王福瑞

(貴州有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局 核資源地質(zhì)調(diào)查院,貴州 貴陽 550005)

貴州晴隆銻礦“大廠層”熱水沉積特征淺析

王福瑞

(貴州有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局 核資源地質(zhì)調(diào)查院,貴州 貴陽 550005)

通過對晴隆銻礦“大廠層”的巖石學(xué)特征、地球化學(xué)特征及其產(chǎn)出背景分析,認(rèn)為“大廠層”具有熱水沉積特征；其底部茅口組生物礁灰?guī)r與硅質(zhì)蝕變巖組成的礁硅巖套是熱水沉積的一個(gè)重要標(biāo)志,而互層產(chǎn)出的硅質(zhì)巖與石英巖(碧玉巖)組合是由熱水間歇性供給形成,并將“大廠層”的熱水沉積模式劃分為:火山噴發(fā)前期、火山噴氣期和沉積壓實(shí)期三個(gè)階段。

熱水沉積；“大廠層”；晴隆銻礦；貴州

在黔西南、黔西北地區(qū)廣泛分布有一套硅質(zhì)蝕變火山碎屑巖。該套火山碎屑巖原巖成分復(fù)雜,縱向和橫向上變化極大,是金、銻、螢石、硫鐵礦等礦產(chǎn)的主要賦礦地層。上世紀(jì)60年代貴州省地質(zhì)局112隊(duì)在晴隆銻礦做普查勘探時(shí),將這套火山沉積巖定名為“大廠層”[1]。近些年來又在該層中發(fā)現(xiàn)特大型金礦,引起了很多國內(nèi)外學(xué)者的重視。因此,對“大廠層”的進(jìn)一步研究有著重要的意義。

貴州晴隆大廠銻礦為中國主要的銻產(chǎn)地,其產(chǎn)出層位“大廠層”是位于中二疊統(tǒng)茅口灰?guī)r之上、峨眉山玄武巖之下的一套硅質(zhì)蝕變巖,可以分為三段: 一段為次生石英巖或石英蝕變巖,對應(yīng)原巖為火山角礫巖；二段為硅化角礫化粘土巖,原巖為凝灰質(zhì)角礫巖；三段為硅化高嶺石化粘土巖,原巖為凝灰?guī)r、角礫凝灰?guī)r。在黔西南坳陷甚至上揚(yáng)子地區(qū),“大廠層”具有一定的對比性。

近年來,很多學(xué)者對“大廠層”及晴隆銻礦的成因進(jìn)行了大量研究,但仍存爭議,主要?dú)w結(jié)為以下幾種:①噴流沉積成因[2-3]；②火山氣液成因[4]；③層滑作用的產(chǎn)物[5-7]等。但更多的研究成果指示“大廠層”及與之相關(guān)的礦產(chǎn)在形成過程中有熱鹵水物質(zhì)的參與[3,8-11]?！按髲S層”底部的硅質(zhì)巖條帶和硅質(zhì)蝕變很可能是熱水作用的產(chǎn)物。

1 “大廠層”沉積特征

“大廠層”為一套爆發(fā)相火山角礫巖,該層對銻礦的產(chǎn)出起控制作用[12]?！按髲S層”由下往上劃分為三段(圖1):

圖1 “大廠層”沉積序列特征Fig.1 The depositional sequence of “Dachang layer”,Qinglong,GuizhouP2m:茅口灰?guī)r；P2d1:硅質(zhì)巖與石英巖互層；P2d2:火山角礫； P2d3:凝灰質(zhì)粘土巖夾少量角礫；P3β:峨眉山玄武巖。

一段 下部為中—厚層塊狀灰色強(qiáng)硅化灰?guī)r；中部為薄層灰白色紋層狀石英巖或薄層淺綠色石英巖與薄層硅質(zhì)巖互層；上部主要為火山角礫巖,礫巖為淺灰色硅化灰?guī)r、深灰色硅質(zhì)巖,膠結(jié)物為灰白色或淺綠色石英巖。

二段 為一套成分復(fù)雜的角礫巖層,角礫主要有淺灰、灰黃色棱角狀、似圓狀凝灰質(zhì)粘土角礫,棱角狀強(qiáng)硅化灰?guī)r角礫、硅質(zhì)巖角礫等；膠結(jié)物主要為凝灰質(zhì)粘土,灰白色或淺綠色—綠色石英巖和輝銻礦及螢石等,礦石呈網(wǎng)脈狀或角礫狀構(gòu)造。

三段 為灰綠色凝灰質(zhì)粘土巖、玄武巖或玄武巖透鏡體,局部顯層理構(gòu)造,普遍含黃鐵礦、綠泥石和石膏,底部偶見輝銻礦,與上覆玄武質(zhì)粗火山碎屑巖呈波狀接觸。

晴隆銻礦“大廠層”的沉積序列由底向上依次為:強(qiáng)硅化灰?guī)r角礫層—硅質(zhì)巖與石英巖互層—凝灰質(zhì)粘土角礫層—凝灰質(zhì)粘土巖—玄武巖透鏡體,硅質(zhì)蝕變相應(yīng)依次減弱。

“大廠層”一段的硅質(zhì)巖與茅口灰?guī)r組成典型的熱水沉積標(biāo)志——礁硅巖套,其類似于廣西大廠泥盆系的礁硅巖套[13],因此,“大廠層”底部的硅質(zhì)巖可能是熱水沉積產(chǎn)物。“大廠層”底部的石英巖與硅質(zhì)巖互層產(chǎn)出,其結(jié)構(gòu)以層狀-似層狀為主,該層是在火山作用的間歇期,熱水物質(zhì)間歇性供給形成的,其與現(xiàn)代海洋“黑煙囪”和“白煙囪”噴流沉積產(chǎn)物相似[14]。

圖2 晴隆大廠銻礦玄武質(zhì)礫巖結(jié)構(gòu)特征(據(jù)文獻(xiàn)[15])Fig.2 The structures and tectonics of conglomerate in “Dachang layer”,Qinglonga.玄武質(zhì)礫巖層;b.玄武質(zhì)礫巖手標(biāo)本;c.玄武質(zhì)礫巖膠結(jié)物中的草莓狀黃鐵礦光片10×5(單)。

“大廠層”二段主要為復(fù)雜成分角礫巖層,角礫磨圓度較好(圖2-a)。角礫的形成應(yīng)該是早期噴發(fā)的巖漿遇到溫度較低的海水,由于溫度差異發(fā)生龜裂,形成火山角礫巖。在“大廠層”的角礫巖中有硅質(zhì)充填(圖2-b),說明有熱水沉積硅質(zhì)充填。田亞洲等[15]認(rèn)為礫巖膠結(jié)物中的草莓狀黃鐵礦(圖2-c),其應(yīng)該屬于熱水沉積硫化物?；鹕浇堑[巖前人認(rèn)為屬于火山角礫,也有人認(rèn)為是后期玄武巖改造形成的河床礫石[16]。但經(jīng)過研究,筆者認(rèn)為它是海底火山噴發(fā)形成的類似枕狀玄武巖與海水龜裂破碎形成,并且礫石可見氣孔—杏仁狀構(gòu)造[8]。因?yàn)榈[石較圓,其膠結(jié)物為硅質(zhì),其中含大量的黃鐵礦,如果是河床礫石,礫石種類較多,膠結(jié)物應(yīng)該是砂泥質(zhì),不會(huì)含大量的黃鐵礦。同樣,也不是火山角礫巖,因?yàn)榛鹕浇堑[巖一般礫石呈棱角狀。李明道[3]根據(jù)“大廠層”部分巖石具有水平層理構(gòu)造、角礫結(jié)構(gòu)等沉積特征,認(rèn)為“大廠層”屬于熱水沉積的產(chǎn)物。

“大廠層”三段最明顯的特征是硅化減弱,以凝灰質(zhì)粘土巖為主,揭示這一階段以火山沉積為主。

綜上所述,從茅口期末到峨眉山玄武巖噴發(fā)之前,貴州存在一次較強(qiáng)烈的海底熱液(熱水)的活動(dòng),晴隆大廠一帶可能是海底熱液(熱水)噴口,是海底熱液、熱水噴流中心,同時(shí)伴隨著海底火山噴發(fā),形成海底噴流玄武巖。隨著遠(yuǎn)離晴隆大廠,海底熱液、熱水噴流作用影響較小,一般沉積薄層狀硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r等。

2 “大廠層”熱水沉積地球化學(xué)證據(jù)

前面已經(jīng)論述了“大廠層”屬于海底熱液、熱水噴流沉積的巖石學(xué)證據(jù)。地球化學(xué)特征也具有熱水熱液特征。

熱水沉積巖沉積環(huán)境為地下熱鹵水與海水(河水)的接觸面(水巖接觸面),這種獨(dú)特的環(huán)境必然使熱水沉積巖包裹體中存在二者留下的證據(jù),其中熱鹵水來自深部,一般表現(xiàn)為還原性?！按髲S層”二段中與輝銻礦共生的石英和螢石,這兩種礦物包裹體十分發(fā)育。王小蘭[17]共采集9件樣品,分析結(jié)果用x(CO2)/x(CH4)一x(N2)/x(Ar)示蹤投影,其中4件樣品落入建造水區(qū)域,5件樣品落入大氣降水區(qū)域(圖3),指示成礦流體有海水(河水)和深部流體參與,這與熱水沉積巖既繼承了海水(河水)特征,又具有深部熱鹵水特征相吻合。胡煜昭[11]認(rèn)為“大廠層”稀土元素配分特征具有近似W型四分組效應(yīng),是繼承海水稀土元素特征的表現(xiàn),成礦流體稀土元素含量很低,以富含F(xiàn)-為特征,具還原型。同樣說明“大廠層”沉積巖的形成部分與海水有關(guān),部分為深部來源的還原性流體。熊永柱[18]提出,熱水噴流型現(xiàn)代深海沉積物稀土配分型式表現(xiàn)為右傾型,Ce表現(xiàn)為虧損,總趨勢與海水相似,揭示熱水沉積巖中會(huì)繼承海水稀土元素特征。

大廠銻礦中黃鐵礦硫同位素δS34組成范圍較寬,為-14.5‰～10.6‰,與現(xiàn)代海底噴流口硫同位素組成相似[19]。陳豫測得晴隆礦田11件黃鐵礦中硫同位素值中,粗晶黃鐵礦的δS34為負(fù)值,范圍-0.50‰～-0.90‰,極差6.4；細(xì)晶黃鐵礦δS34為正值,變化范圍+3.60‰～+10.90‰,與二疊紀(jì)海洋硫同位素值(+9.7‰)相近,也接近于現(xiàn)代海底熱液沉積物中硫化物的硫同位素組成集中分布在1‰～9‰之間(均值為4.5‰)。反映細(xì)晶黃鐵礦是沉積形成,粗晶黃鐵礦是熱液作用形成。這與熱水沉積巖的物質(zhì)“雙來源”特征一致,說明“大廠層”具有熱水沉積特征。

圖3 晴隆銻礦成礦流體包裹體x(CO2)/x(CH4)— x(N2)/x(Ar)體系圖(據(jù)文獻(xiàn)[17])Fig.3 The system diagram of x(CO2)/x(CH4)-x(N2)/x(Ar) about flow inclusions of the Antimony,Qinglong

“大廠層”硅化強(qiáng)烈,微量元素Sb、Au、Ag、Cu、Cr、Co、Pb、Mo等元素富集,具有富重金屬元素特征,其中Co/Ni比值>1,具有熱水沉積特征。大廠層富含硅質(zhì)巖、凝灰?guī)r、玄武巖,這種巖石組合類似廣西石炭系玄武巖—碧玉巖—硅質(zhì)巖熱水沉積組合[20],也類似于新疆寒武系底部玄武巖—碧玉巖—硅質(zhì)巖組合[21]。這種富硅質(zhì)巖沉積一般是熱水沉積,其類似現(xiàn)代熱水沉積,如東太平洋洋隆21°N熱水系統(tǒng)中,SiO2含量高達(dá)1 292×10-6；加拉帕戈斯島附近熱水中含SiO21 290×10-6；在Bann Wuhu海底熱水中,SiO2含量比附近的海水高出10倍左右；紅海熱水中SiO2含量為64.19×10-6,是正常海水的16倍；西藏羊八井熱水中SiO2含量為135.01×10-6,在海洋和地表熱水對流系統(tǒng)中,富含有大量的SiO2；揭示熱水系統(tǒng)能夠提供足夠的SiO2形成熱水硅質(zhì)巖[22]。在晴隆老萬場等地,類碧玉巖含很低的TiO2和MnO,表明硅質(zhì)來源地殼內(nèi)部,在晴隆大廠還見到海底熱液熱氣浪底形成的同生玄武巖礫石構(gòu)造。從貴州二疊系各類硅質(zhì)巖的微量、稀土元素測試數(shù)據(jù)分析,晴隆大廠類碧玉巖最靠近熱液噴口,硅質(zhì)巖形成的溫度也最高,海底熱液熱氣浪底作用強(qiáng)烈,這樣的高溫?zé)嵋簢姲l(fā)環(huán)境下形成銻礦[23]。因此,晴隆大廠類碧玉巖(硅質(zhì)巖)是屬于海底熱液噴發(fā)形成的硅質(zhì)巖。

王國芝等[9]對“大廠層”中螢石的Sr同位素和有機(jī)地球化學(xué)的綜合研究表明,其形成機(jī)制為盆地流體,屬于熱水沉積范圍。胡煜昭測得“大廠層”二段中螢石包裹體均一溫度為125～200℃,亦屬熱水沉積巖范疇。

3 “大廠層”熱水熱液形成背景

“大廠層”受黔西南坳陷盆地以及同沉積張性斷裂(花魚井?dāng)嗔?、青山?zhèn)斷裂等)控制,祁思敬[24]認(rèn)為同沉積斷裂控制的深海洼地和古地溫異常是熱水沉積成礦的理想條件。自1948年瑞典海洋考察船Albatross號在紅海中部水深1 937 m處發(fā)現(xiàn)水溫與鹽度異常以來,現(xiàn)代海洋研究表明:在太平洋、大西洋和印度洋洋中脊、邊緣海、島弧及與之有關(guān)的盆地、板內(nèi)火山中心等處均查明存在著熱水活動(dòng)及其產(chǎn)物,具有普遍性[18,25-26],而晴隆銻礦產(chǎn)自坳陷盆地并受控于同沉積張性斷裂,具有熱水沉積的條件。同樣最近陳軍等[27-28]對“大廠層”礫巖進(jìn)行研究,認(rèn)為大廠層屬于局限淺海相沉積,并伴隨板內(nèi)玄武巖漿的噴發(fā)。

“大廠層”為火山角礫與火山凝灰質(zhì),是峨眉山玄武巖爆發(fā)期的產(chǎn)物。在中二疊世末期,峨眉地幔熱柱造成地殼伸展、變薄并張裂,海水注入右江裂谷帶,海平面下降,造成大廠一帶大部分暴露成陸,東吳運(yùn)動(dòng)沉積間斷的假象,之后峨眉地幔柱促使熱水循環(huán),在與海水接觸面上形成熱水沉積。

現(xiàn)代海底研究表明:含礦熱液從海底沿洋中脊噴涌而出,盆地同生斷裂的性質(zhì)及規(guī)模對熱水運(yùn)移及散布范圍起控制作用?！按髲S層”形成可歸納成三個(gè)階段,即火山噴發(fā)前期、火山噴氣期和沉積壓實(shí)期 (圖4)。

圖4 “大廠層”的熱水沉積模式示意圖Fig.4 The hydrothermal sedimentary model of “Dachang layer”

3.1 火山噴發(fā)前期

由于峨眉地幔柱的影響,熾熱巖漿體開始上升使上覆地層發(fā)生張裂,形成一系列張性斷裂。大氣降水或者海水沿這些斷裂下滲,在接近熾熱巖漿體時(shí)被加熱,隨之由于壓力和熱力差使這些熱水上升,茅口期的灰?guī)r發(fā)生硅化,熱水連續(xù)沉積,形成硅質(zhì)巖與石英互層。

3.2 火山噴氣期

在下伏巖漿體的持續(xù)推動(dòng)下,部分巖漿沿地殼斷裂帶上升,形成火山噴氣。在這一時(shí)段,大量的火山灰和火山爆發(fā)角礫噴出,同時(shí)這些角礫會(huì)攜帶一些沉積地層的巖屑(在晴隆大廠層二段的火山角礫中可見茅口灰?guī)r角礫),主要形成一套爆發(fā)相的火山角礫巖。

3.3 沉積壓實(shí)期

大量火山凝灰質(zhì)沉積,熱水作用減弱,形成弱硅化的凝灰質(zhì)粘土巖層。

火山活動(dòng)后期峨眉山玄武巖大規(guī)模噴發(fā),在“大廠層”上覆形成峨眉山玄武巖。在玄武巖之上地層繼續(xù)接受沉積,形成厚度較大的沉積蓋層。

4 結(jié)論

(1) “大廠層”第一段的硅質(zhì)巖與茅口灰?guī)r組成典型的熱水沉積標(biāo)志——礁硅巖套,為典型的熱水沉積。

(2) “大廠層”第二段的礫石層為海底玄武巖噴溢形成的類似枕狀玄武巖,其不是河床沉積的礫石。同時(shí),礫石中大量的硅質(zhì)膠結(jié)物、黃鐵礦說明其非河床沉積礫巖。

(3) 地球化學(xué)特征表明,“大廠層”硅質(zhì)巖屬于熱水沉積巖。

(4) 建立了“大廠層”熱水(液)形成的三個(gè)階段模式。

[1] 曹鴻水.黔西南大廠層形成環(huán)境及其成礦作用的探討[J].貴州地質(zhì),1991,8(1): 5-12.

[2] 張國林,姚金炎,谷湘平.中國銻礦床類型及時(shí)空分布規(guī)律[J].礦產(chǎn)與地質(zhì),1998,12(5):306-311.

[3] 李明道.一個(gè)熱水沉積銻礦床——以貴州晴隆大廠銻礦床為例[J].貴州地質(zhì),2008,25(1):26-30.

[4] 廖朝中.貴州大廠銻礦床成因探討[J].貴州地質(zhì)科技情報(bào),1983(1):16-28.

[5] 張啟厚.晴隆大廠銻礦床容礦層硅質(zhì)來源的研究[J].貴州地質(zhì),1999,16(2):111-116.

[6] 王硯耕.試論黔西南卡林型金礦區(qū)域成礦模式[J].貴州地質(zhì),1994,38(11): 1-7.

[7] 何豐勝,毛健全,杜定全.戈塘礦區(qū)層滑構(gòu)造研究[J].貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1997,26(2):12-16.

[8] 陳豫,劉秀成,張啟.貴州晴隆大廠銻礦床成因探討[J].礦床地質(zhì),1984,3(3):2-11.

[9] 王國芝,胡瑞忠,劉穎,等.黔西南晴隆銻區(qū)礦螢石的稀土元素特征[J].礦物巖石,2003,23(2):62-65.

[10] 彭建堂,胡瑞忠,蔣國豪.貴州晴隆銻礦床中螢石的Sr同位素地球化學(xué)[J].高校地質(zhì)學(xué)報(bào),2003,9(2):244-251.

[11] 胡煜昭.黔西南坳陷沉積盆地分析與銻、金成礦研究[D].昆明:昆明理工大學(xué),2011:12-17.

[12] 蔣杰,李衛(wèi)鋒.貴州省晴隆大廠銻礦田礦床地質(zhì)特征及其外圍成礦預(yù)測[J].地質(zhì)與資源,2009,18(4):289-291.

[13] 陳先沛,高計(jì)元,陳多福,等.熱水沉積作用的概念和幾個(gè)巖石學(xué)標(biāo)志[J].沉積學(xué)報(bào),1992,10(3):124-131.

[14] 陳多福,陳先沛,陳光謙,等.熱水沉積作用與成礦效應(yīng)[J].地質(zhì)地球化學(xué),1997(4): 7-11.

[15] 田亞洲,聶愛國,祝明金,等.貴州晴隆大廠層中段玄武質(zhì)礫巖與銻礦成礦關(guān)系研究[J].貴州大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2011,28(5): 25-28.

[16] 廖善友.黔西南銻礦床成因探討[J].貴州科學(xué),1998,16(4):276-279.

[17] 王小蘭.晴隆銻礦地質(zhì)地球化學(xué)特征及成礦深度研究[D].昆明:昆明理工大學(xué),2011:1-42.

[18] 熊永柱,夏斌,林麗,等.熱水沉積成礦研究現(xiàn)狀與展望[J].礦產(chǎn)與地質(zhì),2005,109(3):233-236.

[19] 楊瑞東.貴州晴隆二疊系“大廠層”成因分析及成礦意義[J].礦床地質(zhì),2012,31(增刊):1197-1198.

[20] 李毅.廣西熱水沉積礦床成礦規(guī)律及找礦方向研究[D].長沙:中南大學(xué),2008:1-100.

[21] 楊瑞東,張傳林,羅新榮,等.新疆庫魯克塔格地區(qū)早寒武世硅質(zhì)巖地球化學(xué)特征及其意義[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2006,80(4):598-604.

[22] 劉家軍,鄭明華.硅巖的新成因——熱水沉積作用[J].四川地質(zhì)學(xué)報(bào),1991,4(11):251-254.

[23] 張位華,楊瑞東,王甘露,等.貴州二疊系大廠層硅質(zhì)巖地球化學(xué)特征[J].貴州地質(zhì),2011,28(增刊):16-20.

[24] 祁思敬.秦嶺泥盆系中鉛鋅礦床的熱水沉積成因[J].西安地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào),1993,15 (1):27-33.

[25] 田毓龍,秦德先,林幼斌,等.噴流熱水沉積礦床研究的現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào),1999,24(1):151-156.

[26] 薛春紀(jì),祁思敬,鄭明華,等.熱水沉積研究及相關(guān)科學(xué)問題[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào),2000,19(3):155-163.

[27] 陳軍,楊瑞東,高軍波,等.貴州熱水沉積礦床[J].地質(zhì)科技情報(bào),2014(5):112-121.

[28] 陳軍,楊瑞東,鄭祿林,等.貴州晴隆中二疊統(tǒng)大廠層礫巖成因研究[J].地質(zhì)論評,2014,60(6):1310-1321.

(責(zé)任編輯：于繼紅)

Preliminary Study on Hydrothermal Sedimentary Characteristics of DachangAntimony Deposit in Qinglong,Guizhou Province

WANG Furui

(Non-FerrousMetalsandNuclearIndustryGeologicalExplorationBureauofGuizhou，NuclearResourcesInstituteofGeologicalSurvey,Guiyang,Guizhou550005)

Petrologic characteristics,geochemical characteristics and occurrence background of Dachang antimony deposit in Qinglong,Guizhou province reveal that “Dachang stratum” has hydrothermal sedimentation characteristics.Reef-silicon rock suit consisting of Maokou biological reef limestones and siliceous alteration rocks at the bottom of “Dachang stratum” is a typical hydrothermal attribute,in which the interstratified siliceous rocks and quartzite combination are formed by spasmodic hot water supply.The hydrothermal deposition mode for “Dachang stratum” therefore can be subdivided into three stages,namely the pre-volcanic-eruption stage,the volcanic jetting stage and the sedimentary compaction stage.

hydrothermal sedimentation; “Dachang stratum”; Qinglong antimony deposit; Guizhou

P618.66; P588.21+1

A

1671-1211(2015)04-0422-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201504012