黃陵背斜北緣竹園溝—下坪鋅礦床地質(zhì)與地球化學(xué)特征

雷 靂， 周 舟， 楊 朋， 劉 銀， 蔣達(dá)源， 向 萌， 張 凡

(湖北省地質(zhì)局 第七地質(zhì)大隊(duì)，湖北 宜昌 443100)

黃陵背斜地處湘西—鄂西成礦帶北段，是中國(guó)重要的金屬成礦區(qū)，在其周緣碳酸鹽巖中已發(fā)現(xiàn)凹子崗[1,2]、白雞河[3]、灘於河等代表性鉛鋅礦床，賦礦層位主要為震旦系。竹園溝—下坪鋅礦床位于黃陵背斜北緣?？悼h境內(nèi)，賦存于震旦系燈影組中，為隱伏鋅礦床，該礦床的發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了黃陵背斜地區(qū)深部鉛鋅礦找礦突破。竹園溝—下坪鋅礦床地層控礦特征明顯，資源潛力較大，但目前尚未對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)研究。本文通過(guò)分析該礦床地質(zhì)特征和S、Pb、Sr等同位素地球化學(xué)性質(zhì)，揭示其礦床類型及成礦物質(zhì)來(lái)源，為黃陵背斜周緣鉛鋅礦的勘查和研究提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

黃陵背斜具有由前震旦系變質(zhì)結(jié)晶基底和震旦系—二疊系蓋層組成的二元結(jié)構(gòu)特征，二者呈角度不整合接觸。變質(zhì)基底主要由晚太古界—元古界中深變質(zhì)巖、混合巖及巖漿巖組成，沉積蓋層主要由震旦系—二疊系海相碳酸鹽巖、碎屑巖組成，地層由老至新圍繞背斜核部依次向外呈環(huán)形展布[4]。震旦系燈影組和陡山沱組是區(qū)域上重要的鉛鋅礦賦礦層位[5]，其中以燈影組為主(圖1)。

黃陵背斜地區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要為北西向、北北西向及北北東向，北西向以霧渡河斷裂為代表，斜切黃陵背斜核部；北北西向及北北東向分別以遠(yuǎn)安西部斷裂和新華斷裂為代表，沿黃陵背斜周緣分布。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造規(guī)模大，通常具多期次活動(dòng)，但與鉛鋅成礦無(wú)直接聯(lián)系[5]。區(qū)內(nèi)巖漿作用主要發(fā)生在前寒武紀(jì)，顯著早于鉛鋅礦成礦時(shí)代，鉛鋅礦成礦與巖漿活動(dòng)關(guān)系不密切[6]。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 賦礦地層特征

竹園溝—下坪鋅礦床位于湖北省?？悼h段江村和下坪村一帶，屬揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黃陵背斜的北緣。礦區(qū)出露地層主要為寒武系石龍洞組—婁山關(guān)組。震旦系上統(tǒng)燈影組根據(jù)巖性特征由下至上可劃分為蛤蟆井段、石板灘段和白馬沱段，具“兩白夾一黑”的三分特征。區(qū)內(nèi)鋅礦賦存于燈影組白馬沱段(圖2)，巖性主要為灰白色中—厚層狀粉晶白云巖、亮晶白云巖、亮晶含砂屑團(tuán)塊白云巖，底部溶蝕孔洞發(fā)育。

2.2 礦體特征

鋅礦體主要賦存于燈影組白馬沱段中下部粉晶白云巖中，呈層狀、似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與圍巖產(chǎn)狀基本一致，礦體內(nèi)部貧礦石與富礦石頻繁交替，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。區(qū)內(nèi)鋅礦體均由鉆孔控制，延伸長(zhǎng)約1 300 m，寬400～1 500 m，礦體埋深661.43～818.11 m，為隱伏盲礦體。礦體厚0.73～8.59 m，平均厚3.04 m；Zn品位1.17%～6.54%，平均品位3.16%。

圖1 黃陵背斜區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.1 Regional geological structure map of Huangling anticline1.第四系；2.第三系；3.白堊系；4.侏羅系；5.上古生界下中三疊統(tǒng)；6.下古生界震旦系；7.前震旦系；8.花崗巖類(呂梁期)；9.斷裂；10.背斜；11.中生代盆地；12.研究區(qū)位置；①.新華斷裂；②.仙女山斷裂；③.遠(yuǎn)安東部斷裂；④.遠(yuǎn)安西部斷裂；⑤.樟村坪斷裂；⑥.霧渡河斷裂；⑦.天陽(yáng)坪斷裂。

圖2 竹園溝—下坪鋅礦床勘查線剖面圖(據(jù)參考文獻(xiàn)[7]修改)Fig.2 Profile of exploration section of the Zhuyuangou-Xiaping zinc deposit1.寒武系上統(tǒng)—奧陶系下統(tǒng)婁山關(guān)組；2.寒武系中統(tǒng)覃家廟組；3.寒武系下統(tǒng)石龍洞組；4.寒武系下統(tǒng)天河板組；5.寒武系底—下統(tǒng)牛蹄塘組—寒武系下統(tǒng)石牌組；6.震旦系上統(tǒng)—寒武系底統(tǒng)燈影組白馬沱段；7.震旦系上統(tǒng)—寒武系底統(tǒng)燈影組石板灘段；8.震旦系上統(tǒng)—寒武系底統(tǒng)燈影組蛤蟆井段；9.震旦系下統(tǒng)陡山沱組；10.中元古界神農(nóng)架群；11.實(shí)測(cè)正斷層；12.鋅礦體；13.鉆孔

2.3 礦石特征

礦石礦物以閃鋅礦為主，見(jiàn)少量方鉛礦及黃鐵礦，還可見(jiàn)及黑色炭質(zhì)、瀝青質(zhì)。脈石礦物主要為白云石，偶見(jiàn)方解石、石英及團(tuán)塊狀有機(jī)質(zhì)。閃鋅礦常呈灰褐色、褐黃色他形粒狀分布于白云石的裂隙、溶蝕孔洞中，呈不規(guī)則團(tuán)塊狀、條帶狀、網(wǎng)脈狀等。礦石具微晶—粉晶結(jié)構(gòu)、半自形粒狀結(jié)構(gòu)，多呈塊狀構(gòu)造、網(wǎng)格角礫狀構(gòu)造，局部為浸染狀構(gòu)造(圖3)。

圖3 竹園溝—下坪鋅礦床礦石照片F(xiàn)ig.3 Photos of ore sample of the Zhuyuangou-Xiaping zinc deposit

3 礦床地球化學(xué)特征

3.1 S同位素組成

本次S同位素研究選取竹園溝—下坪鋅礦床代表性鉆孔中的3件閃鋅礦樣品進(jìn)行測(cè)試分析，結(jié)果顯示閃鋅礦δ34S值為18.78‰～21.13‰，平均值為20.34‰，以富集重硫?yàn)樘卣?。通過(guò)與揚(yáng)子陸塊北緣凹子崗、沐浴河、馬元等典型鉛鋅礦床對(duì)比，發(fā)現(xiàn)竹園溝—下坪鋅礦床的δ34S值與馬元鉛鋅礦床更為接近，而顯著低于凹子崗、沐浴河等鉛鋅礦床(表1)。

表1 典型鉛鋅礦床S同位素組成Table 1 Sulfur isotopic compositions of the typical lead-zinc deposits

將竹園溝—下坪鋅礦床的δ34S值與自然界不同地質(zhì)體硫化物的S同位素組成進(jìn)行對(duì)比，顯示其與蒸發(fā)巖和現(xiàn)代海水的δ34S值相近，而與巖漿作用的S同位素組成差異較大。同時(shí)，張同鋼等[8]研究表明，震旦紀(jì)燈影期古海水硫酸鹽的δ34S變化范圍為20.2‰～38.7‰，本次研究結(jié)果與其一致，說(shuō)明區(qū)內(nèi)閃鋅礦的S主要來(lái)源于海水硫酸鹽，即地層本身(圖4)。

圖4 竹園溝—下坪鋅礦床δ34S值分布圖Fig.4 Distribution of δ34S values from the Zhuyuangou-Xiaping zinc deposit

3.2 Pb同位素組成

竹園溝—下坪鋅礦床閃鋅礦樣品的Pb同位素組成為：206Pb/204Pb=18.09～18.10，極差為0.01%；207Pb/204Pb=15.62～15.67，極差為0.05%；208Pb/204Pb=37.93～38.09，極差為0.16%。礦石Pb同位素比值變化較小，反映Pb同位素組成比較穩(wěn)定；μ值為9.68～9.80，計(jì)算單階段模式年齡為440～510 Ma，顯示區(qū)內(nèi)礦石鉛為正常鉛，沒(méi)有異常或放射性成因鉛帶入(表2)。

將研究區(qū)Pb同位素比值投影到Zartman圖解上，樣品點(diǎn)落入上地殼附近(圖5)，說(shuō)明礦石鉛主要來(lái)源于上地殼。與區(qū)域典型鉛鋅礦床對(duì)比，竹園溝—下坪鋅礦床在Pb同位素組成和來(lái)源上與揚(yáng)子陸塊北緣的凹子崗、沐浴河鉛鋅礦床極為相似，礦石鉛均主要來(lái)源于上地殼，而馬元鉛鋅礦具造山帶混合鉛的特點(diǎn)。

3.3 Sr同位素組成

Sr同位素組成在海相碳酸鹽巖研究中得到廣泛應(yīng)用，尤其是87Sr/86Sr比值成為判斷成巖成礦物質(zhì)來(lái)源的重要指標(biāo)[6]。本次測(cè)試閃鋅礦樣品的87Sr/86Sr比值為0.711 99，明顯高于幔源Sr同位素比值(0.703 5)[13]，也高于區(qū)域上燈影組地層Sr同位素比值(0.708 34)和陡山沱組地層Sr同位素比值(0.708 11)[14]，可以排除震旦系碳酸鹽巖地層作為區(qū)內(nèi)鋅礦唯一成礦物質(zhì)來(lái)源的可能。研究表明，大陸地殼Sr同位素平均比值為0.719 0[13]，尤其是震旦系上覆地層中的頁(yè)巖、碎屑巖、泥質(zhì)巖等一般具有高的Sr同位素比值。因此推斷沉積蓋層中的泥頁(yè)巖、碎屑巖等地層為區(qū)內(nèi)鋅礦提供了成礦物質(zhì)來(lái)源。

表2 典型鉛鋅礦床Pb同位素比值及特征參數(shù)Table 2 Lead isotopic composition and characteristic parameters of the typical lead-zinc deposits

圖5 典型鉛鋅礦床Pb同位素Zartman圖解[12]Fig.5 Zartman diagram of lead isotopes of the typical lead-zinc deposits

4 礦床類型分析

竹園溝—下坪鋅礦床產(chǎn)于黃陵背斜北緣的震旦系燈影組中，礦床層控特征明顯，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)于白云巖裂隙、溶蝕孔洞中，具網(wǎng)格角礫狀、浸染狀構(gòu)造。礦石礦物組合簡(jiǎn)單，以閃鋅礦為主，可見(jiàn)方鉛礦、黃鐵礦及瀝青。圍巖蝕變較弱，發(fā)育白云石化、方解石化、硅化等。同時(shí)，閃鋅礦δ34S平均值為20.34‰，還原硫來(lái)自地層中的海相硫酸鹽；206Pb/204Pb值為18.09～18.10，207Pb/204Pb值為15.62～15.67，礦石鉛來(lái)源于上地殼。對(duì)比MVT型鉛鋅礦床基本特征[15]，竹園溝—下坪鋅礦床在地質(zhì)和地球化學(xué)特征方面與其具有明顯相似性，同時(shí)與揚(yáng)子陸塊北緣典型的MVT型馬元鉛鋅礦床[16]也極為相似(表3)。因此，本文認(rèn)為竹園溝—下坪鋅礦床應(yīng)屬M(fèi)VT型鉛鋅礦床。

表3 竹園溝—下坪鋅礦床基本特征及與MVT鉛鋅礦床對(duì)比Table 3 Basic characteristics of the Zhuyuangou-Xiaping zinc deposit in comparison with MVT deposits

5 結(jié)論

(1) 竹園溝—下坪鋅礦床產(chǎn)于黃陵背斜北緣的震旦系燈影組地層中，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出，具網(wǎng)格角礫狀、浸染狀構(gòu)造。礦石中硫化物以閃鋅礦為主，可見(jiàn)炭質(zhì)與瀝青。

(2) 礦石中閃鋅礦δ34S平均值為20.34‰，還原硫來(lái)自地層中的海相硫酸鹽；206Pb/204Pb值為18.09～18.10，207Pb/204Pb值為15.62～15.67，礦石鉛來(lái)源于上地殼。

(3)87Sr/86Sr比值為0.711 99，高于賦礦地層的Sr同位素比值，因此推測(cè)由沉積蓋層中的泥頁(yè)巖、碎屑巖等高Sr同位素組成的地層提供了成礦物質(zhì)來(lái)源。

(4) 綜合分析竹園溝—下坪鋅礦床的地質(zhì)與地球化學(xué)特征，認(rèn)為該礦床是黃陵背斜北緣地區(qū)比較典型的MVT型鉛鋅礦床，突破了黃陵背斜地區(qū)鉛鋅礦床成因類型屬沉積成巖型、熱液型等的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。竹園溝—下坪鋅礦床的發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了黃陵背斜地區(qū)鉛鋅礦深部找礦勘查的突破，進(jìn)一步拓展了鉛鋅礦找礦空間。