長陽復(fù)背斜鉛鋅礦流體包裹體特征與C、O同位素分析

萬學(xué)斌, 向 萌, 張權(quán)緒, 陳綠森

(湖北省地質(zhì)局 第七地質(zhì)大隊,湖北 宜昌 443100)

長陽復(fù)背斜鉛鋅礦流體包裹體特征與C、O同位素分析

萬學(xué)斌, 向 萌, 張權(quán)緒, 陳綠森

(湖北省地質(zhì)局 第七地質(zhì)大隊,湖北 宜昌 443100)

長陽復(fù)背斜位于湘西—鄂西成礦帶中北部,鉛鋅礦主要賦存層位為震旦系燈影組白馬沱段中上部。研究該區(qū)內(nèi)鉛鋅礦流體包裹體特征,此包裹體由單相鹽水溶液包裹體(LH2O)和兩相鹽水溶液包裹體(LH2O+VH2O)組成,屬于NaCl-H2O體系,其均一溫度有三個區(qū)間,即110～150 ℃,160～185 ℃,230～285 ℃,冰點(diǎn)溫度為-2.8～-8.2 ℃,鹽度為4.5～12.0 wt%NaCl,所代表成礦流體密度為1.015～0.794 g/cm3。通過鉛鋅礦石C、O同位素測定,區(qū)內(nèi)鉛鋅礦石中C、O同位素組成較為穩(wěn)定,C、O同位素變化范圍較窄,投影點(diǎn)主要分布在沉積碳酸鹽的范圍內(nèi),反映了成礦流體與圍巖的密切聯(lián)系。

長陽復(fù)背斜;流體包裹體;C、O同位素

礦床包裹體中氣液相組分是礦床成因的重要的直接物質(zhì)證據(jù),它直接參與了成礦作用,與礦床的沉淀機(jī)制密切相關(guān)[1]。長陽復(fù)背斜鉛鋅礦床產(chǎn)于碳酸鹽巖中,對其成因尚有爭論。本文研究長陽復(fù)背斜鉛鋅礦床包裹體氣液相組分特征,并對有關(guān)問題加以討論。初步研究認(rèn)為,長陽復(fù)背斜鉛鋅礦床為層控—改造型鉛鋅礦床,而研究該礦床包裹體氣液相組分,對認(rèn)識區(qū)域鉛鋅礦成礦規(guī)律以及找礦新思路有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

長陽復(fù)背斜位于湘西—鄂西成礦帶中北部,主要由兩個次級背斜和兩個次級向斜組成,呈北西西—南東東向展布,長40余千米,寬20 km,在白石雄關(guān)東約3 km處傾伏。該復(fù)式背斜自北向南由中地坪向斜、長陽背斜、津洋口向斜、七丘背斜等幾個較具規(guī)模的次級褶皺組成。北北西向仙女山斷裂將背斜分為兩段。復(fù)背斜北側(cè)受北西向天陽坪斷裂的影響,北翼地層發(fā)生倒轉(zhuǎn),形成形如“Ω” 的局部倒轉(zhuǎn)背斜,并伴有次級倒轉(zhuǎn)褶皺,逆沖斷層及疊瓦式構(gòu)造的發(fā)生,致使地層重復(fù)。核部由青白口系及南華系—震旦系地層組成,巖層平緩開闊,兩翼主要為寒武系—志留系地層,北翼地層陡傾,南翼地層緩傾,其中常形成次級褶皺,并伴有小規(guī)模的逆掩斷層。除此之外,核部及南翼還發(fā)育縱張斷裂,長度一般在10 km以內(nèi),這類斷層?？刂沏U鋅汞礦化(圖1)。

區(qū)內(nèi)鉛鋅礦體的產(chǎn)出位置與一定的地層有著密切關(guān)系,主要賦存地層為震旦系上統(tǒng)燈影組,該地層由下而上劃分為三個巖性段,即蛤蟆井段(Z2∈1d1)、石板灘段(Z2∈1d2)、白馬沱段(Z2∈1d3),其中震旦系上統(tǒng)燈影組石板灘段與白馬沱段分界處、白馬沱段中上部等都是主要的含礦層位。如何家坪、王家灣鉛鋅礦體主要賦存在白馬沱段下部,局部賦存于石板灘段與白馬沱段分界處甚至石板灘段頂部;朱家墩鉛鋅礦體賦存于白馬沱段中上部;安王山鉛鋅礦體賦存于白馬沱段中下部;七丘鉛鋅礦體主要賦存于白馬沱段上部。

區(qū)內(nèi)鉛鋅礦石中主要有用礦物成分為閃鋅礦和方鉛礦,脈石礦物主要為白云石,其次是方解石、石英和重晶石等。礦石結(jié)構(gòu)主要為自形—半自形晶粒結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)等。礦石多呈角礫狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、團(tuán)塊狀構(gòu)造,風(fēng)化后多呈蜂窩狀構(gòu)造(圖2)。

2 流體包裹體特征

本次工作在何家坪礦區(qū)和朱家墩礦區(qū)、安王山鉛鋅礦點(diǎn)共采集5個樣品,送國土資源部中南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心測試,分別對石英、方解石、重晶石等礦物進(jìn)行了流體包裹體測溫。測定所使用的儀器為德國ZEISS廠生產(chǎn)(2002年)的AXiolab偏光顯微鏡及英國艾迪科生產(chǎn)(2002年)的TMS94程序溫度控制器和THMS顯微冷熱臺0～600 ℃顯微冷熱臺,0～600 ℃精度為±0.2 ℃,0～-196 ℃的精度為±0.02 ℃。

圖1 長陽復(fù)背斜構(gòu)造簡圖Fig.1 Structure diagram of Changyang anticlinorium1.仙女山斷裂;2.天陽坪斷裂;3.長陽背斜;4.津洋口向斜;5.七丘背斜;6.斷層;7.白堊系;8.三疊系;9.二疊系;10.石炭系及泥盆系;11.志留系;12.奧陶系;13.寒武系;14.震旦系;15.南華系;16.青白口系;17.鉛鋅礦點(diǎn);18.汞礦點(diǎn)。

圖2 何家坪鉛鋅礦石特征Fig.2 Lead-zinc ore characteristics of Hejiaping1.閃鋅礦氧化后蜂窩狀構(gòu)造;2.閃鋅礦呈環(huán)帶包圍方鉛礦;3.方鉛礦呈團(tuán)斑狀與白色方解石重晶石脈密切相關(guān);4.方鉛礦及含閃鋅礦的白色方解石重晶石脈沿云巖角礫間的裂隙充填;5.閃鋅礦沿網(wǎng)狀裂隙充填;6.閃鋅礦方鉛礦包裹云巖小角礫。

2.1 流體包裹體類型

根據(jù)流體包裹體成分和流體包裹體在冷熱狀態(tài)下的性狀,將區(qū)內(nèi)流體包裹體分為2 個類型(圖3、表 1)。

(1) 單相鹽水溶液包裹體(LH2O),這是區(qū)內(nèi)較普遍的流體包裹體類型之一,見于鉛鋅礦石中的石英、方解石、重晶石礦物中,形態(tài)以米粒狀、橢圓形為主,其次是多邊形和不規(guī)則狀;呈自由狀、小群狀分布,部分沿礦物微裂隙分布。流體包裹體大小一般為1～15 μm。

(2) 氣液兩相鹽水溶液包裹體(VH2O +LH2O),見于鉛鋅礦石中的石英、方解石、重晶石礦物中,流體包裹體大小不等,在3～30 μm之 間,一般為5～15 μm。形態(tài)呈橢圓形、多邊形或近長方形、矩形、圓形,少數(shù)為不規(guī)則狀,負(fù)晶形;呈小群狀、自由狀或沿礦物微裂隙呈串狀、線狀分布,或呈小群狀分布,或與其它單相包裹體伴生。

2.2 成礦流體的均一溫度、鹽度及體系

對研究區(qū)鉛鋅礦礦物流體包裹體進(jìn)行顯微測溫,獲得72個冰點(diǎn)溫度和113個均一溫度,其中測定礦物為重晶石時,顯示流體包裹體完全均一溫度分布在110～150 ℃、160～185 ℃、230～285 ℃三個區(qū)間范圍;測定礦物為石英時,顯示流體包裹體完全均一溫度分布在133～176 ℃、240～255 ℃兩個區(qū)間范圍;測定礦物為方解石時,顯示流體包裹體完全均一溫度分布在150～162 ℃區(qū)間范圍。以上證據(jù)顯示區(qū)內(nèi)鉛鋅礦為中低溫(以低溫為主)熱液礦床,并有多期熱液活動特點(diǎn)。

圖3 鉛鋅礦石中石英、方解石、重晶石流體包裹體Fig.3 Fluid inclusions in quartz,calcite and barite of lead-zinc orea、b.石英中流體包裹體;c、d.方解石中流體包裹體;e、f.重晶石中流體包裹體。表1 研究區(qū)鉛鋅礦礦物流體包裹體特征Table 1 Fluid inclusion characteristics of lead-zinc minerals in study area

樣品編號采集地點(diǎn)樣品名稱測定礦物包裹體類型及其比例/%包裹體室溫時的組成相態(tài)與體積分?jǐn)?shù)/%包裹體大小/μm包裹體形態(tài)包裹體分布特點(diǎn)ZTC00005(K6)-BT1朱家墩礦化石英—方解石脈石英單相鹽水溶液包裹體/50LH2O1～15米粒狀、橢圓形為主,其次是多邊形和不規(guī)則狀呈自由狀、小群狀分布,部分沿石英微裂隙分布兩相鹽水溶液包裹體/50LH2O(85～90),VH2O(10～15)3～20μm之間,以5～15μm為主橢圓形為主,其次是方形或長方形、多邊形、負(fù)晶形呈群狀或小群狀分布或與其它單相包裹體伴生YTC14-BT1安王山礦化石英—方解石脈方解石石英單相鹽水溶液包裹體/80LH2O1～15米粒狀、橢圓形為主,其次是多邊形和不規(guī)則狀呈自由狀、小群狀分布,或沿方解石解理縫隙呈線狀分布或定向排列兩相鹽水溶液包裹體/20LH2O(85～90),VH2O(10～15)3～12橢圓形為主,其次是菱形、多邊形呈小群狀分布,或沿方解石解理縫隙呈線狀分布或定向排列,或與其它單相包裹體伴生單相鹽水溶液包裹體/50LH2O1～15米粒狀、橢圓形為主,其次是多邊形和不規(guī)則狀呈自由狀、小群狀分布,部分沿石英微裂隙分布兩相鹽水溶液包裹體/50LH2O(85～90),VH2O(10～15)3～25μm之間,以5～15μm為主橢圓形、多邊形為主,其次是長方形、半自形、負(fù)晶形(負(fù)晶形)呈小群狀分布,或呈群狀、自由狀,或沿石英微裂呈串狀、線狀分布,或與其它單相包裹體伴生YTC1-BT1安王山云巖方解石單相鹽水溶液包裹體/90LH2O1～8米粒狀、小菱形為主,其次是多邊形和不規(guī)則狀呈自由狀、小群狀分布或沿方解石微裂隙分布兩相鹽水溶液包裹體/10LH2O(85～90),VH2O(10～15)3～10呈長方形、橢圓形、菱形、多邊形呈小群狀,或沿方解石解理縫隙呈線狀分布或定向排列,呈分散狀分布或與單相包裹體伴生KD1-BT1何家坪閃鋅礦化重晶石—方解石脈重晶石單相鹽水溶液包裹體/55LH2O1～15米粒狀、橢圓形為主,其次是多邊形和不規(guī)則狀呈自由狀、小群狀分布,部分沿重晶石微裂隙分布兩相鹽水溶液包裹體/45LH2O(85～90),VH2O(10～15)3～20μm之間,以5～15μm為主呈橢圓形、圓形、多邊形或半自形負(fù)晶形,少量為長方形、矩形和負(fù)晶形呈小群狀、自由狀或沿重晶石微裂隙呈串狀、線狀(定向)分布,或與其它單相包裹體伴生KD2-BT1何家坪閃鋅礦化石英—方解石—重晶石脈重晶石單相鹽水溶液包裹體/60LH2O1～15米粒狀、橢圓形為主,其次是多邊形和不規(guī)則狀呈自由狀、小群狀分布,或部分沿重晶石微裂隙分布兩相鹽水溶液包裹體/40LH2O(85～90),VH2O(10～15)3～30μm之間,以5～15μm為主橢圓形、多邊形或近長方形、矩形、圓形,少數(shù)為不規(guī)則狀、負(fù)晶形呈小群狀、自由狀或沿重晶石微裂呈串狀、線狀分布,或呈小群狀分布,或與其它單相包裹體伴生

測得各件鉛鋅礦樣品的初熔溫度為-22～-21 ℃,從而得知成礦流體屬NaCl2H2O體系;測得其兩相鹽水溶液包裹體冰點(diǎn)溫度為-2.8～-8.2 ℃,獲得成礦流體的鹽度w(NaCl)為4.5%～12% wt%NaCl。

2.3 成礦流體的密度、成礦壓力和礦化深度

根據(jù)該區(qū)成礦階段流體包裹體的鹽度、均一溫度,計算獲得成礦流體的密度(DH2O)為1.015～0.794 g/cm3;成礦流體的成礦壓力(P)為125.3×10～238.8×10 Pa;成礦深度(H)為0.363～0.796 km(表2)。

表2 研究區(qū)鉛鋅礦礦物中流體包裹體的均一溫度、密度、壓力、鹽度、深度表Table 2 The homogenization temperature,density,pressure,salinity and depth of fluid inclusions in lead-zinc minerals in study area

區(qū)內(nèi)地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn),重晶石化與鉛鋅礦關(guān)系密切。從表2中可以看出,測定重晶石時,成礦流體的成礦溫度為110～285 ℃,包裹體完全均一溫度分布在110～150 ℃、160～185 ℃、230～285 ℃三個區(qū)間范圍;反映成礦溫度是從低溫向中高溫演化的,說明低溫是區(qū)內(nèi)鉛鋅礦床的熱水沉積溫度,中高溫是區(qū)內(nèi)鉛鋅礦床的后期熱液改造溫度。從礦化階段早期到晚期,含礦流體包裹體的鹽度具有從低到高、再到低的變化趨勢,壓力具有從低到高的變化趨勢,而密度則相反。根據(jù)以

上所述,結(jié)合流體包裹體類型和產(chǎn)出特征分析,研究區(qū)鉛鋅礦床的成礦流體為均一的NaCl2H2O 體系溶液,具較高密度、較低鹽度和低中等溫度。

3 C、O同位素分析

碳、氧同位素被廣泛地用于追溯流體中CO2來源研究,是示蹤地幔流體參與成礦作用的有效方法[2-5]。

本次工作在何家坪、朱家墩、安王山三個礦點(diǎn)采集了4個鉛鋅礦樣品進(jìn)行碳氧同位素分析(表3)。

表3 研究區(qū)C、O同位素分析結(jié)果表Table 3 C and O isotope analysis results of study area

表3顯示白云巖的13C 變化于 0.69‰～1.76‰之間,均值為 1.39‰;δ18OV-SMOW介于 23.7‰～24.9‰之間,均值為 24.3‰。碳同位素組成具有重碳同位素的特征,說明該礦床的碳同位素主要為沉積巖中碳酸鹽巖的脫氣或含鹽鹵水與泥質(zhì)巖的相互作用。13CV-PDB-18OV-SMOW圖解顯示,礦石中白云巖的碳、氧同位素組成較為穩(wěn)定,碳、氧同位素變化范圍較窄,投影點(diǎn)集中(圖4),主要分布在沉積碳酸鹽的范圍內(nèi),反映了成礦流體與圍巖的密切聯(lián)系。

徐安武、梅申福等于1993年在本區(qū)何家坪燈影組鉛鋅礦床中采集硫同位素樣品3個,其中方鉛礦、閃鋅礦、重晶石各1個,其硫同位素分析結(jié)果見表4。

由表4可見,本區(qū)硫同位素表現(xiàn)為δ34S均為正值,以富集重硫為特征,變化范圍為24.92‰～47.22‰,接近且略高于同時代海水中δ34S(21‰),反映本區(qū)以后生礦床面貌產(chǎn)出的鉛鋅礦中的硫為單一來源于地層。

圖4 研究區(qū)鉛鋅礦13C-18O 圖解Fig.4 Lead-zinc mine 13C-18O diagram in study area表4 研究區(qū)硫同位素分析結(jié)果表Table 4 S isotope analysis results of study area

樣品編號實(shí)驗編號送樣名稱地層產(chǎn)位分析結(jié)果δ34S/‰Pb-10491099方鉛礦Zn-4491102閃鋅礦Ba-3491109重晶石長陽何家坪燈影組三段24.9226.7647.22

同一礦床中閃鋅礦和方鉛礦等硫化物的硫同位素組成變化可作為成礦作用是否達(dá)到平衡的指標(biāo)。通常平衡條件下形成的礦物,其δ34S值表現(xiàn)為閃鋅礦>方鉛礦,這表明研究區(qū)成礦作用已達(dá)到平衡。

江濤等(1987年)對長陽背斜震旦系燈影組和陡山沱組汞礦進(jìn)行了研究:通過對汞礦礦石中單礦物重晶石、辰砂、黝銅礦硫同位素采樣分析,重晶石δ34S值為38.00‰ ～44.5‰,平均41.06‰;辰砂δ34S值為15.10‰～19.10‰,平均17.77‰;黝銅礦δ34S值為24.40‰～26.8‰,平均25.60‰;所有單礦物δ34S平均值為28.14‰。江濤等認(rèn)為硫來源地層本身,δ34S值指示海水蒸發(fā)鹽巖,這與上述鉛鋅礦硫同位素來源結(jié)論一致,進(jìn)一步印證了本區(qū)震旦系層控礦床(鉛鋅礦與汞礦)的共性特征[6]。

由上面數(shù)據(jù)可以得知,本區(qū)燈影組鉛鋅礦體的礦源層即為本組白云巖建造,根據(jù)徐安武等(1993)的鄂西燈影組石板灘段及相關(guān)礦床(點(diǎn))Zn、Cd關(guān)系坐標(biāo)圖解分析,石板灘段巖石中Zn與Cd含量呈正相關(guān)關(guān)系,反映礦床Zn、Cd來自石板灘段地層,即石板灘段為本區(qū)燈影組鉛鋅礦體的礦源層。

4 討論

以上資料表明區(qū)內(nèi)有關(guān)鉛鋅礦床的沉積—成巖時段集中在震旦紀(jì)[7],該區(qū)鉛鋅礦床的產(chǎn)出受層位控制,其含礦層位為背斜轉(zhuǎn)折端核部燈影組白馬沱段中上部,白馬沱和石板灘交界處,礦石主要結(jié)構(gòu)為自形—半自形晶粒結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu),呈脈狀構(gòu)造、團(tuán)塊狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造[8]。既顯示了熱水沉積特征,又反映了后期構(gòu)造熱液活動特征;礦物中流體包裹體反映成礦流體主要為均一的、低鹽度的NaCl2-H2O體系,具淺成中低溫?zé)嵋旱V床特征,并有多期熱液活動特點(diǎn)。礦石中白云巖的碳、氧同位素組成較為穩(wěn)定,碳、氧同位素變化范圍較窄,主要分布在沉積碳酸鹽的范圍內(nèi),反映了成礦流體與圍巖的密切聯(lián)系。結(jié)合S、Pb同位素組成,說明成礦物質(zhì)和成礦流體主要來自海水沉積環(huán)境。

含礦層上部寒武系頁巖構(gòu)成了屏蔽層,在大氣水補(bǔ)給和地層內(nèi)部壓溶作用下形成地下水熱液,不斷活化萃取了礦源層中的礦物質(zhì),并沿白云巖中的層間裂隙運(yùn)移[9];在已封閉的空間卸載,加之后期斷裂活動,在地殼熱源上拱的條件下,經(jīng)過遠(yuǎn)距離的礦液運(yùn)移,不斷萃取、活化途經(jīng)圍巖的成礦物質(zhì),形成新的礦液,沿著破裂帶或裂隙帶側(cè)向運(yùn)移,在物理化學(xué)適合的條件下沉淀、富集。對早期沉積鉛鋅礦體進(jìn)行改造。

本區(qū)鉛鋅礦經(jīng)歷了沉積—成巖和后期構(gòu)造改造兩個階段,為層控—改造型鉛鋅礦床。

[1] 孫興國,李永兵.內(nèi)蒙古龍頭山多金屬硫化物礦床同生重晶石流體包裹體特征[J].巖石礦物學(xué)雜志,2011,30(4):637-644.

[2] 劉建明,張宏福,孫景貴,等.東幔源巖漿巖的碳—氧和鍶—釹同位素地球化學(xué)研究[J].中國科學(xué)(D 輯),2003,33(10):921-930.

[3] Rollinson H R.Using geochemical date:evalution,presentation,interpretation[M].Harlow,UK:Longman publishing Group,1993:1-52.

[4] 毛景文,王志良,李厚民,等.云南魯?shù)榈貐^(qū)二疊紀(jì)玄武巖中銅礦床的碳氧同位素對成礦過程的指示[J].地質(zhì)論評,2003,49(6):610-615.

[5] Veuzer J,Holser W T and Wilgus C K.Correlation of13C/12C and34S/32S secular variation[J]. Geochim. Cosmochim.Acta,1980,44:579-588.

[6] 羅鄖,李書濤,劉圣德,等.宜昌—恩施地區(qū)鉛鋅礦控礦因素及成因探討[J].資源環(huán)境與工程,2010,24(3):246-253.

[7] 龍寶林,劉忠明.鄂西地區(qū)鉛鋅礦基本特征與找礦方向[J].地質(zhì)與勘探,2005,41(3):16-21.

[8] 張權(quán)緒,羅洪,田德昌,等.長陽縣何家坪鉛鋅礦床地質(zhì)特征及成因初探[J].資源環(huán)境與工程,2011,25(6):593-597.

[9] 雷義軍,戴平云,段其發(fā),等.鄂西—湘西北地區(qū)鉛鋅礦礦源層對鉛鋅礦床產(chǎn)出定位的制約[J].桂林理工大學(xué)學(xué)報,2013,33(1):1-6.

(責(zé)任編輯：于繼紅)

Lead-zinc Deposit Fluid Inclusions Characteristics and C and O IsotopeAnalysis in Changyang Anticlinorium

WAN Xuebin, XIANG Meng, ZHANG Quanxu, CHEN Lvsen

(SeventhGeologicalTeamofHubeiGeologicalBureau,Yichang,Hubei443100)

Changyang anticlinorium is located in the north and middle region of western Hunan-western Hubei metallogenic belt,the main occurrence horizon of lead-zinc mine is in the mid-upper Baimatuo Section of Dengying Formation of Sinian. The authors studied the characteristics of fluid inclusions in lead-zinc deposit,which composed by single-phase saline solution(LH2O)and two-phase inclusions(LH2O+ VH2O)saline solution,belonging to NaCl-H2O system. There are three intervals of the homogenization temperature,namely 110～150 ℃,160～185 ℃ and 230～285 ℃;the ice point temperature is -2.8 ～-8.2 ℃,salinity is 4.5～12.0 wt%NaCl,representing the ore-forming fluid density is 1.015～0.794 g/cm3. By the C and O isotope determination in the lead-zine ore,their compositions are relatively stable,and the variation range of C and O isotope is relatively narrow. subpoints are mainly distributed in the area of carbonate sedimentary,reflecting the ore-forming fluid is closely related to the surrounding rock.

Changyang anticlinorium; fluid inclusions; C and O isotope

2016-09-28;改回日期:2017-01-22

中國地質(zhì)調(diào)查局工作項目,湖北長陽曾家墩地區(qū)鉛鋅礦遠(yuǎn)景調(diào)查(1212011085347)。

萬學(xué)斌(1972-),男,工程師,礦產(chǎn)勘查專業(yè),從事地質(zhì)勘查工作。E-mail:623701461@qq.com

P618.42; P618.43

A

1671-1211(2017)03-0266-06

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.03.006

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170516.1416.008.html 數(shù)字出版日期:2017-05-16 14:16