沉积岩型铅锌矿床的成矿系统研究

第13卷第3期2006年5月

Eart h Science Frontiers (China University of Geosciences ,Beijing ; Peking University )

地学前缘(中国地质大学(北京) ; 北京大学)

Vol. 13No. 3May 2006

沉积岩型铅锌矿床的成矿系统研究

杨永强1,2, 　翟裕生1,2, 　侯玉树1,2, 　吕志成3

1. 中国地质大学地质过程与成矿作用国家重点实验室, 北京100083

2. 中国地质大学岩石圈构造、深部过程及探测技术教育部深部成矿实验室, 北京1000833. 中国地质调查局发展研究中心, 北京100037

YAN G Yong 2qiang , 　ZHA I Yu 2sheng , 　HOU Yu 2shu , 　L ΒZhi 2cheng

1. S tate Key L aboratory of Geological Processes and Mineral Resource , Chi na Universit y of Geosciences , Bei j ing 100083, China 2. Key L aboratory of L it hos p here Tectonics and L it hop robing Technology of Minist ry of Education , China y of Geosciences ,

Bei j ing 100083, Chi na

3. Develop ment Research Center of China Geological S urvey , Bei j i ng , YANG Yong 2qiang , ZHAI Yu 2et of systems of sediment 2hosted lead and zinc depos 2its. Ea rt h Science Abstract 2hosted lead and zinc deposits are economically important types of ore deposits. These ore deposits are typically located at the edge of stable continent cratons. The study of sediment 2hosted lead and zinc metallogenic system focuses on the relationship between time 2space and ore 2forming events. In our study , we examined the links in the sequence of events that lead f rom ore 2forming stages , to ore emplacement and preservation. This method can find out the ore distribution , ore suppliers , genesis , ore 2forming mechanism , and guide the scientific ore 2searching. Sediment 2hosted lead and zinc deposit can be divided into three types :1) Sedimentary Exhalative (SEDEX ) , 2) Mississippe 2Valley type (MV T ) and 3) Sandstone 2hosted type (SST ) . In our study of the three types of sediment 2hosted metallogenic systems , we came to the following conclusions :(1) In the case of SST deposits , porosity and permeability of the host sandstone are the most important ore controls. For example , the Jinding Pb 2Zn deposit is only controlled mainly by structure and the highly porous character of the host rock rather than the sedimentary strata per se. (2) The Huizhe Zn 2Pb MV T deposit , the ore metals were precipitated from hot saline fluids associated with volcanic systems. The genesis is epigenesis of mixing solution ore 2forming process. (3) SEDEX Pb 2Zn deposits , are spatially associated with syngenetic faults which provided the path and space for deposition of metals , volcanic activity during the rifting stage. SEDEX deposits are formed during syngenetic and epigenetic processes. (4) T o some extent , the weathered and metamorphic basement rocks provide the metal source for all three types of sediment 2hosted Pb 2Zn deposits. K ey w ords :lead 2zinc deposit ; SEDEX; MV T ; SST ; metallogenic system

摘　要:沉积岩型铅锌矿床是铅锌矿床中重要类型之一。在系统论述沉积岩型铅锌矿床成矿背景、地球化学和矿床类型的基础上, 分别阐明了沉积喷流型(SEDEX ) 、密西西比型(MV T ) 和砂岩型(SST ) 3个成矿系统的成矿要素、作用过程、矿床和异常组合以及成矿模式。对3个铅锌成矿系统作了全面对比, 获得一些认识:(1)

SST 矿床的矿化表现为对构造和高孔隙度有利岩性而不是地层层位的依赖性; (2) 云南会泽碳酸盐型铅锌矿收稿日期:20060310; 修回日期:20060410

基金项目:国家自然科学基金资助项目(40573047) ; 教育部留学回国人员科研启动基金资助项目(2004)

) , 男, 博士后, 矿床学专业, 主要从事矿床成因及综合信息找矿研究工作。E 2mail :yangyonq@cugb. edu. cn 作者简介:杨永强(1965—

() () 　　　201

(MV T ) 成矿物质除热卤水沉淀来源外, 还有火山岩系的提供, 属后生混合流体成矿作用; (3) 沿古陆边缘同生

断裂构造发生的海底热水喷流沉积作用为SEDEX 型铅锌成矿奠定了物质基础; 裂谷伸展期常有“双峰式”火山活动, 提供部分矿源、热源、水源; 同生断层长期活动提供热水循环通道和矿质沉积场所; (4) 风化剥蚀的变质基底为三者提供了成矿物质, 成矿热卤水在盆地中经过了演化过程。关键词:铅锌矿床; 沉积喷流型; 密西西比型; 砂岩型; 成矿系统

中图分类号:P618　　文献标识码:A　文章编号:10052321(2006) 03020006

　　近10年来, 整体的地球系统科学体系概念初见基性或长英质火山碎屑岩, 常见有硅质岩产出, 且与端倪, 成为世纪之交地球科学的最大创新。许多学矿化关系密切, 铅、锌主要来源于海底火山喷气。者注意研究成矿系统[125], 但专门针对铅锌矿的成矿

MV T 矿床的金属主要来自壳源, 还有火山碎屑岩

系统却寥寥无几。广义的成矿系统包括成矿物质、系提供的, 盆地中携带金属的粒间水被挤出, 并作侧

成矿流体(成矿物质的运载工具) 、成矿能量、成矿流向运移沉淀出Pb 2Zn , 形成矿床。SST 铅锌矿主要体通道、矿石堆积场地等基本要素, 以及成矿后的矿产于不整合面上的石英岩或砂岩中在组成上几乎床保存。另外成矿时间也是重要的成矿要素, 没有是单一的Pb Zn , 不足够的时间是难以形成工业矿床的[6]。

Zn 来源于。。

1　沉积岩型(铜) 铅锌矿床的分类及其特征　　Table 1　Classification and characteristics of

　　sediment 2hosted (Cu ) Pb 2Zn deposits

矿床类型围　岩流体p H 喷流型

(SEDEX )

要素

根据沉积围岩和成矿流体的性质, 沉积岩型

111　(铜) 铅锌矿可以分为5组, 如表1。第一种、第二种

金属丰度

Cu >Zn >Pb

实　例

澳大利亚的Broken

Hill 及中国的狼山新墨西哥Nacimien 2

to ,Redstone

均为不同形式的与红层有关的铅锌(铜) 矿, 而第五种只是显示围岩与其他不同, 是在含盐碱性环境下形成的, 有人将其归入陆相SED EX , 也有人认为并非真正的SED EX 矿床

[7]

碳酸盐岩红层

酸性

红层型

(RB T )

酸性Cu >Zn >Pb

砂岩型

(SST )

。这5种均是大陆环境中

砂岩酸性Cu >Zn >Pb Cu >Zn >Pb , Zn >Pb >Cu

瑞典Laisvall , 德国

Mechernich

形成的沉积型矿床[8]。SEDEX 型、MV T 型和SST 型是其主要类型, 而且它们都有相近的流体成矿过程[9213], 因而对比研究更有利于查明它们的成矿作用过程、成矿系统。112

密西西比

碳酸盐岩酸性

型(MV T )

麦克阿

瑟河型或油页岩,

碱性

绿河型黑色页岩

(MR T )

美国和加拿大的Pine Point , Upper Missis 2sippi , 东南Missouri 澳大

利

亚

的

McArt hur 河及Mt. Isa

Cu >Zn >Pb

成矿系统要素研究

成矿系统及演化论是在矿床研究和矿产勘查实

　　(2) 成矿流体。许多矿床是由流体经迁移、沉淀

践中逐步形成的一个观念, 是用系统论和历史观研而形成的。有些沉积岩型矿床是由地下热卤水运行

究矿床学和区域成矿学的一种探索。成矿系统是指到一定位置形成的。按流体的成因, 盆地流体包括在一定地质环境中, 控制矿床形成、变化、保存的全内部流体地层水、烃和外部流体大气水、深部流体。部地质要素和成矿作用动力过程。以狼山SEDEX 矿化剂如F 、Cl 、S 、P 等也以多种形式被溶于水中参型、会泽MV T 型和金顶SST 型铅锌矿为例, 剖析3

与对矿质的搬运和沉淀作用。成矿流体的功能是萃

类沉积岩型铅锌矿的成矿系统特征。取、溶解、搬运和沉淀、聚集成矿物质, 是沟通矿源

(1) 成矿物质。成矿物质是成矿的主要物质基场、运移场和储矿场的纽带和媒介, 因而是成矿系统础, 包括地幔、地壳和水圈提供的金属元素、非金属中最为活跃的要素, 对于成矿流体不仅要研究其对元素、有机质和它们的化合物。SEDEX 矿床产于陆成矿的条件制约, 还要研究过程制约。沉积盆地沉源碎屑岩2碳酸盐岩建造中, 以含半深水环境的黑色积物在埋藏成岩过程中可以形成含矿热卤水, 陆源页岩、浊积岩和碳酸盐岩为特征, 有时夹少量凝灰质碎屑岩和碳酸盐岩建造的沉积盆地也具有相似过程

　202　　和作用[14]。盆地热卤水的形成过程中除了压实水补给外, 还可能包含区域性补给系统, 特别是基底的补给渠道。如SST 矿床形成时, 流体优先顺着基底洼地上的低凹渠道流动, 出现条带构造。沉积岩型铅锌矿的成矿流体的形成都是在盆地演化过程中逐渐发展形成的。

(3) 成矿能量。成矿能量是驱动成矿的自然力, 沉积岩型铅锌矿主要是由于压实和重力作用引起流体的萃取、运移, 流体输运过程中的水2岩反应以及流体中有用物质的沉淀堆积等。MV T 矿床的流体经过了长距离的运移, 出现大规模的流体作用, 因而具有较大的能量。接受了巨厚沉积、长期活动的同生断裂为SED EX 矿床提供了能量。

(4) 成矿流体通道。成矿流体通道是矿质及成矿流体输运并趋向富集的渠道和路径, 它是联系矿源场和储矿场的构造2岩石网络, 运动。—红河大断裂体运移的主要通道, 为深源流体成矿的重要控制因素[15]。会泽处于攀西裂谷东缘受裂谷控制的克拉通内或其边缘的局限沉降盆地, 西侧为南北向小江断裂, 东侧为昭通—曲靖断裂, 均提供了丰富的热卤

质、成矿流体的运输通道及矿石堆积场等成矿系统

的基本要素。金顶铅锌矿床中矿体明显受地层中高孔隙度有利岩性的控制, 赋矿层位在构造层序界面或体系域间及内部的岩相突变面, 造就矿床的产出与层序界面的耦合[17]。会泽铅锌矿受层位和岩相及古岩溶构造控制明显。SED EX 型铅锌矿, 突变成矿和界面成矿有时相结合, 经历了物质从量变转变到质变不同表现形式[18]。它的含矿热液是由沉积盆地中沉积物在埋藏压实成岩中排出的水, 或来源于区域补给系统, 它们在对流循环中淋滤了围岩中成矿物质而成。一般来说, 它是热的、矿化度较高含金属热卤水, 并储存于岩层的孔隙或裂隙中[19]。

、长期, 。矿床的保存与成矿, 并可决定矿床的资源和经济效应。如果金顶铅锌矿床保存在向斜叠加形成的盆地构造中, 就不易被发现, 因此应当注意在叠合盆地或背、向斜叠加形成的鞍型构造中找矿远景的可能性。金顶铅锌矿在成矿后因造山隆升而使浅部矿床受剥蚀的几率较大, 因而其原有成矿系统被全部保存下来的可能性不大[20]。对于SED EX 矿床, 裂谷盆地后期的沉积层又可覆盖已成

水, 成为深源流体成矿的宏观标志和有效显示[16]。的矿层, 起到屏蔽保护作用。

(5) 矿石堆积场地。沉积岩型铅锌矿的形成规

模取决于有利的白云岩化碳酸盐地层和粗碎屑岩地3　沉积岩型铅锌矿床的成矿异常研究层, 因而具有充足的矿石堆积空间; 矿石的沉淀与流体经历区间岩石的物理化学条件变化关系密切, 常成矿系统不仅研究矿床系列, 而且包括形成的存在有利的地球化学障、地球物理障或构造物理化学障; 还有岩性圈闭、构造圈闭, 以及构造2岩性复合圈闭。金顶铅锌矿成矿中推覆体体起到了圈闭作用。

异常系列, 对于成矿系统的深入研究可以指导伴生矿床的找矿[21]。大型、特大型矿床及矿集区形成的必要与充分条件是要有巨大的成矿物质供应量, 存在富含金属的地球化学块体[22]。通过逐步聚焦, 形成了套合的地球化学块体, 套合层次越多的块体, 成

矿的可能性愈大。这一方法正适合于区域成矿学研究中成矿异常的圈定, 同时反映了成矿物质来源和

运用成矿系统理论和方法研究沉积岩型铅锌异常的空间展布特征。地球化学块体理论为成矿系矿, 查明其成矿作用过程、成矿要素制约条件, 探讨统研究提供了有效手段, 使其实现了综合信息成矿金属和流体的来源和矿床成因, 建立成矿系统模型。研究。

成矿作用的发生。沉积岩型铅锌矿主要是界面311　铅锌地球化学块体分布特征成矿──地层界面、岩相界面、地下水界面、氧化还以我国中西部地区沉积岩型铅锌矿为例, 地球原界面及其他各种临界面。从沉积成矿系统角度分化学块体更能反映近地表的层控矿床物质分布, 这析, 层序界面及沉积体系域自身已具备部分成矿物对成矿系统的研究具有重要意义。狼山SED EX

沉积岩型铅锌矿床的成矿过程

() () 　　　203

型、会泽MV T 型、金顶SST 型铅锌矿床都处在重统中成矿物质来源及成矿能量、潜力的研究, 也是成

要的地球化学块体上, 这几个块体位于主要矿集区, 矿系统中对成矿异常研究的有效手段。具有代表性。(1) 阿拉善地块及南缘成矿带铅锌地312综合信息地球物理场特征球化学块体, 块体位于古裂陷槽沉积环境, 主要出露运用地球物理、地球化学综合的手段研究成矿中上元古界渣尔泰山群沉积碎屑岩建造, 在块体浓系统的产物(矿床、矿点、矿化和各类异常) , 是综合集中心有多处金属矿床分布, 如狼山地区有东升庙、霍各气等大型-特大型铅锌矿床。(2) 上扬子成矿带铅锌地球化学块体有4个块体, 最大的就是东川-六盘水-个旧地球化学块体, 位于云南中东部, 包括黔西、川南部分地区。该块体是我国西部地区重要的铅锌矿床密集区, 包括会泽铅锌矿、会东大梁子铅锌矿等。该块体面积巨大, 且具有5层结构套合, 多个浓集中心突出, 是我国特大型、大型多金属铜、铅锌矿集区。(3) 三江成矿带南段块体分布于怒江、澜沧江之间断裂带, 近南北向展布。区内块体规模较小, 但内部结构分层具多层套合, , 铅、锌资源仍具有较好的远景幔流体, 、,

信息研究方法的在成矿系统中的体现, 也是针对当

前找矿难度加大、常规和传统方法力不从心的形势下, 寻找新理论、新技术的需要。运用地球物理方法查明地质构造格局、深部构造和有利岩性分布范围, 综合地球物理剖面地质解释等均是成矿系统研究中使用的有效方法。

地球化学急变带一般沿古大陆块体边缘分布, 、磁方法推测(260n T ) , 含矿层下有较, 反映矿是在拗拉谷或类似的张裂的构造环境中形成的。

异常较弱。

4　沉积岩型铅锌矿床的成矿系统对比总之, 征为面积大、形态复杂、层次少, 因而更适宜于区域20世纪60年代对红海和索尔顿海现代海底热成矿学的研究。地球化学块体的研究有利于成矿系水成矿(MSF HM ) 的发现, 推动了金属矿床成矿理

表2　沉积岩型铅锌矿成矿系统对比

Table 2　Contrast of metallogenic system of sediment 2hosted lead and zinc deposits

类型

背

景

容矿岩石

矿化形态烟囱—丘—层—纹层状—似层状巢状、脉状层状、脉状

矿石矿物

矿石构造

成矿元素

同位素类型

流体盐度

w (NaCl )

成矿温度/℃

成矿时代

现代海底热水型沉积喷流型密西西比型砂岩型

洋壳

洋脊2洋盆2弧后盆地的火山岩及深海沉积物, 如火山熔岩与深海沉积岩铁铜硫化物, 硫铁矿, 硫锌矿类

块状2浸染状

Cu 2Zn

现代铅, 陨石型硫

—400～200中生代

过渡型地壳

海沟2大陆边缘盆地的陆源沉积物, 如陆源碎屑岩, 含火山碎屑岩的陆源碎屑岩及碳酸细碎屑岩

克拉通边缘盆地的浅水碳酸盐岩, 如生物礁灰岩及白云岩大陆内部或边缘的浅海或陆相沉积碎屑岩及粗碎屑岩

闪锌矿、块状2条黄铁矿、带状2浸方铅矿染状

Zn 2Pb 2Cu

正常铅

(混合铅) 海相硫酸盐型硫

～

150～110元古宙最盛

21%

陆壳

闪锌矿2方铅矿充填2脉状

Pb 2Zn

异常铅(J 型) 变化范围大正常铅μ值较低, 变化范围大

15%

～

150～80古生代最盛

35%5%

陆壳

闪锌矿2方铅矿

胶结结构Pb 2Zn

～

150～110中、新生代

24%

　204　　论的发展, 佐证了“层控矿床”、“同生热液”、VMS 、物型金矿床研究; (4) 开展成矿系统动力学的研究, “热水沉积”等新的概念[23]。但是, 随着发现的扩大包括地幔柱成矿系统中各种成矿作用与地幔柱构造和成矿理论研究的深入, 已经显露出现代海底热水岩浆活动的关系及成矿机理的研究。成矿与SEDEX 矿床成矿背景与成矿机理上的种种差异[24]。联系到MV T 和砂岩型铅锌矿床, 可以认为它们是由洋壳至陆壳不同基底环境、不同构造背景、不同热水系统在不同演化阶段形成的。通过对比分析, 可以正确认识它们的成矿特征, 从而完善现代成矿理论。构造对热水沉积成矿具有诱导、激发动力、演化等控制作用, 尤其是发育的同生断裂, 可提供成矿热液和深部成矿物质运输的通道, 是控制矿床产生的关键因素。无论是海相火山岩块状硫化物矿床还是海相沉积岩中的块状硫化物矿床, 虽均为喷流2沉积型矿床, 但又集后生和同生于一体。从补给带的矿体来看, 它们具有典型的后生矿床的特征, 如矿石为细脉浸染状或角砾状, 变, 矿体交切围岩; 体来看, 块状2系。

、地质环境、矿床地质2地球化学特征、矿化流体来源及成矿模式等方面来看, 沉积岩型铅锌矿成矿系统中各类矿床有着一些差异也有共性, 对比分析各种沉积岩型铅锌矿床的成矿系统(表2) , 可以总结成矿规律, 便于指导这类矿床的找矿工作。元古代的MV T 型铅锌矿与SEDEX 有着近似的成因轨迹, 但主要形成于大的收缩构造事件时期, 如Pangea 大陆的同化, 少数是在Rodinia 和Pangea 裂解时期[25]。

进入21世纪后, 新的产业模式对矿床学提出了新的要求, 相应矿床学具有了多种社会功能。成矿系统研究既是新的找矿理论也是新的找矿方法, 其研究需要更加完善和深入, 尤其研究成矿系统要素的发育完整程度, 是否具有充足的矿源、流体和能量以及充分的成矿时间。成矿系统研究与新矿床的发现有着更密切的关系, 关键是要进行成矿系统分析、相似成矿区带中矿床类型的对比研究和总结发现新类型矿床的实际经验。成矿系统的研究有助于全面深刻认识成矿规律, 有助于提高成矿预测的精度[3]。成矿系统研究发展方向为:(1) 深化成矿系统理论和分析方法的研究, 在勘查实践和矿床研究中加以检验、充实和提高; (2) 开展流体成矿系统的研究; (3) 开展浅成低温热液成矿系统的研究, 尤其是低硫化

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