貴州晴隆銻礦“大廠層”熱水沉積特征淺析

王福瑞

(貴州有色金屬和核工業(yè)地質勘查局 核資源地質調查院,貴州 貴陽 550005)

貴州晴隆銻礦“大廠層”熱水沉積特征淺析

王福瑞

(貴州有色金屬和核工業(yè)地質勘查局 核資源地質調查院,貴州 貴陽 550005)

通過對晴隆銻礦“大廠層”的巖石學特征、地球化學特征及其產(chǎn)出背景分析,認為“大廠層”具有熱水沉積特征；其底部茅口組生物礁灰?guī)r與硅質蝕變巖組成的礁硅巖套是熱水沉積的一個重要標志,而互層產(chǎn)出的硅質巖與石英巖(碧玉巖)組合是由熱水間歇性供給形成,并將“大廠層”的熱水沉積模式劃分為:火山噴發(fā)前期、火山噴氣期和沉積壓實期三個階段。

熱水沉積；“大廠層”；晴隆銻礦；貴州

在黔西南、黔西北地區(qū)廣泛分布有一套硅質蝕變火山碎屑巖。該套火山碎屑巖原巖成分復雜,縱向和橫向上變化極大,是金、銻、螢石、硫鐵礦等礦產(chǎn)的主要賦礦地層。上世紀60年代貴州省地質局112隊在晴隆銻礦做普查勘探時,將這套火山沉積巖定名為“大廠層”[1]。近些年來又在該層中發(fā)現(xiàn)特大型金礦,引起了很多國內外學者的重視。因此,對“大廠層”的進一步研究有著重要的意義。

貴州晴隆大廠銻礦為中國主要的銻產(chǎn)地,其產(chǎn)出層位“大廠層”是位于中二疊統(tǒng)茅口灰?guī)r之上、峨眉山玄武巖之下的一套硅質蝕變巖,可以分為三段: 一段為次生石英巖或石英蝕變巖,對應原巖為火山角礫巖；二段為硅化角礫化粘土巖,原巖為凝灰質角礫巖；三段為硅化高嶺石化粘土巖,原巖為凝灰?guī)r、角礫凝灰?guī)r。在黔西南坳陷甚至上揚子地區(qū),“大廠層”具有一定的對比性。

近年來,很多學者對“大廠層”及晴隆銻礦的成因進行了大量研究,但仍存爭議,主要歸結為以下幾種:①噴流沉積成因[2-3]；②火山氣液成因[4]；③層滑作用的產(chǎn)物[5-7]等。但更多的研究成果指示“大廠層”及與之相關的礦產(chǎn)在形成過程中有熱鹵水物質的參與[3,8-11]?！按髲S層”底部的硅質巖條帶和硅質蝕變很可能是熱水作用的產(chǎn)物。

1 “大廠層”沉積特征

“大廠層”為一套爆發(fā)相火山角礫巖,該層對銻礦的產(chǎn)出起控制作用[12]?！按髲S層”由下往上劃分為三段(圖1):

圖1 “大廠層”沉積序列特征Fig.1 The depositional sequence of “Dachang layer”,Qinglong,GuizhouP2m:茅口灰?guī)r；P2d1:硅質巖與石英巖互層；P2d2:火山角礫； P2d3:凝灰質粘土巖夾少量角礫；P3β:峨眉山玄武巖。

一段 下部為中—厚層塊狀灰色強硅化灰?guī)r；中部為薄層灰白色紋層狀石英巖或薄層淺綠色石英巖與薄層硅質巖互層；上部主要為火山角礫巖,礫巖為淺灰色硅化灰?guī)r、深灰色硅質巖,膠結物為灰白色或淺綠色石英巖。

二段 為一套成分復雜的角礫巖層,角礫主要有淺灰、灰黃色棱角狀、似圓狀凝灰質粘土角礫,棱角狀強硅化灰?guī)r角礫、硅質巖角礫等；膠結物主要為凝灰質粘土,灰白色或淺綠色—綠色石英巖和輝銻礦及螢石等,礦石呈網(wǎng)脈狀或角礫狀構造。

三段 為灰綠色凝灰質粘土巖、玄武巖或玄武巖透鏡體,局部顯層理構造,普遍含黃鐵礦、綠泥石和石膏,底部偶見輝銻礦,與上覆玄武質粗火山碎屑巖呈波狀接觸。

晴隆銻礦“大廠層”的沉積序列由底向上依次為:強硅化灰?guī)r角礫層—硅質巖與石英巖互層—凝灰質粘土角礫層—凝灰質粘土巖—玄武巖透鏡體,硅質蝕變相應依次減弱。

“大廠層”一段的硅質巖與茅口灰?guī)r組成典型的熱水沉積標志——礁硅巖套,其類似于廣西大廠泥盆系的礁硅巖套[13],因此,“大廠層”底部的硅質巖可能是熱水沉積產(chǎn)物?！按髲S層”底部的石英巖與硅質巖互層產(chǎn)出,其結構以層狀-似層狀為主,該層是在火山作用的間歇期,熱水物質間歇性供給形成的,其與現(xiàn)代海洋“黑煙囪”和“白煙囪”噴流沉積產(chǎn)物相似[14]。

圖2 晴隆大廠銻礦玄武質礫巖結構特征(據(jù)文獻[15])Fig.2 The structures and tectonics of conglomerate in “Dachang layer”,Qinglonga.玄武質礫巖層;b.玄武質礫巖手標本;c.玄武質礫巖膠結物中的草莓狀黃鐵礦光片10×5(單)。

“大廠層”二段主要為復雜成分角礫巖層,角礫磨圓度較好(圖2-a)。角礫的形成應該是早期噴發(fā)的巖漿遇到溫度較低的海水,由于溫度差異發(fā)生龜裂,形成火山角礫巖。在“大廠層”的角礫巖中有硅質充填(圖2-b),說明有熱水沉積硅質充填。田亞洲等[15]認為礫巖膠結物中的草莓狀黃鐵礦(圖2-c),其應該屬于熱水沉積硫化物?；鹕浇堑[巖前人認為屬于火山角礫,也有人認為是后期玄武巖改造形成的河床礫石[16]。但經(jīng)過研究,筆者認為它是海底火山噴發(fā)形成的類似枕狀玄武巖與海水龜裂破碎形成,并且礫石可見氣孔—杏仁狀構造[8]。因為礫石較圓,其膠結物為硅質,其中含大量的黃鐵礦,如果是河床礫石,礫石種類較多,膠結物應該是砂泥質,不會含大量的黃鐵礦。同樣,也不是火山角礫巖,因為火山角礫巖一般礫石呈棱角狀。李明道[3]根據(jù)“大廠層”部分巖石具有水平層理構造、角礫結構等沉積特征,認為“大廠層”屬于熱水沉積的產(chǎn)物。

“大廠層”三段最明顯的特征是硅化減弱,以凝灰質粘土巖為主,揭示這一階段以火山沉積為主。

綜上所述,從茅口期末到峨眉山玄武巖噴發(fā)之前,貴州存在一次較強烈的海底熱液(熱水)的活動,晴隆大廠一帶可能是海底熱液(熱水)噴口,是海底熱液、熱水噴流中心,同時伴隨著海底火山噴發(fā),形成海底噴流玄武巖。隨著遠離晴隆大廠,海底熱液、熱水噴流作用影響較小,一般沉積薄層狀硅質巖、硅質灰?guī)r等。

2 “大廠層”熱水沉積地球化學證據(jù)

前面已經(jīng)論述了“大廠層”屬于海底熱液、熱水噴流沉積的巖石學證據(jù)。地球化學特征也具有熱水熱液特征。

熱水沉積巖沉積環(huán)境為地下熱鹵水與海水(河水)的接觸面(水巖接觸面),這種獨特的環(huán)境必然使熱水沉積巖包裹體中存在二者留下的證據(jù),其中熱鹵水來自深部,一般表現(xiàn)為還原性?！按髲S層”二段中與輝銻礦共生的石英和螢石,這兩種礦物包裹體十分發(fā)育。王小蘭[17]共采集9件樣品,分析結果用x(CO2)/x(CH4)一x(N2)/x(Ar)示蹤投影,其中4件樣品落入建造水區(qū)域,5件樣品落入大氣降水區(qū)域(圖3),指示成礦流體有海水(河水)和深部流體參與,這與熱水沉積巖既繼承了海水(河水)特征,又具有深部熱鹵水特征相吻合。胡煜昭[11]認為“大廠層”稀土元素配分特征具有近似W型四分組效應,是繼承海水稀土元素特征的表現(xiàn),成礦流體稀土元素含量很低,以富含F(xiàn)-為特征,具還原型。同樣說明“大廠層”沉積巖的形成部分與海水有關,部分為深部來源的還原性流體。熊永柱[18]提出,熱水噴流型現(xiàn)代深海沉積物稀土配分型式表現(xiàn)為右傾型,Ce表現(xiàn)為虧損,總趨勢與海水相似,揭示熱水沉積巖中會繼承海水稀土元素特征。

大廠銻礦中黃鐵礦硫同位素δS34組成范圍較寬,為-14.5‰～10.6‰,與現(xiàn)代海底噴流口硫同位素組成相似[19]。陳豫測得晴隆礦田11件黃鐵礦中硫同位素值中,粗晶黃鐵礦的δS34為負值,范圍-0.50‰～-0.90‰,極差6.4；細晶黃鐵礦δS34為正值,變化范圍+3.60‰～+10.90‰,與二疊紀海洋硫同位素值(+9.7‰)相近,也接近于現(xiàn)代海底熱液沉積物中硫化物的硫同位素組成集中分布在1‰～9‰之間(均值為4.5‰)。反映細晶黃鐵礦是沉積形成,粗晶黃鐵礦是熱液作用形成。這與熱水沉積巖的物質“雙來源”特征一致,說明“大廠層”具有熱水沉積特征。

圖3 晴隆銻礦成礦流體包裹體x(CO2)/x(CH4)— x(N2)/x(Ar)體系圖(據(jù)文獻[17])Fig.3 The system diagram of x(CO2)/x(CH4)-x(N2)/x(Ar) about flow inclusions of the Antimony,Qinglong

“大廠層”硅化強烈,微量元素Sb、Au、Ag、Cu、Cr、Co、Pb、Mo等元素富集,具有富重金屬元素特征,其中Co/Ni比值>1,具有熱水沉積特征。大廠層富含硅質巖、凝灰?guī)r、玄武巖,這種巖石組合類似廣西石炭系玄武巖—碧玉巖—硅質巖熱水沉積組合[20],也類似于新疆寒武系底部玄武巖—碧玉巖—硅質巖組合[21]。這種富硅質巖沉積一般是熱水沉積,其類似現(xiàn)代熱水沉積,如東太平洋洋隆21°N熱水系統(tǒng)中,SiO2含量高達1 292×10-6；加拉帕戈斯島附近熱水中含SiO21 290×10-6；在Bann Wuhu海底熱水中,SiO2含量比附近的海水高出10倍左右；紅海熱水中SiO2含量為64.19×10-6,是正常海水的16倍；西藏羊八井熱水中SiO2含量為135.01×10-6,在海洋和地表熱水對流系統(tǒng)中,富含有大量的SiO2；揭示熱水系統(tǒng)能夠提供足夠的SiO2形成熱水硅質巖[22]。在晴隆老萬場等地,類碧玉巖含很低的TiO2和MnO,表明硅質來源地殼內部,在晴隆大廠還見到海底熱液熱氣浪底形成的同生玄武巖礫石構造。從貴州二疊系各類硅質巖的微量、稀土元素測試數(shù)據(jù)分析,晴隆大廠類碧玉巖最靠近熱液噴口,硅質巖形成的溫度也最高,海底熱液熱氣浪底作用強烈,這樣的高溫熱液噴發(fā)環(huán)境下形成銻礦[23]。因此,晴隆大廠類碧玉巖(硅質巖)是屬于海底熱液噴發(fā)形成的硅質巖。

王國芝等[9]對“大廠層”中螢石的Sr同位素和有機地球化學的綜合研究表明,其形成機制為盆地流體,屬于熱水沉積范圍。胡煜昭測得“大廠層”二段中螢石包裹體均一溫度為125～200℃,亦屬熱水沉積巖范疇。

3 “大廠層”熱水熱液形成背景

“大廠層”受黔西南坳陷盆地以及同沉積張性斷裂(花魚井斷裂、青山鎮(zhèn)斷裂等)控制,祁思敬[24]認為同沉積斷裂控制的深海洼地和古地溫異常是熱水沉積成礦的理想條件。自1948年瑞典海洋考察船Albatross號在紅海中部水深1 937 m處發(fā)現(xiàn)水溫與鹽度異常以來,現(xiàn)代海洋研究表明:在太平洋、大西洋和印度洋洋中脊、邊緣海、島弧及與之有關的盆地、板內火山中心等處均查明存在著熱水活動及其產(chǎn)物,具有普遍性[18,25-26],而晴隆銻礦產(chǎn)自坳陷盆地并受控于同沉積張性斷裂,具有熱水沉積的條件。同樣最近陳軍等[27-28]對“大廠層”礫巖進行研究,認為大廠層屬于局限淺海相沉積,并伴隨板內玄武巖漿的噴發(fā)。

“大廠層”為火山角礫與火山凝灰質,是峨眉山玄武巖爆發(fā)期的產(chǎn)物。在中二疊世末期,峨眉地幔熱柱造成地殼伸展、變薄并張裂,海水注入右江裂谷帶,海平面下降,造成大廠一帶大部分暴露成陸,東吳運動沉積間斷的假象,之后峨眉地幔柱促使熱水循環(huán),在與海水接觸面上形成熱水沉積。

現(xiàn)代海底研究表明:含礦熱液從海底沿洋中脊噴涌而出,盆地同生斷裂的性質及規(guī)模對熱水運移及散布范圍起控制作用?！按髲S層”形成可歸納成三個階段,即火山噴發(fā)前期、火山噴氣期和沉積壓實期 (圖4)。

圖4 “大廠層”的熱水沉積模式示意圖Fig.4 The hydrothermal sedimentary model of “Dachang layer”

3.1 火山噴發(fā)前期

由于峨眉地幔柱的影響,熾熱巖漿體開始上升使上覆地層發(fā)生張裂,形成一系列張性斷裂。大氣降水或者海水沿這些斷裂下滲,在接近熾熱巖漿體時被加熱,隨之由于壓力和熱力差使這些熱水上升,茅口期的灰?guī)r發(fā)生硅化,熱水連續(xù)沉積,形成硅質巖與石英互層。

3.2 火山噴氣期

在下伏巖漿體的持續(xù)推動下,部分巖漿沿地殼斷裂帶上升,形成火山噴氣。在這一時段,大量的火山灰和火山爆發(fā)角礫噴出,同時這些角礫會攜帶一些沉積地層的巖屑(在晴隆大廠層二段的火山角礫中可見茅口灰?guī)r角礫),主要形成一套爆發(fā)相的火山角礫巖。

3.3 沉積壓實期

大量火山凝灰質沉積,熱水作用減弱,形成弱硅化的凝灰質粘土巖層。

火山活動后期峨眉山玄武巖大規(guī)模噴發(fā),在“大廠層”上覆形成峨眉山玄武巖。在玄武巖之上地層繼續(xù)接受沉積,形成厚度較大的沉積蓋層。

4 結論

(1) “大廠層”第一段的硅質巖與茅口灰?guī)r組成典型的熱水沉積標志——礁硅巖套,為典型的熱水沉積。

(2) “大廠層”第二段的礫石層為海底玄武巖噴溢形成的類似枕狀玄武巖,其不是河床沉積的礫石。同時,礫石中大量的硅質膠結物、黃鐵礦說明其非河床沉積礫巖。

(3) 地球化學特征表明,“大廠層”硅質巖屬于熱水沉積巖。

(4) 建立了“大廠層”熱水(液)形成的三個階段模式。

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(責任編輯：于繼紅)

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