鄂西高羅背斜張家坨鉛鋅礦床地質(zhì)特征及區(qū)域找礦潛力分析

劉斌忠, 李明龍, 劉昌雄

(湖北省第二地質(zhì)大隊(duì),湖北 恩施　445000)

0　引言

揚(yáng)子地臺(tái)是中國(guó)重要的大地構(gòu)造單元之一,20世紀(jì)50年代以來(lái),揚(yáng)子地臺(tái)內(nèi)川、湘、黔、桂、滇等各省相繼開(kāi)展了鉛鋅地質(zhì)勘查工作,發(fā)現(xiàn)了較多的大中型鉛鋅礦床以及數(shù)目眾多的小型礦床和礦點(diǎn)[1]。與鉛鋅勘查程度相對(duì)較高的湘西北、渝東南地區(qū)相比,鄰近的鄂西南地區(qū)構(gòu)造背景與地層特征較相似,具有較大鉛鋅礦找礦潛力。鄂西的咸豐—高羅地區(qū)已發(fā)現(xiàn)有22處鉛鋅礦點(diǎn),主要位于咸豐背斜及其次級(jí)褶皺高羅背斜翼部及核部(圖1),目前已發(fā)現(xiàn)滕家灣、郭家坡、埃山、張家坨等數(shù)處小型鉛鋅礦床[2]。本文以張家坨鉛鋅礦床地質(zhì)特征為例,輔以前人對(duì)高羅以及鄰近區(qū)域鉛鋅礦的研究成果,淺析了高羅地區(qū)鉛鋅礦成礦機(jī)理和找礦方向。

1　區(qū)域地質(zhì)背景

2　礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1　礦區(qū)構(gòu)造特征

咸豐背斜區(qū)域的骨干構(gòu)造為北北東—北東向(圖1),以褶皺為主,斷裂次之。次級(jí)褶皺有高羅背斜和中城廟—獅子關(guān)向斜,斷裂主要有恩施斷裂、咸豐斷裂；高羅背斜位于咸豐背斜南東翼的高羅一帶,核部地層出露中寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)婁山組,兩翼為奧陶系—志留系,軸向45°,軸面直立,北西翼傾向北西(310°～340°),傾角35°～45°,南東翼傾向南東(120°～145°),傾角36°～46°,為一直立對(duì)稱背斜；張家坨礦區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)深大斷裂,小型斷裂構(gòu)造以北東向的壓扭性軸向斷層(見(jiàn)斷層擦痕)和北西向的張性斷裂為主,背斜隆升時(shí)伴生了順層破碎帶和構(gòu)造裂隙。

2.2　賦礦地層沉積構(gòu)造特征

張家坨鉛鋅礦區(qū)主要賦礦層位于婁山關(guān)三段(∈2-O1l3)上部的中—細(xì)晶白云巖和南津關(guān)組(O1n)底部粗晶生物碎屑灰?guī)r中[4],順層產(chǎn)出,此類礦化體的產(chǎn)出與賦礦層的巖性組合和沉積環(huán)境關(guān)系密切。婁山關(guān)組三段厚約300 m,巖性為灰—灰白色中厚層狀中—細(xì)晶白云巖或含砂屑紋層狀細(xì)晶白云巖,部分可見(jiàn)疊層石白云巖,底部質(zhì)較純、性脆,沿層分布多有泥質(zhì)條帶產(chǎn)出,含少量燧石條帶和結(jié)核,頂部偶見(jiàn)白云質(zhì)角礫巖出現(xiàn)；該段上部靠近頂部為含礦層,礦體圍巖為中細(xì)晶白云巖和白云質(zhì)角礫巖,含礦層上部為淺灰色白云巖夾灰?guī)r,多為微晶結(jié)構(gòu),局部含泥質(zhì)條帶。南津關(guān)組厚約220 m,底部為生物碎屑灰?guī)r,下部為灰色中厚層狀灰?guī)r夾泥質(zhì)條帶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖,偶夾頁(yè)巖,上部為黃綠色頁(yè)巖、中厚層狀灰?guī)r夾中薄層狀生物碎屑灰?guī)r,頁(yè)巖中含腕足類、筆石、三葉蟲(chóng)、棘皮類、牙形石等化石；南津關(guān)組底部粗晶生物碎屑灰?guī)r為區(qū)內(nèi)重要的鉛鋅含礦巖性,其上下部泥、粉晶灰?guī)r較發(fā)育,該組與下伏婁山關(guān)組呈整合接觸。賦礦地層巖性特征較簡(jiǎn)單,總體上經(jīng)歷了由半局限臺(tái)地白云巖相到開(kāi)闊臺(tái)地灰?guī)r相的環(huán)境轉(zhuǎn)變(圖2)。

圖1　咸豐—高羅地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖[2]

賦礦地層沉積構(gòu)造類型多樣,筆者在研究區(qū)賦礦地層發(fā)現(xiàn)震積巖。例如,婁山關(guān)組三段含礦巖系白云巖中廣泛發(fā)育由古地震引發(fā)的“微褶皺紋理”[5],南津關(guān)底部發(fā)育3層厚約40 cm因地震液化造成的網(wǎng)狀灰?guī)r。震積巖的發(fā)現(xiàn)說(shuō)明研究區(qū)晚寒武—早奧陶世存在古地震活動(dòng),但加里東期區(qū)內(nèi)并無(wú)強(qiáng)烈的造山運(yùn)動(dòng),這些震動(dòng)極可能是周邊深大斷裂和區(qū)內(nèi)的同沉積斷裂活動(dòng)形成,其活動(dòng)同時(shí)帶來(lái)了金屬成礦元素。此外,南津關(guān)組下部發(fā)育竹葉狀灰?guī)r,婁山關(guān)組三段部分層段發(fā)育砂屑白云巖、鮞粒狀白云巖,這些構(gòu)造說(shuō)明水體動(dòng)蕩。動(dòng)蕩且較淺的環(huán)境使水體富氧,生物繁盛,發(fā)育了生物碎屑灰?guī)r和疊層石。臺(tái)地藻類生物對(duì)鉛鋅元素具有吸附和濃集作用[6],研究區(qū)賦礦地層的鉛鋅元素應(yīng)預(yù)富集于此時(shí)。值得注意的是,該區(qū)層狀賦礦層僅分布于婁山關(guān)組頂部和南津關(guān)組底部的白云巖—灰?guī)r過(guò)渡的巖相突變界面附近,礦體的產(chǎn)出與層序界面的耦合并不是偶然,與構(gòu)造活動(dòng)和沉積環(huán)境的變化有著必然的內(nèi)在聯(lián)系。

圖2　含礦巖系柱狀圖

3　礦體地質(zhì)特征

3.1　礦體特征

張家坨鉛鋅礦區(qū)主要發(fā)育3條礦體:Ⅰ號(hào)礦體位于高羅背斜南東翼?xiàng)詈蜑衬喜?圖3-a),呈北東向,長(zhǎng)約400 m,厚1.0～2.0 m,含礦1層,民采斜井揭示該礦化體產(chǎn)狀與圍巖一致,沿順層破碎帶產(chǎn)出,賦礦層為南津關(guān)組底部,含礦巖性為灰色中厚層狀生物屑粗晶灰?guī)r,具角礫化,蝕變強(qiáng)烈,脈石礦物中方解石、螢石極其發(fā)育,局部含硅質(zhì)團(tuán)塊,頂板為灰色含泥質(zhì)條紋生物屑微—細(xì)晶灰?guī)r,底板為婁山關(guān)組厚層微晶白云巖,方鉛礦呈鉛灰色,多與方解石和螢石團(tuán)塊相伴產(chǎn)出；閃鋅礦呈棕紅色,呈團(tuán)塊狀、浸染狀或脈狀產(chǎn)出,礦層平均含Pb3.17%,含Zn2.92%。

Ⅱ號(hào)礦體位于高羅背斜南東翼?xiàng)詈蜑场獜埣役缫粠?圖3-a),呈北東向,長(zhǎng)約1 900 m,厚1.00～2.18 m,淺部工程和鉆孔均揭示了該礦體產(chǎn)狀穩(wěn)定,大致與圍巖一致,含礦1-2層(圖3-b),沿深部的品位和厚度有所降低,位于婁山關(guān)組三段頂界面下40～60 m,似層狀、透鏡狀產(chǎn)出,含礦巖性為淺灰色—灰色中厚層狀含方解石團(tuán)塊中—細(xì)晶白云巖,頂板為淺灰色微晶白云巖夾泥晶灰?guī)r,底板為灰—淺灰色泥晶白云巖；以北西向斷裂分為鉛鋅兩個(gè)礦段(圖3-a,圖3-c),鋅礦段(南西段)長(zhǎng)1 100 m,未見(jiàn)明顯的構(gòu)造破壞和熱液蝕變,鋅礦化為主,閃鋅礦呈棕紅色,浸染狀產(chǎn)出,礦體平均含Pb0.03%,含Zn 1.67%；鉛礦段(北東段)長(zhǎng)800 m,構(gòu)造裂隙發(fā)育,鉛礦化為主,方鉛礦為鉛灰色,具金屬光澤,呈脈狀—網(wǎng)狀與方解石伴生,礦體平均含Pb2.88%,含Zn0.10%(最高可達(dá)0.63%)。

Ⅲ號(hào)礦體位于高羅背斜軸部魏家坳地區(qū)發(fā)育的北西向斷層中,產(chǎn)狀237°∠65°～80°,長(zhǎng)約1 200 m,厚1.0～3.0 m,圍巖為婁山關(guān)組一段—二段,含礦巖性為灰色鉛鋅礦化構(gòu)造角礫巖,頂板為灰—灰白色厚層狀花斑狀灰?guī)r,底板為灰色細(xì)晶白云巖夾灰白色微晶白云巖,方鉛礦為鉛灰色,具金屬光澤,團(tuán)塊狀,晶體粒徑可達(dá)2 cm,產(chǎn)出于角礫之間膠結(jié)物中,常與方解石脈體伴生,閃鋅礦為淺棕紅色,呈星點(diǎn)狀產(chǎn)出于白云質(zhì)角礫中,該礦體平均含Pb3.82%,含Zn7.56%。

張家坨礦區(qū)Ⅱ號(hào)礦體和高羅地區(qū)其他礦點(diǎn)的未經(jīng)嚴(yán)重蝕變的南津關(guān)組底部生屑灰?guī)r礦(化)體中鋅含量一般高于鉛含量；而受構(gòu)造空間制約的Ⅰ號(hào)、Ⅲ號(hào)礦體鉛亦有較高品位。前者屬于加里東期的沉積改造型礦體,主要受沉積環(huán)境和盆地?zé)猁u水活動(dòng)控制；后者形成于褶皺強(qiáng)烈的燕山期,受構(gòu)造空間制約,蝕變強(qiáng)烈。

3.2　礦石特征

礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造及脈石礦物:礦石礦物主要為閃鋅礦、方鉛礦,見(jiàn)微量黃鐵礦、褐鐵礦、銅藍(lán)。閃鋅礦呈紅色—淡黃色,顆粒細(xì)，集合體呈團(tuán)塊狀、層紋狀、浸染狀產(chǎn)出；方鉛礦呈鉛灰色,顆粒粗,集合體呈團(tuán)塊狀、脈狀—網(wǎng)狀產(chǎn)出。Ⅱ號(hào)礦體鋅礦段未見(jiàn)明顯蝕變,只能見(jiàn)少量方解石團(tuán)塊；Ⅰ號(hào)、Ⅲ號(hào)礦體可見(jiàn)方解石化、螢石化、重晶石化等蝕變,方鉛礦成礦時(shí)代晚于閃鋅礦。

礦石的化學(xué)成分:Pb含量0.01%～34.50%,一般0.90%～6.63%；Zn含量0.03%～24.78%,一般0.97%～6.22%；Ag含量1.6×10-6～3.4×10-6,均值2.2×10-6,是巖石圈Ag豐度0.07×10-6的30倍,異常高。

圖3　張家坨鉛鋅礦床礦體分布圖

圖4　中上揚(yáng)子地區(qū)中—晚寒武世巖相古地理圖(據(jù)門(mén)玉澎等[7],2010)

礦物共生組合:閃鋅礦—方鉛礦；閃鋅礦—黃鐵礦—褐鐵礦；閃鋅礦—黃鐵礦—銅藍(lán)。

4　高羅地區(qū)鉛鋅礦成因及區(qū)域找礦潛力分析

4.1　成礦物質(zhì)來(lái)源

宣恩高羅一帶埃山、三角莊和馬家寨等地采集的8個(gè)硫同位素樣品的δ34S值為9.92‰～22.28‰,富集重硫,硫主要來(lái)自地層封存的古海水。研究區(qū)中晚寒武世蒸發(fā)巖較為發(fā)育(圖4),蒸發(fā)巖系易生成高鹽度鹵水淋取圍巖中的成礦元素,并將硫酸根還原成硫離子,提供主要硫源。同時(shí)應(yīng)注意,高羅地區(qū)鉛鋅礦石487 Ma的成礦年代與成巖時(shí)期相當(dāng),成礦流體應(yīng)為沉積熱鹵水；但32S/34S的比值為21.70～21.96,極差較大,受到了深源硫影響,且埃山礦床鉛礦石樣品成礦溫度高達(dá)356°,早奧陶紀(jì)高羅地區(qū)無(wú)巖漿活動(dòng),下古生界未變質(zhì),不具有如此高的成礦溫度,筆者認(rèn)為487 Ma是早期層狀礦化體形成時(shí)代,而燕山期埋深增大,且構(gòu)造活躍,咸豐幔陷存在巖漿活動(dòng),帶來(lái)了較高溫度的同時(shí)帶來(lái)了少量深源硫,改造了早期礦體并新生了沿?cái)鄬雍推扑閹Мa(chǎn)出的礦體。

上揚(yáng)子地區(qū)于晉寧運(yùn)動(dòng)后形成一個(gè)巨大的沉積盆地,其早期具裂谷性質(zhì),火山活動(dòng)及海底熱水噴流作用積累了原始成礦金屬元素來(lái)源,該盆地震旦系發(fā)育了大型沉積型錳礦、磷礦、黃鐵鉛鋅礦,加之早寒武世上揚(yáng)子地區(qū)由于缺氧事件廣泛發(fā)育黑色巖系,牛蹄塘組中富集Mo、Ni、V、Ag、Cu、Pb、Zn等多種金屬元素[8],共同形成了本區(qū)金屬元素的主要礦源層。

4.2　容礦空間

研究區(qū)含礦巖系結(jié)晶相對(duì)較粗,在成巖階段就具有較大的孔隙度和滲透率,白云巖化過(guò)程中孔隙度會(huì)進(jìn)一步增大,后生階段,碳酸鹽巖生物骨骼腐爛后留下的孔隙、藻隙,各種同生角礫,鮞粒間的空隙,層面間隙、縫合線、巖石重結(jié)晶后的剩余空隙都可以為礦液滲濾和交代沉淀提供空間。印支、燕山期背斜隆起產(chǎn)生的構(gòu)造空間,包括斷層、層間裂隙、順層破碎帶,亦可以形成容礦空間。

4.3　高羅地區(qū)礦(化)體成因及區(qū)域找礦潛力分析

研究區(qū)所處的恩施—黔江臺(tái)褶束周邊基底斷裂較發(fā)育,有些在早古生代具有同沉積斷裂性質(zhì),其活動(dòng)疏導(dǎo)了地下熱液上升萃取前寒武系和下寒武統(tǒng)地層中的金屬元素進(jìn)入沉積盆地。沉積階段,成礦元素隨海流活動(dòng)帶入研究區(qū)附近的淺水碳酸鹽巖臺(tái)地,被蒸發(fā)作用和淺水生物生命活動(dòng)預(yù)富集；成巖及后生階段,富含成礦元素的沉積物在埋藏壓實(shí)期間排出含礦熱水賦存于原生孔隙中,隨埋深加大升溫,鹽度增加,含礦鹵水從礦源中萃取和富集金屬的能力增強(qiáng)[9-10],且孔隙水的流動(dòng)緩慢,可以與巖石充分反應(yīng),這些含礦熱水賦存于孔隙度較大的中細(xì)晶白云巖和粗晶生屑灰?guī)r中充填、交代,被其上下的滲透性較差的巖石封存起來(lái)沉積成為層狀、似層狀礦體。湘西北龍山鉛鋅礦帶與鄂西南鉛鋅礦帶成礦地質(zhì)條件相似[11],渝東南鉛鋅礦帶亦是如此；加之,湘西北和渝東南的古生代鉛鋅礦床均為加里東期,與高羅地區(qū)鉛鋅礦成礦時(shí)期一致。因此,高羅地區(qū)層控型礦床在沉積—成巖時(shí)已初步富集成礦元素,后經(jīng)地下熱鹵水改造,屬于沉積改造型的鉛鋅礦。

燕山期,由于雪峰山隆起強(qiáng)烈活動(dòng),區(qū)域擠壓應(yīng)力產(chǎn)生及釋放,研究區(qū)及鄰近區(qū)域發(fā)生大規(guī)模薄皮構(gòu)造,在基底上的沉積蓋層發(fā)育大范圍褶皺[12],泥質(zhì)巖等薄弱地層可能發(fā)生層間滑動(dòng)[13],而白云巖性脆,以機(jī)械破碎為主。構(gòu)造活躍期擠壓應(yīng)力強(qiáng)烈,間歇期釋放,在這種張性和壓性構(gòu)造應(yīng)力的反復(fù)作用下,形成開(kāi)放環(huán)境的宏觀破裂構(gòu)造,包括斷層和層間破碎帶、層間裂隙,在褶皺變動(dòng)和斷裂變動(dòng)的過(guò)程中,深部流體順斷層上涌,大氣降水滲入隨地層升溫,萃取含礦層成礦元素并在構(gòu)造作用中遷移,與地層封存水一起組成混合成礦流體(圖5),前述空間形成了流體運(yùn)移的通道。鋅的化學(xué)性質(zhì)活躍,早期鉛鋅礦成礦元素也隨流體加入礦液,在發(fā)生溫度下降、pH增高、氧逸度降低等條件時(shí),成礦元素沉淀,形成改造明顯的鉛鋅礦體。

圖5　咸豐—高羅背斜鉛鋅礦區(qū)域成礦模式及預(yù)測(cè)

成礦流體的運(yùn)移特征與油氣不同,油氣密度小于水,一般向背斜核部運(yùn)移；而構(gòu)造熱液在深部時(shí)由于構(gòu)造壓力驅(qū)動(dòng)必然順構(gòu)造空間向上運(yùn)移,在構(gòu)造應(yīng)力下產(chǎn)生較大容礦空間的背斜核部聚集,之后由于淺部壓力減小,受重力驅(qū)動(dòng),易沿兩翼順層間裂隙和原生孔隙移向較平緩處,加之早期鉛鋅礦體由于孔隙度高,內(nèi)部的流體也會(huì)向平緩處運(yùn)移,遇到上下部密封性較好的巖石阻擋,不但具有了極好的容礦“圈閉”,其充填、交代等過(guò)程也可以長(zhǎng)期穩(wěn)定,有利于成礦。咸豐背斜和其次級(jí)背斜高羅背斜之間的中城廟—獅子關(guān)向斜核部產(chǎn)狀平緩,呈不對(duì)稱“鞍形”構(gòu)造(圖5),其兩邊背斜核部構(gòu)造空間發(fā)育,含礦流體在重力作用下容易向“鍋底”(向斜軸部)移動(dòng)；加之,中城廟—獅子關(guān)向斜北西翼和南東翼婁山關(guān)組上部和南津關(guān)組底部出露區(qū)的水系沉積物存在鉛鋅極高的異常*湖北省第二地質(zhì)大隊(duì)，1∶5萬(wàn)咸豐背斜區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查報(bào)告,1975。(圖6),沿該向斜軸部的水塘—曾家垱—斗寶山一帶構(gòu)造位置及容礦空間極好,具備很大的隱伏鉛鋅礦床的找礦潛力。

圖6　咸豐—高羅背斜區(qū)域鉛鋅異常分布及成礦遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測(cè)

5　結(jié)論

(1)研究區(qū)婁山關(guān)組三段和南津關(guān)組賦礦地層沉積時(shí)期處于半局限臺(tái)地—開(kāi)闊臺(tái)地的過(guò)渡環(huán)境,存在古地震活動(dòng),水體動(dòng)蕩,生物繁盛。

(2)高羅地區(qū)呈層狀、似層狀產(chǎn)出的鉛鋅礦屬于沉積—改造型層控礦床；該區(qū)找礦工作中,“生儲(chǔ)蓋”組合是良好的找礦標(biāo)志,容礦空間是找礦重點(diǎn),理清流體活動(dòng)的時(shí)空關(guān)系和運(yùn)移規(guī)律是該區(qū)鉛鋅礦找礦研究的突破點(diǎn)。

(3)咸豐背斜和高羅背斜之間的中城廟—獅子關(guān)向斜軸部的水塘—曾家垱—斗寶山一帶具備很大的鉛鋅礦找礦潛力。

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