黔西北富锗银铅锌矿集区成矿流体运移方向及其制约因素

王明志, 韩润生, 吴顺川, 张 艳, 刘 飞

黔西北富锗银铅锌矿集区成矿流体运移方向及其制约因素

王明志, 韩润生*, 吴顺川, 张 艳, 刘 飞

(昆明理工大学 国土资源工程学院, 云南 昆明 650093)

黔西北矿集区作为川滇黔富锗铅锌多金属成矿区的重要组成部分, 成矿条件优越, 找矿潜力巨大。已有研究表明, 该区铅锌矿床成矿时代为印支晚期, 但对成矿流体运移方向的研究相对薄弱, 这也直接影响到区内资源勘查部署。在综合剖析该矿集区典型矿床的矿体特征、成矿温度、同位素组成和成矿年龄等资料的基础上, 本文划分成矿流体类型, 系统总结铅锌成矿作用过程中与成矿流体运移相关的“行迹”标志, 研判成矿流体在区域尺度的运移方向, 进一步讨论流体运移的制约因素。研究表明, 在黔西北富锗银铅锌矿集区, 构造为成矿流体运移提供了主要的驱动力和通道, 成矿构造的优势方位决定成矿流体的主体运移方向。成矿温度、同位素组成和成矿构造等方面的区域性变化特征均指示成矿流体在平面上主体从南东至北西方向运移; 除印支期陆块碰撞作用导致古特提斯洋闭合的因素外, 雪峰山陆内变形构造作用也可能为成矿流体运移提供了动力, 进而控制了流体的运移方向。该研究不仅对黔西北矿集区的“战略性”铅锌找矿部署具有现实意义, 而且为热液矿床成矿流体运移方向研究提供了路径。

成矿流体; 运移方向; 区域勘查部署; 制约因素; 黔西北矿集区

川滇黔铅锌多金属成矿区是我国重要的铅锌源基地, 目前已探明的铅锌金属储量占全国总储量的27%(张长青等, 2013), 具有巨大的经济和研究价值。黔西北富锗银铅锌多金属矿集区作为该成矿区的重要组成部分, 已发现铅锌矿床(点)140余处(陈伟等, 2017), 超大型矿床1处(猪拱塘矿床), 成矿条件优越, 找矿潜力巨大。已有研究表明, 川滇黔成矿区铅锌矿床成矿时代主要为印支晚期(230～200 Ma; 韩润生等, 2014), 矿床类型为碳酸盐岩容矿非岩浆后生热液型铅锌矿床(韩润生等, 2012, 2020b; 叶天竺等, 2014)。川滇黔铅锌矿床明显受构造控制(韩润生, 2006; 金中国, 2008; 韩润生等, 2012, 2020a), 在成矿过程中至少有两种不同温度和盐度的流体(流体A和B)参与成矿(Zhang et al., 2017)。

构造‒流体耦合成矿研究是深入解剖成矿作用过程和指导找矿实践的重要基础和有效手段(翟裕生, 1996, 1999)。近年来, 构造‒流体耦合成矿机制成为研究热点和难点(成晨等, 2019; 王明志等, 2019; 韩润生等, 2019, 2020a, 2022; 黄智龙等, 2020; 何志威等, 2020; 金中国等, 2020; 曾道国等, 2020)。其中, 推断成矿流体运移方向是构造‒流体耦合成矿机制的重要研究内容之一, 并可直接为找矿勘查部署提供依据。研究认为, 成矿流体运移受构造控制, 并伴随着物质组分的时空演化, 演化特征可以用来示踪成矿流体运移方向。在川滇黔铅锌成矿区, 已有学者利用S、Sr、Zn等同位素组成的空间变化特征来推断流体运移方向(周家喜, 2010; 程鹏林等, 2015; Xu et al., 2020; Zhao et al., 2021)。然而, 除同位素示踪流体运移外, 应用物质组分(特征元素、矿物组合等)和构造控矿特征等示踪成矿流体运移方向的研究, 鲜有报道。特别是, 综合多方面的证据推断成矿流体运移方向的研究更为少见。鉴于成矿流体大规模运移方向对区域找矿部署具有“战略性”指导意义, 故本文借鉴矿床学“时(间)‒空(间)‒物(质)‒演(化)”的经典研究思路, 划分成矿流体类型, 总结黔西北富锗银铅锌多金属矿集区铅锌成矿作用过程中与成矿流体运移有关的“行迹”标志, 探索该区成矿流体的运移方向, 并进一步分析其控制因素, 且该研究有望提出成矿流体运移方向的方法路径, 并为大量同位素组成、特征元素含量等地球化学数据的“二次开发”提供新视角, 对区域尺度“战略性”铅锌找矿勘查部署有所启示。

1 成矿地质背景概况

黔西北富锗银铅锌多金属矿集区(简称黔西北矿集区)是扬子地块西南缘之川‒滇‒黔成矿域的重要组成部分, 也是贵州省主要的铅锌产地。区内铅锌矿床(点)均沿区域性构造成群、成带产出, 结合区域构造带的划分(金中国, 2008; 韩润生等, 2020a), 可划分为NW向垭都‒蟒硐成矿亚带、威宁‒水城成矿亚带及NE向待补‒云炉河成矿亚带(图1)。

图1 黔西北矿集区主要铅锌矿床分布图(据金中国, 2008修改)

1.1 赋矿地层

黔西北矿集区地层由“三层式”基底和碳酸盐岩沉积盖层组成。其中, “三层式”基底包括: 古元古界中深变质杂岩、中元古界变质细碎屑岩夹变质火山沉积岩及新元古界浅变质碎屑岩和碳酸盐岩(裴荣富等, 2001)。沉积盖层为震旦系‒侏罗系, 岩性以碳酸盐岩为主, 砂泥岩等碎屑岩次之。赋铅锌矿地层具有“多层位”和“西北老、东南新”的特征(金中国, 2008)。其中“多层位”指铅锌矿床(体)赋于泥盆系、石炭系、二叠系等多个层位内, 如猫猫厂、天桥等铅锌矿床主要赋矿层位以石炭系大浦组为主, 上司组、黄龙组次之。“西北老、东南新”指在平面上铅锌矿床的主赋矿层位沿垭都‒蟒硐断裂从北西至南东方向具有逐渐变新的趋势, 即依次为泥盆系(云炉河矿床等)→石炭系(猫猫厂、五里坪等矿床)→二叠系(猪拱塘、垭都和亮岩等矿床)。赋矿地层的岩性以白云岩为主、白云质灰岩和灰岩次之, 偶见碎屑岩。

1.2 控矿构造

垭都‒蟒硐成矿亚带, 从核部至两翼依次出露志留系‒三叠系, 并发育NW向垭都‒蟒硐背斜。垭都‒蟒硐断裂和背斜为该亚带的一级构造, 二者大致平行, 总体倾向SW, 断裂上盘出露石炭系‒二叠系, 下盘出露二叠系, 指示其在成矿后属逆断层性质。矿床分布于该断裂带内及其次级断裂裂隙带中, 包括沿垭都‒蟒硐断裂大致等间距分布的亮岩、筲箕湾、垭都、猪拱塘等矿床, 和沿次一级断裂和背斜(江子山背斜)展布的五里坪、猫猫厂等矿床。

威宁‒水城成矿亚带, 地处威水断陷盆地西南缘, 发育一系列NW向紧密褶皱和NW向、NE向、NWW向断裂。其中, 紧密褶皱由左行雁列排列的威水背斜、偏坡寨向斜、水杉背斜组成, 这些背斜南西翼地层较陡, 北东翼地层相对平缓。威宁‒水城断裂呈NW向斜列延伸, 倾向SW, 具多期活动之特征(金中国, 2008), 结合区域地质研究和微观特征分析, 认为该断裂为垭都‒蟒硐断裂的次级构造。威宁‒水城成矿亚带已探明铅锌矿床(点)28处, 以杉树林、青山两个中型矿床为代表。这些矿床(点)主要产于背斜核部附近的层间断裂带中, 且在层间断裂与NE向断裂交汇部位产出富铅锌矿体(Pb+Zn平均品位大于30%)。

待补‒云炉河铅锌成矿亚带, 位于该矿集区西北缘, 属滇东北矿集区会泽‒牛街NE向斜冲走滑‒断褶构造带的北延部分(韩润生等, 2014)。在贵州境内, 发育NE向待补‒云炉河压扭性断裂带, 倾向100°～150°, 倾角60°～70°, 控制着NE向铅锌矿化带的展布。

1.3 岩浆岩特征

区内岩浆岩仅出露峨眉山玄武岩和辉绿岩两类。峨眉山玄武岩总体呈西厚东薄的“舌状”分布, 与上覆/下伏地层皆为假整合接触关系。黄智龙等(2004)认为峨眉山玄武岩与铅锌成矿有密切联系, 但两者可能仅为空间关系而无成生联系(李波, 2012)。区内已发现辉绿岩脉70多个, 成岩时代为海西期(283～246 Ma)和燕山期(158～111.5 Ma)(金中国, 2008),海西期岩脉受SN向、EW向断裂控制, 而燕山期岩脉多与NW向断裂构造有关。

2 典型矿床特征

黔西北矿集区内的铅锌矿床明显受构造和赋矿岩石组合控制, 三个成矿亚带的主要矿床地质特征见表1。这些矿床的赋矿围岩多为石炭系、二叠系及泥盆系碳酸盐岩。控矿构造以NW向主断裂和次级的层间断裂为主, NE向穿层断裂次之。目前揭露的各矿床的主矿体出露高程从北西至南东, 具有“中间高、两端低”的特征。

表1 黔西北矿集区典型铅锌矿床地质特征

2.1 矿体特征

铅锌矿体主要包括层间断裂带控制的似层状/透镜状矿体和穿层断裂、裂隙构造控制的筒柱状、脉状矿体。在威宁‒水城成矿亚带, 矿体一般沿高角度的层间断裂带产出。在垭都‒蟒硐成矿亚带, 矿体主要沿穿层断裂带产出, 层间断裂带中的矿体规模小(金中国, 2008), 无论是层间断裂还是穿层断裂, 控制的主矿体普遍具有“陡宽缓窄”之特征, 指示了NW向容矿断裂在成矿期为张‒张扭性。而且, 在这两个成矿亚带内较常见角砾状铅锌矿体, 但储量有限。在待补‒云炉河铅锌成矿亚带, 主矿体产于NE向压扭性主控断裂上盘派生背斜的层间断裂带内, 具有“陡窄缓宽”特征, 指示其容矿断裂具有压扭性特征。在多组构造交汇部位, 特别是在近直立断层与层间破碎带交汇部位, 矿体厚度加大、品位增高。

黔西北矿集区铅锌矿石类型以硫化矿石为主, 在浅表主要分布氧化矿石和混合矿石。原生矿石的矿物成分简单, 主要的矿石矿物为闪锌矿、方铅矿、黄铁矿, 个别矿床可见少量的黄铜矿和白铁矿; 脉石矿物主要为方解石、白云石及少量石英、重晶石及萤石。矿石结构主要呈自形‒半自形‒它形粒状、溶蚀、交代、充填结构等。矿石构造主要有块状、浸染状、角砾状、条带状构造等。

黔西北矿集区内13个铅锌矿床的原生矿体的品位和产状等特征(表2)显示: ①在三个成矿亚带中, 威宁‒水城亚带矿床的Pb+Zn平均品位最高, 而垭都‒蟒硐亚带最低, 待补‒云炉河亚带介于两者之间; ②垭都‒蟒硐、威宁‒水城成矿亚带中矿床Pb品位小于Zn, 且垭都‒蟒硐亚带内矿床的Zn品位一般是Pb的3倍以上, 威宁‒水城亚带内矿床Zn品位一般是Pb的2～3倍, 而待补‒云炉河成矿亚带则相反(Pb的品位大于Zn), 且各矿床Pb/Zn值与高程无明显的相关性; ③陡倾斜的脉状矿体Pb+Zn品位普遍高于平缓状似层状矿体。

表2 黔西北典型矿床硫化物主矿体品位及产状

2.2 围岩蚀变特征

黔西北矿集区主要的蚀变类型为白云石化和方解石化, 在个别矿床可见硅化(金中国, 2008; 成晨等, 2019; 韩润生等, 2020a)。依据矿脉的穿切关系和矿物组合等特征(图2), 将热液成矿期划分为早阶段(Ⅰ, 白云石‒黄铁矿)、主成矿阶段(Ⅱ, 闪锌矿‒方铅矿)、晚阶段(Ⅲ, 方解石)。其中主成矿阶段闪锌矿可细分为三个世代, 分别为棕色闪锌矿(ⅡSp-①)→褐色闪锌矿(ⅡSp-②)→红色闪锌矿(ⅡSp-③,图2d～f、3)。与滇东北、川西南两个矿集区相比(文德潇等, 2014), 黔西北矿集区热液蚀变类型简单且强度偏弱, 青山、杉树林等矿床白云石化不发育。

图3 黔西北矿集区铅锌矿床热液成矿期矿物生成顺序

3 成矿流体类型

不少学者对黔西北矿集区开展了流体包裹体、同位素地球化学研究(金中国, 2008; 仲文斌等, 2017; 孔志岗等, 2018), 积累了大量数据资料。本次研究通过对这些资料的“二次开发”, 总结了S、C-O、Pb、Sr同位素和流体包裹体特征在区域上的变化规律, 为成矿流体类型厘定和流体运移方向研究提供依据。

3.1 同位素地球化学特征

(1) S同位素: 黔西北矿集区铅锌矿床中方铅矿和闪锌矿δ34S值总体为正值(表3、图4c), 主要集中于10‰～14‰(图5c)之间, 与海相硫酸盐的δ34S(15‰)接近, 指示成矿热液中的硫主要来源于海相硫酸盐地层。其中云炉河矿床δ34S值最小(−2‰), 杉树林矿床的δ34S值则可高达20.3‰。结果显示, 除云炉河等矿床(δ34S值为0附近)的S源是受细菌还原作用(BSR)控制外, 其他矿床成矿流体的S源主要是源于热化学还原作用(TSR)。三个成矿亚带的δ34S均值为: 待补‒云炉河成矿亚带δ34S<垭都‒蟒硐成矿亚带δ34S<威宁‒水城成矿亚带δ34S, 即TSR作用导致研究区δ34S值向南东方向增大(图4c)。

表3 黔西北主要铅锌矿床中方铅矿、闪锌矿δ34S组成

图4 黔西北典型铅锌矿床品位和S-C-O-Pb同位素区域变化趋势图(数据来源见表2～6)

图5 黔西北典型铅锌矿床两类流体特征(数据来源见表2～6)

(2) C-O同位素: 各矿床C、O同位素组成总体特征一致(表4), 与成矿热液活动有关的方解石和蚀变岩的C-O同位素组成介于海相碳酸盐岩与地幔多相体系范围之间, 且更靠近前者, 指示了成矿流体中的C主要由海相碳酸盐岩经溶解作用提供(图5e)。从北西至南东, 各矿床的C-O同位素值具有增大的趋势, 且北西端矿床C-O同位素值具有更宽的范围(图4b), 反映了矿集区内北西端矿床经历了更复杂的地质过程(王林均等, 2013)。

表4 黔西北主要铅锌矿床热液方解石C、O同位素组成

(3) Pb同位素: Pb同位素组成指示其多来源特征(沉积盖层和基底岩石)。黔西北铅锌矿床Pb同位素特征(表5、图4e)显示, 待补‒云炉河成矿亚带铅锌矿床207Pb/204Pb和206Pb/204Pb值具有更宽的变化范围, 指示北西端矿床的Pb源更具多元性。

表5 黔西北主要铅锌矿床Pb同位素组成

(4) Sr同位素: 在川滇黔成矿区内, 赋矿岩石与基底变质岩的Sr同位素组成具有明显差异: 基底变质岩87Sr/86Sr值偏大(0.7243～0.7288), 而赋矿岩石87Sr/86Sr值(0.7070～0.7099)偏小(程鹏林等, 2015)。五个矿床87Sr/86Sr值介于基底变质岩和沉积岩之间, 双峰特征明显, 峰值区间分别为0.7107～0.7113和0.7115～0.7121 (图5d)。这些特征反映了铅锌矿床中Sr既有基底变质岩贡献又有赋矿沉积岩的参与, 南东端矿床的Sr主要来源于赋矿岩石, 而北西端则偏向基底变质岩。黔西北典型铅锌矿床Sr同位素特征显示, 银厂坡矿床Sr同位素组成具有更宽的范围, 且高于其他矿床(图5d), 暗示了该矿床的成矿流体中基底岩石的贡献较多, 成矿流体的组成更复杂(程鹏林等, 2015)。

综合黔西北矿集区内铅锌矿床的S-C-O-Pb-Sr同位素组成特征, 反映出区域成矿物质来源于盖层沉积岩石和基底变质岩石; 其同位素组成从北西至南东具有分带特征, 反映了不同矿床的成矿流体有所差异, 暗示矿集区内北西端矿床的成矿物质来源较南东端更复杂。

3.2 流体包裹体特征

黔西北矿集区内矿物的流体包裹体个体普遍偏小(集中在2～5 μm), 仅银厂坡包裹体相对较大(一般为2～20 μm)(金中国, 2008)。从区域4个矿床流体包裹体数据(表6)可以看出, 从北西至南东, 其均一温度具有增高的趋势, 但盐度变化不明显(图4d)。

3.3 两类流体的识别

将不同矿床的同位素组成、均一温度和盐度按一个方位逐一排列, 可以获得这些矿床成矿流体沿该方向的整体变化趋势, 频率直方图则可分解成矿流体来源的组成。结果显示, 黔西北典型铅锌矿床成矿流体同位素组成、均一温度和盐度均具有显著的双峰特征(图5a～e), 反映有两种流体参与了成矿作用。依据前述的成矿物质来源, 可以推测A类流体为深源流体, 在运移过程中萃取了基底变质岩石中的Pb、Sr等成矿物质; B类流体为热卤水, 在成矿过程中淋滤了沉积地层中的S及少量的Sr和Pb等成矿物质。B类流体较A类流体具有更高的δ34SCDT、δ13CPDB、δ18OSMOW、盐度及更低的87Sr/86Sr值、均一温度。

4 讨 论

4.1 同位素地球化学特征

依据不同类型流体的空间变化特征, 可以示踪矿集区和矿床的成矿流体运移方向的整体趋势和局部运移特征。现从成矿年龄、物质组成在空间的变化及构造‒流体耦合特征来推测成矿流体运移方向。

4.1.1 成矿年龄在空间的变化特征

基于成矿流体运移的始端年龄大于末端的认识, 本次研究采用成矿时‒空结构三角图解来判定区域成矿流体运移方向。对于热液矿床, 如果成矿年龄数据可靠且数量可观, 那么其变化趋势可以大致反映区域成矿流体的运移方向。从川滇黔成矿区内铅锌矿床年龄直方图(图6b)可以看出, 前人获得的成矿年龄从海西期可一直延续到喜山期。然而, 以下地质事实并不支持多期成矿的观点, 并且约束了该区的铅锌成矿时代应为晚三叠世‒中侏罗世之间: ①多层位赋矿的最新地层约束了后生热液矿床成矿时代的下限, 目前发现的最年轻的赋矿地层为上三叠统,指示矿床成矿时代至少晚于晚三叠世; ②四川天宝山铅锌矿床内的辉绿岩脉(锆石U-Pb年龄: 166～157 Ma)切穿铅锌矿体(张锋, 2017), 反映了铅锌成矿早于辉绿岩脉, 即铅锌成矿时代的上限为中侏罗世; ③会泽铅锌矿床的麒麟厂断裂带内发育铅锌矿化构造透镜体和片理化的玄武岩, 反映了铅锌矿成矿晚于玄武岩(韩润生等, 2014)。同时, 区内23个成矿年龄数据的频率直方图(图6b)也显示, 矿床的成矿年龄多集中于200 Ma左右。据此, 南东至北西方向(黑色箭头)可能代表了成矿流体的运移方向(图6a)。因此, 各矿床的成矿年龄的空间变化规律可为流体运移方向判定提供参考依据。当然, 要准确判定流体的运移方向, 除精确的成矿年龄外, 还需结合成矿流体温度等物理化学条件变化、控矿构造的闭合性等特征, 方能获得可靠的结论。

三角形两侧表示往北和往东的距离(可选择矿集区内任意某一个点作为参考系), 底边代表成矿年龄。根据矿床往北和往南的距离连直线, 并与与该矿床成矿年龄的法线交点, 即为成矿时空三角投点。依据成矿年龄从老到新依次连接这些投点, 即图中三角箭头, 则反映了区域内成矿事件的时空特征。数据来源: 宝山矿床据张长青(2008); 赤普矿床据吴越(2013); 大梁子矿床据张长青(2008)、吴越(2013); 茂租矿床据包广萍等(2013)、武昱东等(2016)、Zhou et al. (2015); 跑马矿床据蔺志永等(2010); 乐红矿床据张云新等(2014); 金沙厂矿床据张长青(2008)、吴越(2013); 会泽矿床据李文博等(2004)、黄智龙等(2004)、刘峰等(2005)、刘莹莹等(2013)、韩润生等(2014)、江小均等(2018); 毛坪矿床据Yin and Harrison (2000); 富乐厂矿床据胡瑞忠等(2007); 天桥矿床据Zhou et al. (2013)。

4.1.2 成矿流体中物质组分的空间变化特征

基于成矿流体演化总体是一个降温过程, 即成矿流体运移的始端成矿温度较末端高的认识, 本次研究围绕物质组分, 分析并提取受成矿流体温度变化制约的同位素组成、特征元素和特征矿物指标, 并依据这些指标的空间变化特征, 进一步研判成矿流体运移方向。

(1) 同位素组成

指示成矿物质多来源或较分散的Pb、Sr、C-O等同位素, 在成矿流体演化过程中分馏作用不明显, 不利于开展成矿流体运移方向的示踪。空间上, 这些同位素组分的变化特征, 与其来源有关。如: 黔西北矿集区内不同矿床的87Sr/86Sr值变化特征, 可能是矿体赋矿于不同地层造成的。即, 黔西北矿集区东南端的赋矿地层普遍偏新, 有利于盖层沉积岩的Sr的加入, 使得东南侧铅锌矿床的87Sr/86Sr值偏小。

指示成矿物质来源较单一或初始值较集中的S、Zn、Cd、Fe等同位素, 在成矿流体演化过程中具有一定分馏, 可利用这些同位素组成的空间变化特征, 示踪成矿流体运移方向。例如, 黔西北典型铅锌矿床的S同位素组成往北西方向具有减小的趋势。然而该区不同来源的S同位素组成差异较小(石炭纪海相碳酸盐的S同位素组成为10.0‰～18.0‰, 而二叠纪的为8.0‰～14.0‰); 且矿质沉淀过程中, 还原硫与金属硫化物之间通常无明显的S同位素分馏(孔志岗等, 2018), S同位素分馏趋势可能为TSR作用所引起。因为TSR作用可以在海水硫酸盐岩与还原硫之间形成10‰～25‰的分馏, 并且随着温度的降低, S同位素分馏作用增强(孔志岗等, 2018), δ34S值减小。黔西北矿集区流体包裹体特征也支持往北西方向成矿温度降低的趋势(图4d)。结合成矿流体演化总体是一个降温的过程, 据此推测该矿集区成矿流体平面上整体往北西方向运移。虽然有学者在川滇黔成矿区也开展了Zn、Cd、Fe等同位素的相关研究(周家喜等, 2010; Xu et al., 2020), 但数据有限。

在垂向上, A类流体的Sr、Pb等来源于基底变质岩石, 据此推测其流体主体从深部向浅部运移; 而B类流体S等来源于赋矿沉积岩石, 流体的主体运移距离较前者小, 局部可能存在往下运移的趋势。

(2) 特征元素

氧逸度和硫逸度是造成铅锌矿共生分异和形成矿物分带的主要控制因素。成矿流体在运移过程中, 随着温度下降, pH值升高, S2−浓度增大, 达到一定硫逸度时闪锌矿首先沉淀(张艳等, 2017)。黔西北矿集区Pb/Zn值具有分带性, 往北西方向矿体Pb/Zn值具有增大的趋势, 且Pb/Zn值与高程相关性较差(表1), 该特征指示了A类成矿流体平面上主体从南东至北西方向运移。另外, 刘英俊(1984)研究表明, 高温条件下闪锌矿富集Fe、Mn、In、Se、Te等元素, 而低温条件下则相对富集Cd、Ga、Ge等元素。因而根据这些元素含量变化可以反演矿集区成矿流体运移的整体方向, 遗憾的是该方面的数据不足。

(3) 特征矿物

成矿温度越高, 越有利于闪锌矿中Fe元素的赋存, 闪锌矿颜色越深, 结合成矿流体演化总体是一个降温降压的过程, 可以根据闪锌矿颜色变化判断成矿流体运移方向。然而, 各矿床闪锌矿颜色不易进行定量, 需要进一步研究分析。特征矿物组合, 例如闪锌矿‒方铅矿组合, 一般闪锌矿/方铅矿越大, 反映闪锌矿越早于方铅矿沉淀, 但同样存在不易量化的问题。当具体到矿体/脉尺度, 可以根据该方法对成矿流体的局部运移方向进行研究。

4.1.3 构造‒流体耦合特征指示成矿流体运移方向

在整个成矿过程中, 构造和流体是相互作用的一对基本控矿因素(翟裕生, 1996)。笔者认为, 对于明显受构造控制的热液矿床, 成矿的本质是构造‒流体耦合作用, 成矿流体是成矿发生的内因, 构造作用是成矿作用的外因, 二者相互耦合时利于成矿。而构造‒流体耦合特征可指示成矿流体运移方向: 成矿流体运移到断裂带时, 流体运移具有与成矿断裂几何学、运动学特征相配套的方式, 当流体发生沉淀成矿时, 矿体形态和产状特征受成矿流体运移方式制约, 即矿体形态和产状特征可以指示成矿构造的运动学、力学特征及成矿流体的运移方向。

在威宁‒水城断裂带的青山、杉树林矿床, 矿体普遍朝SE方向侧伏(图7); 垭都‒蟒硐断裂带内的猪拱塘、垭都、筲箕湾和亮岩铅锌矿床, 矿体近乎直立, 具有略微往NW方向侧伏的规律。两条断裂内的矿床/体侧伏方向不完全一致, 笔者认为是两条断裂的级别不同, 即威宁‒水城断裂是垭都‒蟒硐断裂的次级断裂。在威宁‒水城成矿亚带内多个矿床的矿体具有朝SE方向侧伏的规律, 指示了威宁‒水城断裂带在成矿期为张扭性, 其运动学具有左行斜落特征; 在垭都‒蟒硐成矿亚带, 垭都‒蟒硐断裂带的力学性质呈张(扭)性, 其运动学特征以直落为主(图7)。依据成矿流体从高应力向低应力运移的规律, 在张性断裂内运移的成矿流体, 其运移方向与该断裂运动方向相反。据此推断黔西北矿集区内成矿流体在垂向上主体往浅部运移, 而在平面上成矿流体主体上从南东至北西方向运移。

图7 黔西北矿集区内铅锌矿床矿体纵投影剖面图(典型矿床投影图据杉树林铅锌矿, 2017; 贵州鼎盛鑫矿业发展有限公司, 2018; 红桥矿业集团, 2019)

4.2 成矿流体运移的通道和动力

在垂向和平面上, 两类流体的运移路径不同。因A类流体来源较深, 推断垭都‒蟒硐深断裂、威宁‒水城深断裂是其流体的运移通道, 这与断裂带内Pb、Zn等成矿元素含量较高结果一致。B类流体主要来源于离矿体较近的围岩, 运移距离较短, 推测浅表的断裂系统是这种流体的主要通道, 而且高孔隙度岩石与岩性界面、不整合面等结构面均可作为流体的次一级通道。

关于成矿流体运移的驱动力, A类流体运移主要受构造动力和热动力控制, 其中热动力包括地温梯度、流体自身热能、流体密度等“梯度差”; B类流体运移主要受“泵吸模式”控制, 即断裂活动时会在成矿断裂带内产生瞬间的低应力场, 从而将热液吸入其中。韩润生等(2020a)指出NW向垭都‒蟒硐、威宁‒水城深断裂及次级构造为该矿集区矿床的导矿构造和储矿构造, 反映了构造作用为成矿流体运移提供了部分动力。

4.3 成矿流体在运移过程中的变化特征

前人研究认为, 滇东北、川西南矿集区隔挡层位于铅锌矿体上部, 致使绝大部分的成矿流体运移受阻不再上升(张长青, 2008; 吴越, 2013; 何志威等, 2020)。然而, 黔西北矿集区6个典型铅锌矿床的隔挡层主要分布于矿体下部(图8), 指示了该区成矿流体运移有别于其他矿集区。

图8 黔西北矿集区典型铅锌矿床矿体产出与岩性组合界面控矿特征综合柱状图

流体混合作用是川滇黔铅锌矿床成矿物质沉淀的机制(张长青, 2008; 张艳等, 2017)。研究认为, 流体混合作用是引发成矿物质沉淀的主要因素。然而, 两种流体的混合比例也会制约成矿物质沉淀的发生: 流体混合作用产生沉淀后, 富含硫和金属络合物的流体则继续运移, 待匹配物质的补给, 才能使沉淀继续进行; 另一种可能是, 流体混合作用引发成矿物质的沉淀, 当成矿流体达到过饱和(均一)状态时, 成矿物质无法沉淀, 过饱和流体在应力场的控制下继续运移, 当流体物理化学条件发生变化, 过饱和流体就会产生流体运移和沉淀平衡。

以上两种情况都存在流体混合后, 继续运移的过程。然而, 无论哪种情况, 因隔挡层的出现, 使流体得以固定在特殊封闭部位。虽然沉淀作用缓慢, 但是沉淀作用和物源补给具有持续性, 这使得成矿物质在这些部位持续沉淀并逐渐达到一定规模。也就是, 隔挡层的位置正好是成矿流体的末端, 前文提及该矿集区成矿流体的隔挡层(弱透水层)普遍位于矿体下部, 这可能指示了A、B流体混合以后, 具有向下运移的特征, 该特征反映成矿流体的局部(矿床/体尺度)运移特征。基于以上分析, 成矿流体运移方向研究不仅要考虑A、B流体, 还要考虑成矿流体在运移过程中的复杂变化。

4.4 成矿流体区域运移方向的制约因素

吴越(2013)认为印支晚期黔西北矿集区内铅锌矿床的形成可能与川滇黔周缘古特提斯洋闭合背景下的造山事件有关。韩润生等(2014, 2019)研究认为黔西北矿集区铅锌矿床形成于印支期碰撞造山过程的陆内走滑构造系统, 是印支期陆块碰撞导致古特提斯洋关闭并发生成矿响应的产物。依据黔西北矿集区内成矿流体在平面上主体往北西方向运移特征, 推测其动力源应该来自南东方向。黔西北矿集区南东侧的雪峰山陆内变形特征(图9)显示, 区域上印支期形成的地层间的接触关系, 具有从南东至北西方向不整合角度逐渐变小乃至整合的趋势(昭通‒黔西北地区为平行不整合‒整合接触关系), 反映了构造应力传导方向为南东至北西。除陆块碰撞导致古特提斯洋闭合的因素外, 印支期雪峰山陆内变形作用与黔西北矿集区铅锌成矿作用在时‒空应力场的一致性, 可能指示其变形作用也为铅锌成矿提供了主要的驱动力, 进而制约了黔西北矿集区成矿流体的主体运移方向。

图9 印支期‒燕山期雪峰山陆内变形构造不整合分布(据金宠, 2009修绘)

5 结 论

(1) 依据黔西北矿集区内主要铅锌矿床的成矿年龄、物质组分和成矿构造等方面的变化特征, 推测黔西北矿集区成矿流体在平面上主体从南东至北西方向运移, 在垂向上从深部往浅部运移。该认识为该区“战略性”铅锌找矿部署提供了依据。

(2) 除陆块碰撞作用导致古特提斯洋闭合的控制因素外, 印支期雪峰山陆内变形作用可能为成矿流体运移提供了驱动力, 进而控制了运移方向。

致谢:感谢中国地质科学院地质力学研究所陈正乐研究员和中国地质科学院矿产资源研究所张长青研究员在审稿过程中为本文完善提供的诸多宝贵意见和建议!

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Direction of Ore-forming Fluid Migration and its Controlling Factors in Ge-Ag-rich Zn-Pb Ore Concentration Area in Northwestern Guizhou Province, China

WANG Mingzhi, HAN Runsheng*, WU Shunchuan, ZHANG Yan, LIU Fei

(Faculty of Land Resource Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, Yunnan, China)

The northwestern Guizhou ore-concentrated area, which is an important part of the Sichuan-Yunnan-Guizhou Pb-Zn-(Ge) polymetallic metallogenic area, has great prospecting potential. Studies have shown that the main metallogenic epoch of the lead-zinc deposits in this area is the late Indosinian period, but the migration direction of ore-forming fluids in this period is not well documented, which hampers the exploration and deployment of Pb-Zn resources in the region. On the basis of comprehensive compilation of the characteristics of the ore bodies, mineralization temperatures, isotopic compositions, and mineralization ages of the typical deposits in this area, the types of ore-forming fluids were classified, and the migration paths of the ore-forming fluids were discussed. The migration direction of the ore-forming fluids is assessed at regional scale, and the restricting factors of fluid migration are further discussed. Studies have shown that in the (Ge-Ag)-rich Zn-Pb ore concentration area in the northwestern Guizhou, the structure provides the main driving force and channel for the ore-forming fluids, and the dominant orientation of ore-forming structure determines the main migration direction of the ore-forming fluids. The regional variation of the ore-forming temperatures, isotope compositions and ore-forming structures indicate that the ore-forming fluids migrated from SE to NW in the plane. In addition to the closure of the paleo-Tethys Ocean caused by the Indosinian continental collision, the Xuefengshan intracontinental deformation in this period may also provide a power source for the migration of the ore-forming fluids, thus controlling the direction of fluid migration. This study not only has practical significance for the deployment of ore prospecting in the northwestern Guizhou, but also provides a method for studying the direction of ore-forming fluid migration in hydrothermal deposits.

ore-forming fluids; migration direction; regional exploration deployment; constraining factors; northwestern Guizhou mining area

10.16539/j.ddgzyckx.2023.01.105

2021-10-07;

2022-03-01;

2023-05-05

国家自然科学基金项目(41572060、42172086、41802089)、云岭学者项目(2014)、云南省矿产资源预测与评价工程研究中心项目(2010)、云南省重大科技专项计划项目(202202AG050014)、云南省科技厅地方本科高校基础研究联合专项面上项目(2019FH001(-062))和云南省教育厅科学研究基金项目(2020J0644)联合资助。

王明志(1990‒), 男, 博士研究生, 矿产普查与勘探专业。E-mail: 372180494@qq.com

韩润生(1964‒), 男, 研究员, 博士生导师, 主要从事构造成矿动力学、隐伏矿预测与矿床学研究。E-mail: 554670042@qq.com

P611

A

1001-1552(2023)05-0953-016