云南東川地區播卡礦田沉積環境初探

吳富強,柳碩林,趙培松,李朝旭

(1.華東有色地勘局,江蘇南京210007;2.河南省地質礦產勘查開發局第一地質勘查院,河南南陽473056)

云南東川地區播卡礦田沉積環境初探

吳富強1,柳碩林2,趙培松1,李朝旭1

(1.華東有色地勘局,江蘇南京210007;2.河南省地質礦產勘查開發局第一地質勘查院,河南南陽473056)

在收集有關東川及鄰區區域地質、礦產和物化探資料的基礎上,探討播卡礦田成礦地質背景及發展演化史。通過巖石建造,采用稀土元素分析的方法,結合區域巖相古地理研究成果,分析播卡礦田在中昆陽期處于大陸邊緣沉積環境,因民期播卡礦田為強烈斷陷階段,落雪期播卡礦田進入了坳陷階段,黑山期為閉塞滯流海灣沉積環境,總體表現為海侵正向層序,形成了紫-灰-黑建造系列。

播卡礦田;中昆陽期;成礦地質背景;巖相古地理;云南

0 引 言

云南播卡金礦與貴州貞豐縣爛泥溝金礦、遼寧蓋縣貓嶺金礦齊名,曾被國土資源部稱為被外資圈定的三大“世界級金礦”(這三大金礦一度分別為澳大利亞的澳華黃金、加拿大的曼德羅礦業公司、加拿大的西南資源公司掌控)。2008年5月末,江蘇省有色金屬華東地質勘查局收購了云南播卡金礦的全部外方股權,成為這家金礦的絕對控股方,被外資控制長達7年之久的金礦終于回歸祖國。筆者將探討播卡礦田的成礦地質背景及巖相古地理特征。

1 成礦地質背景探討

本區位于揚子克拉通西南緣川—滇—黔多金屬成礦域中南部,區域基底為雙層基底:太古—早元古結晶基底(片麻巖、混合巖化)和中元古褶皺基底,中元古褶皺基底分布于以軸部為南北向康滇群結晶基底兩側,西側以鹽邊群為代表,為一套輕微變質的復理石和枕狀熔巖建造,形成于優地槽構造環境;東側以昆陽群為代表,以淺變質正常沉積巖為特征,夾少量火山巖,變質程度為低綠片巖相,形成于冒地槽構造環境。

主要區域斷裂有:曲靖—昭通斷裂和綠汁江斷裂控制了康滇地軸的東西邊界,小江斷裂和普渡河斷裂控制了東川次級隆起的東西邊界、湯丹斷裂控制了東川次級隆起的南部邊界,一系列近南北向脆—韌性斷裂帶和近南北向褶皺控制了播卡礦田,出露地層見表1。本區同沉積凝灰巖、火山角礫巖有因民期、黑山期、大營盤期,中基性巖脈由晉寧期至喜山期都有,但以晉寧期為主,二疊系杏仁狀玄武巖,分布于小江一帶及礦權區南部;礦田變質作用有區域低溫動力變質作用(埋藏變質作用)和脆韌性剪切帶動力變質作用。

本區發展演化史經歷了太古代—早元古代期間南北向康滇地軸結晶基底形成階段。中元古代昆陽裂谷至晉寧期閉合而形成褶皺基底階段,即在距今18億年前后的“東川”運動開始時發育陸內或陸間裂谷盆地,在近南北向的昆陽裂谷盆地的次級近東西向東川馬蹄形斷陷盆地的東部沉積了昆陽群地層。海西晚期—印支期攀西裂谷發育階段,形成了峨眉山大火成巖省,形成多金屬礦床。燕山—喜山期進入造山隆起階段,先經歷了侏羅紀和白堊紀的陸內俯沖和推覆構造作用。在第三紀初,受印度陸塊與歐亞陸塊碰撞作用影響,揚子地塊邊緣主要斷裂帶,如紅河斷裂帶等發生以左行走滑為主的構造活動,形成新生代早期陸內拉張盆地,形成揚子地塊西緣及鄰近三江褶皺帶的金礦床。

表1 區域地層簡表

2 礦田巖相古地理分析

本區沉積表現為裂谷沉積特征,沉積厚度、巖相復雜多變及沉積的多旋回,沉積序列雙層結構明顯,裂谷早期沉積物的近源性、不成熟性和復雜性(因民組角礫巖角礫成分可達20余種),因此東川地區巖相古地理具有裂谷多變的特征(表1)。

2.1 三個含礦地層沉積相分析

由于造山帶地層系統混亂,有的地方甚至無法恢復、鑒別。因此,常規沉積相研究方法在此失靈。稀土由于熔點與沸點很高、化學性質穩定等特點,在變質作用中基本保持不變,即便是高級變質作用中,稀土基本沒有遷移,因而能指示巖石在變質前的成巖環境及成因特征,從而具有難得的“示蹤劑”的作用。如硅質巖中稀土元素的變化與相應環境下的海水和沉積物相類似,因而硅質巖中的稀土元素的分布特點可作為其沉積時的古海水及其對應沉積物的近似代表。從海水中吸附和繼承陸源及海底火山顆粒中的稀土元素是大洋沉積物中稀土元素的主要來源。在不同構造環境下(洋中脊、大洋盆地及大陸邊緣),由于陸源物質、海水及熱液中稀土元素對沉積物中稀土元素的相對貢獻不同而引起沉積物中稀土元素及有關參數(如Ce/Ce＊、La/Ce、Eu/Eu＊、∑REE及La/Yb)有規律的變化。已有的研究實例表明,細碎屑巖及硅質巖中的稀土元素已成為古構造環境示蹤的有效手段之一,因而沉積物的稀土元素特點可反映沉積古環境。本項目嘗試采用硅質巖、細碎屑巖稀土因素定量分析方法研究沉積環境、物質來源及地層對比。

2.1.1 因民期沉積相分析 巖相建造,因民組以其特殊的暗紫色色調和具介于砂、泥質和碳酸鹽之間的濁流復理石沉積特征而又明顯區別于昆陽群其他組、段地層,并與世界上一些著名的古紅層在時代上相近。因民組在主要巖性及與主要巖性過渡的巖石中,都具有不完整的(ACE或AE)鮑馬序列,A層是淺灰色或淺紫色白云質砂巖或砂質白云巖,具上細下粗的正粒序特征(濁積巖最主要的特征),C層為交錯紋層段,層系組厚度不超過20cm,一般均小于10cm,具雙向人字形交錯層理及滑塌同生變形交錯層理,其巖性為長石石英砂巖、白云質砂巖和砂質白云巖;E層由泥質成份組成,主要是暗紫色泥質巖或白云質板巖,具頂沖刷充填構造。總體上從A—C—E層是漸變過渡的,使因民組顯示特有的粒序和色調韻律特征,成為判別因民組地層和正倒、頂底的可靠標志。因民組除上述沖刷、充填構造、粒序和色調韻律層理外,還有平行層理、波狀層理和透鏡狀層理、交錯層理、同生或準同生滑塌構造、撕裂構造等。

因民組稀土參數(Ce/Ce＊、Lashale/Ceshale)沉積環境,鈰異常(Ce/Ce＊):近年來,Ce異常在解釋古氧化還原條件、海平面變化和構造環境的研究中越來越受到重視,其實用之處在于能使研究者依據巖石Ce異常或全巖Ce異常定量地追蹤古環境、古構造、古地理因素的變化。Ce有+3和+4兩種價態。在大陸沉積物、火山巖及河水中,Ce主要表現為+3價,一般不出現Ce的異常。在海水中,Ce3+可以氧化為溶解度較小的Ce4+,Ce4+與Mn4+進行類質同像替換而進入水成鐵錳氧化物晶格,隨水成鐵錳氧化物快速地從海水中除去,造成Ce相對其他稀土元素的虧損。在大洋不同的沉積環境下,由于來自熱液的鐵錳氧化物的豐度不同,由此而引起的Ce的虧損程度也不相同。Murray等(1992,1994)的研究表明,加利福尼亞弗朗西斯科大陸邊緣環境下沉積的硅質巖,其Ce/Ce＊在0.65～1.35之間變化,平均值在1.09;深海平原環境下沉積的硅質巖,Ce/Ce＊在0.50～0.76之間變化,平均值為0.60;洋脊附近環境下沉積的硅質巖,Ce/Ce＊在0.22～0.38之間變化,平均值為0.30。丁林等(1995)對三江地區昌寧—孟連一帶硅質巖進行了稀土元素研究,發現在大陸邊緣沉積的硅質巖,其Ce/Ce＊在0.72～0.98之間變化,平均值為0.90;沉積于深海平原環境中的硅質巖, Ce/Ce＊變化在0.55～0.80之間,平均值為0.62;沉積于洋中脊附近環境中的硅質巖,Ce/Ce＊變化于0.31～0.49之間,平均值為0.37。上述研究表明,硅質巖的Ce/Ce＊指示其沉積環境。

已有的研究表明,經頁巖平均值標準化的硅質巖的Lashale/Ceshale比值可以有效地判別硅質巖的形成環境。洋中脊附近硅質巖的Lashale/Ceshale≈3.5;大洋盆地硅質巖的Lashale/Ceshale為1.0～2.5;大陸邊緣硅質巖的Lashale/Ceshale比值為0.5～1.5。

本次研究工作,在播卡礦田新山—馬家溝、小水井、紅巖采樣,樣品送中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所分析,分析數據經頁巖平均值標準化后,對播卡礦田的因民期沉積相進行分析。

在新山—馬家溝地區,Ce/Ce＊介于0.77～0.88之間變化,平均值為0.81;經頁巖平均值標準化的硅質巖的Lashale/Ceshale比值介于1.16～1.36,平均值為1.29,因此可推測新山馬家溝地區在因民期為大陸邊緣沉積環境。

在小水井地段,Ce/Ce＊介于0.78～0.81之間變化,平均值為0.79;經頁巖平均值標準化的硅質巖的Lashale/Ceshale比值介于1.44～1.48,平均值為1.46,因此可推測小水井地段在因民期也為大陸邊緣沉積環境。

在紅巖地段,Ce/Ce＊介于0.60～1.06之間變化,平均值為0.84;經頁巖平均值標準化的硅質巖的Lashale/Ceshale比值介于0.96～1.53,平均值為1.24,因此可推測紅巖地段在因民期也為大陸邊緣沉積環境。

綜上所述并結合因民期所處大地構造背景來看,因民早期,東川地區大規模張裂下陷形成高山深谷的地理景觀,在箕狀盆地內同時發生強烈的、以中基性為主的火山噴溢(發),生成一套以崩落、滑塌泥石流、火山泥流作用為主并伴有隱爆、氣液爆破成的因民角礫巖和火山巖,這種火山-沉積巖多旋回互層,組成了因民組一段(非補償性沉積),分布在箕狀盆地的邊界邊緣斷層相一側,這一時期應為陸相至淺水槽盆環境。因民中期,大規模火山活動趨于停息,張裂形成的高山深谷逐步被剝蝕夷平,但箕狀盆地卻沉陷較深而成為半深水環境,沿生長斷層(現在背斜軸部的走向斷層即由古生長斷層繼承發展而成)有大規模火山派生的噴流熱鹵水活動,從而形成火山-噴流熱鹵水沉積的稀礦山式鐵銅礦。進入因民中晚期后,箕狀盆地水體逐漸變淺,演變為箕狀盆地邊緣山麓相,它以泥砂質復理石沉積為主,在那里沿較低緩的地形由短程河流將泥砂質注入箕狀盆地,形成有小型三角洲和水下河道的潮坪環境(圖1)。

2.1.2 落雪期沉積相分析 落雪早期基本完成了由因民期的渾水沉積向清水沉積的轉變,并在因民晚期潮坪沉積的基礎上形成了一個個大小不一的潮坪瀉湖,環境相對安靜,巖性為含硅泥質粉(微)晶碳酸鹽沉積物為主,由于因民期強烈火山活動派生較強的熱水活動,沿同生斷層滲入潮坪瀉湖沉積,在相對封閉安靜的環境中形成了東川式銅礦,眾多的沉積標志和熱水沉積巖的發現證實了這一點。

落雪中期以后在整個裂谷范圍內發生區域地殼緩慢下降,水體逐步加深,從早期的潮坪瀉湖逐步過渡到較統一的潮間帶上部到潮上帶環境,沿同生斷層的熱鹵水仍有活動,沉積了不等粒硅質白云巖,大弧狀、波紋狀、層紋狀疊層石為主要的沉積相標志,以后水體仍漸加深變為潮間帶,出現柱狀疊層石。落雪中晚期,水體進一步加深,形成碳酸鹽臺地相,主要沉積產物為深灰色(含)硅質粉晶白云巖,并夾2層～3層具硅質條帶、團塊、結核的硅質白云巖(未見疊層石),頂部夾板巖。表明此時水體較深、有熱鹵水滲入,這種環境有利于銅的原始沉積(圖2)。

落雪組稀土參數(Ce/Ce＊、Lashale/Ceshale)沉積環境分析:根據本次研究稀土分析結果,在新山—馬家溝地區,Ce/Ce＊平均值為0.85;經頁巖平均值標準化的硅質巖的Lashale/Ceshale比值為1.25,可推測新山馬家溝地區在落雪期為大陸邊緣沉積環境。因東北區在這一發展時期一直是潮間帶上部至潮上帶環境,水體淺,甚至長時期暴露,不利于成礦。

圖1 因民期巖相古地理圖

2.1.3 黑山期沉積相分析 黑山組主要巖性為黑色硅質炭質板巖,灰質、白云質板巖夾薄至中層狀白云質灰巖及灰質白云巖,沉積環境因水體加深而變為半閉塞的海灣滯流強還原環境;從巖石中含一定量硅質、長石質成分來看,仍有熱鹵水活動;其中賦存的銅礦相當于東川桃園式,產在落雪期淺海潮坪碳酸鹽相向黑山期滯流海灣黑色頁巖相轉化的部位,賦存于黑山組底部。

圖2 落雪期巖相古地理圖

黑山期稀土參數(Ce/Ce＊、Lashale/Ceshale)沉積環境分析:根據本次研究稀土分析結果,在新山—馬家溝地區,Ce/Ce＊平均值為0.81;經頁巖平均值標準化的硅質巖的Lashale/Ceshale比值為1.28,因此可推測新山—馬家溝地區在黑山期為大陸邊緣沉積環境。在南區人占石地段Ce/Ce＊平均值為1.13;經頁巖平均值標準化的硅質巖的Lashale/Ceshale比值為0.93,因此可推測人占石地區在黑山期為更接近大陸沉積環境。

值得說明的是,以上東川地區3個含礦組沉積相分析主要是依據西南有色地質局1994年研究成果,結合播卡礦區特征總結而得到的,本次研究工作主要是用稀土元素分析沉積環境。

2.1.4 播卡礦田3個含礦組層序及巖相古地理分析 在研究前人資料,結合播卡礦田的地質特征和一些標準剖面的基礎上,總結出播卡礦田在縱向和橫向上的巖相古地理特征。

在縱向上,因民組為昆陽裂谷初期產物,因民早期表現為東川運動后磨拉石沉積建造,沉積了一套火山凝灰質雜砂巖,為低水位體系域;落雪組為一套淺海陸棚相白云巖沉積建造,為海侵體系域;黑山組為一套碳質泥巖高水位體系域,為閉塞滯流海灣沉積環境。總體表現為海侵正向層序。

在橫向上,小江斷裂為同沉積斷裂、生長斷層,東川昆陽裂谷由東北向西南發展,物源來自西部的元謀新平古陸,因民期西南部處于山麓三角洲環境,沉積了巨厚紅色磨拉石沉積建造;落雪期海水由東向西侵入,西南部處于碳酸鹽臺地潮坪環境,沉積了巨厚的白云巖沉積建造。而在東北部因民期處于局限熱水盆地環境,遠離古陸,處于欠補償的強還原弱氧化環境,晚期火山凝灰質—硅質巖建造發育,顏色為灰色至灰黑色;在落雪期海水加深,碳泥質灰質增多,不利于白云巖沉積(圖3)。

圖3 播卡礦田因民期巖相古地理理想剖面圖

以上觀點的幾點依據。

①在因民期,南部因民、湯丹沉積了一套巨厚的紫紅色磨拉石建造,底部底礫巖發育;而北部顏色為黃綠色凝灰質雜砂巖夾白云巖、泥巖。

②在落雪期,南部因民、湯丹沉積了一套巨厚的陸棚相白云巖沉積建造;而北部落雪組零星分布,沉積較薄。

③在黑山期,南北部統一沉積了一套黑色碳質泥巖、板巖。

造成這種分異的原因在于原型盆地內部構造的不均一性,同沉積的斷裂構造造成原型盆地內部形成地壘、地塹的地形差異;而這些地層和沉積上的分異,尤其是同沉積斷裂帶的活動和分布又對原生銅礦的富集和就位形成了空間控制。

3 結 語

在全面收集有關東川及鄰區區域地質、礦產和物化探資料的基礎上,探討了播卡礦田成礦地質背景及本區發展演化史。在巖石建造分析的基礎上,采用稀土元素分析的方法,結合區域巖相古地理研究成果,探討了播卡礦田在中昆陽期處于大陸邊緣沉積環境。

因民期播卡礦田為強烈斷陷階段,東川昆陽裂谷由東北向西南發展,形成一系列斷陷盆地群,物源來自西部的元謀新平古陸,因民期西南部處于山麓三角洲環境,沉積了巨厚紅色磨拉石沉積建造。而在東北部因民期處于局限熱水盆地環境,遠離古陸,處于欠補償的弱還原弱氧化環境,晚期火山凝灰質-硅質巖建造發育,顏色為灰色—灰黑色,為低水位體系域。

落雪期播卡礦田進入了坳陷階段,海水由東向西侵入,西南部處于碳酸鹽臺地潮坪環境,沉積了巨厚的白云巖沉積建造,而在東北部海水加深,碳泥質灰質增多,不利于白云巖沉積,為海侵體系域。

黑山期沉積了一套碳質泥巖高水位體系域,為閉塞滯流海灣沉積環境,總體表現為海侵正向層序,形成了紫-灰-黑建造系列。

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Discussion of sedimentary environment of Boka mine field

W U Fu-q iang1,L IU Shuo-l ing2,ZHAO Pei-song1,L IChao-xu1
(1.East China Geological Exploration Bureau ofNonferrousMetals,Nanjing 210007,China;2.No.1 Geological and Exploration Institute of Henan Bureau of Geology andMinerals Prospecting,Nanyang 473056,Henan)

On the basis of data collection of regional geological,mineral and physical-chemical exploration in Dongchuan and its adjacent areas,the ore-forming geological background and evolution historyofBokamine fieldwere discussed.Through analysisof rock formation,rare earth elements and regional lithofacies and paleogeographic results,the authors revealed the environment of Boka mine field was of sedimentary environmentof continentalmargin,strongly fault depression,down-warped and occlusive stagnant flow embayment respectively,corresponding to middle Kunyun period,Yinmin period,Luoxue period and Heishan period.The change of aggregate environmentwas a positive marine transgression sequence,thatwas purple-gray-black for mation series.

Boka mine field;Middle Kunyun period;Ore-forming geological background;Lithofacies paleogeography;Yunnan

book=3,ebook=163

P618.51;P611.2+2

A

1674-3636(2010)03-0238-06

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.03.238

2009-11-23;

2009-12-10;編輯:詹庚申

吳富強(1964—),男,研究員級高級工程師,博士后,主要從事金屬熱液礦床與油氣之間成生聯系的研究.