湘西董家河有機(jī)流體與鉛鋅成礦關(guān)系

楊柳，徐怡然，尹萍，鄭平，JASMI Hafiz Abdul Aziz

（1.湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410151；2. 馬來西亞大學(xué)理學(xué)院地質(zhì)系，馬來西亞 吉隆坡 50603）

董家河鉛鋅礦位于湘西懷化市沅陵縣南東部，是湘西鉛鋅成礦帶內(nèi)典型鉛鋅礦山之一。近年來在湘西金屬成礦帶內(nèi)有多個(gè)鉛鋅礦山均陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了含烴包裹體，因此探討有機(jī)流體與本區(qū)鉛鋅成礦之間的關(guān)系是區(qū)域鉛鋅成礦研究的熱點(diǎn)之一[1-3]。董家河鉛鋅礦是湘西鉛鋅成礦帶震旦系內(nèi)唯一的大型鉛鋅礦，且以強(qiáng)烈的硅化及黃鐵礦化區(qū)別于帶內(nèi)其他鉛鋅礦。前人對(duì)董家河鉛鋅礦的地質(zhì)特征、控礦因素、地球化學(xué)特征及礦床成因開展了研究[4，5]，但對(duì)于董家河鉛鋅礦與有機(jī)流體的關(guān)系，目前尚少研究涉及。因此本文在董家河鉛鋅礦通過激光拉曼技術(shù)對(duì)閃鋅礦開展有機(jī)包裹體研究，并結(jié)合湘西區(qū)域地質(zhì)背景，探討有機(jī)流體與鉛鋅成礦的關(guān)系，以期為本區(qū)鉛鋅成礦研究及震旦系鉛鋅資源潛力評(píng)估提供新的信息。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

湘西地區(qū)位于揚(yáng)子地塊東南緣，是鄂西-湘西北鉛鋅成礦帶的重要組成部分。本區(qū)以近NE的湘黔深大斷裂為界，西北部隸屬上揚(yáng)子地塊武陵構(gòu)造帶，東南部為下?lián)P子地塊雪峰山構(gòu)造帶。該區(qū)經(jīng)歷了多個(gè)構(gòu)造發(fā)展階段，逐步從陸緣轉(zhuǎn)變至陸內(nèi)環(huán)境。本區(qū)出露有新元古代板溪群至侏羅系各期地層，但局部缺失泥盆系及石炭系地層。新元古代板溪群為一套碎屑巖-火山碎屑巖。震旦系下統(tǒng)南沱組為復(fù)成分底礫巖-砂礫巖-長(zhǎng)石石英砂巖-砂巖夾泥巖組合，局部夾火山巖；震旦系上統(tǒng)自下而上分為陡山沱組、燈影組，前者含有較多的黑色頁巖，而后者則以大套白云巖為特征。

本區(qū)構(gòu)造格架以北東向的褶皺變形和深大斷裂為主，發(fā)育有花垣-張家界斷裂、吉首-古丈斷裂、麻栗場(chǎng)斷裂等一系列北北東-北東-北東東向弧形展布斷裂帶。本區(qū)巖漿巖活動(dòng)較弱，僅局部有零星基性超基性巖巖脈發(fā)育于板溪群地層中。

2 礦床地質(zhì)特征

湘西董家河鉛鋅礦位于湖南省懷化市沅陵縣筲箕灣鎮(zhèn)境內(nèi)董家河背斜北東段。礦區(qū)范圍內(nèi)出露地層為新元古代板溪群、震旦系（下統(tǒng)南沱組、上統(tǒng)陡山沱組及燈影組）、寒武系和第四系。礦區(qū)主要構(gòu)造為董家河背斜，軸向北東60°。該背斜在礦區(qū)內(nèi)軸面傾向南東，呈斜歪背斜。北西翼較陡（50°～70°），南東翼較緩（30°～50°），向北東端略有傾伏。

董家河鉛鋅礦礦體賦存于震旦系陡山沱組下段底部白云巖中，賦礦圍巖為陡山沱組下段微晶白云巖。礦區(qū)內(nèi)目前已圈出10個(gè)礦體，多呈似層狀近東西向發(fā)育于背斜軸部和兩翼。礦體嚴(yán)格受地層控制，產(chǎn)狀（走向、傾向）與地層產(chǎn)狀基本一致，變化較小（圖1）。礦區(qū)主礦體延展規(guī)模大，沿走向長(zhǎng)達(dá)1600m，最大控制斜深470m。礦層厚度為0.81m～5.51m，平均厚1.39m，Zn+Pb平均品位＞2.76%。

圖1 董家河鉛鋅礦地質(zhì)簡(jiǎn)圖

礦區(qū)主要以原生礦為主，氧化礦及混合礦相對(duì)較少。原生礦礦物成分比較簡(jiǎn)單，礦石礦物主要以黃鐵礦和閃鋅礦為主，少量方鉛礦。脈石礦物以白云石和方解石為主，次為石英和玉髓，少量絹云母和白云母等粘土礦物。

礦區(qū)圍巖蝕主要有黃鐵礦化、硅化及碳酸鹽化。據(jù)礦體特征、礦物組合特征及室內(nèi)巖相學(xué)研究，可將董家河鉛鋅礦床大致分為三個(gè)成礦階段：

（1）石英-黃鐵礦階段：含礦熱液沿?cái)嗔淹ǖ肋\(yùn)移至董家河背斜內(nèi)裂隙較發(fā)育的微晶白云巖中以充填或交代方式形成條帶狀、層狀或脈狀礦石。金屬礦物為黃鐵礦，非金屬礦物為石英。礦石結(jié)構(gòu)主要為自形-半自形、它形粒狀及壓碎結(jié)構(gòu)。

（2）多金屬硫化物階段：成礦熱液沿著薄層白云巖層間裂隙充填至背斜軸部、傾伏端和虛脫部位，部分沿著石英-黃鐵礦階段石英裂隙充填交代，形成塊狀、浸染狀、角礫狀、脈狀團(tuán)塊狀及網(wǎng)脈狀礦石。金屬礦物為黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦，非金屬礦物主要為石英、少量方解石。礦石結(jié)構(gòu)為他形粒狀結(jié)構(gòu)、填隙結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)或穿插結(jié)構(gòu)

（3）碳酸鹽巖階段：熱液沿著白云巖層間裂隙及早期礦體中的構(gòu)造裂隙充填。主要以碳酸鹽巖、石英及少量方鉛礦為主，偶見黃鐵礦及閃鋅礦。

3 激光拉曼分析

從礦區(qū)揀選新鮮礦石，磨制流體包裹體片，鏡下觀察后，送中國(guó)地調(diào)局武漢調(diào)查中心流體包裹體實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行激光拉曼分析。

鏡下觀察顯示董家河礦區(qū)閃鋅礦中包裹體較為發(fā)育，據(jù)包裹體成分及常溫下特征，可將閃鋅礦中原生包裹體劃分鹽水包裹體（Ⅰ）、含烴鹽水包裹體（Ⅱ）及含瀝青包裹體（Ⅲ）（圖2）。鹽水包裹體數(shù)量最多，可占包裹體總數(shù)的70%左右，大小通常在12μm以下，少數(shù)可達(dá)25μm左右。此類包裹體顏色透明，形狀多以圓形、橢圓形、多邊形、條狀及不規(guī)則狀為主。

圖2 董家河鉛鋅礦閃鋅礦有機(jī)包裹體顯微照片

含烴鹽水包裹體在閃鋅礦礦中也較為常見，可占包裹體總數(shù)的20%。此類包裹體外形及大小與鹽水包裹體相近，但是液相部分通常有較粗的黑邊，氣泡相對(duì)較暗。含瀝青包裹體數(shù)量相對(duì)較少，約占包裹體總數(shù)的10%左右。此類包裹體大小與形態(tài)均與前兩類相似，但是顏色普遍發(fā)暗發(fā)黑，在包裹體中部可隱約可見亮色線條。

含烴鹽水包裹體的拉曼圖譜中3400cm-1位置可見寬緩拉曼譜峰，在2910cm-1處可見拉曼尖峰，顯示其氣象成分為H2O及CH4（圖3-a）。含瀝青包裹體的拉曼圖譜在1345cm-1及1615cm-1位置可見拉曼尖峰，為典型的成對(duì)出現(xiàn)的瀝青譜峰，在2958cm-1位置見尖峰，顯示含有C2H6（圖3-b）。因此，激光拉曼測(cè)試顯示有機(jī)流體參與了閃鋅礦的形成。

圖3 董家河鉛鋅礦閃鋅礦有機(jī)包裹體激光拉曼圖譜

4 有機(jī)流體與成礦的關(guān)系

本次激光拉曼測(cè)試工作在董家河鉛鋅礦主要金屬礦物閃鋅礦內(nèi)發(fā)現(xiàn)了含烴包裹體及含瀝青包裹體，顯示有機(jī)流體參與了鉛鋅成礦。在湘西地區(qū)，多個(gè)鉛鋅礦床均報(bào)道見有含烴類包裹體發(fā)育或是與鉛鋅礦化共生的瀝青，加之本區(qū)部分鉛鋅礦與古油藏有著密切的時(shí)空關(guān)系，因此前人認(rèn)為有機(jī)流體在湘西地區(qū)鉛鋅成礦過程中發(fā)揮了重要的作用[3]。

湘西及揚(yáng)子地臺(tái)周邊多個(gè)鉛鋅賦礦地層中有古油藏存在，例如張家界慈利地區(qū)的南山坪古油藏、金沙巖及黔南麻江古油藏。這是由于本區(qū)震旦紀(jì)至早寒武世，處于盆地相—陸棚相沉積環(huán)境，黑色泥頁巖發(fā)育。例如在湘西地區(qū)張家界、吉首、懷化等地出露的震旦系及寒武系地層中的黑色巖系均富含有機(jī)質(zhì)，局部地層中所含的總有機(jī)碳范圍可高達(dá)13.4%，且所含的有機(jī)質(zhì)普遍進(jìn)入了過成熟演化階段。除有機(jī)質(zhì)外，這些黑色巖系還富含鉛、鋅、銀、釩、鉑、鎳等多種金屬元素，被前人視為本區(qū)鉛鋅成礦的主要金屬源區(qū)之一[2-3]。

沉積物的成巖壓實(shí)作用，使得黑色頁巖中高達(dá)70%的H2O被驅(qū)離源區(qū)。這些被壓實(shí)作用重新活化的H2O，溫度及鹽度受沉積層厚度影響，溫度可達(dá)200℃左右，鹽度也可達(dá)到20%NaCleqv。而黑色泥頁巖內(nèi)富含有機(jī)質(zhì)在干餾作用下產(chǎn)生烴類，混入流體中逐漸向油田鹵水轉(zhuǎn)變。陡山沱組黑色巖系沉積期本區(qū)正處于裂谷盆地晚期，因此其具有較高的地溫梯度，可以加速有機(jī)質(zhì)向烴類的轉(zhuǎn)化。

這些源自烴源巖層內(nèi)的建造水逐漸向油田鹵水過渡，并且在持續(xù)的水巖作用下，通過有機(jī)酸萃取的方式使得地層中富含的鉛鋅等金屬元素活化、遷移并最終進(jìn)入到流體中形成富含鉛鋅成礦元素的成礦流體[3]。

本區(qū)進(jìn)入克拉通盆地演化階段后，由早期裂谷盆地面貌逐漸過渡到臺(tái)地相沉積。加里東末期的廣西運(yùn)動(dòng)使地殼抬升、海盆關(guān)閉并產(chǎn)生褶斷而破壞本區(qū)地層穩(wěn)定性。因受地層破壞的影響，封存于黑色巖系內(nèi)的富有機(jī)質(zhì)流體在構(gòu)造的驅(qū)動(dòng)下攜帶大量的金屬物質(zhì)以金屬有機(jī)絡(luò)合物的方式沿著斷裂或巖石中的孔隙系統(tǒng)進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)移。

震旦系陡山沱組、燈影組內(nèi)白云巖層因礦物顆粒間的孔隙較為發(fā)育通常是含礦流體遷移最好的通道。另一方面，白云巖層內(nèi)通常發(fā)育以海相硫酸鹽為主的膏巖層，可被層間建造水或大氣降水溶解而封閉在層間孔隙系統(tǒng)內(nèi)或斷裂系統(tǒng)內(nèi)。當(dāng)富含有機(jī)質(zhì)的成礦流體沿著通道遷移，進(jìn)入褶皺及其衍生的斷裂系統(tǒng)層間構(gòu)造虛脫帶，并與空間內(nèi)含海相硫酸鹽先存流體發(fā)生混合。有機(jī)物和硫酸鹽之間在中溫環(huán)境下發(fā)生熱化學(xué)還原反應(yīng)，生成大量還原性硫與成礦流體中金屬元素結(jié)合生成硫化物，導(dǎo)致鉛鋅等金屬成礦物質(zhì)大量卸載沉淀進(jìn)而富集成礦。

5 結(jié)論

（1）激光拉曼測(cè)試結(jié)果顯示董家河鉛鋅礦閃鋅礦中有機(jī)組分為甲烷、乙烷及瀝青。

（2）流體中的有機(jī)成分為金屬遷移提供了便利，并且通過與海相硫酸鹽的熱化學(xué)還原反應(yīng)導(dǎo)致流體中的金屬卸載成礦。