黔东柏松铅锌矿床矿物特征及地质意义

2022-10-14胡煜昭许赛华范惠珺

有色金属（矿山部分） 2022年5期

程涌，胡煜昭，崔苗，聂琪，许赛华，范惠珺

（1.昆明理工大学国土资源工程学院，昆明 650093；2.昆明冶金高等专科学校冶金与矿业学院，昆明 650033）

矿物学研究是矿产勘查评价、探讨成矿作用及资源综合利用的基础，也是后续任何高级分析测试的前期工作［1-2］。近年来，固体地球科学领域研究越来越侧重于样品的微观结构和精细矿物学的观察研究［3］。全球乃至国家层面的地学大数据和数字地球的实现需要量化的岩石学和矿物学参数信息［4］。中国今后大量需求的矿产资源（尤其关键金属）通常以“稀”“伴”“细”为主要特征，识别、分离和提取难度较大，需要精细量化的矿物测试技术［5-6］。此外，绿色矿山的发展有赖于矿产资源综合利用水平的提高，如提高伴生元素的回收，有利于减少废弃物和污染物［7］。光学显微镜和扫描电镜是观察研究地质样品矿物学和结构最常用的方法。光学显微镜无法识别样品中微米级的矿物及其含量，对一些低含量矿物（＜1%）和光性特征复杂的矿物识别效果较差，对矿物含量等定量统计易受主观判断因素影响而具有较大误差。扫描电镜突破了分辨率的限制，但获取的信息往往是局部化及碎片化的［8-9］。TIMA（TESCAN Integrated Mineral Analyzer）是基于扫描电镜和能谱分析的岩石矿物全自动化定量分析系统，能同时进行极高分辨率的背散射与X射线能谱快速成像，且配备专业的矿物处理软件，可以提供岩矿样品从全景到细微颗粒全面且细致的各种矿物学参数，观测面积大且快速、高效，已经广泛地应用于地学研究的各个领域［1，10-16］。

湘西—黔东铅锌成矿带是中国重要铅锌资源战略接续区之一，在该地区已发现铅锌矿床（点）300余处［17-20］。由北向南依次分布有湘西龙山矿田、保靖敖溪矿田、花垣渔塘矿田、凤凰茶田矿田和黔东松桃盘石、松桃嗅脑、铜仁卜口塘、万山、玉屏茅坡、镇远竹坪和涌溪、施秉翁西、凯里叶巴洞、龙井街和柏松、丹寨摆泥、都匀牛角塘等铅锌矿床（图1）［21-24］。近年来，湘西地区找矿取得了巨大进展，如湘西花垣铅锌矿新增资源量近千万吨［25］。受到研究程度的限制，同一成矿带的黔东地区虽成矿条件优越［21-24］，但仅都匀牛角塘矿田的资源储量能到达大型规模［26-29］。凯里柏松是黔东地区的典型铅锌矿床（图1），对其开展研究工作有助于深入理解黔东地区铅锌成矿作用。本文联合透反射矿相显微镜及TIMA技术，对柏松铅锌矿床的矿物学进行了研究，以期为后期资源勘查、预测及利用提供一定的基础资料。

图1 黔东柏松地区区域地质简图Fig.1 Regional geological sketch of Baisong area in east Guizhou

1 地质背景

1.1 区域地质

黔东地区位于扬子板块西南缘，大地构造位置处于扬子陆块和华夏陆块两大构造单元的结合部位、江南造山带雪峰山隆起西缘。该地区的基底为晚元古代晚期的板溪群（约8亿年前）浅变质岩系，沉积盖层由震旦纪至第三纪的各时代地层组成，其中震旦纪—中三叠世地层为巨厚的海相沉积，层位发育较全，而晚三叠世—古近纪地层为陆相沉积，层位不全，分布零星［30］。

由于受到多期构造变形影响，东部构造强烈的雪峰山隆起地区广泛出露上元古界，西部变形相对较弱，沉积盖层褶皱冲断而大面积出露上古生界［31］。该地区的构造主要表现为南北向隔槽式褶皱和逆冲断裂，伴生有东西向的正断层、北东向和北西向压扭断层［32］。黔东地区的铅锌矿床（点）数量众多，主要产于侏罗山式褶皱宽缓背斜核部，并与油气共／伴生（麻江古油藏区和凯里残余油气藏区）［33］。区内岩浆活动不发育，岩浆岩出露极少，主要有镇远-凯里地区的钾镁煌斑岩等［34-35］，与铅锌成矿作用无直接关系。

1.2 矿床地质

矿区位于龙井街断层NW侧，主要出露地层为前震旦系及寒武系。以龙井街断层为界，南东盘出露地层主要为青白口系下江群番召组（Qb f）和清水江组（Qb q）浅变质岩系，为华南褶皱带基底岩石组合；北西盘则主要出露寒武系，岩石组合为碳酸盐岩夹碎屑岩，为扬子准地台的盖层岩石组合（图1）。

矿区断层主要为NE-NEE向，由一组逆冲断层组成。以龙井街逆冲断层为主体，包括大格冲、金洞司等7条逆冲断层组成NE向推覆带（图1）。该推覆带以龙井街逆冲断层为顶板、金洞司逆冲断层为底板，在深部及地表收腹交汇于龙井街断层上。大格冲断层对矿体的形成和影响较大。矿区褶皱构造不发育，但在断层旁侧及层间存在次级小褶皱，总体属单斜构造，岩层倾向以NW为主，倾角10°～40°。矿床位于柏松背斜的北西侧，其轴向为NE向，核部为寒武系，翼部为寒武系和奥陶系，NW翼保存完整，NE翼已被龙井街断层破坏（图1）。

矿床范围内发育的地层主要为中-下寒武统，由老至新为清虚洞组（1q）、高台组（2g）和石冷水组（2s），各组之间均为整合接触（图2）。清虚洞组厚280～375 m，可分为三段：清一段（1q1）为薄层结晶灰岩夹泥岩或页岩纹层；清二段（1q2）为深灰色薄至中厚层细晶白云岩夹砂屑白云岩，常见豹皮状构造；清三段（1q3）为深灰色薄层含砂屑粉晶白云岩、薄至中厚层鲕粒或豆粒白云岩夹粉晶白云岩，该段层间断裂较发育，局部角砾岩化常见。矿床范围仅发育有清三段及清二段中上部岩层。高台组厚4～10 m，为灰黄、深灰色薄至中厚层含粉砂质细晶白云岩、粉晶白云岩，局部为白云质黏土岩，风化后呈黄、黄绿色页岩。石冷水组总厚350～410 m，可分为两段：石一段（2s1）下部为深灰色中厚层鲕、豆粒白云岩、细晶白云岩（＞72 m），上部为灰黄色薄至中厚层含砂屑粉晶白云岩（2～7 m）；石二段（2s2）为浅灰色薄至中厚层细—粉晶白云岩、鲕粒白云岩、含陆屑白云岩夹薄层粉砂质白云岩（～359 m），见石盐假晶等。

图2 柏松铅锌矿矿床地质图Fig.2 Geological map of Baisong ore deposit

铅锌矿化带呈层状、似层状及透镜状产于清三段（Ⅰ、Ⅱ含矿层）和石一段（Ⅲ、Ⅳ含矿层）（图3，表1）。Ⅰ含矿层是区内主要含矿层，岩性为灰色、深灰色中厚层鲕粒白云岩、细晶白云岩，倾向NW，倾角5°～25°；含矿层断续长2 000 m，矿化厚度0.59～11.63 m，含锌 0.01% ～9.24%，含铅 0.01% ～1.98%；共圈定③、④、⑤、⑥号四个矿体。

表1 柏松铅锌矿床矿体特征一览表*Table 1 A list of orebody characteristics of Baisong Pb-Zn deposit

图3 柏松铅锌矿床5号线勘探线剖面图Fig.3 Prospecting line profile map of line 5 in Baisong Pb-Zn deposit

Ⅱ含矿层岩性为灰色鲕状白云岩，倾向NW，倾角10°～20°；含矿层走向出露长1 000 m，矿化厚度0.50～12.69 m，含锌 0.01% ～15.70%，含铅0.01%～14.78%；共圈定⑦、⑧、⑨号三个矿体。

Ⅲ含矿层岩性为灰色厚层角砾状白云岩，倾向NW，倾角5°～15°；含矿层走向断续长1 800 m，矿化厚度0.98～3.80 m，含锌0.05%～5.06%，含铅0.00%～1.90%；共圈定①、②号两个矿体。Ⅳ含矿层岩性为灰色厚层鲕粒白云岩，倾向北西，倾角5°～28°；含矿层露头继续长800 m，矿化厚度0～20.63 m，含锌0.00%～10.53%，含铅0.00%～3.98%；圈定⑩号一个矿体。

2 样品与测试

本次研究样品采自石冷水组鲕粒白云岩的Ⅳ含矿层（图4）。在详细的野外描述拍照后，系统地采集了岩石、矿石样品。经过手标本观察鉴定后，挑选了55件代表性样品在昆明理工大学和南京宏创地质勘查技术服务有限公司进行了光薄片磨制。显微镜下观察鉴定工作在昆明理工大学有色金属矿产地质调查中心西南地质调查所完成。

图4 柏松铅锌矿床野外照片Fig.4 Field photos of Baisong Pb-Zn deposit

本次研究还挑选了一件样品在南京宏创地质勘查技术服务有限司公进行了TIMA测试。测试仪器为TESCAN MIRA-3场发射扫描电镜，配备有能谱仪4个能谱探头（EDAX Element 30），扫描速度和精度更准确。具体操作流程为：1）将由样品制成的光薄片用酒精擦拭表面，待干后放入喷碳仪中进行喷碳。2）将镀有碳膜的样品放入场发射扫描电镜中，使用TIMA软件进行校准、对焦。工作条件为：25 k V电压，15 mm工作距离，采用“Dot mapping”扫描模式，像素大小为3μm，能谱步长为9μm。3）待扫描完成后对结果进行处理分析，可获得各种矿物的体积百分含量，分析处理软件考虑到了各种矿物的密度参数后可直接获得样品的质量百分含量。

3 矿物学特征

3.1 矿石矿物组成

野外及手标本观察表明，柏松铅锌矿床矿物组成简单，金属矿物以闪锌矿（图5，a、b、e）、方铅矿（图5，c～i）和菱锌矿（图5，g），非金属矿物主要为白云石（图5，j）和少量沥青（图5，k、l）。矿石样品TIMA分析结果表明，其发生了较严重的氧化，金属矿物以菱锌矿为主，此外还存在少量的磁铁矿／赤铁矿、辉钼矿、铁白云石、锌方解石、石英、黄铁矿、钙长石、硅灰石、白钙沸石、阳起石和方解石等矿物（图6）。

图5 柏松铅锌矿床矿石手标本特征Fig.5 Characteristics of ore hand specimens in Baisong Pb-Zn deposit

图6 矿石样品背散射电子图像（a）、TIMA图像（b）与矿物组成（c）Fig.6 Backscattered electron image（a），TIMA image（b）and mineral composition（c）of ore samples

3.2 矿石组构

野外及手标本观察表明，柏松铅锌矿床矿石构造主要有：1）角砾状构造，方铅矿或闪锌矿沿白云岩角砾边缘结晶，而后被热液白云石胶结（图5，a）；2）脉状构造，闪锌矿在白云岩中呈网脉状或细脉状；3）浸染状构造，闪锌矿较均匀地分散于白云岩中（图5，b）；4）致密块状构造，为闪锌矿或方铅矿含量较高的富矿石；5）团块状构造，方铅矿呈较大的团块不均匀地分布于白云岩中（图5，c）；6）斑杂状构造，方铅矿或闪锌矿不均匀地杂乱分布于白云岩中（图5，d～e）；7）蜂窝状，矿石氧化、风化后表现出多孔的蜂窝状（图5，f）；8）星点状构造，方铅矿呈星点状分布于鲕豆粒白云中（图5，h～i）。

手标本观察、显微镜鉴定及TIMA分析表明，闪锌矿主要为浅黄色，金刚光泽，透射光下观察为透明至半透明，反射光下观察其反射色为灰色微带褐色调，具有浅黄色、白色内反射（图7，a～c）；多呈半自形-他形粒状与方铅矿、白铁矿、黄铁矿等共生（图7，e、f、h、i）；主要结构为他形粒状结构、溶蚀交代结构、交代残余结构等（图7，a、b、e、f、i、k）。TIMA 图像可见闪锌矿常氧化形成菱锌矿，有的外部被氧化而核部还残留有未完全氧化的闪锌矿，菱锌矿可与石英共生，或包裹有辉钼矿（图8，a～c）。

方铅矿为铅灰色，金属光泽，镜下反射光下可见三组解理相交而呈黑三角孔，部分可观察到其受应力后发生了揉皱现象（图7，d）；常呈他形分布于白云石之间，或与闪锌矿、白铁矿、黄铁矿共生（图7，c、e、k），也可见其被辉钼矿包裹而赋存于闪锌矿中（图8，c、d）；可交代闪锌矿呈港湾状结构、交代残余状结构（图7，f、k）。矿石中黄铁矿较少，手标本上基本无法观察到，反射光下呈淡黄色，无内反射，无多色性，具均质性，自形-半自形-他形分布在围岩或白云石中（图7，g；图8，e、f），或与闪锌矿、方铅矿等共生（图7，h、k）。本次研究还发现了少量的白铁矿，反射光下为黄白色，无内反射，相较于黄铁矿更偏白色，具有显著的双反射，具有浅蓝或浅蓝绿-淡棕白或淡粉红白的多色性，呈放射状结构、菱形、柱状自形晶结构、呈他形充填于白云石颗粒间呈胶结结构、呈压碎结构交代闪锌矿、呈放射状闪锌矿沿白铁矿周边进行溶蚀交代（图7，i～k）。

图7 柏松铅锌矿床矿石和围岩镜下照片Fig.7 Microscopic photos of ore and surrounding rock of Baisong Pb-Zn deposit

白云石为该矿床最主要的脉石矿物，手标本上观察呈灰色（图5，a、j），显微镜透射光下为浅黄白色，反射光下为灰色，具有双反射，强非均质性，反射多色性为深灰色-略暗深灰色，具有无色、白色内反射，存在两种大小不同粒度，沉积-成岩期的粒度较细，热液期的晶形完整、粒度粗大（图7，a）；在白云石晶洞中充填有锌方解石（图8，e）。矿石裂缝中常被赤铁矿／磁铁矿、菱锌矿和锌方解石充填（图8，f）。

图8 矿石样品背散射电子图像与TIMA分析结果Fig.8 Backscattered electron images and TIMA analysis results of ore samples

本次野外工作在石冷水组鲕、豆粒白云岩中发现了大量固体沥青，位于Ⅳ含矿层之下（图4）。沥青主要呈薄膜状、脉状赋存于白云岩中，矿石手标本中也发现与方铅矿共生／伴生的颗粒状沥青（图5，k～l）。对石冷水组鲕、豆粒白云岩的镜下观察表明，其中赋存着许多星点状细粒方铅矿或闪锌矿，它们在鲕、豆粒中，鲕、豆粒边缘及鲕、豆粒间均有分布（图7，l～n）。

3.3 围岩蚀变及矿石类型

柏松铅锌矿床蚀变简单，主要为白云石化，其次为沥青化，少量黄铁矿化和方解石化。热液白云石颜色较浅，颜色为白色、灰白色，呈斑杂状、团块状、脉状分布于白云岩及岩石裂隙中，与铅锌矿紧密共生。沥青化主要存在于石冷水组鲕粒白云岩中，Ⅳ含矿层也有发现。黄铁矿化则较局限，仅见于Ⅱ含矿层中［36］。

各矿化带中氧化程度强弱不一，总体来讲，矿体氧化程度为：Ⅰ含矿层＜Ⅱ含矿层＜Ⅲ含矿层＜Ⅳ含矿层。矿体氧化程度受矿石成分、所处构造部位、埋藏深度、岩石性质、地形条件等因素影响。一般含矿岩系晶洞、裂隙发育、矿体离地表越近、铅含量高的氧化程度就越高。

矿区矿石工业类型主要以硫化矿石为主，少量氧化矿石。硫化矿石占全区总资源量的95%，其氧化率≤10%，按其物质组分含量可分为锌矿石与铅锌矿石，以锌矿石为主。氧化矿石约占全区总资源量的5%，氧化率≥30%，主要分布在近地表地段的裂隙、溶蚀构造发育处，可分为锌矿石、铅锌矿石和铅矿石，以锌矿石为主［37］。

4 矿物生成顺序及地质意义

石冷水组白云岩围岩的鲕、豆粒中、边缘及粒间均赋存着细粒的星点状方铅矿或闪锌矿，系成矿物质在沉积成岩时的初步富集。矿石中的白云岩角砾被较粗粒的闪锌矿和白云石包裹，含有较大的方铅矿团块，这是富金属热液沉淀形成的。很明显，蜂窝状构造的矿石、暗红和黄褐的氧化色、失去金属光泽的方铅矿及由闪锌矿氧化形成的菱锌矿等均指示了成矿后的表生作用。因此，根据野外和镜下的观察鉴定，初步将该矿床的形成分为三期：沉积—成岩期、成矿期和表生期（表2）。

表2 柏松铅锌矿床矿物生成顺序表Table 2 Mineral formation sequence of the Baisong Pb-Zn deposit

白铁矿一般以极少量自形晶产于低温热液矿床的晶洞或结核状产于含炭泥质岩地层中，高于350℃变为黄铁矿，是低温成因的标型矿物［38］。柏松铅锌矿床包裹体不发育，难以确定包裹体温度，而白铁矿的存在指示成矿温度较低。此外，据闪锌矿微量元素估算，成矿温度为75～135℃（崔苗，2022，待发表）。柏松铅锌矿床位于凯里残余油藏范围内［39］，赋矿围岩及矿石中发育的沥青表明油气有机质可能参与铅锌成矿作用，这与湘西—黔东成矿带内的许多铅锌矿床是一致的［25，40-43］，与世界上典型MVT矿床的特征相吻合［44-50］（表3），因此认为柏松属于MVT矿床。