湘西董家河密西西比河谷型鉛鋅礦床：賦存于新元古界含膏溶角礫巖的蓋帽白云巖中

任家輝

1.區(qū)域地質(zhì)背景

董家河礦床位于湖南省西部的沅陵地區(qū)，處于揚(yáng)子克拉通中部。區(qū)內(nèi)發(fā)育新元古界至第四系的地層，地層總體呈北東-南西走向，形成了北東走向的寬緩褶皺（圖1）。其中，新元古界地層包括板溪群和上部南華系的碎屑巖（上部為南沱組冰磧巖），代表了大陸邊緣裂谷相的沉積；向上震旦系包括陡山沱組和上部的燈影組，為碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖、頁巖，寒武系為碳酸鹽巖和泥巖、頁巖，奧陶系以碎屑巖沉積為主，志留系下部主要為黑色頁巖，這一時(shí)期為被動(dòng)大陸邊緣沉積；區(qū)域缺失晚志留-早泥盆的沉積，中/晚泥盆世至中三疊世區(qū)域再次接受被動(dòng)陸緣沉積，形成淺海相碳酸鹽巖和碎屑巖，侏羅系至白堊系則主要沉積了陸相碎屑巖（Jiang et al.，2006 and references therein；Jiang et al.，2014）。區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育，斷裂以北東走向?yàn)橹鳌?/p>

在華南，陡山沱組蓋帽白云巖直接覆蓋在南華系南沱組冰磧巖上，沉積時(shí)代在635 Ma左右（Condon et al.，2005）。Jiang et al.（2006）的研究顯示，華南地區(qū)蓋帽白云巖的厚度一般變化于2-5米之間，可分上、中、下3段，下段發(fā)育0-2米厚的混雜狀白云巖：有時(shí)呈角礫狀，常見（似）帳篷構(gòu)造、孔洞構(gòu)造，有時(shí)發(fā)育扇狀重晶石；中段為紋層狀白云巖，與下部白云巖過渡接觸，1-2米厚；上段紋層狀粉砂質(zhì)、泥質(zhì)白云巖和灰?guī)r，與中部白云巖過渡，1-2米厚。其中，中部白云巖和上部白云巖有時(shí)不可分。蓋帽白云巖向上過渡為暗色的頁巖。

2.礦床地質(zhì)、蓋帽白云巖與礦化特征

董家河礦床主要出露新元古界的板溪群、南華系、震旦系地層和寒武系及石炭系地層。新元古界和寒武系地層構(gòu)成了軸向 N60°的一個(gè)背斜構(gòu)造，軸面向南東傾。背斜核部為南華系地層，兩翼為震旦系和寒武系地層。北西翼陡，傾角在50°-70°，南東翼相對(duì)緩，傾角在30°-50°，兩翼次級(jí)褶皺發(fā)育（曾勇和李成君，2007；向華和羅長江，2013）。

蓋帽白云巖在董家河礦床的厚度變化于5-6米，巖性組成與區(qū)域蓋帽白云巖一致：下部發(fā)育0-2米厚的角礫巖段，對(duì)應(yīng)Jiang et al.（2006）劃分的下巖性段；上部發(fā)育3-4米厚的中、薄層灰色細(xì)晶白云巖，向上夾較多暗色薄層泥巖，對(duì)應(yīng)Jiang et al.（2006）劃分的中和上巖性段（圖2）。在上和下巖性段均發(fā)育細(xì)粒黃鐵礦，主要出現(xiàn)在蓋帽白云巖的底部和接近頂部位置，一般上部巖性段的黃鐵礦化強(qiáng)，厚度在幾十厘米到2米之間，下部巖性段黃鐵礦化弱，厚度薄甚至缺失。黃鐵礦為自型或草莓狀，順層理呈紋層狀分布，往往形成紋層狀黃鐵礦礦石，礦化強(qiáng)時(shí)形成塊狀礦石，斷續(xù)出現(xiàn)時(shí)形成補(bǔ)丁狀礦石，黃鐵礦層同地層變形而變形，且這些黃鐵礦在區(qū)域無鉛鋅礦化的蓋帽白云巖中也常見（Jiang et al.，2006），故推測此類黃鐵礦為同沉積成因，其被后期的黃鐵礦和鉛鋅礦化所切穿（見下文），在董家河礦床中劃分為第一期黃鐵礦（S1）。

角礫巖位于蓋帽白云巖的底部，與下伏的南沱組冰磧巖之間往往相隔十幾到幾十厘米厚的S1黃鐵礦礦化層（圖2）。角礫成分為灰色細(xì)晶白云巖，呈棱角狀，無任何磨圓性，長軸直徑普遍小于30厘米，多為5-10厘米，大小混雜，無分選性，部分具有可拼合性，一些角礫巖長軸定向展布，與地層產(chǎn)狀一致，另一些角礫巖混雜出現(xiàn)，長軸無任何定向特點(diǎn)（圖3a）。無礦角礫巖的膠結(jié)物為方解石、燧石、黃鐵礦（第二期，S2），方解石形成早，圍繞角礫生長，形成不規(guī)則的“圈環(huán)”（圖3b），較晚階段沉淀玉髓和S2黃鐵礦。方解石膠結(jié)物多呈紡錘狀，一些方解石為玫瑰花狀（圖4a、b），清楚地表現(xiàn)出石膏假晶的特征，目前測得的1個(gè)方解石的δ13CPDB值為-10.6‰；多數(shù)玉髓呈扇狀，少數(shù)玉髓也呈現(xiàn)玫瑰花狀的石膏假晶特征（圖4a、c）；許多S2黃鐵礦以玫瑰花狀和紡錘狀的石膏假晶晶型出現(xiàn)（圖4d）。無礦角礫巖的角礫體積百分比一般在70%-80%，膠結(jié)物約占20%-30%。

3.討論

3.1角礫巖成因

董家河礦床的蓋帽白云巖中發(fā)育有角礫巖，這種角礫巖是重要的控礦標(biāo)志。角礫巖中方解石、燧石和黃鐵礦膠結(jié)物均表現(xiàn)出石膏假晶的特征，顯示先存的膠結(jié)物為石膏。方解石的δ13CPDB值為-10.6‰，明顯低于圍巖中-5‰ ～ -4‰的數(shù)值（曾勇和李成君，2007），表明了沉積過程中有機(jī)碳的加入。因此，方解石應(yīng)為石膏與有機(jī)質(zhì)相互作用形成的，該反應(yīng)在自然界中是非常常見的，而石膏發(fā)生硅化在自然界中也很常見（Warren，2016）。結(jié)合角礫巖膠結(jié)物為石膏及角礫巖本身的結(jié)構(gòu)特征，我們認(rèn)為這些角礫巖是膏溶角礫巖，即與白云巖同時(shí)沉淀了石膏等蒸發(fā)鹽，蒸發(fā)鹽在后期被流體溶蝕，導(dǎo)致白云巖地層垮塌形成角礫巖，部分石膏經(jīng)化學(xué)作用發(fā)生了轉(zhuǎn)變，形成了目前觀察到的方解石、玉髓、S2黃鐵礦等膠結(jié)物。

3.2礦化作用

在董家河礦床，礦化作用發(fā)生在蓋帽白云巖上部的微晶白云巖層和下部角礫巖層中。對(duì)于上部的礦化而言，主要是地層變形過程中發(fā)生了順層和切層的張裂隙，從而產(chǎn)生了賦礦空間；而對(duì)于下層礦化而言，賦礦空間的產(chǎn)生是圍巖角礫化的結(jié)果。礦體頂板為滲透性差的炭質(zhì)、白云質(zhì)板巖，其在構(gòu)造應(yīng)力作用下不易破碎、斷裂，因此很好地阻擋成礦流體向外擴(kuò)散。上、下礦層的礦化有著相似的化學(xué)過程。瀝青的出現(xiàn)，表明賦礦建造中存在著早期有機(jī)流體的聚集，石膏轉(zhuǎn)變?yōu)榉浇馐胺浇馐z結(jié)物δ13CPDB值偏負(fù)也說明了這一點(diǎn)。石膏與有機(jī)流體相互作用形成方解石，同時(shí)也會(huì)生成硫化氫，閃鋅礦和方鉛礦的δ34SV-CDT值為+8.4‰ ～ +16.8‰表明，這種氧化態(tài)的硫轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原態(tài)的硫是通過有機(jī)熱還原作用（TSR）完成的。含硫化氫的還原性流體與含鉛鋅的氧化性流體在蓋帽白云巖的開放空間內(nèi)發(fā)生混合，從而導(dǎo)致了鉛鋅硫化物沉淀成礦，這也是多數(shù)MVT礦床礦化的主要機(jī)制（Leach et al.，2005）。

參考文獻(xiàn)

[1]曾勇等，《湘西董家河鉛鋅礦地質(zhì)特征及成礦物質(zhì)來源探討》，華南地質(zhì)與礦產(chǎn)，2007，第3期，25-30

[2]向華等，《湘西辰溪-沅陵黃鐵、鉛鋅礦集中區(qū)成礦地質(zhì)特征、控礦因素及找礦標(biāo)志》，華南地質(zhì)與礦產(chǎn)，2013，第29卷（第一期），28-36