付勝云
(湖南省地質(zhì)調(diào)查院,長(zhǎng)沙 410116)
湖南省鳳凰地區(qū)汞及汞鋅礦主要產(chǎn)于寒武系敖溪組,勘探開(kāi)采歷史悠久。近年來(lái),前人對(duì)研究區(qū)內(nèi)地層、巖相古地理、礦床開(kāi)展過(guò)大量研究及探討[1-4],但對(duì)區(qū)內(nèi)寒武系敖溪組地層、巖性、巖相古地理、圍巖蝕變與汞及汞鋅成礦作用的關(guān)系沒(méi)有深入研究和探討。近幾年,在“湖南省礦產(chǎn)地質(zhì)與區(qū)域成礦規(guī)律綜合研究”項(xiàng)目及“湖南省礦產(chǎn)地質(zhì)志編制”項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中,通過(guò)收集前人相關(guān)報(bào)告、專著、文獻(xiàn)資料,并結(jié)合2011—2012年1∶5萬(wàn)鳳凰礦調(diào)找礦實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及野外區(qū)域地質(zhì)調(diào)查,本文針對(duì)寒武系敖溪組巖性巖相圍巖蝕變與汞及汞鋅成礦的關(guān)系進(jìn)行研究和總結(jié),獲得的新認(rèn)識(shí)可供進(jìn)一步找礦借鑒。
研究區(qū)位于揚(yáng)子陸塊東南緣張家界—保靖—麻栗場(chǎng)—銅仁斷裂南東盤(pán),構(gòu)造運(yùn)動(dòng)頻繁,經(jīng)歷了武陵運(yùn)動(dòng)、加里東運(yùn)動(dòng)、印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)及喜山運(yùn)動(dòng)[5]。區(qū)域構(gòu)造主要為褶皺和斷裂(圖1)。其中,斷裂以NE—NNE向?yàn)橹?,具多期活?dòng)特征,為區(qū)域控巖、控相、控礦斷裂,與鉛鋅成礦具有內(nèi)在聯(lián)系; 褶皺構(gòu)造的軸向均為NNE—NE,兩翼不對(duì)稱,構(gòu)成較典型的侏羅山式構(gòu)造[6]。
區(qū)域地層主要有新元古界、下古生界、白堊系。區(qū)域寒武紀(jì)第三世臺(tái)地相包括高臺(tái)組和婁山關(guān)組下部,斷塊內(nèi)的裂塹或陸內(nèi)裂谷邊緣斜坡帶[7](臺(tái)緣斜坡相)包括敖溪組和花橋組中下部,盆地相為污泥塘組。
區(qū)域NE—NNE向展布、深切上地幔的斷裂構(gòu)造帶與位于含礦層之下成礦元素含量高的早期礦源層為研究區(qū)成礦提供了豐富的礦質(zhì)來(lái)源[8],經(jīng)加里東期封存熱鹵水改造在敖溪組容礦層中形成汞及汞鋅礦床。礦床屬沉積-熱鹵水改造成因[9]。湘黔汞礦帶汞礦床的形成和油氣的聚集一樣具有“生、儲(chǔ)、蓋”的成礦地質(zhì)條件[10]。
圖1 區(qū)域構(gòu)造及汞鉛鋅礦床分布[8]
Fig.1 Regional structure and distribution of Mercury-Lead-Zinc deposits[8]
鳳凰地區(qū)汞的成礦流體(即含汞鋅熱鹵水)主要是以地下水為主,同時(shí)包含油氣在內(nèi)的混合熱液,成礦作用是在低溫、低壓、高鹽度的還原環(huán)境中進(jìn)行的[16]。
鳳凰地區(qū)西部“蓋”層為含泥質(zhì)較高、滲透性較差的微晶云巖、泥粉晶(云)灰?guī)r、泥巖、碳泥質(zhì)頁(yè)巖等碳酸鹽巖類; 成礦流體萃取“儲(chǔ)”層(角礫狀云巖、礫屑云巖)中汞鋅元素并沿“蓋”層形成似層狀汞及汞鋅礦體,這就是“生”礦過(guò)程。
(a) 角礫狀汞鋅礦礦石 (b) 共生的鮮紅色辰砂與淡黃色閃鋅礦
圖2 含礦層礦石標(biāo)本[15]
Fig.2 Ore samples of ore-bearing strata[15]
鳳凰地區(qū)東部“蓋”層為巖石化學(xué)活潑性極差、性脆的鋁硅酸鹽巖類,因東部“儲(chǔ)”層為斷裂裂隙,成礦流體直接在斷裂裂隙中沉淀“生”礦,僅形成細(xì)脈狀、條帶狀汞鋅礦化體,沒(méi)有工業(yè)價(jià)值。
表1 鳳凰地區(qū)寒武紀(jì)沉積巖建造綜合柱狀表
Tab.1 Comprehensive column of Cambrian sedimentary rocks in Fenghuang area
在敖溪組斜坡,滑動(dòng)和滑塌作用可導(dǎo)致巖層發(fā)生角礫化,還可進(jìn)一步發(fā)展成為碎屑流沉積[10]。其中,碎屑流(滑塌)礫屑灰?guī)r、礫屑云巖是最主要的再沉積碳酸鹽巖[17],也是斜坡相存在的標(biāo)志。碎屑流沉積表現(xiàn)為顆粒大小混雜,底面平坦,板條狀礫石平行層面排列[18]。
在鳳凰地區(qū),陡坡粗大團(tuán)塊狀滑塌礫屑灰?guī)r、礫屑云巖裙發(fā)育(圖3),每個(gè)滑塌礫屑裙特點(diǎn)是北西窄南東寬,粗大礫屑在北西根部堆積,相對(duì)細(xì)小礫屑在南東撒開(kāi)堆積,而緩坡以細(xì)小竹葉狀滑塌礫屑灰?guī)r為主。
敖溪組沉積早期,區(qū)內(nèi)沉積了富鉀黑色頁(yè)巖,富含海綿骨針,代表盆地滯流環(huán)境; 敖溪組沉積中期,為潮坪環(huán)境,沉積了顆粒白云巖及具交錯(cuò)層理白云巖; 敖溪組沉積晚期,海平面下降,為潮坪環(huán)境,巖性以紋層狀白云巖為主,局部夾角礫狀云巖、礫屑云巖,其中賦存汞及汞鋅礦。
有利的古地理環(huán)境和巖相對(duì)金屬物質(zhì)的初步富集起了重要的控制作用。
早—中寒武世,鉛、鋅、汞集中分布在雪峰海隆西北側(cè)的海槽中。鉛鋅礦富集在海槽西側(cè),緊靠梵凈山島狀海隆之東南側(cè)的斜坡地帶; 汞礦則富集在海槽東側(cè),緊靠雪峰海隆。以灰?guī)r、白云巖相區(qū)成礦最有利。
中寒武世早期,揚(yáng)子碳酸鹽巖臺(tái)地相前緣斜坡相控制著整個(gè)湘黔汞鉛鋅礦帶的分布[19],含礦巖系為含鉛鋅的碳酸鹽巖建造。中寒武世敖溪期,相變明顯,從西往東敖溪期巖相特征及其縱橫向變化依次為碳酸鹽巖臺(tái)地相、臺(tái)緣斜坡(陡坡、緩坡)相、盆地相(圖4)。汞及汞鋅礦賦存于中寒武統(tǒng)敖溪組上段白云巖中,由西往東,厚度從近百米變?yōu)榻?,再逐漸過(guò)渡為陸架外深盆(臺(tái)盆)環(huán)境的污泥塘組的碳質(zhì)板狀頁(yè)巖與泥灰?guī)r及含白云質(zhì)灰?guī)r互層??氐V的巖相古地理類型為斜坡相,汞礦產(chǎn)于濁積巖發(fā)育的斜坡相碳酸鹽巖中,容礦層的汞高濃度帶對(duì)應(yīng)著緩斜坡相的濁積巖(濁流灰?guī)r)-陡斜坡相的灰質(zhì)角礫巖發(fā)育帶,礦帶西部界線與碳酸鹽巖臺(tái)地相和斜坡相的界線基本吻合。
1.滑塌礫屑灰?guī)r; 2.沉積相界線; RP、PE.開(kāi)闊臺(tái)地相; PS.陡坡相; DB.緩坡相
圖3 新晃—山江敖溪組斜坡(陡坡)相北西向等距分布的滑塌礫屑灰?guī)r(云巖)裙[8]
Fig.3 Slumping pebble limestone (cloud rock) equally distributed in the north-west direction of slope ( steep slope ) of Xinhuang- Shanjiang Aoxi Formation[8]
1.剖面位置; 2.等厚線; 3.相界線; 4.斷層; 5.碳酸鹽巖臺(tái)地相; 6.碳酸鹽巖陡坡相; 7.碳酸鹽巖緩坡相; 8.盆地相; 9.鉛礦床(點(diǎn)); 10.鋅礦床(點(diǎn)); 11.鉛鋅礦床(點(diǎn)); 12.銅鉛鋅礦床(點(diǎn)); 13.汞礦床(點(diǎn)); 14.汞鋅礦床(點(diǎn))
圖4 湖南省鳳凰地區(qū)晚寒武世敖溪期巖相古地理圖
Fig.4 Lithofacies palaeogeography of Late Cambrian Aoxi Period in Fenghuang, Hunan Province
敖溪晚期的臺(tái)地斜坡相帶內(nèi),成礦條件最好的部位是它的中上部,該部位的明顯標(biāo)志是巖層中發(fā)育有大型滑塌沉積,并出現(xiàn)一系列從漸變到突變的一套完整的同生沉積變形構(gòu)造,其側(cè)向分布范圍為3~5 km[20],呈NNE向延伸。汞礦分布現(xiàn)狀見(jiàn)圖5。覆蓋于敖溪組之上的各期碎屑流發(fā)育帶,可作為間接找礦標(biāo)志,尤其在容礦層露頭欠佳時(shí)對(duì)找礦具有指導(dǎo)意義。主要原因是臺(tái)地邊緣和斜坡在沉積演化過(guò)程中,總體不斷向海方向遷移,后一個(gè)旋回的重力沉積發(fā)育帶往往不完全重合地覆蓋于前一旋回的重力沉積發(fā)育帶上,呈超前式的斜列分布。因此,在查明上覆巖系的礫屑成分屬于以淺水礫屑為主的碎屑流沉積發(fā)育帶時(shí),可以判斷出容礦層汞礦產(chǎn)出的大致部位。
1.斷層及編號(hào); 2.背斜; 3.沉積相界線; 4.汞礦體; 5.臺(tái)地邊緣淺灘相; 6.斜坡相上部; 7.斜坡相中上部; 8.斜坡相中下—下部; 9.盆地相
圖5 鳳凰地區(qū)中寒武世敖溪期沉積相分布與成礦期構(gòu)造示意圖
Fig.5 Distribution of sedimentary facies and mineralization period structure in Aoxi Period of Middle Cambrian in Fenghuang area
鳳凰地區(qū)茶田礦區(qū)鋅礦體主要呈似層狀、透鏡狀及囊狀大致順層產(chǎn)于寒武系敖溪組上段[15]細(xì)—粉晶白云巖的似層狀層間破碎角礫巖化[21]、網(wǎng)狀方解石脈化的蝕變體或?qū)娱g破碎帶中,并嚴(yán)格受其控制。鋅礦體常與汞礦體相伴出現(xiàn)并在其旁側(cè)(平面上)或者下部(剖面上)分布,平面上主要分布于寬2~3 km的NE向斷裂帶中。
鳳凰地區(qū)見(jiàn)礦化必見(jiàn)圍巖蝕變。與汞鋅礦化有關(guān)的蝕變類型主要為碳酸鹽化,次為硅化[22],都屬于較典型的低溫?zé)嵋盒臀g變。
(1)碳酸鹽化。以白云石化為主,方解石化次之。與汞、鉛、鋅礦化關(guān)系密切,當(dāng)白云石、方解石呈不規(guī)則網(wǎng)脈狀穿插于圍巖中時(shí),常有礦化存在。一般蝕變愈強(qiáng),礦化就愈富集。
(2)硅化。與鉛、鋅、銅礦有關(guān)的硅化,一般都比較弱; 與汞礦有關(guān)者通常都有2期,第一期使白云巖強(qiáng)烈硅化而成硅化白云巖乃至“微石英巖”,第二期表現(xiàn)為乳白色石英脈呈不規(guī)則狀產(chǎn)出,一般汞礦化與本期硅化關(guān)系最為密切。當(dāng)兩期硅化疊加在一起時(shí),辰砂往往富集形成富礦體。
鳳凰地區(qū)與汞鋅礦化無(wú)關(guān)或關(guān)系不密切的蝕變類型有瀝青化、黃鐵礦化、重晶石化和不同程度的褪色重結(jié)晶等,其中熱液脈狀鉛鋅銅礦化直接賦存于重晶石脈中。
(1)寒武系敖溪組上段白云巖中,賦存沉積-熱鹵水改造型汞及汞鋅礦床。強(qiáng)“角礫化”帶是找富礦的直接標(biāo)志。汞礦及汞鋅礦體呈似層狀、透鏡狀及囊狀大致順層產(chǎn)于敖溪組上段角礫狀云巖、礫屑云巖內(nèi); 泥灰?guī)r作為良好的蓋層,對(duì)汞礦尋找與評(píng)價(jià)有指示意義。
(2)寒武系敖溪組巖相古地理類型為斜坡相,汞礦及汞鋅礦床(點(diǎn))產(chǎn)于斜坡相并主要分布于陡坡與緩坡轉(zhuǎn)折部位及兩側(cè),側(cè)向分布范圍3~5 km。敖溪組沉積晚期臺(tái)地斜坡相帶的中上部是成礦條件最好的部位,該部位的明顯標(biāo)志是巖層中發(fā)育有大型滑塌沉積,覆蓋于敖溪組之上的各期碎屑流(礫屑灰?guī)r、礫屑云巖)發(fā)育帶,可作為間接找礦標(biāo)志。
(3)與汞礦及汞鋅礦化有關(guān)的蝕變類型主要為碳酸鹽化,次為硅化。