曹林杰，張運周，李四龍，王志紅，張 瑤，張 寒

(1.陜西地礦第一地質(zhì)隊有限公司，陜西 安康 725000；2.中國石化西南油氣分公司 石油工程技術(shù)研究院，四川 德陽 618000)

0 引 言

1.前寒武紀地層；2.花崗閃長巖；3.基性噴出巖；4.堿—中基性巖；5.基性—超基性巖脈；6.主斷帶；7.次斷帶；8.研究區(qū)。圖1 北大巴山區(qū)域地質(zhì)簡圖[13]Fig.1 Geological sketch map of northern Daba Mountain (Simplified after Xiang Zhongjin[13])

大巴山一帶基礎(chǔ)地質(zhì)工作程度相對較高，礦區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查不同尺度條件下的科研成果頗豐。前人對北大巴山地質(zhì)做了詳盡的物探、化探工作，為印支期為大巴山主造山期的理論提供了眾多重要依據(jù)，為南秦嶺—大巴山一帶礦產(chǎn)勘查奠定了一定的基礎(chǔ)[1-2]。南秦嶺一帶重晶石礦床研究已取得較為豐碩的成果，從地質(zhì)與構(gòu)造特征[3-6]、地球化學(xué)特征[7-9]、生物地球化學(xué)特征[10-11]等方面，探討了南秦嶺重晶石礦床的成礦流體、成礦帶特征、礦層產(chǎn)出特征與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和沉積環(huán)境之間的關(guān)系、礦床成因以及成礦物質(zhì)來源。近年來，眾多學(xué)者從不同角度研究重晶石礦床成因，進行了找礦預(yù)測。本文旨在從地質(zhì)背景、礦床特征、地球化學(xué)特征等方面出發(fā)，研究重晶石礦床的古溫度、古環(huán)境等方面的信息，揭示成礦物質(zhì)來源，為后續(xù)研究提供新的地質(zhì)依據(jù)，為找礦提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

礦區(qū)位于南秦嶺構(gòu)造帶北大巴山復(fù)背斜帶的平利復(fù)背斜南翼，處于揚子板塊(羌塘—揚子—華南)秦嶺—大別山新元古代—中生代造山帶的北大巴山—西傾山早古生代裂谷帶(Pz1)的平利穹隆西南緣，藺河街—王家坪韌性逆沖推覆剪切帶及其次級的韌性剪切帶、剝離斷層和一系列復(fù)式褶皺組成了區(qū)域上的基本構(gòu)造格架[1,12]。區(qū)域巖漿巖較為發(fā)育，主要為薊縣系—青白口系中酸性、基性侵入巖和滔河口基性火山巖(圖1)。

研究區(qū)出露地層為中元古界薊縣系楊坪組(Pt2yp)、新元古界青白口系耀嶺河組(Pt3yl)及震旦系燈影組(Z2dn)、下古生界寒武系魯家坪組(1l)及箭竹壩組(j)、第四系，地層整體呈北西—南東向。楊坪組(Pt2yp)地層巖性主要為粉砂質(zhì)板巖、石英絹云母片巖、凝灰質(zhì)板巖等；耀嶺河組(Pt3yl)巖性主要為綠片巖、斜長片巖、千枚巖等；震旦系燈影組巖性以白云巖、含碳泥質(zhì)灰?guī)r、含碳硅質(zhì)板巖為主，夾硅質(zhì)巖條帶及重晶石透鏡體等；寒武系魯家坪組(1l)巖性下部主要為灰黑色薄—中厚層狀硅質(zhì)巖，局部夾碳質(zhì)板巖，上部主要由碳質(zhì)板巖及碳質(zhì)硅質(zhì)板巖組成，夾薄層灰?guī)r透鏡體；箭竹壩組(j)巖性主要為薄層灰?guī)r、碳質(zhì)板巖、鈣質(zhì)絹云母板巖等。燈影組(Z2dn)與耀嶺河組(Pt3yl)地層為剝離斷層接觸，魯家坪組(1l)與上下地層均為整合接觸(圖2)。重晶石呈淺灰色—灰白色相間的條帶狀、似層狀賦存于寒武系魯家坪組及震旦系燈影組。

2 礦床地質(zhì)特征

研究區(qū)地層區(qū)劃屬羌笛—揚子華南地層大區(qū)，南秦嶺—大別山地層區(qū)，北大巴山地層分區(qū)，紫陽—平利地層小區(qū)[1]。震旦系燈影組(Z2dn)巖性以白云巖、含碳泥質(zhì)灰?guī)r、含碳硅質(zhì)板巖為主，夾硅質(zhì)巖條帶及重晶石透鏡體等，與青白口系耀嶺河組地層為剝離斷層接觸。下古生界寒武系魯家坪組(1l)巖性下部主要為灰黑色薄—中厚層狀硅質(zhì)巖，與上下地層均為整合接觸(圖2)。

重晶石礦層主要產(chǎn)于下古生界寒武系魯家坪組下部的碳質(zhì)板巖與硅質(zhì)巖的接觸部位，圍巖蝕變較弱，主要蝕變類型為黃鐵礦化、弱硅化等。重晶石含量為50%～99%，呈白色、灰色、青灰色，它形細粒狀，粒徑0.02～0.20 mm，個別顆粒較大，為1.80 mm×2.80 mm，分布較均勻；板狀、柱狀自形晶，板狀者粒徑多在0.16 mm×0.44 mm以下。多數(shù)顆粒分布具有定向性，玻璃光澤，密度2.67～4.39 g/cm3，硬度3～3.5，條痕白色，地表不易風(fēng)化，錘擊易碎，發(fā)出強烈的氣味。礦石沉積層理清楚，具微層理構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造。

3 樣品與測試方法

針對主礦體及上下圍巖，本次采集了9件實驗樣品，其中T-1、T-2 、T-9、T-10采集于礦體圍巖，其余5件樣品均為重晶石礦樣。

野外采集新鮮巖石樣品，避免風(fēng)化作用對實驗的影響。碳、氧同位素分析在南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限公司實驗室完成。儀器為美國熱電公司的253plus、Flash EA元素分析儀和Conflo IV多用途接口。樣品烘烤后以銀杯包裹的樣品經(jīng)自動進樣器丟入填裝了玻璃碳粒的高溫(1 420 ℃)裂解爐中，氧與玻璃反應(yīng)生成CO氣體，被高純氦氣(5 N)攜載經(jīng)過色譜柱進入質(zhì)譜儀測定CO的δ18O。采用3種國際標準物質(zhì)(NBS-127、IAEA-SO-5、IAEA-SO-6)，標樣的分析精度可達0.3‰。

稀土元素在南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限公司實驗室通過嚴格的實驗流程，利用Elan DRC-e ICP-MS分析完成。

4 測試結(jié)果

4.1 碳、氧同位素

大坪—金嶺重晶石礦床碳、氧同位素分析結(jié)果(表1)顯示，礦石δ13CV-PDB為-14.26‰～-6.51‰，均值為-11.90‰；δ18OV-PDB介于-16.05‰～-8.67‰，平均為-12.65‰。圍巖δ13CV-PDB介于-12.18‰～-2.66‰，均值為-9.11‰；δ18OV-PDB介于-13.92‰～-12.25‰，平均為-13.22‰。PDB與SMOW之間的轉(zhuǎn)換采用以下公式[14]：

δ18OV-PDB=(δ18OV-SMOW-30.91)/1.030 9

經(jīng)計算，得出礦石δ18OV-SMOW介于1.44‰～2.20‰之間，圍巖δ18OV-SMOW介于1.66‰～1.83‰之間。

表1 大坪—金嶺重晶石礦床碳、氧同位素分析結(jié)果

4.2 稀土元素組成特點

大坪—金嶺重晶石礦床的稀土元素分析結(jié)果及相關(guān)參數(shù)詳見表2。由表中數(shù)據(jù)可看出，稀土元素總量變化較大，∑REE介于51.13×10-6～332.78×10-6之間，均值為147.86×10-6，礦體稀土總量較圍巖樣品稀土總量低。LREE/HREE可用來表征重稀土元素的分餾程度，稀土樣品檢測結(jié)果顯示礦石LREE/HREE在1.76～2.49之間，平均值為2.084，δEu在0.509～0.973之間，平均值為0.671，δCe在0.39～0.60之間，平均值為0.526；圍巖LREE/HREE在2.61～4.69之間，平均值為3.903，δEu在0.303～0.561之間，平均值為0.420，δCe在0.77～0.89之間，平均值為0.827。礦石與圍巖具相似的稀土元素特征，但稍有差異，可能由于海水下滲和熱液上升過程中萃取基底巖層的物質(zhì)不同造成的。

5 成礦物源分析

5.1 成礦溫度

對大坪—金嶺重晶石礦床的碳、氧同位素進行分析測試，總體上δ13CV-PDB介于-14.26‰～-2.26‰之間，δ18OV-PDB介于-14.96‰～-8.67‰，得出礦區(qū)內(nèi)δ18OV-SMOW介于1.44‰～2.20‰之間。根據(jù)硫酸鹽-氧同位素地熱溫標法[15]，利用公式：1 000lnα=2.88×106/T2-4.1式中：α=[1 000+δ18OV-SMOW(HSO4-)]/[1 000+δ18O(H2O)]；T為熱力學(xué)溫度，K。

表2 大坪—金嶺礦床稀土元素分析結(jié)果及相關(guān)參數(shù)

圖3 大坪—金嶺重晶石礦床稀土元素球粒隕石標準化配分圖Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns for Daping-Jinling barite deposit

各樣品均大于海水的δ18OV-SMOW值，同時與同期海相沉積物中硫酸鹽的δ18OV-SMOW值進行比較，也大于其硫酸鹽的δ18OV-SMOW值，故可判斷成礦物質(zhì)來源可能有熱液參與成礦[16]。

根據(jù)前人的工作及科研成果[17]，前寒武紀海水與現(xiàn)代海水具有相似的δ18O值，由此可測得溫度介于60.72～122.87 ℃，重晶石礦體成礦溫度適宜。根據(jù)前人對南秦嶺重晶石與毒重石成礦特征的研究，表明溫度低于122.87 ℃，有利于重晶石的形成[18]。

5.2 成礦物質(zhì)來源

稀土元素的分餾作用隨自然界外部條件的變化而發(fā)生改變，巖石中稀土元素豐度分布、遷移規(guī)律等特征能夠反映當時的地質(zhì)背景[19-21]，因此開展稀土元素分析對研究成礦物質(zhì)來源、成礦構(gòu)造環(huán)境的判斷等問題具有一定的幫助。

稀土元素測試分析表明，稀土元素總量整體表現(xiàn)為差異較大，在60.15×10-6～332.78×10-6之間，均值為147.86×10-6，礦體的稀土總量小于圍巖的稀土總量。通過對重晶石礦床稀土元素配分模式圖(圖3)分析，可得到以下幾點信息。

整體上，所有測試分析樣品的稀土元素配分曲線近乎平行，但仍存在細微差別。各圍巖樣品的稀土元素配分曲線近似平行，礦體樣品的稀土元素配分曲線也近乎平行，由此可認為礦體與圍巖在物源上表現(xiàn)為同源性，而輕稀土組分呈現(xiàn)較小的差異，為稀土元素分餾作用的結(jié)果。Ce呈現(xiàn)不同程度的負異常，說明物質(zhì)來源于海水，而且在成因上與熱液有密切的關(guān)系。前期對圍巖硅質(zhì)巖進行了研究，發(fā)現(xiàn)硅質(zhì)巖含生物及烷烴類，Eu呈現(xiàn)不同程度的負異常，表明可能與微生物活動有關(guān)。

5.3 物源分析

大坪—金嶺重晶石礦床產(chǎn)出于寒武系魯家坪組硅質(zhì)巖與碳質(zhì)板巖之間。以往對該地區(qū)地層微量元素的測試分析可知，其基底楊坪組與耀嶺河組Ba含量均低于300×10-6，而燈影組Ba元素含量平均值為1 725×10-6，最高值達2 550×10-6，前人對該區(qū)域的研究表明震旦系進入沉積期，燈影組沉積環(huán)境為淺海陸棚環(huán)境；寒武系海平面繼續(xù)升高，魯家坪組下段多發(fā)育層狀硅質(zhì)巖，寒武系魯家坪組沉積環(huán)境為大陸邊緣斜坡相[1]，為SO42-的形成提供了優(yōu)越的條件。研究表明，震旦系燈影組重晶石物質(zhì)來源與海底火山活動有關(guān)[6]，而寒武系魯家坪組Ba來源于震旦系燈影組地層，經(jīng)熱液作用，使得地層富集Ba，從而有利于魯家坪組重晶石的形成。其次魯家坪組重晶石礦體頂、底板多為斷層破碎帶，提供了離子交換的場所，形成發(fā)育良好的重晶石礦床。

6 結(jié) 論

(1)本文對大坪—金嶺重晶石礦床的碳、氧同位素進行了測試分析，測得成礦古溫度介于60.72～122.87 ℃，表明為低溫成礦。

(2)大坪—金嶺重晶石礦床的沉積環(huán)境為大陸邊緣斜坡相，賦礦層位為寒武系魯家坪組，Ba來源于震旦系燈影組地層，SO42-來源于古海洋。

(3)通過對大坪—金嶺重晶石礦床的稀土元素配分模式圖的建立，可知礦體與圍巖在物源上表現(xiàn)為同源性，圍巖Eu虧損明顯，說明其構(gòu)造環(huán)境的復(fù)雜性。圍巖通常為斷層破碎帶，為離子交換提供了良好的場所，有利于重晶石礦體的形成。