湘西黔東寒武系超大型沉積重晶石礦帶研究進(jìn)展

楊瑞東,李鑫正,高軍波,陳 軍,倪莘然,羅朝坤,彭 柔

(1.貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2.貴州大學(xué) 喀斯特地質(zhì)資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽 550025)

天柱—貢溪重晶石礦是世界最大的沉積型重晶石礦，截至2015年，天柱貢溪向斜探明重晶石資源量(332+333+334) 2.4億噸，其中(332)類997萬噸,占總資源量的4.16%；(333)類15 149萬噸，占總資源量的63.23%；(334)類7 813萬噸,占總資源量的32.61%[1]。其中(333+334)資源量，大河邊礦區(qū)資源量9 017.36萬噸，達(dá)超大型礦床規(guī)模；云洞礦區(qū)資源量1 289.60萬噸，達(dá)大型礦床規(guī)模；寨腳礦區(qū)資源量1 290.08萬噸，達(dá)大型礦床規(guī)模[2]。玉屏老文溪發(fā)現(xiàn)資源量1 515.4萬噸的大型礦床[3-4]。玉屏丙溪重晶石礦床距天柱大河邊32 km，資源量為1 095.58萬噸的大型礦床。

隨著國際國內(nèi)對重晶石資源需求量的日益增多，急需尋找新的重晶石礦資源。2022年，貴州省開展重要礦產(chǎn)科技攻關(guān)行動(dòng)，重晶石礦被列入行動(dòng)計(jì)劃，預(yù)期建立天柱超大型重晶石礦成礦規(guī)律、成礦模式和找礦模型，圈定找礦靶區(qū)。

天柱重晶石礦早在1937年被發(fā)現(xiàn)，通過80多年的勘探和研究，開展了含礦巖系沉積層序[5]，礦物學(xué)研究[6]，流體包裹體研究[7-8]，元素地球化學(xué)研究[7,9]，有機(jī)地球化學(xué)研究[10]，同位素地球化學(xué)研究[11-14]，分析沉積盆地和成礦模式等[2]。天柱重晶石礦研究取得了一系列重要進(jìn)展，學(xué)者普遍認(rèn)為是熱水噴流沉積成因[11,14-20]，最近也有學(xué)者認(rèn)為天柱重晶石礦是冷泉滲流沉積成礦[5]。

盡管近年來學(xué)者取得大量的研究成果，基本認(rèn)同天柱—貢溪一帶寒武系重晶石礦屬于熱水噴流沉積成礦，并建立各種成礦模式。但是，對該區(qū)域成礦規(guī)律、熱水(冷泉)噴流中心、區(qū)域礦體展布與古構(gòu)造關(guān)系等未進(jìn)行深入研究，這無疑影響成礦模式和找礦模型構(gòu)建。因此，需要對前人研究進(jìn)行系統(tǒng)梳理，為構(gòu)建成礦模式和找礦模型提供基礎(chǔ)資料，服務(wù)區(qū)域找礦。

1 礦床沉積特征

天柱—貢溪重晶石礦床位于揚(yáng)子地塊東南緣湘黔桂陸緣斷陷盆地中。礦床產(chǎn)出在下寒武統(tǒng)留茶坡組下部，含礦巖系為黑色硅質(zhì)巖、碳質(zhì)頁巖夾磷塊巖、重晶石礦層，礦體厚度一般為3～5 m，最大可達(dá)16.37 m，平均厚度約3.49 m。礦床延伸方向?yàn)楸睎|向，長約30 km。

大河邊重晶石礦勘探鉆孔顯示，重晶石礦層厚度大，達(dá)到14.6 m。礦層為塊狀礦石、條帶狀礦石、紋層狀礦石、花斑狀礦石、溶孔狀礦石，礦石構(gòu)造包括塑性變形構(gòu)造、爆破角礫構(gòu)造、羽狀構(gòu)造、結(jié)核狀等，常含有藻類、海綿骨針、管狀生物等化石[16,20-22]。礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造在垂向上的分布呈現(xiàn)一定規(guī)律：條紋構(gòu)造主要出現(xiàn)于礦層下部和上部，一般為粉-細(xì)晶結(jié)構(gòu)；塊狀、花斑狀構(gòu)造位于礦層中部，一般為碎裂狀、溶蝕結(jié)構(gòu)、砂屑結(jié)構(gòu)；結(jié)核狀構(gòu)造分布于礦層頂板或底板，一般為他形-半自形粒狀結(jié)構(gòu)和條柱狀結(jié)構(gòu)等。含礦巖系主要分布圭勺—大河邊—高吊一帶。其厚度從南西至北東由厚變薄，即在圭勺—大代白一帶最厚為10.00～16.37 m；在大公塘—蝦麻塘—大河邊一帶厚度為5～8 m；在高吊—山環(huán)一帶厚度為2～5 m(圖1)。

1—寒武系九門沖組；2—震旦系—寒武系老堡組；3—震旦系陡山沱組；4—碳質(zhì)頁巖；5—硅質(zhì)巖；6—白云巖；7—重晶石結(jié)核；8—重晶石礦體。圖1 貴州天柱重晶石礦厚度分布及沉積層序[22]Fig.1 Thickness distribution and sedimentary sequence of barite deposit in Tianzhu,Guizhou[22]

重晶石中心相：厚度大，達(dá)14.64 m，以塊狀、柱狀、流紋狀構(gòu)造為主，礦體內(nèi)部很少有夾石，礦層底板主要為炭質(zhì)頁巖及重晶石結(jié)核。礦體底板直接與陡山沱組“蓋帽白云巖”接觸，沒有泥炭質(zhì)巖作為過渡層；礦石品位最高達(dá)92%，一般為80%～90%。過渡相：厚度一般為1～3 m；礦石結(jié)構(gòu)為粉晶-細(xì)晶結(jié)構(gòu)，以紋層狀、水平狀構(gòu)造為主，有時(shí)出現(xiàn)花斑狀構(gòu)造；礦體內(nèi)部常見泥炭質(zhì)和硅質(zhì)夾層；礦層頂?shù)装鍘r性為硅質(zhì)巖夾炭質(zhì)頁巖，厚度為2.1～5.0 m；礦石品位最高達(dá)78%，一般為60%～70%。邊緣相：礦體厚度小于0.5 m；礦石為泥晶結(jié)構(gòu)，構(gòu)造以結(jié)核狀為主，少量紋層狀構(gòu)造，常與硅質(zhì)巖和炭質(zhì)巖互層，礦石品位為50%左右[22]。

總體上，重晶石含礦巖系的沉積層序包括：(1)下部的黑色頁巖，其中夾磷質(zhì)結(jié)核，結(jié)核狀、透鏡狀重晶石結(jié)核(下結(jié)核層)；(2)中部的深灰色塊狀重晶石層(0～5.3 m)、灰色花斑狀重晶石層(0～2.8 m)、灰—深灰色條帶狀重晶石層(0～3.31 m)；(3)上部的深灰色碳質(zhì)頁巖夾重晶石質(zhì)、硅質(zhì)、磷質(zhì)結(jié)核(上結(jié)核層)[23]。寨腳一帶下部為黑色硅質(zhì)巖夾白云巖透鏡體，中部為紋層狀重晶石夾硅質(zhì)巖及碳酸鹽巖；礦層中明顯出現(xiàn)碳酸鹽巖層[20]，類似湖南新晃縣貢溪鎮(zhèn)上田村甲木沖發(fā)現(xiàn)大量的熱水沉積灰?guī)r。

在玉屏一帶，重晶石礦層與天柱一帶類似，礦層厚度為0.80～3.02 m，礦體平均厚度為1.68 m。老文溪重晶石礦床的沉積層序包括：(1)下部的深灰色薄層硅質(zhì)巖夾炭質(zhì)泥巖，具水平層理，局部含團(tuán)塊狀、結(jié)核狀重晶石(厚0.64 m)；(2)中部的深灰色粉砂質(zhì)泥巖，局部夾層紋狀重晶石，偶夾硅質(zhì)巖(厚1.51 m)；(3)上部的淺灰色塊狀重晶石，具水平層理，局部夾泥質(zhì)條帶(厚1.46 m)；(4)頂板為灰色炭質(zhì)泥巖，含黃鐵礦[3]。往湖南的貢溪一帶，重晶石礦含礦巖系類似天柱一帶，只是礦層厚度變薄，為0.88～6.15 m[24]。

羅邦良等[20]分析不同類型重晶石礦的品位，條帶狀重晶石BaSO4含量最低為47.78%，最高為93.70%，一般70%～90%；塊狀重晶石礦BaSO4含量一般76.10%～88.18%；花斑狀重晶石礦BaSO4含量一般33.70%～80.40%；結(jié)核狀重晶石礦BaSO4含量一般32.80%～49.84%。

2 礦物學(xué)特征

2.1 礦物組成及結(jié)構(gòu)

天柱重晶石礦層中往往含有閃鋅礦、方鉛礦、黃銅礦、黃鐵礦、菱鐵礦等熱水(液)成因礦物[5,7]，此外，夏菲等[15]在重晶石礦層中發(fā)現(xiàn)有熱水沉積的指示礦物——鋇冰長石。鋇冰長石具有環(huán)帶結(jié)構(gòu)，成礦可能是一種熱水、斷控、幕式、漸進(jìn)的過程[6]。

周錫強(qiáng)等[25]提出生物重晶石、熱液重晶石、成巖重晶石和冷泉重晶石4種類型，認(rèn)為：熱液重晶石呈現(xiàn)自形(如棱柱形、板片狀等)晶型，粒度較大，為數(shù)十微米至毫米級。它們有時(shí)生長于開闊孔洞，構(gòu)成放射針束狀、扇狀自形晶集合體，或者玫瑰花狀結(jié)構(gòu)。冷泉重晶石呈現(xiàn)螺旋狀、棱柱狀等晶型，可見交切板狀雙晶，有時(shí)形成玫瑰花狀、樹枝狀和結(jié)核環(huán)帶等生長模式。冷泉重晶石沉積?？晒采妓猁}巖及少量黃鐵礦。冷泉重晶石沉積區(qū)也可能伴生相應(yīng)的冷泉生物群，如微生物席，以及貝類、管狀蠕蟲、腹足等大型生物。一般認(rèn)為，深海沉積重晶石顆粒比較細(xì)小(小于5 μm)；而冷泉重晶石顆粒較大(介于20～700 μm之間)，并且礦物結(jié)構(gòu)呈晶體扇、管狀結(jié)構(gòu)。天柱重晶石礦中大量的大顆粒晶體，其明顯不同于深海沉積重晶石，具有放射狀晶體結(jié)構(gòu)，也表明其結(jié)晶空間充裕，類似于冷泉重晶石[5]。

2.2 流體包裹體

天柱重晶石礦床包裹體主要是含氣液包裹體，均一溫度為105～192 ℃[26]，屬低溫?zé)崴练e成礦。彭軍等[7]對貢溪重晶石礦包裹體的研究發(fā)現(xiàn)，包體以液相為主，均一溫度在30～300 ℃變化，但以150～184 ℃最多。ZHOU等[8]測得云洞重晶石的均一溫度為170～279 ℃，鹽度為0.93～8.59。一般來說，重晶石包裹體均一法測得重晶石(熱鹵水)形成時(shí)的最高溫度在200 ℃左右[19]。大河邊重晶石礦床礦石中δ18Osmow為1.70%～2.18%，使用硫酸鹽-氧同位素地?zé)釡貥?biāo)法測得熱液和海水混合后的沉積溫度為61.8～97.6 ℃，溫度集中在75～83 ℃，表明有熱液參與成礦[19]。

3 礦床地球化學(xué)特征

學(xué)者對天柱—貢溪重晶石礦床已開展大量的微量、稀土、有機(jī)地球化學(xué)及同位素研究，取得大量的研究成果。

3.1 微量元素

吳朝東等[27]對天柱重晶石微量元素進(jìn)行研究，認(rèn)為重晶石的Ni/V比值為1 133～23 101，為缺氧環(huán)境；Th/U比值很低，一般小于0.2，表明有深部物質(zhì)的加入。微量元素V、Ni、Mo、Co、Cu、Sr、U富集，它們可能與偏堿性、超基性巖漿的噴氣熱液密切相關(guān)。孫澤航等[9]分析重晶石礦的V/Cr、U/Th比值，認(rèn)為重晶石形成于缺氧的還原環(huán)境；同時(shí)Y/Ho比值與海水的比值相似，指示海水在成礦中起重要作用。

3.2 稀土元素

重晶石稀土配分具有Ce負(fù)異常，Eu正異常的特征，表明重晶石形成受到了較強(qiáng)的熱水物質(zhì)的影響以及部分幔源成分加入[7]。孫澤航等[9]對重晶石礦稀土元素的研究表明，重晶石以及含礦巖系稀土元素具有明顯的Ce負(fù)異常，表明重晶石礦床形成時(shí)處于缺氧的還原環(huán)境；重晶石礦石表現(xiàn)出明顯的Eu正異常，反映了成礦過程受到了較強(qiáng)的海底熱液物質(zhì)的影響，表明鋇可能主要來自于海底熱液噴流物質(zhì)。

3.3 有機(jī)地球化學(xué)

天柱重晶石礦以含大量的有機(jī)質(zhì)為特征，其中還發(fā)現(xiàn)菌藻類生物化石，表明重晶石礦成礦中有大量的菌藻類參與成礦作用[10]。韓善楚等[18]對天柱重晶石礦的有機(jī)地球化學(xué)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)含礦巖系中有機(jī)質(zhì)含量豐富，有機(jī)碳含量最高可達(dá)8.3%，反映成礦與有機(jī)質(zhì)關(guān)系密切；同時(shí)，發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)母質(zhì)主要是低等菌藻類，它們在成礦過程中發(fā)揮了重要作用，具有強(qiáng)烈的植烷優(yōu)勢，姥植比<0.4，四環(huán)萜烷與伽馬蠟烷等出現(xiàn)，顯示礦床形成于缺氧的還原海水環(huán)境，提出礦床經(jīng)歷了熱水噴流與生物有機(jī)質(zhì)共同作用的成礦模式。

3.4 同位素地球化學(xué)

3.4.1鍶同位素

很多學(xué)者對天柱—貢溪重晶石開展Sr同位素研究[8,11,28-29]，認(rèn)為重晶石屬于熱水噴流沉積成礦。天柱一帶重晶石87Sr/86Sr比值為0.708 310～0.708 967，較同期的海相碳酸鹽的87Sr/86Sr比值(約0.709 0)低，表明礦床的形成過程中有來源于海底火山或海底熱液活動(dòng)提供的具有低87Sr/86Sr比值的鍶加入[8,11,28-29]。

一般來說，熱水噴流沉積重晶石87Sr/86Sr比值比較低，為0.704～0.707[30]，但由于陸源碎屑加入，往往引起87Sr/86Sr比值升高，可以達(dá)到0.720[31]。HAN等[14]報(bào)道天柱重晶石礦87Sr/86Sr比值為0.708 2～0.712 0，其值比夏菲等[11]報(bào)道的87Sr/86Sr值高。重晶石沉積中心可能87Sr/86Sr比值低，遠(yuǎn)離沉積中心的重晶石中混入陸源物質(zhì)，其87Sr/86Sr比值偏大。因此，我們可以利用87Sr/86Sr比值確定熱水噴流沉積成礦中心，作為重晶石礦找礦指標(biāo)。但是，MAYNARD等[32]認(rèn)為擴(kuò)張洋脊形成的熱水沉積重晶石，具有低的87Sr/86Sr比值，克拉通內(nèi)部的裂谷盆地形成的熱水沉積重晶石，具有高的87Sr/86Sr 比值，且富含Pb、Zn礦物。

但ZHOU等[5]認(rèn)為天柱重晶石礦是冷泉成礦，其87Sr/86Sr比值為0.708 4～0.727 9，其中I、III層重晶石為0.708 4～0.708 5，與早寒武世海水約0.708 4接近；II層重晶石87Sr/86Sr比值為0.708 5～0.709 1，頂部IV層重晶石87Sr/86Sr比值為0.711 2～0.727 9；從鍶同位素組成分析，認(rèn)為重晶石非熱水沉積，而是冷泉成因。

3.4.2硫同位素

范祖全等[33]首先測試了貢溪重晶石的δ34S，其值為33.1‰～44.4‰，認(rèn)為是氣液沉積成礦。胡清潔[26]測試了貢溪重晶石礦床δ34S，其值為33.04‰～44.37‰，重晶石的δ34S值自下而上逐漸增高，其中，寒武紀(jì)留茶坡組礦層由33.04‰增高至41.02‰，重晶石的硫同位素組成屬“特高重硫型”。吳衛(wèi)芳等[34]根據(jù)天柱大河邊重晶石礦床中硫同位素組成為33.04‰～41.02‰，認(rèn)為硫主要來源于海底熱水和火山噴發(fā)殘留于海水中的硫。孫澤航等[9]根據(jù)重晶石的δ34S值主要分布在40‰～45‰之間，表現(xiàn)出重硫富集的特征，而同期的黃鐵礦δ34S值低于同期海水硫同位素組成，表明生物細(xì)菌對海水硫酸鹽的還原起到了很大作用，認(rèn)為重晶石成礦時(shí)期為海底缺氧、熱液活動(dòng)頻繁、封閉-半封閉的臺(tái)地潟湖環(huán)境。HAN等[35]對天柱重晶石礦進(jìn)行硫同位素測試，δ34S值范圍為32.2‰～61.1‰，大部分?jǐn)?shù)據(jù)為41.0‰～45.0‰，個(gè)別樣品高達(dá)61.1‰，所有的重晶石樣品硫同位素高于同期海洋沉積硫同位素30‰[36]。ZHOU等[8]測得云洞重晶石的δ34S值為29.5‰～55.1‰。上述學(xué)者從硫同位素組成分析，認(rèn)為天柱—貢溪重晶石礦為熱水噴流沉積成礦。但也有學(xué)者認(rèn)為天柱—貢溪重晶石礦是冷泉成礦，因?yàn)橹鼐V的δ34S值為32.3‰～48.6‰，平均值為43.6‰，與當(dāng)時(shí)海水硫同位素相似[5]。

王富良等[13]比較了云洞和大河邊重晶石礦床硫同位素組成，其中，云洞重晶石礦δ34S值介于35.32‰～57.32‰,平均值為47.06‰(n=5)；大河邊重晶石δ34S值介于39.20‰～41.87‰,平均值為40.31‰(n=6)，云洞重晶石礦床硫同位素組成較大河邊重晶石礦顯著偏重。

3.4.3碳、氧同位素

重晶石礦的碳、氧同位素研究較少。ZHOU等[5]測定了天柱重晶石礦層的下部重晶石層的δ18Obrt(SMOW)為19.3‰～19.7‰，上部重晶石層δ18Obrt(SMOW)為20.4‰～20.7‰；下部重晶石層δ13Ccarb為-11.3‰～-18.3‰,上部重晶石δ13Ccarb為-15.9‰～-7.2‰；碳同位素顯著偏負(fù)，顯示生物參與成礦的特征。

侯東壯等[19]測定重晶石δ18Obrt(SMOW)為17.0‰～21.8‰，集中在18.0‰～20.0‰，平均值為19.3‰。根據(jù)硫酸鹽-氧同位素地?zé)釡貥?biāo)法：1 000lnα=2.88×106/T2-4.1計(jì)算，獲得重晶石成礦溫度為61.8～97.6 ℃，溫度集中在75～83 ℃。重晶石中δ18O比同期海水要高20‰，因此，認(rèn)為重晶石成礦可能是富Ba和S的流體噴流(滲流)沉積[39]。

3.4.4鉛、鋅、銅、鎘同位素

夏菲等[12]根據(jù)天柱重晶石礦的鉛同位素206Pb/204Pb,207Pb/204Pb，208Pb/204Pb 分別為17.149 4～18.759 9,15.485 5～15.706 5,37.369 0～38.190 3的特征，根據(jù)Zartman鉛構(gòu)造模式圖和Δγ-Δβ鉛來源分類圖上的分布，認(rèn)為天柱重晶石礦的鉛同位素主要具有地殼鉛、殼?；旌系母_帶鉛和熱水沉積作用鉛的混合來源，并認(rèn)為重晶石礦具有熱水(地幔物質(zhì)加入)成因的鉛同位素特征。ZHOU等[8]測得天柱重晶石礦鉛同位素206Pb/204Pb,207Pb/204Pb，208Pb/204Pb分別為17.970 7～18.816 5,15.674 3～15.721 2,38.025 5～38.618 7，也認(rèn)為成礦流體具有深部來源特征。摩洛哥寒武系重晶石礦硫同位素為37.93‰，206Pb/204Pb為17.875～17.885,207Pb/204Pb為15.566,208Pb/204Pb為37.615～37.640，認(rèn)為重晶石屬于大陸邊緣環(huán)境裂谷作用，深部熱流體沿?cái)嗔烟峁┝顺傻V物源[40]。

LEHMANN等[41]對貴州寒武系底部同期多金屬層銅、鋅和鎘同位素進(jìn)行分析，其δ65Cu為0.03±0.26‰，δ66Zn為1.11±0.18‰，δ114Cd為0.31±0.10‰，認(rèn)為它們屬于熱水噴流沉積。

4 礦床成因及成礦模式

有關(guān)天柱—貢溪重晶石礦床的成因有生物成因、化學(xué)成因、熱水噴流沉積、冷泉成礦等各種觀點(diǎn)。

褚有龍[42]最早認(rèn)為我國重晶石礦屬于化學(xué)沉積成因。胡清潔[26]認(rèn)為，重晶石礦成礦物質(zhì)可能來源于基底板溪群，基底Ba豐度值平均含量達(dá)8 848×10-6，湖南銅盆蓋、碧林礦段，礦層底板沉凝灰?guī)r，鋇含量平均高達(dá)17 267×10-6，基底中Ba被淋濾萃取，形成富含Ba的熱鹵水，再沿同生斷裂上升，在海盆內(nèi)與海水混合形成BaSO4沉積成礦，表明重晶石礦床是典型的化學(xué)沉積礦床。

高懷忠[43]認(rèn)為重晶石成礦與生物作用密切相關(guān)。之后，吳朝東等[10]、韓善楚等[18]在重晶石礦中發(fā)現(xiàn)大量的有機(jī)質(zhì)及生物標(biāo)志化合物，認(rèn)為重晶石礦成礦與生物作用密切相關(guān)。生物富集模式支持者認(rèn)為，早寒武世揚(yáng)子地區(qū)陸架邊緣上升流發(fā)育，富營養(yǎng)水體促進(jìn)生物繁盛，高生產(chǎn)力背景下生成大量海洋生物重晶石[44]。生物成因重晶石一般具有高的有機(jī)質(zhì)，而且Sr、S同位素具有當(dāng)時(shí)海水同位素特征，具有富集硫、氧同位素特征[45]。然而，重晶石的Sr、S 同位素特征均不同程度偏離同時(shí)期海水值，這顯著不同于水柱直接生成的生物成因重晶石。同時(shí)，單一的生物作用模式難以解釋揚(yáng)子地區(qū)下寒武統(tǒng)重晶石富集的形態(tài)、規(guī)模和品位，且缺乏古今實(shí)例。

現(xiàn)代海底熱泉溶液化學(xué)組分中Ba的濃度為17.2～42.6 mmol/L，而海水中Ba濃度為0.145 mmol/L，Ba富集系數(shù)近百倍，因此，大部分學(xué)者認(rèn)為熱水噴流沉積是重晶石主要成因之一[13]。而且，沉積結(jié)構(gòu)構(gòu)造、礦物學(xué)、地球化學(xué)等證據(jù)也說明重晶石礦床屬于熱水噴流沉積成因[7,9,13,16,19,26-27,33-35,46]。

FENG等[54]對墨西哥現(xiàn)代冷泉重晶石研究表明，其具有強(qiáng)烈的δ13C負(fù)異常，δ13CPDB值為-46.4‰，其δ34SCDT為18‰～80.4‰，δ18OSMOW為7.5‰～26.7‰，比現(xiàn)代海水δ34S(20.3‰)、δ18O(9.7‰)高很多。δ34S-δ18O關(guān)系圖投點(diǎn)呈正相關(guān)關(guān)系(圖2)[39,46,54]。重晶石具有多孔隙結(jié)構(gòu)，具有大量球狀、橢球狀顆粒，片狀結(jié)構(gòu)，空洞結(jié)構(gòu)有利于晶體生長。重晶石的87Sr/86Sr比值為0.707 82～0.710 05，高的Sr同位素可能是低水位時(shí)期三角洲碎屑巖水體貢獻(xiàn)。天柱—貢溪重晶石礦與墨西哥現(xiàn)代冷泉重晶石特征還是有較大差異。

圖2 墨西哥現(xiàn)代冷泉重晶石δ34S-δ18O關(guān)系圖[54]Fig.2 Diagram of δ34S-δ18O relationships of modern cold seeps barites from Mexico[54]

冷泉成因主要依據(jù)：(1)重晶石具有成巖和海底生長特征，表明隨著孔隙水流體向上運(yùn)移強(qiáng)弱的變化，重晶石前鋒帶深度不斷波動(dòng)；(2)圍巖里的化石疑似冷泉生物群；(3)牛蹄塘組早成巖重晶石-黃鐵礦結(jié)核顯示沉積物里發(fā)育冷泉流體；(4)重晶石未見伴生的大規(guī)模的賤金屬硫化物沉積；(5)富重晶石沉積帶狀分布，表明受控于斷層相關(guān)的冷泉流體通道；(6)現(xiàn)今大陸邊緣可見冷泉重晶石顯著富集的實(shí)例。

熱液成因觀點(diǎn)認(rèn)為，前寒武紀(jì)—寒武紀(jì)轉(zhuǎn)折時(shí)期揚(yáng)子地區(qū)廣泛發(fā)育海底熱液活動(dòng)，并促進(jìn)了下寒武統(tǒng)硅質(zhì)巖和Ni-Mo多金屬的沉積。在此背景下，下寒武統(tǒng)重晶石富集也可能源于熱液活動(dòng)，主要依據(jù)：(1)重晶石具有網(wǎng)脈結(jié)構(gòu)及熱水噴流沉積結(jié)構(gòu)；(2)硅質(zhì)巖、黑色頁巖等重晶石圍巖的地球化學(xué)特征顯示有熱液流體的影響；(3)重晶石Sr同位素值偏離同時(shí)期海水值，反映了熱液流體的貢獻(xiàn)；(4)伴生少量黃銅礦、環(huán)帶鋇冰長石等熱液礦物；(5)流體包裹體數(shù)據(jù)揭示中等溫度條件；(6)圍巖里的化石疑似海底熱液生物群；(7)重晶石成礦帶呈線性排列，表明似乎受控于斷層相關(guān)的熱液流體通道。

有些學(xué)者認(rèn)為寒武紀(jì)早期出現(xiàn)全球性重晶石成礦與古海洋環(huán)境有關(guān)。HAN等[14]認(rèn)為在寒武紀(jì)早期大量沉積重晶石礦形成是由于海洋由還原向氧化轉(zhuǎn)化期形成的產(chǎn)物，并從寒武系重晶石鍶和硫同位素組成分析，認(rèn)為硫酸鹽有限的局限海水環(huán)境促進(jìn)了大量重晶石的沉積。但是，并非所有寒武紀(jì)早期大陸邊緣均有重晶石礦沉積，僅在揚(yáng)子地臺(tái)東北緣沉積大量的重晶石礦。WEI等[55]認(rèn)為寒武系底部全球大量的重晶石礦床沉積是全球硫化缺氧環(huán)境的結(jié)果。

5 成礦規(guī)律及成礦預(yù)測

天柱—貢溪重晶石礦帶發(fā)育在大陸斜坡上的斷陷型熱水沉積成礦盆地，由于同生斷層作用將盆地切割成一系列次級盆地，天柱—新晃—玉屏一級沉積盆地中央部位曾發(fā)育基底隆起，將一級沉積盆地分割成西部玉屏二級沉積盆地及東部天柱—貢溪二級沉積盆地。天柱—貢溪二級沉積盆地由北東向同生斷層發(fā)育，將其分割為天柱縣大河邊—新晃碧林及新晃龍背—銅盆蓋三級盆地，它們是超大型重晶石礦床的構(gòu)造定位空間，北西向同生斷層以發(fā)育硅質(zhì)巖及鐵白云巖-菱鐵礦巖為特征，重晶石礦的展布受北東向同生斷層控制[47]。

ZHOU等[8]對云洞重晶石礦進(jìn)行研究，認(rèn)為重晶石礦和鉛鋅礦是屬于同一熱水噴流成礦系統(tǒng)，陡山沱組—燈影組白云巖中鉛鋅礦屬于噴流沉積的噴流管道成礦，形成網(wǎng)脈狀、似層狀鉛鋅礦，而重晶石礦是該成礦系統(tǒng)的海底噴流沉積產(chǎn)物。

SHIELDS等[45]對非洲西北Taoudéni盆地甲烷滲流重晶石的研究表明，重晶石礦形成于隆起區(qū)而不是凹陷深水區(qū)(圖3)。陳建書等[17]對天柱震旦紀(jì)—早寒武世古地理的研究表明，桂林溪—沖金寶—八陽一帶為一相對的補(bǔ)償性深水同沉積凹陷帶。圭勺—蝦麻塘—大河邊—蓋馬坡—沖磨—蒙沖界一線為隆起帶，重晶石礦分布在隆起帶(圖4)，很類似墨西哥現(xiàn)代冷泉重晶石分布。

1—泥巖夾凝灰?guī)r沉積；2—冰期海侵；3—帳篷白云巖；4—海退期喀斯特化白云巖；5—重晶石；6—火山灰沉降；7—海底鈣質(zhì)沉積；8—泥質(zhì)、火山灰沉積。圖3 非洲西北Taoudéni盆地甲烷滲流重晶石成礦[45]Fig.3 Methane seepage barite mineralization in Taoudéni Basin,Northwest Africa[45]

1—白云巖；2—黏土質(zhì)粉砂巖；3—白云質(zhì)黏土巖；4—碳質(zhì)黏土巖；5—粉砂質(zhì)碳質(zhì)黏土巖；6—硅質(zhì)巖；7—含錳砂質(zhì)白云巖；8—變余含礫長石石英巖屑砂巖；9—重晶石礦；10—變余含礫長石石英砂巖；11—寒武系牛蹄塘組；12—震旦系陡山沱組；13—震旦系—寒武系老堡組；14—南華系黎家坡組。圖4 天柱重晶石礦成礦環(huán)境[17]Fig.4 Metallogenic environment of Tianzhu barite deposit[17]

在早寒武世大氣相對貧氧、海洋硫酸鹽濃度偏低的大背景下，板塊碰撞帶往往形成大型重晶石(毒重石)礦床[27,51]。揚(yáng)子板塊與華夏板塊間的構(gòu)造活動(dòng)較為強(qiáng)烈，形成了系列裂陷槽，并發(fā)生了大規(guī)模的海底熱液活動(dòng)。這些熱液作用為揚(yáng)子地臺(tái)北緣及揚(yáng)子地臺(tái)東南緣的重晶石成礦帶來了巨量的Ba源。因此，我們認(rèn)為天柱—貢溪重晶石成礦帶成礦物質(zhì)主要來源于深部流體，而且可能是富Ba、S基底地層，并通過斷裂噴流(滲流)海底形成重晶石礦。

云洞和大河邊重晶石礦比較[13]，云洞地區(qū)沉積水體環(huán)境要比大河邊地區(qū)缺氧，云洞重晶石礦以細(xì)條帶狀、餅狀、結(jié)核狀、斑狀為主，硫同位素顯示云洞距噴(溢)口近。因此，在云洞和大河邊之間區(qū)域，應(yīng)該具有較好的成礦環(huán)境，如高架—墨溪—高車一線可能存在北北東向同生斷裂[2]，其具有較好的找礦前景。另外，貢溪、云洞以西有條逆沖推覆斷層，現(xiàn)在的大河邊、云洞一帶重晶石是屬于斷層上盤還是下盤，初始成礦中心位置何在，這對重晶石找礦預(yù)測至關(guān)重要。

6 展望

天柱—貢溪重晶石成礦帶是世界級成礦帶，盡管已經(jīng)開展了大量的研究工作，取得了大量的研究成果，但這個(gè)超大型礦床的成因、成礦規(guī)律和控礦機(jī)理還沒有完全得到解決，需要開展更深入的研究工作。

1)前人已做了大量的重晶石硫同位素研究，但還未進(jìn)行原位硫同位素測試，這對解釋重晶石礦硫來源以及成礦環(huán)境具有重要意義，也是解決硫同位素解譯重晶石礦成因分歧的關(guān)鍵。

2)從寒武系重晶石礦古地理分布分析，該期重晶石礦基本分布在古島(隆起)周圍，其內(nèi)在控制因素是什么？是否與造山帶有關(guān)？

3)地球化學(xué)參數(shù)與區(qū)域重晶石礦層展布關(guān)系對成礦規(guī)律和找礦預(yù)測具有重要意義。含礦巖系層序、重晶石類型及品位與同位素、地化指標(biāo)之間關(guān)系，尚未精細(xì)刻畫，如若精細(xì)分析，可以解決成因、物源等問題。

4)重晶石中生物作用明顯，但還未深入了解生物群特征，需要大量的野外、鏡下觀察，確定生物群的面貌，解釋重晶石成礦中的生物作用。