黄陵背斜北缘竹园沟—下坪锌矿床地质与地球化学特征

2022-01-06蒋达源

资源环境与工程 2021年6期

雷雳，周舟，杨朋，刘银，蒋达源，向萌，张凡

(湖北省地质局第七地质大队，湖北宜昌 443100)

黄陵背斜地处湘西—鄂西成矿带北段，是中国重要的金属成矿区，在其周缘碳酸盐岩中已发现凹子岗[1,2]、白鸡河[3]、滩於河等代表性铅锌矿床，赋矿层位主要为震旦系。竹园沟—下坪锌矿床位于黄陵背斜北缘保康县境内，赋存于震旦系灯影组中，为隐伏锌矿床，该矿床的发现实现了黄陵背斜地区深部铅锌矿找矿突破。竹园沟—下坪锌矿床地层控矿特征明显，资源潜力较大，但目前尚未对其进行系统研究。本文通过分析该矿床地质特征和S、Pb、Sr等同位素地球化学性质，揭示其矿床类型及成矿物质来源，为黄陵背斜周缘铅锌矿的勘查和研究提供参考。

1 区域地质背景

黄陵背斜具有由前震旦系变质结晶基底和震旦系—二叠系盖层组成的二元结构特征，二者呈角度不整合接触。变质基底主要由晚太古界—元古界中深变质岩、混合岩及岩浆岩组成，沉积盖层主要由震旦系—二叠系海相碳酸盐岩、碎屑岩组成，地层由老至新围绕背斜核部依次向外呈环形展布[4]。震旦系灯影组和陡山沱组是区域上重要的铅锌矿赋矿层位[5]，其中以灯影组为主(图1)。

黄陵背斜地区断裂构造发育，主要为北西向、北北西向及北北东向，北西向以雾渡河断裂为代表，斜切黄陵背斜核部；北北西向及北北东向分别以远安西部断裂和新华断裂为代表，沿黄陵背斜周缘分布。区内断裂构造规模大，通常具多期次活动，但与铅锌成矿无直接联系[5]。区内岩浆作用主要发生在前寒武纪，显著早于铅锌矿成矿时代，铅锌矿成矿与岩浆活动关系不密切[6]。

2 矿床地质特征

2.1 赋矿地层特征

竹园沟—下坪锌矿床位于湖北省保康县段江村和下坪村一带，属扬子准地台黄陵背斜的北缘。矿区出露地层主要为寒武系石龙洞组—娄山关组。震旦系上统灯影组根据岩性特征由下至上可划分为蛤蟆井段、石板滩段和白马沱段，具“两白夹一黑”的三分特征。区内锌矿赋存于灯影组白马沱段(图2)，岩性主要为灰白色中—厚层状粉晶白云岩、亮晶白云岩、亮晶含砂屑团块白云岩，底部溶蚀孔洞发育。

2.2 矿体特征

锌矿体主要赋存于灯影组白马沱段中下部粉晶白云岩中，呈层状、似层状产出，产状与围岩产状基本一致，矿体内部贫矿石与富矿石频繁交替，结构较为复杂。区内锌矿体均由钻孔控制，延伸长约1 300 m，宽400～1 500 m，矿体埋深661.43～818.11 m，为隐伏盲矿体。矿体厚0.73～8.59 m，平均厚3.04 m；Zn品位1.17%～6.54%，平均品位3.16%。

图1 黄陵背斜区域地质构造图Fig.1 Regional geological structure map of Huangling anticline1.第四系；2.第三系；3.白垩系；4.侏罗系；5.上古生界下中三叠统；6.下古生界震旦系；7.前震旦系；8.花岗岩类(吕梁期)；9.断裂；10.背斜；11.中生代盆地；12.研究区位置；①.新华断裂；②.仙女山断裂；③.远安东部断裂；④.远安西部断裂；⑤.樟村坪断裂；⑥.雾渡河断裂；⑦.天阳坪断裂。

图2 竹园沟—下坪锌矿床勘查线剖面图(据参考文献[7]修改)Fig.2 Profile of exploration section of the Zhuyuangou-Xiaping zinc deposit1.寒武系上统—奥陶系下统娄山关组；2.寒武系中统覃家庙组；3.寒武系下统石龙洞组；4.寒武系下统天河板组；5.寒武系底—下统牛蹄塘组—寒武系下统石牌组；6.震旦系上统—寒武系底统灯影组白马沱段；7.震旦系上统—寒武系底统灯影组石板滩段；8.震旦系上统—寒武系底统灯影组蛤蟆井段；9.震旦系下统陡山沱组；10.中元古界神农架群；11.实测正断层；12.锌矿体；13.钻孔

2.3 矿石特征

矿石矿物以闪锌矿为主，见少量方铅矿及黄铁矿，还可见及黑色炭质、沥青质。脉石矿物主要为白云石，偶见方解石、石英及团块状有机质。闪锌矿常呈灰褐色、褐黄色他形粒状分布于白云石的裂隙、溶蚀孔洞中，呈不规则团块状、条带状、网脉状等。矿石具微晶—粉晶结构、半自形粒状结构，多呈块状构造、网格角砾状构造，局部为浸染状构造(图3)。

图3 竹园沟—下坪锌矿床矿石照片Fig.3 Photos of ore sample of the Zhuyuangou-Xiaping zinc deposit

3 矿床地球化学特征

3.1 S同位素组成

本次S同位素研究选取竹园沟—下坪锌矿床代表性钻孔中的3件闪锌矿样品进行测试分析，结果显示闪锌矿δ34S值为18.78‰～21.13‰，平均值为20.34‰，以富集重硫为特征。通过与扬子陆块北缘凹子岗、沐浴河、马元等典型铅锌矿床对比，发现竹园沟—下坪锌矿床的δ34S值与马元铅锌矿床更为接近，而显著低于凹子岗、沐浴河等铅锌矿床(表1)。

表1 典型铅锌矿床S同位素组成Table 1 Sulfur isotopic compositions of the typical lead-zinc deposits

将竹园沟—下坪锌矿床的δ34S值与自然界不同地质体硫化物的S同位素组成进行对比，显示其与蒸发岩和现代海水的δ34S值相近，而与岩浆作用的S同位素组成差异较大。同时，张同钢等[8]研究表明，震旦纪灯影期古海水硫酸盐的δ34S变化范围为20.2‰～38.7‰，本次研究结果与其一致，说明区内闪锌矿的S主要来源于海水硫酸盐，即地层本身(图4)。

图4 竹园沟—下坪锌矿床δ34S值分布图Fig.4 Distribution of δ34S values from the Zhuyuangou-Xiaping zinc deposit

3.2 Pb同位素组成

竹园沟—下坪锌矿床闪锌矿样品的Pb同位素组成为：206Pb/204Pb=18.09～18.10，极差为0.01%；207Pb/204Pb=15.62～15.67，极差为0.05%；208Pb/204Pb=37.93～38.09，极差为0.16%。矿石Pb同位素比值变化较小，反映Pb同位素组成比较稳定；μ值为9.68～9.80，计算单阶段模式年龄为440～510 Ma，显示区内矿石铅为正常铅，没有异常或放射性成因铅带入(表2)。

将研究区Pb同位素比值投影到Zartman图解上，样品点落入上地壳附近(图5)，说明矿石铅主要来源于上地壳。与区域典型铅锌矿床对比，竹园沟—下坪锌矿床在Pb同位素组成和来源上与扬子陆块北缘的凹子岗、沐浴河铅锌矿床极为相似，矿石铅均主要来源于上地壳，而马元铅锌矿具造山带混合铅的特点。

3.3 Sr同位素组成

Sr同位素组成在海相碳酸盐岩研究中得到广泛应用，尤其是87Sr/86Sr比值成为判断成岩成矿物质来源的重要指标[6]。本次测试闪锌矿样品的87Sr/86Sr比值为0.711 99，明显高于幔源Sr同位素比值(0.703 5)[13]，也高于区域上灯影组地层Sr同位素比值(0.708 34)和陡山沱组地层Sr同位素比值(0.708 11)[14]，可以排除震旦系碳酸盐岩地层作为区内锌矿唯一成矿物质来源的可能。研究表明，大陆地壳Sr同位素平均比值为0.719 0[13]，尤其是震旦系上覆地层中的页岩、碎屑岩、泥质岩等一般具有高的Sr同位素比值。因此推断沉积盖层中的泥页岩、碎屑岩等地层为区内锌矿提供了成矿物质来源。

表2 典型铅锌矿床Pb同位素比值及特征参数Table 2 Lead isotopic composition and characteristic parameters of the typical lead-zinc deposits

图5 典型铅锌矿床Pb同位素Zartman图解[12]Fig.5 Zartman diagram of lead isotopes of the typical lead-zinc deposits

4 矿床类型分析

竹园沟—下坪锌矿床产于黄陵背斜北缘的震旦系灯影组中，矿床层控特征明显，矿体呈层状、似层状产于白云岩裂隙、溶蚀孔洞中，具网格角砾状、浸染状构造。矿石矿物组合简单，以闪锌矿为主，可见方铅矿、黄铁矿及沥青。围岩蚀变较弱，发育白云石化、方解石化、硅化等。同时，闪锌矿δ34S平均值为20.34‰，还原硫来自地层中的海相硫酸盐；206Pb/204Pb值为18.09～18.10，207Pb/204Pb值为15.62～15.67，矿石铅来源于上地壳。对比MVT型铅锌矿床基本特征[15]，竹园沟—下坪锌矿床在地质和地球化学特征方面与其具有明显相似性，同时与扬子陆块北缘典型的MVT型马元铅锌矿床[16]也极为相似(表3)。因此，本文认为竹园沟—下坪锌矿床应属MVT型铅锌矿床。