湖北省南漳縣吳家溝—黃草嶺礦區(qū)地質(zhì)特征及成因探討

唐新橋

（中化地質(zhì)礦山總局湖北地質(zhì)勘查院，湖北 武漢 430074）

1 區(qū)域地質(zhì)概況

吳家溝——黃草嶺礦區(qū)大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺（Ⅰ）上揚(yáng)子臺坪（Ⅱ）大巴山～大洪山臺緣褶帶（Ⅲ）青峰臺褶東（Ⅳ）。區(qū)域內(nèi)以往沉積型層狀重晶石主要賦存于寒武系中統(tǒng)覃家廟組（∈2qn）、寒武系中統(tǒng)奧陶系下統(tǒng)婁山關(guān)組（∈2O1L）、奧陶系下統(tǒng)南津關(guān)組（O1n）、奧陶系下統(tǒng)紅花園組（O1h）四組地層中，而本次在吳家溝——黃草嶺礦區(qū)震旦系上統(tǒng)燈影組（Z2dn）地層中首次發(fā)現(xiàn)具工業(yè)價(jià)值的重晶石礦床[1]。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)特征

吳家溝——黃草嶺礦區(qū)位于胡家崖倒轉(zhuǎn)復(fù)式背斜南翼，礦區(qū)出露地層由老至新為震旦系上統(tǒng)燈影組（Z2dn）、寒武系下統(tǒng)石牌組（∈1sp）、天河板組（∈1t）、石龍洞組（∈1sh）、寒武系中統(tǒng)覃家廟組（∈2qn）、寒武系上統(tǒng)奧陶系下統(tǒng)婁山關(guān)組（∈2O1L）、奧陶系下統(tǒng)南津關(guān)組（O1n）和紅花園組（O1h）以及志留系下統(tǒng)龍馬溪組，震旦系上統(tǒng)燈影組為本區(qū)重晶石礦賦礦層位，其巖性組合特征為下部淺灰～深灰色厚層狀白云巖，層厚質(zhì)純，表面易風(fēng)化為粉狀，底部偶夾紫紅色磷塊巖透鏡體及厚層燧石層；上部為淺灰-灰白色中厚層狀含黑色硅質(zhì)結(jié)核及條帶白云巖、灰?guī)r；局部夾黑色頁巖[2]。重晶石礦主要賦存于上部含硅質(zhì)結(jié)核及條帶的白云巖或灰?guī)r中，這與區(qū)域內(nèi)沉積型層狀重晶石礦床主要賦存于寒武系和奧陶系地層中略有區(qū)別，并為在該地區(qū)尋找重晶石礦（化）提供了新的找礦方向。區(qū)內(nèi)地層受胡家崖倒轉(zhuǎn)背斜構(gòu)造影響呈倒轉(zhuǎn)，整體呈單斜層狀產(chǎn)出，總體走向北西300°～340°，傾向北東，傾角60°～80°，局部產(chǎn)狀較平緩。

2.2 礦體特征

本區(qū)重晶石礦體主要賦存于震旦系上統(tǒng)燈影組（Z2dn）上部（層控）斷裂構(gòu)造帶內(nèi)（構(gòu)造熱液控礦），礦化不均勻，局部地段富集，均成一定規(guī)模的礦（化）體，礦區(qū)共圈出了2個(gè)礦體，各礦體特征如下：

Ⅰ號礦體：位于礦區(qū)北西部，分布于震旦系上統(tǒng)燈影組上部白云巖中，重晶石礦化（富集）受F1斷層影響較大，在礦化帶內(nèi)，重晶石礦體呈串珠狀、小透鏡體狀不均勻斷續(xù)出露，出露長2.6km，礦體走向NW270°～310°，傾向北東，傾角67°～70°，礦體厚度0.50m～2.8m，平均厚度約1.8m，礦石品位46.26%，礦石多為角礫狀，結(jié)核狀或團(tuán)塊狀嵌布于白云巖中，與圍巖界線不甚清晰，圍巖為淺灰色厚層狀細(xì)～微晶白云巖。

Ⅱ號礦體：位于礦區(qū)東南部，地表斷續(xù)出露總長6.5km，重晶石礦化（富集）受F2斷層影響較大，礦體走向NW280°～330°，傾向北東，傾角61°～78°，礦體厚度0.70m～3.1m，平均厚度2.2m，礦石品位79.28%～96.87%，礦體出露較好，多呈脈狀，透鏡狀產(chǎn)出，與圍巖界線清晰，圍巖為深灰色厚層狀微晶白云巖[3]。

2.3 礦石質(zhì)量

2.3.1 礦石的礦物成份

礦區(qū)內(nèi)重晶石礦石成分以重晶石為主，含少量方解石、石英、泥鈣質(zhì)等。

2.3.2 礦石的化學(xué)成分

礦石的化學(xué)成分主要有 ：BaSO4、CaO、Fe2O3、CO2、Al2O3、SiO2、Cu、Pb、Zn等，其中有益組分為BaSO4，主要有害組分為CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3及CO2。

2.3.3 礦石結(jié)構(gòu)

重晶石礦物多以自形及半自形晶體產(chǎn)出，礦石結(jié)構(gòu)為中—巨晶結(jié)構(gòu)，以粗晶結(jié)構(gòu)為主。

2.3.4 礦石構(gòu)造

區(qū)內(nèi)礦石構(gòu)造復(fù)雜多樣，主要為脈狀、片狀、柱狀、角礫狀及塊狀等，其構(gòu)造特征顯示。礦石受熱液改造重組特征較明顯。

3 流體包裹體特征與硫同位素組成

3.1 材料與測試方法

本次采集鉆孔和槽探中原生重晶石礦石送中國地質(zhì)大學(xué)非金屬礦重點(diǎn)試驗(yàn)室進(jìn)行測試，其中DS-1、DS-2采自ZK404，DS-3、DS-4采 自ZK402，DS-5、DS-6采 自ZK2001，DS-7、DS-8、DS-9、DS-10和DS-11采 自 槽探，硫同位素樣品采自重晶石礦石和圍巖白云巖中的黃鐵礦，均為地表槽探中采取[4]。

樣品一部分制作成雙面拋光，厚度0.3mm的包裹體片送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行液體包裹體測定，一部分經(jīng)破碎，過篩后，在雙目鏡下挑選30～50目，純度＞99%的單礦物樣品5g以上，送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了同位素分析測試。

流體包裹體測定使用的儀器及精度（1）德國ZEISS廠生產(chǎn)的Scope、AX10+顯微相機(jī)AxioLamMRC5偏光顯微鏡；（2）英國LinKam生產(chǎn)的THMSG600地質(zhì)顯微冷熱臺，測溫范圍-496℃～+600℃，精度為±2℃，0～196℃的精度為±2℃，流體中包裹體測定時(shí)室溫為22℃，溫度為45%。

S同位素分析采用SO2法進(jìn)行，先直接用氧化法將礦物中硫轉(zhuǎn)化成SO2并用冷凍法收集，然后用FinnigamMAT-251氣體同位素質(zhì)譜儀測試，測量結(jié)果采用國際標(biāo)834SCDT表達(dá)，分析精度優(yōu)于±0.12‰

3.2 分析結(jié)果

3.2.1 流體包裹體

本次對11件樣品進(jìn)行了流體包裹體測定，測定結(jié)果見表1。

表1 重晶石包裹體均一溫度和鹽度統(tǒng)計(jì)結(jié)果表

由表1可以看出，11個(gè)重晶石樣品流體包裹體均一測溫?cái)?shù)據(jù)顯示其溫度區(qū)間主要分布于136℃～231℃，鹽度分布范圍為2.5%～17.2%。

3.2.2 硫同位素組成

本次硫同位素自測試樣品的3個(gè)黃鐵礦樣品分別采礦區(qū)燈影組地層中黃鐵礦結(jié)S-1和裂隙充填黃鐵礦脈S-2以及重晶石礦石中黃鐵礦團(tuán)塊S-3。其測試分析結(jié)果見表2。

表2 硫同位素分析結(jié)果表

綜合表2分析結(jié)果分析，采自礦區(qū)三種不同地質(zhì)體中的黃鐵礦與δ34SV-CDT（‰）值非常接近，分布比較集中，極差較小。

3.2.3 礦區(qū)各地層巖石中Ba含量背景值

通過對區(qū)內(nèi)出露最老震旦上統(tǒng)燈影組（Z2dn）至最新志留系上統(tǒng)龍馬溪組共5組地層中采取20個(gè)巖石化學(xué)分析樣品，了解各巖石中BaSO4含量。具體分析結(jié)果見表3。

4 成因探討

4.1 流體性質(zhì)

礦物包裹體均一溫度和鹽度統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：區(qū)內(nèi)重晶石礦具有中低溫度和中低鹽度，最佳成礦溫度在136℃～231℃，成礦流體的鹽度大于5%，主要在5%～17%，含礦溶液屬硫酸鹽型鹵水，其成因均與鹵水有關(guān)，結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景、巖相古地理、重晶石包裹體測溫，B元素化學(xué)分析和光譜分析，綜合研究分析初步認(rèn)為該礦成礦流體來源是多源的，主要為建造水和大氣降水，這些來源的水反復(fù)循環(huán)后形成熱鹵水，淋濾礦源層，并萃取成礦物質(zhì)，匯聚、富集形成成礦熱流體和成礦熱流體場，從而在構(gòu)造裂隙發(fā)育地段以及巖層結(jié)構(gòu)界面富聚成礦體。

表3 各時(shí)代地層富Ba礦源礦源層BaSO4含量分析結(jié)果表

4.2 硫的來源

根據(jù)硫同位素分析結(jié)果（表3）表明：礦區(qū)燈影組地層中黃鐵礦結(jié)核（S—1樣）、燈影組地層中順裂隙充填的黃鐵礦小脈（S—2樣）和重晶石礦中黃鐵礦團(tuán)塊（S—3樣）三種不同地質(zhì)體產(chǎn)出的黃鐵礦δ34SV—CDT（‰）值組成非常接近，分布相對集中，離差非常小，表明硫均一化程度屬較高。

這可能是因?yàn)槿N黃鐵礦來源單一，形成時(shí)物理化學(xué)條件相近具較穩(wěn)定，結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)特征，認(rèn)為其硫主要來源于燈影組地層，形成作用為同構(gòu)造變形期動(dòng)力熱變質(zhì)作用。

4.3 成礦機(jī)制

晚元古代末期，本區(qū)所處大地構(gòu)造位置為揚(yáng)子地臺邊緣斜坡相，寒武期沉積了石牌組、天河板組、石龍洞組、覃家廟組等碎屑礦巖、灰?guī)r等，震旦期沉積了燈影組，陡山沱組白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖等地層，形成了冰湖（海）沉積相及濱海一陸源碎巖相富鈣、鎂碎屑巖建造，并且形成了寶塔組、燈影組富Ba礦源層（表3），為重晶石形成初步奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。震旦系燈影組蒸發(fā)巖系為成礦提供了足夠的S源。區(qū)域性深大斷裂青峰大斷裂帶持續(xù)活動(dòng)，導(dǎo)致沿地層及構(gòu)造軟弱面發(fā)生面層滑動(dòng)、錯(cuò)位，形成伸展滑脫構(gòu)造，造就了層間有利容礦空間。

在整個(gè)構(gòu)造變形同時(shí)，熱變質(zhì)作用不斷加強(qiáng)，地層中S、鈣、鎂質(zhì)等流體就地出溶，萃取地層中鋇元素，以鋇酸鹽絡(luò)合物低鹽度流體熱液形成遷移，在構(gòu)造應(yīng)力驅(qū)動(dòng)下流動(dòng)、運(yùn)移、循環(huán)、集中沿層間局部張裂隙、層間滑脫斷裂構(gòu)造、產(chǎn)狀變化處、膨大處、局部張開處等有利容礦構(gòu)造空間部位充填，又對地層中富鋇元素進(jìn)行溶蝕和改造，同時(shí)地表大氣降水沿?cái)嗔选⒘严断聺B，兩種流體混合，鋇酸鹽與鈣、鎂質(zhì)結(jié)合沉淀，形成以脈型為主的重晶石礦；同時(shí)在中高溫物理化學(xué)條件下對圍巖進(jìn)行化學(xué)交待，形成蝕變型層狀重晶石礦。

由于區(qū)內(nèi)多期構(gòu)造活動(dòng)影響，改造了原來礦體、地層甚至使之產(chǎn)生較大規(guī)模位移和變形，但各礦體本身就位相對空間位置排布規(guī)律不變。

喜山運(yùn)動(dòng)以來，本區(qū)進(jìn)入新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)時(shí)期，地殼垂向繼續(xù)提升，侵蝕作用加強(qiáng)，礦體暴露地表。

5 結(jié)論

5.1 成礦地質(zhì)特征

沉積型重晶石礦分別位于四個(gè)時(shí)期沉積地層中：

①中寒武世覃家廟期覃家廟組，薄—中厚層狀含泥質(zhì)白云巖和白云巖質(zhì)粘土巖交互沉積地層中。②晚寒武世婁山關(guān)期婁山關(guān)組厚層狀結(jié)晶白云巖、灰質(zhì)白云巖地層中。③早奧陶世南津關(guān)期南津關(guān)組泥質(zhì)灰?guī)r、粉砂質(zhì)灰?guī)r、白云巖、灰炭地層中。④早奧陶世紅花園期紅花園組結(jié)晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r地層中。

5.2 礦床類型

①含重晶石礦物流體包裹體反映的成礦流體的鹽度為2.5%～17.2Wt.%Nacl，溫度為136°～231°，成礦流體屬于中低溫的低鹽度流體。②根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景綜合研究分析，礦區(qū)重晶礦床成礦流體來源是多源的，以變質(zhì)水為主混入了部分大氣降水，通過反復(fù)循環(huán)形成熱鹵水，經(jīng)物理、化學(xué)作用富集為成礦熱流體和重晶石礦床。③礦區(qū)燈影組地層中黃鐵礦結(jié)核及裂隙充填黃鐵礦小脈以及原生重晶石礦中的黃鐵礦團(tuán)塊三種不同地質(zhì)體產(chǎn)出的黃鐵礦δ34SV—CDT（%）4.1—4.3‰，指示硫主要來源于地層、形成時(shí)間物理化學(xué)條件較穩(wěn)定。

綜上所述，礦區(qū)重晶礦床主要賦存于震旦系上統(tǒng)燈影組（Z2dn）上部，重晶石礦層與其上下地層呈平行整合接觸關(guān)系。

另外重晶石礦帶與區(qū)域構(gòu)造關(guān)系密切，構(gòu)造熱液通過交待，萃取等作用，為含重晶石礦液富集成礦提供了外因。初步認(rèn)為礦區(qū)重晶石礦床應(yīng)為層控?zé)嵋盒椭鼐УV礦床。另一方面，切割礦源層的斷裂構(gòu)造本身也為儲礦構(gòu)造，控制脈狀重晶石礦體的分布。所以區(qū)內(nèi)礦體主要呈似層狀、透鏡體狀，近平行分布于燈影組地層上部，少量呈脈狀分布斷裂構(gòu)造帶中。