湘西董家河密西西比河谷型鉛鋅礦床：賦存于新元古界含膏溶角礫巖的蓋帽白云巖中

任家輝

1.區(qū)域地質(zhì)背景

董家河礦床位于湖南省西部的沅陵地區(qū)，處于揚(yáng)子克拉通中部。區(qū)內(nèi)發(fā)育新元古界至第四系的地層，地層總體呈北東-南西走向，形成了北東走向的寬緩褶皺（圖1）。其中，新元古界地層包括板溪群和上部南華系的碎屑巖（上部為南沱組冰磧巖），代表了大陸邊緣裂谷相的沉積；向上震旦系包括陡山沱組和上部的燈影組，為碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖、頁(yè)巖，寒武系為碳酸鹽巖和泥巖、頁(yè)巖，奧陶系以碎屑巖沉積為主，志留系下部主要為黑色頁(yè)巖，這一時(shí)期為被動(dòng)大陸邊緣沉積；區(qū)域缺失晚志留-早泥盆的沉積，中/晚泥盆世至中三疊世區(qū)域再次接受被動(dòng)陸緣沉積，形成淺海相碳酸鹽巖和碎屑巖，侏羅系至白堊系則主要沉積了陸相碎屑巖（Jiang et al.，2006 and references therein；Jiang et al.，2014）。區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育，斷裂以北東走向?yàn)橹鳌?/p>

在華南，陡山沱組蓋帽白云巖直接覆蓋在南華系南沱組冰磧巖上，沉積時(shí)代在635 Ma左右（Condon et al.，2005）。Jiang et al.（2006）的研究顯示，華南地區(qū)蓋帽白云巖的厚度一般變化于2-5米之間，可分上、中、下3段，下段發(fā)育0-2米厚的混雜狀白云巖：有時(shí)呈角礫狀，常見(jiàn)（似）帳篷構(gòu)造、孔洞構(gòu)造，有時(shí)發(fā)育扇狀重晶石；中段為紋層狀白云巖，與下部白云巖過(guò)渡接觸，1-2米厚；上段紋層狀粉砂質(zhì)、泥質(zhì)白云巖和灰?guī)r，與中部白云巖過(guò)渡，1-2米厚。其中，中部白云巖和上部白云巖有時(shí)不可分。蓋帽白云巖向上過(guò)渡為暗色的頁(yè)巖。

2.礦床地質(zhì)、蓋帽白云巖與礦化特征

董家河礦床主要出露新元古界的板溪群、南華系、震旦系地層和寒武系及石炭系地層。新元古界和寒武系地層構(gòu)成了軸向 N60°的一個(gè)背斜構(gòu)造，軸面向南東傾。背斜核部為南華系地層，兩翼為震旦系和寒武系地層。北西翼陡，傾角在50°-70°，南東翼相對(duì)緩，傾角在30°-50°，兩翼次級(jí)褶皺發(fā)育（曾勇和李成君，2007；向華和羅長(zhǎng)江，2013）。

蓋帽白云巖在董家河礦床的厚度變化于5-6米，巖性組成與區(qū)域蓋帽白云巖一致：下部發(fā)育0-2米厚的角礫巖段，對(duì)應(yīng)Jiang et al.（2006）劃分的下巖性段；上部發(fā)育3-4米厚的中、薄層灰色細(xì)晶白云巖，向上夾較多暗色薄層泥巖，對(duì)應(yīng)Jiang et al.（2006）劃分的中和上巖性段（圖2）。在上和下巖性段均發(fā)育細(xì)粒黃鐵礦，主要出現(xiàn)在蓋帽白云巖的底部和接近頂部位置，一般上部巖性段的黃鐵礦化強(qiáng)，厚度在幾十厘米到2米之間，下部巖性段黃鐵礦化弱，厚度薄甚至缺失。黃鐵礦為自型或草莓狀，順層理呈紋層狀分布，往往形成紋層狀黃鐵礦礦石，礦化強(qiáng)時(shí)形成塊狀礦石，斷續(xù)出現(xiàn)時(shí)形成補(bǔ)丁狀礦石，黃鐵礦層同地層變形而變形，且這些黃鐵礦在區(qū)域無(wú)鉛鋅礦化的蓋帽白云巖中也常見(jiàn)（Jiang et al.，2006），故推測(cè)此類黃鐵礦為同沉積成因，其被后期的黃鐵礦和鉛鋅礦化所切穿（見(jiàn)下文），在董家河礦床中劃分為第一期黃鐵礦（S1）。

角礫巖位于蓋帽白云巖的底部，與下伏的南沱組冰磧巖之間往往相隔十幾到幾十厘米厚的S1黃鐵礦礦化層（圖2）。角礫成分為灰色細(xì)晶白云巖，呈棱角狀，無(wú)任何磨圓性，長(zhǎng)軸直徑普遍小于30厘米，多為5-10厘米，大小混雜，無(wú)分選性，部分具有可拼合性，一些角礫巖長(zhǎng)軸定向展布，與地層產(chǎn)狀一致，另一些角礫巖混雜出現(xiàn)，長(zhǎng)軸無(wú)任何定向特點(diǎn)（圖3a）。無(wú)礦角礫巖的膠結(jié)物為方解石、燧石、黃鐵礦（第二期，S2），方解石形成早，圍繞角礫生長(zhǎng)，形成不規(guī)則的“圈環(huán)”（圖3b），較晚階段沉淀玉髓和S2黃鐵礦。方解石膠結(jié)物多呈紡錘狀，一些方解石為玫瑰花狀（圖4a、b），清楚地表現(xiàn)出石膏假晶的特征，目前測(cè)得的1個(gè)方解石的δ13CPDB值為-10.6‰；多數(shù)玉髓呈扇狀，少數(shù)玉髓也呈現(xiàn)玫瑰花狀的石膏假晶特征（圖4a、c）；許多S2黃鐵礦以玫瑰花狀和紡錘狀的石膏假晶晶型出現(xiàn)（圖4d）。無(wú)礦角礫巖的角礫體積百分比一般在70%-80%，膠結(jié)物約占20%-30%。

3.討論

3.1角礫巖成因

董家河礦床的蓋帽白云巖中發(fā)育有角礫巖，這種角礫巖是重要的控礦標(biāo)志。角礫巖中方解石、燧石和黃鐵礦膠結(jié)物均表現(xiàn)出石膏假晶的特征，顯示先存的膠結(jié)物為石膏。方解石的δ13CPDB值為-10.6‰，明顯低于圍巖中-5‰ ～ -4‰的數(shù)值（曾勇和李成君，2007），表明了沉積過(guò)程中有機(jī)碳的加入。因此，方解石應(yīng)為石膏與有機(jī)質(zhì)相互作用形成的，該反應(yīng)在自然界中是非常常見(jiàn)的，而石膏發(fā)生硅化在自然界中也很常見(jiàn)（Warren，2016）。結(jié)合角礫巖膠結(jié)物為石膏及角礫巖本身的結(jié)構(gòu)特征，我們認(rèn)為這些角礫巖是膏溶角礫巖，即與白云巖同時(shí)沉淀了石膏等蒸發(fā)鹽，蒸發(fā)鹽在后期被流體溶蝕，導(dǎo)致白云巖地層垮塌形成角礫巖，部分石膏經(jīng)化學(xué)作用發(fā)生了轉(zhuǎn)變，形成了目前觀察到的方解石、玉髓、S2黃鐵礦等膠結(jié)物。

3.2礦化作用

在董家河礦床，礦化作用發(fā)生在蓋帽白云巖上部的微晶白云巖層和下部角礫巖層中。對(duì)于上部的礦化而言，主要是地層變形過(guò)程中發(fā)生了順層和切層的張裂隙，從而產(chǎn)生了賦礦空間；而對(duì)于下層礦化而言，賦礦空間的產(chǎn)生是圍巖角礫化的結(jié)果。礦體頂板為滲透性差的炭質(zhì)、白云質(zhì)板巖，其在構(gòu)造應(yīng)力作用下不易破碎、斷裂，因此很好地阻擋成礦流體向外擴(kuò)散。上、下礦層的礦化有著相似的化學(xué)過(guò)程。瀝青的出現(xiàn)，表明賦礦建造中存在著早期有機(jī)流體的聚集，石膏轉(zhuǎn)變?yōu)榉浇馐胺浇馐z結(jié)物δ13CPDB值偏負(fù)也說(shuō)明了這一點(diǎn)。石膏與有機(jī)流體相互作用形成方解石，同時(shí)也會(huì)生成硫化氫，閃鋅礦和方鉛礦的δ34SV-CDT值為+8.4‰ ～ +16.8‰表明，這種氧化態(tài)的硫轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原態(tài)的硫是通過(guò)有機(jī)熱還原作用（TSR）完成的。含硫化氫的還原性流體與含鉛鋅的氧化性流體在蓋帽白云巖的開(kāi)放空間內(nèi)發(fā)生混合，從而導(dǎo)致了鉛鋅硫化物沉淀成礦，這也是多數(shù)MVT礦床礦化的主要機(jī)制（Leach et al.，2005）。

參考文獻(xiàn)

[1]曾勇等，《湘西董家河鉛鋅礦地質(zhì)特征及成礦物質(zhì)來(lái)源探討》，華南地質(zhì)與礦產(chǎn)，2007，第3期，25-30

[2]向華等，《湘西辰溪-沅陵黃鐵、鉛鋅礦集中區(qū)成礦地質(zhì)特征、控礦因素及找礦標(biāo)志》，華南地質(zhì)與礦產(chǎn)，2013，第29卷（第一期），28-36