鄂西高羅背斜張家坨鉛鋅礦床地質特征及區(qū)域找礦潛力分析

劉斌忠, 李明龍, 劉昌雄

(湖北省第二地質大隊,湖北 恩施　445000)

0　引言

揚子地臺是中國重要的大地構造單元之一,20世紀50年代以來,揚子地臺內川、湘、黔、桂、滇等各省相繼開展了鉛鋅地質勘查工作,發(fā)現(xiàn)了較多的大中型鉛鋅礦床以及數(shù)目眾多的小型礦床和礦點[1]。與鉛鋅勘查程度相對較高的湘西北、渝東南地區(qū)相比,鄰近的鄂西南地區(qū)構造背景與地層特征較相似,具有較大鉛鋅礦找礦潛力。鄂西的咸豐—高羅地區(qū)已發(fā)現(xiàn)有22處鉛鋅礦點,主要位于咸豐背斜及其次級褶皺高羅背斜翼部及核部(圖1),目前已發(fā)現(xiàn)滕家灣、郭家坡、埃山、張家坨等數(shù)處小型鉛鋅礦床[2]。本文以張家坨鉛鋅礦床地質特征為例,輔以前人對高羅以及鄰近區(qū)域鉛鋅礦的研究成果,淺析了高羅地區(qū)鉛鋅礦成礦機理和找礦方向。

1　區(qū)域地質背景

2　礦區(qū)地質特征

2.1　礦區(qū)構造特征

咸豐背斜區(qū)域的骨干構造為北北東—北東向(圖1),以褶皺為主,斷裂次之。次級褶皺有高羅背斜和中城廟—獅子關向斜,斷裂主要有恩施斷裂、咸豐斷裂；高羅背斜位于咸豐背斜南東翼的高羅一帶,核部地層出露中寒武統(tǒng)—下奧陶統(tǒng)婁山組,兩翼為奧陶系—志留系,軸向45°,軸面直立,北西翼傾向北西(310°～340°),傾角35°～45°,南東翼傾向南東(120°～145°),傾角36°～46°,為一直立對稱背斜；張家坨礦區(qū)內未發(fā)現(xiàn)深大斷裂,小型斷裂構造以北東向的壓扭性軸向斷層(見斷層擦痕)和北西向的張性斷裂為主,背斜隆升時伴生了順層破碎帶和構造裂隙。

2.2　賦礦地層沉積構造特征

張家坨鉛鋅礦區(qū)主要賦礦層位于婁山關三段(∈2-O1l3)上部的中—細晶白云巖和南津關組(O1n)底部粗晶生物碎屑灰?guī)r中[4],順層產出,此類礦化體的產出與賦礦層的巖性組合和沉積環(huán)境關系密切。婁山關組三段厚約300 m,巖性為灰—灰白色中厚層狀中—細晶白云巖或含砂屑紋層狀細晶白云巖,部分可見疊層石白云巖,底部質較純、性脆,沿層分布多有泥質條帶產出,含少量燧石條帶和結核,頂部偶見白云質角礫巖出現(xiàn)；該段上部靠近頂部為含礦層,礦體圍巖為中細晶白云巖和白云質角礫巖,含礦層上部為淺灰色白云巖夾灰?guī)r,多為微晶結構,局部含泥質條帶。南津關組厚約220 m,底部為生物碎屑灰?guī)r,下部為灰色中厚層狀灰?guī)r夾泥質條帶灰?guī)r、白云質灰?guī)r、白云巖,偶夾頁巖,上部為黃綠色頁巖、中厚層狀灰?guī)r夾中薄層狀生物碎屑灰?guī)r,頁巖中含腕足類、筆石、三葉蟲、棘皮類、牙形石等化石；南津關組底部粗晶生物碎屑灰?guī)r為區(qū)內重要的鉛鋅含礦巖性,其上下部泥、粉晶灰?guī)r較發(fā)育,該組與下伏婁山關組呈整合接觸。賦礦地層巖性特征較簡單,總體上經(jīng)歷了由半局限臺地白云巖相到開闊臺地灰?guī)r相的環(huán)境轉變(圖2)。

圖1　咸豐—高羅地區(qū)地質構造圖[2]

賦礦地層沉積構造類型多樣,筆者在研究區(qū)賦礦地層發(fā)現(xiàn)震積巖。例如,婁山關組三段含礦巖系白云巖中廣泛發(fā)育由古地震引發(fā)的“微褶皺紋理”[5],南津關底部發(fā)育3層厚約40 cm因地震液化造成的網(wǎng)狀灰?guī)r。震積巖的發(fā)現(xiàn)說明研究區(qū)晚寒武—早奧陶世存在古地震活動,但加里東期區(qū)內并無強烈的造山運動,這些震動極可能是周邊深大斷裂和區(qū)內的同沉積斷裂活動形成,其活動同時帶來了金屬成礦元素。此外,南津關組下部發(fā)育竹葉狀灰?guī)r,婁山關組三段部分層段發(fā)育砂屑白云巖、鮞粒狀白云巖,這些構造說明水體動蕩。動蕩且較淺的環(huán)境使水體富氧,生物繁盛,發(fā)育了生物碎屑灰?guī)r和疊層石。臺地藻類生物對鉛鋅元素具有吸附和濃集作用[6],研究區(qū)賦礦地層的鉛鋅元素應預富集于此時。值得注意的是,該區(qū)層狀賦礦層僅分布于婁山關組頂部和南津關組底部的白云巖—灰?guī)r過渡的巖相突變界面附近,礦體的產出與層序界面的耦合并不是偶然,與構造活動和沉積環(huán)境的變化有著必然的內在聯(lián)系。

圖2　含礦巖系柱狀圖

3　礦體地質特征

3.1　礦體特征

張家坨鉛鋅礦區(qū)主要發(fā)育3條礦體:Ⅰ號礦體位于高羅背斜南東翼楊和灣南部(圖3-a),呈北東向,長約400 m,厚1.0～2.0 m,含礦1層,民采斜井揭示該礦化體產狀與圍巖一致,沿順層破碎帶產出,賦礦層為南津關組底部,含礦巖性為灰色中厚層狀生物屑粗晶灰?guī)r,具角礫化,蝕變強烈,脈石礦物中方解石、螢石極其發(fā)育,局部含硅質團塊,頂板為灰色含泥質條紋生物屑微—細晶灰?guī)r,底板為婁山關組厚層微晶白云巖,方鉛礦呈鉛灰色,多與方解石和螢石團塊相伴產出；閃鋅礦呈棕紅色,呈團塊狀、浸染狀或脈狀產出,礦層平均含Pb3.17%,含Zn2.92%。

Ⅱ號礦體位于高羅背斜南東翼楊和灣—張家坨一帶(圖3-a),呈北東向,長約1 900 m,厚1.00～2.18 m,淺部工程和鉆孔均揭示了該礦體產狀穩(wěn)定,大致與圍巖一致,含礦1-2層(圖3-b),沿深部的品位和厚度有所降低,位于婁山關組三段頂界面下40～60 m,似層狀、透鏡狀產出,含礦巖性為淺灰色—灰色中厚層狀含方解石團塊中—細晶白云巖,頂板為淺灰色微晶白云巖夾泥晶灰?guī)r,底板為灰—淺灰色泥晶白云巖；以北西向斷裂分為鉛鋅兩個礦段(圖3-a,圖3-c),鋅礦段(南西段)長1 100 m,未見明顯的構造破壞和熱液蝕變,鋅礦化為主,閃鋅礦呈棕紅色,浸染狀產出,礦體平均含Pb0.03%,含Zn 1.67%；鉛礦段(北東段)長800 m,構造裂隙發(fā)育,鉛礦化為主,方鉛礦為鉛灰色,具金屬光澤,呈脈狀—網(wǎng)狀與方解石伴生,礦體平均含Pb2.88%,含Zn0.10%(最高可達0.63%)。

Ⅲ號礦體位于高羅背斜軸部魏家坳地區(qū)發(fā)育的北西向斷層中,產狀237°∠65°～80°,長約1 200 m,厚1.0～3.0 m,圍巖為婁山關組一段—二段,含礦巖性為灰色鉛鋅礦化構造角礫巖,頂板為灰—灰白色厚層狀花斑狀灰?guī)r,底板為灰色細晶白云巖夾灰白色微晶白云巖,方鉛礦為鉛灰色,具金屬光澤,團塊狀,晶體粒徑可達2 cm,產出于角礫之間膠結物中,常與方解石脈體伴生,閃鋅礦為淺棕紅色,呈星點狀產出于白云質角礫中,該礦體平均含Pb3.82%,含Zn7.56%。

張家坨礦區(qū)Ⅱ號礦體和高羅地區(qū)其他礦點的未經(jīng)嚴重蝕變的南津關組底部生屑灰?guī)r礦(化)體中鋅含量一般高于鉛含量；而受構造空間制約的Ⅰ號、Ⅲ號礦體鉛亦有較高品位。前者屬于加里東期的沉積改造型礦體,主要受沉積環(huán)境和盆地熱鹵水活動控制；后者形成于褶皺強烈的燕山期,受構造空間制約,蝕變強烈。

3.2　礦石特征

礦石結構構造及脈石礦物:礦石礦物主要為閃鋅礦、方鉛礦,見微量黃鐵礦、褐鐵礦、銅藍。閃鋅礦呈紅色—淡黃色,顆粒細，集合體呈團塊狀、層紋狀、浸染狀產出；方鉛礦呈鉛灰色,顆粒粗,集合體呈團塊狀、脈狀—網(wǎng)狀產出。Ⅱ號礦體鋅礦段未見明顯蝕變,只能見少量方解石團塊；Ⅰ號、Ⅲ號礦體可見方解石化、螢石化、重晶石化等蝕變,方鉛礦成礦時代晚于閃鋅礦。

礦石的化學成分:Pb含量0.01%～34.50%,一般0.90%～6.63%；Zn含量0.03%～24.78%,一般0.97%～6.22%；Ag含量1.6×10-6～3.4×10-6,均值2.2×10-6,是巖石圈Ag豐度0.07×10-6的30倍,異常高。

圖3　張家坨鉛鋅礦床礦體分布圖

圖4　中上揚子地區(qū)中—晚寒武世巖相古地理圖(據(jù)門玉澎等[7],2010)

礦物共生組合:閃鋅礦—方鉛礦；閃鋅礦—黃鐵礦—褐鐵礦；閃鋅礦—黃鐵礦—銅藍。

4　高羅地區(qū)鉛鋅礦成因及區(qū)域找礦潛力分析

4.1　成礦物質來源

宣恩高羅一帶埃山、三角莊和馬家寨等地采集的8個硫同位素樣品的δ34S值為9.92‰～22.28‰,富集重硫,硫主要來自地層封存的古海水。研究區(qū)中晚寒武世蒸發(fā)巖較為發(fā)育(圖4),蒸發(fā)巖系易生成高鹽度鹵水淋取圍巖中的成礦元素,并將硫酸根還原成硫離子,提供主要硫源。同時應注意,高羅地區(qū)鉛鋅礦石487 Ma的成礦年代與成巖時期相當,成礦流體應為沉積熱鹵水；但32S/34S的比值為21.70～21.96,極差較大,受到了深源硫影響,且埃山礦床鉛礦石樣品成礦溫度高達356°,早奧陶紀高羅地區(qū)無巖漿活動,下古生界未變質,不具有如此高的成礦溫度,筆者認為487 Ma是早期層狀礦化體形成時代,而燕山期埋深增大,且構造活躍,咸豐幔陷存在巖漿活動,帶來了較高溫度的同時帶來了少量深源硫,改造了早期礦體并新生了沿斷層和破碎帶產出的礦體。

上揚子地區(qū)于晉寧運動后形成一個巨大的沉積盆地,其早期具裂谷性質,火山活動及海底熱水噴流作用積累了原始成礦金屬元素來源,該盆地震旦系發(fā)育了大型沉積型錳礦、磷礦、黃鐵鉛鋅礦,加之早寒武世上揚子地區(qū)由于缺氧事件廣泛發(fā)育黑色巖系,牛蹄塘組中富集Mo、Ni、V、Ag、Cu、Pb、Zn等多種金屬元素[8],共同形成了本區(qū)金屬元素的主要礦源層。

4.2　容礦空間

研究區(qū)含礦巖系結晶相對較粗,在成巖階段就具有較大的孔隙度和滲透率,白云巖化過程中孔隙度會進一步增大,后生階段,碳酸鹽巖生物骨骼腐爛后留下的孔隙、藻隙,各種同生角礫,鮞粒間的空隙,層面間隙、縫合線、巖石重結晶后的剩余空隙都可以為礦液滲濾和交代沉淀提供空間。印支、燕山期背斜隆起產生的構造空間,包括斷層、層間裂隙、順層破碎帶,亦可以形成容礦空間。

4.3　高羅地區(qū)礦(化)體成因及區(qū)域找礦潛力分析

研究區(qū)所處的恩施—黔江臺褶束周邊基底斷裂較發(fā)育,有些在早古生代具有同沉積斷裂性質,其活動疏導了地下熱液上升萃取前寒武系和下寒武統(tǒng)地層中的金屬元素進入沉積盆地。沉積階段,成礦元素隨海流活動帶入研究區(qū)附近的淺水碳酸鹽巖臺地,被蒸發(fā)作用和淺水生物生命活動預富集；成巖及后生階段,富含成礦元素的沉積物在埋藏壓實期間排出含礦熱水賦存于原生孔隙中,隨埋深加大升溫,鹽度增加,含礦鹵水從礦源中萃取和富集金屬的能力增強[9-10],且孔隙水的流動緩慢,可以與巖石充分反應,這些含礦熱水賦存于孔隙度較大的中細晶白云巖和粗晶生屑灰?guī)r中充填、交代,被其上下的滲透性較差的巖石封存起來沉積成為層狀、似層狀礦體。湘西北龍山鉛鋅礦帶與鄂西南鉛鋅礦帶成礦地質條件相似[11],渝東南鉛鋅礦帶亦是如此；加之,湘西北和渝東南的古生代鉛鋅礦床均為加里東期,與高羅地區(qū)鉛鋅礦成礦時期一致。因此,高羅地區(qū)層控型礦床在沉積—成巖時已初步富集成礦元素,后經(jīng)地下熱鹵水改造,屬于沉積改造型的鉛鋅礦。

燕山期,由于雪峰山隆起強烈活動,區(qū)域擠壓應力產生及釋放,研究區(qū)及鄰近區(qū)域發(fā)生大規(guī)模薄皮構造,在基底上的沉積蓋層發(fā)育大范圍褶皺[12],泥質巖等薄弱地層可能發(fā)生層間滑動[13],而白云巖性脆,以機械破碎為主。構造活躍期擠壓應力強烈,間歇期釋放,在這種張性和壓性構造應力的反復作用下,形成開放環(huán)境的宏觀破裂構造,包括斷層和層間破碎帶、層間裂隙,在褶皺變動和斷裂變動的過程中,深部流體順斷層上涌,大氣降水滲入隨地層升溫,萃取含礦層成礦元素并在構造作用中遷移,與地層封存水一起組成混合成礦流體(圖5),前述空間形成了流體運移的通道。鋅的化學性質活躍,早期鉛鋅礦成礦元素也隨流體加入礦液,在發(fā)生溫度下降、pH增高、氧逸度降低等條件時,成礦元素沉淀,形成改造明顯的鉛鋅礦體。

圖5　咸豐—高羅背斜鉛鋅礦區(qū)域成礦模式及預測

成礦流體的運移特征與油氣不同,油氣密度小于水,一般向背斜核部運移；而構造熱液在深部時由于構造壓力驅動必然順構造空間向上運移,在構造應力下產生較大容礦空間的背斜核部聚集,之后由于淺部壓力減小,受重力驅動,易沿兩翼順層間裂隙和原生孔隙移向較平緩處,加之早期鉛鋅礦體由于孔隙度高,內部的流體也會向平緩處運移,遇到上下部密封性較好的巖石阻擋,不但具有了極好的容礦“圈閉”,其充填、交代等過程也可以長期穩(wěn)定,有利于成礦。咸豐背斜和其次級背斜高羅背斜之間的中城廟—獅子關向斜核部產狀平緩,呈不對稱“鞍形”構造(圖5),其兩邊背斜核部構造空間發(fā)育,含礦流體在重力作用下容易向“鍋底”(向斜軸部)移動；加之,中城廟—獅子關向斜北西翼和南東翼婁山關組上部和南津關組底部出露區(qū)的水系沉積物存在鉛鋅極高的異常*湖北省第二地質大隊，1∶5萬咸豐背斜區(qū)域地質礦產調查報告,1975。(圖6),沿該向斜軸部的水塘—曾家垱—斗寶山一帶構造位置及容礦空間極好,具備很大的隱伏鉛鋅礦床的找礦潛力。

圖6　咸豐—高羅背斜區(qū)域鉛鋅異常分布及成礦遠景區(qū)預測

5　結論

(1)研究區(qū)婁山關組三段和南津關組賦礦地層沉積時期處于半局限臺地—開闊臺地的過渡環(huán)境,存在古地震活動,水體動蕩,生物繁盛。

(2)高羅地區(qū)呈層狀、似層狀產出的鉛鋅礦屬于沉積—改造型層控礦床；該區(qū)找礦工作中,“生儲蓋”組合是良好的找礦標志,容礦空間是找礦重點,理清流體活動的時空關系和運移規(guī)律是該區(qū)鉛鋅礦找礦研究的突破點。

(3)咸豐背斜和高羅背斜之間的中城廟—獅子關向斜軸部的水塘—曾家垱—斗寶山一帶具備很大的鉛鋅礦找礦潛力。

參考文獻:

[1]官軍.渝東南地區(qū)鉛鋅礦地質特征及成礦模式[D].成都:成都理工大學,2007:2-7.

[2]龔志愚,趙生貴,姜志勇,等.高羅背斜鉛鋅礦基本特征和找礦標志[J].資源環(huán)境與工程,2012,26(6):576-591.

[3]黃桂珍,曹文勝,孔繁河,等.宣恩縣埃山鉛鋅礦床地質特征及區(qū)域找礦意義[J].資源環(huán)境與工程,2011,25(2):116-117.

[4]劉忠明,余立新,韓培光,等.高羅—西坪地區(qū)南津關組底部沉積型鉛鋅礦基本特征及找礦方向[J].資源環(huán)境與工程,2007,21(增刊):47-52.

[5]李勇,鐘建華,邵珠福,等.軟沉積物變形構造的分類和形成機制研究[J].地質論評,2012,58(5):829-838.

[6]楊弘忠,易點文,周慶磊,等.重慶渝東南地區(qū)鉛鋅礦礦床成因淺析[J].四川地質學報,2008,28(3):190-196.

[7]門玉澎,許效松,牟傳龍,等.中上揚子寒武系蒸發(fā)巖巖相古地理[J].沉積與特提斯地質,2010,30(3):58-64.

[8]湯朝陽,鄧峰,李堃,等.湘西—黔東地區(qū)早寒武世沉積序列及鉛鋅成礦制約[J].大地構造與成礦學,2012，36(1):111-117.

[9]陳明輝,孫際茂,付益平,等.湘西龍山鉛鋅礦帶地質地球化學及其找礦前景[J].資源環(huán)境與工程,2008,22(2):151-158.

[10]王濤,劉淑文,隗合明,等.熱水沉積礦床研究的現(xiàn)狀與趨勢[J].地球科學與環(huán)境學報,2004,26(4):6-10.

[11]龍寶林,劉忠明.鄂西地區(qū)鉛鋅礦基本特征與找礦方向[J].地質與勘探,2005,4(3):16-21.

[12]朱志澄.中國南方侏羅山式褶皺及其形成機制[J].地球科學,1983,22(3):43-51.

[13]顏丹平,金哲龍,張維宸,等.川渝湘鄂薄皮構造帶多層拆離滑脫系的巖石力學性質及其對構造變形樣式的控制[J].地質通報,2008,27(10):1687-1697.