黔西北富鍺銀鉛鋅礦集區成礦流體運移方向及其制約因素

王明志, 韓潤生, 吳順川, 張 艷, 劉 飛

黔西北富鍺銀鉛鋅礦集區成礦流體運移方向及其制約因素

王明志, 韓潤生*, 吳順川, 張 艷, 劉 飛

(昆明理工大學 國土資源工程學院, 云南 昆明 650093)

黔西北礦集區作為川滇黔富鍺鉛鋅多金屬成礦區的重要組成部分, 成礦條件優越, 找礦潛力巨大。已有研究表明, 該區鉛鋅礦床成礦時代為印支晚期, 但對成礦流體運移方向的研究相對薄弱, 這也直接影響到區內資源勘查部署。在綜合剖析該礦集區典型礦床的礦體特征、成礦溫度、同位素組成和成礦年齡等資料的基礎上, 本文劃分成礦流體類型, 系統總結鉛鋅成礦作用過程中與成礦流體運移相關的“行跡”標志, 研判成礦流體在區域尺度的運移方向, 進一步討論流體運移的制約因素。研究表明, 在黔西北富鍺銀鉛鋅礦集區, 構造為成礦流體運移提供了主要的驅動力和通道, 成礦構造的優勢方位決定成礦流體的主體運移方向。成礦溫度、同位素組成和成礦構造等方面的區域性變化特征均指示成礦流體在平面上主體從南東至北西方向運移; 除印支期陸塊碰撞作用導致古特提斯洋閉合的因素外, 雪峰山陸內變形構造作用也可能為成礦流體運移提供了動力, 進而控制了流體的運移方向。該研究不僅對黔西北礦集區的“戰略性”鉛鋅找礦部署具有現實意義, 而且為熱液礦床成礦流體運移方向研究提供了路徑。

成礦流體; 運移方向; 區域勘查部署; 制約因素; 黔西北礦集區

川滇黔鉛鋅多金屬成礦區是我國重要的鉛鋅源基地, 目前已探明的鉛鋅金屬儲量占全國總儲量的27%(張長青等, 2013), 具有巨大的經濟和研究價值。黔西北富鍺銀鉛鋅多金屬礦集區作為該成礦區的重要組成部分, 已發現鉛鋅礦床(點)140余處(陳偉等, 2017), 超大型礦床1處(豬拱塘礦床), 成礦條件優越, 找礦潛力巨大。已有研究表明, 川滇黔成礦區鉛鋅礦床成礦時代主要為印支晚期(230～200 Ma; 韓潤生等, 2014), 礦床類型為碳酸鹽巖容礦非巖漿后生熱液型鉛鋅礦床(韓潤生等, 2012, 2020b; 葉天竺等, 2014)。川滇黔鉛鋅礦床明顯受構造控制(韓潤生, 2006; 金中國, 2008; 韓潤生等, 2012, 2020a), 在成礦過程中至少有兩種不同溫度和鹽度的流體(流體A和B)參與成礦(Zhang et al., 2017)。

構造?流體耦合成礦研究是深入解剖成礦作用過程和指導找礦實踐的重要基礎和有效手段(翟裕生, 1996, 1999)。近年來, 構造?流體耦合成礦機制成為研究熱點和難點(成晨等, 2019; 王明志等, 2019; 韓潤生等, 2019, 2020a, 2022; 黃智龍等, 2020; 何志威等, 2020; 金中國等, 2020; 曾道國等, 2020)。其中, 推斷成礦流體運移方向是構造?流體耦合成礦機制的重要研究內容之一, 并可直接為找礦勘查部署提供依據。研究認為, 成礦流體運移受構造控制, 并伴隨著物質組分的時空演化, 演化特征可以用來示蹤成礦流體運移方向。在川滇黔鉛鋅成礦區, 已有學者利用S、Sr、Zn等同位素組成的空間變化特征來推斷流體運移方向(周家喜, 2010; 程鵬林等, 2015; Xu et al., 2020; Zhao et al., 2021)。然而, 除同位素示蹤流體運移外, 應用物質組分(特征元素、礦物組合等)和構造控礦特征等示蹤成礦流體運移方向的研究, 鮮有報道。特別是, 綜合多方面的證據推斷成礦流體運移方向的研究更為少見。鑒于成礦流體大規模運移方向對區域找礦部署具有“戰略性”指導意義, 故本文借鑒礦床學“時(間)?空(間)?物(質)?演(化)”的經典研究思路, 劃分成礦流體類型, 總結黔西北富鍺銀鉛鋅多金屬礦集區鉛鋅成礦作用過程中與成礦流體運移有關的“行跡”標志, 探索該區成礦流體的運移方向, 并進一步分析其控制因素, 且該研究有望提出成礦流體運移方向的方法路徑, 并為大量同位素組成、特征元素含量等地球化學數據的“二次開發”提供新視角, 對區域尺度“戰略性”鉛鋅找礦勘查部署有所啟示。

1 成礦地質背景概況

黔西北富鍺銀鉛鋅多金屬礦集區(簡稱黔西北礦集區)是揚子地塊西南緣之川?滇?黔成礦域的重要組成部分, 也是貴州省主要的鉛鋅產地。區內鉛鋅礦床(點)均沿區域性構造成群、成帶產出, 結合區域構造帶的劃分(金中國, 2008; 韓潤生等, 2020a), 可劃分為NW向埡都?蟒硐成礦亞帶、威寧?水城成礦亞帶及NE向待補?云爐河成礦亞帶(圖1)。

圖1 黔西北礦集區主要鉛鋅礦床分布圖(據金中國, 2008修改)

1.1 賦礦地層

黔西北礦集區地層由“三層式”基底和碳酸鹽巖沉積蓋層組成。其中, “三層式”基底包括: 古元古界中深變質雜巖、中元古界變質細碎屑巖夾變質火山沉積巖及新元古界淺變質碎屑巖和碳酸鹽巖(裴榮富等, 2001)。沉積蓋層為震旦系?侏羅系, 巖性以碳酸鹽巖為主, 砂泥巖等碎屑巖次之。賦鉛鋅礦地層具有“多層位”和“西北老、東南新”的特征(金中國, 2008)。其中“多層位”指鉛鋅礦床(體)賦于泥盆系、石炭系、二疊系等多個層位內, 如貓貓廠、天橋等鉛鋅礦床主要賦礦層位以石炭系大浦組為主, 上司組、黃龍組次之。“西北老、東南新”指在平面上鉛鋅礦床的主賦礦層位沿埡都?蟒硐斷裂從北西至南東方向具有逐漸變新的趨勢, 即依次為泥盆系(云爐河礦床等)→石炭系(貓貓廠、五里坪等礦床)→二疊系(豬拱塘、埡都和亮巖等礦床)。賦礦地層的巖性以白云巖為主、白云質灰巖和灰巖次之, 偶見碎屑巖。

1.2 控礦構造

埡都?蟒硐成礦亞帶, 從核部至兩翼依次出露志留系?三疊系, 并發育NW向埡都?蟒硐背斜。埡都?蟒硐斷裂和背斜為該亞帶的一級構造, 二者大致平行, 總體傾向SW, 斷裂上盤出露石炭系?二疊系, 下盤出露二疊系, 指示其在成礦后屬逆斷層性質。礦床分布于該斷裂帶內及其次級斷裂裂隙帶中, 包括沿埡都?蟒硐斷裂大致等間距分布的亮巖、筲箕灣、埡都、豬拱塘等礦床, 和沿次一級斷裂和背斜(江子山背斜)展布的五里坪、貓貓廠等礦床。

威寧?水城成礦亞帶, 地處威水斷陷盆地西南緣, 發育一系列NW向緊密褶皺和NW向、NE向、NWW向斷裂。其中, 緊密褶皺由左行雁列排列的威水背斜、偏坡寨向斜、水杉背斜組成, 這些背斜南西翼地層較陡, 北東翼地層相對平緩。威寧?水城斷裂呈NW向斜列延伸, 傾向SW, 具多期活動之特征(金中國, 2008), 結合區域地質研究和微觀特征分析, 認為該斷裂為埡都?蟒硐斷裂的次級構造。威寧?水城成礦亞帶已探明鉛鋅礦床(點)28處, 以杉樹林、青山兩個中型礦床為代表。這些礦床(點)主要產于背斜核部附近的層間斷裂帶中, 且在層間斷裂與NE向斷裂交匯部位產出富鉛鋅礦體(Pb+Zn平均品位大于30%)。

待補?云爐河鉛鋅成礦亞帶, 位于該礦集區西北緣, 屬滇東北礦集區會澤?牛街NE向斜沖走滑?斷褶構造帶的北延部分(韓潤生等, 2014)。在貴州境內, 發育NE向待補?云爐河壓扭性斷裂帶, 傾向100°～150°, 傾角60°～70°, 控制著NE向鉛鋅礦化帶的展布。

1.3 巖漿巖特征

區內巖漿巖僅出露峨眉山玄武巖和輝綠巖兩類。峨眉山玄武巖總體呈西厚東薄的“舌狀”分布, 與上覆/下伏地層皆為假整合接觸關系。黃智龍等(2004)認為峨眉山玄武巖與鉛鋅成礦有密切聯系, 但兩者可能僅為空間關系而無成生聯系(李波, 2012)。區內已發現輝綠巖脈70多個, 成巖時代為海西期(283～246 Ma)和燕山期(158～111.5 Ma)(金中國, 2008),海西期巖脈受SN向、EW向斷裂控制, 而燕山期巖脈多與NW向斷裂構造有關。

2 典型礦床特征

黔西北礦集區內的鉛鋅礦床明顯受構造和賦礦巖石組合控制, 三個成礦亞帶的主要礦床地質特征見表1。這些礦床的賦礦圍巖多為石炭系、二疊系及泥盆系碳酸鹽巖?？氐V構造以NW向主斷裂和次級的層間斷裂為主, NE向穿層斷裂次之。目前揭露的各礦床的主礦體出露高程從北西至南東, 具有“中間高、兩端低”的特征。

表1 黔西北礦集區典型鉛鋅礦床地質特征

2.1 礦體特征

鉛鋅礦體主要包括層間斷裂帶控制的似層狀/透鏡狀礦體和穿層斷裂、裂隙構造控制的筒柱狀、脈狀礦體。在威寧?水城成礦亞帶, 礦體一般沿高角度的層間斷裂帶產出。在埡都?蟒硐成礦亞帶, 礦體主要沿穿層斷裂帶產出, 層間斷裂帶中的礦體規模小(金中國, 2008), 無論是層間斷裂還是穿層斷裂, 控制的主礦體普遍具有“陡寬緩窄”之特征, 指示了NW向容礦斷裂在成礦期為張?張扭性。而且, 在這兩個成礦亞帶內較常見角礫狀鉛鋅礦體, 但儲量有限。在待補?云爐河鉛鋅成礦亞帶, 主礦體產于NE向壓扭性主控斷裂上盤派生背斜的層間斷裂帶內, 具有“陡窄緩寬”特征, 指示其容礦斷裂具有壓扭性特征。在多組構造交匯部位, 特別是在近直立斷層與層間破碎帶交匯部位, 礦體厚度加大、品位增高。

黔西北礦集區鉛鋅礦石類型以硫化礦石為主, 在淺表主要分布氧化礦石和混合礦石。原生礦石的礦物成分簡單, 主要的礦石礦物為閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦, 個別礦床可見少量的黃銅礦和白鐵礦; 脈石礦物主要為方解石、白云石及少量石英、重晶石及螢石。礦石結構主要呈自形?半自形?它形粒狀、溶蝕、交代、充填結構等。礦石構造主要有塊狀、浸染狀、角礫狀、條帶狀構造等。

黔西北礦集區內13個鉛鋅礦床的原生礦體的品位和產狀等特征(表2)顯示: ①在三個成礦亞帶中, 威寧?水城亞帶礦床的Pb+Zn平均品位最高, 而埡都?蟒硐亞帶最低, 待補?云爐河亞帶介于兩者之間; ②埡都?蟒硐、威寧?水城成礦亞帶中礦床Pb品位小于Zn, 且埡都?蟒硐亞帶內礦床的Zn品位一般是Pb的3倍以上, 威寧?水城亞帶內礦床Zn品位一般是Pb的2～3倍, 而待補?云爐河成礦亞帶則相反(Pb的品位大于Zn), 且各礦床Pb/Zn值與高程無明顯的相關性; ③陡傾斜的脈狀礦體Pb+Zn品位普遍高于平緩狀似層狀礦體。

表2 黔西北典型礦床硫化物主礦體品位及產狀

2.2 圍巖蝕變特征

黔西北礦集區主要的蝕變類型為白云石化和方解石化, 在個別礦床可見硅化(金中國, 2008; 成晨等, 2019; 韓潤生等, 2020a)。依據礦脈的穿切關系和礦物組合等特征(圖2), 將熱液成礦期劃分為早階段(Ⅰ, 白云石?黃鐵礦)、主成礦階段(Ⅱ, 閃鋅礦?方鉛礦)、晚階段(Ⅲ, 方解石)。其中主成礦階段閃鋅礦可細分為三個世代, 分別為棕色閃鋅礦(ⅡSp-①)→褐色閃鋅礦(ⅡSp-②)→紅色閃鋅礦(ⅡSp-③,圖2d～f、3)。與滇東北、川西南兩個礦集區相比(文德瀟等, 2014), 黔西北礦集區熱液蝕變類型簡單且強度偏弱, 青山、杉樹林等礦床白云石化不發育。

圖3 黔西北礦集區鉛鋅礦床熱液成礦期礦物生成順序

3 成礦流體類型

不少學者對黔西北礦集區開展了流體包裹體、同位素地球化學研究(金中國, 2008; 仲文斌等, 2017; 孔志崗等, 2018), 積累了大量數據資料。本次研究通過對這些資料的“二次開發”, 總結了S、C-O、Pb、Sr同位素和流體包裹體特征在區域上的變化規律, 為成礦流體類型厘定和流體運移方向研究提供依據。

3.1 同位素地球化學特征

(1) S同位素: 黔西北礦集區鉛鋅礦床中方鉛礦和閃鋅礦δ34S值總體為正值(表3、圖4c), 主要集中于10‰～14‰(圖5c)之間, 與海相硫酸鹽的δ34S(15‰)接近, 指示成礦熱液中的硫主要來源于海相硫酸鹽地層。其中云爐河礦床δ34S值最小(?2‰), 杉樹林礦床的δ34S值則可高達20.3‰。結果顯示, 除云爐河等礦床(δ34S值為0附近)的S源是受細菌還原作用(BSR)控制外, 其他礦床成礦流體的S源主要是源于熱化學還原作用(TSR)。三個成礦亞帶的δ34S均值為: 待補?云爐河成礦亞帶δ34S<埡都?蟒硐成礦亞帶δ34S<威寧?水城成礦亞帶δ34S, 即TSR作用導致研究區δ34S值向南東方向增大(圖4c)。

表3 黔西北主要鉛鋅礦床中方鉛礦、閃鋅礦δ34S組成

圖4 黔西北典型鉛鋅礦床品位和S-C-O-Pb同位素區域變化趨勢圖(數據來源見表2～6)

圖5 黔西北典型鉛鋅礦床兩類流體特征(數據來源見表2～6)

(2) C-O同位素: 各礦床C、O同位素組成總體特征一致(表4), 與成礦熱液活動有關的方解石和蝕變巖的C-O同位素組成介于海相碳酸鹽巖與地幔多相體系范圍之間, 且更靠近前者, 指示了成礦流體中的C主要由海相碳酸鹽巖經溶解作用提供(圖5e)。從北西至南東, 各礦床的C-O同位素值具有增大的趨勢, 且北西端礦床C-O同位素值具有更寬的范圍(圖4b), 反映了礦集區內北西端礦床經歷了更復雜的地質過程(王林均等, 2013)。

表4 黔西北主要鉛鋅礦床熱液方解石C、O同位素組成

(3) Pb同位素: Pb同位素組成指示其多來源特征(沉積蓋層和基底巖石)。黔西北鉛鋅礦床Pb同位素特征(表5、圖4e)顯示, 待補?云爐河成礦亞帶鉛鋅礦床207Pb/204Pb和206Pb/204Pb值具有更寬的變化范圍, 指示北西端礦床的Pb源更具多元性。

表5 黔西北主要鉛鋅礦床Pb同位素組成

(4) Sr同位素: 在川滇黔成礦區內, 賦礦巖石與基底變質巖的Sr同位素組成具有明顯差異: 基底變質巖87Sr/86Sr值偏大(0.7243～0.7288), 而賦礦巖石87Sr/86Sr值(0.7070～0.7099)偏小(程鵬林等, 2015)。五個礦床87Sr/86Sr值介于基底變質巖和沉積巖之間, 雙峰特征明顯, 峰值區間分別為0.7107～0.7113和0.7115～0.7121 (圖5d)。這些特征反映了鉛鋅礦床中Sr既有基底變質巖貢獻又有賦礦沉積巖的參與, 南東端礦床的Sr主要來源于賦礦巖石, 而北西端則偏向基底變質巖。黔西北典型鉛鋅礦床Sr同位素特征顯示, 銀廠坡礦床Sr同位素組成具有更寬的范圍, 且高于其他礦床(圖5d), 暗示了該礦床的成礦流體中基底巖石的貢獻較多, 成礦流體的組成更復雜(程鵬林等, 2015)。

綜合黔西北礦集區內鉛鋅礦床的S-C-O-Pb-Sr同位素組成特征, 反映出區域成礦物質來源于蓋層沉積巖石和基底變質巖石; 其同位素組成從北西至南東具有分帶特征, 反映了不同礦床的成礦流體有所差異, 暗示礦集區內北西端礦床的成礦物質來源較南東端更復雜。

3.2 流體包裹體特征

黔西北礦集區內礦物的流體包裹體個體普遍偏小(集中在2～5 μm), 僅銀廠坡包裹體相對較大(一般為2～20 μm)(金中國, 2008)。從區域4個礦床流體包裹體數據(表6)可以看出, 從北西至南東, 其均一溫度具有增高的趨勢, 但鹽度變化不明顯(圖4d)。

3.3 兩類流體的識別

將不同礦床的同位素組成、均一溫度和鹽度按一個方位逐一排列, 可以獲得這些礦床成礦流體沿該方向的整體變化趨勢, 頻率直方圖則可分解成礦流體來源的組成。結果顯示, 黔西北典型鉛鋅礦床成礦流體同位素組成、均一溫度和鹽度均具有顯著的雙峰特征(圖5a～e), 反映有兩種流體參與了成礦作用。依據前述的成礦物質來源, 可以推測A類流體為深源流體, 在運移過程中萃取了基底變質巖石中的Pb、Sr等成礦物質; B類流體為熱鹵水, 在成礦過程中淋濾了沉積地層中的S及少量的Sr和Pb等成礦物質。B類流體較A類流體具有更高的δ34SCDT、δ13CPDB、δ18OSMOW、鹽度及更低的87Sr/86Sr值、均一溫度。

4 討 論

4.1 同位素地球化學特征

依據不同類型流體的空間變化特征, 可以示蹤礦集區和礦床的成礦流體運移方向的整體趨勢和局部運移特征?，F從成礦年齡、物質組成在空間的變化及構造?流體耦合特征來推測成礦流體運移方向。

4.1.1 成礦年齡在空間的變化特征

基于成礦流體運移的始端年齡大于末端的認識, 本次研究采用成礦時?空結構三角圖解來判定區域成礦流體運移方向。對于熱液礦床, 如果成礦年齡數據可靠且數量可觀, 那么其變化趨勢可以大致反映區域成礦流體的運移方向。從川滇黔成礦區內鉛鋅礦床年齡直方圖(圖6b)可以看出, 前人獲得的成礦年齡從海西期可一直延續到喜山期。然而, 以下地質事實并不支持多期成礦的觀點, 并且約束了該區的鉛鋅成礦時代應為晚三疊世?中侏羅世之間: ①多層位賦礦的最新地層約束了后生熱液礦床成礦時代的下限, 目前發現的最年輕的賦礦地層為上三疊統,指示礦床成礦時代至少晚于晚三疊世; ②四川天寶山鉛鋅礦床內的輝綠巖脈(鋯石U-Pb年齡: 166～157 Ma)切穿鉛鋅礦體(張鋒, 2017), 反映了鉛鋅成礦早于輝綠巖脈, 即鉛鋅成礦時代的上限為中侏羅世; ③會澤鉛鋅礦床的麒麟廠斷裂帶內發育鉛鋅礦化構造透鏡體和片理化的玄武巖, 反映了鉛鋅礦成礦晚于玄武巖(韓潤生等, 2014)。同時, 區內23個成礦年齡數據的頻率直方圖(圖6b)也顯示, 礦床的成礦年齡多集中于200 Ma左右。據此, 南東至北西方向(黑色箭頭)可能代表了成礦流體的運移方向(圖6a)。因此, 各礦床的成礦年齡的空間變化規律可為流體運移方向判定提供參考依據。當然, 要準確判定流體的運移方向, 除精確的成礦年齡外, 還需結合成礦流體溫度等物理化學條件變化、控礦構造的閉合性等特征, 方能獲得可靠的結論。

三角形兩側表示往北和往東的距離(可選擇礦集區內任意某一個點作為參考系), 底邊代表成礦年齡。根據礦床往北和往南的距離連直線, 并與與該礦床成礦年齡的法線交點, 即為成礦時空三角投點。依據成礦年齡從老到新依次連接這些投點, 即圖中三角箭頭, 則反映了區域內成礦事件的時空特征。數據來源: 寶山礦床據張長青(2008); 赤普礦床據吳越(2013); 大梁子礦床據張長青(2008)、吳越(2013); 茂租礦床據包廣萍等(2013)、武昱東等(2016)、Zhou et al. (2015); 跑馬礦床據藺志永等(2010); 樂紅礦床據張云新等(2014); 金沙廠礦床據張長青(2008)、吳越(2013); 會澤礦床據李文博等(2004)、黃智龍等(2004)、劉峰等(2005)、劉瑩瑩等(2013)、韓潤生等(2014)、江小均等(2018); 毛坪礦床據Yin and Harrison (2000); 富樂廠礦床據胡瑞忠等(2007); 天橋礦床據Zhou et al. (2013)。

4.1.2 成礦流體中物質組分的空間變化特征

基于成礦流體演化總體是一個降溫過程, 即成礦流體運移的始端成礦溫度較末端高的認識, 本次研究圍繞物質組分, 分析并提取受成礦流體溫度變化制約的同位素組成、特征元素和特征礦物指標, 并依據這些指標的空間變化特征, 進一步研判成礦流體運移方向。

(1) 同位素組成

指示成礦物質多來源或較分散的Pb、Sr、C-O等同位素, 在成礦流體演化過程中分餾作用不明顯, 不利于開展成礦流體運移方向的示蹤?？臻g上, 這些同位素組分的變化特征, 與其來源有關。如: 黔西北礦集區內不同礦床的87Sr/86Sr值變化特征, 可能是礦體賦礦于不同地層造成的。即, 黔西北礦集區東南端的賦礦地層普遍偏新, 有利于蓋層沉積巖的Sr的加入, 使得東南側鉛鋅礦床的87Sr/86Sr值偏小。

指示成礦物質來源較單一或初始值較集中的S、Zn、Cd、Fe等同位素, 在成礦流體演化過程中具有一定分餾, 可利用這些同位素組成的空間變化特征, 示蹤成礦流體運移方向。例如, 黔西北典型鉛鋅礦床的S同位素組成往北西方向具有減小的趨勢。然而該區不同來源的S同位素組成差異較小(石炭紀海相碳酸鹽的S同位素組成為10.0‰～18.0‰, 而二疊紀的為8.0‰～14.0‰); 且礦質沉淀過程中, 還原硫與金屬硫化物之間通常無明顯的S同位素分餾(孔志崗等, 2018), S同位素分餾趨勢可能為TSR作用所引起。因為TSR作用可以在海水硫酸鹽巖與還原硫之間形成10‰～25‰的分餾, 并且隨著溫度的降低, S同位素分餾作用增強(孔志崗等, 2018), δ34S值減小。黔西北礦集區流體包裹體特征也支持往北西方向成礦溫度降低的趨勢(圖4d)。結合成礦流體演化總體是一個降溫的過程, 據此推測該礦集區成礦流體平面上整體往北西方向運移。雖然有學者在川滇黔成礦區也開展了Zn、Cd、Fe等同位素的相關研究(周家喜等, 2010; Xu et al., 2020), 但數據有限。

在垂向上, A類流體的Sr、Pb等來源于基底變質巖石, 據此推測其流體主體從深部向淺部運移; 而B類流體S等來源于賦礦沉積巖石, 流體的主體運移距離較前者小, 局部可能存在往下運移的趨勢。

(2) 特征元素

氧逸度和硫逸度是造成鉛鋅礦共生分異和形成礦物分帶的主要控制因素。成礦流體在運移過程中, 隨著溫度下降, pH值升高, S2?濃度增大, 達到一定硫逸度時閃鋅礦首先沉淀(張艷等, 2017)。黔西北礦集區Pb/Zn值具有分帶性, 往北西方向礦體Pb/Zn值具有增大的趨勢, 且Pb/Zn值與高程相關性較差(表1), 該特征指示了A類成礦流體平面上主體從南東至北西方向運移。另外, 劉英俊(1984)研究表明, 高溫條件下閃鋅礦富集Fe、Mn、In、Se、Te等元素, 而低溫條件下則相對富集Cd、Ga、Ge等元素。因而根據這些元素含量變化可以反演礦集區成礦流體運移的整體方向, 遺憾的是該方面的數據不足。

(3) 特征礦物

成礦溫度越高, 越有利于閃鋅礦中Fe元素的賦存, 閃鋅礦顏色越深, 結合成礦流體演化總體是一個降溫降壓的過程, 可以根據閃鋅礦顏色變化判斷成礦流體運移方向。然而, 各礦床閃鋅礦顏色不易進行定量, 需要進一步研究分析。特征礦物組合, 例如閃鋅礦?方鉛礦組合, 一般閃鋅礦/方鉛礦越大, 反映閃鋅礦越早于方鉛礦沉淀, 但同樣存在不易量化的問題。當具體到礦體/脈尺度, 可以根據該方法對成礦流體的局部運移方向進行研究。

4.1.3 構造?流體耦合特征指示成礦流體運移方向

在整個成礦過程中, 構造和流體是相互作用的一對基本控礦因素(翟裕生, 1996)。筆者認為, 對于明顯受構造控制的熱液礦床, 成礦的本質是構造?流體耦合作用, 成礦流體是成礦發生的內因, 構造作用是成礦作用的外因, 二者相互耦合時利于成礦。而構造?流體耦合特征可指示成礦流體運移方向: 成礦流體運移到斷裂帶時, 流體運移具有與成礦斷裂幾何學、運動學特征相配套的方式, 當流體發生沉淀成礦時, 礦體形態和產狀特征受成礦流體運移方式制約, 即礦體形態和產狀特征可以指示成礦構造的運動學、力學特征及成礦流體的運移方向。

在威寧?水城斷裂帶的青山、杉樹林礦床, 礦體普遍朝SE方向側伏(圖7); 埡都?蟒硐斷裂帶內的豬拱塘、埡都、筲箕灣和亮巖鉛鋅礦床, 礦體近乎直立, 具有略微往NW方向側伏的規律。兩條斷裂內的礦床/體側伏方向不完全一致, 筆者認為是兩條斷裂的級別不同, 即威寧?水城斷裂是埡都?蟒硐斷裂的次級斷裂。在威寧?水城成礦亞帶內多個礦床的礦體具有朝SE方向側伏的規律, 指示了威寧?水城斷裂帶在成礦期為張扭性, 其運動學具有左行斜落特征; 在埡都?蟒硐成礦亞帶, 埡都?蟒硐斷裂帶的力學性質呈張(扭)性, 其運動學特征以直落為主(圖7)。依據成礦流體從高應力向低應力運移的規律, 在張性斷裂內運移的成礦流體, 其運移方向與該斷裂運動方向相反。據此推斷黔西北礦集區內成礦流體在垂向上主體往淺部運移, 而在平面上成礦流體主體上從南東至北西方向運移。

圖7 黔西北礦集區內鉛鋅礦床礦體縱投影剖面圖(典型礦床投影圖據杉樹林鉛鋅礦, 2017; 貴州鼎盛鑫礦業發展有限公司, 2018; 紅橋礦業集團, 2019)

4.2 成礦流體運移的通道和動力

在垂向和平面上, 兩類流體的運移路徑不同。因A類流體來源較深, 推斷埡都?蟒硐深斷裂、威寧?水城深斷裂是其流體的運移通道, 這與斷裂帶內Pb、Zn等成礦元素含量較高結果一致。B類流體主要來源于離礦體較近的圍巖, 運移距離較短, 推測淺表的斷裂系統是這種流體的主要通道, 而且高孔隙度巖石與巖性界面、不整合面等結構面均可作為流體的次一級通道。

關于成礦流體運移的驅動力, A類流體運移主要受構造動力和熱動力控制, 其中熱動力包括地溫梯度、流體自身熱能、流體密度等“梯度差”; B類流體運移主要受“泵吸模式”控制, 即斷裂活動時會在成礦斷裂帶內產生瞬間的低應力場, 從而將熱液吸入其中。韓潤生等(2020a)指出NW向埡都?蟒硐、威寧?水城深斷裂及次級構造為該礦集區礦床的導礦構造和儲礦構造, 反映了構造作用為成礦流體運移提供了部分動力。

4.3 成礦流體在運移過程中的變化特征

前人研究認為, 滇東北、川西南礦集區隔擋層位于鉛鋅礦體上部, 致使絕大部分的成礦流體運移受阻不再上升(張長青, 2008; 吳越, 2013; 何志威等, 2020)。然而, 黔西北礦集區6個典型鉛鋅礦床的隔擋層主要分布于礦體下部(圖8), 指示了該區成礦流體運移有別于其他礦集區。

圖8 黔西北礦集區典型鉛鋅礦床礦體產出與巖性組合界面控礦特征綜合柱狀圖

流體混合作用是川滇黔鉛鋅礦床成礦物質沉淀的機制(張長青, 2008; 張艷等, 2017)。研究認為, 流體混合作用是引發成礦物質沉淀的主要因素。然而, 兩種流體的混合比例也會制約成礦物質沉淀的發生: 流體混合作用產生沉淀后, 富含硫和金屬絡合物的流體則繼續運移, 待匹配物質的補給, 才能使沉淀繼續進行; 另一種可能是, 流體混合作用引發成礦物質的沉淀, 當成礦流體達到過飽和(均一)狀態時, 成礦物質無法沉淀, 過飽和流體在應力場的控制下繼續運移, 當流體物理化學條件發生變化, 過飽和流體就會產生流體運移和沉淀平衡。

以上兩種情況都存在流體混合后, 繼續運移的過程。然而, 無論哪種情況, 因隔擋層的出現, 使流體得以固定在特殊封閉部位。雖然沉淀作用緩慢, 但是沉淀作用和物源補給具有持續性, 這使得成礦物質在這些部位持續沉淀并逐漸達到一定規模。也就是, 隔擋層的位置正好是成礦流體的末端, 前文提及該礦集區成礦流體的隔擋層(弱透水層)普遍位于礦體下部, 這可能指示了A、B流體混合以后, 具有向下運移的特征, 該特征反映成礦流體的局部(礦床/體尺度)運移特征?；谝陨戏治? 成礦流體運移方向研究不僅要考慮A、B流體, 還要考慮成礦流體在運移過程中的復雜變化。

4.4 成礦流體區域運移方向的制約因素

吳越(2013)認為印支晚期黔西北礦集區內鉛鋅礦床的形成可能與川滇黔周緣古特提斯洋閉合背景下的造山事件有關。韓潤生等(2014, 2019)研究認為黔西北礦集區鉛鋅礦床形成于印支期碰撞造山過程的陸內走滑構造系統, 是印支期陸塊碰撞導致古特提斯洋關閉并發生成礦響應的產物。依據黔西北礦集區內成礦流體在平面上主體往北西方向運移特征, 推測其動力源應該來自南東方向。黔西北礦集區南東側的雪峰山陸內變形特征(圖9)顯示, 區域上印支期形成的地層間的接觸關系, 具有從南東至北西方向不整合角度逐漸變小乃至整合的趨勢(昭通?黔西北地區為平行不整合?整合接觸關系), 反映了構造應力傳導方向為南東至北西。除陸塊碰撞導致古特提斯洋閉合的因素外, 印支期雪峰山陸內變形作用與黔西北礦集區鉛鋅成礦作用在時?空應力場的一致性, 可能指示其變形作用也為鉛鋅成礦提供了主要的驅動力, 進而制約了黔西北礦集區成礦流體的主體運移方向。

圖9 印支期?燕山期雪峰山陸內變形構造不整合分布(據金寵, 2009修繪)

5 結 論

(1) 依據黔西北礦集區內主要鉛鋅礦床的成礦年齡、物質組分和成礦構造等方面的變化特征, 推測黔西北礦集區成礦流體在平面上主體從南東至北西方向運移, 在垂向上從深部往淺部運移。該認識為該區“戰略性”鉛鋅找礦部署提供了依據。

(2) 除陸塊碰撞作用導致古特提斯洋閉合的控制因素外, 印支期雪峰山陸內變形作用可能為成礦流體運移提供了驅動力, 進而控制了運移方向。

致謝:感謝中國地質科學院地質力學研究所陳正樂研究員和中國地質科學院礦產資源研究所張長青研究員在審稿過程中為本文完善提供的諸多寶貴意見和建議!

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Direction of Ore-forming Fluid Migration and its Controlling Factors in Ge-Ag-rich Zn-Pb Ore Concentration Area in Northwestern Guizhou Province, China

WANG Mingzhi, HAN Runsheng*, WU Shunchuan, ZHANG Yan, LIU Fei

(Faculty of Land Resource Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, Yunnan, China)

The northwestern Guizhou ore-concentrated area, which is an important part of the Sichuan-Yunnan-Guizhou Pb-Zn-(Ge) polymetallic metallogenic area, has great prospecting potential. Studies have shown that the main metallogenic epoch of the lead-zinc deposits in this area is the late Indosinian period, but the migration direction of ore-forming fluids in this period is not well documented, which hampers the exploration and deployment of Pb-Zn resources in the region. On the basis of comprehensive compilation of the characteristics of the ore bodies, mineralization temperatures, isotopic compositions, and mineralization ages of the typical deposits in this area, the types of ore-forming fluids were classified, and the migration paths of the ore-forming fluids were discussed. The migration direction of the ore-forming fluids is assessed at regional scale, and the restricting factors of fluid migration are further discussed. Studies have shown that in the (Ge-Ag)-rich Zn-Pb ore concentration area in the northwestern Guizhou, the structure provides the main driving force and channel for the ore-forming fluids, and the dominant orientation of ore-forming structure determines the main migration direction of the ore-forming fluids. The regional variation of the ore-forming temperatures, isotope compositions and ore-forming structures indicate that the ore-forming fluids migrated from SE to NW in the plane. In addition to the closure of the paleo-Tethys Ocean caused by the Indosinian continental collision, the Xuefengshan intracontinental deformation in this period may also provide a power source for the migration of the ore-forming fluids, thus controlling the direction of fluid migration. This study not only has practical significance for the deployment of ore prospecting in the northwestern Guizhou, but also provides a method for studying the direction of ore-forming fluid migration in hydrothermal deposits.

ore-forming fluids; migration direction; regional exploration deployment; constraining factors; northwestern Guizhou mining area

10.16539/j.ddgzyckx.2023.01.105

2021-10-07;

2022-03-01;

2023-05-05

國家自然科學基金項目(41572060、42172086、41802089)、云嶺學者項目(2014)、云南省礦產資源預測與評價工程研究中心項目(2010)、云南省重大科技專項計劃項目(202202AG050014)、云南省科技廳地方本科高校基礎研究聯合專項面上項目(2019FH001(-062))和云南省教育廳科學研究基金項目(2020J0644)聯合資助。

王明志(1990?), 男, 博士研究生, 礦產普查與勘探專業。E-mail: 372180494@qq.com

韓潤生(1964?), 男, 研究員, 博士生導師, 主要從事構造成礦動力學、隱伏礦預測與礦床學研究。E-mail: 554670042@qq.com

P611

A

1001-1552(2023)05-0953-016