沉积喷流型矿床热水沉积旋回及其地球化学特征

第 23 卷 　第 2 期 西 安 科 技 学 院 学 报 Vol. 23 　No. 2 　2003 年 6 月 　JOURNAL OF XI’AN UN IV ERSIT Y OF SCIENCE AND TECHNOLO GY J un. 2003 　　文章编号 : 1671 - 1912 (2003) 02 - 0151 - 05 沉积喷流型矿床热水沉积旋回及其地球化学特征 Ξ 端木合顺 (西安科技学院 地质与环境工程系 ,陕西 西安 　710054) 摘 　要 : 银洞子硫化物多金属矿床为一沉积喷流型矿床 ,后期叠加改造作用较弱 ,比较完整地保 存了热水同生沉积特征 ,构成完整 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 喷溢热水流体活动的演化序列 ,是盆地古流体研究的理想 天然实验室。矿区内热水沉积体在纵向上由于热水沉积岩层厚变化形成的一系列小的韵律层 , 组成一个热水沉积层厚从小 —大 —小的完整旋回结构层。该旋回结构层可以分为 3 部分 :下部 为含闪锌矿纹层碳质千枚岩 ;中部为以 13 号主矿体为代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 的条带状富矿体 ;上部为含方铅矿纹 层的铁白云质千枚岩。反映了热水喷溢沉积作用完整演化序列。热水沉积旋回岩石中 Al2O3 , MgO ,Na2O , K2O 含量以及 ( Fe + Mn) / Ti ,SiO2/ Al2O3 ,SiO2/ MgO ,SiO2/ K2O 比值等均表现出相 似的旋回式变化特点。 关键词 : 热水沉积体 ; 热水沉积旋回 ; 岩石化学 ; 硫同位素 中图分类号 : P 618. 4 　　　文献标识码 : A 0 　引 　言 热水沉积作为揭示盆地古流体时间演化和空间分布 ———盆地流体场的有效工具和可靠途径 ,在盆地 流体研究中具有重要意义。作为典型的沉积喷流型热水沉积矿床 ,银洞子矿区有一个长期存在的古地热 异常[1 ] ,足以推动和完成热水对流房的全部演化历史 ;具有较为发育的 ,并有较高成矿元素本底值的下伏 沉积柱 (耀岭河群火山沉积地层) [2 ] ,保证了成矿热液中有较高成矿元素浓度 ;同沉积期构造演化完整且 强烈[3 ,4 ] ,提供了热水对流房形成系统及封闭性好的成矿盆地和通畅的喷溢通道 ,使之能完成热水成矿的 全过程 ;后期构造改造较弱 ,不足掩盖同生性质的盆地填集特征 , 构成完整记录流体活动的演化序列[5 ] , 从而成为盆地古流体演化研究的理想天然实验室。 古代热水沉积岩更多是作为火山喷流型块状硫化物矿床和沉积喷流型热水沉积矿床含矿建造的组成 部分被识别 ,为解决矿床成因提供岩石学依据[7～13 ] ,对盆地充填序列热水沉积学研究则显不足。研究能 够反映热水活动强度及性质的岩石学和地球化学特征在空间上的演化规律 ,是查明热水沉积体的组合关 系、空间三维结构和热水作用的发生、发展和消亡过程的有效途径。 1 　研究区地质背景 银硐子矿床位于秦岭微板块北缘被动陆缘断陷盆地[3 ,4 ] 。盆地基底为震旦系耀岭河群中 - 基性火山 熔岩 ,以底砾岩和古风化壳与中泥盆统地层呈角度不整合接触 ,说明在中泥盆统之前该区曾抬升 ,遭受强 烈剥蚀。 自中泥盆世开始 ,地壳快速而持续下沉 ,首先堆积了以长石石英杂砂岩为主的牛耳川组 ,岩性岩相和 沉积厚度在整个成矿区变化不大 ,以银洞子地区为沉降中心。到池沟组沉积期 ,从快速下沉堆积形成底部Ξ 收稿日期 : 2003 - 03 - 15 基金项目 : 国家重大科学基金资助项目 (10299040) 作者简介 : 端木合顺 (1960 - ) ,男 ,陕西泾阳人 ,在职博士研究生 ,副教授 ,主要从事岩石矿物学与矿物加工工程的科研与教学. © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 杂砂岩、砂岩开始 ,随后转化为持续稳定下沉 ,形成以二峪河地段为中心的深水盆地环境 ,岩性岩相和沉积 厚度变化加剧。青石垭组沉积期 ,持续下沉受同生断裂构造影响 ,盆地内出现相对隆起地段及相间的次级 水下洼地 ,盆地总体上表现为沉降大于沉积的非补偿性质 ,主要热水沉积岩 (包括低温长石岩类、铁镁碳酸 盐岩类、硅岩类、绿泥石岩、重晶石岩)和层状硫化物矿石即产于这种环境[5 ] 。整个区域自西向东在 3 个洼 地环境形成了特征相似的银洞子菱特多金属矿床、黑沟矿床和桐木沟矿床。 2 　热水沉积旋回特征 2. 1 　热水沉积层垂向加积特征 热水沉积岩中之层纹状或条带状构造由不同类型热水沉积条带或纹层与正常海水沉积纹层相间垂向 加积构成 ,单一韵律均由正常海水沉积 (泥质或钙质) 薄层或纹层与热水沉积层或不同热水沉积纹层组成 薄厚相间的近对称结构。 在主矿体上下的贫矿石中 ,热水沉积岩中之层纹状或条带状构造由不同类型热水沉积条带或纹层与 正常海水沉积纹层相间叠积而成 ,单一韵律均由正常海水沉积 (泥质或方介石质) 薄层或纹层与热水沉积 层或不同热水沉积纹层组成薄厚相间的近对称结构 ,如层纹状方铅矿 →碧玉、方铅矿 →黄铁矿 + 磁黄铁矿 + 黄铜矿 + 方铅矿 →铁白云质泥 (千枚岩) →铁白云石 ;方铅矿 + 黄铁矿 + 重晶石 + 钠长石 + 方解石 →泥 质 (千枚岩) ;方铅矿 + 闪锌矿 + 黄铁矿 + 黄铜矿 →重晶石 →泥质 (千枚岩)等。 图 1 　银洞子矿床矿体剖面结构示意图 Fig. 1 　Sketch of ore2body sectiong in Yindongzi deposit2. 2 　热水沉积层的旋回结构从矿体本身看 ,热水沉积层具有明显的近对称分布特征。即矿体中部为条带 - 层块状富矿石 (13 号主矿体) ,上部为稀疏条带状平行小铅矿体 ,下部则为含闪锌矿条纹的黑色千枚岩 (图 1) 。现以银洞子矿床 13 号主矿体银铅矿段剖面说明如下。中部条带浸染状富矿石单脉厚变化在 0. 1～1. 3 m ,富矿石总厚度 5～13 m ,矿石为中细粒结构 ,主要金属矿物为方铅矿、闪锌矿 ,其次为黄铁矿及磁黄铁矿 ;银矿物主要为辉银矿 ;脉石矿物主要为重晶石、石英 (玉髓) 、钠长石、碳酸盐、有机质等。矿体上部为条纹、条带状铅矿石 ,矿脉呈条纹、条带 状沿铁白云质千枚理分布 ,局部可见呈串珠状 ,或“尖灭再现”等现象 ,单脉厚 0. 1～2 cm ,每米岩石含矿脉 10～15 条 ,最多可达 25 条以上。越接近富矿石则矿脉条纹、条带越密集 ,金属矿物大都呈中 - 细粒状 ,主 要为方铅矿 ,少量黄铁矿 ,微量闪锌矿 ,矿体中局部有后期迭加的呈不规则脉状或团块状方铅矿铁白云石 脉。 矿体下部主要为黑色千枚岩含条纹状闪锌矿 ,有少量方铅矿纹层 ,最大厚度 7 m ,一般在一米之内有 3 ～5 条矿脉 ,单脉厚 0. 2～1 cm ,个别可达 25 cm ,沿含碳绿泥绢云千枚岩的层理分布。矿体下部分布的这 种条纹状贫矿石的岩石学特征与河北兴隆地区块状硫化物矿床底板发育的热水沉积成因硫化物黑色页岩 特征[14 ]一致 ,具有找矿标志层意义。它的出现预示上部条带浸染状富矿体的存在。 热水沉积层的含量与规模在纵向上组成低 —高 —低完整旋回。文献[ 15 ]将类似现象称之为“眼式构 造”,并将之视为热水沉积的典型岩石学标志。 矿体走向上相变剧烈 ,以银铅矿段为例 ,硫化物重晶石岩 →硫化物钠长似碧玉岩 →硫化物铁碳酸盐 ; 似碧玉岩沿矿层急剧相变 ,呈透镜状顺层产出 ,走向长度一般在 0. 5～30 m ,与硫化物岩间界线为锯齿状。 硫化物重晶石岩侧向变为重晶石千枚岩 →钡白云母千枚岩 →绢云母千枚岩。由于热水沉积物相变 ,造成 整个矿体水平分带明显 ,其分带特征与红海阿蓝蒂斯 Ⅱ号海渊富金属软泥热水沉积[16 ]类似。 一般来讲 ,热水中矿质的淀出与底水介质性质 (p H 值、Eh 值、离子类型及浓度)有关 ,有人提出了岩相 控矿理论并据以建立以岩相古地理研究为基础的成矿预测模型 ,即所谓 (地) 层、(岩) 相、(构造部) 位控 251 西 安 科 技 学 院 学 报 　　　　　　　　　　　　　2003 年 　 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 矿[17 ] 。 但在缺氧盆地微相 (微环境)尺度 ,上下盘围岩岩性变化包含的微环境变化信息使控矿作用并不明显。 尽管热水中物质沉淀有多种机制 ,如蒸发浓缩、p H 值变化和阳离子效应等 ,但控制水下矿物淀出的主要因 素是热水演化过程中的温度降低 (冷却) [18 ,19 ] 。因此 ,可以认为热水沉积层内部的岩相变化主要是热水温 度变化的函数。银洞子矿床下盘围岩中碳质富集至少部分地与酸性还原性热水活动有关 ,而不能说下盘 围岩碳质富集所反映的还原环境是热水沉积得以进行的前提条件。 总之 ,热水喷溢进入海底后 ,由于温度变化发生了明显的横向分异 ,控制了主矿体不同部位的成矿金 属元素组合 ,但没有改变热水岩系纵向上的旋回沉积特征。 3 　热水沉积旋回层序地球化学 无论是一次大的热水事件 ,还是一次小的喷溢都有从出现到增强并逐渐减弱以至消失的过程。因此 热水对背景沉积环境的影响也有从弱到强再到弱的变化 ,相应的热水携带物质对背景沉积物的加入也有 从少到多至极盛后逐渐减少、消失的趋势。热水活动在时空上的变化必然在热水沉积旋回中留下相应的 地球化学纪录。 3. 1 　岩 (矿)石化学成分 笔者采集并化学定量分析了 13 号主矿体及围岩样品 (表 1) 。从表 1 可以看出 ,围岩中 K2O 含量大于 Na2O ;矿体中则 Na2O 大于 K2O。岩矿石中这种 Na 和 K不同的分布特征 ,反映了深源物质交代的 K - Na 不相容规律[20 ] 。这是热水喷溢作用带来的富钠热水就地对沉积碱交代的结果[21 ] 。 作为陆源物质的铝 (主要赋存于粘土矿物)和镁则表现为以矿体为中心的高 —低 —高趋势。常作为热 水沉积岩岩石化学标志的 ( Fe + Mn) / Ti (热水沉积岩中大于 20 [22 ]) ,SiO2/ Al2O3 ,SiO2/ MgO ,SiO2/ K2O 比 值也有类似的变化特征 (表 2) 。 表 1 　银洞子矿床矿体及围岩矿石化学成分表 Tab. 1 　The chemical contents of the Yindongzi ore body and the surrounding rocks ×10 - 2 地质位置 岩石类型 样数 岩石化学成分平均含量 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO CaO MgO K2O Na2O P2O5 CO2 TC Corg 上盘围岩 铁白云质千枚岩 3 52. 75 0. 68 18. 46 1. 21 4. 54 0. 22 5. 15 1. 21 4. 10 0. 49 0. 133 5. 99 1. 68 0. 05 绿泥绢云千枚岩 2 57. 10 0. 79 20. 30 1. 72 6. 11 0. 16 0. 34 1. 05 5. 00 0. 36 0. 15 2. 03 0. 56 0. 01 矿体 条带状含铜银矿石 5 47. 20 0. 57 15. 20 4. 04 4. 06 0. 136 1. 57 0. 72 2. 51 3. 30 0. 124 1. 81 0. 54 0. 05 浸染状含铅银矿石 4 46. 40 0. 45 13. 67 4. 05 8. 28 0. 07 2. 02 0. 97 2. 06 2. 87 0. 15 5. 24 0. 13 下盘围岩 含碳铁白云质千枚岩 2 53. 85 0. 60 15. 56 1. 13 4. 16 0. 17 5. 60 2. 10 3. 97 0. 41 0. 13 4. 92 1. 34 0. 00 含碳菱铁千枚岩 2 45. 45 0. 54 12. 85 1. 82 17. 82 0. 56 0. 34 1. 61 0. 88 0. 21 0. 14 7. 06 3. 03 0. 11 　　　测试单位 :西北有色金属地质研究院 ;测试方法 :化学定量法 ;资料来源 :本文。矿石中没有测成矿元素含量。 3. 2 　方柱石单矿物成分环带 Na ,Cl 含量变化 赋存于钠长岩中的钙钠方柱石 ,矿物粒径 0. 2～0. 7 mm ,具有交代钠长石矿物的残余结构。笔者在 银洞子矿床 13 号主矿体不同部位采集了成分环带发育的方柱石样品并作了电子探针定量分析 (表 3) ,发 现在成矿早期 (矿体下部样品) ,热水交代成因方柱石成分环带显示 :从中心到边部 (从早到晚) Na ,Cl 含量 逐渐升高 ;成矿中晚期形成的方柱石成分环带刚好相反 ,从中心到边部 Na ,Cl 含量逐渐降低。这可能与 热水喷溢进入海底后形成的双元水体结构造成的底水介质周期性变化有关。在成矿作用早期 ,海底热水 活动过程中底水中 Na ,Cl 含量是逐渐富集的 ,至主成矿阶段 ,Na ,CI 含量也达到最大值 ;到了成矿作用中 晚期 ,随着热水作用的减弱 ,海水中 Na ,CI 的含量也逐渐降低 ,从而不同期成矿热水对先成矿物钠长石的 交代就形成了两种截然不同的方柱石成分环带。 3. 3 　硫同位素组成 在硫同位素单矿物样品采集中 ,为了排除后期叠加改造作用的影响 ,笔者从底板围岩通过矿体到顶板 351第 2 期 　　　　　　　　　　端木合顺 　沉积喷流型矿床热水沉积旋回及其地球化学特征 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 围岩进行系统采样 ,从中挑选出同生期矿物颗粒作硫同位素组成分析。黄铁矿和方铅矿δ34 S 值均出现了 从较低值 (底板围岩)变化至较高值 (主矿体)再到较低值 (顶板平行铅矿体) 的变化。19 件分析样品表明 , 13 号矿体下盘围岩δ34S黄铁矿平均为 1. 27 ‰,δ34 S方铅矿平均为 2. 85 ‰,13 号矿体δ34 S黄铁矿平均为 17. 79 ‰,δ34S方铅矿平均为 10. 82 ‰. 表 2 　岩矿石中元素、氧化物比值 (据表 1 计算) Tab. 2 　Ratio of element and oxide in ore body and the surrounding rocks( according to table 1) 地质位置 岩石类型 ( Fe + Mn) / Ti SiO2/ Al2O3 SiO2/ MgO SiO2/ K2O 上盘围岩 铁白云质千枚岩 10. 03 2. 86 43. 59 12. 87 绿泥绢云千枚岩 10. 29 2. 81 54. 38 11. 42 矿体 条带状含铜银矿石 14. 45 3. 1 65 18. 88 浸染状含铅银矿石 27. 48 3. 39 41 22. 52 下盘围岩 含碳铁白云质千枚岩 9. 22 2. 87 25 13. 56 表 3 　方柱石电子探针分析 Tab. 3 　Electron microprobe analysis of scopolite ×10 - 2 产状 样品数 环带 SiO2 Al2O3 FeO MgO CaO Na2O K2O Cl 其他 总量 矿体上部钠长岩 3 个样品平均 中心 54. 48 22. 96 0. 24 0. 02 8. 13 8. 95 0. 50 3. 10 0. 70 97. 81 边部 55. 01 23. 69 0. 74 0. 11 8. 11 8. 64 0. 54 2. 99 0. 68 99. 47 矿体下部钠长岩 2 个样品平均 中心 52. 95 25. 50 0. 09 0. 08 12. 49 7. 42 0. 45 2. 15 0. 48 100. 09 边部 54. 55 24. 84 0. 06 0. 03 10. 38 8. 51 0. 52 3. 32 0. 64 101. 07 　　　测试单位 :西安矿产研究所 ;分析条件 :电压 15 kV ;电流 20 nA ;束斑 3μm ,ZAF校正 ;J EOL - 733 电子探针仪定量分析。 银洞子矿床主矿体上部分布的小铅矿体δ34S 值很低。小铅矿体中δ34 S黄铁矿为 1. 91 ‰～4. 61 ‰,平 均 3. 46 ‰,δ34S方铅矿为 - 1. 69 ‰～2. 36 ‰,平均 0. 79 ‰,与主矿体的硫同位素组成相差甚远。小铅矿体 与主矿体地质特征相同 ,铅同位素组成一样 ,二者均位于206 Pb/ 204 Pb = 17. 900～18. 200 ,207 Pb/ 204 Pb = 15. 550～15. 750 ,208 Pb/ 204 Pb = 37. 900～38. 500 的狭小范围内[22 ,23 ] ,说明小铅矿体与主矿体具有相同的 物质来源和成因。小铅矿体的δ34S 值变低与成矿后期成矿盆地由封闭变为开放 ,硫酸盐的还原速度由快 变慢有关。即柞 - 山成矿盆地从早到晚逐渐由开放变为封闭 ,至成矿后期又由封闭转化为开放 ;硫酸盐还 原速度、硫化物沉淀速度也由快变慢。 4 　结 　论 1) 热水沉积旋回反映了热水沉积作用过程中盆地古流体的演化规律 ; 2) 热水沉积旋回结构层中的地球化学标志具有相应的空间变化规律 ; 以上特征可以为建立热水沉积矿床勘探模式提供依据。 参考文献 : [1 ] 　翟刚毅 ,徐 　强 ,杨志华 . 东秦岭沉积盆地演化中的成矿作用[J ] .矿物岩石 ,2001 ,20 (3) :51 - 55. 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It preserves hydrothermal syn2sedimentary feature perfectly and makes integral record of evolvement sequence of hydrothermal fluid activity , so it is an ideal inartificial laboratory to study basin ancient fluid. In longitudinal way , hot water sedimentary body in mine changes into a series of small rhythm laminea and constitutes an integral st ructural bed of cycling whose hot water sedimentary layer thick2 ness is f rom small to large to small. This st ructural bed of cycling is composed of three parts , the bottom is carbonic phyllite in which bearing sphalerite , the middle is No13 main stripped rich ore2body , and the top is Fe2dolomite phyllite in which bearing galenite , which reflects the evolvement sequence of hydrothermal fluid activity. Meanwhile , the content of Al2O3 ,MgO ,Na2O and K2O and the ratios of Fe and Mn to Ti , SiO2 to Al2O3 , SiO2 to MgO , SiO2 to K2O , the variety of scopolite’s component and sulfur isotopic composition in pyrite and galenite change with similar cycling pattern in hydrothermal sedimentary cycling rock. Key words : hot water sedimentary body ; hydrothermal sedimentary ; cycling ; petrochemistry sulfur isotopic 551第 2 期 　　　　　　　　　　端木合顺 　沉积喷流型矿床热水沉积旋回及其地球化学特征 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net