长阳复背斜铅锌矿流体包裹体特征与C、O同位素分析

万学斌, 向 萌, 张权绪, 陈绿森

(湖北省地质局 第七地质大队,湖北 宜昌 443100)

长阳复背斜铅锌矿流体包裹体特征与C、O同位素分析

万学斌, 向 萌, 张权绪, 陈绿森

(湖北省地质局 第七地质大队,湖北 宜昌 443100)

长阳复背斜位于湘西—鄂西成矿带中北部,铅锌矿主要赋存层位为震旦系灯影组白马沱段中上部。研究该区内铅锌矿流体包裹体特征,此包裹体由单相盐水溶液包裹体(LH2O)和两相盐水溶液包裹体(LH2O+VH2O)组成,属于NaCl-H2O体系,其均一温度有三个区间,即110～150 ℃,160～185 ℃,230～285 ℃,冰点温度为-2.8～-8.2 ℃,盐度为4.5～12.0 wt%NaCl,所代表成矿流体密度为1.015～0.794 g/cm3。通过铅锌矿石C、O同位素测定,区内铅锌矿石中C、O同位素组成较为稳定,C、O同位素变化范围较窄,投影点主要分布在沉积碳酸盐的范围内,反映了成矿流体与围岩的密切联系。

长阳复背斜;流体包裹体;C、O同位素

矿床包裹体中气液相组分是矿床成因的重要的直接物质证据,它直接参与了成矿作用,与矿床的沉淀机制密切相关[1]。长阳复背斜铅锌矿床产于碳酸盐岩中,对其成因尚有争论。本文研究长阳复背斜铅锌矿床包裹体气液相组分特征,并对有关问题加以讨论。初步研究认为,长阳复背斜铅锌矿床为层控—改造型铅锌矿床,而研究该矿床包裹体气液相组分,对认识区域铅锌矿成矿规律以及找矿新思路有重要意义。

1 区域地质特征

长阳复背斜位于湘西—鄂西成矿带中北部,主要由两个次级背斜和两个次级向斜组成,呈北西西—南东东向展布,长40余千米,宽20 km,在白石雄关东约3 km处倾伏。该复式背斜自北向南由中地坪向斜、长阳背斜、津洋口向斜、七丘背斜等几个较具规模的次级褶皱组成。北北西向仙女山断裂将背斜分为两段。复背斜北侧受北西向天阳坪断裂的影响,北翼地层发生倒转,形成形如“Ω” 的局部倒转背斜,并伴有次级倒转褶皱,逆冲断层及叠瓦式构造的发生,致使地层重复。核部由青白口系及南华系—震旦系地层组成,岩层平缓开阔,两翼主要为寒武系—志留系地层,北翼地层陡倾,南翼地层缓倾,其中常形成次级褶皱,并伴有小规模的逆掩断层。除此之外,核部及南翼还发育纵张断裂,长度一般在10 km以内,这类断层常控制铅锌汞矿化(图1)。

区内铅锌矿体的产出位置与一定的地层有着密切关系,主要赋存地层为震旦系上统灯影组,该地层由下而上划分为三个岩性段,即蛤蟆井段(Z2∈1d1)、石板滩段(Z2∈1d2)、白马沱段(Z2∈1d3),其中震旦系上统灯影组石板滩段与白马沱段分界处、白马沱段中上部等都是主要的含矿层位。如何家坪、王家湾铅锌矿体主要赋存在白马沱段下部,局部赋存于石板滩段与白马沱段分界处甚至石板滩段顶部;朱家墩铅锌矿体赋存于白马沱段中上部;安王山铅锌矿体赋存于白马沱段中下部;七丘铅锌矿体主要赋存于白马沱段上部。

区内铅锌矿石中主要有用矿物成分为闪锌矿和方铅矿,脉石矿物主要为白云石,其次是方解石、石英和重晶石等。矿石结构主要为自形—半自形晶粒结构、交代残余结构等。矿石多呈角砾状构造、脉状构造、团块状构造,风化后多呈蜂窝状构造(图2)。

2 流体包裹体特征

本次工作在何家坪矿区和朱家墩矿区、安王山铅锌矿点共采集5个样品,送国土资源部中南矿产资源监督检测中心测试,分别对石英、方解石、重晶石等矿物进行了流体包裹体测温。测定所使用的仪器为德国ZEISS厂生产(2002年)的AXiolab偏光显微镜及英国艾迪科生产(2002年)的TMS94程序温度控制器和THMS显微冷热台0～600 ℃显微冷热台,0～600 ℃精度为±0.2 ℃,0～-196 ℃的精度为±0.02 ℃。

图1 长阳复背斜构造简图Fig.1 Structure diagram of Changyang anticlinorium1.仙女山断裂;2.天阳坪断裂;3.长阳背斜;4.津洋口向斜;5.七丘背斜;6.断层;7.白垩系;8.三叠系;9.二叠系;10.石炭系及泥盆系;11.志留系;12.奥陶系;13.寒武系;14.震旦系;15.南华系;16.青白口系;17.铅锌矿点;18.汞矿点。

图2 何家坪铅锌矿石特征Fig.2 Lead-zinc ore characteristics of Hejiaping1.闪锌矿氧化后蜂窝状构造;2.闪锌矿呈环带包围方铅矿;3.方铅矿呈团斑状与白色方解石重晶石脉密切相关;4.方铅矿及含闪锌矿的白色方解石重晶石脉沿云岩角砾间的裂隙充填;5.闪锌矿沿网状裂隙充填;6.闪锌矿方铅矿包裹云岩小角砾。

2.1 流体包裹体类型

根据流体包裹体成分和流体包裹体在冷热状态下的性状,将区内流体包裹体分为2 个类型(图3、表 1)。

(1) 单相盐水溶液包裹体(LH2O),这是区内较普遍的流体包裹体类型之一,见于铅锌矿石中的石英、方解石、重晶石矿物中,形态以米粒状、椭圆形为主,其次是多边形和不规则状;呈自由状、小群状分布,部分沿矿物微裂隙分布。流体包裹体大小一般为1～15 μm。

(2) 气液两相盐水溶液包裹体(VH2O +LH2O),见于铅锌矿石中的石英、方解石、重晶石矿物中,流体包裹体大小不等,在3～30 μm之 间,一般为5～15 μm。形态呈椭圆形、多边形或近长方形、矩形、圆形,少数为不规则状,负晶形;呈小群状、自由状或沿矿物微裂隙呈串状、线状分布,或呈小群状分布,或与其它单相包裹体伴生。

2.2 成矿流体的均一温度、盐度及体系

对研究区铅锌矿矿物流体包裹体进行显微测温,获得72个冰点温度和113个均一温度,其中测定矿物为重晶石时,显示流体包裹体完全均一温度分布在110～150 ℃、160～185 ℃、230～285 ℃三个区间范围;测定矿物为石英时,显示流体包裹体完全均一温度分布在133～176 ℃、240～255 ℃两个区间范围;测定矿物为方解石时,显示流体包裹体完全均一温度分布在150～162 ℃区间范围。以上证据显示区内铅锌矿为中低温(以低温为主)热液矿床,并有多期热液活动特点。

图3 铅锌矿石中石英、方解石、重晶石流体包裹体Fig.3 Fluid inclusions in quartz,calcite and barite of lead-zinc orea、b.石英中流体包裹体;c、d.方解石中流体包裹体;e、f.重晶石中流体包裹体。表1 研究区铅锌矿矿物流体包裹体特征Table 1 Fluid inclusion characteristics of lead-zinc minerals in study area

样品编号采集地点样品名称测定矿物包裹体类型及其比例/%包裹体室温时的组成相态与体积分数/%包裹体大小/μm包裹体形态包裹体分布特点ZTC00005(K6)-BT1朱家墩矿化石英—方解石脉石英单相盐水溶液包裹体/50LH2O1～15米粒状、椭圆形为主,其次是多边形和不规则状呈自由状、小群状分布,部分沿石英微裂隙分布两相盐水溶液包裹体/50LH2O(85～90),VH2O(10～15)3～20μm之间,以5～15μm为主椭圆形为主,其次是方形或长方形、多边形、负晶形呈群状或小群状分布或与其它单相包裹体伴生YTC14-BT1安王山矿化石英—方解石脉方解石石英单相盐水溶液包裹体/80LH2O1～15米粒状、椭圆形为主,其次是多边形和不规则状呈自由状、小群状分布,或沿方解石解理缝隙呈线状分布或定向排列两相盐水溶液包裹体/20LH2O(85～90),VH2O(10～15)3～12椭圆形为主,其次是菱形、多边形呈小群状分布,或沿方解石解理缝隙呈线状分布或定向排列,或与其它单相包裹体伴生单相盐水溶液包裹体/50LH2O1～15米粒状、椭圆形为主,其次是多边形和不规则状呈自由状、小群状分布,部分沿石英微裂隙分布两相盐水溶液包裹体/50LH2O(85～90),VH2O(10～15)3～25μm之间,以5～15μm为主椭圆形、多边形为主,其次是长方形、半自形、负晶形(负晶形)呈小群状分布,或呈群状、自由状,或沿石英微裂呈串状、线状分布,或与其它单相包裹体伴生YTC1-BT1安王山云岩方解石单相盐水溶液包裹体/90LH2O1～8米粒状、小菱形为主,其次是多边形和不规则状呈自由状、小群状分布或沿方解石微裂隙分布两相盐水溶液包裹体/10LH2O(85～90),VH2O(10～15)3～10呈长方形、椭圆形、菱形、多边形呈小群状,或沿方解石解理缝隙呈线状分布或定向排列,呈分散状分布或与单相包裹体伴生KD1-BT1何家坪闪锌矿化重晶石—方解石脉重晶石单相盐水溶液包裹体/55LH2O1～15米粒状、椭圆形为主,其次是多边形和不规则状呈自由状、小群状分布,部分沿重晶石微裂隙分布两相盐水溶液包裹体/45LH2O(85～90),VH2O(10～15)3～20μm之间,以5～15μm为主呈椭圆形、圆形、多边形或半自形负晶形,少量为长方形、矩形和负晶形呈小群状、自由状或沿重晶石微裂隙呈串状、线状(定向)分布,或与其它单相包裹体伴生KD2-BT1何家坪闪锌矿化石英—方解石—重晶石脉重晶石单相盐水溶液包裹体/60LH2O1～15米粒状、椭圆形为主,其次是多边形和不规则状呈自由状、小群状分布,或部分沿重晶石微裂隙分布两相盐水溶液包裹体/40LH2O(85～90),VH2O(10～15)3～30μm之间,以5～15μm为主椭圆形、多边形或近长方形、矩形、圆形,少数为不规则状、负晶形呈小群状、自由状或沿重晶石微裂呈串状、线状分布,或呈小群状分布,或与其它单相包裹体伴生

测得各件铅锌矿样品的初熔温度为-22～-21 ℃,从而得知成矿流体属NaCl2H2O体系;测得其两相盐水溶液包裹体冰点温度为-2.8～-8.2 ℃,获得成矿流体的盐度w(NaCl)为4.5%～12% wt%NaCl。

2.3 成矿流体的密度、成矿压力和矿化深度

根据该区成矿阶段流体包裹体的盐度、均一温度,计算获得成矿流体的密度(DH2O)为1.015～0.794 g/cm3;成矿流体的成矿压力(P)为125.3×10～238.8×10 Pa;成矿深度(H)为0.363～0.796 km(表2)。

表2 研究区铅锌矿矿物中流体包裹体的均一温度、密度、压力、盐度、深度表Table 2 The homogenization temperature,density,pressure,salinity and depth of fluid inclusions in lead-zinc minerals in study area

区内地质调查发现,重晶石化与铅锌矿关系密切。从表2中可以看出,测定重晶石时,成矿流体的成矿温度为110～285 ℃,包裹体完全均一温度分布在110～150 ℃、160～185 ℃、230～285 ℃三个区间范围;反映成矿温度是从低温向中高温演化的,说明低温是区内铅锌矿床的热水沉积温度,中高温是区内铅锌矿床的后期热液改造温度。从矿化阶段早期到晚期,含矿流体包裹体的盐度具有从低到高、再到低的变化趋势,压力具有从低到高的变化趋势,而密度则相反。根据以

上所述,结合流体包裹体类型和产出特征分析,研究区铅锌矿床的成矿流体为均一的NaCl2H2O 体系溶液,具较高密度、较低盐度和低中等温度。

3 C、O同位素分析

碳、氧同位素被广泛地用于追溯流体中CO2来源研究,是示踪地幔流体参与成矿作用的有效方法[2-5]。

本次工作在何家坪、朱家墩、安王山三个矿点采集了4个铅锌矿样品进行碳氧同位素分析(表3)。

表3 研究区C、O同位素分析结果表Table 3 C and O isotope analysis results of study area

表3显示白云岩的13C 变化于 0.69‰～1.76‰之间,均值为 1.39‰;δ18OV-SMOW介于 23.7‰～24.9‰之间,均值为 24.3‰。碳同位素组成具有重碳同位素的特征,说明该矿床的碳同位素主要为沉积岩中碳酸盐岩的脱气或含盐卤水与泥质岩的相互作用。13CV-PDB-18OV-SMOW图解显示,矿石中白云岩的碳、氧同位素组成较为稳定,碳、氧同位素变化范围较窄,投影点集中(图4),主要分布在沉积碳酸盐的范围内,反映了成矿流体与围岩的密切联系。

徐安武、梅申福等于1993年在本区何家坪灯影组铅锌矿床中采集硫同位素样品3个,其中方铅矿、闪锌矿、重晶石各1个,其硫同位素分析结果见表4。

由表4可见,本区硫同位素表现为δ34S均为正值,以富集重硫为特征,变化范围为24.92‰～47.22‰,接近且略高于同时代海水中δ34S(21‰),反映本区以后生矿床面貌产出的铅锌矿中的硫为单一来源于地层。

图4 研究区铅锌矿13C-18O 图解Fig.4 Lead-zinc mine 13C-18O diagram in study area表4 研究区硫同位素分析结果表Table 4 S isotope analysis results of study area

样品编号实验编号送样名称地层产位分析结果δ34S/‰Pb-10491099方铅矿Zn-4491102闪锌矿Ba-3491109重晶石长阳何家坪灯影组三段24.9226.7647.22

同一矿床中闪锌矿和方铅矿等硫化物的硫同位素组成变化可作为成矿作用是否达到平衡的指标。通常平衡条件下形成的矿物,其δ34S值表现为闪锌矿>方铅矿,这表明研究区成矿作用已达到平衡。

江涛等(1987年)对长阳背斜震旦系灯影组和陡山沱组汞矿进行了研究:通过对汞矿矿石中单矿物重晶石、辰砂、黝铜矿硫同位素采样分析,重晶石δ34S值为38.00‰ ～44.5‰,平均41.06‰;辰砂δ34S值为15.10‰～19.10‰,平均17.77‰;黝铜矿δ34S值为24.40‰～26.8‰,平均25.60‰;所有单矿物δ34S平均值为28.14‰。江涛等认为硫来源地层本身,δ34S值指示海水蒸发盐岩,这与上述铅锌矿硫同位素来源结论一致,进一步印证了本区震旦系层控矿床(铅锌矿与汞矿)的共性特征[6]。

由上面数据可以得知,本区灯影组铅锌矿体的矿源层即为本组白云岩建造,根据徐安武等(1993)的鄂西灯影组石板滩段及相关矿床(点)Zn、Cd关系坐标图解分析,石板滩段岩石中Zn与Cd含量呈正相关关系,反映矿床Zn、Cd来自石板滩段地层,即石板滩段为本区灯影组铅锌矿体的矿源层。

4 讨论

以上资料表明区内有关铅锌矿床的沉积—成岩时段集中在震旦纪[7],该区铅锌矿床的产出受层位控制,其含矿层位为背斜转折端核部灯影组白马沱段中上部,白马沱和石板滩交界处,矿石主要结构为自形—半自形晶粒结构、交代残余结构,呈脉状构造、团块状构造、角砾状构造[8]。既显示了热水沉积特征,又反映了后期构造热液活动特征;矿物中流体包裹体反映成矿流体主要为均一的、低盐度的NaCl2-H2O体系,具浅成中低温热液矿床特征,并有多期热液活动特点。矿石中白云岩的碳、氧同位素组成较为稳定,碳、氧同位素变化范围较窄,主要分布在沉积碳酸盐的范围内,反映了成矿流体与围岩的密切联系。结合S、Pb同位素组成,说明成矿物质和成矿流体主要来自海水沉积环境。

含矿层上部寒武系页岩构成了屏蔽层,在大气水补给和地层内部压溶作用下形成地下水热液,不断活化萃取了矿源层中的矿物质,并沿白云岩中的层间裂隙运移[9];在已封闭的空间卸载,加之后期断裂活动,在地壳热源上拱的条件下,经过远距离的矿液运移,不断萃取、活化途经围岩的成矿物质,形成新的矿液,沿着破裂带或裂隙带侧向运移,在物理化学适合的条件下沉淀、富集。对早期沉积铅锌矿体进行改造。

本区铅锌矿经历了沉积—成岩和后期构造改造两个阶段,为层控—改造型铅锌矿床。

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(责任编辑：于继红)

Lead-zinc Deposit Fluid Inclusions Characteristics and C and O IsotopeAnalysis in Changyang Anticlinorium

WAN Xuebin, XIANG Meng, ZHANG Quanxu, CHEN Lvsen

(SeventhGeologicalTeamofHubeiGeologicalBureau,Yichang,Hubei443100)

Changyang anticlinorium is located in the north and middle region of western Hunan-western Hubei metallogenic belt,the main occurrence horizon of lead-zinc mine is in the mid-upper Baimatuo Section of Dengying Formation of Sinian. The authors studied the characteristics of fluid inclusions in lead-zinc deposit,which composed by single-phase saline solution(LH2O)and two-phase inclusions(LH2O+ VH2O)saline solution,belonging to NaCl-H2O system. There are three intervals of the homogenization temperature,namely 110～150 ℃,160～185 ℃ and 230～285 ℃;the ice point temperature is -2.8 ～-8.2 ℃,salinity is 4.5～12.0 wt%NaCl,representing the ore-forming fluid density is 1.015～0.794 g/cm3. By the C and O isotope determination in the lead-zine ore,their compositions are relatively stable,and the variation range of C and O isotope is relatively narrow. subpoints are mainly distributed in the area of carbonate sedimentary,reflecting the ore-forming fluid is closely related to the surrounding rock.

Changyang anticlinorium; fluid inclusions; C and O isotope

2016-09-28;改回日期:2017-01-22

中国地质调查局工作项目,湖北长阳曾家墩地区铅锌矿远景调查(1212011085347)。

万学斌(1972-),男,工程师,矿产勘查专业,从事地质勘查工作。E-mail:623701461@qq.com

P618.42; P618.43

A

1671-1211(2017)03-0266-06

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.03.006

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170516.1416.008.html 数字出版日期:2017-05-16 14:16