黔东铜仁地区热液白云岩出露良好, 形态包括块状、透镜状和角砾状等。

块状热液白云岩见于枫木寨西1 km处(图2-a), 围岩和交代残余的岩石为清虚洞组二段藻灰岩, 宽约20 m, 高7~8 m。露头中心部位交代彻底, 呈纯净的乳白色, 粉晶X射线衍射定量分析表明其白云石含量高达99.4%, 结晶粗大, 偶见粒径1~2 mm的沥青颗粒; 露头东西两侧部位交代不完全, 内部存在残余藻灰岩斑块或条带, 围岩中可见粒径1~3 cm的团块状或星点状方铅矿(图2-b), 顶部围岩局部发生破碎, 角砾可拼合, 胶结物为热液白云石。

图2

Fig.2

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	图2 黔东铜仁地区热液白云岩野外及镜下照片 a— 块状热液白云岩, 枫木寨; b— 方铅矿团块; c— 透镜状热液白云岩, 枫木寨; d— 单一角砾热液白云岩, 枫木寨; e— 单一角砾热液白云岩, 腊尔山; f— 混杂角砾热液白云岩, 枫木寨; g— 鞍状白云石, 具弯曲晶面、波状消光, 正交偏光; h— 鞍状白云石胶结角砾, 正交 偏光; i— 鞍状白云石中气液包裹体, 单偏光, V— 气相, L— 液相Fig.2 Field and microscope photos of hydrothermal dolostone in Tongren area, eastern Guizhou Province

透镜状热液白云岩位于枫木寨西150 m处, 宽约20 m, 高1~6 m, 产于清虚洞组二段薄层状灰岩和块状灰岩中(图2-c), 总体交代彻底, 呈乳白色至淡黄色, 结晶粗大, 局部存在交代残余; 发育于其内部的一处断层为白云石化流体上升的通道, 流体交代范围与岩性相关, 薄层灰岩相较于块状灰岩更易发生交代。

角砾状热液白云岩又分单一角砾和混杂角砾2类: 前者多发育在枫木寨清虚洞组灰岩(图2-d)和腊尔山娄山关组白云岩中(图2-e), 角砾由围岩破碎形成, 呈棱角状, 大小1~65 cm, 可拼合, 脉体为纯净的热液白云石, 无定向性, 具典型的水力破裂特征; 后者产于枫木寨清虚洞组一段至三段灰岩— 白云岩中(图2-f), NE向正断层从中穿过, 角砾呈棱角状、次棱角状, 大小1~70 cm, 成分较复杂, 包括灰色、深灰色— 黑色薄层状灰岩、灰色块状灰岩、灰色层纹状白云岩及褐黄色泥质角砾等, 脉体为纯净的热液白云石, 为断层和流体复合作用的结果。

热液白云岩主要由中粗晶— 巨晶鞍状白云石组成(图2-g), 晶面弯曲, 表面较混浊, 正交光下可见波状消光, 偶见细小闪锌矿颗粒。若围岩交代不完全, 在镜下表现为白云化灰岩。角砾状热液白云岩中, 脉体一般为粗晶鞍状白云石, 对角砾起胶结作用(图2-h)。

热液白云岩样品中流体包裹体丰度较低, 在少量透明度较高的白云石颗粒边缘或粒间接触带呈孤岛状、群状分布, 无色透明或呈灰色, 与主矿物边界较为清晰。可识别出2种类型包裹体: 一类是单相包裹体, 约占5%~10%, 呈无色透明的圆形, 推测为纯液相; 另一类是气液两相包裹体, 约占90%~95%, 室温下可见透明液相与圆形气相共存, 多呈不规则形、长方形、椭圆形或负晶形, 大小3~6 μ m, 充填度大于90%, 为测温的主要对象(图2-i)。

本次共测定了112个流体包裹体的均一温度和冰点温度, 并通过公式[NaCl ](%)=1.78T_m-0.0442 Tm2+0.000557 Tm3, 计算出相应盐度(Bodnar, 1993)。结果表明: 热液白云岩均一温度最低为96 ℃, 最高为223 ℃, 平均为155.86 ℃, 主要温度范围为110~190 ℃(图3); 盐度变化较大, 最低为8.28 wt%NaCl, 最高为16.15 wt% NaCl, 平均为12.30wt% NaCl。

图3

Fig.3

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	图3 黔东铜仁地区热液白云岩中流体包裹体均一温度直方图Fig.3 Histogram of homogenization temperatures of fluid inclusions from the hydrothermal dolostone in Tongren area, eastern Guizhou Province

热液白云岩样品Σ REE变化范围为4.49~38.93 μ g/g, 平均为15.82 μ g/g; LREE/HREE变化范围为8.47~32.66, 平均为16.51; (La/Yb)_N平均为33.03, 反映热液白云岩稀土元素总量偏高, 轻稀土富集且轻重稀土分馏较明显。Ce呈负异常, δ Ce变化范围为0.71~0.92, 平均为0.79; δ Eu变化范围为0.64~1.67, 平均值为1.13; 稀土元素标准化配分模式为右倾型(图4)。

图4

Fig.4

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	图4 黔东铜仁地区热液白云岩稀土元素标准化配分模式Fig.4 Normalized REE distribution patterns of hydrothermal dolostone in Tongren area, eastern Guizhou Province

Sr常以类质同象方式存在于含Ca矿物中, 由于Sr同位素不易发生分馏, 可利用 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 值示踪流体来源。热液白云岩常(并非全部)富集Sr同位素, 并具有较高的 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 值(Smith, 2006)。研究区热液白云岩样品的 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 值范围为0.708524~0.708753, 平均值为0.708662; Sr元素含量为34.5~79.7 μ g/g, 平均为45.81 μ g/g。

鞍状白云石是热液白云岩的代表性矿物, 大量研究资料表明其形成温度通常为80~235 ℃, 主要为100~180 ℃(Davies and Smith, 2006), 盐度通常为海水的2~6倍(Middleton et al., 1993)。研究区热液白云岩主要由鞍状白云石组成, 镜下见弯曲晶面和波状消光, 形成温度主要为110~190 ℃, 远高于该区清虚洞组无蚀变藻灰岩方解石的形成温度(夏新阶和舒见闻, 1995), 盐度为正常海水的3~4倍, 且与方铅矿、闪锌矿等低温热液矿物及沥青共生, 特征较为典型。

对于热液白云岩的形态, 蒋裕强等(2016)认为热液白云石化作用的改造方式和展布范围取决于原始岩石的岩相特征, 而断层为白云石化热液流体的运移提供了通道(李荣等, 2008)。当原始岩石具有高孔隙度和渗透率时, 易于发生大范围的热液交代作用(陈代钊, 2008), 反之可表现为水力破裂作用(蒋裕强等, 2016)。在研究区内, 块状热液白云岩的形成由其所在清虚洞组二段藻灰岩的性质所决定, 由于藻灰岩出现较密集的纹层状微生物席或花斑状微生物团块, 导致岩石孔隙高度, 易于发生白云石化交代作用。透镜状热液白云岩沿保铜玉断裂旁侧分支断裂(图1)断续分布, 由白云石化流体沿次级小断层上升并向两侧交代形成(图5-a), 主体部分为易被交代的清虚洞组二段薄层状藻灰岩, 局部见交代残余, 相对不易被交代的块状灰岩为其底部边界。单一角砾热液白云岩的形成可与断层相关, 如沿一小断层上升的白云石化流体在紧靠断层面的上盘处形成角砾岩(图5-b), 角砾多呈棱角状, 脉体为纯净的热液白云石; 或未见断层, 仍具有典型的水力破裂角砾岩特征(图5-c), 中心部位破碎程度较高, 角砾呈棱角状, 可拼合, “ 之” 字型脉遍布, 脉体为纯净的热液白云石, 形成于高压白云石化流体的水力破裂作用。混杂角砾热液白云岩如前述, 为枫木寨正断层和高压白云石化流体共同作用的结果。

图5

Fig.5

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	图5 黔东铜仁地区热液白云岩野外照片及地质素描图 a— 透镜状热液白云岩局部, 枫木寨; b— 单一角砾热液白云岩, 枫木寨; c— 单一角砾热液白云岩, 角砾多为娄山关组白云岩, 脉体热液白云岩, 腊尔山Fig.5 Field photos and geological sketch of hydrothermal dolomite in Tongren area, eastern Guizhou Province

热液可以来源于不同深度, 如上地壳的沉积地层中受地热梯度影响的地下水加热, 或下地壳的中酸性岩浆热液, 甚至来自于上地幔的基性岩浆热液。一般来说, 来自于深部的岩浆热液具有Eu的正异常, 轻稀土元素不富集, 而来自于上地壳沉积地层的热液记录了沉积物的稀土元素特征, Eu正异常不明显且显示轻稀土元素富集。热液交代白云岩的稀土元素主要来自白云石化流体(吴仕强等, 2009)。湘西地区清虚洞组碳酸盐岩Σ REE为13.13 μ g/g, LREE/HREE为6.81(张旭阳等, 2017), 均小于研究区同层位的热液白云岩相应值, 显示轻稀土元素富集。研究区稀土元素配分曲线显示轻稀土元素富集, Eu的正异常弱或不明显(图4), 说明热液来源于上地壳地层热液而非深部岩浆热液。热液白云岩的Sr同位素特征可用来判别流体来源(宋光永等, 2009; 陈轩等, 2012), 张自超(1995)测得峡东地区震旦系灯影组碳酸盐岩 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 值为0.70846, 陡山沱组碳酸盐岩 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 值为0.70853。研究区热液白云岩 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 值为0.708524~0.708753, 平均为0.708662, 与震旦系碳酸盐岩值较为接近。结合研究区热液白云岩形成机制, 认为该套低温、中盐度白云石化流体可能来自包括震旦系灯影组、陡山沱组碳酸盐岩在内的下伏地层。

铅锌成矿作用与白云石化热液活动密切相关, 热液白云岩可作为铅锌矿赋矿围岩出现(王珏等, 2013; 文德潇等, 2014)。研究区铅锌矿床按产出特征可分为藻灰岩型、角砾状白云岩型和蚀变白云岩型, 脉石为白云石或方解石(周彬等, 2017), 其中嗅脑矿床成矿温度为114~164 ℃, 卜口场矿床成矿温度为80~240 ℃, 流体盐度为10.49~17.19 wt% NaCl(蔡应雄等, 2014); 铅锌矿脉石的稀土元素配分模式为右倾型, Σ REE为1.73~67.88 μ g/g, LREE/HREE为6.21~19.85, Ce呈弱负异常— 弱正异常, δ Ce为0.61~1.09(隗含涛等, 2017), 闪锌矿Rb-Sr等时线对应的初始 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 值为 0.70920(杨红梅等, 2015)。研究区热液白云岩出露位置与卜口场、康金、小红岩等铅锌矿床(点)相距较近, 形态包括块状、透镜状和角砾状等, 含方铅矿、沥青等低温热液矿物, 流体温度为96~223 ℃, 盐度为8.28~16.15 wt% NaCl, 富集轻稀土元素, Σ REE为4.49~38.93 μ g/g, 平均为15.82 μ g/g; LREE/HREE为8.47~32.66, 平均为16.51; Ce呈负异常, δ Ce为0.71~0.92, 平均为0.79; ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值变化范围0.708524~0.708753, 平均为0.708862。综合两者特征认为: 白云石化流体与区域铅锌成矿流体具有相似的温度、盐度及稀土元素、锶同位素特征; 流体压力均较高, 可发生水力破裂作用形成角砾岩; 流体来源相同或相似, 以断层为主要运移通道; 热液白云岩应形成于铅锌主成矿期前后, 含少量成矿物质, 多分布于铅锌矿床旁侧, 可作为蚀变带出现。