湘西花垣铅锌矿田的成矿构造

赵佳进，许明珠，刘建平，唐宇蔷，孔 华， 张 强 ，杨 哲

(1．中南大学地球科学与信息物理学院，长沙 410083；2.四川省煤田地质局135队，四川 泸州 646000)



湘西花垣铅锌矿田的成矿构造

赵佳进1，许明珠1，刘建平1，唐宇蔷1，孔 华1， 张 强1，杨 哲2

(1．中南大学地球科学与信息物理学院，长沙 410083；2.四川省煤田地质局135队，四川 泸州 646000)

在对湘西花垣铅锌矿田的成矿地质背景、矿床地质特征和矿石结构构造研究的基础上，重点分析了花垣矿田成矿构造特征，包括成矿前构造、成矿期构造和成矿后构造。通过矿田地质调查，认为铅锌成矿作用与液压角砾岩关系密切，而液压角砾岩为成矿期构造；根据成矿后断裂的主要特征，结合擦痕产状，反演出花垣矿田成矿后共受到3期构造应力作用；根据成矿期构造的空间分布规律(成矿期构造受花垣—张家界断裂左行走滑形成的张性空间控制)和原始礁灰岩台地的分布规律，预测了远景勘查区域。

花垣铅锌矿田；液压角砾岩；三大断裂；构造应力场；湘西地区

0 引言

前人对湘西花垣铅锌矿田的研究主要涉及礁灰岩相、控矿构造和矿床成因3个方面。如：清虚洞组有机物来源与寒武纪海中的菌藻类有关，清虚洞藻灰岩中的有机质为硫化矿石的沉淀提供H2S来源[1]；微生物碳酸盐岩礁(丘)体相明显受浊流沉积控制和风暴沉积等事件的影响，铅锌的成矿是复杂的微生物活动和热水沉积等多因素作用的结果[2]；下寒武统清虚洞组下部发育浅海浊积岩[3]；湘西花垣—张家界逆冲断裂带具明显的控矿作用[4]。

对于矿床成因的认识并不统一。李宗发[5]认为，湘西黔东铅锌矿床可以与加拿大派纳派因特式以锌为主的矿床对比，为沉积-改造型铅锌矿床；罗卫等[6]提出，李梅铅锌矿床属沉积成因，具有成岩期后矿床性质；付胜云等[7]指出，矿带主要受构造、地层与岩相三者的联合控制，矿床属于(岩浆)低温热液层控型；而钟九思[8]的研究表明，成矿流体为高盐度热卤水，硫主要来自古海水硫酸盐，可能有幔源物质参与，成矿物质以幔源为主，壳幔混合，矿质硫源于中上寒武统白云岩中的膏盐，成矿温度为中-低温，含矿溶液为热卤水，加里东早期形成矿源层，加里东晚期经改造形成铅锌矿床。

前人工作对矿床成因研究较多，而对构造控矿的研究相对薄弱。本文通过野外地质调查，对花垣矿田内矿床构造和矿体构造提出了新认识，初步总结了构造控矿规律，进行了成矿预测，指出了远景勘查区域。

1 区域地质特征

图1 研究区大地构造位置图Fig.1 Geotectonic location map of the study area

湘西北地区位于上扬子地块的东南缘[9]，是元古宙以后微碎块分期拼贴增生到扬子克拉通外围而成[10](图1)。武陵运动奠定了区域基底，其余皆属盖层。雪峰—加里东期形成了区域褶皱构造带(包括古丈复背斜、摩天岭背斜、涂乍—禾库复向斜等大型复式褶皱)，燕山期褶皱形成了规模巨大的桑植复向斜及后期的断陷盆地；深大断裂则是以花垣—张家界断裂、两河—长乐断裂、麻栗场断裂为主干，以NNE向弧形展布，呈向南西方撒开、往北东方收敛的帚状。断裂带及两侧的重力异常反映明显，重力场中间高、南北侧低。布格异常等值线呈NNE-NE向沿断裂带展布，呈宽大的弧形重力梯度带，最大宽度80 km，延伸>300 km，重力差80～100 m Gal，莫霍面深度>39 km。

1.1 地层

区内广泛分布震旦系灰岩、下寒武统清虚洞组，次为中-上寒武统娄山关群和中寒武统高台组，它们之间均为整合接触；第四系零星分布于地形低洼处。

下寒武统清虚洞组为铅锌矿田的容矿地层，据其岩性特征分为下段和上段。下段为灰岩段，含4个岩性亚段；上段为云岩段，含2个岩性亚段。其中，清虚洞组第三亚段又称藻礁灰岩亚段，为矿田铅锌矿的主要容矿层位。下部和中部为灰-深灰色厚-巨厚层藻灰岩夹礁间薄层粉晶灰岩、藻屑灰岩、礁后斑块状云化灰岩和礁间滑塌角砾岩；上部为灰-浅灰色厚层细-中砂屑灰岩、含藻云质灰岩，厚30～215 m。清虚洞组第四亚段为浅灰色-灰色厚层斑块状云化灰岩夹含藻砂屑灰岩，藻灰岩顶、底部均有一层亮晶鲕粒、砂(砾)屑灰岩分布，为矿区铅锌矿的次要容矿层位，厚40～50 m[2]。

1.2 构造

矿床主要受岩相和构造的联合控制[11]。就成矿构造而言，地台阶段，矿源层受区域性同生深断裂和渔塘同生下沉向斜活动控制，为成矿提供一定的矿质；加里东末期，因地壳抬升出现渔塘穹窿，其内包含的藻礁灰岩即矿源层经抬升形成构造压溶热液型贫矿体[12]。再从矿床构造分析，在地洼阶段，先成构造在NW-SE向区域压应力作用下发生改造变形，出现NNE向李梅—老虎冲向斜[13]，并伴有NNE和NWW向成矿构造。由于先成同生深断裂在李梅矿区一带自NNE向转至NEE向，在这个长达5 km的弧形接合部位，藻礁宽度由区域性的2 km左右迅速加大到约4 km，且它的两端潮沟得到加强，相当于形成了一个长轴呈NW向的独立藻礁体，长约4 km，宽约3 km，导致地洼阶段区域性应力场在这里发生一些改变，使藻礁顶底部的NWW向张剪破碎带比NNE向的更加发育，使区内2组破碎带交汇成网状裂隙，区内富矿体主要产于藻礁体内NWW向和NNE向的破碎带及其交汇部位。

2 矿床地质特征

2.1 赋矿层位

含矿层赋存于下寒武统清虚洞组(厚300～621 m)，沉积环境是碳酸盐台地边缘浅滩，含矿岩石以藻灰岩为主，次为粒屑灰岩。矿区碳酸盐岩容矿空间主要为礁滩型和裂缝型。礁滩型容矿空间中藻灰岩、砂屑灰岩、次生溶蚀孔隙发育，礁滩体储层纵向叠置、横向连片，单层厚度1～5 m，叠合厚达30～90 m，沿台地边缘广泛分布；裂缝型容矿空间以构造裂隙为主，可成为有效的贮存空间和渗流通道[14]。

野外调查、钻孔岩性观察以及矿床勘查资料显示，矿区内铅锌矿体主要产于厚层状质纯的礁灰岩中，层位为清虚洞组第三、四岩性段。从53勘探线沉积相对比剖面可以看出，含矿段有4期生物礁发育过程，垂向上相互叠置，厚度最大处位于钻孔ZK5325，ZK53033，ZK5341，ZK53049一带，且其厚度越大，矿体厚度越大，品位也越高，体现了沉积相对矿体的控制作用[15]。

2.2 矿体形态

矿体形态可分为缓倾斜整合层状、似层状-透镜状，非整合型陡倾斜脉状，不规则充填的脉状、囊状、筒状以及其他不规则状，与围岩界线明显，矿体规模小，一般长约250 m，延深20～60 m，厚1～3 m[6]。

2.3 矿石结构构造

矿石结构以晶粒结构、交代填隙结构为主；矿石构造主要有浸染状、斑块状、网脉状[8]。

方铅矿有2个世代[16]，存在于2种结构中。①第一世代方铅矿呈他形隐-微粒状，与泥晶方解石组成不规则状或近圆形的藻团粒；第二世代方铅矿呈他形粒状，粒度较粗，零星浸染于藻团粒之间的亮晶方解石中；②第一世代方铅矿呈他形粒状被包裹于方解石鲕粒核心部分，第二世代方铅矿呈他形粒状分布于鲕粒之间的亮晶方解石中。此外，尚见闪锌矿沿藻灰岩裂隙充填，形成脉状；亦有沿叠层石灰岩中的斑块状方解石周边分布，形成周边构造；重晶石脉与藻灰岩交接处偶见同心环带状闪锌矿密集丛生，显胶状沉积特征，矿石具他形隐-微粒状、他形-半自形晶粒状结构，少见交代结构，矿石构造有浸染状细(网)脉状构造、周边构造和脉状构造等[6]。

表1 李梅锌矿床成矿期主要地质特征[11]Table 1 The main geological characteristics of the metallogenic period in Limei zinc deposit

2.4 矿石成分

矿物组成简单，矿石矿物主要为闪锌矿和方铅矿(以闪锌矿为主)，这两种矿物均具晶粒粗大、自形程度较高的特点，次为黄铁矿，极少量的白铁矿、脆硫锑铅矿等；非金属矿物以方解石、白云石为主，少量沥青、萤石、重晶石。

2.5 成矿阶段

据区内矿物共生组合及其穿插关系、围岩蚀变和铅同位素年龄等资料，矿区成矿具多期性，可分为3期6阶段，分属地台和地洼两大构造期(表1)。其中，地台同生—进后生成矿期对区内成矿具有重要意义的是矿源层的形成。

地台热液成矿期：区内地壳上隆，构造压溶热液成矿，缺乏定向构造裂隙系统，成矿是在较封闭体系中进行，所形成的矿体为整合型。

地洼热液成矿期：晚三叠世初和侏罗纪末期地洼阶段地壳运动使先形成的地台构造层发生褶断，形成NE向构造，成矿作用主要发生在NNE和NWW向断裂及其交汇部位，是区内最主要的一次成矿活动，形成富矿体。

地洼表生成矿期推测从新生代开始，在区内未形成重要矿体。

3 成矿构造特征

图2 大脑坡矿区岩心照片Fig.2 Photo of core from of Danaopo domaina.同生角砾岩(ZK161，孔深49.7 m)；b.软沉积变形构造(ZK5325，孔深86.3 m)

3.1 成矿前构造

通过岩心观察到地层中的同生滑塌角砾岩(图2a)、软沉积变形(图2b)。同生滑塌角砾岩有别于断层角砾岩，为同沉积断层活动时形成，胶结物为灰泥(成岩后为灰岩、白云岩)。

3.2 成矿期构造

通过观察岩心和坑道，发现矿体为花斑状(也称

图3 液压角砾岩照片Fig.3 Photo of hydrofractural breccia a.长凳坡矿区5采区；b.李梅矿区11采区

图4 液压角砾岩显微照片Fig.4 Microscopic photo of hydrofractural breccia a.液压角砾岩(YT8-5)5×(-)；b.液压特性明显，可拼贴(KM1-4)5×(-)

斑脉状)，花斑之间是连通的，不同层位见含有围岩角砾的白色碳酸盐脉，该角砾岩代表一种重要的成因类型——流体液压致裂机制。角砾成分依据切穿岩层的不同而有所差异，最高可切到清虚洞组上段白云岩中，低位在清虚洞组下段第二亚段中可见，液压角砾岩脉、花斑状方解石(重晶石)和礁灰岩构成一个完整的流体系统，矿质在流体与礁灰岩的界面处沉淀，岩心和坑道中可见液压角砾岩方解石脉沿脉壁出现对称状矿化、液压角砾岩脉的角砾周围晕圈矿化。在长凳坡矿区5采区，见45°方向的密集方解石脉，旁侧礁灰岩中花斑状矿化发育，较大的脉中包含围岩角砾(图3a)。在李梅矿区11采区也见到含液压成因角砾的碳酸盐脉(图3b)，总体方向40°，所见4条脉近似等间距分布，间距5～6 m，呈左行右列式排布。在液压角砾岩脉旁侧矿化较好，这种较为一致的现象指示液压角砾岩脉是深部流体上升的通道，是成矿期断层存在的典型例证。这样的断裂系统总体上呈45°～50°方向，显示矿田中NE向主断裂的存在。液压角砾岩镜下照片见图4。

此外，背斜转折端的虚脱空间和层间裂隙、缝合线构造面等构造空间均可成为矿质沉淀的有利场所。

3.3 成矿后构造

3.3.1 主干断裂

区内出露花垣—茶峒断裂、两河—长乐断裂和麻栗场断裂等3条较大规模的断裂(图5)。

(1)花垣—茶峒断裂。高角度正断层，断层带内的多组擦痕面显示存在多期活动，正、逆、平移性质均有。现有擦痕面为断裂的晚期活动形迹，断层切过的岩石塑性较强时会出现弱的片理化；茶峒盘山公路边可见断裂下盘(清虚洞组薄层灰岩)牵引构造发育，上盘为娄山关组白云岩，断裂中岩石变形较弱；根据地层的缺失关系和切错方向，判断断裂为正断性质，由于滑脱造成了地层的缺失(图6)。

图5 花垣矿田主干断裂分布图Fig.5 Map showing distribution of the main faults in Huayuan Pb-Zn field1.奥陶系；2.中-上寒武统娄山关组；3.中寒武统车夫组；4.中寒武统敖溪组；5.中寒武统高台组；6.下寒武统清虚洞组；7.下寒武统石牌组；8.下寒武统牛蹄塘组+石牌组；9.震旦系；10.地质界线；11.断裂及编号：F1.张家界—花垣断裂；F2.麻栗场断裂；F3.两河—长乐断裂；12.铅锌矿床

(2)两河—长乐断裂。在两河乡公路边见延伸约1 km的陡倾滑动面，倾向NW或SE，清虚洞组厚层灰岩(含液压角砾岩)直接与板溪群呈断层接触(图7a)，产出断层角砾岩，有磨圆，局部可见大角砾中含有小角砾，反映有多次活动，其中充填的碳酸盐

图6 花垣—茶峒断裂素描图Fig.6 Sketch of Huayuan-Chadong fault地点：花垣—茶峒盘山公路旁1.清虚洞组灰岩；2.娄山关组白云岩；3.方解石细脉；4.断层角砾岩

图7 两河乡公路旁构造岩和断裂照片Fig.7 Photo the faulted rock on the road side of the of Lianghe highway (dolly-in) photo tectonic rocka.镜头方向为307°，断裂倾向与镜头方向相同；b.构造岩显示断裂的扭动方向

脉体在后期剪切滑动中发生片理化，并形成小型剪切带，椭圆形透镜体定向排列显示S-C组构(图7b)，根据剪切指向判断后期有正向滑覆性剪切，滑覆作用致使灰岩下伏地层(如石牌组、牛蹄塘组)缺失。民乐锰矿污水处理厂旁侧公路边见到3期擦痕面。洞绕水库附近见有擦痕，显示为正断层，上盘的石牌组页岩上升与下盘清虚洞组白云岩并置，角砾岩的特征显示为碎裂岩-碎粉岩系列(图8a)，均为脆性断层岩；巧当水库旁侧的一组平行剪节理面上有滑动痕迹，断裂中的劈理显示为逆断层，断裂面的擦痕显示有2期滑动；塘南水库路旁的清虚洞组上段白云岩中见有缓倾逆断层，断裂中的劈理与断裂面斜交，指示上盘逆冲推覆(图8b)。

图8 洞绕水库附近构造点碎裂岩照片(a)和塘南水库逆冲断层(b)Fig.8 Photo (a) cataclastic rock near Dongrao reservoir, photo (b) reverse thrust

(3)麻栗场断裂。表现并不明显，沿麻栗场镇东南盘山公路旁有一组陡倾滑动面，并出现角砾岩，主断面产状130°∠72° ，在白云岩中见有近水平和近直立的2组擦痕面。这组滑动面成为斜坡相和台地相沉积的界线，推测是沉积盆地边界的控盆断裂。

表2 花垣地区构造观察点各期擦痕统计Table 2 Statistics of multi-stage striations in Huayuan area

3条NE向的区域性大断裂表现各异，露头尺度判断断层有多期活动，依据滑动方向有正断层、逆断层及平移断层。断层岩主要为碎裂岩系列的碎裂岩、超碎裂岩或碎粉岩。这些断裂中均未发现矿化现象，显示成矿后断裂活动的特点。区域上花垣—张家界断裂的北西侧产出杨家寨矿床，也可能说明花垣—张家界断裂是成矿后断裂。

图9 构造应力场分析图解Fig.9 Map showing tectonic stress analysisa.第一期构造应力NW-SE向拉伸；b.第二期构造应力NW-SE向挤压，NE-SW向拉伸；c.第三期构造应力NNE-SSW向挤压，NWW-SEE向拉伸

3.3.2 成矿后3期构造的应力场分析

野外地质构造剖面调查中，详细测量了典型断裂不同方向滑动面的产状，区内断裂带的断面上有多组擦痕，擦痕滑动方向显示存在多期活动，正、逆、平移性质均有。根据断层面上的擦痕(表2)推演出3期构造应力场：第一期擦痕推断为印支早期，σ1近直立，σ2，σ3近水平，为NW-SE向拉伸(图9a)，形成NE向左行走滑断层；第二期判断为印支晚期，σ1，σ3近水平，σ2近直立，NW-SE向挤压，NE-SW向拉伸(图9b)，断裂面倾角较大，为走滑挤压应力场；第三期判断为燕山期，σ1，σ3近水平，σ2近直立，SN向挤压，EW向拉伸(图9c)，为走滑拉伸应力场，形成NNE向右行走滑断裂。

3.3.3 区域构造模型新认识

花垣两河乡出露的板溪群浅变质岩系是本区的最老地层，岩性有浅紫红色砾岩、砂砾岩、含砾粗砂岩、灰绿色浅变质长石石英砂岩、砂质板岩、凝灰质长石石英砂岩等，岩性变化大，岩石组合复杂。在板溪群马底驿组与冷家溪群之不整合面上沉积的灰-肉红色透镜状灰岩中，夹有具似层状、透镜状、不规则状的含赤铁矿砂岩，厚0.5～1.56 m，另在泸溪马底驿组的“浅色层”中有层控热液改造型铜矿，矿体呈似层状、脉状，厚1.12 m，品位平均1.27%[17]。

两河断层带中的S-C组构可能是区域性伸展拆离正断层的重要特征，可以把板溪群当作变质核，两河—长乐断裂、茶峒—花垣断裂为阶梯式滑脱断层，至于沿塘南水库—仁造一线的逆断层，将清虚洞组推到娄山关组之上，是2条滑脱断层之间的隆起断块，所谓的多重推覆系统(见到2～3层逆冲推覆体，即清虚洞组覆盖于高台组和娄山关组的组合体之上)，正是大规模滑脱断层的效应。其过程大致如下：滑脱初始时新地层往下滑落，老地层后来滑覆于新地层之上，造成地层的倒置层序。茶峒断裂显示娄山关组白云岩直接覆盖于清虚洞组薄层灰岩之上，其中缺失的地层柱也是由于滑脱断层的地层效应所致，造成了地层柱的减薄。另外，杨家寨矿区的见矿深度大，与大脑坡矿区比较，两个矿区礁灰岩的厚度大体一致，但出露标高有近650 m的高差，杨家寨ZK7-6孔礁灰岩顶板标高为-460 m，大脑坡ZK11705孔礁灰岩顶板标高为200 m。这也是茶峒—花垣断裂为正断层的表现之一。目前来看，杨家寨矿区礁灰岩是完整的，说明是整体滑落，未发现有地层倒置的现象。

总之，花垣矿田内地层倒置和地层缺失都可用大型滑脱断层模型来作合理的解释。

4 成矿预测

图10 花垣矿田成矿预测图Fig.10 The minerogenetic prognostic map of Huayuan area

花垣铅锌矿田的成矿受礁灰岩的控制明显，礁灰岩的厚度与矿化富集呈正相关；同时铅锌矿床沿着花垣—茶峒大断裂的两侧分布，显示出后生沉积成矿的特点。因此，找矿预测的关键是找到流体的通道，即成矿期构造的空间分布规律性及原始礁灰岩台地的分布规律性。关于第一点，由李梅矿区和长凳坡矿区井下所见的NE向脉组可以确定，这些脉组直接控制矿体的断裂，通常这些脉组应由高一级的主断裂控制。分析认为，李梅—巴茅寨—长凳坡—土地坪—老虎冲呈30°方向，南北长约15 km，东西宽3～5 km，在李梅矿区和大脑坡矿区之间有约1.2 km的间隔空白段，为2个雁列之间的中断，大脑坡矿区规模可类比李梅矿区。大脑坡矿区找矿可根据这个思路在空白地段补充孔位。未来的找矿重点应该在杨家寨矿区，因为深度大，未知的因素也多，目前施工的几个钻孔见矿情况差异较大。

花垣—张家界断裂是一条长寿断裂，在成矿期应该有活动，其总体走向60°，它的左行剪切派生应力场可形成45°走向的张性次级断裂，这些断裂作为流体的运移通道，矿床主要集中于断裂的南东盘。目前，杨家寨矿床勘查所见的矿体在平面上位于李梅矿带的延伸线上，因而存在另一种可能，即大脑坡矿带跨过大断裂在杨家寨矿区的北东侧列带上隐伏产出。从对现有几个区域断裂的产状统计看，大多显示右行平移运动，少数早期擦痕显示左行平移，可以假定成矿期时花垣—张家界断裂是左行剪切，形成NE组雁列矿带，晚期可能发生右行平移运动，在燕山期区域性伸展的大背景下，区域地块沿两河断裂和茶峒断裂向北西递次滑脱，茶峒所见娄山关组与清虚洞组并置，在两河所见清虚洞组与板溪群并置，导致杨家寨矿体被深埋。如果李梅矿带与大脑坡矿带的雁列成立，则在大脑坡的北东侧会出现新的雁列矿带且越过花垣—茶峒断裂(图10)。

5 结语

湘西花垣铅锌矿田的成矿作用与液压角砾岩关系密切，液压角砾岩为成矿期构造。通过对野外擦痕记录的整理分析，推演出成矿后的3期构造应力场：第一期擦痕为印支早期，为NW-SE向拉伸，形成NE向左行走滑断层；第二期为印支晚期，为NW-SE向挤压，NE-SW向拉伸，断裂面倾角较大，为走滑挤压应力场；第三期为燕山期，显示SN向挤压，EW向拉伸，为走滑拉伸应力场，形成NNE向右行走滑断层。了解成矿后断裂的活动期次和运动方式，有助于追索未知的铅锌矿床(体)，也为成矿预测提供了科学依据。

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The ore-forming structural of Huayuan lead-zinc ore field in western Hunan province

ZHAO Jiajin1, XU Mingzhu1, LIU Jianping1,TANG Yuqiang1, KONG Hua1, ZHANG Qiang1, YANG Zhe2

(1.SchoolofGeosciencesandInfo-physicsCentralSouthUniversity,Changsha410083，China；2.GeologicalTeam135ofSichuanCoalfieldGeologicalBureau,Luzhou646000，Sichuan，China)

This paper briefly introduces the geological background, geological characteristics and ore textures and structures of the Huayuan lead-zinc deposit in western Hunan Province and focuses on the analysis of characteristics of the ore-forming structure which involves the pre-mineralization structure, mineralization structure and post-mineralization structure. Investigation of the ore field shows that the mineralization is closely related to hydrofractural breccia and the breccia fracture is the syn-mineralization structure. According to the characteristics of the post-mineralization fracture and the occurrence of striation the Huayuan Pb-Zn ore field are exposed to three stresses after mineralization. Prospects for further exploration are predicted according to spatial distribution pattern of the syn-mineralization fracture (i.e. the syn-mineralization fracture is controlled by tensional space resulted from left hand strike slip of Huayuan-Zhangjiajie fault) and reef limestone.

Huayuan lead-zinc ore field; hydrofractural breccia; three big faults; tectonic stress field; western Hunan province

2015-05-14； 责任编辑： 赵庆

中国地质调查局“整装勘查关键基础地质研究”项目(编号：12120114052201)资助。

赵佳进(1989—)，男，硕士研究生，主要从事地质构造方面的工作。通信地址：湖南省长沙市岳麓区，中南大学校本部地球科学与信息物理学院423室；邮政编码：410083；E-mail：15674819125@163.com

10. 6053/j. issn.1001-1412. 2016. 03. 005

P613；P618.4

A