湖南锡矿山超大型锑矿床成矿物质来源_形成机理及其找矿意义

湖南锡矿山超大型锑矿床成矿物质来源_形成机理及其找矿意义 湖南锡矿山超大型锑矿床成矿物质来源 、 形成机理及其找矿意义 印建平戴塔根 ( ( ) ) 湖南有色地质勘查院 长沙 410002中南工业大学 长沙 410083 摘 要 通过锑元素的地层地化 、区域地化场及稀土元素 、硫 、硅 、钐 - 钕 、氢氧同 位素研究 ,对锡矿山超大型锑矿床的成矿物质来源作了详细探讨 ,并分析了其形成机 理 ,认为赋矿层泥盆系不是矿源层 ,前泥盆系老地层才是主要的矿源层 ,成矿流体中的 水是以大气降水为主 、有岩浆水和变质水加入的混合水 ,本矿床属中低温异地沉积 - 改 造型矿床 。该区的下步找矿方向应主要是西部和西南部及深部的棋梓桥组灰岩层 。 关键词 超大型锑矿 湖南 锡矿山 锡矿山锑矿是世界上罕见的超大型富厚锑矿床 ,地学工作者对此进行了广泛的研究 ,对其 1 ,5 形成机制提出过很多观点。其主要分岐点现在对成矿物质来源究竟是地层源为主 ,还 是深部岩浆源为主上 ,因此探索成矿物质的来源对解决湘中超大型锑矿的成因 ,进而确定新的 找矿方向有极其重要的意义 。 1 地质概况 锡矿山矿田由紧密相连的老矿山 、飞水岩 、物华 、童家院 4 个矿床组成 ,南北长 4 km ,面积 2 约 8 km。广布上泥盆统 、下石炭统浅海及滨海碳酸盐建造 ,其间夹砂页岩 ;矿区构造为北北东 ( ) 向 、两端倾没的复式背斜 ,西翼被纵向主断裂 F切割 ,东翼被一条宽 3,15 m ,长 10 km 左右 75 () 的燕山晚期 119 Ma云斜煌斑岩脉贯穿 。复式背斜由控矿的老矿山等 4 个小背斜构成 , 彼此 ( 呈“多”字型斜列 。主要赋矿层是上泥盆统佘田桥组中部灰岩段 上部是页岩段 、下部是砂岩 ) 段,共 3 个主矿体 ,其中 ?、?号矿体以整合型似层状产于佘田桥组灰岩段顶部硅化岩中 , ? 号矿体则靠近 F下盘 、为似层状与陡倾斜脉状组成的锯齿状矿体 。矿石矿物成分简单 ,以辉 75 锑矿 、锑赭石 、锑华 、黄铁矿为主 ,有少量磁黄铁矿和微量闪锌矿 ;围岩蚀变以硅化为主 ,次为碳 酸盐化和黄铁矿化 。 2 成矿物质来源研究 2 . 1 地层地球化学 矿田主要层位锑丰度值见表 1 、2 ,并由此得出如下几点结论 : ?泥盆系地层本身锑含量接 近 或略高于地壳克拉克值 ,佘田桥组虽是赋矿层 ,但不是矿源层 ; ?锡矿山锑矿及其近围泥盆 1998208225 收稿 。 系地层中锑含量是地壳克拉克值的 4 . 48,36 . 63 倍 ,和湘中区域地层剖面相比 ,对应层位的锑 含量也高出 1 . 69,23 . 16 倍 ,说明矿田及其近围的泥盆系地层中有外来锑的叠加改造 ,指示成 矿物质曾有过大规模的预富集阶段 ; ?前泥盆系地层锑含量较高 ,大乘山区和相连的白马山东 缘相比 ,对应层位的锑含量 ,前者高出后者几倍 —十几倍 ,具明显分区性 ,且变幅很大 ,说明这 些老地层中的锑元素应是以易活化形式存在的 ,受物化 、温压因素的影响易发生物质的迁出 、 迁入活动 ,它们应是锡矿山超大型锑矿的主要矿源层 。 表 1 锡矿山锑矿泥盆系地层锑丰度值表 Table 1 Elementary abundance of Devonian in the Xikuangshan antimony deposit 3 3 3 湘中区域地层剖面 锡矿山锑矿田及近围 层位 岩性 - 6- 6)( )( Sb ×10 Sb ×10 富集系数 富集系数 2锡矿山组 Dx 0 . 68 1 . 18 15 . 75 26. 25 灰岩 3 1Dx 页岩 1 . 70 2 . 83 7 . 55 12. 58 3 2 佘田桥组 Ds灰岩 1 . 24 2 . 07 21 . 98 86. 63 3 1Ds 2 . 26 3 . 77 3 . 82 6 . 37 砂岩 、页岩 3 2 生物屑灰岩 1 . 03 1 . 72 2 . 69 4 . 48 棋梓桥组 Dq2 11 . 81 3 . 02 3 . 84 6 . 40 Dqx 灰岩 2 跳马涧组 Dt 5 . 86 8 . 93 10 . 77 17. 95 石英砂岩2 6- 63 引自地矿局邵阳物探队 ; 3 3 数据引自有色 247 队和本文 ;地壳克拉克值 :0 . 6 ×10 表 2 锡矿山锑矿田近围前泥盆系地层锑丰度对比表 Table 2 Elementary abundance of Devonian strata in the periphery of the Xikuangshan antimony deposit 大乘山区 白马山东缘 —天龙山 层位 岩性 - 6- 6 )( )( Sb ×10 Sb ×10 富集系数 富集系数 ()11. 67 19 . 45 0 . 64 1 . 07 奥陶系 O 泥板岩 ( )上寒武统 ? 白云岩灰岩 7 . 79 12 . 98 1 . 03 1 . 72 3 ( ) 中寒武统 ?泥灰岩板岩 27. 15 45 . 25 2 . 84 4 . 73 2 ( ) 下寒武统 ?27. 15 45 . 20 9 . 74 16. 28 板岩硅质岩 1 ( ) 留茶坡组 Zl硅质岩 板岩21. 28 35 . 47 8 . 93 14. 88 2 ( )金家洞组 Zj 12. 66 21 . 10 12 . 03 20. 05 硅质岩 2 ( ) 19. 05 31 . 75 1 . 38 2 . 30 江口组 Zj砾岩砂板岩 1 ( ) 高涧群 Ptg- - 3 . 04 5 . 07 砂岩板岩 3 6- 6( ) 数据引自湖南有色 247 队和本文 ;地壳克拉克值 黎彤 ,1984:0 . 6 ×10 2 . 2 区域地球化学场 锡矿山锑矿锑元素的区域地球化学场 ,如图 1 所示 ,在锡矿山 —大乘山 —大元山一带 ,有 - 62 () 一个规模巨大的锑的地球化学高值场 大于 15 ×10 ,面积达 500 km,呈南北走向 ,并主要分 布在桃江 —城步断裂带上 ,并在锡矿山 、鹧鸪塘 、大乘山 、大元山 4 处出现规模较大的地球化学 - 6() 特高场 大于 40 ×10 ;除鹧鸪塘外 ,其它 3 处均有特大型 —小型锑矿床分布 ; 另一特点是锡 矿山锑矿田西部 、西南部 ,特别是靠近白马山 —天龙山岩体边缘出现了明显的锑元素降低场 , 2 面积达 700 km。 2 笔者进行了一次粗略的理论计算 ,得出在 700 km的降低场中 ,从前泥盆系矿源层里可迁 出锑金属量达 13 200 万 t ,而目前在锡矿山已探明和开采的总储量尚不足 200 万 t ,因此 ,矿源 层中 Sb 的活化迁移量可为成矿提供充足的物质来源 。 图 1 锡矿山锑矿田锑元素区域地球化学场区示意图 Fig. 1 Map showing the regional geochemical field of Sb in the Xikuangshan antimony deposit 2 1 γγP - Q - 第四系 —泥盆系地层 ; Pt - S - 志留系 —元古宇地层 ;- 燕山期花岗岩 ;- 印支期花岗 5 5 2 γ( 岩 ;- 加里东期花岗岩 ;1 - 不整合线 ;2 - 物探推断隐伏岩体 ; 3 - 深大断裂 ; 4 - 锑的特高场 > 3 - 6- 6- 6) () ( ) ( )40 ×10 ;5 - 锑的高值场 15 ×10 ;6 - 锑的低值场 〈14 ×10 ;7 - 锑矿床 点 2 . 3 稀土元素地球化学 稀土元素含量特征详见图 2 。由此可得到如下几点认识 : ?本区硅化岩和碳质板岩富轻稀 土 , 6 Ce/ ?Y 比值为 5 . 56,6 . 50 ,曲线形态为右倾跳跃式 ,这些特征和欧洲古生代页岩 、北美 ( ) 页岩及变质岩的稀土模式相似 Fairbridge ,1972,表明其物质来源以壳源为主 ; ?成矿溶液的 REE 分布模式由成矿溶液和其流经岩石的相互作用及 REE 在流体中的分配决定 ,研究矿体的 ( ) REE 模式可提供金属来源岩石的信息 Craft ,1983。本区佘田桥组灰岩 ?硅化岩 ,稀土总量从 - 6- 6 31 . 43 ×10 增加到 67 . 327 ×10 ,显示硅化作用是使稀土元素富集的过程 , 成矿物质应来源 - 6 于稀土较富集的岩石 ,寒武系板岩 ?REE 达 213 . 8 ×10 ,具丰富的稀土源及活性硅 、锑源 , 从 δδ配分曲线图可知硅化岩与寒武系碳质板岩的 Eu 及 Ce 的负异常值也基本一致 ,这显示出成 矿物质主要来自前泥盆系的老地层 。 2 . 4 稳定同位素地球化学 34 ) δ矿田的辉锑矿硫同位素组成区间值 S 为 - 1 . 96 ‰, + 16 . 83 ‰,极差为 1硫同位素 18 . 97 ‰, 绝大多数样品均集中在 + 5 . 5 ‰, + 9 . 0 ‰之间 ,为偏离零值较近的正值 ,呈十分明显 () 的塔式正态分布 图 3,反映了辉锑矿硫源较为单一 。 ) 2硅同位素特征 锡矿山矿田各种岩石的硅同位素分析 ,如图 4 所示 ,由此对硅质来源可 30 30 δδ得出如下几点认识 : ?本区硅化岩的 Si 值与海底喷流成因的“黑烟囱”Si 值 - 0 . 4 ‰, - 9 () 3 . 1 ‰丁悌平 ,1994有明显的差别 。因此 , 本区硅化岩中的硅质应不是海底喷流形成的 ; 30 δ?与辉锑矿共生的石英 Si 值的变化范围在 - 0 . 7 ‰, + 0 . 2 ‰之间 ,与多种碎屑岩 、板岩的 硅同位素值一致 ,据此认为本区的硅质来自富含活性硅的前泥盆系老地层 。 锡 矿 山 锑 矿 辉 锑 矿 硫图 3 同 位 素 频 数 直 方 图 () 个样387 Histogram of sulphur isotope Fig. 3 图 2 锡矿山锑矿稀土元素配分曲线图 of stibnite from the Xikuang2 Fig. 2 REE pattern of the Xikuangshan antimony deposit shan antimony deposit ) 7 个 Sm - Nd 同位根据锡矿山 3钐 - 钕同位素 10 ( ) 素测试结果 Xiongwei Hu ,1996, 笔者应用德帕奥罗 11 和瓦申布格用来表示成岩成矿物质来源的参数 ?Nd () 表 3, 结果显示大部分 ?Nd 值小于 0 ,它表明成矿物 质应主要来源于上地壳或深部老地层 ; 另有 2 个样的 ? Nd 值大于 0 ,说明成矿流体中确有深部物质的参与 ,这 可能与桃江 —城步深大断裂活动有关 。 ) 4氢氧同位素 锡矿山锑矿原生硅化早期阶段的 18δO值为 + 8 . 26 ‰, + 3 . 59 ‰,平均 5 . 27 ‰; 晚期为 H O2 + 2 . 66 ‰, - 1 . 58 ‰,平均 + 0 . 48 ‰;次生硅化阶段为 + 0 . 10 ‰, - 8 . 37 ‰ ,平均 - 3 . 15 ‰。由此不难得出从早 期到晚期 ,氧同位素逐步降低 , 这一特征与许多热液矿 30 ) δ( 图 4 锡矿山锑矿 Si ‰值 12 δ( ) 30 床一样 。从氢同位素数据看 ,D 值 SMOW变化于 - δ) ( Fig. 4 Diagram of Si ‰of the Xikuang218( ) δδ60 ‰, - 77 ‰之间 。从 D - O图解 图 5可知 ,成 H Oshan antimony deposit 2 矿流体介于岩浆水和大气降水线之间 ,且处于密西西比 型的正下方 。就该图而言 ,锡矿山的成矿流体可能是一种混合类型 ,既有深部热水的参与 ,也 有部分变质水 ,但主要是地表大气降水的补给 。 表 3 锡矿山 Sm - Nd 同位素数据及 ?Nd 值计算结果表 Table 3 Composition of Sm - - Nd isotopes and the ?Nd values of the Xikuangshan antimony deposit - 6- 6147144143144 ()?Nd 0 样号 矿石类型 测定矿物 )( )( Sm ×10 Nd ×10 Sm/ NdNd/ Nd + 2s X891 0 . 49 0. 20 1 . 5103 + 10 辉锑矿 - 方解石 0 . 513159 ?0 . 000023 方解石 辉锑矿 - 方解石 方解石 N946 0 . 74 0. 21 2 . 1299 0 . 513870 ?0 . 000024+ 24 S939 辉锑矿 - 石英 0. 021 0 . 038 0 . 3331 辉锑矿 - 12 0 . 512044 ?0 . 000024 S935 0 . 61 0. 98 0 . 3824 - 12 辉锑矿 - 方解石 方解石 0 . 512036 ?0 . 000020 S944 0 . 39 0. 56 0 . 4162 - 12 辉锑矿 - 方解石 方解石 0 . 512048 ?0 . 000040 S9346 0 . 86 0. 96 0 . 5477 - 10 辉锑矿 - 方解石 方解石 0 . 512114 ?0 . 000019 辉锑矿 - 方解石 方解石 S942 1 . 81 3. 39 0 . 3237 0 . 512004 ?0 . 000017- 13 3 矿床的形成机理分析 ( 由于 深 部 老 地 层 主 要 是 指 前 泥 盆 ) 系地层中有丰富的以活 化 形 式 存 在 的 Sb 元素物质源 ,印支晚期 ,区内发生的大 规模构造 - 岩浆活动又提供了充足的热 源 ,下渗地下 水 经 热 烘 烤 加 速 溶 解 萃 取 了地层中的 Sb 等成矿元素 ,形成含矿地 下热水溶液 。温差和在加里东期就已形 成的桃江 —城步断裂带产生的压力差使 热水溶液反复循环 ,溶液中 Sb 等成矿物 质的 浓 度 不 断 升 高 。燕 山 早 期 , 经 历 了 印支期强烈构造 - 岩浆活动的湘中地区 已隆起为陆地 ,形成较多的层间滑动 、层 图 5 锡矿山锑矿成矿流体图 间破碎 带 。尤 其 在 Dq 、Ds 层 位 中 , 因 2 3 ( ) 按 Clayton ,1972 方程式计算长时间的地下水溶解 、侵蚀等作用 ,这些 Fig. 5 Diagram showing the ore - forming fluid of the Xikuangshan antimony deposit 构造部位已经形成了岩溶层间裂隙带等极为有利的成矿空间 。成矿热液通过桃江 —城步断裂 带迁移 ,当矿液进入到 Z、?层位的断裂破碎带时 ,形成脉状锑矿 ,如大乘山仙人岩锑矿 ,矿液 () 进入到 Dq 灰岩中则形成层控型锑矿 目前尚未找到,受空间的限制 , 部分含矿热液沿通道 2 3 1 继续上侵到 Ds 灰岩中 ,此时的能量经过多次释放后 ,液压显著降低 ,无法透过 Ds和 Dx3 3 3 3 的页岩段 ,因此 ,含矿热液主要在 Ds之下的层位中沉淀成矿 。故本区锑矿的成因类型属异 3 地沉积 - 改造型中低温锑矿床 。 下步找矿方向应充分考虑成矿物质的供给源区和矿床的形成机制 ,上述观点的找矿意义在于锡矿山锑矿的进一步找矿应主要考虑 2 个方向 :一是向西和西南方向找矿 ,如鹧鸪塘异常 区等 ;二是深部的棋梓桥组找矿问题 。 4 结论 ) 1泥盆系地层的锑初始含量并不高 ,高含量主要在底部跳马涧组碎屑岩中 ,在锡矿山 —大 乘山一带出现的锑元素高含量层是后期叠加改造的结果 ,它虽是赋矿层 ,但不是矿源层 ; ) 2前泥盆系地层中有多个地层组含 Sb 很高 ,且 Sb 主要以易活化形式存在 ,具明显的迁 出 、迁入 ,是区内的主要矿源层 ,从区域地化场特征得出 ,位于锡矿山西部 、西南部的白马山 — 天龙山岩体周边老地层是锡矿山超大型锑矿的主要物源供给区 ; ) 3稀土 、硫 、硅元素地球化学及钐 - 钕同位素显示成矿物质主要来自上地壳中深部浅变质 岩 ; ) 4氢 、氧同位素特征显示成矿流体中的水有岩浆水 、变质水 ,是以大气降水为主的混合水 ; ) 5本矿床属异地沉积 - 改造型中低温矿床 ; ) 6找矿方向应重点是矿田的西部 、西南部及深部的棋梓桥组层 。 参考文献 () 1 肖启明 ,李典奎. 湖南锑矿成因探讨. 矿床地质 ,1984 ;3 3 涂光炽等. 中国层控矿床地球化学. 北京 :科学出版社 ,19842 ) ( 3 刘汉元 ,谢国柱. 锡矿山古岩溶锑矿床成矿地球化学特征. 中南工业大学学报 ,1994 增刊 1 号:47,53 乌家 4 达 ,赵守耿. 锡矿山锑矿田成因研究新认识. 湖南地学新进展. 长沙 :湖南科学技术出版社 ,1996 :18,23 黎盛 () 5 斯. 湘中锑矿深源流体的地幔柱成矿演化. 湖南地质 ,1996 ;15 3:137,14 6 () 黎彤. 大洋地壳和大陆地壳的元素丰度. 大地构造与成矿学 ,1984 ;8 1:19,27 () Ohmoto . The carbon and sulfur isotopic system in hydrothermal ore deposits. Econ. Geol ,1972 ;67 5:551,5787 Rye . Sulfur and carbon isotopes and ore genesis :a review. Econ. Geol ,1974 ;69 :826,8428 丁悌平等. 硅同位素地球化学. 北京 :地质出版社 ,19949 10 Xiongwei Hu ,Rongfu PEI and su ZHOU. Sm - Nd Dating for Antimony Mineralization in the Xikuangshan Deposit , Hunan ,China , () Resource Geology ,1996 ;46 4:227,231 戴塔根 ,刘汉元. 微量元素地球化学及其应用. 长沙 :中南工业大学出版社 ,199211 () 刘文钧. 华南几个锑矿床的成因探讨 ,成都地质学院学报 ,1992 ;19 2:10,1912 SO URCE OF O RE - FO RMING MATERIAL S , METALLO GENIC MEC HANISM AND PROSPECTING SIGNIFICANCE OF THE XIKUANGS HAN SUPER L ARGE ANTIMO NY D EPOSIT Yin J ia nping ( )Hunan Institute of Geology f or Nonferrous Metal Resources Exploration , Changsha , 410002 Dai Ta ge n ( )Central South China University of Technology , Changsha , 410083 Abstract Based on the regional geochemical field , REE and isotopic geochemistry , source of ore - forming materials , metallogenic mechanism are inquired into . It is suggested that not the ore - hosting Devonian but pre - Devonian is the source beds , and the metallogenic fluid is the mixing of magmatic water , metamorphic water and meteoric water . It is genetically a sedimentary - - reformation ore deposit . The west , southwest and deep Qiziqiao Formation limestone are the prospects for current and next prospecting. Key words super large antimony deposit ; Xikuangshan ; Hunan