黔西北納雍枝鉛鋅礦床微量和稀土元素地球化學(xué)特征

牛春暉，鄧明國，陳 偉，黃長帥,賈 禎，陳俞宏

(1.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；2.滇西應(yīng)用技術(shù)大學(xué)，云南 大理 671009；3.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司，廣西 桂林 541004)

0 引言

納雍枝鉛鋅礦床位于揚子板塊西南緣，是近年來在貴州境內(nèi)勘查突破的首個大型鉛鋅礦床，具有資源儲量大(Pb+Zn儲量>1.3 Mt)、礦體數(shù)量多(21個)、富集稀散元素等特征[1]。近年來，諸多學(xué)者針對該礦床的礦床地質(zhì)[2]、礦床地球化學(xué)[1,3,4]、成礦年代學(xué)[5]和構(gòu)造與成礦關(guān)系[6]等方面開展了大量研究工作，并取得了豐碩的成果。然而，因成礦物質(zhì)來源不明，阻礙了對礦床成因類型的判定，主要觀點有沉積-改造型[7]、噴流沉積型(SEDEX)[2]，及密西西比河谷型(MVT)[1,4]等類型。這些分歧很大程度上制約了礦山進(jìn)一步的找礦勘查評價工作，也制約了對黔西北成礦帶乃至整個揚子西緣區(qū)域成礦規(guī)律的探討與總結(jié)。

閃鋅礦和白云石分別為熱液鉛鋅礦床中最重要的礦石礦物和脈石礦物，其微量、稀土元素組成特征能有效示蹤成礦物質(zhì)來源，進(jìn)而揭示礦床成因[8-10]。本文以納雍枝鉛鋅礦床為研究對象，基于詳實的野外礦床地質(zhì)調(diào)查和精細(xì)的巖相學(xué)觀察，厘清礦床成礦期次，對主成礦期閃鋅礦、白云石開展詳細(xì)的微量、稀土元素特征研究，探討成礦物質(zhì)來源，進(jìn)一步揭示礦床成因。

1 區(qū)域與礦床地質(zhì)

黔西北成礦帶位于揚子地臺西南緣，康滇地軸東側(cè)，夾于NW向的康定-水城斷裂、NE向的彌勒-師宗斷裂和近SN向的小江斷裂形成的三角形區(qū)域，是川、滇、黔鉛鋅成礦省的重要組成部分[見圖1(a)]。

五指山礦集區(qū)位于黔西北成礦帶東南部，區(qū)內(nèi)地層與區(qū)域地層分布一致，具有典型的“二元結(jié)構(gòu)”，即由前震旦系基底和晚震旦系以來的沉積蓋層組成。沉積蓋層出露志留系外的震旦系至第四系地層，以石炭系與二疊系地層發(fā)育為特征，巖性主要為淺海、濱海相的碳酸鹽巖。區(qū)內(nèi)構(gòu)造大致為NE、NW和NEE向展布，NEE向的五指山倒轉(zhuǎn)復(fù)背斜與成礦關(guān)系密切[見圖1(c)]。此背斜與NE向斷層控制了區(qū)內(nèi)主要礦床的產(chǎn)出，典型鉛鋅礦床(點)主要有新麥、納雍枝、杜家橋、屯背后、那潤等[見圖1(b)]。這些礦床的產(chǎn)出受構(gòu)造和地層控制明顯，其中層間滑脫構(gòu)造控制層狀、似層狀礦體，陡傾斜斷層控制陡傾斜礦體[11]，礦體產(chǎn)于該復(fù)背斜核部的寒武系清虛洞組的白云巖中，為本區(qū)主要的賦礦地層。研究區(qū)內(nèi)至今尚未發(fā)現(xiàn)巖漿巖出露。

納雍枝鉛鋅礦床位于五指山礦集區(qū)西北緣，由玉合礦段、金坡礦段、蘆茂林礦段及砂巖礦段組成。除砂巖礦段外，其他3個礦段均受五指山復(fù)背斜中的NE向正斷層F1與F7控制[見圖1(c)]，構(gòu)造控礦作用明顯。礦區(qū)地層由老至新依次為上震旦統(tǒng)燈影組白云巖、下寒武統(tǒng)金頂山組泥質(zhì)粉砂巖、清虛洞組白云巖。清虛洞組依據(jù)巖性自下而上分為3段，其中第一、第二段是納雍枝礦床的主要賦礦層位。

1-震旦系燈影組；2-下寒武統(tǒng)金頂山組；3-下寒武統(tǒng)清虛洞組；4-下寒武統(tǒng)金頂山+清虛洞組；5-下寒武統(tǒng)清虛洞組一段；6-下寒武統(tǒng)清虛洞組二段一層；7-下寒武統(tǒng)清虛洞組二段二層；8-下寒武統(tǒng)清虛洞組三段；9-下石炭統(tǒng)祥擺組；10-下石炭統(tǒng)大浦組；11-下石炭統(tǒng)黃龍+馬平組；12-中二疊統(tǒng)棲霞組；13-中二疊統(tǒng)梁山組；14-上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M；15-斷層；16-地層分界線；17-鉛鋅礦床；18-研究區(qū)。

礦區(qū)內(nèi)礦體據(jù)其產(chǎn)狀和層位可分為以層狀、似層狀產(chǎn)出的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號礦體群和以陡傾斜狀產(chǎn)出的玉合礦體(見圖2)。

1-下寒武統(tǒng)金頂山組；2-下寒武統(tǒng)清虛洞組；3-下寒武統(tǒng)清虛洞組二段一層；4-下寒武統(tǒng)清虛洞組二段二層；5-下寒武統(tǒng)清虛洞組三段；6-白云巖；7-含泥質(zhì)白云巖；8-礦體及編號；9-地層界線；10-逆斷層；11-正斷層；12-鉆孔及編號。

納雍枝礦床礦物種類較少，共生組合較為簡單。礦石礦物主要為閃鋅礦、方鉛礦及黃鐵礦；脈石礦物主要為白云石和方解石，偶見石英和螢石。礦石構(gòu)造以脈狀、網(wǎng)脈狀、角礫狀為主，次為條帶狀、浸染狀，偶見膠狀構(gòu)造；礦石結(jié)構(gòu)以半自形-他形結(jié)構(gòu)為主，次為交代結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)。圍巖蝕變主要為白云石化、黃鐵礦化，次為方解石化。納雍枝礦床礦物組構(gòu)特征如圖3所示。

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)巖礦顯微鑒定結(jié)果，可將納雍枝礦床劃分為沉積期、熱液期及表生期。沉積期主要沉淀是以黑色白云石為主的碳酸鹽巖。熱液期依據(jù)礦物共生組合可進(jìn)一步劃分為金屬硫化物階段和碳酸鹽-石英階段。金屬硫化物階段為納雍枝礦床主成礦階段，發(fā)育交代殘余結(jié)構(gòu)、溶蝕結(jié)構(gòu)及骸晶結(jié)構(gòu)，角礫狀構(gòu)造和塊狀構(gòu)造礦物以閃鋅礦、方鉛礦、白云石、黃鐵礦為主，閃鋅礦最為發(fā)育，且閃鋅礦之間無明顯穿插關(guān)系。碳酸鹽-石英階段主要礦物為白云石、方解石、石英，這些礦物常以脈狀穿插于硫化物階段的礦石中。表生期礦物主要為褐鐵礦、白鉛礦和菱鋅礦等。

a-脈狀構(gòu)造；b-角礫狀構(gòu)造；c-膠狀構(gòu)造；d-鐘乳狀膠狀構(gòu)造；e-方鉛礦沿閃鋅礦粒間交代呈網(wǎng)狀及骸晶狀代晶結(jié)構(gòu)；f-細(xì)粒黃鐵礦沿閃鋅礦的粒間充填交代，形成網(wǎng)脈-浸染狀構(gòu)造；g-閃鋅礦呈浸染狀分布于圍巖角礫的膠結(jié)物中；h-閃鋅礦沿圍巖的裂隙呈網(wǎng)脈狀分布，黃鐵礦呈星點狀分布于閃鋅礦及圍巖碎塊中；i-方鉛礦呈不規(guī)則細(xì)脈沿閃鋅礦和黃鐵礦集合體的邊緣分布，對閃鋅礦、黃鐵礦均有溶蝕交代現(xiàn)象；Dol-白云石；Qtz-石英；Sp-閃鋅礦；Gn-方鉛礦；Py-黃鐵礦。

2 樣品采集與分析方法

納雍枝礦床具有工業(yè)價值的礦體形成于金屬硫化物階段，針對金屬硫化物階段的樣品研究其微量、稀土元素能有效反映成礦作用。本文研究的10件樣品為來自該礦床采礦坑道主要礦體熱液期金屬硫化物階段的閃鋅礦與白云石。將樣品碎至40～80目，在雙目鏡下挑出純度為99%的單礦物，用蒸餾水反復(fù)清洗并烘干，干燥后的單礦物用瑪瑙研缽研磨至200目。取50 mg樣品在190 ℃下用1 mL HF和1 mL HNO3溶解36 h。蒸發(fā)后，將樣品重新溶解在1 mL HNO3中，然后干燥。加入500 mg的Rh作為內(nèi)標(biāo)溶液，再加入2 mL HNO3和3 mL去離子水，在140 ℃下加熱5 h。然后將0.4 mL的該溶液離心，用去離子水稀釋至10 mL進(jìn)行ICP-MS測試。樣品微量稀土元素測試在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心完成，試驗儀器為Element XR型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，分析精度優(yōu)于5%。

3 地球化學(xué)特征

3.1 微量元素特征

閃鋅礦微量元素測試結(jié)果見表1。由表1可知，與地殼豐度[12]相比，閃鋅礦具有富Ga、Cd、Sb，貧In的特征。在測試的4個閃鋅礦中Ga質(zhì)量分?jǐn)?shù)為19.2×10-6～56.8×10-6，均值為32.725×10-6，Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 100×10-6～1 432×10-6，均值為1 237×10-6，Sb質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.2×10-6～60.3×10-6，均值為32.15×10-6，In質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.346×10-6～0.658×10-6，均值為0.455×10-6。

表1 納雍枝礦床閃鋅礦微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)

3.2 稀土元素特征

白云石稀土元素與球粒隕石相比[13]，呈現(xiàn)出以下特征：

a.白云石以及圍巖的稀土元素配分模式均為右傾型，顯示出輕稀土富集的特征(見圖4)。

b.6件白云石樣品稀土元素總量(∑REE)為20.337×10-6～26.658×10-6，均值為24.111×10-6。LaN/YbN為5.024～7.932，LREE與HREE之間存在一定程度的分餾。6件白云石樣品稀土總量和稀土配分模式相似，均具有Eu負(fù)異常與Ce正異常的特點(δCe>1，δEu<1)。

(a)白云石稀土元素 (b)圍巖稀土元素

4 討論

4.1 成礦物質(zhì)來源

稀土元素在自然界很難形成獨立礦物，多以REE3+的形式通過類質(zhì)同象替代與其半徑相似的Ca2+進(jìn)入白云石等鈣質(zhì)鹽類礦物晶格中[14]，可依據(jù)礦物中稀土元素示蹤成礦物質(zhì)來源[15]。相對于金屬礦物，稀土元素更容易富集于脈石礦物中，因此可用白云石稀土元素來近似代替硫化物階段的稀土特征。白云石與圍巖稀土配分模式相似，均具有輕稀土富集和Eu負(fù)異常特征，這種相似性揭示了白云石中的稀土元素可能來自圍巖地層。MICHARD[10]的研究認(rèn)為，碳酸鹽地層淋濾出的流體∑REE相對較低，而納雍枝熱液白云石的∑REE(20.371×10-6～28.471×10-6，n=6)略高于圍巖的∑REE(10.207×10-6～23.487×10-6，n=3)，指示圍巖地層并非成礦物質(zhì)的唯一來源。Pb同位素是成礦物質(zhì)來源的重要指示劑[16]，納雍枝的Pb同位素相比泥盆-二疊系碳酸鹽巖和峨眉山玄武巖有較大區(qū)別，與震旦系燈影組白云巖接近，與變質(zhì)基底昆陽群和會理群大部分重合[3-4]，表明納雍枝礦床成礦物質(zhì)具有多源性，變質(zhì)基底也為成礦物質(zhì)的主要來源之一。

4.2 礦床成因

王生偉等[5]利用閃鋅礦的Rb-Sr同位素測得納雍枝礦床成礦年代為(458±0.2) Ma，與揚子西緣馬元鉛鋅礦床閃鋅礦的Rb-Sr年齡相似(486 Ma)[17]。在加里東期，該區(qū)地殼出現(xiàn)多次升降，最為直接的證據(jù)就是揚子西緣奧陶-泥盆系部分地層缺失，前人認(rèn)為與之相對應(yīng)的構(gòu)造事件為都勻運動和廣西運動[18]。范祥發(fā)等[19]認(rèn)為都勻運動、廣西運動是早古生代晚期華夏地塊由南東向北西方向與揚子陸塊發(fā)生碰撞而形成近EW向的安順鎮(zhèn)遠(yuǎn)深大斷裂和前陸盆地邊緣的原因，其為成礦物質(zhì)的運移和沉淀提供了場所，具有良好的MVT型礦床成礦背景[2]。本文通過將納雍枝礦床與MVT型礦床典型特征進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)它們之間有眾多相似之處(見表2)。此外，不同成因類型鉛鋅礦床中閃鋅礦的Ga和In元素含量存在較大的差異，如：矽卡巖型鉛鋅礦床相對富集In，其閃鋅礦的ω(Ga)/ω(In)常小于1；VMS型鉛鋅礦床中Ga和In含量相對一致，其閃鋅礦的ω(Ga)/ω(In)約等于1；而MVT型鉛鋅礦床則相對富集Ga，其閃鋅礦的ω(Ga)/ω(In)大于1[20]。因此，利用閃鋅礦lnω(Ga)-lnω(In)圖解可以進(jìn)一步揭示鉛鋅礦床的成因類型(見圖5)。納雍枝鉛鋅礦床主成礦階段閃鋅礦的ω(Ga)/ω(In)均大于1，lnω(Ga)-lnω(In)圖解顯示其與馬元[21]、大梁子[22]、習(xí)水洞子[23]以及勐興[24]等典型MVT型鉛鋅礦床中閃鋅礦的Ga和In組成極為相似，而明顯區(qū)別于都龍[25]和駱駝山[26]矽卡巖型鉛鋅礦床，以及小鐵山、錫鐵山等典型VMS型鉛鋅礦床[9]。結(jié)合大地構(gòu)造背景、礦床地質(zhì)特征以及地球化學(xué)證據(jù)綜合分析，認(rèn)為納雍枝礦床為MVT型鉛鋅礦床。

表2 納雍枝礦床與MVT型礦床地質(zhì)特征對比

圖5 納雍枝礦床閃鋅礦lnω(Ga)-lnω(In)關(guān)系[9]

5 結(jié)論

a.納雍枝礦床賦存于下寒武統(tǒng)清虛洞組白云巖地層中，礦體受構(gòu)造控制明顯，呈層狀、似層狀產(chǎn)于構(gòu)造破碎帶中。成礦作用包括沉積期、熱液期和表生期，熱液期進(jìn)一步劃分為金屬硫化物階段與石英-碳酸鹽階段，其中具有經(jīng)濟價值的閃鋅礦、方鉛礦等金屬礦物沉淀于硫化物階段。

b.納雍枝礦床白云石稀土特征表明，成礦物質(zhì)具有多源性，結(jié)合Pb同位素特征，認(rèn)為成礦物質(zhì)主要來源于變質(zhì)基底和圍巖地層。

c.納雍枝礦床與MVT礦床的地質(zhì)特征相似，結(jié)合閃鋅礦的lnω(Ga)-lnω(In)圖解，表明其成因類型為MVT型礦床。

致 謝：在野外地質(zhì)調(diào)查工作期間得到了貴州泛華礦業(yè)集團有限公司的幫助，樣品采集與預(yù)處理過程中來自實驗室科研團隊的陳俞宏、賈禎提供了熱心的幫助，論文寫作過程中劉錦康提供了非常寶貴的建議，在此一并表示衷心的感謝。