上揚子地塊東緣凹子崗鋅礦床成礦流體特征

熊索菲, 姚書振, 皮道會, 曾國平, 何謀惷, 譚滿堂

(1.中國地質大學(武漢) 資源學院, 湖北 武漢 430074; 2.中國地質大學(武漢) 緊缺礦產資源勘查協同創新中心, 湖北 武漢 430074; 3.中國地質調查局 武漢地調中心, 湖北 武漢 430200)

上揚子地塊東緣凹子崗鋅礦床成礦流體特征

熊索菲1, 2, 姚書振1*, 皮道會1, 曾國平1, 何謀惷1, 譚滿堂3

(1.中國地質大學(武漢) 資源學院, 湖北 武漢 430074; 2.中國地質大學(武漢) 緊缺礦產資源勘查協同創新中心, 湖北 武漢 430074; 3.中國地質調查局 武漢地調中心, 湖北 武漢 430200)

凹子崗鋅礦床位于上揚子地塊東緣, 該礦床經歷了兩個成礦期: 沉積成巖期和熱液期, 形成兩種不同巖相學特征的閃鋅礦。流體包裹體巖相學研究顯示, 存在鹽水包裹體(W型)、烴類包裹體(G型)和含石鹽子礦物多相包裹體(S型)。有機流體活動與成礦存在耦合關系, 其中烴類包裹體(G型)賦存于白云石和自形粗粒閃鋅礦中, 具有黃色熒光效應, 激光拉曼測試顯示其成分為瀝青質、CH4、C3H8和H2O; 此外, 瀝青與閃鋅礦密切共生。顯微測溫結果顯示熱液期流體包裹體均一溫度集中于160～180 ℃, 鹽度集中于8％～14％NaCleqv, 部分可達30％NaCleqv左右。成礦流體除含有機質外, 還含有NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、H2O, 為多元共存的流體體系, 成礦壓力為22～84 MPa。

凹子崗鋅礦床; 流體包裹體; 有機流體; 鄂西成礦帶; 地球化學

0 引 言

成礦流體是礦床學研究的重要內容(Wilkinson, 2001; 盧煥章等, 2004; 陳衍景等, 2007; 池國祥和盧煥章, 2008; 倪培等, 2014), 其中, 有機流體與鉛鋅礦之間的耦合關系一直是學者們研究的熱點(Anderson, 1991; Leach et al., 2005; 顧雪祥等, 2010)。揚子地塊周緣是我國主要的鉛鋅礦富集區,為研究流體與成礦的耦合關系提供了重要場所。揚子地塊周緣的鉛鋅礦主要分布于: (1)西緣的康滇地軸東部一帶, 如會澤、茂租、大梁子及赤普鉛鋅礦(芮宗瑤等, 2004; 張長青等, 2005; 張振亮, 2006); (2)北緣的沿碑壩基底隆起一帶, 以馬元鉛鋅礦帶為代表(侯滿堂等, 2007; 王曉虎等, 2008; 劉淑文等, 2012); (3)上揚子東緣湘西–鄂西地區(圖 1), 如董家河鉛鋅礦床、花垣鉛鋅礦床、白雞河鋅礦和凹子崗鋅礦(楊紹祥和勞可通, 2007; 譚滿堂, 2009; 吳越, 2013; 段其發, 2014)。迄今為止, 在揚子地塊西緣和北緣的鉛鋅礦中相繼都發現了有機質參與成礦的一些證據(張長青, 2008; 侯滿堂, 2009; 吳越等, 2013; 張少妮, 2013), 東緣的鉛鋅礦中也存在有機質(譚滿堂, 2009), 但有機質的賦存狀態是怎么樣的, 是否參與了成礦作用, 這一系列問題都尚未明確。本文以鄂西成礦帶內的凹子崗鋅礦床為研究對象, 在綜合分析鋅礦形成的含礦建造、巖相古地理及大地構造背景等資料的基礎上, 進行了系統的流體包裹體巖相學、激光拉曼和顯微測溫研究, 厘定了成礦流體特征, 探討了有機質與成礦的關系。

1 區域和礦區地質特征

鄂西成礦帶橫跨秦嶺造山帶和揚子地塊兩個構造單元, 該成礦帶中鉛鋅礦床及礦化點多達 200余處(圖 1), 由北向南依次為房縣–竹山鉛鋅礦密集區,興山–神農架鉛鋅礦密集區, 興山–遠安鉛鋅礦密集區, 長陽鉛鋅礦密集區和咸豐–鶴峰鉛鋅礦密集區(王茂林等, 2014)。其中, 凹子崗鋅礦床位于興山–遠安鉛鋅礦密集區內(圖1)。礦區出露地層為新元古代陡山沱組和燈影組, 其中燈影組由蛤蟆井段、石板灘段和白馬沱段三個巖性段組成(圖 2, 表 1)。其中石板灘段上亞段(見表 1)為本礦床的主要的賦礦層, 巖性為角礫狀白云巖; 白馬沱段為次要賦礦層位, 巖性為含砂屑角礫狀白云巖。2003年湖北省宜昌地質勘探大隊估算該礦床鋅資源量已超過 10×104t,鋅礦(化)體6個, 其中Ⅰ-1、Ⅰ-2為工業礦體(圖2),礦體呈似層狀及透鏡狀, 產狀與地層產狀基本一致,但礦體頂板及底板起伏不平, 形態較為復雜(譚滿堂, 2009)。礦區內NW向斷裂較發育, 斷裂構造晚于成礦期并對礦化具有一定的破壞作用。

1. 構造單元分界線; 2. 省界; 3. 城市; 4. 研究區; 5. 鉛鋅礦床; 6. 鉛鋅礦點。Ⅳ1. 北大巴山臺褶束; Ⅳ2. 武當山復背斜; Ⅳ3. 青峰臺褶束; Ⅳ4. 神龍架斷穹; Ⅳ5. 黃陵斷穹; Ⅳ6. 遠安臺褶束; Ⅳ7. 秭歸臺褶束; Ⅳ8. 利川臺褶束; Ⅳ9. 恩施臺褶束; Ⅳ10. 長陽臺褶束; Ⅳ11. 江陵凹陷。圖1　鄂西地區鉛鋅礦分布圖(據王茂林等, 2014修改)Fig.1 Distribution of the lead-zinc deposits in the western Hubei province

2 礦石及有機質特征

凹子崗鋅礦床存在兩個成礦期, 分別為沉積成巖期和熱液期。沉積成巖期的礦石以淡綠色條帶–紋層狀礦石(圖 3a)為代表, 礦石中礦物顆粒小, 閃鋅礦集合體呈條帶狀, 與白云石之間的界線清晰且相互交融、包含, 呈共生關系, 為同時沉積形成(圖 3a和4a)。熱液期的礦石可見角礫狀構造和浸染狀構造(圖3b、 3c)。角礫狀構造中角礫主要為燈影組的白云巖(圖3b)或者紋層狀礦石角礫, 膠結物主要為鈣質、白云質、硅質及圍巖白云巖的微碎屑和鉛鋅礦, 角礫大小不一、棱角分明且有可拼接性, 表明角礫形成過程中位移不大。經風化作用還可形成皮殼狀礦石。

金屬礦物主要為閃鋅礦(圖 4c～f), 少量方鉛礦(圖3c)、黃鐵礦和菱鋅礦。脈石礦物主要為白云石、方解石、石英。本礦床的閃鋅礦在沉積成巖期和熱液期表現出不同的巖相學特征, 沉積成巖期形成的閃鋅礦一般為淺綠色(圖 4c), 粒度細小(圖 4c和d),常與白云石和石英共生(圖 4a和 c); 熱液期的閃鋅礦一般呈淺棕和紅棕色(圖 4c), 粗粒狀, 可與白云石、方解石、石英、瀝青及菱鋅礦等共生。兩個世代的閃鋅礦的分布特征也存在差異(圖 4a), 沉積期呈紋層狀, 而熱液期閃鋅礦呈浸染狀產出。

1. 陡山沱組; 2. 燈影組蛤蟆井段; 3. 燈影組石板灘段下亞段; 4. 燈影組石板灘段上亞段; 5. 燈影組白馬沱段; 6. 斷層; 7. 礦體及編號。圖2　凹子崗鋅礦床地質略圖(據鄒先武等, 2007修改)Fig.2 Geological map of the Aozigang zinc deposit

表1　凹子崗鋅礦床賦礦巖性段特征Table 1 Stratigraphic column of the Aozigang zinc deposit

此外, 本礦床還存在不同賦存狀態的有機質:一種其原始母質為藻類(圖4b), 另一種為瀝青(圖4e 和f)。藻類分布于礦石及燈影組白云巖中, 單偏光顯微鏡透射光下, 呈灰色, 縱截面為長條狀和板狀,橫截面可見為圓形和橢圓形, 無內反射, 具有均質–弱非均質性, 發生有不同程度的鈣化(圖4b)。瀝青分為早、晚兩期, 早期的瀝青與成礦密切相關, 肉眼難以觀測到, 但在顯微鏡反射光下, 瀝青表現出類似透明礦物的低反射率, 顏色為灰色, 帶棕色調(圖 4e), 均質–弱非均質性, 一般與熱液期閃鋅礦共生并且緊貼脈石礦物邊緣發生沉淀。晚期的瀝青在肉眼下能夠觀察到, 一般呈黑色, 具有玻璃光澤, 常常以豆狀或液滴狀分布在角礫巖殘余孔洞隙中(圖4f)。

3 流體包裹體特征

3.1 實驗樣品及研究方法

此次研究共制備包括沉積期和熱液期的包裹體測溫片20片, 進行包裹體巖相學觀察, 由于沉積成巖期礦物顆粒較小, 在進行激光拉曼分析及顯微測溫時主要測試熱液期流體包裹體。

(a) 紋層–條紋狀礦石, 比例尺為筆頭, 長度為 40 mm; (b) 為 a照片內黃色虛線區域放大; (c) 角礫狀礦石; (d) 浸染狀礦石。礦物名稱縮寫: Sp. 閃鋅礦; Dol. 白云石; Gn. 方鉛礦; Cal. 方解石。圖3　凹子崗鋅礦床礦石照片Fig.3 Photos of the ores from the Aozigang zinc deposit

流體包裹體的巖相學觀察和顯微測溫研究在中國地質大學(武漢)資源學院成礦流體實驗室和地質過程與礦產資源國家重點實驗室的紅外-顯微測溫實驗室完成, 所用的顯微鏡為德國 ZEISS公司生產的Axioskop和Zeiss TR型號的顯微鏡, 其放大倍數100～1000倍, 冷熱臺測溫時選用的放大倍數一般為500倍。實驗所用的冷熱臺是Linkam THMS 600 型冷熱臺, 其溫度控制范圍為–196～+600 ℃, 其中在–120～ –70 ℃范圍內的測定誤差控制在±0.5 ℃, –70～+100 ℃范圍內的測定誤差控制在±0.2 ℃, 100～500 ℃范圍內的測定誤差控制在±2 ℃。實驗前,用美國FLUID INC公司的人工合成流體包裹體標準樣品對冷熱臺進行校正, 確保實驗數據的精確性。

利用中國地質大學構造與油氣資源教育部重點實驗室的Nikon E80I雙通道熒光顯微鏡, 對流體包裹體的熒光性進行觀測, 其中紫外激發光為多色激發, 激發波長為330～380 nm。激光拉曼測試在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室激光拉曼實驗室進行。使用Renishaw RM-1000型激光拉曼光譜儀, 光源為514.5 nm氬離子激光器, 狹縫為25 μm, 曝光時間30 s, 掃描范圍為1000～3800 cm–1。

本礦床的包裹體類型主要為氣液兩相包裹體(L+V型), 其鹽度利用所測得的冰點數據, 根據Hall et al. (1988)和盧煥章(2004)的經驗公式計算得到。流體密度(ρ)則是利用測得的均一溫度(Th), 結合鹽度數據(W), 應用劉斌和段光賢(1987)的經驗公式: ρ=A+BTh+CT2h求得, 其中A、B、C均為無量綱參數, A=A0+A1W+A2W2, B=B0+B1W+B2W2, C=C0+C1W+ C2W2。

3.2 流體包裹體巖相學特征

本礦區的樣品中廣泛發育原生包裹體和次生包裹體。原生包裹體一般以孤立狀、面狀分布為特征,或呈帶狀定向分布于礦物晶體生長環帶內。次生包裹體多沿礦物微裂隙呈串、呈線狀出現, 通常切割寄主礦物, 是后期熱液活動的反應。本次研究的重點為原生包裹體, 此類包裹體廣泛分布于白云石、方解石、石英及閃鋅礦內, 當室溫20 ℃條件下, 根據包裹體的相態–成分類型可以分為以下三類:

(a) 透射光, 單偏光下可見沉積成巖期形成的紋層狀細粒閃鋅礦與白云石共生, 熱液期閃鋅礦與方解石共生; (b) 透射光, 原始母質為藻類,單偏光下可見鈣化; (c) 透射光, 單偏光下可見沉積期閃鋅礦為細粒淺綠色, 透明度較低, 而熱液期閃鋅礦為粗粒紅棕色, 透明度較高。閃鋅礦與白云石、石英和方解石共生; (d) 與圖c為同一視域下, 反射光條件下拍攝; (e) 反射光下, 早期瀝青與熱液期形成的閃鋅礦共生; (f) 自然光下, 晚期瀝青填充在閃鋅礦角礫之間的空隙中。礦物名稱縮寫: Sp(Ⅰ). 沉積期閃鋅礦; Sp(Ⅱ). 熱液期閃鋅礦; Alg. 原始母質為藻類; Bit. 瀝青; Gn. 方鉛礦; Dol. 白云石; Cal. 方解石; Q. 石英。圖4　不同成礦期的典型照片Fig.4 Microphotographs and photos for ores from different stages

(1) 鹽水包裹體(W型), 該類包裹體分布最廣泛,由液相和氣相組成, 大小集中于 4～15 μm, 此類包裹體在不同主礦物內的形態有所差別, 比如石英透明度很高, 包裹體以負晶形、橢圓形和不規則形為主(圖 5a); 而白云石和方解石因礦物折射率的影響,其內部包裹體有時會出現有“重影”, 以矩形或者不規則形態出現, 且具有定向排列的特征(圖 5b); 閃鋅礦顆粒較小、內部透明度不高、可見其內部有絲狀和線狀的黑色物質, 包裹體形態主要為橢圓形和圓形(圖5c)。

(a) 石英內的W型流體包裹體; (b) 方解石內的W型流體包裹體呈定向排列; (c) 閃鋅礦中的W型流體包裹體; (d) 白云石中的G型包裹體; (e)白云石內包裹體沿著礦物環帶生長; (f) 為E照片內紅色虛線區域, S型包裹體與G型包裹體共存。LH2O. 液態水; VH2O. 氣態水; LCH. 液態烴; VCH. 氣態烴; H. 石鹽子礦物。圖5　凹子崗鋅礦床流體包裹體特征Fig.5 Microphotographs of fluid inclusions in the Aozigang zinc deposit

(2) 烴類包裹體(G型), 此類包裹體主要分布在白云石(圖5d、f)和粗粒閃鋅礦(圖7c、d)內, 大小集中于6～20 μm, 以不規則和橢圓形為主。在單偏光顯微鏡下, 含烴類物質為黑色或者褐色。包裹體有時可觀察到存在液態烴、氣態烴、液態水三個相(圖5d),有時能觀察到氣態烴與液態水共存(圖 5f), 其中液態水為無色透明。還可以見到G型包裹體沿著白云石的生長環帶分布(圖 5e), 并且與含子礦物包裹體共生(圖5f)。在熒光顯微鏡下, 液態烴會顯示出黃色熒光, 具有定向排列的特征(圖6b、d)。

(3) 含石鹽子晶包裹體(S型), 由氣相、液相和固相組成, 其中固相的子礦物主要為石鹽, 具有立方體形態, 大小集中于8～16 μm。當進行顯微測溫實驗時, 隨著溫度的升高, 該類包裹體的子礦物開始熔化, 當達到某一溫度時子礦物最終消失。此類包裹體可以與W型、G型包裹體共生(圖5f)。

3.3 流體包裹體激光拉曼特征

激光拉曼光譜是一種研究物質分子結構的微觀分析技術, 不僅在各類型礦床中廣泛應用, 對油氣田樣品中的有機質流體包裹體成分鑒定也有較好的效果(何謀春等, 2005)。判斷有機流體是否參與成礦的關鍵在于能否檢測出本礦床存在有機質包裹體。激光拉曼研究結果顯示, 白云石和石英內W型包裹體主要成分為H2O。在白云石的G型包裹體液相成分可以檢測出H2O特征峰(圖 7a), 氣相中發現存在CH4, 特征峰值為2914.8 cm-1(圖7b)。由于烴類包裹體組分的復雜性, 若為混合烴, 多種特征峰值會疊加于拉曼光譜圖中。閃鋅礦內G型包裹體拉曼光譜圖顯示其具有多組分共存的特點(圖 7c和 d), 存在瀝青質、CH4和 C3H8。瀝青質成分主要為 C, 拉曼峰值成對出現, 并且非常穩定, 可以作為烴類包裹體瀝青組分的特征來鑒別(張鼎等, 2007; 李雯霞等, 2013)。圖7c顯示瀝青質具有“多峰”特點, 一級峰分別為1317.4 cm1-和 1601.9 cm1-, 但在3194.3 cm1-處存在較明顯的拉曼二級峰。二級峰表現了混合烴中 CH2、CH3鏈基伸縮振動拉曼特征(張鼎等, 2007)。圖7c顯示該樣品在2914.6 cm1-處還存在明顯的拉曼隆起, 表明含有CH4。烴類包裹體成分除檢測出含有瀝青質以外(特征峰值為1317.4 cm1-、1602.1 cm1-和3188.9 cm1-, 如圖7d), 還檢測出含有C3H8, 其特征峰值為2889.1 cm1-。

(a)和(c) 透射光下, 白云石內有機包裹體; (b)和(d) 紫外光下, 有機質顯示熒光, 具有黃色熒光特征的包裹體呈定向排列; (a)與(b), (c)與(d)為同一視域下拍攝。圖6　凹子崗鋅礦床中有機包裹體紫外光觀測照片Fig.6 Microphotographs of organic inclusions in the Aozigang zinc deposit

(a) 白云石內烴類包裹體, 液相成分為H2O; (b) 白云石內烴類包裹體, 氣相成分中含CH4; (c) 閃鋅礦內烴類包裹體, 成分含有瀝青質和CH4; (d) 閃鋅礦內烴類包裹體, 成分含有瀝青質和C3H8。圖7　凹子崗鋅礦床有機包裹體激光拉曼圖譜Fig.7 Raman spectra of organic fluid inclusions from the Aozigang zinc deposit

3.4 流體包裹體顯微測溫

在進行本礦床的流體包裹體顯微測溫時, 主要選擇熱液期的鹽水包裹體(W 型)和含子礦物包裹體(S型)進行測定。由于包裹體捕獲后受到后期地質作用的影響, 會使溫壓條件都發生變化(平宏偉和陳紅漢, 2011), 而溫度的增加會使G型包裹體內的油組分裂解, 從而對烴類包裹體的均一溫度測試結果造成很大的影響(Okubo, 2005; 趙艷軍和陳紅漢, 2008)。本礦床閃鋅礦顆粒較小, 透明度不高, 并且包裹體氣相與液相邊界并不清晰(圖5c和圖7c、d),為確保所測試數據的準確性, 選用與閃鋅礦共生的透明度較高的白云石、方解石和石英作為主礦物進行測試。

在測試W型包裹體時, 一般會先將冷熱臺急劇降溫至–190 ℃左右, 再緩慢升溫測出初融溫度和冰點。凹子崗鋅礦床方解石內包裹體初融溫度為–34.3～ –31.0 ℃, 石英內包裹體初融溫度為–34.8 ℃,白云石內包裹體未測到初融溫度。當溫度逐漸升高后, 所測包裹體的氣泡逐漸變小, 完全均一到液相,詳細測溫數據見表2。

表2　凹子崗鋅礦床流體包裹體相關數據簡表Table 2 Summary of fluid inclusion data from the Aozigang deposit

方解石內包裹體主要以負晶形和橢圓形為主, 大小集中在 4～20 μm, 其中鹽水包裹體(W 型)的均一溫度為139～229 ℃, 冰點溫度為–14.0～ –5.0 ℃, 鹽度為7.9％～17.8％NaCleqv, 流體密度為0.907～1.026 g/cm3。

白云石內包裹體形態較多, 有矩形、橢圓形、圓形和不規則形, 包裹體大小與方解石內相似, 為4～20 μm, 其中W型包裹體的均一溫度為139～237 ℃,冰點溫度為–12.9～ –1.9℃, 鹽度為 3.2％～16.8％NaCleqv,流體密度為0.912～1.043 g/cm3。

石英內包裹體形態以不規則、負晶形為主, 大小2～14 μm, 其中W型包裹體均一溫度為122～221 ℃,冰點溫度為–12.9～ –3.8 ℃, 鹽度為6.16％～16.8％NaCleqv,流體密度為0.933～1.037 g/cm3。

S型包裹體在顯微測溫時的均一方式一致, 都是子晶先熔化消失, 然后氣泡再消失, 從而達到完全均一。石鹽子晶熔化溫度為 200～217 ℃, 對應的鹽度為31.9％～32.7％NaCleqv(見表2)。

凹子崗鋅礦床的流體包裹體顯微測溫結果表明,方解石、石英和白云石中流體包裹體的均一溫度都非常集中, 分別為140～180 ℃, 140～200 ℃, 140～200 ℃(圖 8a), 表現出一種相對穩定的成礦環境; 成礦流體的鹽度范圍有一定的變化范圍, W 型包裹體的鹽度范圍集中于 6％～18％NaCleqv(圖 8b), 密度為 0.907～ 1.043 g/cm3, 但 S型包裹體鹽度可以達到 31.9％～ 32.7％NaCleqv, 密度達到1.089～1.111 g/cm3(表2)。

4 討 論

4.1 有機流體與成礦

有機流體不僅與石油和天然氣形成、演化有關,也能對成礦元素進行吸附、絡合、運移、卸載及聚集(朱弟成等, 2003; 顧雪祥等, 2010; 李榮西等, 2012)。本礦床存在有機流體, 以G型包裹體和瀝青的出現為主要依據(圖4e和圖5d)。粗粒閃鋅礦內烴類包裹體成分較為復雜, 主要為瀝青質、CH4和C3H8(圖7); 與其共生的白云石內烴類包裹體成分較簡單, 主要為CH4和 H2O。本礦床的早期瀝青具有粒度微細, 肉眼通常不可見, 顯微鏡反射光下呈灰色, 帶棕色調, 均質-弱非均質性, 與閃鋅礦密切共生。金屬礦床中熱裂解作用產生的瀝青具有以上巖相學和光學特征(彭義偉等, 2013)。另外, 原始母質為藻類, 分布于圍巖和礦石, 可能為原地受熱降解未經二次運移的有機殘留體(顧雪祥等, 2013)。鄒先武等(2007)指出本礦床具有明顯的同沉積構造特征,而閃鋅礦呈淡綠色條帶–紋層狀構造, 條帶粗的可達到0.5～1 cm, 細的僅0.1 cm(圖3a), 這些條帶是由顆粒狀的閃鋅礦組成, 堆積緊密, 經壓實作用形成,具有典型的沉積構造特征, 應形成于相對較穩定的沉積環境, 可推測淡綠色閃鋅礦在沉積成巖期形成,成礦時間應與圍巖形成時間接近。熱液成礦期紅棕閃鋅礦、方鉛礦和瀝青共生, 礦石表現出熱液活動特征, 包括角礫狀構造、充填結構、包裹結構及交代結構(圖3和4)。紅棕色閃鋅礦Rb-Sr定年結果顯示, 成礦年齡為 409.6±9.7 Ma, 屬于早泥盆世晚期,比圍巖燈影組形成要晚(段其發, 2014), 代表成巖過程后有一期有機成礦流體活動, 并進一步成礦, 成礦過程中產生了一系列的有機質, 包括 CH4、C3H8和瀝青。

(a) 方解石、白云石和石英中流體包裹體均一溫度直方圖; (b) 方解石、白云石和石英中流體包裹體鹽度直方圖。圖8　流體包裹體的均一溫度-鹽度直方圖Fig.8 Histograms of microthermometric data and salinity

4.2 流體性質

不同的流體體系具有各自的初融溫度, 當流體中組分確定不變時, 初融溫度不會因為組分中濃度的變化而發生改變, 因此初融溫度可以作為判斷流體體系的依據(盧煥章等, 2004)。凹子崗白云石內群體包裹體測試結果(周云等, 2014)顯示, 陽離子主要為Ca2+(4676.7～1325.27)、Mg2+(19.9～70.7)、Na+(0.31～ 1.67)、K+(0.03～0.14), 陰離子主要為 Cl-, 基本不含SO42-。結合本次研究發現含有石鹽(NaCl)子礦物包裹體, 說明流體中肯定含有 Na+、K+、Cl-這三種離子。初熔溫度(表3)和流體成分結合可以推斷本礦床流體除含有機流體以外, 多元體系共存, 還存在NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2和H2O。

表3　凹子崗鋅礦床流體體系Table 3 Characteristics of the ore-forming fluid of the Aozigang deposit

顯微測溫結果顯示熱液期流體包裹體的均一溫度非常集中(160～180 ℃), 鹽度相對較高(8％～14％NaCleqv),局部可見S型包裹體, 鹽度可達到30％NaCleqv。

4.3 成礦壓力

利用包裹體估算成礦壓力是通過顯微測溫獲得相關的參數, 再選用合理體系的相圖或計算公式、程序進行估測, 并且在各類型礦床中已經得到了良好的應用(Li et al., 2012; Zheng et al., 2012; 熊索菲等, 2013, 2016; Xiong et al., 2015)。考慮到本礦床主要包裹體有 S型高鹽度包裹體和 W型鹽水包裹體,故選用兩種不同方法進行估算。

(1) 將S型包裹體理想的看成高鹽度H2O-NaCl體系, 本礦床的 S型包裹體都是子礦物先消失, 然后氣泡消失, 鹽度為 31.9％～32.7％NaCleqv。當體系鹽度接近 30％NaCleqv, 可利用 Bodnar and Vityk (1994)高鹽度H2O-NaCl體系P-T關系圖, 近似的選擇鹽度為 30％NaCleqv的相圖進行估算。以包裹體A為例, 當包裹體A受熱沿著液相–氣相曲線演化時, 子礦物首先在 215 ℃時熔化消失, 則包裹體內形成了相當于30％NaCleqv的飽和溶液, 繼續加熱, 包裹體就會沿著30％NaCleqv的液相–氣相曲線繼續演化, 直到247 ℃時氣泡消失, 均一時所對應的壓力(最小捕獲壓力)則為40 MPa(圖9a)。同樣的方法可以估算出包裹體B(子礦物熔化溫度為217 ℃, 均一溫度為233℃)的壓力為22 MPa, 以及包裹體C(子礦物熔化溫度為200℃, 均一溫度為248 ℃)壓力為75 MPa。因此S型包裹體所估算出的最小捕獲壓力為22～75 MPa(圖9a)。

(a) 利用S型包裹體進行壓力估算, 底圖據Bndnar and Vityk (1994); (b) 利用W型包裹體進行壓力估算, 使用FLINCOR 軟件(Brown and Lamb, 1989)。圖9　凹子崗鋅礦床成礦壓力估算Fig.9 Pressure-temperature conditions for the Aozigang zinc deposit

(2) 利用包裹體等容線估算成礦壓力是目前一種較為準確的估算方法(盧煥章等, 2004)。把所測得的 W 型包裹體相關參數(包括均一溫度和冰點), 輸入FLINCOR 軟件(Brown and Lamb, 1989), 可以得到包裹體等容線。凹子崗鋅礦床的方解石內包裹體的等容線分布在ρ=0.907和ρ=1.026代表的③⑥等容線范圍內, 白云石內包裹體的等容線分布在ρ=0.912 和 ρ=1.043代表的①④等容線范圍內, 石英內包裹體的等容線分布在ρ=0.933和ρ=1.037代表的②⑤等容線之間范圍內(圖 9b)。本次測溫結果顯示出成礦溫度集中于160～180 ℃之間, 將溫度區間在圖9b上投影出來, 與等容線相交處所對應的壓力即為所求,因為本算法得到的是最小捕獲壓力, 因此取與等容線相交的較大值, 得到壓力為28～84 MPa(圖9b)。

以上兩種方法估算的壓力非常接近, 證明兩種包裹體所形成的壓力環境是一致的, 為22～84 MPa。以大陸地壓梯度27 MPa/km為衡量標準, 對應的靜巖壓力為0.81～3.11 km。

4.4 成礦過程

鄂西地區處于上揚子地塊東緣(圖1), 橫跨秦嶺造山帶和揚子地塊兩大構造單元, 經歷了武陵、加里東、海西、印支、燕山、喜馬拉雅發展階段, 使本區發育了一系列規模較大的褶皺和斷裂, 但巖漿活動不明顯, 地層之間沒有形成明顯的角度不整合接觸關系。新元古代海相地層沉積環境相對穩定,巖相古地理資料顯示, 凹子崗鋅礦床處于臺地邊緣淺灘相與局限臺地潮下相的過渡部位(湯朝陽等, 2009), 光照充足, 藻類生物大量繁殖(圖 4b), 是鋅成礦的有利位置。藻類吸收Pb、Zn的模擬實驗表明,藻類會大量吸收 Pb、Zn等元素, 從而使自身成為Pb、Zn的富集體(林麗等, 2002)。當藻類生物死亡后會形成具有表面積大、粘度高、對金屬離子吸附能力強的腐殖酸(盧家爛等, 1997; 李發源等, 2002)。在沉積物埋藏成巖過程中, 腐殖酸可以對成礦物質進行吸附, 使凹子崗鋅礦床主要的賦礦層位(石板灘段) 的 Pb、Zn豐度值分別達到 3×106-～422×106-(平均明顯高于 Pb、Zn的地殼克拉克值(Pb=19×106-、Zn= 60×106-, 湯朝陽等, 2009), 而沉積壓實作用又使閃鋅礦形成紋層狀-條帶狀的礦層(圖3a、d)。

加里東運動使揚子地塊經歷了長期擠壓隆升過程, 到早泥盆世受古特提期洋拉張影響, 揚子地塊處于伸展斷陷構造背景, 為熱液成礦提供了構造驅動力, 使流體產生大規模運移(段其發, 2014), 成礦熱液攜帶金屬元素充填于角礫周圍, 流體攜帶大量有機質和金屬元素向構造薄弱帶遷移, 促使熱液對流和成礦物質不斷富集, 從而形成大量角礫狀礦石。熱液期還形成含有方鉛礦和粗粒紅棕色閃鋅礦的浸染狀礦石。成礦熱液內的有機質, 在閃鋅礦和白云石內包裹體中以混合烴的形式存在, 或者以固體瀝青的形式與閃鋅礦密切共生。由于燈影組石板灘段和白馬沱段主要是由方解石和白云石等碳酸鹽礦物及少量泥質組成的沉積巖, 有機質主要存在細晶質的碳酸鹽礦物內, 不容易釋放出來(解啟來等, 2000), 但隨著構造運動的作用, 較高溫度流體的加入, 使原來賦存于碳酸鹽內有機質的釋放率增大。有機質熱演化過程中會形成不同的有機產物, 一般先形成腐殖酸, 然后演化為干酪根(莊漢平和盧家爛, 1996), 當干酪根的熱降解作用發生時, 可生成一系列有機質包括瀝青(C14+)、飽和烴(C6-13)、芳烴(C6-13)、C2-C5和CH4(王云鵬等, 2007), 氣態烴類物質的生成會導致流體壓力增大(估算的最小捕獲壓力 22～ 84 MPa), 以大陸地壓梯度27 MPa/km為衡量標準,對應的靜巖壓力為 0.81～3.11 km。當壓力大于圍巖最大抗裂強度時, 巖石破裂, 加上同沉積斷裂的長期活動, 形成白云巖角礫。此外, 成礦后還存在有機流體活動, 形成晚期的瀝青等。表生條件下閃鋅礦氧化, 形成菱鋅礦, 使成礦物質進一步富集。

5 結 論

(1) 位于上揚子地塊東緣的凹子崗鋅礦床成礦存在沉積成巖期和熱液期。沉積成巖期, 藻類生物對成礦物質的吸附作用促使Zn元素富集, 從而形成條帶–紋層狀礦石。熱液期主要形成角礫狀和浸染狀礦石, 有機流體活動與成礦存在耦合關系, 表現為早期瀝青與閃鋅礦密切共生, 在白云石和熱液期形成的粗粒閃鋅礦中還發現有烴類包裹體, 液態烴具有熒光效應, 有機成分為瀝青質、CH4和C3H8。

(2) 凹子崗鋅礦床是一個沉積–熱液改造型礦床,熱液期成礦流體除含有機質外, 還含有NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2和 H2O, 為多元的流體體系, 顯微測溫結果顯示, 均一溫度集中于 160～180 ℃, 鹽度集中于 8％～14％NaCleqv, 部分可達 30％NaCleqv左右,估算得成礦壓力(最小捕獲壓力)為22～84 MPa。

致謝： 感謝中國地質大學(武漢)陸建培老師和江滿容博士在巖礦鑒定方面的協助, 成文過程中曾與沈傳波教授進行了有益的探討。兩位匿名審稿人提出了非常有益的修改建議, 同時也非常感謝編輯部老師在稿件修改過程中的悉心指導和幫助。

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Characteristics of Ore-forming Fluid of the Aozigang Zinc Deposit in the East Margin of the Upper Yangtze Block

XIONG Suofei1, 2, YAO Shuzhen1*, PI Daohui1, ZENG Guoping1, HE Mouchun1and TAN Mantang3
(1. Faculty of Earth Resources, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China; 2. Collaborative Innovation Center for Exploration of Strategic Mineral Resources, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China; 3. Wuhan Center of China Geological Survey, Wuhan 430200, Hubei, China)

The Aozigang deposit in the Hubei province, in the east margin of the Upper Yangtze Block, is a zinc deposit hosted in the Dengying Formation. The mineralization process is composed of depositional stage and hydrothermal stage. The reseda fine-grained sphalerites are recognized as the typical layered-laminated ore of the depositional stage, whereas reddish brown coarse-grained sphalerites occur in the hydrothermal stage. Primary fluid inclusions (FIs) in dolomite, quartz and sphalerite include three compositional types, i.e. aqueous (W-type) inclusions, gaseous hydrocarbon (G-type), and daughter mineral-bearing (S-type). The Laser Raman microspectroscopy results indicate that CH4, C3H8and bitumen dominate G-type inclusions in the dolomite and reddish brown coarse-grained sphalerite, and G-type inclusions show yellow fluorescence color. The coexistence of bitumen and sphalerite also indicates that organic fluids have potential relationship with zinc mineralization in the Aozigang Zn deposit. At the hydrothermal stage, microthermometric data show the FIs are totally homogenized mainly at 160–180℃ and with salinities of 8％–14％NaCleqv, and S-type FIs have salinities of 30％NaCleqv. Ore-forming fluids are a multicomponent system, which contains not only organic material, but also NaCl, KCl, CaCl2, MgCl2, H2O. The estimated trapping pressures are 22–84 MPa.

Aozigang zinc deposit; fluid inclusion; organic fluids; western Hubei metallogenic belt; geochemistry

P611

A

1001-1552(2016)03-0465-013

2015-03-03; 改回日期: 2015-10-10
項目資助: 中國地質調查局項目(12120113094200) 和國家自然科學基金面上項目(41272037)聯合資助。

熊索菲(1986–)，女，博士，礦物學、巖石學、礦床學專業。Email: sophie_0913@foxmail.com

姚書振(1947–)，男，教授，博士生導師，從事礦床學、礦田構造學及區域成礦學研究。Email: szyao@cug.edu.cn