湘西—黔东北地区下寒武统铅锌矿矿床地质特征及成因探讨

赵 爽，潘 文，杨胜堂，尹廷龙，蒋天锐，田景江，陈 玲，覃智贵

(1.贵州省地质矿产勘查开发局103地质大队，贵州 铜仁 554300；2.贵州省地矿局黔东地矿测试中心，贵州 铜仁 554300)

湘西—黔东北地区下寒武统铅锌矿矿床地质特征及成因探讨

赵 爽1，潘 文1，杨胜堂1，尹廷龙1，蒋天锐1，田景江1，陈 玲2，覃智贵1

(1.贵州省地质矿产勘查开发局103地质大队，贵州 铜仁 554300；2.贵州省地矿局黔东地矿测试中心，贵州 铜仁 554300)

湘西—黔东北地区下寒武统铅锌矿严格赋存于台地边缘礁滩相产出的藻礁灰岩中，其实质属断裂构造控矿，具有MVT型矿床的典型特征。成矿时代可能为晚志留世至早石炭世。(中)低温度、中高盐度流体从上地壳岩石地层中浸出铅锌，顺断裂通道运移至碳酸盐岩围岩中，围岩受水岩反应和交换作用释放的海水硫酸盐经热化学还原作用转化为还原硫，还原硫与铅锌金属络合物相结合而成矿。该类成矿过程中受区域挤压应力影响的断裂构造始终起到至关重要的作用。

湘西—黔东北；下寒武统；铅锌矿；礁滩相；构造控矿；成矿过程

1 引言

湘西—鄂西成矿带地处上扬子板块东南缘，北接秦岭造山带，南邻湘桂地块，是中国重要成矿带之一，具有良好的成矿地质背景和控矿条件(曹亮等，2010；陈超等，2010；雷义均等，2013；刘文均，1984；芮宗瑶等，2004；周云等，2014)。其中湘西—黔东北地区下寒武统铅锌矿位于该成矿带西南部湘黔毗邻区，现已发现了李梅、芭茅寨、狮子山、清水塘、大脑坡、杨家寨、嗅脑、卜口场等一批铅锌矿床。基于这些铅锌矿床的地质勘查与矿产开发，前人针对其地质特征(陈明辉等，2011；罗卫等，2009；杨邵详等，2007)、地球化学特征(蔡应雄等，2014；杨邵详等，2007；李堃等，2014)、成矿作用(李宗发，1991；刘劲松等，2012；刘文均，1999；王华云，1996)、成矿时代(廖振文等，2015；周云等，2014)等进行了大量的总结和研究工作，并取得了丰硕成果。然而提出的矿床成因类型却是多种多样，处于一个百家争鸣的状态，以至于该区铅锌矿床至今尚未建立统一的成矿模式。本文在前人研究的基础上，根据近年来所承担的湘西—黔东北地区铅锌矿床成矿机制研究课题研究成果并结合个人以往的工作，系统收集整理湘西—黔东北地区下寒武统典型铅锌矿床地质勘查成果资料，归纳总结了矿床地质和地球化学特征，在此基础上，着重讨论成矿过程，望能为研究区铅锌矿成因类型的总结和成矿模式的建立提供一定的参考。

2 区域地质背景

湘西—黔东北地区下寒武统铅锌矿位于扬子微板块(扬子准地台)—上扬子地块东南部边沿与江南地块的过渡带上。区内地层除缺失石炭系、侏罗系和第三系外，自元古界至新生界均有分布，以寒武系地层发育最完整，分布最为广泛；岩浆活动不明显，局部地区发现有小规模的基性—超基性岩体。受武陵、雪峰—加里东、海西、印支—燕山—喜马拉雅多期构造运动的叠加影响，区内褶皱、断裂发育。北东向古丈复背斜和桑植复向斜是区域上主要褶皱；以三阳断裂(花垣—张家界断裂)、保铜玉屏断裂(麻栗场断裂)主干深大断裂和红石断裂(两河—长乐断裂)区域性地表断裂为主体构造，总体构成了向北东张家界方向收敛、向南西贵州撒开的帚状弧形北东向构造格架。该构造严格控制着区域内地层岩性、岩相古地理和一系列次级断裂、褶皱构造发育与展布，还控制着区域内众多的物化探异常、矿(化)点和矿(床)体的空间分布及其发育(图1)。

图1 研究区区域地质简图及铅锌矿分布图

Fig.1 Geological sketch map and the lead-zinc deposits distribution of the target area

1—白垩系；2—志留系；3—奥陶系；4—上寒武统；5—中-上寒武统；6—中寒武统；7—中-下寒武统；8—下寒武统；9—寒武系；10—震旦系；11—青白口系板溪群；12—地层界线；13—断层；14—省界；15—小型矿床(点)；16—中-大型矿床；F1—三阳断裂(花垣-张家界断裂)；F2—红石断裂(两河-长乐断裂)；F3—保铜玉屏断裂(麻栗场断裂)

3 矿床地质

3.1 容矿地层

湘西—黔东北地区下寒武统铅锌矿主要产于清虚洞组，该组与下伏石牌组(黔东北称杷郎组)和上覆高台组为连续沉积，呈整合接触。该组岩性可分为上下两段，下段灰岩段可分为4个亚段，上段白云岩段可分为2个亚段。

3.2 控矿构造

区内铅锌矿体严格赋存于下寒武统清虚洞组藻灰岩内，藻礁体的生长、发育受控于当时的沉积环境。麻栗场断裂(保靖—铜仁—玉屏断裂)主干深大断裂作为本区寒武纪沉积相分界线，控制了台盆格局及台缘礁滩相的展布，因而也就决定了区内铅锌矿体的具体空间产出部位。区内断裂构造发育，常形成被一系列断层切割的断块构造，规模较大的断裂多期活动，促使这些断块之间的相互运动，在各个岩层断块中形成一系列稀疏不一的次级小断裂、小裂隙、节理、层间破碎带等构造，为含矿热液的运移和聚集储存提供了通道和容矿空间。一般情况下，断裂及裂隙构造发育的地方矿化作用较强，特别是小构造密集发育成网的地方，常形成较富的铅锌矿体。

3.3 矿体特征

区内铅锌矿体总体具有相似的矿体特征：大多数矿体形态简单，以层状、似层状为主，顺层透镜体状、脉状次之。层状、似层状矿体受含矿岩层控制，其产状与围岩基本一致；顺层透镜体状矿体产出与含矿岩层接近整合状；脉状矿体在容矿岩层中沿裂隙分布，产状呈无规律的变化。局部地段受断层影响导致矿体倾角突变，或含矿岩层呈缓波状弯曲，致使矿体的倾向及走向不明显。

图2 研究区铅锌矿含矿层野外照片及薄片照片

3.4 矿石特征

各矿床矿石类型及构造比较相似。矿石矿物主要有闪锌矿，次为方铅矿、黄铁矿，微量矿物有磁铁矿、黄铜矿、白铁矿、磁黄铁矿等。脉石矿物主要有方解石，次为白云石，少量重晶石、石英、萤石、沥青、石膏。一般方解石、白云石、闪锌矿、黄铁矿分布广，沥青主要分布于含矿体顶部，方铅矿含量在含矿体内含量自上而下总体上降低。矿石结构以自形—半自形晶粒结构为主，少量他形显微晶粒结构、包含结构、填隙结构、溶蚀结构、渗透交代结构、交代残余结构、乳浊状结构、变胶状结构、碎裂结构、揉皱结构等。矿石构造以斑脉状为主，脉状次之，浸染状占比例少，偶见环带状、球粒状、角砾状、晶洞状等构造。

3.5 矿化蚀变类型

区内矿床普遍存在方解石化、白云石化、黄铁矿化、重晶石化、沥青化、褪色化、硅化等蚀变类型。

方解石化分布最为广泛，出现频率最高，其生成世代长远，按其形成时间分为成矿前—成矿期方解石脉与成矿后方解石脉。前者常为大致顺层分布而形成网脉状、斑点状、花斑状，另为沿高角度张节理或张性断裂破碎带产出，其与成矿关系密切，边缘与围岩之间常见铅锌矿化，容矿层内矿化的强弱与该类型方解石化呈正相关关系。后者以线状为主，网脉状次之，花斑状极少见，不含矿，常切割矿脉。

黄铁矿化可大致分为两大类，第一类为成岩过程中形成的黄铁矿，其颗粒一般很细、多为粉末状，多沿成岩压溶缝合线呈草霉状形态分布，与成矿无关；第二类为成矿期形成的黄铁矿，为细—中粗晶粒状结构，常与铅锌矿化相伴出现。

重晶石化分布较为局限，常呈粗大的板柱状晶形，多呈网脉状与不规则斑块状集合体分布，但其与铅锌矿成矿关系密切，常与方解石脉共生，与方解石化时间相当，重晶石化发育的地方往往是铅锌相对富矿产出的位置。

沥青化主要与含有机炭的深色灰岩产生褪色化析出有关，常呈黑色斑点状及不规则团块分布，以藻腐孔、微裂隙、缝合线内多见，一般与铅锌矿化呈共生关系。

褪色化主要表现为藻灰岩原岩颜色为灰—深灰色，经蚀变后常成浅灰色—灰白色，但原岩的结构尚未发生变化，在化学成分上有机炭含量相对减少。单一的褪色化一般不具铅锌矿化，它与其它蚀变类型结合才能形成矿化。

硅化主要发生在断裂带附近，使白云石、重晶石等微弱硅化，岩石变硬，与矿化无明显关系。

4 矿床地球化学

4.1 成矿流体特征

4.2 同位素地球化学

表1 研究区主要铅锌矿床铅、硫同位素组成

王华云，1993；王育民，1988；蔡应雄，等，2014；蔡应雄，等，2014。

5 矿床成矿过程讨论

5.1 矿床特征

综上所述，湘西—黔东北地区上寒武统铅锌矿床具有以下特征：矿床多产于清虚洞组下段(灰岩段)第三亚段较厚的藻礁灰岩中，具有较明显的岩控或层控特征；所有矿床均受一定的断裂系统的控制，矿体赋存于该构造空间之中；矿床具有后生成矿的特点；矿物组合简单，主要为闪锌矿、方解石，次为方铅矿、白云石、黄铁矿，少量重晶石、石英、萤石、沥青、石膏，矿物结晶较粗，肉眼清晰易辨；绝大多数矿床以富锌为主，富铅次之，仅少数为单锌矿床；共(伴)生矿产主要有银、镉等，其中银多具有工业规模价值。矿床主要矿物的流体包裹体均一温度为(中)低温，中高盐度。系列同位素地球化学分析表明铅源多为上地壳及造山带，硫源多为同时代的海水硫酸盐，成矿流体在主成矿早中期及之前以地层封存水为主体，后期伴有大气降水的渗入。以上特征均符合典型MVT型矿床的特征。

5.2 成矿时代

铅锌矿床中缺少常用定年矿物，因而同位素测年技术在铅锌矿定年方面得到了广泛的推进与应用，其定年方法多种多样，又以Rb-Sr测年应用最为广泛(李发源等，2003)。全球MVT型矿床主要成矿时代为泥盆纪—三叠纪早期和白垩纪—第三纪两个时期，又以泥盆纪—三叠纪早期为主，其成矿与全球大尺度汇聚构造密切相关(Leach D L et al.，2001；Braley D C et al.，2003)。廖振文等(2015)认为黔东北地区卜口场铅锌矿床形成于加里东运动后期之华夏板块与扬子板块后碰撞过程中，闪锌矿的Rb-Sr等时线年龄为349.6±9.1 Ma。周云等(2014)获得湘西地区狮子山铅锌矿床闪锌矿Rb-Sr同位素等时线年龄为409±11 Ma。

5.3 成矿物质来源

硫同位素特征指示硫主要来源于同时代的海水硫酸盐，碳、氧同位素分析结果证明了成矿流体和围岩的水岩反应和交换作用的存在性，即是围岩(容矿地层)是最有可能的硫源。铅同位素组成特征表明铅主要来源于上地壳地层，少量来源于造山带。清虚洞组地层铅锌含量均值并未出现异常高的丰度，普遍低于克拉克值，其提供成矿物质的可能性较小，也就是铅锌成矿元素在就位于清虚洞组容矿地层之前，至少有过一次初始富集的过程(陈详伦，1991；钟九思等，2007)，其中下寒武统牛蹄塘组最有可能是区内的主要矿源层(汤朝阳等，2012；双燕等，2014)，同时震旦系碳酸盐岩在内的下伏地层也具有成为矿源层的可能性(廖振文等，2015)。

5.4 成矿过程认识

前人对于湘西—黔东北地区下寒武统铅锌矿床为后成矿床的观点趋于一致。各矿床之间本身存在诸多差异，致使在成因方面仍有不同的认识。笔者在总结前人成果和实地考察、室内分析的基础上，认为湘西—黔东北地区下寒武统铅锌矿床成矿过程按大致时间可以简化为：藻灰岩沉积→铅锌析出→成矿流体浸入→铅锌沉淀→富集成矿。

保靖—铜仁—玉屏断裂为本区寒武纪沉积相分界线，至早寒武世(中)晚期，该断裂带西北为上扬子碳酸盐岩台地相，向东南依次为台地边缘礁滩相—保靖—铜仁—玉屏深大断裂带—碳酸盐岩台地边缘斜坡相。藻灰岩即为台地边缘礁滩相的产物，其分布呈北东向带状、环于台地相边缘。

至中奥陶世—早志留世期间，较为稳定的沉积环境转为区域挤压为主的构造背景，构造(岩浆)增热推进铅锌矿源层中的膨胀粘土向非膨胀粘土、进而向云母的转变。当温度达到95℃大大地促进蒙脱石转变成伊利石时，铅锌矿源层的孔隙流体具有最大的含氯量，铅锌矿质已开始从非膨胀粘土中浸出；进一步增温过程中，含氯浓度会轻微变小，直到当离子渗滤浓缩的影响超过由硅酸盐矿物脱水释放结构水稀释的影响时，这浓度便可以持续到更大的深度和较高的温度；当温度达到110℃蒙脱石完全转变成伊利石后，在非膨胀粘土转变为云母期间，便能从非膨胀粘土中有效地浸出铅锌矿质。

在加剧的挤压应力作用下，主干断裂构造活动强烈且频繁，其周边常形成被一系列断层切割的断块构造，这些断块构造便是由一系列稀疏不一的次级小断裂、小裂隙、节理、层间破碎带等组成的构造空间，主要是在近地表能干性较强的碳酸盐岩层。同时成矿流体增加了自身温度，获得了足够的动力，沿主干断裂带从深部向浅部(纵向)运移，到达近地表后成矿流体一部分经切割断块构造的断裂进行水平(横向)运移，另一部分便浸入断块内部的构造空间内，待赋存环境趋于稳定后，一定量的雨水便能向下渗入与之混合。

志留纪末期，褶皱造山主要发育在黔东南地区，区内处于加里东造山带外带，构造应力相对消减，但仍有来自造山带的成矿流体不断运移至容矿空间内。成矿流体和碳酸盐岩围岩发生水岩反应和交换作用，围岩释放大量的海相沉积硫酸盐，再通过热化学还原作用转化为还原硫(蔡应雄等，2014；周云等，2014；双燕等，2014)。还原硫即促使成矿流体中的铅、锌矿质沉淀。

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Geological Characteristics and Genesis of Lead-Zinc Deposits by Lower Cambrian in Western Hunan-Northeastern Guizhou Area

ZHAO Shuang1，PAN Wen1，YANG Sheng-tang1，YIN Ting-long1，JIANG Tian-rui1，TIAN Jing-jiang1，CHEN Ling2，QIN Zhi-gui1

(1.No.103GeologicalParty，GuizhouBureauofGeologyandMineralExploration&Development，Tongren554300，Guizhou，China；2.EasternGuizhouGeologyandMineralResourcesTestingCenter，GuizhouBureauofGeologyandMineralExploration&Development，Tongren554300，Guizhou，China)

The lead-zinc deposits by Lower Cambrian in western Hunan-northeastern Guizhou area are hosted in algal reef limestone in the platform margin reef flat facies. In fact, it belongs to the fault structure ore-control, and has the typical characteristics of Mississippi Valley-tpye lead-zine deposits. The metallogenic epoch may be from the Late Silurian to the Early Carboniferous. Fistly, Pb Zn are leached from the upper crust by middle/low temperature, high salinity fluid, secondly, this fluid migrates to the surrounding rocks consisting of carbonate rocks along the fault path, then, the sulphate that are from the surrounding rocks through water-rock reaction or exchange between it and the metallogenic fluid are trasformed into the reduced sulfur by Thermochemical Sulfate Reduction(TSR), lastly, these deposits were formed by combineing the reduced sulfur and Pb Zn metal complex. The fault structure affected by the regional extrusion stress were played a crucial role throughout this metallogenic process.

Western Hunan-northeastern Guizhou area; Lower Cambrian; Lead-zinc deposits; Reef-bank facies; Structure ore-control; Metallogenic process

贵州省地质矿产勘查开发局地质科学研究项目《湘西—黔东北地区铅锌矿床成矿机制研究》(编号：黔地矿科合15〗02号)资助。

赵爽(1988—)，男，硕士研究生，地质工程师，从事矿床地质工作。

P618.42；P618.43

A

1000-5943(2016)04-0257-08

[收购日期]2016-11-01