湖北省南漳县吴家沟—黄草岭矿区地质特征及成因探讨

唐新桥

（中化地质矿山总局湖北地质勘查院，湖北 武汉 430074）

1 区域地质概况

吴家沟——黄草岭矿区大地构造位置处于扬子准地台（Ⅰ）上扬子台坪（Ⅱ）大巴山～大洪山台缘褶带（Ⅲ）青峰台褶东（Ⅳ）。区域内以往沉积型层状重晶石主要赋存于寒武系中统覃家庙组（∈2qn）、寒武系中统奥陶系下统娄山关组（∈2O1L）、奥陶系下统南津关组（O1n）、奥陶系下统红花园组（O1h）四组地层中，而本次在吴家沟——黄草岭矿区震旦系上统灯影组（Z2dn）地层中首次发现具工业价值的重晶石矿床[1]。

2 矿区地质特征

2.1 矿区地质特征

吴家沟——黄草岭矿区位于胡家崖倒转复式背斜南翼，矿区出露地层由老至新为震旦系上统灯影组（Z2dn）、寒武系下统石牌组（∈1sp）、天河板组（∈1t）、石龙洞组（∈1sh）、寒武系中统覃家庙组（∈2qn）、寒武系上统奥陶系下统娄山关组（∈2O1L）、奥陶系下统南津关组（O1n）和红花园组（O1h）以及志留系下统龙马溪组，震旦系上统灯影组为本区重晶石矿赋矿层位，其岩性组合特征为下部浅灰～深灰色厚层状白云岩，层厚质纯，表面易风化为粉状，底部偶夹紫红色磷块岩透镜体及厚层燧石层；上部为浅灰-灰白色中厚层状含黑色硅质结核及条带白云岩、灰岩；局部夹黑色页岩[2]。重晶石矿主要赋存于上部含硅质结核及条带的白云岩或灰岩中，这与区域内沉积型层状重晶石矿床主要赋存于寒武系和奥陶系地层中略有区别，并为在该地区寻找重晶石矿（化）提供了新的找矿方向。区内地层受胡家崖倒转背斜构造影响呈倒转，整体呈单斜层状产出，总体走向北西300°～340°，倾向北东，倾角60°～80°，局部产状较平缓。

2.2 矿体特征

本区重晶石矿体主要赋存于震旦系上统灯影组（Z2dn）上部（层控）断裂构造带内（构造热液控矿），矿化不均匀，局部地段富集，均成一定规模的矿（化）体，矿区共圈出了2个矿体，各矿体特征如下：

Ⅰ号矿体：位于矿区北西部，分布于震旦系上统灯影组上部白云岩中，重晶石矿化（富集）受F1断层影响较大，在矿化带内，重晶石矿体呈串珠状、小透镜体状不均匀断续出露，出露长2.6km，矿体走向NW270°～310°，倾向北东，倾角67°～70°，矿体厚度0.50m～2.8m，平均厚度约1.8m，矿石品位46.26%，矿石多为角砾状，结核状或团块状嵌布于白云岩中，与围岩界线不甚清晰，围岩为浅灰色厚层状细～微晶白云岩。

Ⅱ号矿体：位于矿区东南部，地表断续出露总长6.5km，重晶石矿化（富集）受F2断层影响较大，矿体走向NW280°～330°，倾向北东，倾角61°～78°，矿体厚度0.70m～3.1m，平均厚度2.2m，矿石品位79.28%～96.87%，矿体出露较好，多呈脉状，透镜状产出，与围岩界线清晰，围岩为深灰色厚层状微晶白云岩[3]。

2.3 矿石质量

2.3.1 矿石的矿物成份

矿区内重晶石矿石成分以重晶石为主，含少量方解石、石英、泥钙质等。

2.3.2 矿石的化学成分

矿石的化学成分主要有 ：BaSO4、CaO、Fe2O3、CO2、Al2O3、SiO2、Cu、Pb、Zn等，其中有益组分为BaSO4，主要有害组分为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3及CO2。

2.3.3 矿石结构

重晶石矿物多以自形及半自形晶体产出，矿石结构为中—巨晶结构，以粗晶结构为主。

2.3.4 矿石构造

区内矿石构造复杂多样，主要为脉状、片状、柱状、角砾状及块状等，其构造特征显示。矿石受热液改造重组特征较明显。

3 流体包裹体特征与硫同位素组成

3.1 材料与测试方法

本次采集钻孔和槽探中原生重晶石矿石送中国地质大学非金属矿重点试验室进行测试，其中DS-1、DS-2采自ZK404，DS-3、DS-4采 自ZK402，DS-5、DS-6采 自ZK2001，DS-7、DS-8、DS-9、DS-10和DS-11采 自 槽探，硫同位素样品采自重晶石矿石和围岩白云岩中的黄铁矿，均为地表槽探中采取[4]。

样品一部分制作成双面抛光，厚度0.3mm的包裹体片送实验室进行液体包裹体测定，一部分经破碎，过筛后，在双目镜下挑选30～50目，纯度＞99%的单矿物样品5g以上，送实验室进行了同位素分析测试。

流体包裹体测定使用的仪器及精度（1）德国ZEISS厂生产的Scope、AX10+显微相机AxioLamMRC5偏光显微镜；（2）英国LinKam生产的THMSG600地质显微冷热台，测温范围-496℃～+600℃，精度为±2℃，0～196℃的精度为±2℃，流体中包裹体测定时室温为22℃，温度为45%。

S同位素分析采用SO2法进行，先直接用氧化法将矿物中硫转化成SO2并用冷冻法收集，然后用FinnigamMAT-251气体同位素质谱仪测试，测量结果采用国际标834SCDT表达，分析精度优于±0.12‰

3.2 分析结果

3.2.1 流体包裹体

本次对11件样品进行了流体包裹体测定，测定结果见表1。

表1 重晶石包裹体均一温度和盐度统计结果表

由表1可以看出，11个重晶石样品流体包裹体均一测温数据显示其温度区间主要分布于136℃～231℃，盐度分布范围为2.5%～17.2%。

3.2.2 硫同位素组成

本次硫同位素自测试样品的3个黄铁矿样品分别采矿区灯影组地层中黄铁矿结S-1和裂隙充填黄铁矿脉S-2以及重晶石矿石中黄铁矿团块S-3。其测试分析结果见表2。

表2 硫同位素分析结果表

综合表2分析结果分析，采自矿区三种不同地质体中的黄铁矿与δ34SV-CDT（‰）值非常接近，分布比较集中，极差较小。

3.2.3 矿区各地层岩石中Ba含量背景值

通过对区内出露最老震旦上统灯影组（Z2dn）至最新志留系上统龙马溪组共5组地层中采取20个岩石化学分析样品，了解各岩石中BaSO4含量。具体分析结果见表3。

4 成因探讨

4.1 流体性质

矿物包裹体均一温度和盐度统计结果表明：区内重晶石矿具有中低温度和中低盐度，最佳成矿温度在136℃～231℃，成矿流体的盐度大于5%，主要在5%～17%，含矿溶液属硫酸盐型卤水，其成因均与卤水有关，结合矿区地质构造背景、岩相古地理、重晶石包裹体测温，B元素化学分析和光谱分析，综合研究分析初步认为该矿成矿流体来源是多源的，主要为建造水和大气降水，这些来源的水反复循环后形成热卤水，淋滤矿源层，并萃取成矿物质，汇聚、富集形成成矿热流体和成矿热流体场，从而在构造裂隙发育地段以及岩层结构界面富聚成矿体。

表3 各时代地层富Ba矿源矿源层BaSO4含量分析结果表

4.2 硫的来源

根据硫同位素分析结果（表3）表明：矿区灯影组地层中黄铁矿结核（S—1样）、灯影组地层中顺裂隙充填的黄铁矿小脉（S—2样）和重晶石矿中黄铁矿团块（S—3样）三种不同地质体产出的黄铁矿δ34SV—CDT（‰）值组成非常接近，分布相对集中，离差非常小，表明硫均一化程度属较高。

这可能是因为三种黄铁矿来源单一，形成时物理化学条件相近具较稳定，结合矿区地质特征，认为其硫主要来源于灯影组地层，形成作用为同构造变形期动力热变质作用。

4.3 成矿机制

晚元古代末期，本区所处大地构造位置为扬子地台边缘斜坡相，寒武期沉积了石牌组、天河板组、石龙洞组、覃家庙组等碎屑矿岩、灰岩等，震旦期沉积了灯影组，陡山沱组白云质灰岩、白云岩等地层，形成了冰湖（海）沉积相及滨海一陆源碎岩相富钙、镁碎屑岩建造，并且形成了宝塔组、灯影组富Ba矿源层（表3），为重晶石形成初步奠定了物质基础。震旦系灯影组蒸发岩系为成矿提供了足够的S源。区域性深大断裂青峰大断裂带持续活动，导致沿地层及构造软弱面发生面层滑动、错位，形成伸展滑脱构造，造就了层间有利容矿空间。

在整个构造变形同时，热变质作用不断加强，地层中S、钙、镁质等流体就地出溶，萃取地层中钡元素，以钡酸盐络合物低盐度流体热液形成迁移，在构造应力驱动下流动、运移、循环、集中沿层间局部张裂隙、层间滑脱断裂构造、产状变化处、膨大处、局部张开处等有利容矿构造空间部位充填，又对地层中富钡元素进行溶蚀和改造，同时地表大气降水沿断裂、裂隙下渗，两种流体混合，钡酸盐与钙、镁质结合沉淀，形成以脉型为主的重晶石矿；同时在中高温物理化学条件下对围岩进行化学交待，形成蚀变型层状重晶石矿。

由于区内多期构造活动影响，改造了原来矿体、地层甚至使之产生较大规模位移和变形，但各矿体本身就位相对空间位置排布规律不变。

喜山运动以来，本区进入新构造运动时期，地壳垂向继续提升，侵蚀作用加强，矿体暴露地表。

5 结论

5.1 成矿地质特征

沉积型重晶石矿分别位于四个时期沉积地层中：

①中寒武世覃家庙期覃家庙组，薄—中厚层状含泥质白云岩和白云岩质粘土岩交互沉积地层中。②晚寒武世娄山关期娄山关组厚层状结晶白云岩、灰质白云岩地层中。③早奥陶世南津关期南津关组泥质灰岩、粉砂质灰岩、白云岩、灰炭地层中。④早奥陶世红花园期红花园组结晶灰岩、生物碎屑灰岩地层中。

5.2 矿床类型

①含重晶石矿物流体包裹体反映的成矿流体的盐度为2.5%～17.2Wt.%Nacl，温度为136°～231°，成矿流体属于中低温的低盐度流体。②根据矿区地质构造背景综合研究分析，矿区重晶矿床成矿流体来源是多源的，以变质水为主混入了部分大气降水，通过反复循环形成热卤水，经物理、化学作用富集为成矿热流体和重晶石矿床。③矿区灯影组地层中黄铁矿结核及裂隙充填黄铁矿小脉以及原生重晶石矿中的黄铁矿团块三种不同地质体产出的黄铁矿δ34SV—CDT（%）4.1—4.3‰，指示硫主要来源于地层、形成时间物理化学条件较稳定。

综上所述，矿区重晶矿床主要赋存于震旦系上统灯影组（Z2dn）上部，重晶石矿层与其上下地层呈平行整合接触关系。

另外重晶石矿带与区域构造关系密切，构造热液通过交待，萃取等作用，为含重晶石矿液富集成矿提供了外因。初步认为矿区重晶石矿床应为层控热液型重晶矿矿床。另一方面，切割矿源层的断裂构造本身也为储矿构造，控制脉状重晶石矿体的分布。所以区内矿体主要呈似层状、透镜体状，近平行分布于灯影组地层上部，少量呈脉状分布断裂构造带中。