湖北省南漳縣吳家溝—黃草嶺礦區地質特征及成因探討

唐新橋

（中化地質礦山總局湖北地質勘查院，湖北 武漢 430074）

1 區域地質概況

吳家溝——黃草嶺礦區大地構造位置處于揚子準地臺（Ⅰ）上揚子臺坪（Ⅱ）大巴山～大洪山臺緣褶帶（Ⅲ）青峰臺褶東（Ⅳ）。區域內以往沉積型層狀重晶石主要賦存于寒武系中統覃家廟組（∈2qn）、寒武系中統奧陶系下統婁山關組（∈2O1L）、奧陶系下統南津關組（O1n）、奧陶系下統紅花園組（O1h）四組地層中，而本次在吳家溝——黃草嶺礦區震旦系上統燈影組（Z2dn）地層中首次發現具工業價值的重晶石礦床[1]。

2 礦區地質特征

2.1 礦區地質特征

吳家溝——黃草嶺礦區位于胡家崖倒轉復式背斜南翼，礦區出露地層由老至新為震旦系上統燈影組（Z2dn）、寒武系下統石牌組（∈1sp）、天河板組（∈1t）、石龍洞組（∈1sh）、寒武系中統覃家廟組（∈2qn）、寒武系上統奧陶系下統婁山關組（∈2O1L）、奧陶系下統南津關組（O1n）和紅花園組（O1h）以及志留系下統龍馬溪組，震旦系上統燈影組為本區重晶石礦賦礦層位，其巖性組合特征為下部淺灰～深灰色厚層狀白云巖，層厚質純，表面易風化為粉狀，底部偶夾紫紅色磷塊巖透鏡體及厚層燧石層；上部為淺灰-灰白色中厚層狀含黑色硅質結核及條帶白云巖、灰巖；局部夾黑色頁巖[2]。重晶石礦主要賦存于上部含硅質結核及條帶的白云巖或灰巖中，這與區域內沉積型層狀重晶石礦床主要賦存于寒武系和奧陶系地層中略有區別，并為在該地區尋找重晶石礦（化）提供了新的找礦方向。區內地層受胡家崖倒轉背斜構造影響呈倒轉，整體呈單斜層狀產出，總體走向北西300°～340°，傾向北東，傾角60°～80°，局部產狀較平緩。

2.2 礦體特征

本區重晶石礦體主要賦存于震旦系上統燈影組（Z2dn）上部（層控）斷裂構造帶內（構造熱液控礦），礦化不均勻，局部地段富集，均成一定規模的礦（化）體，礦區共圈出了2個礦體，各礦體特征如下：

Ⅰ號礦體：位于礦區北西部，分布于震旦系上統燈影組上部白云巖中，重晶石礦化（富集）受F1斷層影響較大，在礦化帶內，重晶石礦體呈串珠狀、小透鏡體狀不均勻斷續出露，出露長2.6km，礦體走向NW270°～310°，傾向北東，傾角67°～70°，礦體厚度0.50m～2.8m，平均厚度約1.8m，礦石品位46.26%，礦石多為角礫狀，結核狀或團塊狀嵌布于白云巖中，與圍巖界線不甚清晰，圍巖為淺灰色厚層狀細～微晶白云巖。

Ⅱ號礦體：位于礦區東南部，地表斷續出露總長6.5km，重晶石礦化（富集）受F2斷層影響較大，礦體走向NW280°～330°，傾向北東，傾角61°～78°，礦體厚度0.70m～3.1m，平均厚度2.2m，礦石品位79.28%～96.87%，礦體出露較好，多呈脈狀，透鏡狀產出，與圍巖界線清晰，圍巖為深灰色厚層狀微晶白云巖[3]。

2.3 礦石質量

2.3.1 礦石的礦物成份

礦區內重晶石礦石成分以重晶石為主，含少量方解石、石英、泥鈣質等。

2.3.2 礦石的化學成分

礦石的化學成分主要有 ：BaSO4、CaO、Fe2O3、CO2、Al2O3、SiO2、Cu、Pb、Zn等，其中有益組分為BaSO4，主要有害組分為CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3及CO2。

2.3.3 礦石結構

重晶石礦物多以自形及半自形晶體產出，礦石結構為中—巨晶結構，以粗晶結構為主。

2.3.4 礦石構造

區內礦石構造復雜多樣，主要為脈狀、片狀、柱狀、角礫狀及塊狀等，其構造特征顯示。礦石受熱液改造重組特征較明顯。

3 流體包裹體特征與硫同位素組成

3.1 材料與測試方法

本次采集鉆孔和槽探中原生重晶石礦石送中國地質大學非金屬礦重點試驗室進行測試，其中DS-1、DS-2采自ZK404，DS-3、DS-4采 自ZK402，DS-5、DS-6采 自ZK2001，DS-7、DS-8、DS-9、DS-10和DS-11采 自 槽探，硫同位素樣品采自重晶石礦石和圍巖白云巖中的黃鐵礦，均為地表槽探中采取[4]。

樣品一部分制作成雙面拋光，厚度0.3mm的包裹體片送實驗室進行液體包裹體測定，一部分經破碎，過篩后，在雙目鏡下挑選30～50目，純度＞99%的單礦物樣品5g以上，送實驗室進行了同位素分析測試。

流體包裹體測定使用的儀器及精度（1）德國ZEISS廠生產的Scope、AX10+顯微相機AxioLamMRC5偏光顯微鏡；（2）英國LinKam生產的THMSG600地質顯微冷熱臺，測溫范圍-496℃～+600℃，精度為±2℃，0～196℃的精度為±2℃，流體中包裹體測定時室溫為22℃，溫度為45%。

S同位素分析采用SO2法進行，先直接用氧化法將礦物中硫轉化成SO2并用冷凍法收集，然后用FinnigamMAT-251氣體同位素質譜儀測試，測量結果采用國際標834SCDT表達，分析精度優于±0.12‰

3.2 分析結果

3.2.1 流體包裹體

本次對11件樣品進行了流體包裹體測定，測定結果見表1。

表1 重晶石包裹體均一溫度和鹽度統計結果表

由表1可以看出，11個重晶石樣品流體包裹體均一測溫數據顯示其溫度區間主要分布于136℃～231℃，鹽度分布范圍為2.5%～17.2%。

3.2.2 硫同位素組成

本次硫同位素自測試樣品的3個黃鐵礦樣品分別采礦區燈影組地層中黃鐵礦結S-1和裂隙充填黃鐵礦脈S-2以及重晶石礦石中黃鐵礦團塊S-3。其測試分析結果見表2。

表2 硫同位素分析結果表

綜合表2分析結果分析，采自礦區三種不同地質體中的黃鐵礦與δ34SV-CDT（‰）值非常接近，分布比較集中，極差較小。

3.2.3 礦區各地層巖石中Ba含量背景值

通過對區內出露最老震旦上統燈影組（Z2dn）至最新志留系上統龍馬溪組共5組地層中采取20個巖石化學分析樣品，了解各巖石中BaSO4含量。具體分析結果見表3。

4 成因探討

4.1 流體性質

礦物包裹體均一溫度和鹽度統計結果表明：區內重晶石礦具有中低溫度和中低鹽度，最佳成礦溫度在136℃～231℃，成礦流體的鹽度大于5%，主要在5%～17%，含礦溶液屬硫酸鹽型鹵水，其成因均與鹵水有關，結合礦區地質構造背景、巖相古地理、重晶石包裹體測溫，B元素化學分析和光譜分析，綜合研究分析初步認為該礦成礦流體來源是多源的，主要為建造水和大氣降水，這些來源的水反復循環后形成熱鹵水，淋濾礦源層，并萃取成礦物質，匯聚、富集形成成礦熱流體和成礦熱流體場，從而在構造裂隙發育地段以及巖層結構界面富聚成礦體。

表3 各時代地層富Ba礦源礦源層BaSO4含量分析結果表

4.2 硫的來源

根據硫同位素分析結果（表3）表明：礦區燈影組地層中黃鐵礦結核（S—1樣）、燈影組地層中順裂隙充填的黃鐵礦小脈（S—2樣）和重晶石礦中黃鐵礦團塊（S—3樣）三種不同地質體產出的黃鐵礦δ34SV—CDT（‰）值組成非常接近，分布相對集中，離差非常小，表明硫均一化程度屬較高。

這可能是因為三種黃鐵礦來源單一，形成時物理化學條件相近具較穩定，結合礦區地質特征，認為其硫主要來源于燈影組地層，形成作用為同構造變形期動力熱變質作用。

4.3 成礦機制

晚元古代末期，本區所處大地構造位置為揚子地臺邊緣斜坡相，寒武期沉積了石牌組、天河板組、石龍洞組、覃家廟組等碎屑礦巖、灰巖等，震旦期沉積了燈影組，陡山沱組白云質灰巖、白云巖等地層，形成了冰湖（海）沉積相及濱海一陸源碎巖相富鈣、鎂碎屑巖建造，并且形成了寶塔組、燈影組富Ba礦源層（表3），為重晶石形成初步奠定了物質基礎。震旦系燈影組蒸發巖系為成礦提供了足夠的S源。區域性深大斷裂青峰大斷裂帶持續活動，導致沿地層及構造軟弱面發生面層滑動、錯位，形成伸展滑脫構造，造就了層間有利容礦空間。

在整個構造變形同時，熱變質作用不斷加強，地層中S、鈣、鎂質等流體就地出溶，萃取地層中鋇元素，以鋇酸鹽絡合物低鹽度流體熱液形成遷移，在構造應力驅動下流動、運移、循環、集中沿層間局部張裂隙、層間滑脫斷裂構造、產狀變化處、膨大處、局部張開處等有利容礦構造空間部位充填，又對地層中富鋇元素進行溶蝕和改造，同時地表大氣降水沿斷裂、裂隙下滲，兩種流體混合，鋇酸鹽與鈣、鎂質結合沉淀，形成以脈型為主的重晶石礦；同時在中高溫物理化學條件下對圍巖進行化學交待，形成蝕變型層狀重晶石礦。

由于區內多期構造活動影響，改造了原來礦體、地層甚至使之產生較大規模位移和變形，但各礦體本身就位相對空間位置排布規律不變。

喜山運動以來，本區進入新構造運動時期，地殼垂向繼續提升，侵蝕作用加強，礦體暴露地表。

5 結論

5.1 成礦地質特征

沉積型重晶石礦分別位于四個時期沉積地層中：

①中寒武世覃家廟期覃家廟組，薄—中厚層狀含泥質白云巖和白云巖質粘土巖交互沉積地層中。②晚寒武世婁山關期婁山關組厚層狀結晶白云巖、灰質白云巖地層中。③早奧陶世南津關期南津關組泥質灰巖、粉砂質灰巖、白云巖、灰炭地層中。④早奧陶世紅花園期紅花園組結晶灰巖、生物碎屑灰巖地層中。

5.2 礦床類型

①含重晶石礦物流體包裹體反映的成礦流體的鹽度為2.5%～17.2Wt.%Nacl，溫度為136°～231°，成礦流體屬于中低溫的低鹽度流體。②根據礦區地質構造背景綜合研究分析，礦區重晶礦床成礦流體來源是多源的，以變質水為主混入了部分大氣降水，通過反復循環形成熱鹵水，經物理、化學作用富集為成礦熱流體和重晶石礦床。③礦區燈影組地層中黃鐵礦結核及裂隙充填黃鐵礦小脈以及原生重晶石礦中的黃鐵礦團塊三種不同地質體產出的黃鐵礦δ34SV—CDT（%）4.1—4.3‰，指示硫主要來源于地層、形成時間物理化學條件較穩定。

綜上所述，礦區重晶礦床主要賦存于震旦系上統燈影組（Z2dn）上部，重晶石礦層與其上下地層呈平行整合接觸關系。

另外重晶石礦帶與區域構造關系密切，構造熱液通過交待，萃取等作用，為含重晶石礦液富集成礦提供了外因。初步認為礦區重晶石礦床應為層控熱液型重晶礦礦床。另一方面，切割礦源層的斷裂構造本身也為儲礦構造，控制脈狀重晶石礦體的分布。所以區內礦體主要呈似層狀、透鏡體狀，近平行分布于燈影組地層上部，少量呈脈狀分布斷裂構造帶中。