渝東南酉陽縣洞巖鉛鋅礦床流體包裹體研究

張遵遵，龔銀杰，漆雙林，李劍鋒，甘金木

（1.中國地質調查局武漢地質調查中心（中南地質科技創新中心），武漢430205；2.中南冶金地質研究所，宜昌443003）

黔東北（沿河）-渝東南（酉陽）一帶發育大量中小型鉛鋅礦床（點）（圖1）。礦產地質調查表明，區內鉛鋅礦體多呈似層狀、透鏡狀及脈狀產于寒武系碳酸鹽巖層間破碎帶及構造裂隙中，受構造和地層的控制明顯，例如：洞巖、三角塘、鉛場蓋和小壩等，上述特征與鄰區湘西-黔東MVT型鉛鋅礦床頗為相近[1-3]。據此，有學者推測二者同屬MVT型鉛鋅礦床。成礦年代學研究表明，湘西-黔東MVT型成礦時代屬于加里東期，如：卜口場鉛鋅礦床方解石Sm-Nd等時線年齡為422±48 Ma[4]，江家埡、花垣獅子山鉛鋅礦床石英、閃鋅礦Rb-Sr年齡分別為372±9.8 Ma和410±12 Ma[5-6]。然而，洞巖鉛鋅礦床產于早奧陶世桐梓組及紅花園組之中，且受NW向斷裂帶控制，高精度閃鋅礦Rb-Sr年齡為157.7±3.3 Ma，證實其成礦時代屬于燕山期[7]。考慮到地質特征與成礦時代與區域典型MVT礦床的明顯差異，洞巖鉛鋅礦床的成因歸屬是一個有待解決的科學問題。眾所周知，流體包裹體作為古流體的直接代表，被稱為研究成礦地質作用的“探針”，可為解決上述問題提供參考與依據。研究表明，湘西-黔東MVT鉛鋅礦床成礦流體均一溫度、鹽度分別集中于100～220℃、10%～23%NaCleqv之間，屬于NaCl-CaCl2-H2O體系中低溫、中高鹽度盆地熱鹵水[6，8-9]。為此，本文對洞巖鉛鋅礦床開展流體包裹體巖相學和顯微測溫工作，在與區域典型MVT鉛鋅礦床成礦流體進行對比研究的基礎上，結合前人資料分析其成礦流體演化與礦床成因。

圖1 黔東北（沿河）-渝南（酉陽）區域地質略圖Fig.1 Simplified geological map of eastern Guizhou-western Chongqing area

1 地質概況

洞巖鉛鋅礦位于四川盆地以東、雪峰山造山帶以西的川東南褶皺帶，區域地層以寒武系、奧陶系及下-中志留統為主。寒武系為淺海陸棚碎屑巖相-碳酸鹽臺地相組合，細分為清虛洞組、高臺組、石冷水組、平井組、耿家店組及毛田組，巖性以灰巖、白云巖為主。奧陶系為淺海相碳酸鹽巖與濱、淺海-滯流海灣陸源碎屑巖沉積，其中桐梓組和紅花園組主要為碳酸鹽巖夾頁巖建造；湄潭組主要為灰巖、碎屑巖夾瘤狀泥質灰巖建造；十字鋪組和寶塔組為灰巖建造；五峰組為黑色頁巖建造。志留系以濱-淺海陸棚相陸源碎屑巖為主，其中龍馬溪組為粉砂質頁巖夾灰巖建造，羅惹坪組為頁巖建造。第四系零星分布于溝谷低洼地帶。

研究區經歷了雪峰、加里東、海西及印支-燕山多期構造運動，地質構造較為復雜[10-11]。晚古生代本區相對隆升，部分地區由于隆升缺失泥盆系、石炭系，僅見二疊系至中三疊統。印支運動本區抬升為陸地，燕山運動使地層全部褶皺，形成蓋層褶皺帶，奠定了現今的構造格局。區域構造以古生代至中三疊統蓋層褶皺為主，軸線呈NNE向或SN向，主要由4條背斜和3條向斜組成，由東到西依次為：咸豐背斜、銅西向斜、宜居背斜、濯河壩向斜、天館背斜、龔灘向斜和金雞嶺背斜；整體具有背斜寬緩、向斜緊閉的特點，為典型的隔槽式褶皺[7]，區內鉛鋅礦床（點）主要分布在背斜構造的核部。區域斷裂構造較為發育，其深部有一系列逆沖推覆構造控制整體斷裂構造樣式，即：主要呈NNE-NE走向，普遍東傾并向西逆沖，組成疊瓦狀構造；次要斷裂呈NWW向受主斷裂和褶皺構造控制，延伸長度不大。

區內巖漿活動微弱，未見巖漿巖出露。

2 礦床地質

礦區出露地層為奧陶紀桐梓組、紅花園組、湄潭組和志留紀龍馬溪組，其中桐梓組和紅花園組為主要賦礦地層[12]。桐梓組主要為一套臺地邊緣淺灘碳酸鹽巖夾潮坪碎屑巖，主要巖性為灰色厚層狀細晶灰巖、含生物屑灰巖、頁巖、白云質灰巖、白云巖。紅花園組主要為一套灰至深灰色厚至巨厚層狀細晶-粉晶灰巖及生物灰巖。

礦區發育三條斷層，其中F1分布于礦區東南部，走向NE20°、傾向SE、傾角70°～80°，為一條張剪性正斷層，見有斷層角礫巖、構造透鏡體，充填方解石、石英脈，可見零星閃鋅礦化。F2、F3斷裂走向、傾角分別為335°、330°，85°、80°，均由灰巖角礫、方解石和石英共生脈充填，沿走向方向具有膨脹收縮現象；它們分別控制區內K1、K2礦體的展布形態（圖2）。

區內主要有K1、K2兩個近似平行的礦體。K1為主礦體，長約350 m，寬3～15 m；Zn平均品位為7.38%，最大品位30.5%（氧化礦石）；Pb平均品位為0.016%，最大品位0.05%，。K2礦脈長約300 m，寬2～12 m；Zn平均品位為10.22%，最大品位21.6%（氧化礦石）；Pb平均品位為0.007%，最大品位0.011%。

礦石類型主要為褐鐵礦化、粘土巖化氧化礦石，方解石化角礫巖型鉛鋅礦石，石英、方解石脈型鉛鋅礦石。礦石礦物主要為閃鋅礦、方鉛礦、菱鋅礦、異極礦、鉛礬等，脈石礦物主要有方解石、石英、重晶石、螢石、黃鐵礦，少量綠泥石等。

根據礦體特征、礦脈穿插關系和礦物共生組合規律（圖3），將成礦過程分為三個階段：（Ⅰ）方解石-石英-重晶石（黃鐵礦）階段：主要生成礦物為方解石，占80%以上，少量石英、重晶石，極少量黃鐵礦呈自形粒狀產出；該階段形成的方解石等脈體受后期構造活動影響較明顯，局部破碎呈角礫狀，被成礦期含礦熱液膠結，并有閃鋅礦化（圖3a、b、c、d、f）。（Ⅱ）方解石-石英-螢石-黃鐵礦-閃鋅礦-方鉛礦階段：含礦流體沿早階段脈體裂隙充填交代，形成細脈狀、網脈狀硫化物礦石，或呈粗脈膠結包裹早期方解石、石英和灰巖等角礫；部分成礦流體進入碳酸鹽圍巖，形成具硅化、方解石化、閃鋅礦化碳酸鹽巖（圖3c、g、h）。（Ⅲ）方解石-石英階段：石英、方解石沿早期裂隙、孔洞充填，方解石常呈晶形完好的菱面體或粒狀產出，石英呈晶體或粒狀產出（圖3I）。

圖2 洞巖鉛鋅礦床地質圖Fig.2 Geological map of the Dongyan Pb-Zn deposit

3 流體包裹體特征

本次分析樣品均采自K1礦體中與鉛鋅礦化共生的Ⅱ階段方解石、石英和Ⅲ階段方解石。將上述樣品磨制成厚約0.2 mm的測溫片，對礦物流體包裹體特征進行系統研究。流體包裹體巖相學及顯微測溫工作在自然資源部中南礦產資源監督檢測中心地質流體實驗室完成，使用儀器為英國Linkam THMS-600型冷熱兩用臺，測溫精度＜31℃時為±0.1℃，＞31℃時為±2℃。

3.1 流體包裹體巖相學

流體包裹體鏡下觀察表明，不同礦物中原生流體包裹體均較為發育，但類型有所不同，依室溫下的相態特征可劃分為L型（液相）、L＋V型（液相＋氣相）和V型（氣相）流體包裹體3種類型（圖4a～d）。L型流體包裹體形態多為四邊形、不規則狀和米粒狀，多為小群定向分布或隨機分布，大小為2～8μm，約占包裹體總量的50%～70%；L＋V型流體包裹體形態多為四邊形、長方形和米粒狀等，多為小群定向分布或隨機分布，大小通常為2～15μm，占包裹體總量的20%～30%，液相的充填度一般大于80%；V型流體包裹體形態為不規則狀和橢圓形，多為小群分布，大小為4～15μm，占包裹體總量的10%～30%。

圖3 洞巖鉛鋅礦床礦石顯微照片（a、b單偏光；c反射光）及礦石特征與交切關系（d-I）Fig.3 Hand specimens and photomicrographs of the Dongyan Pb-Zn deposit（a，b：monopolarized light；c：reflection light；d-I：intersecting relationship of ore veins）

3.2 流體包裹體顯微測溫

根據Roedder等[13]提出的包裹體成因類型判別標準，礦區不同礦物中均發育原生、次生及假次生多種類型包裹體，但根據研究需要，本文僅對L＋V型原生包裹體進行測溫學研究（圖4），冰點溫度的獲得方式為：將溫度迅速降低至-100℃，直至包裹體完全凍結；然后緩慢加熱回溫至最后一塊冰融化而獲得。測試及計算結果見表1，圖5。

測溫結果顯示：Ⅱ階段方解石中流體包裹體的均一溫度范圍為102～265℃，均值198℃，冰點溫度范圍為-13.8～-2.4℃，均值-8.7℃；Ⅱ-石英中流體包裹體的均一溫度范圍為120～357℃，均值188℃，冰點溫度范圍為-19.5～-0.8℃，均值-5.3℃。Ⅲ階段方解石中流體包裹體的均一溫度范圍為111～199℃，均值154℃，冰點溫度范圍為-10.9～-1.1℃，均值-5.0℃。不同樣品的均一溫度整體呈正態分布（圖5）。

利用所獲得的均一溫度（Th）和冰點溫度（tm，ice）等，可以計算得出流體包裹體的鹽度（ω）和密度（ρ），其中鹽度是利用盧煥章[14]提出的計算公式獲得，密度根據劉斌等[15]提出的公式獲得。計算結果表明：Ⅱ階段方解石中包裹體鹽度范圍4.01%～17.74%NaCleqv，密度范圍為0.87～1.02 g／cm3；Ⅱ階段石英中包裹體鹽度范圍1.39%～22.31%NaCleqv，密度范圍為0.64～1.10 g／cm3；Ⅲ階段方解石中包裹體鹽度范圍1.90%～14.94%NaCleqv，密度范圍為0.93～1.04 g／cm3。總體上，以Ⅱ階段方解石中包裹體的鹽度最高，石英中包裹體的鹽度及密度變化范圍最大。

圖4 洞巖鉛鋅礦床流體包裹體顯微照片Fig.4 Microphotographs of fluid inclusions of the Dongyan Pb-Zn deposit

表1 成礦期透明礦物流體包裹體測溫結果Table 1 The microthermometric results of fluid inclusions in transparent minerals of metallogenic stage

4 討論

洞巖鉛鋅礦床成礦溫度介于102～357℃之間，均一溫度主要集中在低溫120～160℃和中溫160～230℃；鹽度范圍為1.39%～22.31%NaCleqv，大部分集中在4%～10%NaCleqv。從具體礦物來看，Ⅱ階段方解石具有稍高的均一溫度和鹽度，Ⅱ階段石英具有雙峰值均一溫度和單一峰值鹽度；鑒于它們同屬于成礦階段的伴生礦物，暗示該礦床可能經歷多階段成礦作用。Ⅲ階段方解石具有與Ⅱ階段石英相似的分布特征和略低的均一溫度與鹽度。上述結果表明，Ⅱ、Ⅲ階段成礦流體具有明顯的繼承與演化關系，即：由早到晚成礦流體具有溫度、鹽度逐漸降低的規律，無外來流體加入。

統計表明[8，11]，湘西、黔東北及渝東南地區MVT鉛鋅礦床成礦流體均一溫度在93～325℃之間，主要集中在100～220℃，屬于中低溫流體；其鹽度在0.35%～41.9%NaCleqv，主要集中在10%～23%NaCleqv，一般＞15%NaCleqv，整體屬中高鹽度。花垣地區獅子山為區域上較具代表性的大型MVT型鉛鋅礦床，閃鋅礦中氣液兩相包裹體的均一溫度峰值為150℃，鹽度峰值為16%NaCleqv；脈石礦物方解石均一溫度與前者相近，鹽度明顯高于前者[11]。對比研究表明，洞巖與獅子山鉛鋅礦床的低溫、中高鹽度的成礦流體（溫度為100～170℃，鹽度為12%～26%NaCleqv）明顯不同（表1、圖5），應屬中-低溫、低鹽度NaCl-H2O體系熱液。根據計算成礦壓力的經驗公式：P1（成礦壓力）＝P0（初始壓力）×t1（實測溫度）／t0（初始溫度），計算得出洞巖鉛鋅礦成礦壓力為260×105-1003×105pa，均值為465×105pa；成礦深度為0.87-3.34 km，均值為1.55 km，屬于淺成礦床。

圖5 洞巖鉛鋅礦床流體包裹體均一溫度、鹽度直方圖（a、b-洞巖；c、d-獅子山，引自文獻[11]）Fig.5 Histogram of homogenization temperature and salinity of fluid inclusion in the Dongyan Pb-Zn deposit

研究區控制礦區整體構造形態的NNE向薄皮式推覆-滑脫構造主要形成于中晚侏羅世（燕山早期）[10，16]或中侏羅世后期[17]。近期，龔銀杰等[7]運用閃鋅礦Rb-Sr法測得洞巖鉛鋅礦成礦年齡為157.7±3.3 Ma，證實其成礦時代為晚侏羅世。洞巖鉛鋅礦的形成年齡與上述構造變形時代一致，暗示礦床的形成與早燕山構造事件有關。統計資料顯示，洞巖閃鋅礦Sr同位素初始值為0.71347，遠高于早期及同期沉積碳酸鹽比值（0.706～0.710）[18-22]。鍶同位素比值偏高可以因大氣淡水加入而產生，也可以因成巖蝕變過程中殼源鍶的混入而造成[23-25]。結合區域成礦學研究成果，推測該礦床的成礦物質可能主要源自圍巖碳酸鹽巖地層，但同時有高87Sr／86Sr比值的大氣淡水的混入。區域性NWW向擠壓作用形成褶皺的同時，也形成了大規模的NNE向逆斷裂與小規模NW向張剪性斷裂。因而，洞巖鉛鋅礦的成礦過程可概括為：燕山期強烈的構造事件，導致地殼中富含的Pb、Zn等金屬的流體在構造應力與熱力驅動下，經過大氣降水的萃取得以沿NNE向大斷裂運移，進入NW向張性斷裂、層間破碎帶等構造中，后因溫度降低而沉淀成礦。

5 結論

（1）洞巖鉛鋅礦床流體包裹體均一溫度主要集中在120～160℃、160～230℃兩個區間，顯示出該礦床可能經歷多階段成礦；鹽度范圍為1.39%～22.31%NaCleqv，大部分集中在4%～10%NaCleqv；暗示洞巖鉛鋅礦床的成礦流體屬于中低溫、中低鹽度流體。

（2）洞巖鉛鋅礦床成礦時代為燕山早期，在成礦時代及成礦流體包裹體特征上與鄰區黔東-湘西一帶的主要MVT型鉛鋅礦床不同，為燕山期中-低溫熱液脈型礦床。