云南會澤石炭系擺佐組白云巖地球化學特征及其成因分析①

馬宏杰 張世濤 程先鋒 眭素剛，4

(1.浙江省地質調查院 杭州 311203;2.昆明理工大學 昆明 650093;3.云南國土資源職業學院 昆明 650217;4.中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院 昆明 650224)

白云巖成因一直以來都是沉積學領域經久不衰的話題，也是現代沉積巖石學研究的前緣和熱點問題［1～6］，從國內外研究成果來看，白云巖根據成巖階段的特征可將其劃分為原生白云巖、同生白云巖、成巖白云巖和后生白云巖四種類型，白云巖化作用可能存在滲透回流、混合水、埋藏以及蒸發作用等多種類型，但目前全球對白云巖成因機制還存在各種不同的認識和觀點［7～11］。隨著各種新方法和新手段的不斷增加，白云巖成因分析運用巖石學、同位素分析、微量元素分析等多種地球化學分析方法相結合進行研究已成為必然的趨勢。

石炭系擺佐組白云巖作為云南會澤鉛鋅礦主要容礦層位之一，一直以來是許多學者研究的重點［12～17］。截止目前，針對石炭系擺佐組白云巖先后展開了巖相、古地理特征、沉積環境的研究和礦物質來源與白云巖關系的研究，但對白云巖成因的研究相對薄弱。會澤地區位于我國重要的鉛鋅礦成礦帶，這一地區的鉛鋅礦的形成與白云巖的時空分布密切相關，因此，開展這一地區白云巖成因研究具有重要的理論和實際意義。為了解會澤石炭系擺佐組中、粗晶白云巖的地球化學特征及其成因，本文對該地區白云巖進行巖石學、巖石地球化學和同位素等分析、研究。

1 地質背景

研究區位于華南陸塊群揚子微陸塊滇中(昆明)中生代隆起帶［18］(圖1)。研究區地層由前震旦系組成基底，其上的上震旦統、古生界組成蓋層，構成“兩層式結構”。蓋層主要發育中、上泥盆統、石炭系、二疊系。下石炭統擺佐組(C1b)是研究區最主要的賦礦地層，主要由灰白色、肉紅色、米黃色中、粗晶白云巖、灰質白云巖和致密塊狀淺灰色灰巖、白云質灰巖夾硅質灰巖組成。本文討論的白云巖位于會澤鉛鋅礦區，實測剖面為二道溝勘查區，實測剖面顯示會澤地區白云巖主要位于擺佐組的中上部，其下部主要為淺灰色灰巖、白云質灰巖夾硅質灰巖，白云巖層在空間上呈北東南西向展布，地層厚約50～70 m，白云巖呈中厚層狀—塊狀。

2 樣品和實驗方法

本研究共涉及下石炭系擺佐組實測剖面中、粗晶白云巖共9個樣品(圖2)，對所有樣品均進行了巖石薄片鑒定，白云巖巖石學特征見3.1。

圖1 區域地質構造分布圖Fig.1 Regional geological-structural sketch map

主量元素(XRF方法)和微量元素及稀土元素(ICP-MS方法)均在中國地質調查局武漢地質調查中心測定，分析精度優于5%。實驗過程如下:將所采的每件樣品加工成200目，并置于烘烤箱中，在105℃的溫度下烘干2小時，然后將從烘箱中取出樣品稱取50±1 mg置于高壓密閉的Teflon溶樣器中，再緩慢加入1 mL的高純氫氟酸，并將其放在電熱板上于140℃將樣品蒸至小體積，然后緩慢加入1.5 mL的高純氫氟酸、1.5 mL的高純硝酸，加蓋并旋緊溶樣器鋼套，將裝有樣品的溶樣器放入烘箱中，在190℃保溫溫度下加熱48 h，待溶樣器涼冷，開蓋，然后在電熱板上保持140℃將溶液蒸至濕鹽狀，再緩慢加入2～3 mL、40%的高純硝酸，把其再次置于烘箱中140℃恒溫過夜，重復上述過程，提取鹽類。等到溶樣器涼冷后，將提取液用2%的硝酸稀釋干凈的PET瓶中，至80 g密閉保存，等待上機測定。

測試方法［19］:霧化器將溶液樣品送入等離子體光源，在高溫下汽化，解離出離子化氣體，通過銅或鎳取樣錐收集的離子，在低真空約133.322 Pa壓力下形成分子束，再通過1～2 mm直徑的截取板進入四極質譜分析器，經濾質器質量分離后，到達離子探測器，根據探測器的計數與濃度的比例關系，可測出元素的含量。

C、O同位素由中國地質調查局武漢地質調查中心同位素室測試，使用的標準是GB6379-87，標準物質為 GBW-04416和 GBW-04417。測定方法［20］是將碳酸鹽試樣在真空條件下與100%磷酸進行恒溫反應，用冷凍法分離生成的水，并收集純凈的CO2氣體。利用德國產的MAT-251型質譜儀進行C、O同位素分析，獲得δ13C和δ18O數據，二者均采用PDB標準，分析誤差小于0.1‰。

圖2 二道溝實測剖面圖Fig.2 The measured cross-section in Erdaogou area

圖3 云南會澤擺佐組粗晶白云巖手標本照片(A.肉紅色粗晶白云巖;B.米黃色粗晶白云巖;比例尺為2 cm)Fig.3 Hand specimens of the coarse grain dolomite in Baizuo Formation of Huize，Yunnan(A.flesh red coarse grain dolomite;B.beige coarse grain dolomite;scale bar=2 cm)

圖4 云南會澤擺佐組白云巖主要結構類型的顯微照片(①:白云石;比例尺為0.5 mm)Fig.4 Photomicrographs of the dolomite in Baizuo Formation of Huize，Yunnan(①:dolomite;scale bar=0.5 mm)

3 白云巖地球化學特征

3.1 巖石學特征

通過野外和室內對會澤地區白云巖巖石學研究顯示，該區白云巖巖石類型主要為中、粗晶白云巖(圖3，4)。白云巖呈灰—灰白色、米黃色、肉紅色，塊狀構造，呈中—粗晶晶粒結構，在野外刀砍狀條紋發育明顯，節理裂隙較發育，部分裂隙見石英脈充填。白云石粒度約0.25～1.00 mm，呈自形—半自形晶，含量一般大于95%，方解石多呈殘余晶體零星分布于自形白云石晶粒間，含量3.5% ～5.5%，此外，還含有少量方鉛礦、閃鋅礦、褐鐵礦和微粒金屬礦物約0.4% ～1.0%。

3.2 地球化學特征

研究區白云巖主量、微量元素分析結果見表1。

3.2.1 主量元素

MgO含量位于29% ～32%之間，CaO含量位于17% ～22%之間;由 MgO—CaO交會圖可以看出，MgO—CaO呈線性負相關，反映白云石是交代或重結晶成因而非沉積成因的［2］(圖5)。

3.2.2 稀土元素

圖5 MgO—CaO交會圖Fig.5 Cross-plot of MgO—CaO

稀土元素(REE)中能夠反映白云巖成因環境的主要是Eu異常和Ce異常。Eu的富集與虧損主要取決于含鈣造巖礦物的聚集和遷移;Ce反映了表生作用的氧化條件，在氧化條件下虧損，在缺氧條件下富集［21，22］。本區白云巖稀土元素總量介于6.7～41.2 μg/g之間，平均值為24.35 μg/g，總體上處于正常海相碳酸鹽巖ΣREE變化范圍內(海相碳酸鹽巖ΣREE值一般低于100 μg/g)［23］，輕稀土元素富集。白云巖稀土元素配分模式顯示(圖6)，Ce異常呈現弱負異常，Eu呈現弱負異常。

3.2.3 微量元素

元素Sr的含量往往反映介質的鹽度，現代海水的 Sr含量大約為1 000 ～1 200 μg/g［21，24］。本區白云巖Sr含量主體介于39～135 μg/g之間，平均81.8 μg/g。考慮到擺佐組淺海相沉積背景和后期較強的改造作用，且Sr已大量流失，白云巖中較低的Sr含量可能說明了白云巖是后期埋藏成巖作用過程中形成的［21］，白云化時間較晚。白云巖中Ba含量集中在4 μg/g左右，略低于一般正常海相碳酸鹽的標準;Sr/Ba比值介于7.7～70.2之間，平均值接近30左右，表明白云巖在深埋過程中所形成時水介質鹽度較高［21，22］。

3.3 碳、氧同位素

碳酸鹽巖中的穩定碳、氧同位素組成可以用來定量的恢復沉積環境的古鹽度和古水溫，確定成巖環境，查明沉積物形成后的大氣淡水參與成巖作用的強度以及研究白云巖的形成機理［6］。研究區白云巖碳、氧同位素測試結果見表2。表2反映出白云巖δ13C最低值 -1.12‰，最高值 0.75‰，平均值為-0.28‰;δ18O最低值-8.24‰，最高值為-6.81‰，平均值為-7.51‰。根據Keith and Weber(1964)［25］利用δ18O、δ13C值導出經驗公式Z=2.048×(δ13C+50)+0.498 ×(δ18O+50)，T=14.8-5.41 × δ18O，計算了白云巖形成的鹽度和溫度(表2)。表2顯示本區白云巖Z值都在在121～125之間，平均為123，表明會澤地區白云巖可能形成于超咸濃縮海水以及較高的溫度條件下，說明研究區的白云巖主要屬于埋藏作用成因，其成巖流體可能代表了沉積物埋藏過程中古海水的濃縮。根據成巖溫度計算結果，本區白云巖成巖溫度在51.64℃ ～59.38℃之間，平均為55.42℃(表2)。假定白云巖形成時表面溫度為25℃，地熱梯度2.5℃/100 m［21］，推測該地區白云巖形成平均深度約為1 065～1 376 m，為中深埋藏環境，根據區域地層資料區域構造演化史推測，其白云巖化時間可能發生于二疊紀，屬后生白云巖，誠然，這一認識需要進一步工作加以證明。在 Hird［11、21］等的白云巖碳—氧同位素比值判別圖上(圖6)會澤地區白云巖C、O同位素投點主要出現在埋藏成因(M1，M2)的區域內及其周圍，反映了白云巖為埋藏成因，同時樣品的碳—氧同位素比值接近線性排列的現象，表明研究區白云巖樣品經歷了非常長時間的、充分的成巖作用，與巖石埋藏作用成因的結論一致。

圖6 會澤地區白云巖稀土元素配分模式Fig.6 REE distributions of dolomites in the Baizuo Formation of Huize area

表1 擺佐組白云巖微量元素含量(μg/g)Table 1 Trace element(μg/g)of dolomites in the Baizuo Formation of the Huize Basin

續表1 擺佐組白云巖微量元素含量(μg/g)Table 1 Trace element(μg/g)of dolomites in the Baizuo Formation of the Huize Basin

續表1 擺佐組白云巖微量元素含量(μg/g)Table 1 Trace element(μg/g)of dolomites in the Baizuo Formation of the Huize Basin

表2 白云巖C、O同位素組成及鹽度和溫度Table 2 Salinity and temperature reflected by the oxygen isotope of dolomite

圖7 會澤盆地白云巖δ13C—δ18O變化關系和成因判別［6］(據 Hird，1987)Fig.7 Discrimination diagram showing the relationship of δ13C-δ18O and dolomites genesis of the Huize Basin

4 討論與結論

(1)云南會澤石炭系擺佐組白云巖主要由中、粗晶白云巖組成;白云巖Sr含量較低，可能是后期埋藏成巖作用過程中形成的，且白云化時間較晚，Sr已經大量流失。

(2)云南會澤石炭系擺佐組白云巖輕稀土元素富集，這可能與埋藏期間流體活動對稀土元素的整體帶入有關［6］。白云巖稀土元素配分模式顯示Ce異常呈現弱負異常，主要是由于Ce3+將不斷被氧化成相對易溶的Ce4+離子被遷移而貧化。同時Eu也呈現弱負異常，根據韓潤生等［13］對會澤地區超大型鉛鋅(銀、鍺)礦床研究表明石炭系擺佐組地層稀土元素分布模式與礦石、方解石稀土模式差異甚大，顯示成礦與擺佐組地層無直接的血緣關系。推測，擺佐組白云巖的Eu負異常可能為源區的白云巖產生化學風化作用，Eu在化學風化過程中被優先帶出而造成的。

(3)碳、氧同位素表明白云巖經歷了較長時間的、充分的成巖作用，成巖期間具有較高的鹽度指數Z值和成巖溫度，推測該地區白云巖為中深埋藏環境，根據區域地層資料、區域構造演化史推測其白云巖化時間可能發生于二疊紀，屬后生白云巖，誠然，這一認識需要進一步工作加以證明。

(4)總體來看，本區白云巖在巖石學特征上具有半自形—自形結構，主量元素MgO—CaO呈線性負相關，表明了研究區白云石是交代或重結晶成因而非沉積成因的，同時碳、氧同位素結果顯示其鹽度指數和成巖溫度較高，綜合分析認為本區白云巖成因為埋藏成因，并且在后期可能受到了構造作用和地殼抬升作用的影響，使白云巖產生化學風化作用，造成Eu的負異常，這可能與滇東北地區印支—海西階段所形成的拉張和垂直升降運動有關。

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