黔東柏松鉛鋅礦床礦物特征及地質(zhì)意義

程 涌，胡煜昭，崔 苗，聶 琪，許賽華，范惠珺

（1.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，昆明 650093；2.昆明冶金高等?？茖W(xué)校 冶金與礦業(yè)學(xué)院，昆明 650033）

礦物學(xué)研究是礦產(chǎn)勘查評價、探討成礦作用及資源綜合利用的基礎(chǔ)，也是后續(xù)任何高級分析測試的前期工作［1-2］。近年來，固體地球科學(xué)領(lǐng)域研究越來越側(cè)重于樣品的微觀結(jié)構(gòu)和精細(xì)礦物學(xué)的觀察研究［3］。全球乃至國家層面的地學(xué)大數(shù)據(jù)和數(shù)字地球的實(shí)現(xiàn)需要量化的巖石學(xué)和礦物學(xué)參數(shù)信息［4］。中國今后大量需求的礦產(chǎn)資源（尤其關(guān)鍵金屬）通常以“稀”“伴”“細(xì)”為主要特征，識別、分離和提取難度較大，需要精細(xì)量化的礦物測試技術(shù)［5-6］。此外，綠色礦山的發(fā)展有賴于礦產(chǎn)資源綜合利用水平的提高，如提高伴生元素的回收，有利于減少廢棄物和污染物［7］。光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡是觀察研究地質(zhì)樣品礦物學(xué)和結(jié)構(gòu)最常用的方法。光學(xué)顯微鏡無法識別樣品中微米級的礦物及其含量，對一些低含量礦物（＜1%）和光性特征復(fù)雜的礦物識別效果較差，對礦物含量等定量統(tǒng)計(jì)易受主觀判斷因素影響而具有較大誤差。掃描電鏡突破了分辨率的限制，但獲取的信息往往是局部化及碎片化的［8-9］。TIMA（TESCAN Integrated Mineral Analyzer）是基于掃描電鏡和能譜分析的巖石礦物全自動化定量分析系統(tǒng)，能同時進(jìn)行極高分辨率的背散射與X射線能譜快速成像，且配備專業(yè)的礦物處理軟件，可以提供巖礦樣品從全景到細(xì)微顆粒全面且細(xì)致的各種礦物學(xué)參數(shù)，觀測面積大且快速、高效，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于地學(xué)研究的各個領(lǐng)域［1，10-16］。

湘西—黔東鉛鋅成礦帶是中國重要鉛鋅資源戰(zhàn)略接續(xù)區(qū)之一，在該地區(qū)已發(fā)現(xiàn)鉛鋅礦床（點(diǎn)）300余處［17-20］。由北向南依次分布有湘西龍山礦田、保靖敖溪礦田、花垣漁塘礦田、鳳凰茶田礦田和黔東松桃盤石、松桃嗅腦、銅仁卜口塘、萬山、玉屏茅坡、鎮(zhèn)遠(yuǎn)竹坪和涌溪、施秉翁西、凱里葉巴洞、龍井街和柏松、丹寨擺泥、都勻牛角塘等鉛鋅礦床（圖1）［21-24］。近年來，湘西地區(qū)找礦取得了巨大進(jìn)展，如湘西花垣鉛鋅礦新增資源量近千萬噸［25］。受到研究程度的限制，同一成礦帶的黔東地區(qū)雖成礦條件優(yōu)越［21-24］，但僅都勻牛角塘礦田的資源儲量能到達(dá)大型規(guī)模［26-29］。凱里柏松是黔東地區(qū)的典型鉛鋅礦床（圖1），對其開展研究工作有助于深入理解黔東地區(qū)鉛鋅成礦作用。本文聯(lián)合透反射礦相顯微鏡及TIMA技術(shù)，對柏松鉛鋅礦床的礦物學(xué)進(jìn)行了研究，以期為后期資源勘查、預(yù)測及利用提供一定的基礎(chǔ)資料。

圖1 黔東柏松地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖Fig.1 Regional geological sketch of Baisong area in east Guizhou

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)

黔東地區(qū)位于揚(yáng)子板塊西南緣，大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子陸塊和華夏陸塊兩大構(gòu)造單元的結(jié)合部位、江南造山帶雪峰山隆起西緣。該地區(qū)的基底為晚元古代晚期的板溪群（約8億年前）淺變質(zhì)巖系，沉積蓋層由震旦紀(jì)至第三紀(jì)的各時代地層組成，其中震旦紀(jì)—中三疊世地層為巨厚的海相沉積，層位發(fā)育較全，而晚三疊世—古近紀(jì)地層為陸相沉積，層位不全，分布零星［30］。

由于受到多期構(gòu)造變形影響，東部構(gòu)造強(qiáng)烈的雪峰山隆起地區(qū)廣泛出露上元古界，西部變形相對較弱，沉積蓋層褶皺沖斷而大面積出露上古生界［31］。該地區(qū)的構(gòu)造主要表現(xiàn)為南北向隔槽式褶皺和逆沖斷裂，伴生有東西向的正斷層、北東向和北西向壓扭斷層［32］。黔東地區(qū)的鉛鋅礦床（點(diǎn)）數(shù)量眾多，主要產(chǎn)于侏羅山式褶皺寬緩背斜核部，并與油氣共／伴生（麻江古油藏區(qū)和凱里殘余油氣藏區(qū)）［33］。區(qū)內(nèi)巖漿活動不發(fā)育，巖漿巖出露極少，主要有鎮(zhèn)遠(yuǎn)-凱里地區(qū)的鉀鎂煌斑巖等［34-35］，與鉛鋅成礦作用無直接關(guān)系。

1.2 礦床地質(zhì)

礦區(qū)位于龍井街?jǐn)鄬覰W側(cè)，主要出露地層為前震旦系及寒武系。以龍井街?jǐn)鄬訛榻纾蠔|盤出露地層主要為青白口系下江群番召組（Qb f）和清水江組（Qb q）淺變質(zhì)巖系，為華南褶皺帶基底巖石組合；北西盤則主要出露寒武系，巖石組合為碳酸鹽巖夾碎屑巖，為揚(yáng)子準(zhǔn)地臺的蓋層巖石組合（圖1）。

礦區(qū)斷層主要為NE-NEE向，由一組逆沖斷層組成。以龍井街逆沖斷層為主體，包括大格沖、金洞司等7條逆沖斷層組成NE向推覆帶（圖1）。該推覆帶以龍井街逆沖斷層為頂板、金洞司逆沖斷層為底板，在深部及地表收腹交匯于龍井街?jǐn)鄬由稀４蟾駴_斷層對礦體的形成和影響較大。礦區(qū)褶皺構(gòu)造不發(fā)育，但在斷層旁側(cè)及層間存在次級小褶皺，總體屬單斜構(gòu)造，巖層傾向以NW為主，傾角10°～40°。礦床位于柏松背斜的北西側(cè)，其軸向?yàn)镹E向，核部為寒武系，翼部為寒武系和奧陶系，NW翼保存完整，NE翼已被龍井街?jǐn)鄬悠茐模▓D1）。

礦床范圍內(nèi)發(fā)育的地層主要為中-下寒武統(tǒng)，由老至新為清虛洞組（1q）、高臺組（2g）和石冷水組（2s），各組之間均為整合接觸（圖2）。清虛洞組厚280～375 m，可分為三段：清一段（1q1）為薄層結(jié)晶灰?guī)r夾泥巖或頁巖紋層；清二段（1q2）為深灰色薄至中厚層細(xì)晶白云巖夾砂屑白云巖，常見豹皮狀構(gòu)造；清三段（1q3）為深灰色薄層含砂屑粉晶白云巖、薄至中厚層鮞?；蚨沽０自茙r夾粉晶白云巖，該段層間斷裂較發(fā)育，局部角礫巖化常見。礦床范圍僅發(fā)育有清三段及清二段中上部巖層。高臺組厚4～10 m，為灰黃、深灰色薄至中厚層含粉砂質(zhì)細(xì)晶白云巖、粉晶白云巖，局部為白云質(zhì)黏土巖，風(fēng)化后呈黃、黃綠色頁巖。石冷水組總厚350～410 m，可分為兩段：石一段（2s1）下部為深灰色中厚層鮞、豆粒白云巖、細(xì)晶白云巖（＞72 m），上部為灰黃色薄至中厚層含砂屑粉晶白云巖（2～7 m）；石二段（2s2）為淺灰色薄至中厚層細(xì)—粉晶白云巖、鮞粒白云巖、含陸屑白云巖夾薄層粉砂質(zhì)白云巖（～359 m），見石鹽假晶等。

圖2 柏松鉛鋅礦礦床地質(zhì)圖Fig.2 Geological map of Baisong ore deposit

鉛鋅礦化帶呈層狀、似層狀及透鏡狀產(chǎn)于清三段（Ⅰ、Ⅱ含礦層）和石一段（Ⅲ、Ⅳ含礦層）（圖3，表1）。Ⅰ含礦層是區(qū)內(nèi)主要含礦層，巖性為灰色、深灰色中厚層鮞粒白云巖、細(xì)晶白云巖，傾向NW，傾角5°～25°；含礦層斷續(xù)長2 000 m，礦化厚度0.59～11.63 m，含 鋅 0.01% ～9.24%，含鉛 0.01% ～1.98%；共圈定③、④、⑤、⑥號四個礦體。

表1 柏松鉛鋅礦床礦體特征一覽表*Table 1 A list of orebody characteristics of Baisong Pb-Zn deposit

圖3 柏松鉛鋅礦床5號線勘探線剖面圖Fig.3 Prospecting line profile map of line 5 in Baisong Pb-Zn deposit

Ⅱ含礦層巖性為灰色鮞狀白云巖，傾向NW，傾角10°～20°；含礦層走向出露長1 000 m，礦化厚度0.50～12.69 m，含 鋅 0.01% ～15.70%，含 鉛0.01%～14.78%；共圈定⑦、⑧、⑨號三個礦體。

Ⅲ含礦層巖性為灰色厚層角礫狀白云巖，傾向NW，傾角5°～15°；含礦層走向斷續(xù)長1 800 m，礦化厚度0.98～3.80 m，含鋅0.05%～5.06%，含鉛0.00%～1.90%；共圈定①、②號兩個礦體。Ⅳ含礦層巖性為灰色厚層鮞粒白云巖，傾向北西，傾角5°～28°；含礦層露頭繼續(xù)長800 m，礦化厚度0～20.63 m，含鋅0.00%～10.53%，含鉛0.00%～3.98%；圈定⑩號一個礦體。

2 樣品與測試

本次研究樣品采自石冷水組鮞粒白云巖的Ⅳ含礦層（圖4）。在詳細(xì)的野外描述拍照后，系統(tǒng)地采集了巖石、礦石樣品。經(jīng)過手標(biāo)本觀察鑒定后，挑選了55件代表性樣品在昆明理工大學(xué)和南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限公司進(jìn)行了光薄片磨制。顯微鏡下觀察鑒定工作在昆明理工大學(xué)有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心西南地質(zhì)調(diào)查所完成。

圖4 柏松鉛鋅礦床野外照片F(xiàn)ig.4 Field photos of Baisong Pb-Zn deposit

本次研究還挑選了一件樣品在南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限司公進(jìn)行了TIMA測試。測試儀器為TESCAN MIRA-3場發(fā)射掃描電鏡，配備有能譜儀4個能譜探頭（EDAX Element 30），掃描速度和精度更準(zhǔn)確。具體操作流程為：1）將由樣品制成的光薄片用酒精擦拭表面，待干后放入噴碳儀中進(jìn)行噴碳。2）將鍍有碳膜的樣品放入場發(fā)射掃描電鏡中，使用TIMA軟件進(jìn)行校準(zhǔn)、對焦。工作條件為：25 k V電壓，15 mm工作距離，采用“Dot mapping”掃描模式，像素大小為3μm，能譜步長為9μm。3）待掃描完成后對結(jié)果進(jìn)行處理分析，可獲得各種礦物的體積百分含量，分析處理軟件考慮到了各種礦物的密度參數(shù)后可直接獲得樣品的質(zhì)量百分含量。

3 礦物學(xué)特征

3.1 礦石礦物組成

野外及手標(biāo)本觀察表明，柏松鉛鋅礦床礦物組成簡單，金屬礦物以閃鋅礦（圖5，a、b、e）、方鉛礦（圖5，c～i）和菱鋅礦（圖5，g），非金屬礦物主要為白云石（圖5，j）和少量瀝青（圖5，k、l）。礦石樣品TIMA分析結(jié)果表明，其發(fā)生了較嚴(yán)重的氧化，金屬礦物以菱鋅礦為主，此外還存在少量的磁鐵礦／赤鐵礦、輝鉬礦、鐵白云石、鋅方解石、石英、黃鐵礦、鈣長石、硅灰石、白鈣沸石、陽起石和方解石等礦物（圖6）。

圖5 柏松鉛鋅礦床礦石手標(biāo)本特征Fig.5 Characteristics of ore hand specimens in Baisong Pb-Zn deposit

圖6 礦石樣品背散射電子圖像（a）、TIMA圖像（b）與礦物組成（c）Fig.6 Backscattered electron image（a），TIMA image（b）and mineral composition（c）of ore samples

3.2 礦石組構(gòu)

野外及手標(biāo)本觀察表明，柏松鉛鋅礦床礦石構(gòu)造主要有：1）角礫狀構(gòu)造，方鉛礦或閃鋅礦沿白云巖角礫邊緣結(jié)晶，而后被熱液白云石膠結(jié)（圖5，a）；2）脈狀構(gòu)造，閃鋅礦在白云巖中呈網(wǎng)脈狀或細(xì)脈狀；3）浸染狀構(gòu)造，閃鋅礦較均勻地分散于白云巖中（圖5，b）；4）致密塊狀構(gòu)造，為閃鋅礦或方鉛礦含量較高的富礦石；5）團(tuán)塊狀構(gòu)造，方鉛礦呈較大的團(tuán)塊不均勻地分布于白云巖中（圖5，c）；6）斑雜狀構(gòu)造，方鉛礦或閃鋅礦不均勻地雜亂分布于白云巖中（圖5，d～e）；7）蜂窩狀，礦石氧化、風(fēng)化后表現(xiàn)出多孔的蜂窩狀（圖5，f）；8）星點(diǎn)狀構(gòu)造，方鉛礦呈星點(diǎn)狀分布于鮞豆粒白云中（圖5，h～i）。

手標(biāo)本觀察、顯微鏡鑒定及TIMA分析表明，閃鋅礦主要為淺黃色，金剛光澤，透射光下觀察為透明至半透明，反射光下觀察其反射色為灰色微帶褐色調(diào)，具有淺黃色、白色內(nèi)反射（圖7，a～c）；多呈半自形-他形粒狀與方鉛礦、白鐵礦、黃鐵礦等共生（圖7，e、f、h、i）；主要結(jié)構(gòu)為他形粒狀結(jié)構(gòu)、溶蝕交代結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)等（圖7，a、b、e、f、i、k）。TIMA 圖像可見閃鋅礦常氧化形成菱鋅礦，有的外部被氧化而核部還殘留有未完全氧化的閃鋅礦，菱鋅礦可與石英共生，或包裹有輝鉬礦（圖8，a～c）。

方鉛礦為鉛灰色，金屬光澤，鏡下反射光下可見三組解理相交而呈黑三角孔，部分可觀察到其受應(yīng)力后發(fā)生了揉皺現(xiàn)象（圖7，d）；常呈他形分布于白云石之間，或與閃鋅礦、白鐵礦、黃鐵礦共生（圖7，c、e、k），也可見其被輝鉬礦包裹而賦存于閃鋅礦中（圖8，c、d）；可交代閃鋅礦呈港灣狀結(jié)構(gòu)、交代殘余狀結(jié)構(gòu)（圖7，f、k）。礦石中黃鐵礦較少，手標(biāo)本上基本無法觀察到，反射光下呈淡黃色，無內(nèi)反射，無多色性，具均質(zhì)性，自形-半自形-他形分布在圍巖或白云石中（圖7，g；圖8，e、f），或與閃鋅礦、方鉛礦等共生（圖7，h、k）。本次研究還發(fā)現(xiàn)了少量的白鐵礦，反射光下為黃白色，無內(nèi)反射，相較于黃鐵礦更偏白色，具有顯著的雙反射，具有淺藍(lán)或淺藍(lán)綠-淡棕白或淡粉紅白的多色性，呈放射狀結(jié)構(gòu)、菱形、柱狀自形晶結(jié)構(gòu)、呈他形充填于白云石顆粒間呈膠結(jié)結(jié)構(gòu)、呈壓碎結(jié)構(gòu)交代閃鋅礦、呈放射狀閃鋅礦沿白鐵礦周邊進(jìn)行溶蝕交代（圖7，i～k）。

圖7 柏松鉛鋅礦床礦石和圍巖鏡下照片F(xiàn)ig.7 Microscopic photos of ore and surrounding rock of Baisong Pb-Zn deposit

白云石為該礦床最主要的脈石礦物，手標(biāo)本上觀察呈灰色（圖5，a、j），顯微鏡透射光下為淺黃白色，反射光下為灰色，具有雙反射，強(qiáng)非均質(zhì)性，反射多色性為深灰色-略暗深灰色，具有無色、白色內(nèi)反射，存在兩種大小不同粒度，沉積-成巖期的粒度較細(xì)，熱液期的晶形完整、粒度粗大（圖7，a）；在白云石晶洞中充填有鋅方解石（圖8，e）。礦石裂縫中常被赤鐵礦／磁鐵礦、菱鋅礦和鋅方解石充填（圖8，f）。

圖8 礦石樣品背散射電子圖像與TIMA分析結(jié)果Fig.8 Backscattered electron images and TIMA analysis results of ore samples

本次野外工作在石冷水組鮞、豆粒白云巖中發(fā)現(xiàn)了大量固體瀝青，位于Ⅳ含礦層之下（圖4）。瀝青主要呈薄膜狀、脈狀賦存于白云巖中，礦石手標(biāo)本中也發(fā)現(xiàn)與方鉛礦共生／伴生的顆粒狀瀝青（圖5，k～l）。對石冷水組鮞、豆粒白云巖的鏡下觀察表明，其中賦存著許多星點(diǎn)狀細(xì)粒方鉛礦或閃鋅礦，它們在鮞、豆粒中，鮞、豆粒邊緣及鮞、豆粒間均有分布（圖7，l～n）。

3.3 圍巖蝕變及礦石類型

柏松鉛鋅礦床蝕變簡單，主要為白云石化，其次為瀝青化，少量黃鐵礦化和方解石化。熱液白云石顏色較淺，顏色為白色、灰白色，呈斑雜狀、團(tuán)塊狀、脈狀分布于白云巖及巖石裂隙中，與鉛鋅礦緊密共生。瀝青化主要存在于石冷水組鮞粒白云巖中，Ⅳ含礦層也有發(fā)現(xiàn)。黃鐵礦化則較局限，僅見于Ⅱ含礦層中［36］。

各礦化帶中氧化程度強(qiáng)弱不一，總體來講，礦體氧化程度為：Ⅰ含礦層＜Ⅱ含礦層＜Ⅲ含礦層＜Ⅳ含礦層。礦體氧化程度受礦石成分、所處構(gòu)造部位、埋藏深度、巖石性質(zhì)、地形條件等因素影響。一般含礦巖系晶洞、裂隙發(fā)育、礦體離地表越近、鉛含量高的氧化程度就越高。

礦區(qū)礦石工業(yè)類型主要以硫化礦石為主，少量氧化礦石。硫化礦石占全區(qū)總資源量的95%，其氧化率≤10%，按其物質(zhì)組分含量可分為鋅礦石與鉛鋅礦石，以鋅礦石為主。氧化礦石約占全區(qū)總資源量的5%，氧化率≥30%，主要分布在近地表地段的裂隙、溶蝕構(gòu)造發(fā)育處，可分為鋅礦石、鉛鋅礦石和鉛礦石，以鋅礦石為主［37］。

4 礦物生成順序及地質(zhì)意義

石冷水組白云巖圍巖的鮞、豆粒中、邊緣及粒間均賦存著細(xì)粒的星點(diǎn)狀方鉛礦或閃鋅礦，系成礦物質(zhì)在沉積成巖時的初步富集。礦石中的白云巖角礫被較粗粒的閃鋅礦和白云石包裹，含有較大的方鉛礦團(tuán)塊，這是富金屬熱液沉淀形成的。很明顯，蜂窩狀構(gòu)造的礦石、暗紅和黃褐的氧化色、失去金屬光澤的方鉛礦及由閃鋅礦氧化形成的菱鋅礦等均指示了成礦后的表生作用。因此，根據(jù)野外和鏡下的觀察鑒定，初步將該礦床的形成分為三期：沉積—成巖期、成礦期和表生期（表2）。

表2 柏松鉛鋅礦床礦物生成順序表Table 2 Mineral formation sequence of the Baisong Pb-Zn deposit

白鐵礦一般以極少量自形晶產(chǎn)于低溫?zé)嵋旱V床的晶洞或結(jié)核狀產(chǎn)于含炭泥質(zhì)巖地層中，高于350℃變?yōu)辄S鐵礦，是低溫成因的標(biāo)型礦物［38］。柏松鉛鋅礦床包裹體不發(fā)育，難以確定包裹體溫度，而白鐵礦的存在指示成礦溫度較低。此外，據(jù)閃鋅礦微量元素估算，成礦溫度為75～135℃（崔苗，2022，待發(fā)表）。柏松鉛鋅礦床位于凱里殘余油藏范圍內(nèi)［39］，賦礦圍巖及礦石中發(fā)育的瀝青表明油氣有機(jī)質(zhì)可能參與鉛鋅成礦作用，這與湘西—黔東成礦帶內(nèi)的許多鉛鋅礦床是一致的［25，40-43］，與世界上典型MVT礦床的特征相吻合［44-50］（表3），因此認(rèn)為柏松屬于MVT礦床。

表3 柏松礦床與典型MVT礦床特征對比Table 3 The characteristic contrast between Baisong deposit and typical MVT deposit

5 結(jié)論

1）柏松鉛鋅礦床礦石礦物主要為閃鋅礦、方鉛礦和菱鋅礦，脈石礦物主要為白云石少量瀝青。礦石具有角礫狀、脈狀、浸染狀、團(tuán)塊狀、斑雜狀、蜂窩狀和星點(diǎn)狀構(gòu)造，以自形、半自形、他形和交代結(jié)構(gòu)為主。

2）圍巖蝕變主要為白云石化，其次為瀝青化，少量黃鐵礦化和方解石化。礦石以硫化礦為主，但近地表的含礦層發(fā)生了較嚴(yán)重的氧化。

3）礦石及礦物特征表明礦床的形成經(jīng)歷了沉積－成巖期、成礦期和表生期。該礦的成礦溫度較低，油氣有機(jī)質(zhì)可能參與了成礦作用，其屬于MVT礦床。