貴州晴隆中二疊統(tǒng)大廠層礫巖成因研究

陳軍， 楊瑞東， 鄭祿林， 高軍波， 魏懷瑞

貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽， 550025

內(nèi)容提要: 貴州晴隆中二疊統(tǒng)大廠層中—上部產(chǎn)出一套呈囊狀、透鏡狀分布的礫巖層。對(duì)大廠層礫巖沉積序列、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征和礦物組合進(jìn)行研究，結(jié)果表明：沉積序列為“反粒序”，礫巖成分單一，基本為玄武質(zhì)，是由峨眉山玄武巖直接改造而成，未發(fā)育河道相沉積特征；大廠層礫石具特殊的“泥化邊”構(gòu)造，是玄武巖在海水中大量水解的直接證據(jù)，填隙物中的青磐巖化礦物組合表明礫巖遭受了低溫?zé)嵋旱母脑?。填隙物具有接近凝灰?guī)r的Zr/Hf(30.7～43.4，均值38.0)，揭示玄武巖在改造形成礫石的過程中有火山碎屑(火山灰)參與成巖；礫石和填隙物相對(duì)玄武巖貧Na(Na2O)富K(K2O)，三者具有相似的稀土配分模式，其中∑REE呈規(guī)律性變化(玄武巖最高，礫石次之，填隙物中最低)。沉積背景分析認(rèn)為，峨眉地幔柱作用使地殼發(fā)生了差異抬升，抬升一側(cè)暴露遭受剝蝕形成不整合面，相對(duì)沉降一側(cè)繼續(xù)接受沉積，大廠層正是峨眉山玄武巖前鋒帶在局限海盆邊緣(沉降側(cè))，于茅口灰?guī)r之上繼續(xù)沉積的產(chǎn)物。大廠層礫巖形成機(jī)制是：熾熱玄武巖流在海水中急劇爆裂，同時(shí)火山碎屑參與沉積，形成的玄武巖前積層(淬碎熔巖角礫)及凝灰?guī)r，沉積在茅口組灰?guī)r之上；在后期的演化過程中，熾熱玄武巖冷凝收縮，柱狀節(jié)理發(fā)育，在潮汐流和沿岸流的相互作用下不斷磨蝕形成大廠層礫巖。

貴州晴隆銻礦區(qū)中二疊統(tǒng)大廠層為一套以硅化、粘土化為主的火山碎屑巖沉積建造，因其別具特色的巖石組合、特殊的構(gòu)造位置以及含有金、銻、螢石、硫鐵礦等礦產(chǎn)資源而備受地學(xué)界關(guān)注。但是，對(duì)產(chǎn)于大廠層中—上段的礫巖層研究較少且程度不深，大多數(shù)只著重于宏觀推斷。陳豫等(1984)、凌小惠(1985)和曹鴻水(1991)認(rèn)為大陸溢流玄武巖或者海底火山噴發(fā)形成的類似枕狀玄武巖遇海水龜裂破碎，而后經(jīng)沖刷磨蝕形成礫石，但對(duì)大廠層礫巖的具體形成過程卻未曾提及；李明道(2008a, b)和胡煜昭(2011)認(rèn)為其屬于河道相、湖泊相沉積，礫石是通過河流侵蝕搬運(yùn)沉積形成；田亞洲等(2011)認(rèn)為其厚度變化與銻礦厚度變化呈正相關(guān)關(guān)系。

黔西南地區(qū)在中—晚二疊世，峨眉山玄武巖前鋒帶已進(jìn)入海水，海陸頻繁變遷(陳文一等, 2003; 朱江等, 2011; 李宏博等, 2013)，大廠層正是在該復(fù)雜沉積環(huán)境下形成的產(chǎn)物?，F(xiàn)代火山沉積研究可直接對(duì)火山噴發(fā)及其沉積物特征進(jìn)行觀察(Nichol et al., 2003; 季敏等，2005; Ramalho et al., 2013)，并證實(shí)其沉積特征受控于多種因素，例如火山噴發(fā)類型、海底風(fēng)暴、洋流影響等(Barley et al., 1979; Robertson and Stillman, 1979; 于洪軍, 1993; Tarasov et al., 1999; Milkov, 2000; Menzies et al., 2002)。礫巖作為特殊的地質(zhì)體，能夠很好地記錄地質(zhì)演化的信息，沉積物中礫石的成分、粒徑、定向性等變化以及膠結(jié)物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征等是判別沉積環(huán)境，確定物源的直接證據(jù)；次生礦物組合、蝕變程度能夠反映`成巖后期的改造情況(陳建強(qiáng)等, 2004)；此外，通過對(duì)礫巖成分地球化學(xué)研究，可揭示礫巖源區(qū)巖石特征，并對(duì)其構(gòu)造環(huán)境予以判別。鑒于此，本文試圖通過對(duì)晴隆大廠地區(qū)礫石層的物質(zhì)成分、礦物組成、結(jié)構(gòu)形態(tài)以及巖石地球化學(xué)特征的研究，結(jié)合研究區(qū)古地理環(huán)境，探討大廠層礫巖的形成機(jī)制，并討論大廠層的形成演化。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖(a)、晴隆礦區(qū)地質(zhì)簡圖(b)及大廠層沉積序列(c)(a)引自《貴州省區(qū)域地質(zhì)志》(貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1987); (b)引自貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)局地質(zhì)科學(xué)研究所, 1989?Fig. 1 Sketch geological map of the study area (a), tectonic schematic map of the Qinglong antimony deposit (b) and depositional sequence of Dachang Layer (c)(a) from Regional Geology of Guizhou Province (Guizhou Bureau of Geology and Mineral Resources,1987); (b) from Bureau of Geology and Mineral Exploration of Guizhou Province, 1989?.

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于華南褶皺系—黔西南坳陷盆地(圖1a)、二疊紀(jì)峨眉山玄武巖分布區(qū)的南東尖滅地帶(胡煜昭, 2011)。銻礦賦礦巖石為一套硅質(zhì)蝕變火山碎屑巖，在以往的地質(zhì)工作中，多沿用貴州省地質(zhì)局112隊(duì)對(duì)該層的命名——大廠層(貴州地質(zhì)局112隊(duì),1972)?。通常所謂的大廠層即狹義的大廠層，特指貴州晴隆銻礦的賦礦層，近幾年研究發(fā)現(xiàn)，在我國西南川、滇、黔三省鄰接地區(qū)二疊紀(jì)沉積巖( 茅口灰?guī)r) 與上覆火山巖( 峨眉山玄武巖) 間普遍發(fā)育一套硅質(zhì)蝕變火山沉積巖(陳文一等, 2003)，與大廠層屬于同一地質(zhì)產(chǎn)物。

研究區(qū)出露地層主要為中二疊統(tǒng)茅口組(P2m)、大廠層(P2d)和上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖(P3β)以及龍?zhí)督M(P3l)。大廠層在礦區(qū)內(nèi)呈帶狀分布(圖1b)，厚度變化較大(0.00～46.97m)，鉆孔巖芯資料表明，大廠層在礦區(qū)東部(三望坪)厚度最大，最厚達(dá)46.97m；大廠層固路南礦段較薄，平均厚度9.70m；礦區(qū)外圍厚度在8.00m左右(胡煜昭, 2011)。其巖性組合為一套硅質(zhì)蝕變火山碎屑巖夾玄武質(zhì)熔巖，總體為凝灰?guī)r—硅質(zhì)巖疊覆沉積建造(圖1c)。礫巖主要以透鏡狀、囊狀分布于大廠層中—上段，橫向上極不連續(xù)，與玄武質(zhì)角礫巖、含玄武質(zhì)巖屑砂巖、粘土質(zhì)凝灰?guī)r、少許灰?guī)r及玄武巖透鏡體共生產(chǎn)出。雖然受后期構(gòu)造變質(zhì)作用影響，部分礫巖遭受硅化、粘土化、綠泥石化等蝕變，但主體形態(tài)并未變化，巖石原巖組構(gòu)清晰。因此，本文擬對(duì)礫巖的沉積序列、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物組合、礫石形態(tài)以及巖石地球化學(xué)等特征的研究來探討礫巖成因和形成環(huán)境。

2 大廠層礫巖層礫石形態(tài)結(jié)構(gòu)特征

礫巖主要分布在大廠層中—上段(圖1c)，在大廠礦段1號(hào)車間主坑道中礫巖出露最為完整，橫向上礫巖展布不連續(xù)，呈囊狀、透鏡狀產(chǎn)出，最大厚度3.2m。本次研究以晴隆大廠銻礦1號(hào)井剖面(圖1c)和大廠礦段1車間主坑道剖面(圖2)為主要研究對(duì)象，并結(jié)合礦堆特征樣品與剖面樣品對(duì)應(yīng)分析。

大廠層礫巖物質(zhì)成分相對(duì)簡單，礫巖中礫石基本以玄武質(zhì)為主，致密狀，礫石含量約占95%以上。對(duì)大廠礦段1車間坑道剖面研究發(fā)現(xiàn)，沉積粒序?yàn)椤胺戳Ｐ颉?，即從底往上粒徑依次增大，分選性變差，垂向上可分為三個(gè)不同的沉積帶。

B帶：與A帶最大的不同是礫石分選性變差，主要以大粒徑礫石(d=5.0～7.5cm)和小粒徑(2.0～4.0cm)組成，前者含量約65%，二者混雜堆積，但在該沉積帶底部以小粒徑居多。礫石形態(tài)以球狀、似球狀礫石為主，少數(shù)呈不規(guī)則形態(tài)(圖2)，磨圓度均很高，表面光滑，發(fā)育一層厚約0.5～1.0cm的“泥化邊”。膠結(jié)物以火山碎屑粉砂質(zhì)為主，膠結(jié)方式以孔隙式膠結(jié)為主。剖面可見大量黃鐵礦化，硅化較A帶減弱。

C帶：礫石粒徑變化較大，最大者可達(dá)15cm，平均在6.0～10 cm之間，分選性較差。礫石圓度多呈次棱角狀—次圓狀，少數(shù)礫石為角礫狀。礫石含量約占90%，膠結(jié)物呈暗綠色，以火山熔巖碎屑和沉火山細(xì)碎屑物質(zhì)為主，粒徑較大者發(fā)育“泥化邊”，其中礫巖底部與塊狀玄武巖直接接觸(圖2)。蝕變以粘土化、綠泥石化為主，硅質(zhì)蝕變微弱。

可以看出，大廠層礫巖沉積序列表現(xiàn)出一定的規(guī)律性(圖2)，由底向上為：粒徑逐漸變大，分選性依次變差；硅質(zhì)蝕變程度逐漸減弱，粘土化逐漸增強(qiáng)，其中 B和C帶“泥化邊”構(gòu)造發(fā)育；礫石成分基本為玄武質(zhì)，少見硅化凝灰?guī)r礫石，膠結(jié)物單一，以火山熔巖碎屑和火山沉積碎屑為主，含量不足5%，膠結(jié)方式總體為孔隙式膠結(jié)和接觸式膠結(jié)，揭示玄武巖以及同期火山沉積物是主要物源供給者。

3 礫巖礦物組構(gòu)

3.1 礦物組成特征

礫石的礦物成分較為簡單，主要為輝石和基性斜長石，與峨眉山玄武巖成分存在相關(guān)性，長石遭受粘土化最為強(qiáng)烈，并伴有碳酸鹽化，絹云母化和綠泥石化。

填隙物以玄武質(zhì)熔巖碎屑和凝灰質(zhì)復(fù)成分碎屑為主，其中巖屑含量在40%～50%。雜基由顯微—隱晶質(zhì)的粘土(Cly)片狀集合體組成(圖3b)，未見其他物源碎屑。填隙物中發(fā)育黃鐵礦、黃銅礦、綠泥石、碳酸鹽礦物、石英、高嶺石等典型的青磐巖化礦物組合，說明礫巖遭受了后期低溫?zé)嵋鹤饔玫母脑?；另外，在礫石邊緣發(fā)現(xiàn)有少量的海綠石礦物(圖3d)，凌小惠(1985)通過X-射線粉晶衍射、紅外光譜和電子探針等分析認(rèn)為該海綠石礦物實(shí)為多種礦物集合體，其晶體結(jié)構(gòu)為有序的高鉀云母型結(jié)構(gòu)，形成于濱海環(huán)境。

圖3 貴州晴隆大廠層礫巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征Fig. 3 The structures and tectonics of conglomerate in the Dachang Layer , Qinglong antimony deposit(a)礫石與填隙物接觸關(guān)系(-);(b)填隙物中玄武質(zhì)熔巖碎屑和隱晶質(zhì)粘土(Cly)(+);(c)淬碎玄武質(zhì)角礫碎屑與灰?guī)r角礫;(d)海綠石(Glt)在礫石和填隙物接觸帶發(fā)育(+);(e)填隙物中熔巖巖屑呈弱塑性變形;(f)強(qiáng)烈粘土化玄武質(zhì)礫石，綠泥石膠結(jié);(g)杏仁狀玄武質(zhì)礫石，左上角為拋光面特征;(h)玄武質(zhì)礫石中的皮殼狀杏仁構(gòu)造(上部為單偏光，下部為正交偏光);(i)玄武質(zhì)礫石的“泥化邊”構(gòu)造(右上角為未完全水解玄武質(zhì)礫石)(a) the contact relationship of gravels and interstitial material(-); (b) the basaltic lava clast and adiagnostic clay in interstitial material(Cly) (+); (c) the quenched—shattered basaltic clast and brecciform limestone; (d) the glauconite on the contact relationship(+); (e) the plastic deformation of lavatic rock cuttings in interstitial material; (f) he strong argillation basaltic gravels, chlorite cement; (m) the banding silica rock at the bottom of the Dachang Layer ; (g) the amygdaloid basaltic gravels and burnishing surface(the top left corner); (h) the structure of crust amygdaloid in basaltic gravels (lower part for perpendicular polarized light and the upper part for plane polarized light); (i) the “clay edge” of basaltic gravels(the incomplete hydrolyzing basaltic gravels in the top right corner)

圖2 晴隆銻礦1車間坑道大廠層礫巖沉積序列與沉積特征Fig. 2 Depositional sequence and sedimentary characteristics of the Dachang Layer in “No. 1” workshop tunnel, Qinglong antimony deposit, Guizhou

3.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征

礫石普遍遭受蝕變，具變余玄武結(jié)構(gòu)(圖3a)，但礫石的蝕變程度各不相同，大部分礫石遭受強(qiáng)烈粘土巖化，個(gè)別礫巖蝕變較弱，保存有原來玄武巖所具有的間粒間隱結(jié)構(gòu)和交織結(jié)構(gòu)。填隙物中熔巖砂屑呈次棱角狀，少數(shù)具有塑性變形特征(3e)，說明在礫石形成過程中有火山噴發(fā)碎屑物質(zhì)直接參與，在礫石空隙當(dāng)中膠結(jié)成巖。

B帶和C帶部分礫石發(fā)育“泥化邊”，曹鴻水(1991)對(duì)晴隆大廠層礫巖“泥化邊”有過描述，認(rèn)為是礫石在碳酸鹽巖軟泥當(dāng)中滾動(dòng)形成的碳酸鹽圈層，類似碳酸鹽巖沉積物中鮞粒的形成。本次研究發(fā)現(xiàn)礫巖成分基本都為玄武質(zhì)，礦物組成結(jié)構(gòu)均一，礫石顯微結(jié)構(gòu)為玄武巖典型的間粒間隱結(jié)構(gòu)，無碳酸鹽質(zhì)成分。高明等(1995)通過玄武巖水/巖界面反應(yīng)試驗(yàn)證明，在一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)境中，水與玄武巖的作用主要為硅酸鹽及鋁硅酸鹽的水解作用，其水解最終產(chǎn)物為高嶺石和蒙脫石等粘土礦物。因此，推測(cè)該礫石與海水可能發(fā)生了水解作用并最終形成以粘土礦物為主的“泥質(zhì)圈層”，而大多礫石核部因水解微弱甚至并未發(fā)生水解作用而保留了玄武巖原巖成分(圖3i)。

在B帶部分玄武質(zhì)礫巖發(fā)育豆?fàn)钋蛄?圖3g、 h)，對(duì)巖石拋光面觀察并結(jié)合顯微鏡下觀察，球粒呈同心圓狀，內(nèi)核成分為隱晶質(zhì)SiO2或方解石，邊緣以綠泥石、綠簾石和玉髓為主。Kiss et al.(2010)對(duì)匈牙利東北地區(qū)侏羅系Darnó地層中的海相噴發(fā)玄武巖及其火山沉積巖研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，玄武巖中發(fā)育圈層狀綠泥石—方解石杏仁體和方解石—石英—赤鐵礦脈，與大廠層礫巖球粒非常類似；Kshirsagar et al.(2012)在印度Deccan玄武巖也發(fā)現(xiàn)了這種球粒，其形成原因可能是玄武巖在排氣作用過程形成的氣泡被硅質(zhì)熱液充填，或者是后期熱液沿著微裂隙在玄武巖杏仁體周圍充填了整個(gè)杏仁體，形成了圈層結(jié)構(gòu)。根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查，大廠層玄武質(zhì)礫石發(fā)育的豆?fàn)钋蛄Ｍ瑯訛樾鋷r的氣孔被改造充填，其充填礦物(綠泥石+石英+方解石)及結(jié)構(gòu)形態(tài)與張漢成等(2003)研究的華北板塊南緣中元古界熊耳群火山巖系中的熱水充填型杏仁體很類似，且大廠層沉積構(gòu)造背景以陸緣裂谷淺水環(huán)境為主，火山活動(dòng)可提供充足的熱水來源，具備熱水充填作用的條件。

4 礫巖地球化學(xué)特征

圖4 大廠層礫巖及上覆玄武巖Zr/TiO2-Nb/Y圖解(據(jù)Winchester and Floyd, 1977)Fig. 4 Zr/TiO2-Nb/Y diagram for conglomerate of the Dachang Layer and the overlying basalt (after Winchester and Floyd, 1977 )

本次研究對(duì)采集的不同礫巖樣品進(jìn)行分類，共篩選出礫巖層頂部3件玄武巖樣品，分別是：SP-1為無蝕變玄武巖，采自三望坪礦段，DC-13、DC-14為鐵錳質(zhì)玄武巖，采自1號(hào)井剖面礫巖層上部，發(fā)育圈層構(gòu)造；5種不同類型的礫石組合，考慮到礫石和填隙物母巖可能有所差異，因此對(duì)每一類礫巖進(jìn)行礫石(DLS)和填隙物(DJW)分離，其中DLS-5、DJW-5發(fā)育后期石英細(xì)脈，具體樣品特征見表1。所取樣品在室內(nèi)除去風(fēng)化層之后用清水洗凈晾干，然后送至廣州澳實(shí)檢測(cè)中心進(jìn)行常量微量及稀土元素含量測(cè)定。常量元素分析采用硼酸鋰熔融，X熒光光譜分析(XRF)；微量元素采用四酸消解，質(zhì)譜/光譜儀綜合分析(ME-MS61)；稀土元素分析采用硼酸鋰熔融、等離子質(zhì)譜定量法(ME-MS81)。具體測(cè)試數(shù)據(jù)見表(1～2)。

4.1 主量元素地球化學(xué)特征

母巖在遭受機(jī)械作用形成礫石的過程中，會(huì)不同程度地造成礦物質(zhì)的改變和元素的遷移，大廠層礫巖形成于二疊紀(jì)末期，在形成過程和形成后同樣遭受了不同程度蝕變。為避免巖石蝕變對(duì)原巖成分改造的影響，所以對(duì)礫巖原巖類型的判別應(yīng)以穩(wěn)定元素為依據(jù)，Winchester and Floyd(1977)認(rèn)為蝕變火山中高場強(qiáng)元素Ti、Zr 、Nb、Y等元素很穩(wěn)定，不受后期地質(zhì)改造作用影響，可有效判別蝕變火山巖原巖類型，運(yùn)用這些元素構(gòu)成的Zr/TiO2—Nb/Y圖解來劃分蝕變火山巖分類是比較可靠。從(圖4)中可以看出，三件玄武巖樣品中，均落入亞堿性玄武巖(拉斑玄武巖)區(qū)域，其中樣品SP-1靠近堿性玄武巖系列，其全堿含量(Na2O+ K2O=3.68%～6.52%)稍低于廖寶麗(2013)對(duì)貴州峨眉山玄武巖的研究所得(Na2O+ K2O=4.79%～8.86%)，代表了晴隆大廠地區(qū)玄武巖的基本特征；大廠層礫巖礫石和填隙物則全部落入堿性玄武巖區(qū)域，揭示礫巖原巖可能為玄武質(zhì)火山巖系列。

表1 貴州晴隆銻礦大廠層礫巖及上覆玄武巖代表性樣品主量(%)和微量元素測(cè)試數(shù)據(jù)(×10-6)Table1 Major (%) and trace elements (×10-6) analysis for typical samples of conglomerate of the Dachang Layer and the overlying basalt in Qinglong antimony deposit, Guizhou

主量元素分析結(jié)果表明，大廠層礫巖SiO2變化于42.3%～78.5%，平均58.0%；填隙物SiO2變化于55.8%～86.9%，平均63.5%；玄武巖SiO2變化于42.9%～50.2%，平均47.6%?？梢姷[巖的SiO2含量高于玄武巖，填隙物中含量最高，說明后期的含硅質(zhì)熱液不同程度改造了礫巖。因此，對(duì)礫巖化學(xué)組分相關(guān)性的討論應(yīng)采用不活潑元素作為依據(jù)。玄武巖的元素活化遷移規(guī)律研究證明，在熱液蝕變作用和海水蝕變作用過程中，Ti、Al和P元素是不活潑的，并且在熱液中很少攜帶，而Ca和Na最容易發(fā)生遷移(Hugh，1993)。玄武巖Al2O3(12.2%～14.4%，均值 13.98%)與礫石Al2O3(10.35%～15.80%，平均13.12%)基本一致，而填隙物中Al2O3低于前兩者( 4.80%～15.80%，平均7.09%)；玄武巖TiO2變化于2.79%～4.25%，平均4.15%，礫石TiO2變化于3.24%～4.91%，平均3.92%，填隙物中TiO2變化于0.96%～1.99%，平均1.92%，可見礫石和玄武巖TiO2比較接近，值得說明的是，鐵錳質(zhì)玄武巖(DC-13、DC-14)中TiO2變化分別為4.25%和4.05%，比未蝕變玄武巖SP-1(2.79%)高，相對(duì)更接近礫石中TiO2含量，揭示部分礫石原巖可能屬于高鈦玄武巖系列；玄武巖P2O5變化于0.28%～1.80%，平均1.80%，礫石P2O5變化于0.31%～0.77%，平均0.51%，填隙物中P2O5變化于0.05%～0.26%，平均0.15%，可以看出，礫石中P2O5比填隙物P2O5更接近玄武巖。

表2貴州晴隆銻礦大廠層礫巖及上覆玄武巖代表性樣品稀土元素含量(×10-6)Table 2 Rare earth elements (×10-6) analysis for typical samples of conglomerate of the Dachang Layer and the overlying basalt in Qinglong antimony deposit, Guizhou

Pearce(1976)對(duì)玄武巖海水蝕變作用研究認(rèn)為，Na表現(xiàn)為虧損，K變現(xiàn)為富集，這與對(duì)高嶺石、鉀長石與伊利石形成的化學(xué)作用模式研究基本吻合(Bjorkum et al., 1988)，當(dāng)環(huán)境溫度高于50℃時(shí)，自生高嶺石和(自生)鉀長石可能反應(yīng)形成自生伊利石，而伊利石是富K貧Na的硅酸鹽云母類粘土礦物(K2O=6%～9%，Na2O=0.5%～1.5%)。本次研究的大廠層礫巖(礫石、填隙物)Na2O含量極低(0.01%～0.08%)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于玄武巖中的含量(3.50%～5.55%)，K2O(1.69%～3.39%)相對(duì)玄武巖(0.18%～1.76%)則表現(xiàn)為富集，這與填隙物中發(fā)育大量粘土礦物及濱海相海綠石礦物(高鉀云母型)集合體現(xiàn)象較一致。

對(duì)玄武巖、礫石和填隙物中不活潑元素(Al、Ti、P)及活潑元素(Na、K)氧化物含量分析認(rèn)為，礫石物源成分與玄武巖具有相似性，礫石可能源于玄武巖的改造，而填隙物物源性質(zhì)則與礫石不同。此外，礫巖受海水蝕變作用顯著，其蝕變產(chǎn)物受熱液改造形成了富K貧Na的粘土礦物，這與大廠層礫巖普遍的粘土化及低溫?zé)嵋呵嗯蛶r化現(xiàn)象是相符合的。

4.2 微量及稀土元素地球化學(xué)特征

圖5 大廠層礫巖及上覆玄武巖微量元素N-MORB標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(a—c)( N-MORB標(biāo)準(zhǔn)值據(jù)Pearce, 1984)及稀土球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖(d)( 球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and Mcdonough, 1989)Fig. 5 Plots of N-MORB normalized trace element spider diagrams (a—c) and plot of chondrite-normalized REE patterns (d) for conglomerate of the Dachang Layer and the overlying basalt (N-MORB normalized date after Pearce, 1984; chondrite-normalized date after Sun and Mcdonough, 1989)

稀土元素通常是最不易溶解的微量元素，在低級(jí)變質(zhì)作用、風(fēng)化作用和熱液蝕變作用中保持不活潑性，一般用作火成巖、變質(zhì)巖和沉積巖巖石成因和演化的示蹤劑(Hugh，1993)。在REE球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖中(圖5d)，玄武巖、礫石和填隙物稀土配分曲線趨勢(shì)具有一致性，表現(xiàn)為輕稀土富集，重稀土虧損的右傾特征，揭示礫巖物源性質(zhì)與玄武巖類似，其中玄武巖∑REE相對(duì)較高，介于158.18×10-6～346.91×10-6之間，平均274.69×10-6，LREE/HREE介于5.54～8.15之間，(La/Yb)N為6.11～11.04，輕重稀土分餾比較明顯，δEu和δCe無明顯異常，與貴州峨眉山玄武巖總體特征一致(廖寶麗，2013)；礫石∑REE相對(duì)玄武巖較低，介于92.37×10-6～233.80×10-6之間，平均177.63×10-6，LREE/HREE介于4.14～8.73之間，(La/Yb)N為3.89～10.34，變化范圍較大，但基本呈現(xiàn)與玄武巖類似的輕重稀土分餾，除樣品DLS-5(δEu=0.69)和DLS-3(δEu=1.13)表現(xiàn)較為異常外，其余δEu和δCe基本趨近于1；填隙物∑REE相對(duì)最低，介于82.72×10-6～218.29×10-6之間，平均124.82×10-6，LREE/HREE與(La/Yb)N波動(dòng)很大，個(gè)別樣品表現(xiàn)為HREE強(qiáng)烈虧損，其中DJW-5(La/Yb)N為30.53，LREE/HREE為22.50，δCe無明顯異常，δEu表現(xiàn)為弱的正異常和負(fù)異常，反應(yīng)填隙物物源性質(zhì)比較復(fù)雜。

在不相容元素N-MORB標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上(圖5a—c)，玄武巖、礫石和填隙物均表現(xiàn)出相似分布曲線，高場強(qiáng)元素(HFSE)Ta(Nb)相對(duì)于Hf(Zr)富集，大離子親石元素(LILE)Rb相對(duì)富集，說明形成于大陸板內(nèi)環(huán)境，礫巖Ba相對(duì)虧損歸因于巖漿分離結(jié)晶過程中斜長石的強(qiáng)分離結(jié)晶作用。

綜上，大廠地區(qū)玄武巖和礫巖中礫石及填隙物稀土配分曲線一致，反映大廠層礫巖繼承了玄武巖的稀土配分特征。但不同的是，玄武巖∑REE含量最高，礫石次之，填隙物最低。Bau(1991)認(rèn)為在水/巖比值高的前提下，海水與巖石接觸程度高，海水與巖石發(fā)生交換反應(yīng)使稀土元素從巖石中遷移，顯然 大廠層礫巖具有較高的水/巖比，其中填隙物粒徑較小，接觸面積大，水/巖值最高。根據(jù)礫石的蝕變特征，礫石受水解影響大多數(shù)發(fā)生強(qiáng)烈的粘土化，個(gè)別礫石粘土化較弱，中心仍為玄武巖原巖；填隙物碎屑顆粒很細(xì)，水解比較徹底。王中剛(1989)認(rèn)為在濱海相—碳酸鹽臺(tái)地相沉積物中∑REE很低，其原因是海水中較低的稀土交換并改造了沉積物。因此，這種稀土含量的規(guī)律性變化應(yīng)該是海水部分改造玄武巖造成的，礫石發(fā)生了不完全的水解反應(yīng)，致使礫石∑REE減少，而填隙物完全的水解反應(yīng)使得稀土含量最低。另外，填隙物中輕重稀土分餾比玄武巖和礫石較明顯，說明其母巖性質(zhì)與玄武巖和礫石母巖存在差異；填隙物δEu異?？赡芘c巖漿結(jié)晶作用過程中斜長石的分離有關(guān)，但海水及其熱液的蝕變作用也可能影響了δEu值。

5 分析與討論

5.1 大廠層礫巖沉積背景分析

中、晚二疊世之間的峨眉山玄武巖噴發(fā)是峨眉地幔柱基性巖漿活動(dòng)事件的產(chǎn)物，同時(shí)致使地幔柱活動(dòng)中心和外圍局部地區(qū)地殼整體抬升，茅口組灰?guī)r暴露遭受剝蝕形成不整合面(He Bin et al., 2003; Song Xieyan et al., 2004; Xu Yigan et al., 2004; 李宏博等, 2013)。顯然，在茅口晚期地殼抬升這一地質(zhì)現(xiàn)象是客觀存在的，但并不是所有峨眉山玄武巖影響的地區(qū)都抬升造成茅口組灰?guī)r缺失(Wignall et al., 2009; Sun Yadong et al., 2010)。譬如Peate et al.(2008)和李宏博等(2013)發(fā)現(xiàn)在云南大橋、賓川，四川九龍和貴州平定等峨眉山玄武巖外圍地區(qū)茅口組灰?guī)r并未遭受剝蝕，而是與上覆玄武巖整合接觸。對(duì)于晴隆大廠地區(qū)部分學(xué)者認(rèn)為茅口組灰?guī)r與大廠層的界限是一個(gè)巖溶不整合面，大廠層厚度受該不整合面制約(刁理品等, 2007；王津津等, 2014)。本次研究野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，晴隆銻礦大廠礦段大廠層與茅口組接觸關(guān)系未見沉積間斷現(xiàn)象，接觸關(guān)系為茅口組灰?guī)r→硅化灰?guī)r→硅化粘土化凝灰?guī)r(圖1c)；李明道(2008a)在晴隆銻礦長期工作期間在雷缽洞礦段發(fā)現(xiàn)大廠層與灰?guī)r直接接觸，未見風(fēng)化殼產(chǎn)物；曹鴻水(1991)在大廠礦段發(fā)現(xiàn)有少數(shù)的玄武質(zhì)角礫嵌入灰?guī)r中，并具有明顯的冷凝邊，揭示在未固結(jié)的灰?guī)r軟泥之上沉積了火山碎屑物質(zhì)，火山物質(zhì)的供給阻止了灰?guī)r的繼續(xù)沉積。

據(jù)此，我們認(rèn)為黔西南地區(qū)在早二疊世至中二疊世早期是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的海盆環(huán)境(碳酸鹽巖臺(tái)地)(陳文一等, 2003)，而后隨著峨眉地幔柱的不斷隆升，盆地邊緣同沉積斷裂發(fā)育，使得盆地陸源一側(cè)地殼抬升遭受剝蝕，盆地邊緣部分仍然處于局限淺海環(huán)境，大廠層礫巖正是該局限淺海沉積背景下的產(chǎn)物。

5.2 礫石物源分析

目前，對(duì)大廠層礫巖詳細(xì)探討的論著相對(duì)較少，其成因觀點(diǎn)主要有：火山角礫(曹鴻水, 1991)；玄武巖改造形成的河床及小型湖泊礫石(廖善友等,1990; 李明道, 2008a, b; 胡煜昭, 2011)；田亞洲等(2011)認(rèn)為礫石為玄武巖在海水中淬碎成角礫后經(jīng)不斷磨蝕形成。其中“河道說”成因得到了部分學(xué)者的認(rèn)可，但對(duì)礫巖的具體形成過程并未做出詳細(xì)的分析。因此，有必要對(duì)大廠層礫巖開展進(jìn)一步的研究。

現(xiàn)代河流沉積研究證明，河道相礫巖在垂向上具有明顯的正韻律沉積序列，大型交錯(cuò)層理發(fā)育，礫石成分復(fù)雜，具多種沉積相組合等特征(Miall, 1997; Smith, 1986; 謝慶賓等, 2003; 張昌民等, 2004; Li et al., 2008; Rumsby et al., 2008)。通過對(duì)大廠層礫巖沉積層序、結(jié)構(gòu)形態(tài)及元素地球化學(xué)研究可知，其沉積序列表現(xiàn)為“反韻律”沉積特征，由底向上粒徑逐漸增大，分選性變差，沉積物源單一，基本為玄武質(zhì)熔巖碎屑和火山沉積物質(zhì)，無其他物源碎屑沉積，礫石磨圓度極高，形態(tài)以橢球狀為主，無大型交錯(cuò)層理，顯然不同于河道相和重力流礫巖沉積特征。此外，若為河道沉積，礫石應(yīng)該或多或少混入下伏老地層巖石，但未發(fā)現(xiàn)下伏地層礫石。因此，大廠層礫巖“河道沉積”說很難成立。根據(jù)其“反韻律”沉積特征，大廠層礫巖是原巖在某一局限環(huán)境下改造形成的，未經(jīng)過類似河道的長距離搬運(yùn)。

我們所得的證據(jù)都指示大廠層礫巖的礫石原巖為峨眉山玄武巖，但填隙物物源性質(zhì)則不同于礫石。顯然，礫巖的特殊形成機(jī)制決定了填隙物的多來源特征，而填隙物的來源則對(duì)判定礫巖的沉積環(huán)境至關(guān)重要。大廠層形成時(shí)期具有火山沉積背景，其產(chǎn)出的層狀凝灰?guī)r可以說明在峨眉山玄武巖噴發(fā)期間大廠地區(qū)一直持續(xù)有火山沉積作用，填隙物中膠結(jié)物質(zhì)以玉髓、綠泥石、碳酸鹽礦物及粘土礦物為主，雜基主要由熔巖碎屑、脫?；?guī)r屑及粘土組成，說明火山噴發(fā)碎屑和玄武巖磨蝕碎屑是礫巖填隙物的主要物源；馮寶華(1989)利用Zr、Hf元素在淺變質(zhì)作用過程中的穩(wěn)定性和變化小的特點(diǎn)，運(yùn)用Zr/Hf比值探討蝕變粘土的來源，本次研究5件礫巖填隙物樣品 Zr/Hf(30.7～43.4，均值38.0)，接近凝灰?guī)r的Zr/Hf均值(37.8)，遠(yuǎn)低于地殼粘土巖Zr/Hf(54.3)(Turekian and Wedepohl，1961)，同樣說明同期的火山灰在礫石中充填構(gòu)成了礫巖填隙物的主要組分。

5.3 大廠層礫巖形成機(jī)制

圖6 大廠層礫巖沉積模式Fig. 6 The sedimentary model of conglomerate of the Dachang Layer (a) 熾熱熔巖流水下爆裂階段；(b) 冷凝熔巖流剝蝕階段；(c) 大廠層礫巖形成過程；(d)粘土質(zhì)凝灰?guī)r；(e)淬碎凝灰質(zhì)玄武巖角礫；(f)凝灰?guī)r；(a)、(b)參照Ramalho et al.(2013)修改(a) the stage of broiling basalt flows burst in the water; (b) the stage of condensational basalt flows suffered from erosion; (c) the forming process of the Dachang Layer gravels; (d)clayey ash tuff; (e) the quenched—shattered basaltic clast; (f) ash tuff; (a) and (b) modified from Ramalho et al.(2013)

鑒于大廠層的重要性和復(fù)雜的地質(zhì)現(xiàn)象，客觀地分析大廠層礫巖的形成演化對(duì)認(rèn)識(shí)大廠層的形成具有指示意義。首先我們可以確定的是，大廠層礫巖礫石母巖以玄武巖為主，填隙物物源主要為火山灰和熔巖碎屑；礫巖的“泥化邊”構(gòu)造及填隙物中的青磐巖化礦物組合及濱海相海綠石礦物揭示礫巖形成于近地表環(huán)境，并在成巖及成巖后經(jīng)歷了低溫?zé)嵋旱母脑?，這與峨眉山玄武巖噴發(fā)大背景及大廠層熱液蝕變現(xiàn)象是相符合的。此外，大廠層礫巖相對(duì)玄武巖的貧Na(Na2O)富K(K2O)，∑REE的規(guī)律性變化(玄武巖最高，礫石次之，填隙物中最低)等特征，說明在水/巖比很高的前提下，海水與玄武巖的水解反應(yīng)致使REE及活潑元素發(fā)生遷移。因此，本文認(rèn)為大廠層礫巖是由玄武巖在近地表?xiàng)l件下直接改造形成，在成巖及成巖后遭受了海水蝕變及熱液蝕變?；谏鲜龇治?，欲厘清大廠層礫巖的形成機(jī)制，現(xiàn)代火山—沉積模式可作為參照。Ramalho et al.(2013)對(duì)現(xiàn)代火山島濱岸環(huán)境的演化與火山作用、剝蝕作用和生物作用等之間的關(guān)系做了詳細(xì)的論述，證實(shí)在火山島周緣或者被玄武巖流覆蓋的濱海岸可以形成不連續(xù)的礫巖堆積體，這種礫巖巖性表現(xiàn)單一，全部來自火山噴發(fā)熔巖；Etienne et al.(2010)對(duì)冰島南部海岸礫石的形成研究認(rèn)為，形成礫巖的動(dòng)力來源主要是海岸風(fēng)暴潮。為此，我們對(duì)大廠層礫巖的形成機(jī)制作了如下分析。

(1) 第一階段：熾熱熔巖流水下爆裂(圖6a)。 在二疊系茅口組中晚期，峨眉山玄武巖開始噴發(fā)并逐漸覆蓋整個(gè)中國西南地區(qū)，而此時(shí)在黔西南地區(qū)為開闊的碳酸鹽臺(tái)地(陳文一等, 2003)。隨著板內(nèi)裂谷玄武巖流的巨大擴(kuò)張，由西向東進(jìn)入海盆邊緣，這種熾熱的玄武巖流泄入海水同時(shí)發(fā)生劇烈的爆裂，產(chǎn)生大量氣體并形成玄武質(zhì)角礫和驟冷成因的玻質(zhì)碎屑，同時(shí)伴隨位于擴(kuò)張性中央島弧的火山噴發(fā)，飄浮的火山碎屑充填于礫石空隙并組成了大廠層的主體巖性(圖6f)。這種現(xiàn)象在現(xiàn)代火山巖地區(qū)普遍存在，Tribble(1991)對(duì)夏威夷Kilauea火山做了詳細(xì)研究，熔巖流進(jìn)入海水發(fā)生急劇爆裂并釋放大量汽水混合物，Ramalho et al.(2013)在對(duì)海洋火山島演化的研究中也證實(shí)了這一現(xiàn)象。隨著玄武巖熔巖流的不斷推進(jìn)，大量的熔巖角礫碎屑超覆在下伏茅口組灰?guī)r之上，使得盆地收縮，海岸逐漸擴(kuò)張。本次野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在大廠層底部也存在相同類型的玄武質(zhì)角礫巖、玻質(zhì)碎屑和凝灰質(zhì)粘土巖混雜堆積組合(圖3c, 6e)，這可能是峨眉山玄武巖前鋒帶的在水下爆裂的直接證據(jù)。

(2)第二階段：冷凝玄武巖遭受剝蝕(圖6b)。地幔柱在峨眉山玄武巖噴發(fā)期處在劇烈活動(dòng)期，致使地殼出現(xiàn)不均一抬升(何斌等, 2006)。在峨眉山玄武巖噴發(fā)間歇期，玄武巖流逐漸冷凝收縮，柱狀節(jié)理發(fā)育。濱岸相研究證明，在浪基面以上處于高能地帶，波浪在向海岸運(yùn)動(dòng)的過程中經(jīng)歷漲浪—升浪—破浪—碎浪階段，尤其在潮間沖洗回流帶水動(dòng)力最強(qiáng)。因此，節(jié)理發(fā)育的冷凝玄武巖在潮間沖洗回流帶被打碎后經(jīng)海水反復(fù)淘洗、磨擦呈混圓狀(圖3f)(這一過程或許有淺海風(fēng)暴的參與)，這與Madeira群島海岸的礫石沉積一致(圖3o)(Ramalho et al., 2013)。此外，礫巖底部存在波浪侵蝕殘留的塊狀玄武巖(圖2)，進(jìn)一步佐證這一假設(shè)的成立。然而，大廠層礫巖B帶和C帶為無明顯層理，且A—C表現(xiàn)為“反粒序”沉積，這與理想的濱岸相沉積有所不同，可能代表一種特殊的沉積環(huán)境。Kidson et al.(1959)認(rèn)為在局限海盆環(huán)境下，波浪以一定入射角向海岸傳播，會(huì)產(chǎn)生沿岸流，帶動(dòng)海灘發(fā)生沿岸運(yùn)動(dòng)，并在沿岸不斷分選沉積，逐漸形成粒級(jí)有規(guī)律變化的礫石海灘。這如同“篩子效應(yīng)”，粒度不等的顆粒物在篩子中沿同一方向旋轉(zhuǎn)后會(huì)發(fā)生顆粒分序，即大粒徑顆粒在上，小顆粒在下。可以認(rèn)為，大廠層礫巖是在一個(gè)局限海盆環(huán)境下的濱岸帶沉積產(chǎn)物，沿岸流致使礫石粒級(jí)出現(xiàn)規(guī)律的變化(圖6c)。

綜上分析，大廠層礫巖是峨眉山玄武巖在局限海盆環(huán)境下的沉積產(chǎn)物，并有火山噴發(fā)沉積物參與(飄浮火山灰)，這與地質(zhì)事實(shí)比較吻合。沉積層序B帶和C帶玄武質(zhì)礫石“泥化邊”是玄武巖水解的直接證據(jù)，其中A帶玄武質(zhì)礫石水解比較徹底，呈灰白色未見“泥化邊”結(jié)構(gòu)。此外，火山噴氣作用和熱液(熱水)對(duì)礫巖進(jìn)行了后期改造，其中礫巖填隙物發(fā)育的青磐巖化礦物組合是很好的證據(jù)。這種形成機(jī)制也清晰地反映了大廠層整體的形成過程，但要全面認(rèn)識(shí)大廠層的沉積演化、后期改造、成礦就位等問題還需進(jìn)一步的研究?？梢钥隙ǖ氖?，這種由局限淺海濱岸控制的這種特殊沉積建造為后期成礦物質(zhì)的儲(chǔ)存和就位提供了有利場所。大廠層礫巖的成因的新認(rèn)識(shí)將對(duì)銻、金礦床的研究開拓了新的方向。

6 結(jié)論

(1) 大廠層礫巖成分簡單，礫石源于玄武巖的改造，屬于玄武質(zhì)礫巖，填隙物為玄武質(zhì)熔巖碎屑和火山碎屑，少數(shù)熔巖碎屑具塑性變形特征。礫巖在垂向上呈現(xiàn)三個(gè)不同的沉積分帶，由底向上粒徑逐漸增大，分選性變差，表現(xiàn)為“反粒序”沉積特征。

(2) 對(duì)研究區(qū)峨眉山玄武巖、礫石和填隙物地球化學(xué)分析表明，三者具有相同的輕稀土富集、重稀土虧損的右傾配分模式，高場強(qiáng)元素(HFSE)Ta(Nb)相對(duì)于Hf(Zr)富集，大離子親石元素(LILE)Rb相對(duì)富集，反映大廠層礫巖與玄武巖存在親緣性，同屬峨眉地幔柱基性巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

(3) 填隙物Zr/Hf(30.7～43.4，均值38.0)接近凝灰?guī)r的Zr/Hf均值(37.8)，遠(yuǎn)低于地殼粘土巖Zr/Hf(54.3)，反映填隙物成分主要為與峨眉地幔柱有關(guān)的火山碎屑沉積物。

(4) 大廠層礫巖中指相礦物——海綠石的發(fā)現(xiàn)，指示其沉積環(huán)境為濱海環(huán)境。結(jié)合研究區(qū)沉積背景分析，在中—晚二疊世時(shí)期，黔西南地區(qū)為開闊的碳酸鹽臺(tái)地，后隨著峨眉地幔柱的不斷隆升，盆地邊緣同沉積斷裂發(fā)育，使得盆地陸源一側(cè)地殼抬升遭受剝蝕形成巖溶不整合面，盆地邊緣部分仍為局限淺海環(huán)境。

(5) 根據(jù)大廠層礫巖沉積特征和地球化學(xué)特征，并結(jié)合現(xiàn)代火山沉積最新研究，初步判斷大廠層礫巖未經(jīng)過類似河道的長距離搬運(yùn)，是由峨眉山玄武巖直接改造形成的。其形成機(jī)制是熾熱玄武巖流前鋒帶進(jìn)入海水急劇爆裂形成碎屑角礫，同時(shí)大規(guī)模的火山碎屑參與沉積；在后期的演化過程中，熾熱玄武巖冷凝收縮，柱狀節(jié)理發(fā)育，在潮汐流和沿岸流的相互作用下不斷磨蝕形成大廠層礫巖。

致謝:本次研究工作得到了貴州大學(xué)劉坤博士、張亞東碩士，中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所杜麗娟博士和丹麥哥本哈根大學(xué)黃思涵碩士的指導(dǎo)和幫助，在此表示衷心感謝。此外，向?yàn)楸疚奶岢鰧氋F意見的匿名審稿專家一并致以謝意！

注釋/Notes

? 貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)局地質(zhì)科學(xué)研究所. 1989. 貴州省銻礦成礦條件、富集規(guī)律及找礦方向研究. 貴陽：貴州省地質(zhì)資料館.

? 貴州地質(zhì)局112隊(duì). 1972. 貴州省晴隆縣大廠銻礦田西舍礦床初勘地質(zhì)報(bào)告. 貴陽：貴州省地質(zhì)資料館.