花垣鉛鋅礦田地質特征與礦床成因初探

覃日賢

（湖南省地質礦產勘查開發局四O五隊，湖南 湘西 416000）

湘西花垣鉛鋅礦田位于湘西-鄂西成礦帶的西段，具有規模大、品位低（Pb+Zn約3%）、礦石礦物成分簡單、易開采、易選冶等特征。礦田北起楊家寨，南至清水塘，呈北北東向產布，全長33km，寬2km～5km，面積約150km2，包括楊家寨、李梅、芭茅寨、太陽山、長凳坡、老虎沖、清水塘等礦區，為千萬噸級鉛鋅礦田。本文即是在前人地質工作實踐和科學研究基礎上，結合多年勘查工作實踐總結，認為礦田成礦流體主要來源深部的熱鹵水、建造水和大氣降水，以及少量變質水，花垣-張家界斷裂在成礦期為成礦流體提供主要運輸通道，成礦后期為破礦構造。

1 成礦地質背景

花垣鉛鋅礦田位于上揚子地塊東南部邊緣與江南地塊（江南古陸、江南地軸）的過渡帶上，以廣泛分布古生界沉積巖—淺變質巖，褶皺簡單，以斷裂為主，巖漿巖欠發育為基本地質特征。地層及構造線呈北東及北東東向展布，地史上為地臺邊緣長期拗陷沉積區，以濱海—淺海相碳酸鹽巖和生物碎屑巖為主，地層發育較全。區內地層除缺失石炭系、侏羅系和第三系外。自元古界至新生界均有分布，其中以寒武系地層發育最完整，分布最為廣泛。區域地質構造以較發育的北東～北北東向斷裂為特征，主要有花垣—張家界深大斷裂、兩河斷裂、麻栗場斷裂。它們具有多期活動特征，構成了湘西弧形構造帶。褶皺構造主要為摩天嶺背斜[1]。

2 地質特征

2.1 地層

區域內廣泛分布中元古界、新元古界、古生界及新生界地層，尤以下古生界最為發育。

中元古界冷家溪群作為江南古陸的褶皺基底，青白口系-志留系為廣海沉積，屬上揚子分區；泥盆紀-三迭紀為局限海沉積，北部屬上揚子分區，南部屬湘中分區；中生代為內陸盆地紅色沉積，北部屬桑植-石門內陸盆地，南部屬沅陵-麻陽內陸盆地；新生代為山間溝谷及河流沉積[2]。

鉛鋅礦賦存于寒武系下統清虛洞組下段第三、第四亞段（∈1q1-3～∈1q1-4）厚層藻灰巖、藻屑灰巖、鮞粒灰巖中，厚度40m～265m。

2.2 構造

褶皺簡單，礦區內巖層傾角平緩，一般3°～10°。李梅礦區為很寬緩的北東向背斜構造；大腦坡礦區位于李梅背斜之北東翼為單斜構造；楊家寨礦區與大腦坡礦區相似為單斜構造；清水塘礦區為很寬緩的向斜。褶皺與礦床（體）無明顯成因關系。

礦田受北東～北北東向花垣-張家界深大斷裂和兩河斷裂控制，礦田主要分布于兩斷裂之間，近年在花垣-張家界深大斷裂北西側探礦獲得了重大突破，探獲楊家寨大型鉛鋅礦床[3]。

2.3 礦層（體）特征

礦體為多層的大致順層分布的層狀、似層狀為主。以工程與工業指標圈連的工業礦體具有多層性，呈層狀、似層狀、透鏡狀、囊狀形態產出，含夾石1層～2層，一般礦體厚度3m～5m。大腦坡礦區礦化13個部位，單工程多層礦體（邊界以上）累計厚67.3m。一般長數十米，偶可達數300m～500m，寬幾十米至百余米。礦石類型以不切穿層理面的層狀、條帶狀、花斑狀、球粒（草莓）狀、縫合線狀、斑脈狀、細（網）脈狀、角礫狀為主，含少量長度和延深不大脈狀礦。

礦體基本與巖層接近，一般產狀平緩，傾角3°～10°，看不到明顯的交角；礦體長軸方向具多向性，主要以北東方向為主。

3 成礦規律

3.1 礦化與容礦層特征

3.1.1 容礦層

容礦層寒武系下統清虛洞組下段第三、第四亞段（∈1q1-3～∈1q1-4）礁灰巖以藻灰巖、藻屑灰巖、砂屑灰巖為主，在野外藻灰巖、藻屑灰巖統稱藻灰巖，約占容礦層80%，總體較純。巖礦鑒定表明，藻灰巖最純、藻屑灰巖次之。一般很純的藻灰巖很少礦化，方鉛、閃鋅礦礦石的圍巖多為藻屑灰巖，砂屑灰巖次之。

3.1.2 礦化與容礦層

藻灰巖厚的鉛鋅礦礦化強度（樣品Pb、Zn≥0.1%的米×百分值）大，薄的地段一般無礦或無礦化；藻灰巖體厚度大時，藻礁規模也大，含礦層數多（大腦坡13部位）、連續性較好、礦石品位相對高、礦床規模大。

3.2 礦化與礦體

將楊家寨、清水塘、大腦坡三個礦區鉛（Pb≥0.1%）、鋅（Zn≥0.1%）m×百分值和鉛（Pb≥0.3%）、鋅（Zn≥0.5%）m×百分值分別按礦床（區）進行統計，并計算邊界礦體與礦化關系（成礦系數）（見表1）。發現成礦系數Pb0.81～0.83、Zn0.84～0.89，說明鉛鋅絕大部分在礦體中，巖與礦是有顯著差別的。

表1 礦床中礦體與礦化關系

表2 礦床鉛鋅關系

3.3 成礦與斷裂關系

礦田主要斷裂有：花垣—張家界斷裂帶、民樂—兩河斷裂等。其中花垣—張家界斷裂與成礦有關聯。

花垣—張家界斷裂橫截花垣鉛鋅礦田北部呈北東、北東東向延伸，南盤上升400m。花垣鉛鋅礦田主要鉛鋅礦床中，位于該斷裂帶兩側附近礦床總體較好，向南西相對變差。①在規模上，李梅（超大型，南盤靠斷層）、大腦坡（超大型，南盤靠斷層）、楊家寨（超大型，北盤靠斷層）；②在礦化強度上，斷裂帶附近礦床礦體長度、寬度、厚均較大，向南西變小；③在礦體層數上，斷裂帶附近礦床礦體層數多，累計厚度大，向南西變少，累計厚度變小；④在礦床品位上，斷裂帶附近礦床Pb+Zn品位相對較高，向南西變貧；⑤在鋅鉛比例關系上，據不完全統計，無論是含量≥0.1%的礦化米·百分值，還是邊界以上的礦體米·百分值，位于斷裂帶附近的楊家寨、大腦坡Zn/Pb明顯高于南西的清水塘礦區（見表2）。按礦物結晶溫度閃鋅礦高于方鉛礦、礦液在析出沉積場所內運移中礦質逐漸衰減原理，該斷裂帶附近是溫度最高的、濃度最大的。

推測“古花垣—張家界斷裂帶”多期次活動斷裂帶，成礦時的是導礦構造，后期是破礦構造[4]。

4 礦床成因探討

前人對花垣鉛鋅礦田脈石礦物和礦石礦物進行了較多的同位素和包裹體均一溫度測試分析，獲得了豐富的成果。H、O同位素組成顯示礦床成礦流體主要來源于建造水和大氣降水，還有部分變質水的混入，而在后期可能有雨水滲入并造成流體鹽度的稀釋（周云等，2017）；S同位素顯示硫酸鹽主要來自賦礦層位的下伏地層或礦床，流體在遷移過程中淋濾了下伏巖層或礦床中的硫酸鹽（胡太平等，2017）；Pb同位素地球化學特征表明成礦物質具混合來源，是盆地熱鹵水沿大型斷裂在不同層位中萃取后混合的結果，主要來自于元古界淺變質基底板溪群和寒武系下統牛蹄塘組黑色頁巖，部分來自于清虛洞組賦礦圍巖（胡太平等，2017）；Sr同位素顯示閃鋅礦的87Sr/86Sr值高于賦礦地層清虛洞組灰巖，表明成礦流體可能流經了圍巖及基底地層（李堃等，2017）。花垣鉛鋅礦床流體包裹體溫度主要集中在80℃～240℃之間，大部分大于120℃（劉文均等，200；楊紹祥等，2007；段其發等，2014；周云等，2014）。綜上同位素測試分析成果，花垣鉛鋅礦田成礦流體主要來源深部的熱鹵水、建造水和大氣降水，以及少量變質水；成礦溫度為中低溫[5]。

花垣地區在加里東期即經歷了由被動大陸邊緣向前陸盆地轉變的過程（尹福光等，2001）。加里東運動之前，地層中由殘余海水、同生水及大氣降水組成的混合流體沿深大斷裂和構造薄弱層向下滲透，淋濾并溶解膏鹽礦物中的鹵素，致使流體鹽度增高，酸度增強。在運移過程中受地熱梯度的增溫作用，流體逐漸演變為中-高鹽度熱鹵水。受鹽度和溫度差異的影響，熱鹵水在一定深度發生對流循環，期間不斷萃取震旦系基底-寒武系石牌組地層中分散的鉛、鋅等金屬元素以及硫酸鹽，形成了含礦熱鹵水。加里東造山運動爆發時，在構造擠壓應力及增加的構造熱雙重驅動作用下，熱鹵水沿深大斷裂及區域走滑應力場派生的次級斷裂向上運移，繼續淋濾、萃取地層中的礦質。當含礦熱鹵水運移至清虛洞組藻灰巖時，受上下低滲透性地層的隔擋，而滯留于該層位。該層位裂隙系統發育，孔隙度高，有利于流體的橫向運移及水巖反應的發生。硫酸鹽在有機質的參與下發生熱化學還原反應，生成S2-與流體中的金屬離子結合沉淀，同時生成H+致使流體酸性增強，使圍巖進一步溶解擴大了容礦空間。而在含礦層（∈1q1-3～∈1q1-4）內部，礦體主要賦存于生物礁相灰巖中，這是由于其孔隙度相對較大，化學性質活波且富含有機質所致。