黔東鉛鋅礦床地質(zhì)特征與分布規(guī)律及成因分析

彭 松，金中國，劉開坤，王 瓊

(1.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局核資源地質(zhì)調(diào)查院，貴州 貴陽 550005；(2.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局，貴州 貴陽 550005)

0 引言

近年來，隨著貴州五指山地區(qū)納雍枝大型鉛鋅礦床的發(fā)現(xiàn)，打破了貴州無大型鉛鋅礦床的歷史，引起地質(zhì)學(xué)界的熱議。眾多專家學(xué)者從礦床特征[1-5]、控礦因素[6-7]、成礦過程[8]、成礦模式[4，7，9]、成礦地質(zhì)條件[7，10]等方面對五指山礦集區(qū)作了大量的研究。但由于缺乏年代學(xué)證據(jù)，成礦帶歸屬問題尚未定論，王生偉等[11]利用Rb-Sr等時線法獲得其成礦年齡為(458.2±2.9)Ma，韋晨等[12]通過對比研究，認(rèn)為五指山礦集區(qū)應(yīng)屬黔東成礦帶，第一次提出成礦帶歸屬。黔東成礦帶多為礦點、小型礦床及少數(shù)中型礦床，如牛角塘、銅仁塘邊、卜口長、嗅腦等礦床，將五指山礦集區(qū)成礦帶歸屬于黔東成礦帶，填補了湘西—黔東成礦帶在貴州境內(nèi)無大型鉛鋅礦床的空白，更使黔東成礦帶地域上向西延伸至普定五指山地區(qū)。結(jié)合前人對黔東鉛鋅礦的研究，對黔東成礦帶內(nèi)幾個典型礦床成礦地質(zhì)背景、礦床地質(zhì)特征、礦床地球化學(xué)特征及礦床空間分布規(guī)律進(jìn)行初步總結(jié)，分析其礦床成因類型，并嘗試探討其成礦過程。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及礦床分布規(guī)律

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

黔東成礦帶位于揚子陸塊東南緣，與江南造山帶西部相接。區(qū)域性構(gòu)造為NE向木黃-貴陽-普安大斷裂和三都—萬山大斷裂及以其為中心的斷裂-褶皺系。木黃-貴陽-普安大斷裂經(jīng)印江木黃、石阡、貴陽、安順、普安等地斜貫貴州全境，南延云南師宗，北延湖南慈利，走向北東，為一條巖石圈深大斷裂。三都—萬山大斷裂經(jīng)銅仁、玉屏、臺江、丹寨、三都及獨山基長等地，北東走向，斜貫省境的一條多期活動的隱伏巖石圈深大斷裂，始于雪峰-加里東期[13]。

區(qū)內(nèi)除志留系缺失外，從新元古界到第四系均有出露，而下古生界沉積的碳酸鹽巖厚度達(dá)上千余米[14]，其中震旦系燈影組與寒武系清虛洞組為區(qū)內(nèi)鉛鋅的主要賦礦層位(圖1)。

圖1 黔東大地構(gòu)造位置圖(a)及鉛鋅礦床分布地質(zhì)簡圖(b)

1.2 礦床分布規(guī)律

從空間上看，鉛鋅礦的分布與區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造密切相關(guān)，礦床(點)的分布受NE向的深大斷裂控制。西部鉛鋅礦床沿木黃-貴陽-普安大斷裂北西側(cè)分布，東部鉛鋅礦床分布以NE向三都—萬山斷裂為中心呈帶狀展布。

區(qū)內(nèi)NE向的深大斷裂控制了次級構(gòu)造單元的發(fā)育，鉛鋅礦床的空間分布明顯受區(qū)域構(gòu)造格架的控制，NE向的斷層-褶皺構(gòu)造組合為區(qū)內(nèi)主要控礦構(gòu)造。納雍枝礦床形成于五指山背斜和NE向次級斷層組成的構(gòu)造中，都勻牛角塘鉛鋅礦床受控于獅子洞背斜和NE向的早樓斷裂及其次級斷裂構(gòu)造組合，竹子寨—大雅背斜和NE向的松桃—水田斷裂及其次級斷裂控制嗅腦鉛鋅礦床，塘邊、卜口場礦床受偏巖背斜和NE向銅仁—玉屏大斷裂及其NE向斷層的構(gòu)造控制。

2 礦床地質(zhì)特征

研究區(qū)除志留系缺失外，從新元古界到白堊系地層均有出露，巖性以碳酸鹽巖為主，泥(頁)巖、砂巖次之。區(qū)域性構(gòu)造木黃-貴陽-普安大斷裂和三都—萬山大斷裂呈NE向貫穿研究區(qū)，受武陵—喜山期構(gòu)造運動影響，礦床分布區(qū)域構(gòu)造變形復(fù)雜，主體構(gòu)造為軸向NE的背斜(五指山背斜、偏巖背斜)和切穿背斜的NE向斷層。區(qū)內(nèi)巖漿活動弱，西部地區(qū)僅出露上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖，且在五指山地區(qū)被剝蝕殆盡，東部地區(qū)在梵凈山一帶見花崗巖體產(chǎn)出，在凱里—鎮(zhèn)遠(yuǎn)、雷山一帶見鉀鎂煌斑巖出露。

2.1 賦礦層位及巖性

黔東鉛鋅礦床(點)主要產(chǎn)于碳酸鹽巖地層中，白云巖、灰?guī)r為主要的賦礦巖性，賦礦層位為震旦系燈影組至寒武統(tǒng)清虛洞組。五指山背斜北東端杜家橋礦床鉛鋅產(chǎn)于震旦系燈影組中，賦礦圍巖為白云巖；納雍枝、都勻牛角塘礦床產(chǎn)于下寒武統(tǒng)清虛洞組白云巖中；銅仁塘邊、卜口場、嗅腦、廣龍坡等礦床鉛鋅均產(chǎn)于下寒武統(tǒng)清虛洞組灰?guī)r中(表1)。

表1 黔東鉛鋅礦床地質(zhì)特征

2.2 礦體特征

鉛鋅礦體多為層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)于白云巖、灰?guī)r中，礦體產(chǎn)狀與賦礦圍巖一致，傾角較小。少數(shù)礦體呈脈狀產(chǎn)出于斷層破碎帶中，礦體產(chǎn)狀呈高角度陡傾，如納雍枝鉛鋅礦床[9]。層狀、似層狀礦體空間上呈多層分布，如杜家橋、納雍枝、牛角塘等礦床分為三層礦體[2，4，15-16]，塘邊、卜口場、嗅腦等礦床呈現(xiàn)上下兩層礦體[17-19]。礦體走向延伸數(shù)十米至上千米，礦床鉛、鋅品位變化范圍較大，介于百分之零點幾至百分之二十幾之間。產(chǎn)于震旦系燈影組中的礦體主要以鉛為主，鋅含量較低，如杜家橋礦床；產(chǎn)于下寒武統(tǒng)清虛洞組中的礦體則以鋅為主，鉛含量相對較低，如納雍枝、牛角塘、塘邊、卜口場等礦床。

2.3 礦石特征

礦石組成及共生礦物組合相對簡單，主要以閃鋅礦、方鉛礦為主，礦石具自形粒狀、自形—他形粒狀、碎裂、交代殘余結(jié)構(gòu)和塊狀、浸染狀、脈狀構(gòu)造。通過對區(qū)內(nèi)部分礦床進(jìn)行統(tǒng)計研究，不同時代圍巖中礦床的礦物組成略有差別，產(chǎn)于震旦系燈影組的杜家橋礦床礦石礦物主要為方鉛礦，次為閃鋅礦，脈石礦物則常見白云石、石英[3，15]；寒武系清虛洞組的納雍枝、牛角塘、塘邊、嗅腦等礦床礦石礦物則主要為閃鋅礦，方鉛礦、黃鐵礦次之，脈石礦物多為方解石、白云石、重晶石及碳泥質(zhì)[9，16-21]。至于為何不同時代圍巖中礦床的礦物組成呈現(xiàn)出的這一差別，有待進(jìn)一步研究。

2.4 礦化蝕變類型

礦床圍巖蝕變普遍較弱，主要有白云石化、方解石化、黃鐵礦化等。不同巖性的圍巖蝕變類型也略有差異，產(chǎn)于白云巖中的礦床，一般蝕變類型為白云石化、方解石化、黃鐵礦化及弱硅化；產(chǎn)于灰?guī)r中的礦床，礦化蝕變類型一般為方解石化、白云石化及碳泥質(zhì)(有機(jī)質(zhì))。白云石化普遍存在，在空間上從西往東白云石化有變?nèi)醯内厔?，筆者認(rèn)為是由圍巖的性質(zhì)所導(dǎo)致的這一現(xiàn)象。

3 礦床地球化學(xué)特征

3.1 碳氧同位素地球化學(xué)特征

陳國勇等[6]對納雍枝礦床碳氧同位素進(jìn)行研究表明，白云石脈的δ13CPBD值范圍為-1.02‰～-0.26‰，δ18OSMOW值范圍為19.42‰～24.89‰；白云巖中δ13CPBD值為-0.21δ‰，δ18OSMOW值為25.80‰。都勻牛角塘方解石脈中的δ13CPBD值-0.18‰，δ18OSMOW值為20.72‰；圍巖白云巖中的δ13CPBD值為0.43‰～0.87‰，δ18OSMOW值為20.19‰～20.63‰[21]；銅仁塘邊方解石脈中的δ13CPBD值范圍為0.5‰～1.5‰，δ18OSMOW值范圍為22.2‰～25.1‰，圍巖中的δ13CPBD值為-1.16‰～1.70‰，δ18OSMOW值為20.57‰～22.52‰[18，23]。松桃嗅腦方解石脈狀中δ13CPBD值為-0.32‰～0.42‰，δ18OSMOW值為16.89‰～18.25‰；圍巖中δ13CPBD值為-0.25‰～1.45‰，δ18OSMOW值范圍為19.63‰～22.42‰[23]。

單個礦床礦石和圍巖中的δ13CPBD、δ18OSMOW值差別并不大，認(rèn)為流體中的C與賦礦地層同源或流體在運移過程中與圍巖發(fā)生水-巖反應(yīng)。在δ13CPBD- δ18OSMOW圖解(圖2)上，以上幾個礦床的C、O同位素組成投點主要落入或靠近海相碳酸鹽巖的范圍，并且呈近似水平分布，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，而成礦期與沉積成巖期為不同時期，礦體的形成明顯晚于圍巖，說明成礦流體與碳酸鹽巖發(fā)生水-巖反應(yīng)，成礦流體中的C主要來自碳酸鹽圍巖，是碳酸鹽巖溶解作用形成。

圖2 黔東鉛鋅礦床δ13CPBD - δ18OSMOW圖解

3.2 硫同位素地球化學(xué)特征

本區(qū)內(nèi)鉛鋅礦床硫同位素均為正值，納雍枝、杜家橋鉛鋅礦床δ34S范圍為+15.94‰～+23.40‰[15，24]，集中分布于+21‰～+26‰之間。牛角塘δ34S值變化范圍為+10.03‰～+32.82‰，變化范圍較大，具塔式分布特征，集中分布區(qū)間為+22‰～+30‰[25]。嗅腦δ34S值變化范圍為+26.30‰～+34.90‰[26]。塘邊δ34S值變化范圍為+25.20‰～+36.10‰[19]。卜口場δ34S值變化范圍為+22.80‰～+38.00‰[21，26]。該區(qū)內(nèi)δ34S范圍在+18.23‰～+36.39‰之間，富集重硫，空間上由西往東形成逐漸變高趨勢(表2)。

表2 黔東鉛鋅礦床硫同位素組成

以上礦床δ34S同位素均不具備δ34S黃鐵礦>δ34S閃鋅礦>δ34S方鉛礦的特征，礦床中主要硫化物為閃鋅礦、方鉛礦和黃鐵礦，僅少見量重晶石，未見黃銅礦等礦物，暗示硫同位素在硫化物間的分餾未達(dá)到平衡，故其均值不能代表流體δ34S∑S值。西部的杜家橋、納雍枝、牛角塘礦床δ34S集中分布于+21‰～+30‰之間，與地層中蒸發(fā)相碳酸鹽巖其δ34S組成(+24‰～+28‰)接近[12]。而東部的嗅腦、塘邊、卜口場等礦床δ34S值組成范圍主要分布于+26‰～+34‰之間，明顯高于賦礦地層，下伏陡山沱組磷塊巖δ34S值為+34.2‰～+42.4‰[27]，故認(rèn)為成礦流體可能與下伏磷塊巖有關(guān)。

綜上研究表明，東西部礦床δ34S值空間上由西往東形成逐漸變高趨勢，西部礦床δ34S值與地層中蒸發(fā)相碳酸鹽巖其δ34S組成接近，認(rèn)為其來源于海相碳酸鹽巖；東部礦床δ34S值更接近下伏陡山沱組磷塊巖中的δ34S組成，認(rèn)為流體可能流經(jīng)該地層，萃取其重硫?qū)е?。?dāng)流體運移至這些富重硫地層時，萃取了這其中的重硫，當(dāng)發(fā)生熱化學(xué)還原機(jī)制(TSR)，使富重硫的硫酸鹽發(fā)生同位素分餾，從而形成接近各礦區(qū)硫化物δ34S值。

3.3 鉛同位素地球化學(xué)特征

根據(jù)前人研究表明[19，24-26]，黔東成礦帶鉛鋅礦礦床鉛同位素范圍206Pb/204Pb比值為17.828～18.230，207Pb/204Pb比值為15.621～15.811，208Pb/204Pb比值為37.922～38.888，單個礦床及整個成礦帶礦床Pb同位素變化范圍較小。

將Pb同位素組成范圍投入與基地地層207Pb/204Pb -206Pb/204Pb圖解中(圖3)，得到的投入陰影位于上地殼Pb平均演化線上附近，表明其成礦物質(zhì)具有殼源特征，將其與下方燈影組及深部基底地層進(jìn)行對比[28]，結(jié)果顯示與燈影組地層存在明顯差別，與基底巖石部分重疊，說明其金屬成礦物質(zhì)主要來源于基底巖石。

圖3 黔東鉛鋅礦床Pb同位素組成與基底地層207Pb/204Pb - 206Pb/204Pb圖解

4 礦床成因分析

4.1 成礦時代

鉛鋅礦床的定年一直是地質(zhì)學(xué)界的難題，在五指山礦田發(fā)現(xiàn)之初，許多的專家學(xué)者對其進(jìn)行大量研究，但由于缺乏年代學(xué)證據(jù)，對其成礦時代未獲得統(tǒng)一的認(rèn)識。王生偉等(2018)[11]通過閃鋅礦的Rb-Sr等時線法獲得其成礦年齡為(458.2±2.9)Ma。楊紅梅等(2015)[20]、于玉帥等(2017)[19]利用同樣的Rb-Sr等時線法對黔東銅仁卜口場、塘邊鉛鋅礦床進(jìn)行測年，獲得其成礦年齡分別為422～483 Ma和(477±5)Ma，與五指山礦田成礦時代接近。表明黔東成礦帶為同一時期形成，其成礦時代為奧陶世，與加里東運動相關(guān)，也是韋晨等將五指山礦田歸屬于黔東成礦帶的重要證據(jù)之一。

4.2 礦床成因類型

前人對密西西比河谷型(MVT)鉛鋅礦床研究表明，MVT型鉛鋅礦床在成因、成礦背景、圍巖、礦體、礦石、地球化學(xué)等方面具有其獨特特征[29-30]，將黔東鉛鋅礦床地質(zhì)特征與MVT型鉛鋅礦床進(jìn)行對比(表3)，研究表明黔東鉛鋅礦床與MVT型鉛鋅礦床具有相同的成礦機(jī)理，在成因類型上屬MVT型礦床。

表3 黔東鉛鋅礦床與典型MVT型鉛鋅礦床主要特征對比

5 成礦過程討論

加里東期，隨著揚子板塊與華夏板塊再次匯聚、碰撞，區(qū)內(nèi)的木黃-貴陽-普安大斷裂和三都—萬山大斷裂兩條巖石圈深大斷裂復(fù)活、形成[13]，為深部的金屬成礦物質(zhì)提供上升通道，同時板塊的匯集、碰撞導(dǎo)致的武夷—云開陸內(nèi)造山事件，為成礦提供驅(qū)動熱源。地層壓力增加，溫度升高，深部鹵水?dāng)y帶深部金屬成礦物質(zhì)通過深大斷裂往上運移，流體運移過程中萃取了地層中的重硫，經(jīng)次級大斷層將成礦物質(zhì)導(dǎo)入礦區(qū)，再通過NE向斷層進(jìn)入賦礦地層，在物理化學(xué)條件變化或能量的突然釋放下與圍巖發(fā)生水-巖反應(yīng)，鉛鋅等金屬元素以硫化物的形式沉淀于斷層-褶皺構(gòu)造所產(chǎn)生的虛脫空間、層間破碎帶內(nèi)，形成層狀、似層狀礦體，從而形成黔東MVT型鉛鋅礦床。

6 結(jié)論

1)鉛鋅礦床沿木黃-貴陽-普安大斷裂、三都—萬山斷裂為中心呈帶狀展布，分級控礦特征明顯，區(qū)域性大斷層控制礦床的分布；背斜-斷層構(gòu)造組合控制礦體的展布，是主要的控礦構(gòu)造組合。

2)成礦流體中C主要來自碳酸鹽圍巖，是碳酸鹽巖溶解作用形成；成礦物質(zhì)S來源于海相碳酸鹽巖，Pb同位素具殼源特征，主要來源于基底巖石。

3)黔東鉛鋅礦床成礦時代為加里東期(早古生代奧陶世)，是揚子板塊和華夏板塊碰撞、造山的產(chǎn)物，在成因類型上屬于典型的MVT型鉛鋅礦床。