環(huán)球今熱點(diǎn)：曹林杰等：北大巴山平利縣大坪—金嶺重晶石礦床地球化學(xué)特征與成礦物源分析

北大巴山平利縣大坪—金嶺重晶石礦床地球化學(xué)特征與成礦物源分析

曹林杰1,?張運(yùn)周1,?李四龍1,?王志紅1,?張瑤2,?張寒1

（1.陜西地礦第一地質(zhì)隊(duì)有限公司,陜西 安康 725000；2.中國石化西南油氣分公司 石油工程技術(shù)研究院,四川 德陽 618000）

(相關(guān)資料圖)

摘? ? 要

大坪—金嶺重晶石礦床位于南秦嶺平利復(fù)背斜南翼,處于大巴山平利穹隆南西緣。通過區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景、礦床地質(zhì)特征、碳氧同位素與稀土元素分析,初步探討了大坪—金嶺重晶石礦床的成礦物質(zhì)來源和礦床成因。通過地球化學(xué)分析結(jié)果可知,樣品δ18OV-SMOW介于1.44‰~2.20‰,測得溫度介于60.72~122.87 ℃。礦石與圍巖具相似的稀土元素特征,具高LREE/HREE值,δEu負(fù)異常,δCe也為負(fù)異常,說明重晶石與圍巖物質(zhì)的來源可能相同。結(jié)合礦床地質(zhì)特征研究,認(rèn)為大坪—金嶺重晶石礦床賦礦層位為寒武系魯家坪組,礦床形成于大陸邊緣斜坡,該沉積環(huán)境為SO2-4形成提供優(yōu)越的條件,震旦系燈影組地層可能為大坪—金嶺重晶石礦床Ba的主要來源,礦床為受斷層破碎帶控制的低溫?zé)嵋旱V床。

關(guān)鍵詞

魯家坪組;?地球化學(xué);?成礦物質(zhì)來源;?北大巴山

0 引? ? 言

大巴山一帶基礎(chǔ)地質(zhì)工作程度相對較高,礦區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查不同尺度條件下的科研成果頗豐。前人對北大巴山地質(zhì)做了詳盡的物探、化探工作,為印支期為大巴山主造山期的理論提供了眾多重要依據(jù),為南秦嶺—大巴山一帶礦產(chǎn)勘查奠定了一定的基礎(chǔ)[1-2]。南秦嶺一帶重晶石礦床研究已取得較為豐碩的成果,從地質(zhì)與構(gòu)造特征[3??-6]、地球化學(xué)特征[7?-9]、生物地球化學(xué)特征[10-11]等方面,探討了南秦嶺重晶石礦床的成礦流體、成礦帶特征、礦層產(chǎn)出特征與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和沉積環(huán)境之間的關(guān)系、礦床成因以及成礦物質(zhì)來源。近年來,眾多學(xué)者從不同角度研究重晶石礦床成因,進(jìn)行了找礦預(yù)測。本文旨在從地質(zhì)背景、礦床特征、地球化學(xué)特征等方面出發(fā),研究重晶石礦床的古溫度、古環(huán)境等方面的信息,揭示成礦物質(zhì)來源, 為后續(xù)研究提供新的地質(zhì)依據(jù),為找礦提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

礦區(qū)位于南秦嶺構(gòu)造帶北大巴山復(fù)背斜帶的平利復(fù)背斜南翼,處于揚(yáng)子板塊(羌塘—揚(yáng)子—華南)秦嶺—大別山新元古代—中生代造山帶的北大巴山—西傾山早古生代裂谷帶(Pz1)的平利穹隆西南緣,藺河街—王家坪韌性逆沖推覆剪切帶及其次級(jí)的韌性剪切帶、剝離斷層和一系列復(fù)式褶皺組成了區(qū)域上的基本構(gòu)造格架[1,12]。區(qū)域巖漿巖較為發(fā)育,主要為薊縣系—青白口系中酸性、基性侵入巖和滔河口基性火山巖(圖1)。

圖1???北大巴山區(qū)域地質(zhì)簡圖[13]

1.前寒武紀(jì)地層;2.花崗閃長巖;3.基性噴出巖;4.堿—中基性巖;5.基性—超基性巖脈;6.主斷帶;7.次斷帶;8.研究區(qū)。

研究區(qū)出露地層為中元古界薊縣系楊坪組(Pt2yp)、新元古界青白口系耀嶺河組(Pt3yl)及震旦系燈影組(Z2dn)、下古生界寒武系魯家坪組(?1l)及箭竹壩組(?j)、第四系,地層整體呈北西—南東向。楊坪組(Pt2yp)地層巖性主要為粉砂質(zhì)板巖、石英絹云母片巖、凝灰質(zhì)板巖等;耀嶺河組(Pt3yl)巖性主要為綠片巖、斜長片巖、千枚巖等;震旦系燈影組巖性以白云巖、含碳泥質(zhì)灰?guī)r、含碳硅質(zhì)板巖為主,夾硅質(zhì)巖條帶及重晶石透鏡體等;寒武系魯家坪組(?1l)巖性下部主要為灰黑色薄—中厚層狀硅質(zhì)巖,局部夾碳質(zhì)板巖,上部主要由碳質(zhì)板巖及碳質(zhì)硅質(zhì)板巖組成,夾薄層灰?guī)r透鏡體;箭竹壩組(?j)巖性主要為薄層灰?guī)r、碳質(zhì)板巖、鈣質(zhì)絹云母板巖等。燈影組(Z2dn)與耀嶺河組(Pt3yl)地層為剝離斷層接觸,魯家坪組(?1l)與上下地層均為整合接觸(圖2)。重晶石呈淺灰色—灰白色相間的條帶狀、似層狀賦存于寒武系魯家坪組及震旦系燈影組。

圖2???大坪—金嶺重晶石礦床地質(zhì)簡圖[6]?==1021.第四系;2.志留系下統(tǒng)滔河組中段;3.志留系下統(tǒng)滔河組下段;4.奧陶系下統(tǒng)高橋組下段;5.奧陶系洞河群;6.寒武系上統(tǒng)黑河組;7.寒武系箭竹壩組;8.寒武系魯家坪組;9.震旦系燈影組;10.青白口系上統(tǒng)耀嶺河組上段;11.青白口系上統(tǒng)耀嶺河組中段;12.青白口系上統(tǒng)耀嶺河組下段;13.薊縣系楊坪組上巖段;14.薊縣系楊坪組下巖段;15.斷層;16.重晶石礦體;17.大坪—金嶺重晶石礦體;18.取樣點(diǎn)。

2 礦床地質(zhì)特征

研究區(qū)地層區(qū)劃屬羌笛—揚(yáng)子華南地層大區(qū),南秦嶺—大別山地層區(qū),北大巴山地層分區(qū),紫陽—平利地層小區(qū)[1]。震旦系燈影組(Z2dn)巖性以白云巖、含碳泥質(zhì)灰?guī)r、含碳硅質(zhì)板巖為主,夾硅質(zhì)巖條帶及重晶石透鏡體等,與青白口系耀嶺河組地層為剝離斷層接觸。下古生界寒武系魯家坪組(?1l)巖性下部主要為灰黑色薄—中厚層狀硅質(zhì)巖,與上下地層均為整合接觸(圖2)。

重晶石礦層主要產(chǎn)于下古生界寒武系魯家坪組下部的碳質(zhì)板巖與硅質(zhì)巖的接觸部位,圍巖蝕變較弱,主要蝕變類型為黃鐵礦化、弱硅化等。重晶石含量為50%~99%,呈白色、灰色、青灰色,它形細(xì)粒狀,粒徑0.02~0.20 mm,個(gè)別顆粒較大,為1.80 mm×2.80 mm,分布較均勻;板狀、柱狀自形晶,板狀者粒徑多在0.16 mm×0.44 mm以下。多數(shù)顆粒分布具有定向性,玻璃光澤,密度2.67~4.39 g/cm3,硬度3~3.5,條痕白色,地表不易風(fēng)化,錘擊易碎,發(fā)出強(qiáng)烈的氣味。礦石沉積層理清楚,具微層理構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造。

3 樣品與測試方法

針對主礦體及上下圍巖,本次采集了9件實(shí)驗(yàn)樣品,其中T-1、T-2 、T-9、T-10采集于礦體圍巖,其余5件樣品均為重晶石礦樣。

野外采集新鮮巖石樣品,避免風(fēng)化作用對實(shí)驗(yàn)的影響。碳、氧同位素分析在南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限公司實(shí)驗(yàn)室完成。儀器為美國熱電公司的253plus、Flash EA元素分析儀和Conflo IV多用途接口。樣品烘烤后以銀杯包裹的樣品經(jīng)自動(dòng)進(jìn)樣器丟入填裝了玻璃碳粒的高溫(1 420 ℃)裂解爐中,氧與玻璃反應(yīng)生成CO氣體,被高純氦氣(5 N)攜載經(jīng)過色譜柱進(jìn)入質(zhì)譜儀測定CO的δ18O。采用3種國際標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(NBS-127、IAEA-SO-5、IAEA-SO-6),標(biāo)樣的分析精度可達(dá)0.3‰。

稀土元素在南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限公司實(shí)驗(yàn)室通過嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)流程,利用Elan DRC-e ICP-MS分析完成。

4 測試結(jié)果

4.1 碳、氧同位素

大坪—金嶺重晶石礦床碳、氧同位素分析結(jié)果(表1)顯示,礦石δ13CV-PDB為-14.26‰~-6.51‰,均值為-11.90‰;δ18OV-PDB介于-16.05‰~-8.67‰,平均為-12.65‰。圍巖δ13CV-PDB介于-12.18‰~-2.66‰,均值為-9.11‰;δ18OV-PDB介于-13.92‰~-12.25‰,平均為-13.22‰。PDB與SMOW之間的轉(zhuǎn)換采用以下公式[14]:

δ18OV-PDB=(δ18OV-SMOW-30.91)/1.030 9

經(jīng)計(jì)算,得出礦石δ18OV-SMOW介于1.44‰~2.20‰之間,圍巖δ18OV-SMOW介于1.66‰~1.83‰之間。

表1???大坪—金嶺重晶石礦床碳、氧同位素分析結(jié)果

4.2 稀土元素組成特點(diǎn)

大坪—金嶺重晶石礦床的稀土元素分析結(jié)果及相關(guān)參數(shù)詳見表2。由表中數(shù)據(jù)可看出,稀土元素總量變化較大,∑REE介于51.13×10-6~332.78×10-6之間,均值為147.86×10-6,礦體稀土總量較圍巖樣品稀土總量低。LREE/HREE可用來表征重稀土元素的分餾程度,稀土樣品檢測結(jié)果顯示礦石LREE/HREE在1.76~2.49之間,平均值為2.084,δEu在0.509~0.973之間,平均值為0.671,δCe在0.39~0.60之間,平均值為0.526;圍巖LREE/HREE在2.61~4.69之間,平均值為3.903,δEu在0.303~0.561之間,平均值為0.420,δCe在0.77~0.89之間,平均值為0.827。礦石與圍巖具相似的稀土元素特征,但稍有差異,可能由于海水下滲和熱液上升過程中萃取基底巖層的物質(zhì)不同造成的。

表2???大坪—金嶺礦床稀土元素分析結(jié)果及相關(guān)參數(shù)

5 成礦物源分析

5.1 成礦溫度

對大坪—金嶺重晶石礦床的碳、氧同位素進(jìn)行分析測試,總體上δ 13CV-PDB介于-14.26‰~-2.26‰之間,δ18OV-PDB介

各樣品均大于海水的δ18OV-SMOW值,同時(shí)與同期海相沉積物中硫酸鹽的δ18OV-SMOW值進(jìn)行比較,也大于其硫酸鹽的δ18OV-SMOW值,故可判斷成礦物質(zhì)來源可能有熱液參與成礦[16]。

根據(jù)前人的工作及科研成果[17],前寒武紀(jì)海水與現(xiàn)代海水具有相似的δ18O值,由此可測得溫度介于60.72~122.87 ℃,重晶石礦體成礦溫度適宜。根據(jù)前人對南秦嶺重晶石與毒重石成礦特征的研究,表明溫度低于122.87 ℃,有利于重晶石的形成[18]。

5.2 成礦物質(zhì)來源

稀土元素的分餾作用隨自然界外部條件的變化而發(fā)生改變,巖石中稀土元素豐度分布、遷移規(guī)律等特征能夠反映當(dāng)時(shí)的地質(zhì)背景[19?-21],因此開展稀土元素分析對研究成礦物質(zhì)來源、成礦構(gòu)造環(huán)境的判斷等問題具有一定的幫助。

稀土元素測試分析表明,稀土元素總量整體表現(xiàn)為差異較大,在60.15×10-6~332.78×10-6之間,均值為147.86×10-6,礦體的稀土總量小于圍巖的稀土總量。通過對重晶石礦床稀土元素配分模式圖(圖3)分析,可得到以下幾點(diǎn)信息。

圖3???大坪—金嶺重晶石礦床稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖

整體上,所有測試分析樣品的稀土元素配分曲線近乎平行,但仍存在細(xì)微差別。各圍巖樣品的稀土元素配分曲線近似平行,礦體樣品的稀土元素配分曲線也近乎平行,由此可認(rèn)為礦體與圍巖在物源上表現(xiàn)為同源性,而輕稀土組分呈現(xiàn)較小的差異,為稀土元素分餾作用的結(jié)果。Ce呈現(xiàn)不同程度的負(fù)異常,說明物質(zhì)來源于海水,而且在成因上與熱液有密切的關(guān)系。前期對圍巖硅質(zhì)巖進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)硅質(zhì)巖含生物及烷烴類,Eu呈現(xiàn)不同程度的負(fù)異常,表明可能與微生物活動(dòng)有關(guān)。

5.3 物源分析

大坪—金嶺重晶石礦床產(chǎn)出于寒武系魯家坪組硅質(zhì)巖與碳質(zhì)板巖之間。以往對該地區(qū)地層微量元素的測試分析可知,其基底楊坪組與耀嶺河組Ba含量均低于300×10-6,而燈影組Ba元素含量平均值為1 725×10-6,最高值達(dá)2 550×10-6,前人對該區(qū)域的研究表明震旦系進(jìn)入沉積期,燈影組沉積環(huán)境為淺海陸棚環(huán)境;寒武系海平面繼續(xù)升高,魯家坪組下段多發(fā)育層狀硅質(zhì)巖,寒武系魯家坪組沉積環(huán)境為大陸邊緣斜坡相[1],為

的形成提供了優(yōu)越的條件。研究表明,震旦系燈影組重晶石物質(zhì)來源與海底火山活動(dòng)有關(guān)[6],而寒武系魯家坪組Ba來源于震旦系燈影組地層,經(jīng)熱液作用,使得地層富集Ba,從而有利于魯家坪組重晶石的形成。其次魯家坪組重晶石礦體頂、底板多為斷層破碎帶,提供了離子交換的場所,形成發(fā)育良好的重晶石礦床。

6 結(jié) 論

(1)本文對大坪—金嶺重晶石礦床的碳、氧同位素進(jìn)行了測試分析,測得成礦古溫度介于60.72~122.87 ℃,表明為低溫成礦。

(2)大坪—金嶺重晶石礦床的沉積環(huán)境為大陸邊緣斜坡相,賦礦層位為寒武系魯家坪組,Ba來源于震旦系燈影組地層,

來源于古海洋。

(3)通過對大坪—金嶺重晶石礦床的稀土元素配分模式圖的建立,可知礦體與圍巖在物源上表現(xiàn)為同源性,圍巖Eu虧損明顯,說明其構(gòu)造環(huán)境的復(fù)雜性。圍巖通常為斷層破碎帶,為離子交換提供了良好的場所,有利于重晶石礦體的形成。

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關(guān)鍵詞： 重晶石礦床 稀土元素 氧同位素