贵州万山汞矿地质特征及硫同位素组成和意义

陈锌，李玲

（成都理工大学， 四川成都 610059）

1 地质概况

矿区位于贵州省东北部湘黔汞矿带南段的北北东向凤晃背斜北西翼，各矿田均位于边式北西西向横跨褶敏半背（向）斜内。主要矿床均分布于玉（屏）铜（仁）向斜东南翼。区内断裂构造发育，按走向可分为北北东至北东组，北西西至北西组及南北向等组，多为正断层，其次为平移断层和逆断层，见图1。万山矿矿床围岩主要为寒武系，是属于浅海相碳酸盐岩建造，见表1。

2 矿化特征

万山汞矿矿物简单，主要为辰砂，但自然汞也不少，其他金属矿物不常见，见表2。

表1 万山汞矿主要围岩表Tab.1 Main surrounding rock table of Wanshan mercury mine

矿床成矿温度主要在100℃～150℃之间。在万山汞矿的矿化阶段，常见的矿化是由碳酸盐岩（主岩）硅化开始至碳酸盐化结束，可分为几个阶段。

第一阶段，为硅化阶段，主要是含矿热液将围岩（碳酸盐岩）硅化，交代成硅化岩，同时形成浸染状或镶嵌状辰砂；第二阶段，形成的主要是辰砂—石英脉，充填交代于硅化岩裂隙中，为矿化富集阶段；第三阶段，主要为辰砂—碳酸盐化，分布相当广。

图1 万山汞矿地质简图（转引自花永丰）［1］Fig.1 Geological map of Wanshan mercury mine(HUA Yongfeng)［1］

表2 万山汞矿矿床矿物共生组合表Tab.2 Mineral assemblage table of Wanshan mercury deposit

围岩蚀变一般为硅化（微石英岩化）、白云石化、方解石化、沥青化、黄铁矿化、萤石化等。这些围岩蚀变是反映热液活动在围岩中的运移和热液加入各种物质组分后化学反应变化的结果。汞矿区的围岩蚀变一般是以含矿石英脉体的硅化岩体为中心，在平面上常见紧绕硅化岩体的是变晶白云岩化最为显著，其最外圈为方解石化。

3 成矿作用

从万山汞矿现有地质资料来看，含矿热液是沿NWW向构造带裂隙上升与围岩（碳酸盐岩）发生硅化交代作用形成硅化岩（假象石英集合体）和稀散的浸染状或镶嵌状型辰砂矿。由于大规模的硅化，热液中的SiO2大量消耗，获得的CaO、MgO、K2O、Na2O等碱性物质进行中和，使热液从酸性向碱性过渡，到了一定的pH值，金属矿物析出，形成辰砂-石英脉型矿石。从硅化交代带出的CaO、MgO等物质，向外围转移，形成碳酸盐化/脉型汞矿（如木油厂）。由黑辰砂（发生在酸性溶液中沉淀的）形成在先，红辰砂（发生在碱性溶液中沉淀的）生成在后，以及脉石矿物的生成顺序是石英在先，碳酸盐矿物在后等变化，进一步说明含矿热液是从酸性向碱性过渡的。

根据花永丰［1］报道：“在湘黔汞矿带的下寒武系地层和中寒武系地层中存在广泛的钾化现象。仅张（张家湾）一杉（杉木董）海湾中的寒武系地层内就存在一个长6000m、厚30m～50m，延伸2000m的黑色页岩含钾岩石矿床，其K2O平均品位为8.4%，含有广泛的黄铁矿、重品石、石膏等矿物，光谱分析资料也证明矿石中的钠、钾的含量也远远超出岩石的平均丰度。”这一系列的矿化现象，是否与残余热液活动有关?值得注意。

4 物质来源的探讨

通过对硫同位素的性质和气液包裹体的研究等，国内不少学者根据以往地质资料各抒已见，发表对万山汞矿成因的探讨。严钧平认为成因是沉积活化热液矿床，叶欣认为是低温热液成因，还有一些学者认为成因是汞源一矿源层受古赤道带狭窄海槽控制［2］或者沉积一构造改造矿床［3-4］。此外，还有更多的是层控论的附和者。

叶欣认为万山矿区可能接受了从高温到低温的热液活动，至少可分为两个阶段：较早的热液蚀高温的（大于400℃）盐度相对较低，含还原气体，流体可能来源于深部；后期是低温、高盐度的成矿溶液，辰砂沉淀于此阶段，汞矿为热液成因。这就说明了原含矿热液是来自深部，当时温度较高、盐度较低、含还原气体。由于硅化作用，含矿热液把碳酸盐岩中的Ca0、MgO、K2O、Na2O等可溶解的组分带出，带入含矿热液中去，使含矿热液后期的pH值增高，成分更复杂而具高盐度，见表3、表4，这表明K、Na等组分是由于硅化来源于碳酸盐岩的，进一步说明热液中的物质是在前进道路上不停演化取得的，故可以说这种作用实际上是一种“热液交代”作用。由于成矿温度较低，故笔者认为所形成矿床是属于“低温热液交代矿床”。

表3 万山汞矿包裹体成分分析结果表（单位：ppm）Tab.3 Composition analysis results of inclusions in Wanshan mercury mine(unit：ppm)

表4 万山汞矿水晶中包裹体的盐度值Tab.4 Salinity of inclusions in Wanshan mercury mine crystal

万山汞矿中辰砂的硫同位素测定结果见表5［1］。

从表5中的硫同位素δ34S值变化在11.9‰～20.2‰，21个样平均值为16.69‰，32S/34S值为21.761～21.959，21个样平均值为21.85，均表示其在沉积的硫酸盐范围内，是来自地层中的硫［5］。贵州黔中504矿赋存地层亦为中、下寒武统碳酸盐岩［6］。504矿区辰砂的硫同位素δ34S值都在0‰附近，近似陨石硫的δ34S值，严钧平认为其来自岩浆是有可能的。万山汞矿和504矿两矿区矿床围岩的碳酸盐基本上同属浅海相碳酸盐建造，但为什么会出现硫同位素完全相异的δ34S值?这不能不考虑到万山汞矿矿床有大量自然汞存在的事实。关于自然汞，税哲夫［7］论述贵州丹寨汞矿矿物共生关系，认为宏发硐及四相厂矿床普遍存在自然汞，主要为原生自然汞，与自然砷等是热液期代表性矿物。这同万山汞矿矿床中辰砂的硫同位素δ34S显示硫全部来自地层的特征联系起来，有理由认为万山汞矿床中的自然汞主要亦为原生自然汞（由气相→液相），是热液所携带来的。辰砂是在成矿时通过硅化作用，将围岩中的硫带入热液中去与汞配对化合的。由于围岩中的硫进入热液中的不敷配对，故未获得配对的汞便成为开采坑道面常见的自然汞。504矿辰砂的硫同位素δ34S只有近0‰值是表明热液所挟带的既有汞，同时也有硫与之俱来的。

表5 万山矿区辰砂硫同位素测定结果表Tab.5 Results of sulfur isotope determination of cinnabar in Wanshan mining area

近年由于层控学说盛行，许多学者都注意到地层中的金属含量，企图从沉积来源角度来探讨汞的来源，这无疑是一种研究方法，傅良佐［8］报道：万山汞矿南区地层汞含量统计平均0.29mg/L～3.3mg/L，向茂木研究贵州全省各个时代各种地层剖面近8000个化学分析资料：全省平均砂岩含汞0.065mg/L，粘土岩含汞0.080mg/L，白云岩含汞0.1mg/L，碳酸质页岩含汞0.327mg/L。化石22件含汞为0.098mg/L～0.03mg/L。因此认为汞矿化与岩层含汞高低影响不大。

从上述硅化作用的解析，石英包裹体的测定，硫同位素组成的启示以及地层剖面含矿丰度资料等，初步说明含汞热液是来自深部，可能与黔东松桃榕江深断裂的深源岩浆活动有关。

5 结论

（1）锑汞矿床中以碳酸盐岩、火山喷发岩（如玄武岩）等为主作主岩的硅化作用，是由含饱和SiO2的酸性热液与主岩起反应、分解，加入SiO2，带出CaO、MgO等，生成一套新矿物代替原来的老矿物，因而造成交代矿床。由于成矿温度低，应属低温热液交代矿床。

（2）硅化作用中元素的分散与集中，根据以上不完全资料，基本情况是：加入的组分为SiO2、Sb、Hg等；带出的组分∶CaO、MgO、K2O+Na2O、Na2O、MnO及烧失量等；加入或带出的组分∶P2O5、Al2O3、TiO2、FeO、Fe2O3、K2O等。

（3）硅化作用由于SiO2不断输入主岩中去，在热液中的SiO2不断减少，而带出主岩中的碱性氧化物，使热液由酸性向碱性过渡，到一定的pH值，硅化停止，矿物析出沉淀，故主岩中的物质只能通过硅化作用在热液蚀变范围内转移。

（4）再从地层剖面的含矿丰度、包裹体成分的测定、硫同位素的组成和自然汞大量存在等说明锑汞矿床中的Sb、Hg主要来自深源，可能与岩浆活动有关。

（5）形成锑汞矿床主要物质是来自含矿热液，是受构造破裂系统控制的。硅化蚀变带才是成矿中心，变晶白云岩化，方解石化及粘土化等是其蚀变圈。