湘西董家河密西西比河谷型铅锌矿床：赋存于新元古界含膏溶角砾岩的盖帽白云岩中

任家辉

1.区域地质背景

董家河矿床位于湖南省西部的沅陵地区，处于扬子克拉通中部。区内发育新元古界至第四系的地层，地层总体呈北东-南西走向，形成了北东走向的宽缓褶皱（图1）。其中，新元古界地层包括板溪群和上部南华系的碎屑岩（上部为南沱组冰碛岩），代表了大陆边缘裂谷相的沉积；向上震旦系包括陡山沱组和上部的灯影组，为碳酸盐岩、硅质岩、页岩，寒武系为碳酸盐岩和泥岩、页岩，奥陶系以碎屑岩沉积为主，志留系下部主要为黑色页岩，这一时期为被动大陆边缘沉积；区域缺失晚志留-早泥盆的沉积，中/晚泥盆世至中三叠世区域再次接受被动陆缘沉积，形成浅海相碳酸盐岩和碎屑岩，侏罗系至白垩系则主要沉积了陆相碎屑岩（Jiang et al.，2006 and references therein；Jiang et al.，2014）。区内岩浆岩不发育，断裂以北东走向为主。

在华南，陡山沱组盖帽白云岩直接覆盖在南华系南沱组冰碛岩上，沉积时代在635 Ma左右（Condon et al.，2005）。Jiang et al.（2006）的研究显示，华南地区盖帽白云岩的厚度一般变化于2-5米之间，可分上、中、下3段，下段发育0-2米厚的混杂状白云岩：有时呈角砾状，常见（似）帐篷构造、孔洞构造，有时发育扇状重晶石；中段为纹层状白云岩，与下部白云岩过渡接触，1-2米厚；上段纹层状粉砂质、泥质白云岩和灰岩，与中部白云岩过渡，1-2米厚。其中，中部白云岩和上部白云岩有时不可分。盖帽白云岩向上过渡为暗色的页岩。

2.矿床地质、盖帽白云岩与矿化特征

董家河矿床主要出露新元古界的板溪群、南华系、震旦系地层和寒武系及石炭系地层。新元古界和寒武系地层构成了轴向 N60°的一个背斜构造，轴面向南东倾。背斜核部为南华系地层，两翼为震旦系和寒武系地层。北西翼陡，倾角在50°-70°，南东翼相对缓，倾角在30°-50°，两翼次级褶皱发育（曾勇和李成君，2007；向华和罗长江，2013）。

盖帽白云岩在董家河矿床的厚度变化于5-6米，岩性组成与区域盖帽白云岩一致：下部发育0-2米厚的角砾岩段，对应Jiang et al.（2006）划分的下岩性段；上部发育3-4米厚的中、薄层灰色细晶白云岩，向上夹较多暗色薄层泥岩，对应Jiang et al.（2006）劃分的中和上岩性段（图2）。在上和下岩性段均发育细粒黄铁矿，主要出现在盖帽白云岩的底部和接近顶部位置，一般上部岩性段的黄铁矿化强，厚度在几十厘米到2米之间，下部岩性段黄铁矿化弱，厚度薄甚至缺失。黄铁矿为自型或草莓状，顺层理呈纹层状分布，往往形成纹层状黄铁矿矿石，矿化强时形成块状矿石，断续出现时形成补丁状矿石，黄铁矿层同地层变形而变形，且这些黄铁矿在区域无铅锌矿化的盖帽白云岩中也常见（Jiang et al.，2006），故推测此类黄铁矿为同沉积成因，其被后期的黄铁矿和铅锌矿化所切穿（见下文），在董家河矿床中划分为第一期黄铁矿（S1）。

角砾岩位于盖帽白云岩的底部，与下伏的南沱组冰碛岩之间往往相隔十几到几十厘米厚的S1黄铁矿矿化层（图2）。角砾成分为灰色细晶白云岩，呈棱角状，无任何磨圆性，长轴直径普遍小于30厘米，多为5-10厘米，大小混杂，无分选性，部分具有可拼合性，一些角砾岩长轴定向展布，与地层产状一致，另一些角砾岩混杂出现，长轴无任何定向特点（图3a）。无矿角砾岩的胶结物为方解石、燧石、黄铁矿（第二期，S2），方解石形成早，围绕角砾生长，形成不规则的“圈环”（图3b），较晚阶段沉淀玉髓和S2黄铁矿。方解石胶结物多呈纺锤状，一些方解石为玫瑰花状（图4a、b），清楚地表现出石膏假晶的特征，目前测得的1个方解石的δ13CPDB值为-10.6‰；多数玉髓呈扇状，少数玉髓也呈现玫瑰花状的石膏假晶特征（图4a、c）；许多S2黄铁矿以玫瑰花状和纺锤状的石膏假晶晶型出现（图4d）。无矿角砾岩的角砾体积百分比一般在70%-80%，胶结物约占20%-30%。

3.讨论

3.1角砾岩成因

董家河矿床的盖帽白云岩中发育有角砾岩，这种角砾岩是重要的控矿标志。角砾岩中方解石、燧石和黄铁矿胶结物均表现出石膏假晶的特征，显示先存的胶结物为石膏。方解石的δ13CPDB值为-10.6‰，明显低于围岩中-5‰ ～ -4‰的数值（曾勇和李成君，2007），表明了沉积过程中有机碳的加入。因此，方解石应为石膏与有机质相互作用形成的，该反应在自然界中是非常常见的，而石膏发生硅化在自然界中也很常见（Warren，2016）。结合角砾岩胶结物为石膏及角砾岩本身的结构特征，我们认为这些角砾岩是膏溶角砾岩，即与白云岩同时沉淀了石膏等蒸发盐，蒸发盐在后期被流体溶蚀，导致白云岩地层垮塌形成角砾岩，部分石膏经化学作用发生了转变，形成了目前观察到的方解石、玉髓、S2黄铁矿等胶结物。

3.2矿化作用

在董家河矿床，矿化作用发生在盖帽白云岩上部的微晶白云岩层和下部角砾岩层中。对于上部的矿化而言，主要是地层变形过程中发生了顺层和切层的张裂隙，从而产生了赋矿空间；而对于下层矿化而言，赋矿空间的产生是围岩角砾化的结果。矿体顶板为渗透性差的炭质、白云质板岩，其在构造应力作用下不易破碎、断裂，因此很好地阻挡成矿流体向外扩散。上、下矿层的矿化有着相似的化学过程。沥青的出现，表明赋矿建造中存在着早期有机流体的聚集，石膏转变为方解石及方解石胶结物δ13CPDB值偏负也说明了这一点。石膏与有机流体相互作用形成方解石，同时也会生成硫化氢，闪锌矿和方铅矿的δ34SV-CDT值为+8.4‰ ～ +16.8‰表明，这种氧化态的硫转变为还原态的硫是通过有机热还原作用（TSR）完成的。含硫化氢的还原性流体与含铅锌的氧化性流体在盖帽白云岩的开放空间内发生混合，从而导致了铅锌硫化物沉淀成矿，这也是多数MVT矿床矿化的主要机制（Leach et al.，2005）。

参考文献

[1]曾勇等，《湘西董家河铅锌矿地质特征及成矿物质来源探讨》，华南地质与矿产，2007，第3期，25-30

[2]向华等，《湘西辰溪-沅陵黄铁、铅锌矿集中区成矿地质特征、控矿因素及找矿标志》，华南地质与矿产，2013，第29卷（第一期），28-36