湘西董家河有機流體與鉛鋅成礦關系

楊柳，徐怡然，尹萍，鄭平，JASMI Hafiz Abdul Aziz

（1.湖南工程職業技術學院，長沙 410151；2. 馬來西亞大學理學院地質系，馬來西亞 吉隆坡 50603）

董家河鉛鋅礦位于湘西懷化市沅陵縣南東部，是湘西鉛鋅成礦帶內典型鉛鋅礦山之一。近年來在湘西金屬成礦帶內有多個鉛鋅礦山均陸續發現了含烴包裹體，因此探討有機流體與本區鉛鋅成礦之間的關系是區域鉛鋅成礦研究的熱點之一[1-3]。董家河鉛鋅礦是湘西鉛鋅成礦帶震旦系內唯一的大型鉛鋅礦，且以強烈的硅化及黃鐵礦化區別于帶內其他鉛鋅礦。前人對董家河鉛鋅礦的地質特征、控礦因素、地球化學特征及礦床成因開展了研究[4，5]，但對于董家河鉛鋅礦與有機流體的關系，目前尚少研究涉及。因此本文在董家河鉛鋅礦通過激光拉曼技術對閃鋅礦開展有機包裹體研究，并結合湘西區域地質背景，探討有機流體與鉛鋅成礦的關系，以期為本區鉛鋅成礦研究及震旦系鉛鋅資源潛力評估提供新的信息。

1 區域地質背景

湘西地區位于揚子地塊東南緣，是鄂西-湘西北鉛鋅成礦帶的重要組成部分。本區以近NE的湘黔深大斷裂為界，西北部隸屬上揚子地塊武陵構造帶，東南部為下揚子地塊雪峰山構造帶。該區經歷了多個構造發展階段，逐步從陸緣轉變至陸內環境。本區出露有新元古代板溪群至侏羅系各期地層，但局部缺失泥盆系及石炭系地層。新元古代板溪群為一套碎屑巖-火山碎屑巖。震旦系下統南沱組為復成分底礫巖-砂礫巖-長石石英砂巖-砂巖夾泥巖組合，局部夾火山巖；震旦系上統自下而上分為陡山沱組、燈影組，前者含有較多的黑色頁巖，而后者則以大套白云巖為特征。

本區構造格架以北東向的褶皺變形和深大斷裂為主，發育有花垣-張家界斷裂、吉首-古丈斷裂、麻栗場斷裂等一系列北北東-北東-北東東向弧形展布斷裂帶。本區巖漿巖活動較弱，僅局部有零星基性超基性巖巖脈發育于板溪群地層中。

2 礦床地質特征

湘西董家河鉛鋅礦位于湖南省懷化市沅陵縣筲箕灣鎮境內董家河背斜北東段。礦區范圍內出露地層為新元古代板溪群、震旦系（下統南沱組、上統陡山沱組及燈影組）、寒武系和第四系。礦區主要構造為董家河背斜，軸向北東60°。該背斜在礦區內軸面傾向南東，呈斜歪背斜。北西翼較陡（50°～70°），南東翼較緩（30°～50°），向北東端略有傾伏。

董家河鉛鋅礦礦體賦存于震旦系陡山沱組下段底部白云巖中，賦礦圍巖為陡山沱組下段微晶白云巖。礦區內目前已圈出10個礦體，多呈似層狀近東西向發育于背斜軸部和兩翼。礦體嚴格受地層控制，產狀（走向、傾向）與地層產狀基本一致，變化較?。▓D1）。礦區主礦體延展規模大，沿走向長達1600m，最大控制斜深470m。礦層厚度為0.81m～5.51m，平均厚1.39m，Zn+Pb平均品位＞2.76%。

圖1 董家河鉛鋅礦地質簡圖

礦區主要以原生礦為主，氧化礦及混合礦相對較少。原生礦礦物成分比較簡單，礦石礦物主要以黃鐵礦和閃鋅礦為主，少量方鉛礦。脈石礦物以白云石和方解石為主，次為石英和玉髓，少量絹云母和白云母等粘土礦物。

礦區圍巖蝕主要有黃鐵礦化、硅化及碳酸鹽化。據礦體特征、礦物組合特征及室內巖相學研究，可將董家河鉛鋅礦床大致分為三個成礦階段：

（1）石英-黃鐵礦階段：含礦熱液沿斷裂通道運移至董家河背斜內裂隙較發育的微晶白云巖中以充填或交代方式形成條帶狀、層狀或脈狀礦石。金屬礦物為黃鐵礦，非金屬礦物為石英。礦石結構主要為自形-半自形、它形粒狀及壓碎結構。

（2）多金屬硫化物階段：成礦熱液沿著薄層白云巖層間裂隙充填至背斜軸部、傾伏端和虛脫部位，部分沿著石英-黃鐵礦階段石英裂隙充填交代，形成塊狀、浸染狀、角礫狀、脈狀團塊狀及網脈狀礦石。金屬礦物為黃鐵礦、閃鋅礦、方鉛礦，非金屬礦物主要為石英、少量方解石。礦石結構為他形粒狀結構、填隙結構、交代殘余結構或穿插結構

（3）碳酸鹽巖階段：熱液沿著白云巖層間裂隙及早期礦體中的構造裂隙充填。主要以碳酸鹽巖、石英及少量方鉛礦為主，偶見黃鐵礦及閃鋅礦。

3 激光拉曼分析

從礦區揀選新鮮礦石，磨制流體包裹體片，鏡下觀察后，送中國地調局武漢調查中心流體包裹體實驗室進行激光拉曼分析。

鏡下觀察顯示董家河礦區閃鋅礦中包裹體較為發育，據包裹體成分及常溫下特征，可將閃鋅礦中原生包裹體劃分鹽水包裹體（Ⅰ）、含烴鹽水包裹體（Ⅱ）及含瀝青包裹體（Ⅲ）（圖2）。鹽水包裹體數量最多，可占包裹體總數的70%左右，大小通常在12μm以下，少數可達25μm左右。此類包裹體顏色透明，形狀多以圓形、橢圓形、多邊形、條狀及不規則狀為主。

圖2 董家河鉛鋅礦閃鋅礦有機包裹體顯微照片

含烴鹽水包裹體在閃鋅礦礦中也較為常見，可占包裹體總數的20%。此類包裹體外形及大小與鹽水包裹體相近，但是液相部分通常有較粗的黑邊，氣泡相對較暗。含瀝青包裹體數量相對較少，約占包裹體總數的10%左右。此類包裹體大小與形態均與前兩類相似，但是顏色普遍發暗發黑，在包裹體中部可隱約可見亮色線條。

含烴鹽水包裹體的拉曼圖譜中3400cm-1位置可見寬緩拉曼譜峰，在2910cm-1處可見拉曼尖峰，顯示其氣象成分為H2O及CH4（圖3-a）。含瀝青包裹體的拉曼圖譜在1345cm-1及1615cm-1位置可見拉曼尖峰，為典型的成對出現的瀝青譜峰，在2958cm-1位置見尖峰，顯示含有C2H6（圖3-b）。因此，激光拉曼測試顯示有機流體參與了閃鋅礦的形成。

圖3 董家河鉛鋅礦閃鋅礦有機包裹體激光拉曼圖譜

4 有機流體與成礦的關系

本次激光拉曼測試工作在董家河鉛鋅礦主要金屬礦物閃鋅礦內發現了含烴包裹體及含瀝青包裹體，顯示有機流體參與了鉛鋅成礦。在湘西地區，多個鉛鋅礦床均報道見有含烴類包裹體發育或是與鉛鋅礦化共生的瀝青，加之本區部分鉛鋅礦與古油藏有著密切的時空關系，因此前人認為有機流體在湘西地區鉛鋅成礦過程中發揮了重要的作用[3]。

湘西及揚子地臺周邊多個鉛鋅賦礦地層中有古油藏存在，例如張家界慈利地區的南山坪古油藏、金沙巖及黔南麻江古油藏。這是由于本區震旦紀至早寒武世，處于盆地相—陸棚相沉積環境，黑色泥頁巖發育。例如在湘西地區張家界、吉首、懷化等地出露的震旦系及寒武系地層中的黑色巖系均富含有機質，局部地層中所含的總有機碳范圍可高達13.4%，且所含的有機質普遍進入了過成熟演化階段。除有機質外，這些黑色巖系還富含鉛、鋅、銀、釩、鉑、鎳等多種金屬元素，被前人視為本區鉛鋅成礦的主要金屬源區之一[2-3]。

沉積物的成巖壓實作用，使得黑色頁巖中高達70%的H2O被驅離源區。這些被壓實作用重新活化的H2O，溫度及鹽度受沉積層厚度影響，溫度可達200℃左右，鹽度也可達到20%NaCleqv。而黑色泥頁巖內富含有機質在干餾作用下產生烴類，混入流體中逐漸向油田鹵水轉變。陡山沱組黑色巖系沉積期本區正處于裂谷盆地晚期，因此其具有較高的地溫梯度，可以加速有機質向烴類的轉化。

這些源自烴源巖層內的建造水逐漸向油田鹵水過渡，并且在持續的水巖作用下，通過有機酸萃取的方式使得地層中富含的鉛鋅等金屬元素活化、遷移并最終進入到流體中形成富含鉛鋅成礦元素的成礦流體[3]。

本區進入克拉通盆地演化階段后，由早期裂谷盆地面貌逐漸過渡到臺地相沉積。加里東末期的廣西運動使地殼抬升、海盆關閉并產生褶斷而破壞本區地層穩定性。因受地層破壞的影響，封存于黑色巖系內的富有機質流體在構造的驅動下攜帶大量的金屬物質以金屬有機絡合物的方式沿著斷裂或巖石中的孔隙系統進行長距離運移。

震旦系陡山沱組、燈影組內白云巖層因礦物顆粒間的孔隙較為發育通常是含礦流體遷移最好的通道。另一方面，白云巖層內通常發育以海相硫酸鹽為主的膏巖層，可被層間建造水或大氣降水溶解而封閉在層間孔隙系統內或斷裂系統內。當富含有機質的成礦流體沿著通道遷移，進入褶皺及其衍生的斷裂系統層間構造虛脫帶，并與空間內含海相硫酸鹽先存流體發生混合。有機物和硫酸鹽之間在中溫環境下發生熱化學還原反應，生成大量還原性硫與成礦流體中金屬元素結合生成硫化物，導致鉛鋅等金屬成礦物質大量卸載沉淀進而富集成礦。

5 結論

（1）激光拉曼測試結果顯示董家河鉛鋅礦閃鋅礦中有機組分為甲烷、乙烷及瀝青。

（2）流體中的有機成分為金屬遷移提供了便利，并且通過與海相硫酸鹽的熱化學還原反應導致流體中的金屬卸載成礦。