湘西地区铅锌矿的大范围低温流体成矿作用-流体包裹体研究

周 云, 段其发, 唐菊兴, 曹 亮, 李 芳, 黄惠兰, 甘金木

(1. 成都理工大学地球科学学院，四川成都 610059；2.武汉地质矿产研究所，湖北武汉 430225；3.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037)

湘西地区铅锌矿的大范围低温流体成矿作用-流体包裹体研究

周 云1,2, 段其发2, 唐菊兴3, 曹 亮2, 李 芳2, 黄惠兰2, 甘金木2

(1. 成都理工大学地球科学学院，四川成都 610059；2.武汉地质矿产研究所，湖北武汉 430225；3.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037)

对狮子山、茶田、打狗洞、董家河和唐家寨等湘西地区典型铅锌矿床中闪锌矿、方解石及石英等矿物进行了流体包裹体均一温度、盐度和激光拉曼探针成分测定。结果表明，成矿流体温度主要为100～180℃，总盐度一般>15%，密度多>1g/cm3，成矿压力约340×105～428×105Pa，成矿深度约在1.00～1.55km，是以钠和钙氯化物为主的高浓度溶液，属于低温度、高盐度、高密度的地下热卤水性质的含矿热水溶液。成矿流体离子成分主要为Cl-、Na+、Ca2+、K+、Mg2+，流体氢氧同位素组成表明成矿流体来源与建造水有关，后期可能有雨水和少量变质水的渗入，并使盐度降低。矿物流体包裹体中含有机质，流体包裹体气相成分中CH4普遍存在，还有较强的CO2成分特征峰，表明成矿与有机质相关，处在控矿构造内的容矿层储存有有机质，致使矿床中的硫酸盐硫得以还原为还原硫，促使成矿流体中的铅、锌等组分从络合物中分离、沉淀，继之大量堆积而形成了矿床。相邻的低温成矿域川滇黔地区典型铅锌矿床成矿温度约为150℃～280℃，湘西地区铅锌矿与川滇黔铅锌矿相比，具有相同的低温成矿特征，赋存深度浅，矿床类型均为MVT型，两者可能受控于相同的动力学背景。

MVT型铅锌矿 成矿流体 低温 湘西

Zhou Yun, Duan Qi-fa, Tang Jü-xing, Cao Liang, Li Fang, Huang Hui-lan, Gan Jin-mu. The large-scale low-temperature mineralization of lead-zinc deposits in western Hunan: Evidence from fluid inclusions[J].Geology and Exploration, 2014, 50(3):0515-0532.

分布于上扬子地块及其周缘地区震旦系-奥陶系地层中的铅锌矿床，其分布范围涵盖滇东、川、黔、渝、湘西、鄂西、陕南、桂北等省(区)。根据铅锌矿床(点)的分布特征，可划分为川-滇-黔成矿带、龙门山成矿带、米苍山-大巴山成矿带和湘西-鄂西成矿带。湘西铅锌成矿区位于扬子地台东南缘，是我国重要的铅锌多金属成矿区之一，具有良好的成矿地质背景和控矿条件。近年来，花垣凤凰地区铅锌矿国家整装勘查项目找矿成果取得重大突破，新发现一超大型铅锌矿，位于花垣矿田，由7个矿段组成，矿体厚达30m，钻孔见矿率在80%以上。其主矿区铅锌资源储量在1000万吨以上，预计远景储量超过2000万吨。一举将花垣矿田提升为千万吨级的世界资源基地，潜在价值达数千亿元，有望成为全国最大的铅锌矿基地，此项目将使我国增加一个世界级铅锌矿，有效地缓解资源瓶颈。因此，对花垣凤凰地区乃至于整个湘西地区铅锌矿成因的研究具有重要的意义。

许多学者对于这类铅锌矿床的成因提出了不同的矿床模型，刘文周等(1996)提出构造控矿观点，芮宗瑶等(2004)认为扬子地台周缘隆起边缘的铅锌矿床为MVT铅锌矿床，张长青等(2005)、王奖臻(2001，2002)、汤朝阳等(2013)认为这类铅锌矿床为与盆地流体演化有关的MVT矿床，林方成(2005)首次提出该类矿床属于与海底热水沉积硅岩建造有关的喷流-沉积型矿床(SEDEX型)。曾勇等(2007)提出该区铅锌矿床属于典型的低温沉积改造型矿床，刘文均等(2000)通过对典型矿床花垣铅锌矿的研究认为其具有密西西比型矿床的共同特征，但Na+/K+比值不大而Ca2+/Mg2+比值很高，不同于典型地区的MVT 矿床。杨绍样等(2007a)提出湘西地区的铅锌矿是受一定地层建造和构造控制的层控矿床。

图1 湘西北铅锌矿带区域构造略图(据杨绍祥等，2007b修编)

Fig.1 Regional tectonic sketch of the lead-zinc deposits in northwest Hunan(modified from Yangetal., 2007b)

1-省界;2-矿田界线;3-向斜及其编号; 4-背斜及其编号; 5-平移断层及其编号; 6-正断层及其编号; 7-逆断层及其编号; 8-南区斜坡相; 9-北区斜坡相; 10-铅锌矿床; ①-二坪背斜; ②-洛塔向斜; ③-红岩溪背斜; ④-马蹄寨向斜; ⑤-盐井背斜; ⑥-万坪向斜; ⑦-卧云界背斜; ⑧-桑植向斜; ⑨-八面山向斜; ⑩-排碧向斜;-万岩背斜;-卡西湖背斜;-摩天冷背斜;-凤凰复背斜; F1-二坪断层; F2-洗洛断层; F3-红岩溪; F4-盐井; F5-大农车断层; F6-花垣-张家界断层; F7-麻栗场断层; F8-古丈-吉首断层; F9-乌巢断层;Ⅰ-洛塔铅锌矿田;Ⅱ-花垣铅锌矿田;Ⅲ-保靖铅锌找矿远景区;Ⅳ-凤凰汞锌找矿远景区

1-provincial boundary;2-ore field boundary;3-syncline and number; 4-anticline and numbers; 5-slip fault and number; 6-normal fault and number; 7-reverse fault and number; 8-southern slope facies; 9-northern slope facies; 10-Pb-Zn deposit; ①-Erping anticline; ②-Luota syncline; ③-Hongyanxi anticline; ④-Matizhai syncline; ⑤-Yanjing anticline; ⑥-Wanping syncline; ⑦-Woyunjie anticline; ⑧-Sangzhi syncline; ⑨-Bamianshan syncline; ⑩-Paibi syncline;-Wanyan anticline;-Kaxihu anticline;-Motianleng anticline;-Fenghuang anticlinorium; F1-Erping fault; F2-Xiluo fault; F3-Hongyanxi fault; F4-Yanjing fault; F5-Danongche fault; F6-Huayuan-Zhangjiajie fault; F7-Malichang fault; F8-Guzhang-Jishou fault; F9-Wuchao fault;Ⅰ-Luota lead-zinc ore field;Ⅱ-Huayuan lead-zinc prospect area;Ⅲ-Baojing lead-zinc prospect area;Ⅳ-Fenghuang mercury-zinc prospect area

湘西地区铅锌矿在成矿流体方面的研究工作少且不系统，本文在前人研究的基础上，根据近年来所承担的湘西地区扬子型铅锌矿课题研究成果并结合我们以往的工作，以花垣狮子山铅锌矿、凤凰茶田铅锌矿、新晃打狗洞铅锌矿、沅陵董家河铅锌矿、龙山唐家寨铅锌矿为研究重点，对各矿床成矿流体温度、盐度、密度、流体成分、成矿压力与成矿深度特征等研究成果和有关认识进行总结与对比，对整个湘西扬子型铅锌矿成因类型的总结和讨论提供参考。

1 矿床地质概况

湘西位于上扬子地块东南缘，除泥盆系、石炭系部分地区缺失外，自震旦系-侏罗系各地层均有出露，特别是寒武系—奥陶系碳酸盐台地相十分发育，厚约5000m，为铅锌主要含矿岩系(钟九思等，2007)。区内的地壳构造运动经历了武陵、雪峰-加里东、海西、印支-喜马拉雅期4个发展阶段。以总体呈北东向的褶皱变形和深大断裂为主，深大断裂则以花垣-张家界断裂、吉首-古丈断裂、麻栗场断裂为主干所组成的断裂带，呈北北东-北东-北东东向弧形展布(图1)，并构成向南西方撒开，往北东方收敛的帚状(杨绍祥等，2007b)。区内大范围未见花岗岩出露，仅于古丈背斜龙鼻咀见基性超基性岩侵入板溪群地层中(钟九思等，2007)。

湘西北的铅锌矿总体呈北东向断续展布，省域内走向长230km，宽50～80km，面积万余km2(钟九思等，2007)。湘西铅锌矿床中的狮子山、茶田、打狗洞、董家河、唐家寨铅锌矿床均为层控矿床，矿体形态以层状、似层状、透镜状为主，含矿围岩岩性均为碳酸盐类岩石，包括灰岩与白云岩，矿化与热液作用形成的方解石化、白云石化、硅化的关系十分密切。但它们的控矿层位是有差异的，狮子山矿床的含矿层位为寒武系下统清虚洞组下段藻灰岩，茶田矿床的含矿层位为寒武系中统熬溪组白云岩破碎带，打狗洞矿床的含矿层位为寒武系中统熬溪组白云岩破碎带，董家河矿床的含矿层位为震旦系下统陡山陀组白云岩，唐家寨矿床的含矿层位为奥陶系下统南津关组硅化灰岩。铅锌矿的矿石矿物组成较简单,仅闪锌矿和方铅矿, 伴生金属矿物为少量黄铁矿, 偶见微量白铁矿。脉石矿物主要为方解石、白云石、少量石英和沥青。蚀变类型主要为方解石化，其次为硅化(图2)。此外, 还常伴随有弱的黄铁矿化、萤石化、重晶石化和不同程度的褪色重结晶等(杨绍祥等，2007b)。

2 样品制备与测试方法

本文对湘西地区狮子山铅锌矿、茶田铅锌矿、打狗洞铅锌矿、董家河铅锌矿、唐家寨铅锌矿中的闪锌矿及与闪锌矿共生的方解石、石英进行了详细的流体包裹体岩相学和测温学研究。测试的样品总共合计32件，采自其中区内5个矿床的新鲜露头。狮子山铅锌矿样品为7件、茶田铅锌矿样品为8件、打狗洞铅锌矿样品为6件、董家河铅锌矿样品为4件、唐家寨铅锌矿样品为7件。将上述矿石样品制成双面抛光的包裹体片，然后在光学显微镜上观察流体包裹体的显微特征。流体包裹体的基础研究均按照镜下鉴定→照相→冷冻→加热流程进行，选择有代表性的样品进行激光拉曼探针分析。流体包裹体的岩相学和显微测温研究实验在武汉地质矿产研究所中南实验检测中心流体包裹体实验室完成，所使用的仪器包括：德国产ZEISS Axioskop40型正交偏反光显微镜，放大倍数为100～800倍，英国产Linkam THMSG600地质型显微冷热台(2002年)，配备有荧光仪的MDS显微冷热台(2005年)，600～0℃的精度为±2℃，0～-196℃的精度为±0.1℃。单个流体包裹体的激光拉曼分析在西安地质矿产研究所实验测试中心进行，分析仪器为英国Renshaw公司inVia 型激光拉曼探针，仪器编号为SX-02。实验条件为：Ar+激光器，波长514.5nm，激光功率40mw，扫描速度10秒/6次叠加，光谱仪狭缝10μm。氢氧同位素采用中南实验检测中心实验室德国生产的MAT-251气体质谱仪进行分析，灵敏度为1000mol/ion。

3 流体包裹体岩相学及显微测温结果

狮子山铅锌矿体赋存于寒武系下统清虚洞组藻灰岩中，通过野外矿石露头观察，显示闪锌矿分布于雪花状方解石脉边缘(图2(b)、(c))，两者共生，表明闪锌矿与方解石同期形成。闪锌矿与方解石中的原生流体包裹体均可代表成矿流体性质，可分为三种类型，其成矿期次属于主成矿期，流体包裹体代表了成矿主期的流体特征：Ⅰ类为气液两相水溶液包裹体(LH2O+VH2O)，由纯盐水+水蒸气组成，占包裹体总量的25%～60%，大小为1～12μm，(LH2O+VH2O)中的VH2O为10vol%～15vol%左右，LH2O相在透射光下为无色-浅灰色-暗灰色，VH2O相在透射光下为近黑色，形态多为多边形、长方形、椭圆形、负晶形和近圆形。呈自由分布或小群状分布；Ⅱ类为单相盐水盐水溶液包裹体(LH2O)，由纯盐水组成，占包裹体总量的35%～70%，大小为2～15μm；Ⅲ类为单相气相包裹体(VH2O)，部分包裹体含少量甲烷(VCH4)，占包裹体总量的5%～15%，大小为3～25μm。闪锌矿中流体温度为120～160℃，盐度范围主要为14%～22% NaCl eq.，方解石中流体温度为90～180℃，盐度范围主要为13%～27% NaCl eq.(表1，图4a，b)。

茶田铅锌矿体呈脉状赋存于寒武系中统熬溪组白云岩破碎带中，通过野外矿石露头观察发现闪锌矿分布于方解石脉边缘(图2(d))，两者共生，表明脉状方解石与闪锌矿同期形成，两种矿物均形成于主成矿期，其原生流体包裹体代表了主成矿期流体特征。闪锌矿以中细粒结构为主。闪锌矿与方解石中的原生流体包裹体可分为三种类型：Ⅰ类为气液两相水溶液包裹体(LH2O+VH2O)，占包裹体总量的30%～40%，大小为3～20μm，(LH2O+VH2O)中的VH2O为10vol%～15vol%左右，形态多为多边形、长方形、椭圆形、负晶形和近圆形(图3(a)、(b))。呈自由分布或小群状分布；Ⅱ类为单相盐水溶液包裹体(LH2O)，由纯盐水组成，占包裹体总量的10%～50%，LH2O相在透射光下为无色-浅灰色-暗灰色，大小为3～20μm；Ⅲ类为单相气相包裹体(VH2O)占包裹体总量的20%～60%，大小为3～25μm。方解石中部分盐水包裹体在紫外光和蓝光下具有少量蓝白色荧光，显示具有有机质(图3(f))，镜下单个流体包裹体液相中还可观察到黑色有机质团粒(图3(e))。闪锌矿的晶出早于方解石，闪锌矿形成温度主要为110～180℃，盐度范围主要为17%～20% NaCl eq.，方解石结晶温度主要为90～160℃，盐度范围为13%～22%NaCl eq.(表1，图4c，d)。

打狗洞铅锌矿体呈脉状赋存于寒武系中统熬溪组白云岩破碎带中，脉状方解石与闪锌矿共生，闪锌矿分布于方解石中，表明两种矿物同期形成，其原生流体包裹体均可代表成矿流体性质。闪锌矿与方解石中的原生流体包裹体可分为四种类型：Ⅰ类为气液两相水溶液包裹体(LH2O+VH2O)，占包裹体总量的30%～40%，大小为3～16μm，(LH2O+VH2O)中的VH2O为10vol%～20vol%左右，LH2O相颜色在透射光下为无色-暗灰色，包裹体形态多为多边形、长方形、椭圆形、负晶形-半负晶形。呈自由分布或小群状分布；Ⅱ类为单相盐水溶液包裹体(LH2O)，由纯盐水组成，占包裹体总量的10%～25%，大小为4～14μm；Ⅲ类为单相气相包裹体(VH2O)占包裹体总量的35%～60%，大小为3～20μm。方解石中流体包裹体除上述3钟类型以外，少量包裹体为三相，含石盐子晶(LH2O+VH2O+Shal)(图3(c))。闪锌矿的形成温度主要为100～200℃，流体盐度范围主要为16%～20% NaCl eq.，方解石的形成温度主要为80～180℃，流体盐度范围主要为13%～22% NaCl eq.，石英形成于成矿早期和成矿晚期，与矿化基本无关，流体形成温度主要为85～195℃，流体盐度范围主要为16%～23% NaCl eq.(表1，图4e，f)。

表1 湘西典型铅锌矿床流体包裹体性质Table 1 Characteristics of fluid inclusions from typical lead-zinc deposits in western Hunan

图3 湘西铅锌矿床典型流体包裹体显微特征Fig.3 Microscopic characteristics of typical fluid inclusions from lead-zinc deposits in western Hunan a-茶田铅锌矿床闪锌矿中的两相流体包裹体；b-茶田铅锌矿床方解石中的两相流体包裹体；c-打狗洞铅锌矿床方解石中含石盐子晶的三相流体包裹体；d-唐家寨铅锌矿床石英中的两相盐水流体包裹体；e-茶田铅锌矿床方解石中的流体包裹体含黑色有机质；f-茶田铅锌矿床方 解石中的含黑色有机质流体包裹体在蓝光照射下具有少量蓝白色荧光; V-气相；L-液相；S-固相a-fluid inclusion which is two phases in sphalerite in Chatian lead-zinc deposit;b-fluid inclusion which is two phases in calcite in Chatian lead-zinc deposit;c-fluid inclusion which is three phases in sphalerite in calcite in Dagoudong lead-zinc deposit;d-fluid inclusion which is two phases in quartz in Tangjiazhai lead-zinc deposit; e-fluid inclusion in calcite contain black organic matter in Chatian lead-zinc deposit; f-organic fluid in-clusion in calcite with a small amount of blue-white fluorescent in blue light in Chatian lead-zinc deposit; V-gas; L-liquid; S-solid

图4 湘西典型铅锌矿床成矿流体均一温度、盐度直方图Fig.4 Homogenization temperature-salinity histograms of ore-forming fluids from typical lead-zinc deposits in western Hunan a-狮子山矿床成矿流体均一温度直方图；b-狮子山矿床成矿流体盐度直方图；c-茶田矿床成矿流体均一温度直方图；d-茶田矿床成矿流体盐度直方图；e-打狗洞矿床成矿流体均一温度直方图；f-打狗洞矿床成矿流体盐度直方图；g -董家河矿床成矿流体均一温度直方 图；h-董家河矿床成矿流体盐度直方图；i-唐家寨矿床成矿流体均一温度直方图；j-唐家寨矿床成矿流体盐度直方图a-homogenization temperatures histograms of ore-forming fluids in Shizishan deposit;b-salinity histograms of ore-forming fluidsin Shizishan deposit;c-homogenization temperatures histograms of ore-forming fluids in Chatian deposit;d-salinity histograms of ore-forming fluidsin Chatian deposit;e-homogenization temperatures histograms of ore-forming fluids in Dagoudong deposit;f-salinity histograms of ore-forming fluidsin Dagoudong deposit;g-homogenization temperatures histograms of ore-forming fluids in Dongjahe deposit;h-salinity histograms of ore-forming fluidsin Dongjahe deposit;i-homogenization temperatures histograms of ore-forming fluids in Tangjiazhai deposit;j-Salinity histograms of ore-forming fluids in Tangjiazhai deposit

图5 湘西典型铅锌矿床闪锌矿中流体包裹体均一温度对比图Fig.5 Comparison of homogenization temperature of fluid inclusions in sphalerite from typical lead-zinc deposits in western Hunan

图6 湘西典型铅锌矿床方解石中流体包裹体均一温度对比图Fig. 6 Comparison of homogenization temperature of fluid inclusions in calcite from typical lead-zinc deposits in western Hunan

图7 湘西-鄂西地区典型铅锌矿床流体包裹体成分拉曼光谱图Fig.7 Laser Raman spectra of fluid inclusions from typical lead-zinc deposits in western Hunan a、b、c-唐家寨铅锌矿床石英中流体包裹体气相成分；d、e-唐家寨铅锌矿床闪锌矿中流体包裹体气相成分；f-茶田铅锌矿床闪锌矿中流体包裹体气相成分a, b, c-Gas composition of fluid inclusions in quartz in Tanjiazhai lead-zinc deposit;d,e-Gas composition of fluid inclusions in sphalerite in Tanjiazhai lead-zinc deposit;f-Gas composition of fluid inclusions in quartz in Chatian lead-zinc deposit

董家河矿床赋存于震旦系下统陡山陀组，通过野外矿石露头观察，闪锌矿与方解石呈共生脉状同期产于深灰色厚层状粉-细晶白云岩中，闪锌矿多沿方解石脉边缘分布(图2(e))，石英脉后期穿插，方解石与闪锌矿中的流体包裹体均可代表成矿流体性质，闪锌矿、方解石与石英中的原生流体包裹体可分为三种类型：Ⅰ 类为气液两相水溶液包裹体(LH2O+VH2O)，占包裹体总量的30%～60%，大小为2～15μm，(LH2O+VH2O)中的VH2O为5 vol%～10vol%左右，形态多为椭圆形、长方形和近圆形。呈自由分布或小群状分布；Ⅱ 类为单相盐水溶液包裹体(LH2O)，由纯盐水组成，LH2O相颜色在透射光下为浅灰色-暗灰色，占包裹体总量的20%～50%，大小为2～14μm；Ⅲ 类为单相气相包裹体(VH2O)占包裹体总量的20%～40%，大小为4～25μm。闪锌矿的形成温度主要为100～120℃，方解石的形成温度主要为130～160℃，石英形成于成矿早期，与铅锌矿化无关，流体温度为130～170℃，三种矿物中流体盐度范围为2%～10%NaCl eq.(表1，图4g，h)。

唐家寨铅锌矿体赋存于奥陶系下统南津关组硅化灰岩中，野外矿石产状显示，矿化与硅化关系密切，闪锌矿产于石英脉体中，两种矿物同时生成(图2(f))。石英中的流体包裹体即可代表成矿流体，闪锌矿和石英中的原生流体包裹体可分为两种类型：Ⅰ 类为气液两相水溶液包裹体(LH2O+VH2O)，由纯盐水+水蒸气组成， LH2O相在透射光下为无色，(LH2O+VH2O)中的VH2O为5vol%～15vol%，大小为2～16μm，占包裹体总量的20%～60%，包裹体形态多为椭圆形、长方形和多边形(图3(d))。多呈自由分布或小群状分布；Ⅱ 类为单相气相包裹体(VH2O)占包裹体总量的25%～70%，大小为2～20μm。石英的形成温度主要为110～200℃，盐度范围主要为9%～14%NaCl eq.，闪锌矿的形成温度主要为100～120℃，方解石形成于成矿晚期，与铅锌矿化基本无关，流体形成温度主要为110～140℃，盐度范围为11%～14%NaCl eq. (表1，图4i，j)。

将各典型矿床中闪锌矿与方解石矿物中获得的流体包裹体均一温度进行对比(图5)，包括花垣地区的耐子堡矿区和渔塘矿区，各个矿床闪锌矿中的流体包裹体均一温度主要集中于100～180℃，方解石中流体包裹体的均一温度主要集中于80～160℃，方解石的形成温度比闪锌矿的形成温度约低20℃。

4 流体包裹体成分特征

对湘西几个典型的MVT型铅锌矿床的流体包裹体进行了激光拉曼探针微区分析，获得的部分激光拉曼图谱见图7。测试结果表明，流体包裹体气相成分中具有较强的CH4成分特征峰，在几类包裹体的气相中普遍存在明显的CH4的2913cm-1，液相成分则显示出很强的H2O特征峰3427cm-1，还有较强的CO2成分特征峰值1386 cm-1。流体包裹体成分显示湘西MVT型铅锌矿床含有不同程度的CH4和CO2，该地质环境中CH4、CO2可能为有机来源。沉积物埋藏之后，有机质分解是CH4、CO2等的重要来源(费红彩等，2008)。

表2 湘西典型铅锌矿床成矿流体体系特征Table 2 System characteristic of ore-forming fluids from typical lead-zinc deposits in western Hunan

根据冷冻测温时获得的共结点温度，可以推测成矿流体的体系特征(卢焕章等，2004)，主要为NaCl-CaCl2-H2O、CaCl2-H2O 以及CaCl2-MgCl2-H2O～卤水体系(表2)。另外，杨绍样等(2009)对花垣凤凰地区铅锌矿床中与闪锌矿、方铅矿以及与矿石矿物共生的透明矿物如方解石、石英等矿物流体成分的研究显示流体组分中主要有H2O，K+， Na+，Ca2+， Mg2+，F-，Cl-等，其中，F- Na+> Mg2+> K+。流体包裹体液相成分中，Na+/K+比值主要介于2.01～10.33之间，少量样品流体包裹体Na+/K+比值大于10，个别小于2，根据Roedder(1980)提出的确定成矿热液类型的经验指标：当 (Na+/K+)<2，Na+/(Ca2++Mg2+)>4时，为典型的岩浆热液型；当(Na+/K+)>10，Na+/(Ca2++Mg2+)<1.5时，为典型的热卤水型；介于二者之间即2<(Na+/K+)<10， 1.5

5 流体氢氧同位素特征

表3 湘西地区扬子型铅锌矿成矿流体的氢氧同位素组成Table 3 δO-δD composition of ore-forming fluids from typical lead-zinc deposits in western Hunan

将本文及前人测定的氢、氧同位素组成(表3)投在δ18O-δD图上(图8)，可见呈与雨水线斜交的线性关系，而且成矿晚期的组成更加靠近雨水线，矿床成矿流体主要来源是地层封存水(建造水)和大气降水，还有少量变质水的混入，而在后期可能有雨水渗入并造成流体盐度的稀释。这种特征也是许多与建造水或油田卤水有关的密西西比型矿床的共同特点。

图8 湘西铅锌矿成矿流体的δ18O-δD图Fig.8 δ18O-δD diagram of ore-forming fluids in western Hunan lead-zinc deposits

6 讨论

6.1 湘西铅锌矿床成因类型分析

综合湘西典型扬子型铅锌矿流体包裹体特征及数据，显示成矿流体温度主要为100～180℃(图5)，总盐度一般为10%～23%NaCl eq.，多>15% NaCl eq.，密度多>1g/cm3，流体气相成分以H2O为主，成矿流体体系为NaCl-CaCl2-H2O，CaCl2-H2O，NaCl-KCl-H2O， CaCl2-MgCl2-H2O～卤水，成分主要为Cl-、Na+、Ca2+、K+、Mg2+，是以钠和钙氯化物为主的高浓度溶液，属于具有高盐度、高密度、低温度的地下热卤水性质的含矿热水溶液。矿床成矿流体主要来源是地层封存水(建造水)和大气降水，还有少量变质水的混入。闪锌矿和方解石流体演化判别图(图9)显示成矿流体主要与外来流体即变质水发生了等温混合，同时具有地表流体的稀释作用。根据刘斌等(1999)、卢焕章等(2004)的压力与深度计算公式，获得各个矿床的成矿压力范围(表1，表4)，成矿压力平均值为340×105～448×105Pa，成矿深度平均值为1.20～1.66 km(表4)，矿床成矿深度浅。前人对大量MVT矿床统计发现，此类矿床流体包裹体均一温度为50～250℃，但多在90～150℃之间(Leachetal.，1993；Appoldetal.，1999；Basukietal.，2004)，成矿深度多为几百至千余米，包裹体的盐度Wt(NaCleq)在10%～30%之间(Leachetal.，2005)，与油田水组分相似，主要成分从多到少依次为Cl-、Na+、Ca2+、K+、Mg2+，成矿流体是高密度盆地卤水起源(Hanoretal.，1979)，通过比较，湘西地区扬子型铅锌矿床具有MVT型铅锌矿床典型特征。Rodder发现，该类型矿床成矿溶液是具有高盐度、高密度、低运动速度、低成矿温度的特征，成矿温度、成矿溶液的密度和成分在整个矿床中是比较均匀的，认为这种特征对于由沉积-同生，火山喷气、简单的岩浆-热液和地表水循环成矿的成因学说似乎均有不可解释的地方，提出了该类型矿床是由深部循环变化的热的原生盐水成矿的观点(Rodder，1974)。

表4 湘西典型铅锌矿成矿压力-成矿深度特征Table 4 Mineralization pressure-depth of the typical lead-zinc deposits in western Hunan

美国中部的MVT矿床形成温度为80～170℃，且在矿田甚至矿带范围内各矿床的形成温度差别不大，中国中南部MVT铅锌矿床形成温度相对稍高(100～180℃)，不同地区矿床的成矿温度相差不大，暗示中美两大地区的MVT矿床形成时成矿流体的规模较大，因为只有大规模的流体的热容量才能相近，才能形成温度相近的矿床(王奖臻等，2002)。

6.2 有机质与铅锌成矿作用

许多MVT矿床的气液相包裹体中存在烃类物质，整个扬子地台周缘的铅锌矿床沥青质和炭质普遍发育，是有机质参与成矿的重要参考依据。扬子地台周缘铅锌矿中的沥青多以粒状为主，同时伴有炭质组分，代表性矿床有四川大梁子铅锌矿、四川甘洛县赤普铅锌矿(张长青等，2008b，2010)、陕西马元铅锌矿(李厚明等，2007)、湖南花垣鱼塘、耐子堡铅锌矿(刘文均等，2000)。

已有实验结果证明，Zn、Pb元素在油田卤水中的溶解度略高于NaCl-CaC12混合溶液(庄汉平等，1996)，因此有机络合物迁移和油田卤水成矿，是MVT矿床一种可能的运移和成矿方式。在成矿溶液中还原硫很难与金属离子同时搬运，微生物或有机配位体又难以在较高温度条件下存在，但在溶液中有低分子有机物(如烃类)存在时，就有可能形成具有较高热稳定性的有机金属络合物，当与硫酸盐相遇时将硫酸盐还原为H2S，从而发生成矿反应(张长青，2008b)。在100～200℃间，烃类作为还原剂还原硫酸盐，生成H2S的反应称为热化学硫酸盐还原作用即TSR( Thermochemical Sulphate Reduction)，古石油热化学硫酸盐还原作用( TSR)生成的H2S即导致了MVT铅锌硫化物的沉淀成矿(李厚明，2012)。

湘西地区茶田铅锌矿床中流体包裹体中发育有机质，花垣李梅铅锌矿床发育沥青和炭质，激光拉曼光谱测试结果也显示茶田、唐家寨等矿床流体包裹体中均不同程度地发育CH4和CO2。本区位于扬子古板块东南缘，加里东运动中由于两大板块的拼合，造成斜坡带褶皱隆起形成“江南古陆”，初步奠定了古陆西侧湘西地区的构造轮廓。本区早寒武世主要生油层的油气演化历史，也是在加里东末期进入凝析油和湿气阶段，印支期后才进入干气阶段，可见，本区的区域构造史、油气演化史和成矿历史在时间上是大致同步的。可以推测，在加里东晚期的江南古陆形成时，在构造作用影响下排出烃类和含矿溶液，从盆地中由东向西运移到台地边缘有利的岩性和构造位置(叶霖等，2000)。处在控矿构造内的容矿层储存有油气物质，致使矿床中的硫酸盐硫得以还原为还原硫，促使成矿流体中的铅、锌等组分从结合物中分离、沉淀，继之大量堆积而形成了这个与古油藏有关的矿床，并在矿田范围内留下一些有机质活动的痕迹。

另外，热化学硫酸盐还原作用( TSR)形成容矿空间可能起到不容忽视的重要作用，TSR过程生成的CO2溶于水后成为碳酸，对碳酸盐矿物进行溶解形成孔隙。TSR过程生成的H2S溶于地层水后成为氢硫酸，对围岩地层进行溶解形成孔隙，油气在沥青化过程中形成的H2S 和CO2气体在排除与溶解的过程中形成的孔隙空间可能成为铅锌矿沉淀的有利空间(李厚明等，2012)。该研究可用于解释花垣地区超大型铅锌矿李梅、狮子山矿床的闪锌矿与共生的方解石矿物普遍赋存于围岩雪花状孔隙中的现象(图2(b)、(c))。

6.3 与川滇黔地区铅锌矿的对比

在湘西地区相邻的中国西南地区 (川、滇、黔)发育有世界上很典型的低温成矿域，其面积之大、包含的矿种之多 (Au、Hg、Sb、As、P、Pb-Zn、U、Ni-Mo-PGE、重晶石、冰州石和分散元素等)、矿床组成和组合之复杂，在全球十分鲜见(涂光炽，1998，2002)。川滇黔接壤区的铅锌矿床是我国富铅锌矿石、银及多种分散元素( Ge、Ga、Cd 等) 的主要来源(黄智龙等，2011)。川滇黔地区MVT铅锌矿床十分发育，典型的铅锌矿床有四川地区的大梁子、天宝山、赤普等铅锌矿床，云南地区的会泽、麒麟厂、毛坪、乐红、茂租等铅锌矿床，贵州地区的银厂坡、青山、牛角塘、天桥、筲箕湾等铅锌矿床。区内的矿床具有明显的层控性，多数矿床赋存于震旦系灯影组地层中。矿床明显受构造控制，多分布于断裂带中。许多矿床特别是大型矿床都有大量沥青存在，并且矿床的近矿围岩 (白云岩) 都有因有机质的带入而造成的黑色化现象(俗称“黑色破碎带”)。成矿温度较低，多在100～280℃，少数达近300℃，流体包裹体的盐度范围主要为5%～20%NaCl eq.(周朝宪等，1998；毛健全等，1998；胡耀国，2000；叶霖等，2000；王奖臻等，2001；毛德明等，2001；李泽琴等，2002；张振亮，2006；贺胜辉等，2006；张长青，2009；金中国等，2008；张伦尉，2010)。因此，湘西地区MVT型铅锌矿与川滇黔地区典型矿床成矿温度相比，具有相同的低温成矿特征(表5)。

图9 湘西典型铅锌矿床闪锌矿和方解石中流体演化判别图Fig.9 Discrimination diagrams of fluid inclusions in sphalerite and calcite from typical lead-zinc deposits in western Hunan a-闪锌矿中流体演化判别图；b-方解石中流体演化判别图a-discrimination diagram of fluid inlusions in sphalerite; b-discrimination diagram of fluid inclusions in calcite

湘西地区MVT型铅锌矿主要赋存于震旦系到奥陶系等各种不同年代地层中，成矿年龄也不尽相同。按矿床赋存地层从老至新关系排列，狮子山铅锌矿体赋存于寒武系下统清虚洞组藻灰岩地层中，闪锌矿Rb-Sr同位素年龄为409±11Ma，闪锌矿中流体温度主要为120～170℃，盐度范围主要为14%～21% NaCl eq.；打狗洞铅锌矿体呈脉状赋存于寒武系中统熬溪组白云岩破碎带中，闪锌矿Rb-Sr同位素年龄为489±5Ma，闪锌矿中流体温度主要为100～200℃，流体盐度范围主要为16%～20% NaCl eq.；茶田铅锌矿体呈脉状赋存于寒武系中统熬溪组白云岩破碎带中，闪锌矿Rb-Sr同位素测定年龄为487±1Ma，闪锌矿中流体温度主要为110～180℃，盐度范围主要为17%～20% NaCl eq.；唐家寨矿体赋存于奥陶系下统南津关组硅化灰岩地层中，闪锌矿Rb-Sr同位素年龄为379±4Ma，闪锌矿中流体温度主要为100～120℃，盐度范围为11%～14%NaCl eq.(表6)。经对比研究发现，成矿流体温度与盐度特征存在一定的规律性。矿床年龄从老到新，成矿流体具有温度降低，盐度降低的趋势特征，赋矿地层由老到新，成矿流体也具有一定的温度降低，盐度降低的趋势特征。揭示了湘西地区MVT型铅锌矿床形成时代越早，矿体赋存深度越深，则成矿流体温度与盐度越高。

广泛分布于相邻的川滇黔地区，以碳酸盐岩为容矿岩石铅锌矿床中，云南会泽铅锌银多金属矿床Rb-Sr同位素等时线年龄主要为225～250Ma，为印支期成矿(李智明等，2007；黄智龙等，2011)，张长青等(2008a)获得四川大梁子铅锌矿床单颗粒闪锌矿Rb-Sr同位素等时线年龄为366.3±7.7Ma。周加喜等(2009)获得了黔西北天桥铅锌矿床单颗粒硫化物 Rb-Sr 混合等时线年龄为191.9±6.9Ma，同时还获得了滇东北震旦系灯影组茂租铅锌矿床热液方解石 Sm-Nd 等时线年龄为 194Ma

(鲍淼等，2011)。因此，川滇黔地区铅锌银多金属矿床同位素年龄主要为191～366Ma，为印支期-海西期成矿。段其发等(待刊)获得狮子山、茶田、打狗洞和唐家寨等湘西地区铅锌矿床闪锌矿Rb-Sr同位素等时线年龄为379～489Ma，成矿于海西期-加里东期。综上可知，湘西地区及其邻区川滇黔地区铅锌矿床成矿流体温度基本均为中低温，赋存深度浅，矿床类型均为MVT型，其形成可能受控于相同的动力学背景。年代学研究资料表明扬子地台东西缘在印支期、海西期和加里东期均有矿化作用发生(陈超等，2010)，它与扬子地台自新远古代以来的构造地质事件关系密切，虽然湘西地区与川滇黔地区铅锌矿均具有低温成矿特征，可能具有相同的动力学背景，但赋矿地层主要为不同时代的碳酸盐岩，扬子地台周缘铅锌矿化是多期形成的。

7 结论

(1) 成矿流体温度主要为100～180℃，总盐度一般>15%，密度多>1g/cm3，成矿流体体系为NaCl-CaCl2-H2O，CaCl2-H2O，NaCl-KCl-H2O，CaCl2-MgCl2-H2O～卤水，成分主要为Cl-、Na+、Ca2+、K+、Mg2+，是以钠和钙氯化物为主的高浓度溶液，属于低温度、高盐度、高密度的地下热卤水性质的含矿热水溶液，具有密西西比型铅锌矿床典型特征。

(2) 成矿压力约340×105～428×105Pa，成矿深度约在1.00～1.55km，矿床成矿深度浅。成矿流体来源与建造水有关，后期可能有雨水和少量变质水的渗入，并使盐度降低。

(3) 成矿与有机质相关，矿物流体包裹体中含有机质，并含有不同程度的CH4和CO2，处在控矿构造内的容矿层储集有油气物质，致使矿床中的硫酸盐硫得以还原为还原硫，促使成矿流体中的铅、锌等组分从结合物中分离、沉淀，继之大量堆积而形成了矿床。

(4) 湘西地区及其邻区川滇黔地区铅锌矿床成矿流体温度基本均为中低温，赋存深度浅，矿床类型均为MVT型，其形成可能受控于相同的动力学背景。川滇黔地区铅锌银多金属矿床同位素年龄主要为191～366Ma，为印支期-海西期成矿，湘西地区铅锌矿床闪锌矿Rb-Sr同位素年龄为379～489Ma，成矿于海西期-加里东期，为扬子地台的多期矿化作用形成。

表5 川、滇、黔地区典型铅锌矿床流体包裹体均一温度-盐度对比Table 5 Homogenization temperatures-salinity comparison of fluid inclusions from the typical lead-zinc deposits in Sichuan, Yunnan and Guizhou

表6 川滇黔湘典型MVT型铅锌矿床成矿年龄、地层、流体均一温度和盐度对比Table 6 Comparison of mineralization age, strata, homogenization temperature and salinity for typical MVT lead-zinc deposits in Sichuan, Yunnan, Guizhou and Hunan

致谢 论文修改中得到了专家宝贵的修改意见，流体包裹体实验过程中获得武汉地质矿产研究所常海亮教授的悉心指导与帮助，在此深表谢意！

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The Large-Scale Low-Temperature Mineralization of Lead-Zinc Deposits in Western Hunan-Evidence from Fluid Inclusions

ZHOU Yun1,2, DUAN Qi-fa2, TANG Jü-xing3, CAO Liang1, LI Fang1, HUANG Hui-lan2, GAN Jin-mu2

(1. College of Earth Science, Chengdu University of Technology, Chengdu,Sichuan 610059;2. Wuhan institute of Geology and Minerals Resources, Wuhan,Hubei 430205;3. Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037)

This study is based on measurement of fluid inclusions in sphalerite, calcite and quartz from Shizishan, Chatian, Dagoudong, Dongjiahe and Tangjiazhai lead-zinc deposits in west Hunan using the heating/freezing system, laser Raman analysis. The results show that the temperature of ore-forming fluid is 100～180℃, the salinity generally greater than 15%, density over 1g/cm3, mineralization pressure about 340×105～428×105Pa and depth in 1.00～1.55km. The ore-forming fluid is highly concentrated solution containing mainly sodium and calcium chloride, as the low temperature, high salinity, high density and mineralized underground hot brine. The cations in ore-forming fluid are mainly Cl-, Na+, Ca2+, K+, and Mg2+. The composition of hydrogen and oxygen isotopes show that the origin of ore-forming fluid is related to construction water, and there may be permeation of rainwater and little metamorphic water, resulting in a low salinity. There is organic matter in the fluid inclusions, and CH4and CO2are also prevalent. The mineralization is related to organic matter, and the organic matter in the ore-hosting horizons of ore-controlling structures made sulfate sulfur being reduced to sulfur. Consequently, lead and zinc were separated from complex compound, then deposited, and became deposits after great accumulation. The homogenization temperature of ore-forming fluid in typical lead-zinc deposits of Sichuan, Yunnan, Guizhou districts neighboring Hunan is 150℃～280℃. In comparison with these deposits, the lead-zinc deposits in western Hunan have common low temperatures and low mineralization depth, all of MVT deposit type, likely controlled by the same dynamic background.

MVT-type lead-zinc deposit, ore-forming fluid, low temperature, western Hunan

2013-05-25；

2013-11-15；[责任编辑]郝情情。

国家973项目(编号: 2011CB403103)和中国地质调查局“扬子型铅锌矿成矿规律研究与选 区评价”项目(编号:1212011120790)资助的成果。

周 云(1984年-)，女，博士研究生，主要从事成矿规律研究与成矿预测工作。E-mail：zhouyun0910@163.com。

P618.4

A

0495-5331(2014)03-0515-18