“大厂层”属于热水沉积的产物。

“大厂层”三段最明显的特征是硅化减弱,以凝灰质粘土岩为主,揭示这一阶段以火山沉积为主。

综上所述,从茅口期末到峨眉山玄武岩喷发之前,贵州存在一次较强烈的海底热液(热水)的活动,晴隆大厂一带可能是海底热液(热水)喷口,是海底热液、热水喷流中心,同时伴随着海底火山喷发,形成海底喷流玄武岩。随着远离晴隆大厂,海底热液、热水喷流作用影响较小,一般沉积薄层状硅质岩、硅质灰岩等。

2 “大厂层”热水沉积地球化学证据

前面已经论述了“大厂层”属于海底热液、热水喷流沉积的岩石学证据。地球化学特征也具有热水热液特征。

热水沉积岩沉积环境为地下热卤水与海水(河水)的接触面(水岩接触面),这种独特的环境必然使热水沉积岩包裹体中存在二者留下的证据,其中热卤水来自深部,一般表现为还原性。“大厂层”二段中与辉锑矿共生的石英和萤石,这两种矿物包裹体十分发育。王小兰[17]共采集9件样品,分析结果用x(CO2)/x(CH4)一x(N2)/x(Ar)示踪投影,其中4件样品落入建造水区域,5件样品落入大气降水区域(图3),指示成矿流体有海水(河水)和深部流体参与,这与热水沉积岩既继承了海水(河水)特征,又具有深部热卤水特征相吻合。胡煜昭[11]认为“大厂层”稀土元素配分特征具有近似W型四分组效应,是继承海水稀土元素特征的表现,成矿流体稀土元素含量很低,以富含F-为特征,具还原型。同样说明“大厂层”沉积岩的形成部分与海水有关,部分为深部来源的还原性流体。熊永柱[18]提出,热水喷流型现代深海沉积物稀土配分型式表现为右倾型,Ce表现为亏损,总趋势与海水相似,揭示热水沉积岩中会继承海水稀土元素特征。

大厂锑矿中黄铁矿硫同位素δS34组成范围较宽,为-14.5‰～10.6‰,与现代海底喷流口硫同位素组成相似[19]。陈豫测得晴隆矿田11件黄铁矿中硫同位素值中,粗晶黄铁矿的δS34为负值,范围-0.50‰～-0.90‰,极差6.4；细晶黄铁矿δS34为正值,变化范围+3.60‰～+10.90‰,与二叠纪海洋硫同位素值(+9.7‰)相近,也接近于现代海底热液沉积物中硫化物的硫同位素组成集中分布在1‰～9‰之间(均值为4.5‰)。反映细晶黄铁矿是沉积形成,粗晶黄铁矿是热液作用形成。这与热水沉积岩的物质“双来源”特征一致,说明“大厂层”具有热水沉积特征。

图3 晴隆锑矿成矿流体包裹体x(CO2)/x(CH4)— x(N2)/x(Ar)体系图(据文献[17])Fig.3 The system diagram of x(CO2)/x(CH4)-x(N2)/x(Ar) about flow inclusions of the Antimony,Qinglong

“大厂层”硅化强烈,微量元素Sb、Au、Ag、Cu、Cr、Co、Pb、Mo等元素富集,具有富重金属元素特征,其中Co/Ni比值>1,具有热水沉积特征。大厂层富含硅质岩、凝灰岩、玄武岩,这种岩石组合类似广西石炭系玄武岩—碧玉岩—硅质岩热水沉积组合[20],也类似于新疆寒武系底部玄武岩—碧玉岩—硅质岩组合[21]。这种富硅质岩沉积一般是热水沉积,其类似现代热水沉积,如东太平洋洋隆21°N热水系统中,SiO2含量高达1 292×10-6；加拉帕戈斯岛附近热水中含SiO21 290×10-6；在Bann Wuhu海底热水中,SiO2含量比附近的海水高出10倍左右；红海热水中SiO2含量为64.19×10-6,是正常海水的16倍；西藏羊八井热水中SiO2含量为135.01×10-6,在海洋和地表热水对流系统中,富含有大量的SiO2；揭示热水系统能够提供足够的SiO2形成热水硅质岩[22]。在晴隆老万场等地,类碧玉岩含很低的TiO2和MnO,表明硅质来源地壳内部,在晴隆大厂还见到海底热液热气浪底形成的同生玄武岩砾石构造。从贵州二叠系各类硅质岩的微量、稀土元素测试数据分析,晴隆大厂类碧玉岩最靠近热液喷口,硅质岩形成的温度也最高,海底热液热气浪底作用强烈,这样的高温热液喷发环境下形成锑矿[23]。因此,晴隆大厂类碧玉岩(硅质岩)是属于海底热液喷发形成的硅质岩。

王国芝等[9]对“大厂层”中萤石的Sr同位素和有机地球化学的综合研究表明,其形成机制为盆地流体,属于热水沉积范围。胡煜昭测得“大厂层”二段中萤石包裹体均一温度为125～200℃,亦属热水沉积岩范畴。

3 “大厂层”热水热液形成背景

“大厂层”受黔西南坳陷盆地以及同沉积张性断裂(花鱼井断裂、青山镇断裂等)控制,祁思敬[24]认为同沉积断裂控制的深海洼地和古地温异常是热水沉积成矿的理想条件。自1948年瑞典海洋考察船Albatross号在红海中部水深1 937 m处发现水温与盐度异常以来,现代海洋研究表明:在太平洋、大西洋和印度洋洋中脊、边缘海、岛弧及与之有关的盆地、板内火山中心等处均查明存在着热水活动及其产物,具有普遍性[18,25-26],而晴隆锑矿产自坳陷盆地并受控于同沉积张性断裂,具有热水沉积的条件。同样最近陈军等[27-28]对“大厂层”砾岩进行研究,认为大厂层属于局限浅海相沉积,并伴随板内玄武岩浆的喷发。

“大厂层”为火山角砾与火山凝灰质,是峨眉山玄武岩爆发期的产物。在中二叠世末期,峨眉地幔热柱造成地壳伸展、变薄并张裂,海水注入右江裂谷带,海平面下降,造成大厂一带大部分暴露成陆,东吴运动沉积间断的假象,之后峨眉地幔柱促使热水循环,在与海水接触面上形成热水沉积。

现代海底研究表明:含矿热液从海底沿洋中脊喷涌而出,盆地同生断裂的性质及规模对热水运移及散布范围起控制作用。“大厂层”形成可归纳成三个阶段,即火山喷发前期、火山喷气期和沉积压实期 (图4)。

图4 “大厂层”的热水沉积模式示意图Fig.4 The hydrothermal sedimentary model of “Dachang layer”

3.1 火山喷发前期

由于峨眉地幔柱的影响,炽热岩浆体开始上升使上覆地层发生张裂,形成一系列张性断裂。大气降水或者海水沿这些断裂下渗,在接近炽热岩浆体时被加热,随之由于压力和热力差使这些热水上升,茅口期的灰岩发生硅化,热水连续沉积,形成硅质岩与石英互层。

3.2 火山喷气期

在下伏岩浆体的持续推动下,部分岩浆沿地壳断裂带上升,形成火山喷气。在这一时段,大量的火山灰和火山爆发角砾喷出,同时这些角砾会携带一些沉积地层的岩屑(在晴隆大厂层二段的火山角砾中可见茅口灰岩角砾),主要形成一套爆发相的火山角砾岩。

3.3 沉积压实期

大量火山凝灰质沉积,热水作用减弱,形成弱硅化的凝灰质粘土岩层。

火山活动后期峨眉山玄武岩大规模喷发,在“大厂层”上覆形成峨眉山玄武岩。在玄武岩之上地层继续接受沉积,形成厚度较大的沉积盖层。

4 结论

(1) “大厂层”第一段的硅质岩与茅口灰岩组成典型的热水沉积标志——礁硅岩套,为典型的热水沉积。

(2) “大厂层”第二段的砾石层为海底玄武岩喷溢形成的类似枕状玄武岩,其不是河床沉积的砾石。同时,砾石中大量的硅质胶结物、黄铁矿说明其非河床沉积砾岩。

(3) 地球化学特征表明,“大厂层”硅质岩属于热水沉积岩。

(4) 建立了“大厂层”热水(液)形成的三个阶段模式。

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(责任编辑：于继红)

Preliminary Study on Hydrothermal Sedimentary Characteristics of DachangAntimony Deposit in Qinglong,Guizhou Province

WANG Furui

(Non-FerrousMetalsandNuclearIndustryGeologicalExplorationBureauofGuizhou，NuclearResourcesInstituteofGeologicalSurvey,Guiyang,Guizhou550005)

Petrologic characteristics,geochemical characteristics and occurrence background of Dachang antimony deposit in Qinglong,Guizhou province reveal that “Dachang stratum” has hydrothermal sedimentation characteristics.Reef-silicon rock suit consisting of Maokou biological reef limestones and siliceous alteration rocks at the bottom of “Dachang stratum” is a typical hydrothermal attribute,in which the interstratified siliceous rocks and quartzite combination are formed by spasmodic hot water supply.The hydrothermal deposition mode for “Dachang stratum” therefore can be subdivided into three stages,namely the pre-volcanic-eruption stage,the volcanic jetting stage and the sedimentary compaction stage.

hydrothermal sedimentation; “Dachang stratum”; Qinglong antimony deposit; Guizhou

P618.66; P588.21+1

A

1671-1211(2015)04-0422-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201504012