黔西地区晚古生代岩浆活动与成矿再认识

2021-03-11赵胜利黄波杨涛马力克朱和书于宁曹其琛孙芳芳

矿产勘查 2021年11期

赵胜利，黄波，杨涛，马力克，朱和书，于宁，曹其琛，孙芳芳

（1.山东地矿国际投资有限公司，山东济南 250000；2.贵州理工学院资源与环境工程学院，贵州贵阳 550003；3.贵州有色金属和核工业地质勘查局物化探总队，贵州都匀 558000；4.贵州省地质资料馆，贵州贵阳 550003；5.中国冶金地质总局山东正元地质勘查院，山东济南 250101）

0 引言

贵州省地处扬子克拉通西南缘，经历了至今870 Ma构造演化过程，其中新元古代—早古生代主要为海相沉积环境，是贵州重要的喷流-沉积成矿背景，随着黔西地区晚古生代峨眉山玄武岩的喷发和辉绿岩侵入（图1）拉开了大规模内生成矿的序幕，并控制了主要的矿床分布（贵州省地质矿产局，1987，2017；王华云等，1996；武国辉等，2009a，2009b；徐伟钧等，2018；曹其琛等，2019；杨顺文等，2020）。本文基于对贵州省近些年地质调查成果的综合研究，重新剖析了晚古生代岩浆活动与成矿的关系，该成果对区域内研究玄武岩与成矿作用均具重要意义。

1 区域地质背景

黔西地区主要构造单元由威宁隆起区、六盘水裂陷槽及部分黔北隆起区西部、兴义隆起区和右江裂谷-前陆盆地区北西部组成（表1，图2，图3，据贵州区域地质志1987；2017整理），发育以晚古生代—中生代为主的沉积建造，具玄武岩多期次喷发与辉绿岩侵入，研究区内构造以NW向为主。

图2 贵州省构造单元分区图（据贵州省地质矿产局，2017；杨顺文等，2020修改）

图3 贵州省推测隐伏断层构造（据贵州省地质矿产局，2017修改）

表1 贵州省黔西地区构造单元特征

2 峨眉山玄武岩及辉绿岩

2.1 地质特征

黔西地区的晚古生代大陆溢流玄武岩喷发约3万km2，多呈岩被产出，主要在毕节-织金-平坝-安顺-兴仁一线以西成片分布，往东逐渐变薄至尖灭。辉绿岩为潜火山相，多以岩床产出，少量为岩株、岩墙等侵入于上泥盆统至中二叠统中，主要侵入于下二叠统茅口组；接触带具少量同化混染、重结晶及褪色等现象，局部为矽卡岩化带或大理岩化带。

区内玄武岩喷发经历了3个旋回，最多为23层（次）。第一旋回以中心式强爆发—溢流为主,大致在E104.5°以西为陆相，以东为海陆交替相；第二旋回范围扩大，为裂隙式宁静溢流为主,仅在东部边缘处于海域；第三旋回范围缩小，为弱爆发—溢流的混合喷发，大致在毕节-织金-普安以西为陆相喷发，以东为海域。

2.2 岩石学特征

研究区内主要发育喷溢相玄武质熔岩、爆发空落相玄武质火山碎屑岩及少量以层状为主的辉绿岩。

（1）玄武质熔岩：主要矿物为斜长石和辉石，次为玻璃质、磁铁矿、钛铁矿等。斜长石含量一般≥50%，粒径多为（1.2～4.0）×（0.4～1.2）mm；辉石一般≤30%，粒径多＜0.05 mm；玻璃质变化较大，含量为10%～35%；磁铁矿、钛铁矿含量3%～5%，以拉斑玄武结构为主。喷发层顶底部常具（椭）圆状杏仁状气孔，一般为1～3 mm，充填物以绿泥石为主，少量硅酸盐、碳酸盐及金属矿物碎屑等充填。

（2）玄武质火山碎屑岩：①玄武质熔结火山碎屑岩，以同源玄武岩岩屑为主，少量为灰岩-硅质岩岩屑等异源成份，多呈棱角状，向上过渡为玄武质熔结角砾岩至玄武质熔结凝灰岩，胶结物多为玄武质熔岩；②玄武质火山碎屑岩，下部常以集块-角砾级居多，有玄武质岩屑及少量灰岩岩屑等；上部的火山碎屑常以玄武质凝灰级为主，少为玻屑和斜长石晶屑；③玄武质沉火山碎屑岩，成分以玄武岩岩屑为主，其次有玻屑等，出现由沉火山角砾岩→沉凝灰岩→正常沉积岩的变化。

（3）辉绿岩：以拉斑玄武结构为主，部分厚度较大的岩体内部具辉绿结构或嵌晶含长结构，属“熔岩状潜火山岩”，多位于茅口组上部，以层状为主。

2.3 岩石地球化学特征

（1）主量元素特征：①喷溢相玄武岩与辉绿岩基本相同，属同源异相岩浆岩；②MgO含量低，玄武岩平均值为4.71%；辉绿岩平均值为4.81%；固结指数（SI），玄武岩平均20.16%，辉绿岩平均21.01%，由此认为岩浆分异程度高；③TiO2含量高，为高钛玄武岩；④斜长石（An）主要在拉长石范围；⑤以钙碱性岩石为主（里特曼指数δ为1.8～3.3），少量为钙性岩石（δ＜1.8）和碱钙性岩石（δ为3.3～9.0）；⑥多数样品SiO2过饱和，CIPW标准矿物出现石英（Q），属拉斑玄武岩套中的石英拉斑玄武岩（贵州区域地质志，1987；2017）。

（2）稀土元素特征：稀土元素总量（∑REE）平均值为245.86×10-6，重稀土所占比例较小，平均值为10.99%，属轻稀土富集，δEu值介于0.87～1.06之间，配分模式无明显Eu异常。

（3）微量元素特征：滇黔边界的镇雄和息烽玄武岩与大陆地壳丰度对比Cr、Rb贫化，Ni、U与大陆地壳相当，Pb、Zn、Co、Sr、V、Sc、Nb、Ta、Zr、Hf、Th富集，Cu、Ti明显富集，随着富集程度加大，元素则易于富集成矿，这类岩石则会成为较好的成矿母岩（表2）。

表2 贵州省阳新世—乐平世大陆溢流玄武岩微量元素含量

（4）同位素特征：①玄武岩87Sr/86Sr比值为0.7061±0.008，与大陆裂谷玄武岩（0.706～0.710）和地幔值0.704±0.002相近，推测其与板内裂谷作用有关，可能来源于地幔（毛德明，1991）；②盘县玄武岩顶部的凝灰岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为（251±1.0）Ma（朱江等，2011），限定了其主要的喷发结束时间。

2.4 成因

在玄武岩和辉绿岩logτ-logδ和FeO-MgO-Al2O3图解中（贵州省地质矿产局，2017），主要落入大陆—大陆裂谷玄武岩范围，属川滇黔峨眉山地幔柱大火成岩省的组成部分（Chung and John，1995；卢纪仁，1996；王登红，1998；王登红等，2005；涂光炽和赵振华，2003），黔西地区玄武岩属地幔柱头部的东部边缘，形成于大陆板块内部裂陷环境。

3 峨眉山玄武岩的成矿作用

前人研究表明黔西—黔西南地区是贵州矿产资源集中区，主要矿产资源有贵金属（以银厂坡银多金属矿及黔西南红土型金矿集中产出为代表）、有色金属（以铜、铅锌、锑、汞矿等为代表）、稀有稀土分散元素（以黔西—黔西南地区稀有元素“铌”、“铊”矿，尤其是“铊”矿成为国内的优势产区，具有较高开发和科研价值）、黑色金属（以铁矿为代表）、能源矿产（以黔西地区煤田的集中产出为代表）、宝玉石（以罗甸玉为代表）及冶金辅助原料矿集区，其形成多与玄武岩关系密切（图4；武国辉等，2009a；黄波等，2009；徐伟钧等，2018；曹其琛等，2019；杨顺文等，2020；贵州省地质矿产局，2017）。

图4 贵州省中新生代主要沉积改造矿床分布略图（据贵州省地质矿产开发局，2014；黄波和杨涛，2021）

（1）铜矿：黔西地区铜矿床（点）主要为沉积型铜矿和热液型铜矿（朱炳泉等，2002；廖震文和胡光道，2006；武国辉等，2009）。前者主要赋存于玄武岩喷发期间隙喷发间隙期的古风化壳和喷发结束沉积的上二叠统宣威组下部铁铝黏土质层中，并进一步划分为陆相-湖盆相沉积型铜矿。热液型铜矿广泛分布于玄武岩气孔状、块状熔岩内，为喷溢形成的热液铜矿和热液充填铜矿，以及分布于玄武岩下伏于茅口组灰岩接触面上的第一段凝灰岩中。由此推测玄武岩中高丰度的铜（±200×10-6，表2）和岩浆热液关系密切，为玄武岩型铜矿提供了前提条件。

（2）铅锌（银）矿：前人将黔西地区划分为6个成矿亚带（表3，武国辉等，2009a；刘路等，2019），其中（Ⅰ-1）～（Ⅰ-4）成矿亚带主要为燕山运动产物，赋矿地层主要为晚古生代沉积建造；（Ⅰ-5）和（Ⅰ-6）成矿亚带为加里东运动产物，赋矿地层主要为震旦系和下寒武统沉积建造，构造了川滇黔铅锌矿的重要组成部分，也是贵州省主要的矿产地（武国辉等，武国辉等，2009a；刘路等，2019）。

表3 贵州省黔西地区铅锌矿成矿区（带）划分

（3）锑矿、汞矿及稀有分散元素“铊”矿：黔西地区的晴隆大厂锑矿田为海相火山热水沉积—改造型，随着峨眉山玄武岩的多期次喷发和辉绿岩的侵入，带来了丰富的“锑源”和热动力源，在中上二叠统变余玄武岩、硅化粘土岩及石英蚀变岩中的有利部位富集成矿（武国辉等，2009a；刘路等，2019）。黔西地区汞矿床主要集中于兴仁滥木厂汞矿带内，主要容矿地层为上二叠统海相沉积建造，其次为下三叠统，矿床中还伴生有与岩浆活动有密切关系的低温热液型稀有分散元素“铊”及多矿种或多种矿化蚀变（武国辉等，2009a），本文推测其成矿与峨眉山玄武岩活动关系密切。

（4）硫铁矿、稀土矿产：硫铁矿产出层位为玄武岩底部及玄武岩尖灭后的上二叠统龙潭组（Pl3）底部，分布特征见（表4，贵州省地质矿产局，2017）。黔西地区上二叠统宣威组（Px3）底部，产出了以含铌为主的稀有金属矿床，形成了铌、钪、稀土（钇等）富集区，也显示了与峨眉山玄武岩活动关系密切。

表4 贵州省黔西地区硫铁矿分布特征表

（5）罗甸玉：为近年来新发现的矿产，主要位于罗甸县南部，产于辉绿岩与二叠系四大寨组灰岩外接触带并蚀变产生的软玉矿种，矿物组合为透闪石和石英，多为玉白—浅绿色、微透明—半透明致密块状，油脂—蜡状光泽，摩氏硬度6.5，密度2.98 g/cm3，显示了与辉绿岩关系密切。

（6）黔西南地区红土型金矿：主要赋矿地层为中上二叠统至中下三叠统滨海相沉积建造，海西-印支期构造运动造成的滨岸-台地（缘）相、裂谷盆地相等晚古生代滨海相碳酸盐岩-碎屑岩沉积地层随着玄武岩多期次喷发和辉绿岩的侵入活动，带来了丰富的“金源”。盆缘断裂的存在为矿液的排放和运移提供了通道，燕山运动时，盖层发生褶皱断裂，使成矿流体沿盖层断裂向背斜和弯隆核部负压区运移。当矿液运移至富含同生黄铁矿和有机质的细碎屑岩附近，即断裂与该类岩石的复合部位时，矿液中络合物内的金受其吸附和还原发生沉淀，形成了黔西南重要的红土型金矿集中区及滇黔桂重要的金矿产出地（韩至钧和盛学庸，1996；武国辉等，2009a，2009b；王国坤等，2017）。

（7）铁矿：富铁矿床主要集中于黔西地区，以水城观音山铁矿、赫章菜园子铁矿等大型菱铁矿床为代表，赋矿地层主要为泥盆系—石炭系碳酸盐岩，多为断裂控制，矿体以脉状、透镜状和似层状产出的中低温热液型矿床（武国辉等，2009a），其成矿同样与峨眉山玄武岩活动关系密切。

（8）煤矿：黔西地区广泛分布的上二叠乐平统是贵州主要成煤期，以陆相宣威组、海陆交互相龙潭组及浅海相合山组三种含煤岩系为主，分布广、含煤性好。宏观煤类以半亮煤为主，煤种主要为肥煤—无烟煤，尤其是六盘水煤田、黔西北煤田（以贵阳为中心算，应属“黔西煤田”）及织纳煤田组成的黔西地区的煤田集中区，是贵州省主要的富煤及煤层气层位，形成了我国南方产煤大省（贵州省地质矿产局，2017）。

4 讨论

地壳主要为较低密度2.8 g/cm3的硅酸盐组成（Rudnick and Gao,2003；张宏飞和高山，2012；刘军等，2019），地幔平均为4.528 g/cm3，形成了较高密度元素的富集。地表的外生地质作用产生了大量沉积岩和少量变质岩、岩浆岩的地质背景；元素活化能力弱，密度较高元素在地壳中丰度低，要富集并形成矿床，必须经过特定地质作用。因此，与较高密度相关矿床的形成多与深部内生作用有关。随着峨眉山玄武岩的活动，拉开了贵州省大规模内生成矿序幕，具高丰度有色金属、贵金属、黑色金属、稀有稀土分散元素等玄武岩在特定地质作用下易于成矿。

马晓旻（1989，1991）的“全球螺旋大地构造”学说提出全球具12个“旋涡”单元，徐伟钧等（2018）提出了“全球螺旋构造”，我国地处东亚螺旋，黔西地区位于东亚螺旋SE120o～150o方向（图5～6），来自燕山期顺时针方向旋转，产生了NW向主体构造系列以紫云-垭都（F6，图3）为代表的深大断裂，提供了岩浆活动、成矿流体的运移通道和沉淀空间。

图5 全球螺旋构造平面略图（据马晓旻，1989修改）

武国辉等（2009a）、徐伟钧等（2018）及曹其琛等（2019），以及黄智龙等（2001）所统计川滇黔的400多个始于海西晚期和印支-燕山期主要的沉积-改造型多金属矿床（点），均与峨眉山玄武岩喷发和辉绿岩侵入的岩浆期后热活动相对应。研究区内玄武岩具裂隙-中心式喷发的特点，喷发后接受了上二叠统至三叠系的数千米厚沉积，形成了区域性埋藏变质环境。王晓刚等（2010）在研究玄武岩后期生成的沸石、蒙脱石、石英、绿泥石、绿帘石组合及斜长石的明显钠长石化，计算其形成压力为2～3 kPa，温度200～300 °C，使含煤岩系进一步接受变质，形成了肥煤—无烟煤集中区。同时原岩中的成矿元素有了区域活化和再富集的机会，在黔西地区煤的变质分布与铅锌矿带呈一致性，显示了岩浆热流与铅成矿的相关性（唐红松和王滋平，2005；陶树等，2010）。黄智龙等（2001）在玄武岩铅同位素的卡农投影图上，得到Th-Pb数据集中于一个狭小范围内，部分地层和玄武岩中铅同位素落入方铅矿范围内，表明地层和玄武岩均提供了成矿物质来源。黄智龙等（2001）测试的会泽铅锌矿围岩中方解石的REE相对富集，LREE属富集型；碳氧同位素中δ13CPDB位于地幔范围和δ18OSMOW升高；在δDH2Oδ18OH2O图上落入深部岩浆水区域，表明地幔流体参与了成矿流体的形成过程。

图6 东亚螺旋与贵州省大地构造图（据贵州省地质矿产局，1987及马晓旻，1989；1991修编)

前人研究认为“加厚旋涌”是全球中-新生代重要成矿动力模式（刘军等，2019；曹其琛等，2019；杨顺文等，2020；杨涛和黄波，2021），下地壳加厚作用以喜玛拉雅的陆陆碰撞和太平洋东部边缘的板块俯冲最为明显，有的专家认为其高达数百千米，如许志琴等（1999，2011）认为印度板块俯冲至雅鲁藏布江缝合带下约200 km，而万天丰（2004）研究认为青藏高原的板块俯冲高达800～1000 km，深切上地幔软流圈，改变了软流圈运动方式（马晓旻，1989，1991）。本文认为软流圈是“螺旋”对流方式，伴随强烈岩浆活动和成矿物质上涌，形成了全球最大的2个成矿带（涂光炽和赵振华，2003；孙卫东等，2010；刘军等，2019；曹其琛等，2019；杨涛和黄波，2021）。

“加厚旋涌”效应的叠加作用使黔西南—黔西地区形成了贵州重要矿产资源集中区。贵州省莫霍面深度由东部最薄处37 km向西则增大到最厚处52 km（贵州省地质矿产局，2017），王华云等（1996）认为“燕山期受到来自西部（印度板块与亚洲板块的碰撞）和东部（与太平洋板块向亚洲大陆的俯冲消亡有关）等多个构造挤压作用，产生巨大的缩短加厚而形成”，因此黔西地区下地壳加厚作用深切了上地幔软流圈，改变了软流圈运动方式，伴随强烈岩浆活动和成矿物质上涌，在有利成矿环境与碎屑岩—碳酸盐岩建造中完成各种成矿作用。

2018年中国找矿取得36大突破，有2个就在黔西南—黔西地区（周丽娜和张兵强，2018；何良伦等，2019）。其中盘县架底金矿圈出12个金矿体（周丽娜和张兵强，2018），最大矿体长2.9 km，宽70～570 m，厚度0.8～41.7 m，平均4.9 m，最高品位37×10-6，经预算达大型规模，是目前贵州乃至全国玄武岩中最大的原生金矿。赫章县猪拱塘新发现的首个超大型铅锌矿床矿体沿垭都—紫云断裂及其次级构造等充填，探明铅锌资源量276万吨，铅平均品位2.4%，锌7.6%（何良伦等，2019）；还圈出共生硫铁矿2个，资源量达569万吨；伴生金、银、镓、镉、锗、硒等矿产，具较大开发价值，是贵州黔西南—黔西地区成为矿集区强有力的证据之一。