云南白牛厂超大型银多金属矿床叠加成矿的成因探讨

摘要:白牛厂银铅锌硫化物矿体赋存在中寒武统海相细碎屑岩中,白垩纪花岗岩体接触带附近。是一个以银、铅、锌、锡、铜金属为主的超大型矿床。与其北西部的个旧锡多金属矿床及东南部的都龙锡多金属矿床共同构成滇东南锡-锌-铜-银-铅-钨多金属成矿带,系南岭钨锡成矿带之西延部分(陈毓川等,1998;程裕淇等,1995,翟裕生,1999)。矿床的形成经历了中寒武世海底喷溢沉积成矿作用和燕山期酸性岩浆热液叠加成矿作用,具多源、多期次和多旋回演化的特点,是我国独具特色的多因-喷流层控型矿床。

关键词:细碎屑岩建造;喷益沉积作用;岩浆热液叠加作用

1. 矿床地质特征

1.1 地质概况

白牛厂矿区地处华南褶皱系,滇东南褶皱带,文山-富宁断褶带,薄竹山拱褶北缘。北西以弥勒断裂与扬子地台分界,西南面以红河断裂为界与哀劳山断块毗邻,南连越北古陆,东部文麻断裂与南岭褶皱系连为一体(图1)。各构造单元的构造演化对白牛厂矿床均有程度不同的影响,区内地质构造、岩浆活动和矿化作用均较复杂。矿区地层主要为:中寒武统田蓬组地层(∈2t)为一套灰-深灰色薄-中厚层状(粉砂质)白云岩-(钙质、炭质)粉砂岩-(生物碎屑、鲕状)灰岩,属滨岸潮坪沉积产物。龙哈组地层(∈2l)为薄至中厚层状(粉晶、粉砂质、生物碎屑)白云岩,属滨岸潮上带泻湖环境沉积产物。田蓬组、龙哈组及下部地层存在着Ag、Pb、Zn等元素的初步富集。矿区缺失上寒武统、奥陶系和志留系地层。由于区域拉张作用,中寒武世白牛厂地区形成北东南西向的断陷盆地。受盆地边缘同沉积断裂构造影响,盆地沉积物中含大量碎屑流沉积物。沿同生断裂喷溢到海底的热液沉积形成以微晶石英为主体的热水沉积岩和硫化物矿层。

1.2 矿体特征

白牛厂矿区共圈出矿体70多个。按产状可分为与沉积岩层产状基本一致的整合矿体,如层状、似层状、透镜状等矿体;另一类为与地层呈不整合关系的矿体,如:脉状、网脉状和其他不规则矿体等。硫化物矿层中含有较多的陆源碎屑(泥质和粉砂质)、热水沉积成因的微晶石英;以及海底滑塌形成碎屑流沉积物。矿化元素在矿体中的分布特征既不同于沉积矿体均匀分布,也不同于内生矿体局部富集的特点,在各元素的分布总体比较均匀的背景上,出现跳跃式高峰区。成矿元素主要是沉积作用富集成矿,叠加作用使元素的进一步富集。Pb在矿区中部和西北部出现跳跃式峰值区,Zn的峰值区出现在中南部和西部,Ag的峰值区分布在矿区的北部,Sn和Cu的峰值区主要分布在矿区东南部隐伏花岗岩体附近。元素在矿体中的上述分布特征是多期多阶段矿化的反映。

2. 矿石特征

2.1 矿石组构

矿床物质成分、组合、空间关系和时间关系复杂多样,既有类似沉积岩中的沉积组构,也有后生叠加矿化形成的组构。两期矿化作用之间明显存在强度较大的构造作用,早期矿石被破碎、甚至糜棱岩化之后再被后期矿化作用交代富集。与此同时,矿层围岩也发生强烈的构造揉皱,石英等矿物出现机械双晶、亚颗粒和碎裂现象。

2.1.1 海底喷溢沉积作用依据

在层状矿体的底部较常见的组构是块状构造,中部则以条带状-条纹状和纹层状构造常见。碎屑和内碎屑状构造多发育在同生断裂附近,碎屑状硫化物有程度不同程度的磨蚀,略有分选。部分内碎屑颗粒为多种硫化物颗粒的集合体,反映其经历过沉积―固结―搬运滚动―再沉积的过程。豆状构造矿石大都分布在矿体的中上部。豆粒由黄铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿和菱铁矿等矿物组成,粒径3―5mm,表面呈次圆状,分选性较好。胶结物为热水沉积微晶石英和另一期更细粒硫化物、粘土质等。胶状(变胶状)构造主要出现在白铁矿发育的薄层中,部分白铁矿已重结晶变成黄铁矿。浸染状构造常出现在贫矿之中,硫化物碎屑分散在粉砂岩之中或微晶石英、水云母之间。

2.1.2早期成岩作用依据

晶簇状环边胶结构造是海底喷溢矿床常见的构造,晶簇状石英或方解石晶体环绕并垂直于硫化物颗粒晶面生长,被胶结的硫化物颗粒主要为黄铁矿和闪锌矿。晶簇状矿物可能由环流或停滞在粒间或晶间的溶液结晶而成。梯状脉构造常发育在块状、条带状、条纹状矿石中。沉积物在埋藏压实或干裂过程中,形成垂直于层理和平行于层理的两组微细裂隙,被侧分泌作用形成的溶液充填而成梯状,范围一般仅数厘米,可穿纹层、条纹而不穿层面。重结晶结构常见于黄铁矿和白铁矿发育的矿石中。黄铁矿常重结晶成自形-半自形立方体状,白铁矿重结晶成长条状或网格状。

2.1.3后生叠加作用的依据

角砾状构造在各矿体中均较发育。早期硫化物受构造应力作用碎裂,后期形成的硫化物充填、交代于其中。糜棱状构造与角砾状构造均发育于长期多次活动的断裂带附近。糜棱状构造发育带也常是不规则网脉状构造发育的地带,晚期硫化物沿微细裂隙充填、交代,沿断裂带呈线状分布。脉状和网脉状构造常见于矿区东南部隐伏花岗岩体顶部及断裂带附近,以锡石-石英脉、黄铜矿-石英细脉最常见。此外,在其他硫化物矿体中细脉状构造和显微网状构造也较发育。属后期构造作用的结果。交代作用较广泛发育于层状矿体边缘和后期构造矿化发育带,早期形成闪锌矿颗粒常被硫盐、黝锡矿、方铅矿和后期白铁矿环边交代。黄铁矿和毒砂则常被岩浆热液期磁黄铁矿交代。

2.2 矿石物质成分特征

白牛厂矿床中矿物种类达90多种(李纯洁等,1994),常见矿物也有20多种(表1)。不同成因、不同期次的矿物常叠加、混杂不同期次的同种矿物。白牛厂矿床成矿元素具分带规律:由岩体、岩体接触带至围岩,出现S(w)―Cu―Zn―Pb―Ag―Sb。已知Cu矿于Zn―Pb―Ag共生矿体下部。独立Ag矿体出现在Zn―Pb―Ag共生矿体上部边缘。独立Sb矿于Zn―Pb―Ag共生矿体外带。对于Zn、Pb、Ag共生矿体,由上而下Pb降低、zn增高,上部矿体ω (Zn)/ω(Zn+Pb)0.6,如白羊矿段上部ω(Zn)/ω(Zn+Pb)为0.58,白羊矿段下部0.68;对门山矿段V,矿体ω(Zn)/ω(Zn+Pb)为0.54,而位于V1矿体下部的V3矿体,其ω(Zn)/ω(Zn+Pb)为0.77。这一规律为矿区找矿远景提供依据。

2.2.1 黄铁矿

矿区中两期黄铁矿分别为沉积-成岩期和岩浆热液叠加期黄铁矿。前者为粒度较粗、裂纹发育的立方体和五角十二面体;后者为他形微细粒状。黄铁矿的Co/Ni比值都小于1,大部分样品的S/Se比值也小于2×106,兼有沉积型和非沉积型黄铁矿的特征。

两期黄铁矿的热电性有显著差异。与沉积-成岩期有关的黄铁矿热电动势均为正值,属P型黄铁矿;与后期叠加矿化有关的黄铁矿热电动势多为负值,属N型黄铁矿。

2.2.2 闪锌矿

矿区闪锌矿的颜色普遍较深,粒度较粗,富In低Ga、Ge。沉积-成岩期闪锌矿呈碎屑粒状,内部包含较多泥质,颜色呈棕褐色,Fe含量4%―7%,Cu含量低于0.1%,内部没有固溶体分离物。与岩浆热液作用有关的闪锌矿呈不规则形状,常交代早期硫化物,呈黑色,光泽强,Fe含量达8%―14%,矽卡岩中闪锌矿Fe含量可达13%―15%。内部普遍有呈叶片状、线状的黄铜矿、磁黄铁矿固溶体分离物。

2.2.3 锡石

锡石是矿区主要赋锡矿物,主要形成于海底喷溢沉积-成岩期,部分形成于后期岩浆矿化作用。与海底喷溢沉积成矿作用有关的锡石颜色较浅,棕黄-褐黄色,粒径0.003―0.15mm,个别达1mm,呈不规则柱粒状四方双锥状,双晶少见。该期锡石化学成分电子探针分析结果见表2。

电子探针分析结果显示,锡石中In2O3含量平均达2.748%,换算为铟的平均含量为1.84%,远远高于滇东南和我国其他矿床锡石中的铟含量(杨世瑜,1990)。铟在锡石中含量大于0.1%时,便可能呈单矿物或类质同象形式存在。电子探针Inla面扫描结果显示铟在锡石中均匀分布(图版Ⅰ-8),呈类质同象存在。自然界中锡石的铟富集主要与压力有关,随压力减少铟含量而增加。白牛厂浅色富铟锡石的存在可能是低压和中低温成矿环境的指示剂。此外,矿区浅色富铟锡石常与银的富集有关,因而有可能为找银矿体提供线索。

3. 同位素地球化学特征

3.1 铅同位素组成特征

白牛厂矿石铅同位素变化范围大,这是目前南岭地区Sedex型层探矿床中所少见的(涂光炽,1988)。206Pb/204Pb为17.284―18.700,207Pb/204Pb为14.843―16.298,208Pb204Pb为27.289―38.995。在207Pb204Pb投影图(图2)上,矿石中铅同位素投影点线性关系明显,几乎呈一直线穿越上地壳、岛弧直到地幔的演化曲线以下,而且,数值较低的样品分布在层状矿体上盘网脉状矿石(即晚期叠加矿化形成的矿石)中。这可能反映由构造活动引起的成矿物质由浅源到深源进入成矿系统并就位于矿体的过程。样品投影点的年龄主要为6亿年左右,这与自中寒武世成矿的地质事实基本一致。铷锶同位素年龄值为136―72Ma,反映燕山期岩浆热液矿化作用的时间。

3.2 硫同位素组成特征

寒武纪海水硫酸盐δ34S为30‰,矿区地层中硫化物δ34S为18.6‰和23.4‰,其硫源显然为海水硫酸盐。而矿石硫同位素组成范围很窄(图3),δ34S变化在-4‰至+5.7‰之间,平均值为+3.36‰,峰值为+2‰―-4‰。上述特征表明其矿石的硫源不是海水硫。矿区硫-铅同位素存在一定的相关性(图4),反映硫与铅可能同为深部来源并具相似的演化史。

4. 成矿流体性质

4.1 温度与盐度

前人①②及本文测定硫化物样品共500余件,爆裂温度范围60―410℃,盐度3.7%―19%。以围岩中立方体黄铁矿为代表的成岩期矿物爆裂温度为60―80℃;以无固溶体分离物碎屑状闪锌矿为代表的热液沉积期矿物爆裂温度为200―220℃,盐度5%―12%;以他形粒状、固溶体分离物发育的铁闪锌矿为代表的叠加矿化期爆裂温度为280―320℃,盐度14%―19%,矽卡岩矿物爆裂温度达410℃,盐度19%。

4.2 流体包裹体氢-氧同位素

据δ18O-δD相关图(图5)可见,层状矿体中棕色闪锌矿(1号点)、条纹构造矿石(2号点)、碎屑砾状矿石(5号点)δD值为-50‰―-84‰,其中1、2号点与变质水δD值接近;δ18O值为-2.1‰―+1.2‰,与海水氢同位素组成接近。上述3个点反映海底喷溢沉积矿化期成矿流体中以变质建造水或经过改造的海水为主。其他4个点的样品为矿层上盘地层的脉状或浸染状矿化体中的硫化物和碳酸盐,代表叠加矿化期和晚期热液的性质。这4个点较靠近雨水线,可以推断,后期矿化流体含大量大气降水。图5中1号点、2号点δD值与岩浆较接近,不排除岩浆水参与成矿活动的可能。

① 云南地质二队,1993,云南白牛厂区调报告

② 叶庆同,1994,云南白牛厂矿床同位素研究报告。

5. 成矿作用讨论

白牛厂矿床经历了中寒武世海底喷溢沉积-成岩期和燕山期岩浆矿化作用的叠加,形成了不同特征的矿体,复杂的矿物成分并反映不同成因的矿石组构。花岗岩浆是成矿物质来源和成矿热源。

1-白牛厂矿床的矿体主体呈缓倾、大体顺的脉状,严格受F3断裂带的控制;富矿体往往为陡倾的脉状,受旁侧羽裂及近南北向构造控制;矿石中的磁黄铁矿及铁闪锌矿的大量出现,预示着成矿度较一般的层控铅锌矿床为高;矿石中存在沉积组构,说明同生沉积作用对于床的形成有着积极的作用。

2-白牛厂矿床的成矿物质主要来自于中寒武统田蓬组及下伏地层,次为燕山期花岗质侵入岩。加里东期同沉积成岩成矿作用形成了白牛厂矿床最主要的矿源层,及若干个成矿元素局部同生富集层。其中,田蓬组中上部的成矿元素局部同生富集,成为最大的矿体v1的基本位置。燕山期花岗质岩浆侵入成矿作用就是在这些同生富集层上叠加成矿的。岩浆侵入初期使上覆地层隆起产生背斜(凹陷部位成向斜);同时使地层产生一系列裂隙、压性断层或层间断裂;岩浆侵入晚期,这些断层再次活动,表现为张性,岩浆产生的含矿热液沿由其活动所造成的断裂迁移、充填、交代、沉淀而形成矿床。

3-沿同生沉积断裂喷溢到海底、盐度较高的酸性含矿热液,与底层偏碱性海水混合后,pH值升高,温度降低,盐度稀释,矿化热液发生卸载沉淀。胶状白铁矿、黄铁矿首先晶出,伴随SiO2沉降,形成硅质热水沉积岩;随着pH逐渐升高,闪锌矿、方铅矿,含银硫盐及碳酸盐矿物也随后晶出沉淀。硫化物与硅质、钙质化学沉积物的混杂,是矿石贫化的原因之一。在化学沉积作用的过程中,陆源碎屑沉积也同时进行。在同生构造作用和海底水的影响下,硫化物堆积体与陆源碎屑沉积物发生震动、滑塌并沿海底斜坡流动,互相混杂,这是细碎屑岩建造中海底喷溢矿床矿石贫化的另一原因(Kerr,1994)。晚期岩浆热液矿化作用,使层状矿体中成矿物质部分活化和重新组合,与岩浆热液中矿质一起再次聚集,在均匀矿化背景下形成矿体的局部富集;在矿层以外构造带中,形成形态各异的脉状矿体。

4-通过对白牛厂矿床的地质特征成矿地质作用及成矿机理诸方面的综合研究,白牛厂矿床经历了加里东期同沉积成岩成矿作用和燕山期花岗质岩浆侵入叠加改造成矿作用。花岗质岩浆侵入作用不仅提供了热源、部分成矿流体及成矿元素,而且产生了接触带构造体系及滑脱构造,促进了长期的热水对流循环活动,使得被萃取的成矿物质迁移至有利的岩性构造部位淀积,形成工业矿床。因此,白牛厂矿床为多因-喷流层控型矿床。

参考文献:

[1]陈好寿.1981.我国层控多金属矿床Pb同位素特征及其成因意义.科学通报,26(11):614.

[2]李纯洁,史洪岳.1994.云南蒙自县白牛厂银多金属矿床成矿机制的探讨.第五届全国矿床会议论文集.北京:地质出版社,247-249.

[3]涂光炽.1988.中国层控矿床地球化学.第三卷.北京:科学出版社

[4]杨世瑜.1990.滇东南锡矿时空分布特征及成矿模式.地质科学,(2):138-140.

[5]陈学明等. 1998.云南白牛厂超大型银多金属矿床叠加成矿的地质地化特征.地质科学:第33卷.第一期.