湘西董家河有机流体与铅锌成矿关系

杨柳，徐怡然，尹萍，郑平，JASMI Hafiz Abdul Aziz

（1.湖南工程职业技术学院，长沙 410151；2. 马来西亚大学理学院地质系，马来西亚 吉隆坡 50603）

董家河铅锌矿位于湘西怀化市沅陵县南东部，是湘西铅锌成矿带内典型铅锌矿山之一。近年来在湘西金属成矿带内有多个铅锌矿山均陆续发现了含烃包裹体，因此探讨有机流体与本区铅锌成矿之间的关系是区域铅锌成矿研究的热点之一[1-3]。董家河铅锌矿是湘西铅锌成矿带震旦系内唯一的大型铅锌矿，且以强烈的硅化及黄铁矿化区别于带内其他铅锌矿。前人对董家河铅锌矿的地质特征、控矿因素、地球化学特征及矿床成因开展了研究[4，5]，但对于董家河铅锌矿与有机流体的关系，目前尚少研究涉及。因此本文在董家河铅锌矿通过激光拉曼技术对闪锌矿开展有机包裹体研究，并结合湘西区域地质背景，探讨有机流体与铅锌成矿的关系，以期为本区铅锌成矿研究及震旦系铅锌资源潜力评估提供新的信息。

1 区域地质背景

湘西地区位于扬子地块东南缘，是鄂西-湘西北铅锌成矿带的重要组成部分。本区以近NE的湘黔深大断裂为界，西北部隶属上扬子地块武陵构造带，东南部为下扬子地块雪峰山构造带。该区经历了多个构造发展阶段，逐步从陆缘转变至陆内环境。本区出露有新元古代板溪群至侏罗系各期地层，但局部缺失泥盆系及石炭系地层。新元古代板溪群为一套碎屑岩-火山碎屑岩。震旦系下统南沱组为复成分底砾岩-砂砾岩-长石石英砂岩-砂岩夹泥岩组合，局部夹火山岩；震旦系上统自下而上分为陡山沱组、灯影组，前者含有较多的黑色页岩，而后者则以大套白云岩为特征。

本区构造格架以北东向的褶皱变形和深大断裂为主，发育有花垣-张家界断裂、吉首-古丈断裂、麻栗场断裂等一系列北北东-北东-北东东向弧形展布断裂带。本区岩浆岩活动较弱，仅局部有零星基性超基性岩岩脉发育于板溪群地层中。

2 矿床地质特征

湘西董家河铅锌矿位于湖南省怀化市沅陵县筲箕湾镇境内董家河背斜北东段。矿区范围内出露地层为新元古代板溪群、震旦系（下统南沱组、上统陡山沱组及灯影组）、寒武系和第四系。矿区主要构造为董家河背斜，轴向北东60°。该背斜在矿区内轴面倾向南东，呈斜歪背斜。北西翼较陡（50°～70°），南东翼较缓（30°～50°），向北东端略有倾伏。

董家河铅锌矿矿体赋存于震旦系陡山沱组下段底部白云岩中，赋矿围岩为陡山沱组下段微晶白云岩。矿区内目前已圈出10个矿体，多呈似层状近东西向发育于背斜轴部和两翼。矿体严格受地层控制，产状（走向、倾向）与地层产状基本一致，变化较小（图1）。矿区主矿体延展规模大，沿走向长达1600m，最大控制斜深470m。矿层厚度为0.81m～5.51m，平均厚1.39m，Zn+Pb平均品位＞2.76%。

图1 董家河铅锌矿地质简图

矿区主要以原生矿为主，氧化矿及混合矿相对较少。原生矿矿物成分比较简单，矿石矿物主要以黄铁矿和闪锌矿为主，少量方铅矿。脉石矿物以白云石和方解石为主，次为石英和玉髓，少量绢云母和白云母等粘土矿物。

矿区围岩蚀主要有黄铁矿化、硅化及碳酸盐化。据矿体特征、矿物组合特征及室内岩相学研究，可将董家河铅锌矿床大致分为三个成矿阶段：

（1）石英-黄铁矿阶段：含矿热液沿断裂通道运移至董家河背斜内裂隙较发育的微晶白云岩中以充填或交代方式形成条带状、层状或脉状矿石。金属矿物为黄铁矿，非金属矿物为石英。矿石结构主要为自形-半自形、它形粒状及压碎结构。

（2）多金属硫化物阶段：成矿热液沿着薄层白云岩层间裂隙充填至背斜轴部、倾伏端和虚脱部位，部分沿着石英-黄铁矿阶段石英裂隙充填交代，形成块状、浸染状、角砾状、脉状团块状及网脉状矿石。金属矿物为黄铁矿、闪锌矿、方铅矿，非金属矿物主要为石英、少量方解石。矿石结构为他形粒状结构、填隙结构、交代残余结构或穿插结构

（3）碳酸盐岩阶段：热液沿着白云岩层间裂隙及早期矿体中的构造裂隙充填。主要以碳酸盐岩、石英及少量方铅矿为主，偶见黄铁矿及闪锌矿。

3 激光拉曼分析

从矿区拣选新鲜矿石，磨制流体包裹体片，镜下观察后，送中国地调局武汉调查中心流体包裹体实验室进行激光拉曼分析。

镜下观察显示董家河矿区闪锌矿中包裹体较为发育，据包裹体成分及常温下特征，可将闪锌矿中原生包裹体划分盐水包裹体（Ⅰ）、含烃盐水包裹体（Ⅱ）及含沥青包裹体（Ⅲ）（图2）。盐水包裹体数量最多，可占包裹体总数的70%左右，大小通常在12μm以下，少数可达25μm左右。此类包裹体颜色透明，形状多以圆形、椭圆形、多边形、条状及不规则状为主。

图2 董家河铅锌矿闪锌矿有机包裹体显微照片

含烃盐水包裹体在闪锌矿矿中也较为常见，可占包裹体总数的20%。此类包裹体外形及大小与盐水包裹体相近，但是液相部分通常有较粗的黑边，气泡相对较暗。含沥青包裹体数量相对较少，约占包裹体总数的10%左右。此类包裹体大小与形态均与前两类相似，但是颜色普遍发暗发黑，在包裹体中部可隐约可见亮色线条。

含烃盐水包裹体的拉曼图谱中3400cm-1位置可见宽缓拉曼谱峰，在2910cm-1处可见拉曼尖峰，显示其气象成分为H2O及CH4（图3-a）。含沥青包裹体的拉曼图谱在1345cm-1及1615cm-1位置可见拉曼尖峰，为典型的成对出现的沥青谱峰，在2958cm-1位置见尖峰，显示含有C2H6（图3-b）。因此，激光拉曼测试显示有机流体参与了闪锌矿的形成。

图3 董家河铅锌矿闪锌矿有机包裹体激光拉曼图谱

4 有机流体与成矿的关系

本次激光拉曼测试工作在董家河铅锌矿主要金属矿物闪锌矿内发现了含烃包裹体及含沥青包裹体，显示有机流体参与了铅锌成矿。在湘西地区，多个铅锌矿床均报道见有含烃类包裹体发育或是与铅锌矿化共生的沥青，加之本区部分铅锌矿与古油藏有着密切的时空关系，因此前人认为有机流体在湘西地区铅锌成矿过程中发挥了重要的作用[3]。

湘西及扬子地台周边多个铅锌赋矿地层中有古油藏存在，例如张家界慈利地区的南山坪古油藏、金沙岩及黔南麻江古油藏。这是由于本区震旦纪至早寒武世，处于盆地相—陆棚相沉积环境，黑色泥页岩发育。例如在湘西地区张家界、吉首、怀化等地出露的震旦系及寒武系地层中的黑色岩系均富含有机质，局部地层中所含的总有机碳范围可高达13.4%，且所含的有机质普遍进入了过成熟演化阶段。除有机质外，这些黑色岩系还富含铅、锌、银、钒、铂、镍等多种金属元素，被前人视为本区铅锌成矿的主要金属源区之一[2-3]。

沉积物的成岩压实作用，使得黑色页岩中高达70%的H2O被驱离源区。这些被压实作用重新活化的H2O，温度及盐度受沉积层厚度影响，温度可达200℃左右，盐度也可达到20%NaCleqv。而黑色泥页岩内富含有机质在干馏作用下产生烃类，混入流体中逐渐向油田卤水转变。陡山沱组黑色岩系沉积期本区正处于裂谷盆地晚期，因此其具有较高的地温梯度，可以加速有机质向烃类的转化。

这些源自烃源岩层内的建造水逐渐向油田卤水过渡，并且在持续的水岩作用下，通过有机酸萃取的方式使得地层中富含的铅锌等金属元素活化、迁移并最终进入到流体中形成富含铅锌成矿元素的成矿流体[3]。

本区进入克拉通盆地演化阶段后，由早期裂谷盆地面貌逐渐过渡到台地相沉积。加里东末期的广西运动使地壳抬升、海盆关闭并产生褶断而破坏本区地层稳定性。因受地层破坏的影响，封存于黑色岩系内的富有机质流体在构造的驱动下携带大量的金属物质以金属有机络合物的方式沿着断裂或岩石中的孔隙系统进行长距离运移。

震旦系陡山沱组、灯影组内白云岩层因矿物颗粒间的孔隙较为发育通常是含矿流体迁移最好的通道。另一方面，白云岩层内通常发育以海相硫酸盐为主的膏岩层，可被层间建造水或大气降水溶解而封闭在层间孔隙系统内或断裂系统内。当富含有机质的成矿流体沿着通道迁移，进入褶皱及其衍生的断裂系统层间构造虚脱带，并与空间内含海相硫酸盐先存流体发生混合。有机物和硫酸盐之间在中温环境下发生热化学还原反应，生成大量还原性硫与成矿流体中金属元素结合生成硫化物，导致铅锌等金属成矿物质大量卸载沉淀进而富集成矿。

5 结论

（1）激光拉曼测试结果显示董家河铅锌矿闪锌矿中有机组分为甲烷、乙烷及沥青。

（2）流体中的有机成分为金属迁移提供了便利，并且通过与海相硫酸盐的热化学还原反应导致流体中的金属卸载成矿。