朱志軍，張治波，郭福生

東華理工大學地球科學學院，南昌 330013

0 引言

中國云南西北部蘭坪中—新生代盆地的金頂以其范圍小、堆積巨量金屬而備受國內(nèi)外學者的關(guān)注。金頂鉛鋅礦由架崖山、北廠、峰子山、南廠、西坡、跑馬坪和白草坪七個礦段組成，礦區(qū)主要發(fā)育浸染狀砂巖型和角礫巖型兩種礦石類型，分別在北廠和架崖山形成了超大型砂巖型和角礫巖型主礦體，其鉛鋅金屬總儲量約占金頂?shù)V區(qū)總儲量的2/3。砂巖型礦石為主要類型，特點是細粒硫化物(閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦)呈浸染狀分布于砂巖中；角礫巖型礦石主要分布于礦區(qū)東部，礦化發(fā)生在灰?guī)r角礫巖的縫隙和孔洞中，或呈浸染狀分布于基質(zhì)中。由于這兩種含礦巖石(砂巖和角礫巖)缺少化石依據(jù)，分布局限，并與區(qū)域地層無法對比，因此就其時代歸屬和成因一直是爭論的焦點。綜合前人研究結(jié)果，關(guān)于金頂鉛鋅礦兩種礦石成因基本具有兩種截然不同的觀點：一種觀點認為是正常沉積產(chǎn)物[1-7]，該觀點認為古新世受區(qū)域擠壓推覆作用使上三疊統(tǒng)三合洞組灰?guī)r沿沘江斷裂發(fā)生滑塌堆積而形成坡積相和沖積相沉積；另一種觀點認為是非正常沉積產(chǎn)物，主要包括灰?guī)r角礫巖屬膏溶角礫巖成因[8-10]、湖底熱液噴發(fā)成因[11]、泥底辟侵位角礫成因[12]、碎屑高壓灌入成因[13-14]等。

前人針對蘭坪金頂?shù)V床的含礦巖石成因進行了大量研究，這些研究極大地深化了人們對蘭坪金頂鉛鋅礦床成礦系統(tǒng)的認識和了解，為蘭坪盆地找礦勘探提供了重要的理論指導(dǎo)意義，但是由于受當時開采規(guī)模的約束，得出的認識還具有局限性。近年來，隨著資料的積累和礦床大規(guī)模露天開采和坑采，進一步揭露了深部礦體真實的展布形態(tài)和構(gòu)造特征，一些過去觀察不到的地質(zhì)現(xiàn)象逐漸顯露出來，這為解決各種礦床成因觀點的矛盾、深化礦床成因認識提供了新的契機。本文依據(jù)最新在金頂?shù)V區(qū)觀察到的砂巖型礦石的沉積學證據(jù)，進一步論證了金頂鉛鋅礦床含礦巖石的成因，此地質(zhì)問題關(guān)系到對金頂鉛鋅礦床成因的認識，具有重要理論與實踐意義。

1 地質(zhì)概況

金頂鉛鋅礦位于云南省西部蘭坪盆地北端(圖1)，該盆地寬約25～70 km，長約270 km，呈北北西向展布。盆地東西分別以金沙江斷裂和瀾滄江斷裂為界，中部有蘭坪中軸斷裂[15]。蘭坪盆地充填序列主要包括：晚三疊世三合洞組(T3s)海相灰?guī)r和白云巖，局部含瀝青；挖魯扒組(T3w)灰黑色泥巖和粉砂巖；麥初菁組(T3m)黑色頁巖、粉砂巖和細砂巖，局部夾煤層。中侏羅統(tǒng)花開左組(J2h)紫紅色粉砂巖夾泥巖。早白堊世景星組(K1j)淺灰色石英砂巖；南新組(K1n)紫紅色砂巖、礫巖、粉砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖；虎頭寺組(K1h)灰白色—紫紅色石英砂巖和長石砂巖；古近紀的云龍組(E1ya)磚紅色粉砂巖夾細砂巖，云龍組(E1yb)灰?guī)r角礫巖；果郎組(E1g)暗紫紅色細砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖和泥巖[16-17]。

圖1 金頂?shù)V區(qū)地質(zhì)略圖(據(jù)參考文獻[12]修改)Fig.1 Simplified geological map of Jinding mining area in Yunnan(modified from reference[12])

金頂?shù)V區(qū)地層以逆沖斷層為界分為原地系統(tǒng)和外來系統(tǒng)，外來系統(tǒng)倒置于原地地層之上，由下到上為景星組(K1j)、花開左組(J2h)、麥初菁組(T3m)、挖魯巴組(T3w)和三合洞組(T3s)；下面的原地系統(tǒng)為正常層序，從下至上由南新組(K1n)、虎頭寺組(K1h)和云龍組(E1y)構(gòu)成(圖1)。金頂超大型鉛鋅礦床的含礦巖石為淺灰—灰白色鈣質(zhì)細粒石英砂巖和深灰色瀝青灰?guī)r角礫巖夾灰?guī)r巖塊。自礦區(qū)東部至西部粒度明顯由粗變細，礦區(qū)東部主要為灰黑色含瀝青灰?guī)r角礫巖及灰?guī)r巖塊；礦區(qū)中部為含瀝青灰?guī)r角礫的石英砂巖、細粒石英砂巖；礦區(qū)西部為含膏砂泥質(zhì)碎屑巖和石膏巖，局部有微弱鉛鋅礦化。礦體整體上呈層狀、透鏡狀順層展布，成群出現(xiàn)，層位穩(wěn)定。

2 含礦巖石沉積特征

在礦區(qū)厚層—塊狀中—細粒鈣質(zhì)石英砂巖及含灰?guī)r角礫砂巖型礦石中發(fā)育流動成因構(gòu)造，包括層面構(gòu)造、層理構(gòu)造和同生變形構(gòu)造。層面構(gòu)造主要為流動成因形成的沖刷面(圖3A)和流水波痕構(gòu)造。流水波痕構(gòu)造為彎脊不對稱波痕(圖3B)，其波長約4.5～5 cm，波高約0.3～0.6 cm，波痕指數(shù)(RI)約為8～15之間，該類波痕常發(fā)育于湖泊、三角洲、大陸架、濁流環(huán)境中。

層理構(gòu)造主要發(fā)育于灰色中—細粒石英砂巖中，偶夾有粉砂巖，下部為含瀝青灰?guī)r角礫砂巖，厚度大于60 m。主要的層理構(gòu)造有平行層理(圖3C)、板狀交錯層理(圖3D，E)、槽狀交錯層理(圖3F)，同時在局部砂質(zhì)角礫巖中見礫石的疊瓦狀構(gòu)造等，均反映出牽引流體的特點。除砂巖型礦石反映出牽引流性質(zhì)外，在含角礫砂巖及角礫巖中還具有重力流的特點，主要有正遞變粒序?qū)永?圖3G)，以及在盆地斜坡上發(fā)育的層間同生滑移褶皺及同生變形構(gòu)造，包括滑塌變形構(gòu)造(圖3H)、液化砂巖脈(圖3I)、階梯狀斷層(圖3J)等，反映出沉積物在未固結(jié)時發(fā)生同生斷裂的斷陷活動，觸發(fā)斜坡上軟沉積物由于重力作用而失穩(wěn)，從而形成重力流沉積(包括滑塌巖塊和顆粒流沉積)。

圖2 金頂?shù)V區(qū)含礦層段實測剖面圖Fig.2 Measured section of the ore region in Jinding mining area

圖3 砂巖型礦石沉積構(gòu)造a.沖刷面；B.直脊不對稱流水波痕；C.平行層理；D，E.板狀交錯層理；F.槽狀交錯層理；G.正粒序?qū)永?；H.滑塌變形構(gòu)造；I. 液化砂巖脈；J.階梯斷層Fig.3 Sandstone-type ore deposit structure

2.1 巖石學特征

通過對金頂?shù)V區(qū)含礦巖石的巖石薄片觀察：砂巖型礦石鏡下特征為鈣質(zhì)膠結(jié)細粒石英砂巖，基底式膠結(jié)，膠結(jié)物主要為碳酸鹽礦物，其次為黃鐵礦和閃鋅礦交代碳酸鹽礦物呈浸染狀分布于膠結(jié)物中，且與黏土礦物絹云母化相伴生(圖4A，B)。碎屑石英大小一般為0.1～0.4 mm，分選差，磨圓度較低，多呈次棱角狀，含量約占55%～83%。巖屑主要為硅質(zhì)巖和變質(zhì)巖巖屑，分別約占10 %～30%和5%～14%，大小一般在0.1～0.3 mm之間，最大者達0.5 mm。部分樣品有少量灰?guī)r巖屑，大小為1.5～2.0 mm，多者可達10%，分選中等，磨圓度差，多呈棱角狀—次棱角狀。長石占碎屑總量的1%～8%，大小約為0.1～0.3 mm，分選中等，以次棱角狀—次圓狀為主。礦石礦物主要為方鉛礦和閃鋅礦，方鉛礦呈正方體，大小多在0.03～0.08 mm之間，約占5%～10%，閃鋅礦呈菱形，大小多在0.05～0.15 mm之間，約占10%～25%，其次為黃鐵礦，呈浸染狀、團塊狀分布于膠結(jié)物中，約占5%～15%。

灰?guī)r角礫巖型礦石鏡下具有砂狀結(jié)構(gòu)和角礫結(jié)構(gòu)，角礫主要為泥晶灰?guī)r角礫、含瀝青灰?guī)r角礫和微晶灰?guī)r角礫，被碳酸鹽和石英砂質(zhì)膠結(jié)(圖4C，D)。角礫約占45%～55%，大小一般為5～42 mm，分選差，磨圓差，多呈棱角—次棱角狀。在角礫周圍的破碎裂隙中發(fā)育三個世代的亮晶方解石。石英碎屑約占1%～5%，大小約為0.05～0.1 mm，分選中等，磨圓度中等，呈次圓狀。礦石礦物主要有閃鋅礦和黃鐵礦，發(fā)育于灰?guī)r角礫巖的砂質(zhì)膠結(jié)物中，呈星點狀分布，大小約為0.25～0.5 mm，最大者達1.8 mm，其中閃鋅礦約占15%，黃鐵礦約占2%。

2.2 結(jié)構(gòu)特征

通過含礫粗砂巖的礫石統(tǒng)計，其粒度概率累積曲線表現(xiàn)為較平緩的“一段式”，或略向上微凸的拱弧形特征，反映出碎屑顆粒以粒徑變化范圍大，分選差的懸浮次總體為主，不含滾動組分(圖5A)。 粒度C-M圖反映出，點群主要集中在平行于C=M基線區(qū)域的QR段，顯示為高密度碎屑流的遞變懸浮沉積特征。

針對交錯層理、波狀層理及波痕等層理發(fā)育的砂巖進行了粒度統(tǒng)計分析，在顯微鏡下對巖石薄片中顆粒最大直徑進行了統(tǒng)計，每件樣品統(tǒng)計350～400個顆粒，得出最大直徑數(shù)據(jù)，換算成Φ值，按四分之一間隔分組，計算每組內(nèi)顆粒數(shù)的百分含量，以概率百分數(shù)為縱坐標，繪出概率累積曲線圖，顯示出交錯層理發(fā)育的砂巖相由2段式組成，中細粒砂巖相懸浮、跳躍組分分異明顯，跳躍組分含量高，細截點Φ值多在2～3之間，斜率較大(圖5B)；中粗粒砂巖細截點Φ值多在1～2之間，不同巖相類型細截點差異明顯。由于粒度分析是在顯微鏡下統(tǒng)計，因此可能部分粗粒組分未能統(tǒng)計，特別是含角礫砂巖相可能滾動組分要多些，這種分段式明顯的概率累積曲線類型進一步證明了具有牽引流的特點。

圖4 金頂?shù)V區(qū)礦石微觀特征 A，B.石英砂巖型礦石中黃鐵礦和閃鋅礦交代碳酸鹽礦物，呈浸染狀分布；C.角礫巖型礦石，方鉛礦和閃鋅礦呈星點狀分布在砂質(zhì)膠結(jié)物中；D.角礫巖型礦石，黃鐵礦和閃鋅礦分布在交代粗晶方解石中Fig.4 Microscopic characteristics of ore in Jinding mining area

圖5 砂巖型礦石粒度概率累積曲線與C-M圖Fig.5 Cumulative grain-size distribution curve and C-M map of sandstone-type ore

另外，按照層理發(fā)育的砂巖相和層理不發(fā)育的塊狀含角礫砂巖相進行了C-M圖分析(圖5C)，層理發(fā)育的砂巖相C-M圖為N-P-Q-R形，反映出牽引流的性質(zhì)，而層理不發(fā)育的塊狀含角礫砂巖相的C-M圖為平行于C=M線分布的Q-R形，顯示了懸浮搬運方式。C-M圖分析結(jié)果與粒度概率累積曲線反映一致，顯示了含礦巖石具有重力流和牽引流的沉積特征，為復(fù)合搬運機制下的產(chǎn)物。

參與式學習是鼓勵學生參與整個教學活動過程，以學生為主體，各種教學方法得到了靈活使用，將學生融入到了整個學習過程。在教學中，學生學習，思考的自主性都有提高，學生的潛能、創(chuàng)造性得到充分激發(fā)，在課堂中教師主導(dǎo)地位，學生學習主體地位都得到重視。體現(xiàn)以學生為本的原則，將學生的興趣、愛好、實際需要全容納到課程中來，教學過程以學生的活動為主導(dǎo)，教師的解釋只起輔助作用，充當幫手和向?qū)А?/p>

3 重力流沉積類型

根據(jù)野外系統(tǒng)的沉積相標志分析，按照顆粒形態(tài)、支撐機制及流變和沉積過程[18-19]，將金頂鉛鋅礦含礦巖石沉積劃分為非溝道體系的液化流和溝道體系的砂質(zhì)碎屑流、濁流等類型。

3.1 非溝道體系的液化流沉積

受向上逃逸流體超壓支撐的液化沉積物流，是指塊體沿著剪切面發(fā)生滑移或滑塌而嵌進或掉入異地的重力流沉積體[19]。在金頂?shù)V區(qū)液化流沉積主要為砂、細礫混雜并強烈變形沉積的滑塌巖，常見斷裂、小型階梯狀同沉積斷層(圖3J)和滑動成因的包卷層理構(gòu)造、滑塌褶皺構(gòu)造(圖3H)及液化砂巖脈(圖3I)。

3.2 溝道體系的砂質(zhì)碎屑流沉積

前人[18-19]對砂質(zhì)碎屑流進行了系統(tǒng)的研究，認為砂質(zhì)碎屑流是指高密度顆粒流在水道中高速流動的過程中，由于水道被侵蝕下來的物質(zhì)和海水的混入，使顆粒流中的水體濃度、黏度、分散壓力及浮力增大，顆粒濃度降低，顆粒間的剪切擴散應(yīng)力亦逐漸降低，從而形成由基質(zhì)強度、分散壓力和浮力共同支撐顆粒流作層狀流動的塑性流體。在金頂?shù)V區(qū)砂質(zhì)碎屑流沉積主要分布在礦區(qū)的中西部，主要由淺灰—灰色中—細砂巖構(gòu)成，以厚層塊狀細砂巖為主。較粗粒的砂巖層中見有灰?guī)r“漂礫”，由同生礫含量及粒度變化顯示出的正粒序?qū)永?圖3G)。砂巖下層面見有侵蝕面(圖3A)，上層面發(fā)育波痕構(gòu)造(圖3B)。同時發(fā)育有大量的平行層理(圖3C)、板狀交錯層理(圖3D，E)、槽狀交錯層理(圖3F)。單砂體厚度一般大于50 cm，相互疊置形成厚達幾米，甚至十幾米的砂體，橫向變化快，與半深湖—深湖相泥巖呈漸變接觸。

3.3 濁流沉積

濁流沉積為淺灰—灰黑色角礫巖夾砂巖、含礫砂巖及細砂巖，一般多夾于深水相暗色泥巖中，與濁流沉積伴生的沉積構(gòu)造有：鮑馬序列、底沖刷充填構(gòu)造、泄水構(gòu)造等。在野外能夠觀察到發(fā)育不完整的鮑馬層序，可反映出強水動力條件下的高密度流體和相對弱水動力條件下的低密度流體之間的轉(zhuǎn)換。高能條件下沉積角礫巖、含角礫粗砂巖，低能條件下沉積粗中砂巖、細砂巖(圖6)。

圖6 含礦巖石的沉積韻律Fig.6 Sedimentary rhythm of ore bearing rock

鮑馬序列A段塊狀砂礫巖相，該相帶以巖塊和角礫沉積為主，為混雜結(jié)構(gòu)的粗礫巖相(圖6)，角礫排列雜亂，顆粒支撐。其礫石含量約60%，基質(zhì)含量約40%。礫石成分主要是淺灰色三合洞組(T3s)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、瀝青質(zhì)灰?guī)r，及花開左組(J2h)紫紅色砂巖、頁巖。礫徑大小從幾厘米至幾十厘米，大小混雜，磨圓差，多呈棱角狀?；|(zhì)為砂泥質(zhì)混合物，砂粒中灰?guī)r巖屑組分含量較高。向上漸變過渡為含角礫粗砂巖相，粒度遞變清楚，一般為正粒序，底面發(fā)育有沖刷—充填構(gòu)造。

鮑馬序列B段塊狀砂巖相，與A段粒度為正遞變過渡，粒度明顯變細，巖性以淺灰色、磚紅色石英砂巖為主，基質(zhì)含量很少，方解石膠結(jié)物含量大于12%，多呈連晶、嵌晶狀分布，發(fā)育平行層理、斜層理。由A段到B段，反映了由高密度流體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榈兔芏攘黧w，具有滑塌重力流和牽引流復(fù)合機制搬運的特點。

4 積相展布特征與沉積模式

根據(jù)金頂?shù)V區(qū)含礦巖石的巖性組合、粒度特征、沉積序列和沉積構(gòu)造等標志，結(jié)合構(gòu)造發(fā)育位置，含礦巖石為湖底扇沉積，并進一步劃分為內(nèi)扇、中扇和外扇三個亞相(圖7)。

(1) 內(nèi)扇亞相

內(nèi)扇是由若干條水下水道和天然堤組成，研究區(qū)主要發(fā)育內(nèi)扇水道微相，分布于架崖山以東地區(qū)，以高密度碎屑流沉積為主，巖性為巨厚的灰?guī)r角礫巖和含角礫砂質(zhì)泥巖或粉砂巖組成?；?guī)r角礫巖的角礫大小混雜，無分選，雜亂堆積。含角礫砂質(zhì)泥巖及粉砂巖與灰?guī)r角礫巖相互伴生。內(nèi)扇亞相在剖面中呈不規(guī)則狀或透鏡狀展布，向西、北西方向逐漸尖滅，并與中扇相呈指狀相變關(guān)系(圖7)。

(2) 中扇亞相

中扇辮狀水道沉積大套淺灰色厚層砂質(zhì)角礫巖、含角礫砂巖及砂巖，發(fā)育平行層理和斜層理，主要分布于北廠礦段及以西地區(qū)。砂質(zhì)角礫巖角礫成分主要由灰?guī)r及少量粉砂巖組成，礫徑大小一般為1～8 cm。含角礫砂巖及砂巖多以細粒為主，角礫亦為灰?guī)r，較砂質(zhì)角礫巖礫徑明顯變小，分選中等至差，偶見礫石定向排列。砂質(zhì)角礫巖與含角礫砂巖及砂巖垂向上常構(gòu)成向上變細的沉積韻律，砂質(zhì)角礫巖底部發(fā)育沖刷充填構(gòu)造。橫向上，向西、北西方向粒度逐漸變細。

圖7 含礦巖石湖底扇沉積剖面Fig.7 Sedimentary profile of sublacustrine fan facies in the ore bearing rock

(3) 外扇亞相

湖底扇的最前緣為外扇，由于外扇離物源區(qū)遠，水動力弱，主要發(fā)育席狀濁積砂，巖性以含角礫砂巖、泥質(zhì)砂巖、泥巖為主。其中發(fā)育鮑馬層序的“AB”序列。向西過渡為湖相粉砂巖及泥巖沉積。

5 結(jié)論

(1) 通過對金頂?shù)V區(qū)的含礦巖石巖石學特征、粒度分析及原生沉積構(gòu)造等沉積相標志分析，揭示了含礦巖石具有明顯的沉積學特征，屬于正常的湖底扇重力流沉積體系。

(2) 根據(jù)金頂?shù)V區(qū)的砂巖、含灰?guī)r角礫砂巖及灰?guī)r角礫巖的粒度特征、形態(tài)、顆粒支撐機制及流變和沉積過程，在金頂超大型鉛鋅礦含礦巖石中識別出非溝道體系的液化流和溝道體系的砂質(zhì)碎屑流、濁流等沉積類型，進一步可劃分為內(nèi)扇、中扇和外扇亞相。

(3) 金頂?shù)V區(qū)的含礦巖石重力流沉積體系中，砂質(zhì)碎屑流沉積分布最為廣泛，以淺灰—灰色鈣質(zhì)細砂巖為主，呈厚層至塊狀展布，在重力流各種沉積類型中具有良好的儲集層物性特征，是重要的含礦巖石。