引用本文
付胜云, 李泽泓, 贺春平, 郑正福, 唐分配, 邓蕾, 张惠, 李宏俭. 湖南凤凰地区地质构造与汞铅锌矿成矿关系研究[J].中国地质调查, 2017,4(6): 15-23.
FU Shengyun, LI Zehong, HE Chunping, ZHENG Zhengfu, TANG Fenpei, DENG Lei, ZHANG Hui, LI Hongjian. Relationship between geological structure and mineralization of mercury-lead-zinc deposit in the Fenghuang area[J].Geological Survey of China, 2017,4(6): 15-23.  
doi: 10.19388/j.zgdzdc.2017.06.03
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湖南凤凰地区地质构造与汞铅锌矿成矿关系研究
付胜云, 李泽泓, 贺春平, 郑正福, 唐分配, 邓蕾, 张惠, 李宏俭
湖南省地质调查院,长沙 410116

第一作者简介: 付胜云(1965—),男,高级工程师,主要从事矿产勘查、1:5万矿产地质调查及中国矿产地质志研编等工作。Email: 741212046@qq.com。

收稿日期: 2016-06-29
基金资助: 中国地质调查局“中国矿产地质与成矿规律综合集成和服务(矿产地质志)(编号: DD20160346)”和“1:5万阿拉、凤凰、云场坪、锦和幅区域矿产远景调查(编号: 121201088090)”联合资助
摘要

汞铅锌矿是湖南凤凰地区的优势矿种。介绍了该区汞铅锌矿的地质特征及类型,结合实际地质资料,综合分析了该区构造控矿因素,初步提出了该区汞铅锌矿的构造控矿规律: 区内汞铅锌矿床成因类型主要有层控叠加(沉积改造)型矿床和断层破碎带低温热液充填型脉状矿床; 导矿构造为NNE向和NE向区域性大断裂——保靖—铜仁断裂; 控矿构造为NNE向和NE向背斜核部及两翼,以及背斜与向斜转折部位; 容矿构造为NW向小断裂、容矿层中节理裂隙、层间裂隙及破碎带。

关键词: 地质构造; 汞铅锌矿; 构造控矿; 湖南凤凰地区
中图分类号:P618.4;P613 文献标志码:A 文章编号:2095-8706(2017)06-0015-09
Relationship between geological structure and mineralization of mercury-lead-zinc deposit in the Fenghuang area
FU Shengyun, LI Zehong, HE Chunping, ZHENG Zhengfu, TANG Fenpei, DENG Lei, ZHANG Hui, LI Hongjian
Hunan Institute of Geological Survey, Changsha 410116, China
Abstract

Mercury-lead-zinc deposit is the dominant mineral in Fenghuang area of Hunan Province. Combined with the actual geological data, this paper introduced the basic geological characteristics and types of mercury-lead-zinc deposit. In addition, the tectonic control factors of mineralization were analyzed, and structural ore-controlling regularity was initially proposed. Mineralization types of mercury-lead-zinc deposit in the study area are stratabound superimposed (sedimentary reformation) deposit and mesothermal-epithermal filling of fault fracture zone vein deposit. The structure as the passageway for ore fluids of mercury-lead-zinc deposit is the NNE and NE regional faults (Baojing-Tongren fracture), and the controlled ore structure is the NNE and NE anticlinal core, two wings and the turning parts of anticline and syncline. Besides, the ore-hosting structure is NW small faults, let seam joints, interlayer fracture and fracture zone.

Keyword: geological structure; mercury-lead-zinc deposit; structural ore-controlling Fenghuang area of Hunan Province
0 引言

湖南凤凰地区汞铅锌矿勘探及开采历史悠久, 前人对该区的地质特征、成矿条件进行过研究, 并取得了大量成果[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19], 但对该区成矿规律的研究, 尤其对构造与成矿关系的研究较少。近年来, 在“ 湖南省花垣— 凤凰地区矿产调查” 、“ 中国矿产地质与区域成矿规律综合研究” 等项目实施中, 笔者通过研究该区具有代表性的汞铅锌矿资料, 结合长期野外找矿实践及近期野外调研, 对该区构造与汞铅锌矿的成矿关系有了新认识, 现分述于下。

1 区域构造及矿田分布特征

凤凰地区茶田汞矿田、猴子坪汞矿田位于湘黔汞矿带北段, 西部边界为区域性大断裂保靖— 铜仁断裂。该断裂为雪峰期、加里东期的同沉积断裂, 形成了“ 北西高、南东低” 的古地势, 控制了震旦系、寒武系的分布, 是区域汞铅锌矿床的重要控矿断裂, 该断裂带东侧为一系列NE向汞铅锌矿田(图1)。

图1 湘黔汞矿带地质矿产简图[9]Fig.1 Geological and mineral resources sketch of mercury ore belt in Hunan and Guizhou[9]

2 构造运动与典型矿床地质特征

凤凰地区大地构造位置处于扬子陆块南部被动陆缘褶冲带[1], 主要经历了雪峰运动、加里东运动、印支运动、燕山运动及喜山运动等多期次构造运动。不同时期的构造运动在区内留下了变形程度、方式和特征各异的构造形迹[2, 3]。

该区主体构造定型于印支期, 以开阔型线状褶皱(侏罗山式褶皱)为特征。区内主压应力为NW-SE向, 在挤压应力场作用下, 形成了NE向褶皱。边界条件的差异使NE向逆断层成生, 近EW向压扭性断层初具雏形, NNE向断层在先存同沉积断层基础上进一步发展, 定型为主体构造格架。

燕山期以盆岭构造的成生演化为特征, 红层盆地边缘发育NE向高角度伸展断裂, 为区内破碎带型铅锌矿床的控矿断裂; 喜山期地壳运动以垂向为主, 表现为整体抬升, 各地块之间不均衡隆升, 形成了丘陵及山地。根据变形特征与构造样式差异, 将研究区划分为如下2个构造变形区(图2):

图2 湖南凤凰地区地质构造纲要图[1]
1.白垩系; 2.南华系— 奥陶系; 3.青白口系; 4.背斜轴迹; 5.向斜轴迹; 6.实测1推测断层; 7.逆断层及产状; 8.正断层及产状; 9.平移断层; 10.角度不整合界线; 11.褶皱编号; 12.断层编号
Ⅰ .凤凰— 云场坪构造变形区; Ⅱ .官庄— 锦和构造变形区Fig.2 Outline of the construction in Fenghuang area of Hunan[1]

(1)中部与西部地区。褶皱形态清晰, 规模大, 连续性好; 断裂相对集中成带, 彼此穿插与叠置交织成网, 并相互限制与改造。

(2)中部与东部地区。区域上属于沅麻盆地南西边缘, 地层产状总体平缓, 构造变形简单, 除局部地段可见短轴褶皱变形外, 其他地区主要是断裂构造变形, 并以正断层为主, 其中一些同沉积断裂由于差异升降形成了小型地堑、地垒构造组合。

依据地层间的角度不整合面, 认为区内典型变形样式或形迹主要为各构造变形的叠加、归并、包容、切割关系, 构造变形与寄生岩的相关性, 区域应力场的骤然变更等, 构造变形序列见表1。

表1 研究区构造变形序列 Tab.1 Tectonic deformation sequence of the study area

凤凰地区位于湘西鄂西成矿带南段、松桃— 丹寨汞矿带中段, 是湘西鄂西成矿带重要找矿远景区之一。汞铅锌矿是该区优势矿种, 区内汞铅锌矿床成因类型主要有层控叠加(沉积改造)型矿床和断层破碎带低温热液充填型脉状矿床。区内典型矿床茶田汞矿床共划分出5个矿段[4], 各矿段矿体数目、品位及储量等如表2所示。

表2 茶田汞矿各矿段含矿体个数、品位及储量统计 Tab.2 Statistics of the number, grade and reserves of the ore bodies in the Chatian mercury ore

剖面上矿体呈扁平透镜体状, 平面上矿体呈不规则状。在白崖壁、头坡脑、茶树喇3个矿段共探明32个矿体, 其中特大型矿体2个、大型矿体4个、中型矿体3个, 其他均为小型矿体。

矿体均分布于 2a3-2中。单个含矿体产状多以< 10° 的倾角整合于容矿层内, 长轴沿310° 方向延伸。一般以 2a3-2顶界为零向下计算, 产于0~20 m内的矿体称为上部位矿, 产于20~40 m内的称为中部位矿, 产于40 m以下的称为下部位矿。据统计, 特大型和大型矿体均为下— 中部位矿, 而下部位的矿占整个矿床总储量的80%以上。

矿体的密集分布地段与NW向Ⅲ 级复背斜的空间位置一致, 汞矿体主要沿背斜轴部附近分布[4]。具体控矿空间为容矿层中的层间角砾化带和层间破碎带, 前者被含矿脉石紧密胶结, 后者被含矿脉石穿插形成网脉状。

容矿层的岩石蚀变主要有硅化、白云石化、沥青化、闪锌矿化、黄铁矿化、褪色化、碳化, 其次有弱重晶石化、弱雄黄矿化、弱滑石化。茶田矿区矿石矿物成分见表3。

表3 茶田矿区矿物成分表[4] Tab.3 Mineral composition in the Chatian mining area[4]

矿物共生组合有: ①白云石、石英、黄铁矿、闪锌矿组合; ②白云石、重晶石、石英、闪锌矿、汞闪锌矿、黑辰砂、辰砂组合; ③白云石、石英、沥青、辰砂、辉锑矿、硫汞锑矿组合; ④白云石、沥青、辰砂、萤石、雄黄组合。

矿石结构主要有自形粒状结构、它形粒状镶嵌结构、交代溶蚀结构和包含结构; 矿石构造有角砾状构造、斑块状构造、浸染状构造、晶硐状构造、细脉状构造、晕圈状构造和皮膜状构造等。这些结构类型在同一矿体中往往同时出现, 相互间呈过渡关系。

矿石类型分为角砾状闪锌矿石(图3)、角砾状汞矿石、斑脉浸染状汞矿石、交代石英岩型汞矿石、角砾状汞锑矿石、角砾状汞锌矿石、晶洞状汞矿石、细脉状汞矿石、角砾状闪锌矿矿石以及胶状闪锌矿矿石等。

图3 角砾状闪锌矿矿石Fig.3 Photoes showing brecciform zinc ore

3 构造与成矿的关系
3.1 成矿物质来源及成矿作用

汞及铅锌源: ①来自深部上地幔— 下地壳; ②来自地壳拉张裂陷发育时期的地层(青白口系— 下寒武统)。区内矿床的壳源成矿物质主要为石牌洞组以下的一套厚度可观的“ 矿源岩系” 。汞及铅锌元素在该套地层中的原始积聚, 是该区汞铅锌矿床形成的先决条件之一[5]。

硫源: 该区铅锌矿床的硫主要来自震旦— 寒武纪的古海水硫酸盐(表4)。

表4 硫同位素分析结果[4] Tab.4 Sulfur isotope analysis result[4]

油气源: 油气的氧化分解残留物广泛分布在区内碳酸盐岩地层及铅锌矿床中, 表明其来自沉积盆地, 与区内沉积环境具有密切的成因联系。

成矿流体在造山运动构造压力及热力等动力驱动下, 通过深断裂及各级导矿系统以扩散-渗透的方式向上运移[6]。由于导矿系统常具有张性性质, 断裂和裂隙的张开度大, 尤其主干断裂破碎带宽阔, 含水空间大, 导水能力强, 所以成矿流体的流动渠道畅通, 供给周期短, 携带和沉淀成矿物质的能力增大, 可不断输往矿质沉淀成矿的场所。

3.2 构造控矿

川黔湘汞成矿区, 构造对汞矿的控制可划分为6个级别: 成矿区受我国新华夏构造第三隆起带南段控制; 汞矿构造域受主导性构造体系控制; 汞矿带受构造域内大背斜或复背斜控制; 汞矿田受不同体系构造正向叠加部位控制; 汞矿床受次一级背斜或断裂控制; 汞矿体受小褶皱的有利部位或断裂有利部位, 或褶皱断裂的组合部位控制[7]。

地质构造对内生热液型矿产具有主导作用。热液脉状铅锌铜矿主要与NE向断裂密切相关, 矿脉多沿断层破裂面或其派生裂隙产出, 且多产于背斜核部或盆地构造的内外边缘地带, 尤以盆地的边缘矿化较富集。层状汞铅锌矿均产于背斜与向斜过渡部位或向斜中, 充填交代型铅锌矿则产于复背斜之倾伏端(如桐木董), 矿化较富集。

区内汞铅锌矿的导矿构造为NNE向和NE向区域性大断裂— — 凤凰— 张家界断裂, 配矿构造为NNE东向和NE向背斜核部及两翼以及背斜与向斜的转折部位, 容矿构造为NW向小断裂、容矿层中节理裂隙、层间裂隙及破碎带。

3.2.1 深断裂带控矿

湘黔深断裂带从研究区西侧通过, 主断裂在松桃附近, 断裂切穿地壳, 深达岩石圈底部, 断裂带倾向SE, 倾角55° 。断裂带东侧软流圈抬升, 莫霍面深约40 km, 西侧软流圈下降, 莫霍面深约45 km, 东西落差约5 km。该断裂控制了湘西北地区中— 晚寒武世的岩相古地理环境[8]。断裂西侧寒武系中上统为潟湖相白云岩及台地浅滩相灰岩沉积, 东侧为台缘斜坡— 台盆相泥质碳酸盐岩沉积。研究区古地势北西高、南东低, 依次为台地相区、台缘斜相区和盆地相区。

湘黔汞矿带受大型压扭性旋扭构造系统控制, 在矿床产出定位中, 构造具有主导作用。岩相控矿主要表现为岩性或岩性组合的差异, 在构造应力作用下, 在能干层中产生构造裂隙系统, 为含矿流体提供容矿空间。在旋扭构造系统中, NE向断裂带控制了汞矿带内各矿田的展布, 而由NE向断裂带派生的次级张扭性断裂、裂隙带控制单个矿体或矿床的产出和定位。特大型和大型汞矿床大多产于旋扭构造的强应力区和中应力区内。

研究区汞铅锌矿田均产于湘黔深断裂带东侧, 呈NE向布列, 大致呈雁行状产出(图1)。研究区内NNE向断裂, 如F1(麻栗场断裂南段)、F2、F4(乌巢河断裂)等, 是汞(铅锌)矿带的一级控矿构造, 为含矿热液提供上升通道, 为重要的导矿构造; NE向断裂为控制矿田的二级构造, 具有导矿与储矿作用; NE向断裂两侧派生的小断裂和波状复式倾伏背斜, 是控制矿化体(矿床)的三级构造, 为矿床的富集提供空间。NNE向断裂与NE向构造的复合部位是汞、铅锌矿液聚集的成矿有利部位。

湘黔深断裂带东部边界保靖— 铜仁断裂(图1), 东侧作反时针扭动, 为右行平移逆冲性质[9]。汞矿田均产于保靖— 铜仁断裂带上盘, 地表矿出露距断裂带均不超过6 km, 其外仅有少量矿点分布, 可见汞矿的形成与保靖— 铜仁断裂具有成因联系。以保靖— 铜仁断裂为主体的NNE向构造控制了汞矿带的分布, 使湘黔汞矿带沿断裂东侧向NNE向延伸。而NE向断层呈左阶排列, 据朱战军等[10]模拟实验结果, 雁列断层呈左阶排列, 平行断层方向的剪应力为右型, 称为LR型雁列构造, 这一实验结果与研究区野外观察到的NE向断层为右型一致。

3.2.2 矿田构造控矿

汞矿带内各矿田的展布与NE向断裂密切相关, 均处于二者的复合部位。由北向南, 猴子坪断裂带— 酒店塘断裂带分别控制了猴子坪矿田、茶田大硐喇矿田、岩屋坪万山矿田和酒店塘矿田的产出。各矿田大致呈左阶雁行排列(图1)。

凤凰茶田矿田产于寒武系熬溪组盆地边缘斜坡相带, NNE向保(靖)— 铜(仁)— 玉(屏)大断裂是控制铜凤汞矿带的构造因素[4]。该矿田主要由麻栗场断裂南段、乌巢河断裂和凤凰复背斜及一系列Ⅱ 级褶皱构成矿田的构造格架(图4)。矿田内Ⅱ 级褶皱为一系列NW向波状褶皱, 自南向北沿乌巢河断层东侧呈右行斜列式分布, 间距大致相等, 间距2~3 km, 一般长4~7 km, 宽2~3 km。NW向褶皱控制了矿田汞锌矿化带的展布, 控矿机理主要为促使储矿层形成更多容矿空间。轴部及近轴两翼等软弱部位由于应力相对集中, 往往形成层间虚脱, 岩石破碎, 小断层及节理裂隙发育, 从而形成富矿体。除区域性“ 麻栗场” 和“ 乌巢河” 2条主干导矿断裂外, 矿田内NE向断裂发育, 均具有“ 先张后压扭” 2期以上活动的特点, 有利于矿化富集, 为导矿构造。区内仅有数条小型NEE向断裂和NW向断裂, 在容矿层中发育密集程度不同的NW向张扭性裂隙和“ 层间” 破碎带, 一般不穿过盖层。容矿层中还发育层间破碎角砾化带, 常与背斜轴吻合。以上2种构造是汞矿的容矿空间。

茶田矿田内矿化分带明显, 由西向东依次为汞锌矿带和铅锌矿带, 说明深断裂带的远近导致控矿作用发生明显差异。汞锌矿带位于矿田西侧, 赋矿层位为中寒武世敖溪组上段细— 粉晶白云岩中的似层状层间破碎角砾岩化、网状方解石细脉化蚀变体, 并严格受其控制。铅锌矿带位于矿田中部及东侧, 赋矿层位为中寒武世敖溪组上段细— 粉晶白云岩和早寒武世清虚洞组灰岩。

NE向断裂带两侧派生的NW向张扭性断裂、裂隙控制汞矿体或矿床的定位(图4)。

图4 凤凰汞铅锌矿田构造纲要图[1]
1.白垩系; 2.寒武系上统; 3.寒武系中统; 4.寒武系下统; 5.震旦系; 6.青白口系; 7.地质界线; 8.断层; 9.背斜轴线; 10.向斜轴线Fig.4 Outline of mercury-lead-zinc orefield structure in Fenghuang area[1]

该组张扭性裂隙的扭动导致矿田单个矿体走向发生变化, 如猴子坪矿田矿体走向为310° ~330° , 即矿体走向由南向北产生了顺时针扭动(图5)。

图5 猴子坪汞矿床地质矿产简图[9]
1.中寒武世敖溪组; 2.中寒武世花桥组; 3.断层和背斜; 4.汞矿体Fig.5 Geological and mineral resources sketch of Houziping mercury deposit[9]

3.2.3 伸展断裂控矿

沅麻盆地西南缘石羊哨一带, 发育一系列NE向张性伸展断裂F41、F42和F43, 其倾角均在70° 以上, 具张性正滑特征, 断裂带内张性节理密集发育, 伴随褪色蚀变和重晶石化, 次级断裂中有温泉涌出。该断裂带为燕山期伸展剥离作用的产物, 由于伸展作用导致地壳变薄, 地幔上隆, 地热流活跃, 有利于成矿热液向上迁移。当伸展断层切割不整合面时, 白垩纪石门组底砾岩性脆, 裂隙发育, 热液作用使铅锌矿化进一步富集[12]。

3.2.4 断裂与褶皱的复合控矿

燕山期构造体系是层控汞矿的重要控矿条件, 层控汞矿床多分布在古陆边缘, 特别是江南古陆边缘, 是寻找各类层控汞矿的有利地带。按构造控矿机制和汞的气、液成矿特性, 在有汞矿化的深断裂沿线及主次构造的交叉复合处, 应对封闭良好的背斜加强研究, 这些部位具有良好的找矿前景。矿床产出位置多位于断裂中上部, 并与背斜次级构造分布有关, 一般背斜轴部和两翼的张性或张扭性断裂带是汞的最佳富集区, 背斜倾伏端、翼部的层间断裂和鞍部也常赋存一定工业价值的矿体[13]。

断裂与褶皱复合控矿的一般规律为长期活动的NNE向深断裂控制矿带, NW向Ⅱ 级宽缓背斜控制矿床, NW向Ⅲ 级背斜控制矿体的密集分布段, 而层间角砾化带、层间破碎带及NW向裂隙是汞(含)矿体的具体充填空间。

3.2.5 褶皱控矿

汞矿体的产出受褶皱控制, 褶皱为汞矿矿化富集提供有利的空间, 富矿体通常均产于形态复杂的Ⅳ 、Ⅴ 级小褶皱内。

3.2.6 构造应力场控矿

湖南省构造应力场大致分为2个历史阶段。武陵运动、雪峰运动至加里东运动, 延续至海西运动为第一阶段, 该阶段主压应力场方向为NW-SE, 形成一系列弧顶指向NW的大型弧形构造和NE向构造, 在大型弧形构造内侧(加里东期), 形成一系列与大型弧形构造一致的次级弧形构造; 印支运动、燕山运动、喜山运动至新构造运动(包括现代构造运动)为第二阶段, 该阶段主压应力场方向为EW、NE和NW的剪应力方向, 由老至新垂直运动逐步取代水平运动, 出现SN向构造、EW向构造和一系列NE向构造等[15]。

研究区矿体形成于应力场叠加、构造出现张性改造的部位。断裂的力学性质与成矿有关, 发生张性改造的断裂易形成容矿空间, 有利于汞矿富集。构造应力场控制矿体的形成、展布及规模[16]。

3.3 成矿模式及成矿系列

凤凰地区汞锌矿的成矿模式如图6所示。

图6 凤凰地区层控型汞铅锌矿成矿模式
1.层纹状白云岩; 2.浊积灰岩; 3.白云岩; 4.灰岩; 5.泥质灰岩; 6.页岩; 7.黑色含钾页岩(敖溪组下段); 8.容矿层盖层; 9.层纹-包卷状白云岩; 10.“ 角砾化” 带; 11.汞矿体; 12.褶皱基底; 13.青白口纪冷家溪群; 14.青白口纪板溪群; 15.震旦系— 中寒武统底部; 16.中寒武世敖溪组上段第二岩性段(容矿层); 17.中、上寒武统; 18.断裂; 19.沉积相带界线Fig.6 Metallogenic model of stratabound mercury-lead-zinc deposit in Fenghuang area

(1)作为主要矿源的含矿碎屑岩系是中寒武世地壳拉张裂陷(裂谷)时期的沉积产物, 其主体是青白口纪晚期— 早寒武世牛蹄塘期地层, 大气降水成因的热卤水在循环过程中淋滤并萃取地层中的汞等金属元素, 形成含矿热卤水(矿液)。

(2)在加里东构造活动期, 深部汞呈气态沿深断裂上升至上地壳后, 因温度降低转变为液态并加入向上运移的含矿热卤水中, 汞在矿液中主要以氯络合物的形式搬运。

(3) 1n(即“ 黑层” )中形成的油气物质在加里东构造运动早期沿断裂系统向上运移, 途经容矿层时, 少部分滞留在容矿层封闭条件较好地段或岩石裂隙中, 大部分已逸散, 仅在途经的岩石裂隙中留下一些沥青质等碳氢化合物的残余物质。

(4)地层中含S O42-的水溶液被碳酸盐岩中的沥青质、有机质及容矿层中的CH4还原, 产生H2S气体(还原硫)。

(5)矿液进入环境相对封闭的容矿空间时, 溶液中的汞、锌等氯络合物与还原硫反应生成HgS、ZnS沉淀而成矿。

依据陈毓川等[18]“ 全国矿床成矿系列” 划分方案, 将全省汞矿产资源划分为1个系列组(与热卤水作用有关的矿床成矿系列组合)、1个成矿系列和1个亚系列[18, 19, 20], 具体如表5所示。

表5 汞铅锌矿床成矿系列划分 Tab.5 Classification of metallogenic series of mercury-lead-zinc deposit
4 结论

地质构造对湖南凤凰地区汞铅锌矿的形成具有主导作用。地质构造与汞铅锌矿成矿关系研究对该地区汞铅锌矿找矿具有指导作用, 目前凤凰汞锌矿田取得了较好的找矿成果及社会经济效益。今后该区深部找矿需进一步加强对地质构造及成矿规律的研究, 改变过去只重视接触带平面横向追索找矿的思路。采用新方法、新理论进行综合垂向找矿, 才能进一步扩大既有矿床的找矿规模。

(责任编辑: 刁淑娟)

The authors have declared that no competing interests exist.

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