貴州萬山汞礦地質(zhì)特征及硫同位素組成和意義

陳鋅，李玲

（成都理工大學(xué)， 四川成都 610059）

1 地質(zhì)概況

礦區(qū)位于貴州省東北部湘黔汞礦帶南段的北北東向鳳晃背斜北西翼，各礦田均位于邊式北西西向橫跨褶敏半背（向）斜內(nèi)。主要礦床均分布于玉（屏）銅（仁）向斜東南翼。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，按走向可分為北北東至北東組，北西西至北西組及南北向等組，多為正斷層，其次為平移斷層和逆斷層，見圖1。萬山礦礦床圍巖主要為寒武系，是屬于淺海相碳酸鹽巖建造，見表1。

2 礦化特征

萬山汞礦礦物簡單，主要為辰砂，但自然汞也不少，其他金屬礦物不常見，見表2。

表1 萬山汞礦主要圍巖表Tab.1 Main surrounding rock table of Wanshan mercury mine

礦床成礦溫度主要在100℃～150℃之間。在萬山汞礦的礦化階段，常見的礦化是由碳酸鹽巖（主巖）硅化開始至碳酸鹽化結(jié)束，可分為幾個(gè)階段。

第一階段，為硅化階段，主要是含礦熱液將圍巖（碳酸鹽巖）硅化，交代成硅化巖，同時(shí)形成浸染狀或鑲嵌狀辰砂；第二階段，形成的主要是辰砂—石英脈，充填交代于硅化巖裂隙中，為礦化富集階段；第三階段，主要為辰砂—碳酸鹽化，分布相當(dāng)廣。

圖1 萬山汞礦地質(zhì)簡圖（轉(zhuǎn)引自花永豐）［1］Fig.1 Geological map of Wanshan mercury mine(HUA Yongfeng)［1］

表2 萬山汞礦礦床礦物共生組合表Tab.2 Mineral assemblage table of Wanshan mercury deposit

圍巖蝕變一般為硅化（微石英巖化）、白云石化、方解石化、瀝青化、黃鐵礦化、螢石化等。這些圍巖蝕變是反映熱液活動(dòng)在圍巖中的運(yùn)移和熱液加入各種物質(zhì)組分后化學(xué)反應(yīng)變化的結(jié)果。汞礦區(qū)的圍巖蝕變一般是以含礦石英脈體的硅化巖體為中心，在平面上常見緊繞硅化巖體的是變晶白云巖化最為顯著，其最外圈為方解石化。

3 成礦作用

從萬山汞礦現(xiàn)有地質(zhì)資料來看，含礦熱液是沿NWW向構(gòu)造帶裂隙上升與圍巖（碳酸鹽巖）發(fā)生硅化交代作用形成硅化巖（假象石英集合體）和稀散的浸染狀或鑲嵌狀型辰砂礦。由于大規(guī)模的硅化，熱液中的SiO2大量消耗，獲得的CaO、MgO、K2O、Na2O等堿性物質(zhì)進(jìn)行中和，使熱液從酸性向堿性過渡，到了一定的pH值，金屬礦物析出，形成辰砂-石英脈型礦石。從硅化交代帶出的CaO、MgO等物質(zhì)，向外圍轉(zhuǎn)移，形成碳酸鹽化/脈型汞礦（如木油廠）。由黑辰砂（發(fā)生在酸性溶液中沉淀的）形成在先，紅辰砂（發(fā)生在堿性溶液中沉淀的）生成在后，以及脈石礦物的生成順序是石英在先，碳酸鹽礦物在后等變化，進(jìn)一步說明含礦熱液是從酸性向堿性過渡的。

根據(jù)花永豐［1］報(bào)道：“在湘黔汞礦帶的下寒武系地層和中寒武系地層中存在廣泛的鉀化現(xiàn)象。僅張（張家灣）一杉（杉木董）海灣中的寒武系地層內(nèi)就存在一個(gè)長6000m、厚30m～50m，延伸2000m的黑色頁巖含鉀巖石礦床，其K2O平均品位為8.4%，含有廣泛的黃鐵礦、重品石、石膏等礦物，光譜分析資料也證明礦石中的鈉、鉀的含量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出巖石的平均豐度?！边@一系列的礦化現(xiàn)象，是否與殘余熱液活動(dòng)有關(guān)?值得注意。

4 物質(zhì)來源的探討

通過對硫同位素的性質(zhì)和氣液包裹體的研究等，國內(nèi)不少學(xué)者根據(jù)以往地質(zhì)資料各抒已見，發(fā)表對萬山汞礦成因的探討。嚴(yán)鈞平認(rèn)為成因是沉積活化熱液礦床，葉欣認(rèn)為是低溫?zé)嵋撼梢?，還有一些學(xué)者認(rèn)為成因是汞源一礦源層受古赤道帶狹窄海槽控制［2］或者沉積一構(gòu)造改造礦床［3-4］。此外，還有更多的是層控論的附和者。

葉欣認(rèn)為萬山礦區(qū)可能接受了從高溫到低溫的熱液活動(dòng)，至少可分為兩個(gè)階段：較早的熱液蝕高溫的（大于400℃）鹽度相對較低，含還原氣體，流體可能來源于深部；后期是低溫、高鹽度的成礦溶液，辰砂沉淀于此階段，汞礦為熱液成因。這就說明了原含礦熱液是來自深部，當(dāng)時(shí)溫度較高、鹽度較低、含還原氣體。由于硅化作用，含礦熱液把碳酸鹽巖中的Ca0、MgO、K2O、Na2O等可溶解的組分帶出，帶入含礦熱液中去，使含礦熱液后期的pH值增高，成分更復(fù)雜而具高鹽度，見表3、表4，這表明K、Na等組分是由于硅化來源于碳酸鹽巖的，進(jìn)一步說明熱液中的物質(zhì)是在前進(jìn)道路上不停演化取得的，故可以說這種作用實(shí)際上是一種“熱液交代”作用。由于成礦溫度較低，故筆者認(rèn)為所形成礦床是屬于“低溫?zé)嵋航淮V床”。

表3 萬山汞礦包裹體成分分析結(jié)果表（單位：ppm）Tab.3 Composition analysis results of inclusions in Wanshan mercury mine(unit：ppm)

表4 萬山汞礦水晶中包裹體的鹽度值Tab.4 Salinity of inclusions in Wanshan mercury mine crystal

萬山汞礦中辰砂的硫同位素測定結(jié)果見表5［1］。

從表5中的硫同位素δ34S值變化在11.9‰～20.2‰，21個(gè)樣平均值為16.69‰，32S/34S值為21.761～21.959，21個(gè)樣平均值為21.85，均表示其在沉積的硫酸鹽范圍內(nèi)，是來自地層中的硫［5］。貴州黔中504礦賦存地層亦為中、下寒武統(tǒng)碳酸鹽巖［6］。504礦區(qū)辰砂的硫同位素δ34S值都在0‰附近，近似隕石硫的δ34S值，嚴(yán)鈞平認(rèn)為其來自巖漿是有可能的。萬山汞礦和504礦兩礦區(qū)礦床圍巖的碳酸鹽基本上同屬淺海相碳酸鹽建造，但為什么會(huì)出現(xiàn)硫同位素完全相異的δ34S值?這不能不考慮到萬山汞礦礦床有大量自然汞存在的事實(shí)。關(guān)于自然汞，稅哲夫［7］論述貴州丹寨汞礦礦物共生關(guān)系，認(rèn)為宏發(fā)硐及四相廠礦床普遍存在自然汞，主要為原生自然汞，與自然砷等是熱液期代表性礦物。這同萬山汞礦礦床中辰砂的硫同位素δ34S顯示硫全部來自地層的特征聯(lián)系起來，有理由認(rèn)為萬山汞礦床中的自然汞主要亦為原生自然汞（由氣相→液相），是熱液所攜帶來的。辰砂是在成礦時(shí)通過硅化作用，將圍巖中的硫帶入熱液中去與汞配對化合的。由于圍巖中的硫進(jìn)入熱液中的不敷配對，故未獲得配對的汞便成為開采坑道面常見的自然汞。504礦辰砂的硫同位素δ34S只有近0‰值是表明熱液所挾帶的既有汞，同時(shí)也有硫與之俱來的。

表5 萬山礦區(qū)辰砂硫同位素測定結(jié)果表Tab.5 Results of sulfur isotope determination of cinnabar in Wanshan mining area

近年由于層控學(xué)說盛行，許多學(xué)者都注意到地層中的金屬含量，企圖從沉積來源角度來探討汞的來源，這無疑是一種研究方法，傅良佐［8］報(bào)道：萬山汞礦南區(qū)地層汞含量統(tǒng)計(jì)平均0.29mg/L～3.3mg/L，向茂木研究貴州全省各個(gè)時(shí)代各種地層剖面近8000個(gè)化學(xué)分析資料：全省平均砂巖含汞0.065mg/L，粘土巖含汞0.080mg/L，白云巖含汞0.1mg/L，碳酸質(zhì)頁巖含汞0.327mg/L?；?2件含汞為0.098mg/L～0.03mg/L。因此認(rèn)為汞礦化與巖層含汞高低影響不大。

從上述硅化作用的解析，石英包裹體的測定，硫同位素組成的啟示以及地層剖面含礦豐度資料等，初步說明含汞熱液是來自深部，可能與黔東松桃榕江深斷裂的深源巖漿活動(dòng)有關(guān)。

5 結(jié)論

（1）銻汞礦床中以碳酸鹽巖、火山噴發(fā)巖（如玄武巖）等為主作主巖的硅化作用，是由含飽和SiO2的酸性熱液與主巖起反應(yīng)、分解，加入SiO2，帶出CaO、MgO等，生成一套新礦物代替原來的老礦物，因而造成交代礦床。由于成礦溫度低，應(yīng)屬低溫?zé)嵋航淮V床。

（2）硅化作用中元素的分散與集中，根據(jù)以上不完全資料，基本情況是：加入的組分為SiO2、Sb、Hg等；帶出的組分∶CaO、MgO、K2O+Na2O、Na2O、MnO及燒失量等；加入或帶出的組分∶P2O5、Al2O3、TiO2、FeO、Fe2O3、K2O等。

（3）硅化作用由于SiO2不斷輸入主巖中去，在熱液中的SiO2不斷減少，而帶出主巖中的堿性氧化物，使熱液由酸性向堿性過渡，到一定的pH值，硅化停止，礦物析出沉淀，故主巖中的物質(zhì)只能通過硅化作用在熱液蝕變范圍內(nèi)轉(zhuǎn)移。

（4）再從地層剖面的含礦豐度、包裹體成分的測定、硫同位素的組成和自然汞大量存在等說明銻汞礦床中的Sb、Hg主要來自深源，可能與巖漿活動(dòng)有關(guān)。

（5）形成銻汞礦床主要物質(zhì)是來自含礦熱液，是受構(gòu)造破裂系統(tǒng)控制的。硅化蝕變帶才是成礦中心，變晶白云巖化，方解石化及粘土化等是其蝕變?nèi)Α?/p>