矿床的基本特征及成矿作用

矿床主要特征~

一、矿区规模和多样性
MVT矿床在沉积盆地边缘常呈群分布，形成MVT矿区，矿区范围可达到几百至几千平方千米(Misra，1999)。大型MVT矿区包括密苏里地区南东部(3000km2)、三州地区(1800km2)、PinePoint地区(1600km2)、阿尔卑斯山地区(10000km2)、上西里西亚地区(2800km2)、爱尔兰内陆地区(8000km2)和上密西西比河谷地区(7800km2)。PinePoint地区包括90多个矿床，单个矿床矿石量大多变化于0.2～2Mt，最大的矿床矿石量为18Mt。上密西西比河谷地区包括将近400个矿床，单个矿床矿石量变化于0.1～0.5Mt，但最大总矿床矿石量可高达300Mt。
在更大的尺度范围内来考虑，多个MVT区形成于同一热液事件，构成了MVT矿床成矿省。尽管每个MVT区有各自的特点，但它们之间往往具有相似的特征和控矿因素。MVT矿床的多样性以美国中部Ozark成矿省为代表。Ozark成矿省包括世界级老铅矿带(OldLeadbelt)、Viburnum Trend地区(新铅矿带，以方铅矿为主)、三州区及规模相对较小的北阿肯色州区、密苏里中部地区(闪锌矿、方铅矿和重晶石MVT矿床)、密苏里南东部(重晶石为主)重晶石矿床和区域铁硫化物矿床。该成矿省为巨大热液系统产物，影响着35万km3的晚古生代地层，成矿省的形成与Ouachita褶皱带中收缩构造有关(Leach，2001)。上述每个MVT地区有自己独特的矿物共生组合、控矿因素、围岩蚀变、同位素和地球化学特征。MVT地区的多样性由矿石沉淀作用、古水文对成矿流体的控制作用及多个含水层中水-岩相互作用共同作用的结果。
美国东部阿巴拉契亚成矿省由几个MVT矿区和一系列矿床所组成(如东田纳西区、纽芬兰锌区和Austinville-Ivanhoe区)，其形成与阿巴拉契亚造山带中一系列构造事件有关，Kesler(1996)提出成矿作用受10个阿巴拉契亚卤水省中4个不同古含水层控制，矿床的形成由含金属的卤水与含还原硫的卤水混合作用所形成。
(一)围岩地层
MVT矿床成矿围岩时代主要集中于寒武纪—晚石炭纪，其次为三叠纪—白垩纪，很少产于志留纪和二叠纪地层之中。尽管元古宙有大量碳酸盐岩石产出，但MVT矿床很少。
与灰岩相比，MVT矿床更倾向集中于白云岩中，这可能与白云岩具较高的孔隙度或渗透率有关。以白云岩为容矿岩石的MVT矿床规模相对较大，Pb、Zn、Ag品位较富。MVT地区白云岩化作用具有复杂演化历史，包括成矿前、成矿期和成矿后白云石化作用。白云岩控制着矿化吗?白云石化为矿化产物吗?这两个问题是目前研究的热点。波兰西里西亚地区所有的矿石赋存于“含矿白云岩”中，“含矿白云岩”可能形成于成矿前，也可能形成于成矿期。在Viburnum Trend地区，95%矿石的围岩是区域白云岩，围岩白云岩形成于成矿前成岩事件中，矿石与白云岩和灰岩过渡带之间的距离不到2km。但是，大量区域热液白云石形成比较复杂，可形成于成矿前、成矿期和成矿后。
(二)矿物组成、分带和地球化学晕
大多数MVT矿床矿物组成简单，主要由闪锌矿、方铅矿和铁硫化物组成，部分矿区含有重晶石和萤石。在重晶石富集地区(如中密苏里和密苏里南东部重晶石地区、田纳西Sweetwater地区)，重晶石含量超过硫化物。Viburnum Trend地区MVT矿床矿物组成复杂，包括Cu、Co、Ni、Fe、Ag和Sb硫化物和硫盐。一些MVT地区还回收Cd、Ge、Ga、In等。除了密苏里南东部铅集中区外，铜和镍并不是MVT矿床常见组分。
在矿床周围金属的原生晕规模总体较小，如上密西西比河谷地区小于50～75m，中田纳西地区小于125cm。在爱尔兰内陆地区、密苏里南东地区、PinePoint地区和上密西西比河谷地区，MVT矿床的地球化学分带已被描述(Leachetal.，2005)。在爱尔兰内陆地区，地球化学分带发育最好，通过陡倾的切穿基底断裂，含金属流体在灰岩中高度集中。在密苏里南东地区，矿床具Pb、Zn、Fe、Cu、Ni和Co的分带型式。在PinePoint地区，从棱柱状角砾岩矿体向外，Fe/(Fe+Zn+Pb)和Zn/(Zn+Pb)比值增大。
(三)围岩蚀变
1.围岩碳酸盐岩的溶解作用
围岩碳酸盐岩的溶解和热液角砾岩化为MVT最常见的蚀变，这与产生酸的反应有关，而产酸反应通常与还原的含硫流体同含金属液体的混合作用有关，其次与矿带中硫酸盐还原作用有关。
2.热液碳酸盐
热液白云石呈3种形式存在:①交代围岩碳酸盐岩;②胶结晶粒间孔隙;③填充开放孔隙空间。方解石在许多MVT地区较为常见，在以灰岩为主的岩石中更为常见。热液白云石形成于成矿前、成矿期和成矿后，在矿体周围可形成白云石晕。少量与硫化物有关的热液白云石胶结物出现于离矿床几百千米的无矿白云岩中，反映区域尺度MVT成矿事件的存在(如密苏里地区、中东田纳西地区和加拿大西部盆地)。
热液白云石虽然与MVT成矿事件有关，但它与硫化物的复杂关系以及与硫化物展布的不一致性限制了它在勘查领域的应用。爱尔兰内陆地区是个例外，因为特殊类型白云石(白云石基质角砾岩)通常与矿化有关。
3.硅化
在大多数MVT矿床中，石英含量少，石英数量很大程度上依赖于矿石沉淀温度和矿石形成期间冷却流体的数量。由于矿石沉淀时流体混合作用引起的稀释和冷却作用、加上低温条件下二氧化硅沉积的动力学抑制作用，抑制了二氧化硅沉积。但如果稀释流体温度高于200℃，二氧化硅沉淀的速度会加快，因而热的流体系统有更多的石英。在三州和北阿肯色州地区，出露广泛的硅化。
4.有机质
尽管MVT矿床中存在不同含量和类型的有机质，但有机质与矿床成因之间的关系仍不清楚。液态或固态石油型有机质虽然出现在矿石中，但主成矿阶段原生流体包裹体中很少见到有机包裹体。Viburnum Trend地区有机质研究显示成矿流体使得矿石中有机质发生热和成分蚀变。在上密西西比河谷地区，使用有机质中生物标志化合物蚀变来计算成矿事件持续时间。
二、矿体形态
在矿床尺度，矿体通常穿层，但在区域尺度，矿床是层控的。MVT矿床的位置和矿体几何形态反映出断裂、成矿前碳酸盐溶蚀作用和渗透性地层单元之间的相互作用。一些矿床矿化带呈层状。MVT矿床最主要的特征之一是溶蚀-坍塌角砾岩的发育，角砾岩的形态呈棱镜状(如PinePoint)、柱状(如东田纳西)、穹丘状和层状(如三州和上西里西亚)。从平面上看，以角砾岩为围岩的矿体呈网脉状，与喀斯特溶洞体系相类似。但是，Viburnum Trend地区角砾岩较窄(不到几百米宽，长达10km)。
断裂控制的矿体形态和大小变化很大，反映断裂和岩性对其影响。矿体形态从陡倾裂隙控制的矿石到地堑控制的矿石。
岩丘环境是一种有意思的MVT矿石环境(但不常见)，硫化物呈帽状矿物集合体形式产出，为裂隙充填和碳酸盐交代产物。
三、矿石结构
MVT的沉积涉及硫化物沉积作用、溶解作用、围岩交代作用、开放空间充填作用、溶蚀-坍塌角砾岩化作用等，这是因为硫化物沉积是一个产生酸的反应。虽然细粒结构较为常见，但在一些MVT地区，矿物晶体可达到1m或更大。MVT矿床的结构相当复杂，在单个晶体和矿床中，微小尺度条带状结构(毫米—微米大小)较为常见。胶状和树枝状结构为开放孔隙空间沉淀产物。交代结构在MVT矿床中也常见，围岩交代彻底可形成块状矿石，对一些特定组构岩石而言，交代作用属显著选择性交代，如硫化物交代化石、富有机质薄层、缝合线和叠层石层。溶蚀-坍塌角砾状结构是MVT矿床特征性组构之一，可形成于成矿前、成矿期和成矿后各个阶段，包括①岩石基质角砾岩，围岩碳酸盐岩碎屑被更细粒碳酸盐岩碎屑所胶结;②裂纹角砾岩(crackle breccias)，发育于溶蚀-坍塌角砾岩体的上部，由较多裂隙岩石组成，但岩石碎屑未发生旋转;③矿石基质角砾岩，围岩碳酸盐岩碎屑被方解石、白云石和硫化物胶结;④热液蚀变和交代角砾岩，由热液溶蚀作用所产生，与矿石同时形成，表现为早先形成的硫化物碎屑发生了旋转和搬运;⑤围岩(含硫化物和岩石)的崩解作用产生砂—粘土大小的层内层状沉积物;⑥断层和沉积角砾岩，断层角砾岩由邻近断层的原地围岩组成，而溶蚀-坍塌角砾岩由多种碎屑岩石组成，沉积角砾岩显示出软沉积变形特点。MVT矿床其他结构包括:①屋顶落雪结构(snow-on-roof)表现为硫化物覆盖在开放空间中晶体或角砾碎屑的顶部;②假角砾岩是一种与角砾岩相类似的组构，由特定围岩组构选择性交代所引起;③条带结构表现为条带状脉石白云石，许多地质作用可形成它，如原生岩石组构的选择性交代，膨胀的层理面和裂隙中开放空间充填而成;④韵律层结构由闪锌矿和碳酸盐组成的韵律条带状矿石组成，由溶蚀和开放空间充填作用所形成;⑤类似洞穴堆积物硫化物，由一系列类似钟乳石、石笋等的硫化物组成。
四、成矿年代
MVT矿床的定年包括高精度古地磁和放射性同位素定年，如使用Re-Os、U-Pb、U-Th法对方解石定年，使用Rb-Sr法对闪锌矿定年，使用Ar-Ar和K-Ar法对钾长石和粘土矿物定年，使用Sm-Nd法对萤石和方解石定年等。全球MVT矿床古地磁和放射性定年结果具有较好的一致性。Leach等(2005)统计了世界上19个MVT地区古地磁和放射性定年结果，仅有4个古地磁和放射性定年结果不一致，存在争议的这4个矿床是Nanisivik矿床、Pine Point、东田纳西和上西里西亚。一些MVT地区矿床的成矿年代之所以存在争论，主要原因在于:①一些定年结果存在很大的不确定性，达到约10～20Ma;②地质背景对矿床形成时代的约束存在争论。Bradley等(2004)对上西里西亚地区闪锌矿Rb-Sr定年结果产生质疑，因为粘土矿物的形成明显晚于闪锌矿的形成。为什么这两种定年方法之间有冲突将是今后研究的主题。
五、MVT矿床形成的构造背景
MVT矿床最重要形成时期是泥盆纪—石叠纪，与泛大陆汇聚期间一系列构造事件有关;MVT矿床形成的第二个重要时期是白垩纪—第三纪，与微板块汇聚作用影响北美、非洲、欧亚大陆的西部边缘有关。大多数MVT矿床与显生宙汇聚构造事件有关，显示出MVT矿床的形成与造山前陆环境密切相关。MVT矿床形成于碰撞造山带(如密苏里MVT成矿省)、安第斯造山带(如西加拿大盆地中矿床)和压剪造山带(如Cévennes地区，图9-2)，与造山带有关的MVT矿床产于褶皱和断裂带中。一些MVT矿床形成于未变形岩石地层中，但后来卷入断裂作用，可能出现两种情况，即矿床与断裂同时形成或矿床形成于由断裂引起的埋藏作用之前。

图9-2 碰撞造山带、安第斯造山带和压剪造山带

一些MVT矿床明显地形成于大尺度张性构造环境中，最好的例子为西澳Lennard陆架地区，矿床形成年龄与Fitzroy地堑形成年代一致，自围岩形成之后，没有压力构造事件影响该地区。
矿床受张性构造控制，尽管MVT矿床在地壳尺度形成于收缩构造事件，但在单个矿床和区域尺度，最重要的构造控制作用是张性断层(正断层、压张性断层和扭断层)，大多数MVT矿床均属于此种情况。Bradley和Leach(2003)认为，MVT矿床形成于张性区域与岩石圈挠曲有关(图9-3)，或者与大尺度收缩事件期间走滑断层内膨胀带有关。例如与Taconic碰撞带有关的奥陶纪正断层控制了纽芬兰锌集中区MVT铅锌成矿作用(Bradley，1993)。
MVT矿床围岩远源场(far-field)构造效果揭示先存基底断层和裂隙的再活化作用，如密苏里地区、爱尔兰内陆和塞文山脉地区。向造山带内，远源场扩展延伸几百千米，进入前陆地带，这也许能解释加拿大西部盆地、上密西西比河和爱尔兰内陆地区MVT矿床的形成。张性区域为大区域蓄水层提供流体排泄通道，或为浮力驱动的流体系统提供聚集通道。造山带前陆之所以有利于MVT矿床的形成，与同造山带内收缩事件、向前陆内张性构造区域、流体流动3大因素紧密相关。

图9-3 前陆演化的立体图解

六、成矿流体性质
1.温度
MVT矿床流体包裹体温度变化于50～250℃之间，但大多数温度介于90～150℃，最高的流体包裹体温度(180～＞200℃)来自爱尔兰地区和Rays河地区。矿床形成时两个地区相当靠近，在大西洋打开期间发生了漂移。在许多MVT地区(如爱尔兰内陆地区、密苏里地区、上西里西亚地区和塞文山脉地区)，矿床的形成温度超过由地温梯度推算的温度(据埋藏的地层厚度来估算)，因此MVT矿床也许形成于异常高地温梯度环境，或与盆地深部对流热传递(密苏里地区)或基底岩石中深部循环的上升流体有关(上西里西亚和爱尔兰内陆地区)。
2.盐度
MVT矿床的盐度变化于10%～30%之间，流体包裹体成分与油田卤水相似，人们普遍认为MVT矿床的流体与盆地流体有关。沉积盆地中高盐度卤水来自于蒸发岩溶解作用、同生卤水加入或蒸发地表水的渗透作用。
一些矿床流体包裹体数据显示出两种特定液体的混合作用，更为常见的是，流体包裹体盐度变化较大，可能反映出矿床形成时多阶段液体的存在，它们以不同比例发生了混合作用。
3.流体来源
最近盆地卤水溶质摩尔比例被用来判别溶解石盐的源区，研究表明盆地卤水中主要溶质起源于海水的蒸发作用或来自于蒸发矿物(主要为石盐)的溶解作用。MVT地区闪锌矿流体包裹体盐水成分与现代卤水(起源于陆下海水蒸发)成分相似，大多数成分靠近海水蒸发线附近。有意思的是，这些资料来自于不同的实验室，使用不同的流体包裹体抽取技术，但其流体成分非常一致。尽管并不能完全排除石盐溶解产生的卤水加入，除某些地区外，石盐溶解产生的卤水加入是微不足道的，流体-岩石相互作用(白云岩化、长石和粘土矿物成岩作用)导致摩尔比例稍微偏离蒸发的海水线。
4.成矿流体中金属含量
在MVT矿床形成条件下，富氯化物卤水的Zn、Pb溶解度关系被很好建立起来。尽管金属二硫化物和有机金属配合物已被提及，但金属氯化物配合物最有可能搬运流体中贱金属。考虑到成矿液体盐度高(＞10%)，控制卤水中Pb、Zn溶解度的因素包括温度、pH值和还原硫活动性。由于成矿流体属低温(＜200℃)，流体中氯化物含量高，加上围岩碳酸盐岩对流体pH值的限制，温度和pH值对成矿流体中Pb、Zn溶解度影响比还原硫活动性要小。此结论与热动力学模型结果完全一致，认为还原硫活动性对成矿流体中Pb、Zn含量具有明显的控制作用。
现在的油田卤水中金属含量高，如美国阿肯色和海湾海岸地区、Cheleken半岛地区，卤水pH值很少小于4，大多介于4.5～6之间，卤水中Pb、Zn含量能达到几百个10-6，与还原硫含量呈负相关关系。
5.还原硫的源区
世界上MVT矿床的硫同位素值表明硫为壳源，单个矿床或地区可能有一个或多个硫源，硫可来源于含硫酸盐的蒸发岩层、同生海水、成岩硫、含硫有机质、H2S气体库和盆地缺氧水中还原硫。硫的最终来源可能是海水硫酸盐(被沉积物包裹在各种矿物中)或同生海水(随后被一种或多种作用还原)。MVT矿床闪锌矿和方铅矿δ34S值比与围岩同期海水δ34S值小，考虑到海洋硫酸盐成分随时代不同变化较大，δ34S值取决于①硫酸盐还原机理;②硫酸盐还原作用发生于开放或封闭系统;③H2S是否来自于有机质。
MVT矿床δ34S值变化范围大且具负值，生物引起的硫酸盐还原作用(BSR)能很好解释它。由于MVT矿床形成温度总体超过细菌有效作用的温度，当硫化物沉淀时不可能发生BSR，BSR只能发生于其他地段。然而，一些MVT矿床闪锌矿流体包裹体温度低至50～70℃，允许BSR发生于矿带某些地段。一些MVT矿床有急剧升降的地温梯度(如欧洲上西里西亚地区)，允许BSR作用在最靠近矿带附近发生。三州地区、Bleiberg、Mezica、LesMalines和爱尔兰内陆地区闪锌矿的δ34S值以BSR引起的还原硫为特点。
还原硫也可能来自于有机质中硫的热分解，有机质中硫的热分解导致原始有机质中硫δ34S值发生15的分馏。还原硫也可能来自于由有机质引起的热化学还原(TSR)，与硫酸盐源区相比，TSR产生的硫同位素分馏值小于0～15。在80～150℃低温条件下，由有机质引起的硫酸盐还原速率非常低，在一定的埋藏深度下，当温度足够克服动力约束时，某些局部地段能产生足够的还原硫，沉积盆地流体中还原硫通常由TSR所引起。
密西西比河谷型铅锌矿床的δ34S值比与围岩同时代的硫酸盐δ34S值低+15，矿床的δ34S值具较大的正值，通常被认为由TSR作用所引起。需要提及的是，较大的正δ34S值也可由封闭系统中BSR所引起，或由多个源区还原硫(多个还原作用)的混合作用所引起。考虑到BSR和TSR作用均能引起正的δ34S值，还原硫作用仍需进一步研究。
6.金属来源
含金属流体的形成是否需要存在特定的含足够量Pb、Zn岩石?目前尚不能回答。铅同位素表明成矿物质来源于各种壳源，包括各种成分的基底岩石、风化层、基底砂岩和碳酸盐含水层。如果没有有利的岩石作为源岩，流体温度和成分控制着铅锌从地壳中被抽取出来。
正如上文提及的，还原硫含量主要控制着MVT矿床成矿流体中金属含量，还原的低硫盆地卤水有潜力从各种岩石中抽取金属元素。活性铁(能发生硫化物作用)对盆地卤水中还原硫含量具重要的控制作用，高含量活性铁岩石(如赤铁矿砂岩含水层)提供了一条有效地形成含金属卤水途径。
7.沉淀作用
MVT矿床的沉淀作用牵涉:①还原硫是否与金属一起搬运;②还原硫是否在矿石沉淀场所被加入。还原硫模型要求金属和还原硫一起搬运到沉淀场所，冷却作用、稀释作用、不同流体混合作用、H2S的加入、围岩蚀变或挥发分丢失引起的pH值变化均能引起矿石沉淀。为了满足还原硫和金属一起运移，高温(200～250℃)和pH值≤4.5的流体是必需的。由于还原硫模型要求成矿液体具低pH值(pH＜4)，这就限制了流体只能迁移到溶酸(acid buffering)能力低的岩石中(如硅质碎屑岩)，不能迁移到碳酸盐岩石中。因而，还原硫模型也许适用于破碎的基底硅质碎屑岩中的MVT矿床。
局部硫酸盐还原模型通常认为含金属和硫酸盐的流体迁移到矿石沉淀场所，然后甲烷或其他有机质还原硫酸盐，沉淀出硫化物。该模型的另外一种情况是，含还原剂的成矿流体源自局部硫酸盐源区。
金属和还原硫混合模型为富金属但贫硫的卤水与富H2S的流体在沉淀场所的混合作用，该模型强调与金属一起搬运的硫为硫酸盐，Corbella等(2004)认为流体混合作用是MVT矿床形成的主要方式，形成了许多碳酸盐溶解特征。
七、MVT矿床的成矿控制因素
在区域和矿床尺度，成矿控制因素控制着流体渗透率，允许流体流集中，为矿石沉淀提供条件。各种控矿因素相互关联，例如，页岩沉积边缘、白云岩-灰岩过渡带和礁杂岩属沉积相的一部分，均与基底地形或断层有关。每个地区MVT矿床并不受单个因素控制，这样几个控矿因素的一致性对矿石的形成至关重要。
1.成矿前溶蚀-坍塌角砾岩
在几乎所有的MVT地区，先前存在的溶蚀-坍塌角砾岩和有关的碳酸盐溶解特征对矿石的赋存至关重要。这些成矿前溶蚀-坍塌角砾岩通常位于不整合面之下，表明它们由地下喀斯特作用所形成。石笋和其他洞穴特征的缺乏表明喀斯特在成矿前或成矿期被损坏了。例如Corbella等(2004)认为伴随着成矿流体上升到矿带，流体混合作用导致碳酸盐溶解，从而导致石笋和其他洞穴特征的破坏。
2.断层和裂隙
断层和裂隙是MVT地区重要的控矿因素。矿石集中于与断层有关的膨胀带中:如爱尔兰内陆和上西里西亚地区矿石集中于正断层膨胀带中，Viburnum Trend地区矿石集中于与扭断层有关的膨胀带中，密苏里地区矿石集中与压张性断层有关，在塞文山脉地区，走滑断层之间的膨胀带对矿石起着重要控制作用。
3.相转变
页岩和含页岩碳酸盐为弱透水层，对流体迁移具重要的隔挡作用。在美国三州地区，Chattanooga和Northview页岩位于主要含矿碳酸盐岩之下，矿石位于Chattanooga和Northview页岩边缘一侧，显示出页岩边缘和MVT矿床位置之间的密切关系。在Viburnum Trend地区，矿石沉淀作用局限于白云岩中，矿石离白云岩和含页岩灰岩过渡相几千米。MVT矿床也可位于灰岩-白云岩过渡带附近，如上西里西亚地区、Viburnum Trend地区和密苏里南东部老铅矿带。
4.礁和障壁杂岩
在Viburnum Trend地区、老铅矿带、Pine Point、Lennard Shelf地区、Gays河和Gayna河地区，矿床与碳酸盐礁杂岩有关。PinePoint矿体位于溶蚀-坍塌角砾岩中，角砾岩发育于生物礁-生物碎屑碳酸盐组合中。礁和障壁杂岩是地层层序的一部分，沉积相突然变化产生了剧烈的渗透率反差。
5.基底地形
一些矿床产于基底高地之上或附近，而基底高地控制着沉积相、角砾岩化、断裂作用和砂岩含水层的尖灭，如Viburnum Trend地区、老铅矿带、Pine Point、上西里西亚和Gays河。
八、矿床模型概述
截至目前，我们仍不能简单地用一两个矿床模型来涵盖世界上所有MVT矿床地质特征，因为该类型矿床涉及的地质因素千变万化，不同矿床个体之间差异明显，成矿流体的源区确定、运移过程和沉积机制涉及大量地质和地质化学作用。大部分MVT矿床普遍意义上的共性参数非常少，阻碍了MVT型矿床统一成因模型的建立。
1.流体运移模式
随着对地壳规模流体活动认识的不断深入以及MVT铅锌区地质地球化学的不断研究，人们认识到许多MVT铅锌矿是区域性或次大陆规模热液流体活动的产物。成矿流体为高盐度的热卤水(类似于油田卤水)，该热卤水从沉积盆地排出，经过含水地层，到达盆地边缘进入台地碳酸盐岩地层中沉淀成矿。这一成矿流体运移过程至少存在3种模式(图9-4):①地形或重力驱动流体运移模式，地下卤水在地形或重力的驱动下被排出盆地沉积地层，流动方向为从抬升强烈的前陆盆地补给区流向抬升不太强烈的排水区(图9-4a);②沉积作用和构造压实作用模式，盆地流体的获得是通过沉积成岩作用和构造沉积压实作用以及超高压地层中流体的释放来完成的(图9-4b);③热液循环模式，深部流体在浮力作用的驱动下，由于温度、盐度变化较大而发生对流循环(9-4c)。
2.硫化物沉淀模式
硫化物沉淀是影响矿床形成与否的关键影响因素，MVT矿床的沉淀作用前已叙述。概括起来，硫化物的沉淀作用存在3种假设:第一种模式，金属和还原硫共存于同一成矿流体中一起运移;第二种模式，金属和硫酸盐共存于同一成矿流体中一起运移;第三种模式，含金属的成矿流体和含有还原硫的流体为两种不同流体，各自通过自己的方式运移，在成矿地点混合成矿。

图9-4 MVT铅锌矿床流体运移模式

另外一个与MVT型矿床成因相关的有争议的主题是含矿角砾岩的来源。含金属的富氯流体与还原硫流体的混合，以及单一含金属氯化物和还原硫流体的沉淀作用，都是在酸性条件下发生的，均可导致坍塌角砾岩的形成。对矿石角砾岩的正确理解有助于更好理解成矿流体化学。

一、矿床名称的由来及相关信息
黑色岩系(black rock series)又称为黑色页岩(black shales)，是含较多有机碳(C有机≥1%)及硫化物(铁硫化物为主)的暗灰—黑色的硅质岩、碳酸盐岩、泥质岩(含沉凝灰岩)及其相应变质岩石组合的总称(范德廉等，1973)。1989年国际地质对比计划254项目“含金属黑色页岩及有关矿床”把“黑色页岩”定义为“一种黑色(或灰色)的细粒(粉砂或更细)沉积岩，通常为泥质，含相当高的有机质(C有机＞0.5%)”。“含金属黑色页岩”是指“富含各种金属的黑色页岩，其所含金属量相当于美国地质调查局标准参考物质SDO-1页岩的1至2倍”(Huyck，1991)。这是狭义的定义，将“黑色页岩”仅限于沉积岩，而且没有考虑其岩石组合和岩石建造(刘春涌和王永江，2007)。涂光炽(1999)将黑色岩系矿床定义为赋存于高含量有机碳(一般＞0.5%)的浅变质碎屑岩系中的层控矿床。碎屑岩系中常含碳酸盐岩、硅质岩和火山岩，但以砂、板岩为主。这一定义较全面地反映了黑色岩系矿床的基本特征。
导致岩石呈黑色的原因是有机碳、细分散硫化物及颗粒以超微粒度(如纳米级)存在。黑色岩系常常是两种以上岩石的组合，虽然有时也以端元岩石为主。Sozinov(1990)根据岩石类型和物质成分将黑色岩系(黑色页岩)分为4种类型:陆源黑色页岩建造、硅质黑色页岩建造、碳酸盐黑色页岩建造和火山成因硅质(碳酸盐)黑色页岩建造。
黑色岩系作为稀有金属的富集层和某些成矿元素的异常富集层或矿源层具有明显的经济意义(叶杰等，2000)。最近20多年，黑色岩系成矿作用的重要性日益引起人们的重视，在世界许多地方都发现与黑色岩系有关的Au、Cu、Ni、Mo、PGE等矿床(或矿化区)。为此，国际地科联专门设立了地质对比计划IGCP-199、254、357、429等，全球沉积地质计划(GSGP，1986)及美国国家委员会编写的《固体地球科学与社会》(1993)都将其作为重要研究内容。IGCP-254，即“含金属黑色岩系及有关矿床”，在世界各地广泛开展黑色岩系地质地球化学、含矿建造、形成环境和成矿作用等研究。黑色岩系与成矿作用一直是当今矿床学研究的热点，已召开的许多有关国际讨论会，如1980年的“黑色页岩”，1985年的“黑色页岩生物地球化学”等，都设有专题进行讨论。1990年在加拿大渥太华召开的第八届国际矿床成因协会科学讨论会和1991年在中国沈阳召开的国际金矿床成因学术讨论上，不少国内外学者对世界部分地区(加拿大、波兰、南非、哥伦比亚、西班牙等国家和地区)与黑色岩系有关的金属矿床特征及成因进行了学术交流。
二、黑色岩系与成矿作用研究新进展
近几年来，国内外对与黑色岩系有关矿床的研究取得了重要进展，黑色岩系不但提供成矿物质，而且其本身也具有经济价值。王登红(1997)将黑色岩系与成矿的关系归纳为:①黑色岩系本身含矿，如Ni、Mo、Mn、Au、U、V、Ag、Pt、Pd、Cu、Zn、Co等矿产直接产于黑色岩系中。湖南大庸、慈利镍钼矿床均赋存在黑色白云质页岩和黑色粉砂质页岩中，美国查塔努加页岩富含U(Leventhal，1991)。②黑色岩系作为矿源层为后生矿床的形成提供成矿物质，如穆龙套金矿、库姆托尔金矿、波兰含铜页岩型Cu-Ag矿床、哥伦比亚祖母绿矿床(Cheilletz et al.，2001)、广西大厂锡多金属矿床(Paava et al.，2003)。③黑色岩系改变了成矿流体的性质，导致金属矿物沉淀，如波兰Kuperschifer铜矿床中富铜高银的矿石可能是由下伏的Rotliegendes层位的含铜溶液与Kuperschifer黑色页岩层内经生物作用将硫酸盐还原生成的H2S发生反应，导致铜大量沉淀成矿(Michalik et al.，2001)。Paava等(2003)认为黑色岩系对广西大厂锡多金属矿床中锡的沉淀起了重要作用。
学者对中欧、中国华南、加拿大以及波罗的海地区和俄罗斯西伯利亚的黑色页岩系已进行了一定程度的研究，但对其中的金属矿床成因的认识还存在差异(毛景文，2001b)。在研究程度比较高的波兰Lubin-Glogow地区，对于矿床模型的建立，主要依据以下事实:①20%的铜产于Kupferschifer黑色页岩系中，50%产于下伏的Weissliegendes砂岩中，30%产于上覆Zechstein灰岩中;②Cu矿化与还原界面密切相关;③主要的含铜矿物为辉铜矿，并伴有斑铜矿和黄铜矿，向外为铅和锌的硫化物;④尽管有几个矿化阶段，但主要矿化阶段为早三叠世，成岩阶段形成的伊利石放射性同位素年龄为190～216Ma(Bechtel et al.，1999)，利用赤铁矿古地磁资料厘定的年龄为220～250Ma(Jowett，1986)。关于早期的同生沉积作用，Karnkowski(1999)描述了发育在高度变形的古生代基底上的波兰二叠纪Rotliegenedes盆地，盆地由一组相互沟通的次级盆地组成，沿北西向分布于波西尼亚刚性地块与东欧克拉通之间的脆弱地带(Blundell et al.，2001)，有人称为内陆盆地(Bechtel et al.，1999)。这些盆地主要由早二叠世火山碎屑岩、熔岩和碎屑沉积岩组成。介于二叠系与三叠系之间的Kupferschiefer含沥青钙质或白云质页岩覆盖于这些碎屑沉积岩之上，或与之共存。同生的Kupferschifer黑色页岩虽然含有硫化物，但并不构成矿床，富铜高银的块状铜矿石可能是由下伏的Rotliegendes层位的含铜溶液与Kupferschifer层内经生物作用将硫酸盐还原生成并储集于裂隙中的H2S发生反应，从而导致铜大量沉淀成矿(Blundell et al.，2001;Michalik et al.，2001)。最近，通过对惰性气体同位素的研究，认为在三叠纪，深部流体参与了成矿作用，这为进一步深入研究该区黑色页岩铜矿提供了新思路。
在我国华南和加拿大育空地区广泛出露的黑色页岩系中发育有Mo-Ni-PGE矿床，虽然形成时代有差异，但物质组分和产出状态比较相似，即厚度较薄，时断时续，矿体沿同一层位出现。关于其成因，多年来以海底喷流认识占主导地位，认为下伏富Mo-W花岗岩体可能作为成矿热源和Mo-Re-Os的源区，并与海底喷流的Ni-PGE-Fe-V-Co混合成矿(Coveney et al.，1991;Horanetal.，1994;Lott et al.，1999;李胜荣等，2000)。最近，又有人提出它们是一种蒸发-还原环境的正常沉积产物(Mao et al.，2002)。在我国华南地区，对镍钼矿石的Re-Os同位素精确测年，获得了541.3±16Ma的年龄数据(毛景文等，2001b)。
黑色页岩系对于后生成矿也具有重要的影响，例如，哥伦比亚祖母绿矿床被认为是赋矿的白垩纪黑色页岩与盆地卤水进行水岩反应，由钠质交代作用和阳离子交换导致成矿，铍主要来自粘土岩(Cheilletz et al.，2001)。对广西大厂锡多金属矿区赋矿的泥盆纪页岩和成矿流体的系统研究，不仅证明了区内的层状和网脉状锡多金属矿同为与花岗岩有关的成矿系统的产物，还发现大量的有机质以CO2、CH4等形式存在于成矿流体中，这些有机质被认为来自围岩(Pasava et al.，2001)。锗是一种稀散元素，但在不少以黑色泥页岩为主岩的煤层中广泛存在和富集。在我国西南和俄罗斯远东地区发现煤中锗高度富集成为独立矿床，甚至达到超大型规模(Hu et al.，2000;Seredin et al.，2001)。尽管对锗的来源问题仍然有同生和后生之争，但煤中富锗仍反映了有机质对锗成矿的重要控制作用。由于黑色岩系是一种强还原环境的产物，在许多矿区发现大量罕见矿物及其组合(Distler et al.，2001)，包括许多单质金属、金属合金或互化物，硫盐矿物、磷酸盐类、钨酸盐类、碲化物、Pt-Cu-Fe金属固溶体以及砷铂矿、硫铂矿、Sn-Sb固溶体、Ni-Sb固溶体和大量的Fe-Ni-S和Cu-S矿物系列。
三、全球范围内的时空分布及特征
(一)黑色岩系型矿床的分布
在全球有几个广泛分布黑色岩系的地区，如波兰的古元古代与有机碳有关的PGE-Au-U岩系、欧洲波希米亚地块巴伦丁新元古代铂族元素明显富集的黑色页岩、我国扬子克拉通周缘震旦系、俄罗斯西伯利亚里菲纪上部、印度小喜马拉雅、巴基斯坦北部、伊朗、法国南部、苏联、蒙古、澳大利亚南部、加拿大、我国扬子地块和塔里木地块下寒武统底部、加拿大育空地区中上泥盆统、美国中部印第安纳泥盆系、密西西比系(C1)、俄克拉荷马西西比系(C2-3)、纵贯英格兰、荷兰、德国到中欧的上二叠统Kuperschifer(约60万km2)以及中亚新元古代及古生代地层中均有黑色岩系分布。
这些黑色岩系的共同特点是含有大量的有机质和丰富的PGE、Cu、Ni、Mo、Au、U、V、Mn、Fe、Co、Bi、Cr、Se等金属元素(Meyers et al.，1992)。这些元素在适当条件下形成一定规模的矿床，如遵义黄家湾镍钼铂族元素矿床(毛景文等，2001)、乌兹别克斯坦穆龙套金矿(Wilde et al.，2001)、波兰Lubin-glogow地区的Kupferschiefer铜矿床(Oszczepalski，1999;Michalik et al.，2001)、俄罗斯的干谷金铂矿床(涂光炽，1999)、加拿大的耶洛奈夫金矿床、澳大利亚的本迪戈矿床(640t)、斯托尔金矿床、金皮矿床(160.5t)、中欧曼斯费尔德含铜页岩(二叠纪)、澳大利亚的富铅锌的蒙特页岩、摩洛哥的黑色岩系型银矿、美国肯塔基州的黑色岩系型铀矿(前寒武纪)、美国堪萨斯州的含金和银的黑色页岩(白垩纪)等。这些矿床集中分布在中亚、东西伯利亚、中国的扬子地台、中欧、澳大利亚南部、北美东部及阿拉斯加、巴西、非洲的加纳等地区。
(二)黑色岩系型矿床特征
1)黑色岩系型矿床在全球范围内分布广泛，其赋矿地层时代多样，从元古宙到早中生代。
2)黑色岩系型矿床在矿化规模上差别很大，矿体形态、围岩蚀变强度和类型具有多样性。按矿体形态可分为2类，其一是层状金属矿化，形成厚几十米有时100～200m，长达几千米的矿带，通常形成大型或超大型矿床，是黑色岩系型矿床中最重要的类型，如干谷金铂矿床、北纳塔尔金矿;其二是含碳岩系中的同生-后生型铜、镍、钼、钒矿，伴生的铂族矿，其贵金属矿化层厚度很小(几毫米至十几厘米，一般仅有几厘米)，但延伸长，贵金属含量高，如波兰蔡希施坦铜矿床、加拿大尼克镍-锌-铂矿床、中国贵州和湖南的钼镍铂矿床等。
3)矿化具明显的层控性，常与含碳的原始沉积岩共生。矿床产在黑色含碳沉积-变质岩系中，既受沉积岩相控制，又在一定程度上受热液作用制约，具层控矿床特征(刘洪文，2002)。
4)成矿元素具有多样性，如金、银、铂族元素、放射性元素、稀土元素、镍、铜、铬、钒、钼、铅、钨、钴等元素同时出现。但通常以某几种元素为主，如我国华南以Ni、Mo元素组合为主，加拿大育空以Ni为主，俄罗斯干谷以Au为主，波兰蔡希斯坦则是以Cu为主等。这些矿床中伴生的PGE富集在围岩蚀变带和分散硫化物矿化带或硫化物-硫砷化物矿化带中(季斯特列尔等，1997)。
5)矿化多发生在前寒武纪、古生代(寒武、石炭、二叠世)，但热液叠加作用多发生在后碰撞阶段。原岩建造为含碳的海相或陆源碳酸盐-陆源碎屑岩为主的沉积岩系，沉积环境为前陆盆地，而区域热液值升高的背景多归结为地幔热构造作用(刘洪文，2002)。
(三)黑色岩系型金矿
黑色岩系型金矿床是黑色岩系型矿床的重要类型，也是世界最具工业价值的金矿床类型之一。在中亚地区黑色岩系型金矿也被称为穆龙套型金矿。近年来，一些学者从成矿作用角度出发，认为这类金矿的形成主要受剪切构造控制，在时间和空间上与增生构造或碰撞造山有关，将其归为造山型金矿(Goldfarb et al.，1998)。20世纪60～80年代，苏联的地质工作者高度重视产于黑色岩系中的金矿床，在南天山、中天山、斋桑和东西伯利亚贝加尔等地找矿取得重要突破，先后发现了穆龙套、库姆托尔、巴克尔奇克等一系列大型、超大型金矿床和干谷超大型金铂矿床。90年代，我国地质学者也在西南天山和准噶尔先后发现了萨瓦亚尔顿、大山口、萨恨托亥和萨尔布拉克黑色岩系型金矿。中亚天山的穆龙套、库姆托尔、查尔库拉、道吉兹套、萨瓦亚尔顿、大山口等金矿，准噶尔的巴克尔奇克金矿、萨尔布拉克金矿、俄罗斯贝加尔-帕托姆高原的干谷铂金矿床等的形成都与黑色岩系有密切关系。含矿的黑色岩系含有大量的有机质，金含量明显高于区域背景值，显示出碳质对金具有很强的吸附作用。由此可见，容矿的黑色岩系是金的矿源层，为成矿提供主要物质来源。含碳千枚岩或碳质板岩渗透性差，有利于成矿流体卸载，形成矿体。
中亚黑色岩系型金矿床的地质特征可归纳为:
1)黑色岩系型金矿床属剪切带型金矿床(或造山型金矿)的重要亚类，其控矿断裂为韧性剪切带、韧-脆性剪切带和脆性断裂破碎带，其成矿作用受剪切带演化控制。含矿的剪切带规模较大，一般长度达数千米至数十千米，金矿化在韧性剪切带中具有分段集中局部富集的特点。矿区附近一般发育区域性深大断裂或板块缝合带，控矿剪切带与这些构造有关。
2)黑色岩系型金矿容矿岩系时代主要是新元古代里菲纪和文德纪、中奥陶世—早志留世、晚志留世—早泥盆世、泥盆纪、早石炭世和晚石炭世。
3)黑色岩系的岩石建造为一套远离火山机构的含碳质较高(一般＞0.5%)的陆源细碎屑岩-碳酸盐岩建造，有时也夹有火山碎屑岩。在含碳质岩石中很少见到各种海相大化石。含碳岩石主要为碳质页岩、碳质板岩、碳质泥质页岩、含碳硅质泥质页岩、石墨化碳质页岩、碳质泥质板岩、碳质粉砂岩等。矿床均产于含碳质的陆源细碎屑岩中，而碳酸盐岩中不产金矿床，但碳酸盐岩可说明黑色岩系的形成环境(刘春涌等，2007)。
4)黑色岩系型金矿的形成环境应为宁静的滨浅海环境，海水富含CO2且较浅，有利于有机体的形成和碳酸盐岩发育，浅海富碳质还原环境是黑色岩系形成的最基本条件，还原环境的富碳质有利于对金的吸附(刘春涌等，2007)。
5)黑色岩系型金矿的围岩蚀变主要为硅化、黄铁矿化、绢云母化、绿泥石化、碳酸盐化，以及石墨化，具有低温热液成矿的特点，部分矿床发育黑云母化、钠长石化、钾长石化等，如穆龙套矿田。
6)矿化类型为含金石英大脉型、石英细脉型、石英网脉型和蚀变岩型。矿石中矿物组合复杂，矿物种类多，如穆龙套金矿发现了90种矿物、库木托尔金矿发现了近100种矿物、干谷金铂矿床发现了75种矿物、萨瓦亚尔顿金矿发现了40余种矿物。金属硫化物主要为黄铁矿、毒砂、自然金，其次为磁黄铁矿、黄铜矿、方铅矿和辉锑矿，部分矿床中出现了白钨矿、闪锌矿、铋矿物等。金多以包裹金和裂隙金等形式产出。
7)尽管中亚地区黑色岩系型金矿的容矿岩系的形成时代差别较大，从新元古代到石炭纪，但成矿时代集中在晚石炭世到三叠纪，如库姆托尔金矿的成矿时代为284～288Ma(40Ar/39Ar坪年龄，Mao et al.，2004)、穆龙套金矿蚀变岩形成时代为285～250Ma，金主成矿时代为280Ma(白钨矿的Sm-Nd同位素年龄，Kempe et al.，2001)，含金石英中绢云母的40Ar/39Ar坪年龄为245～220Ma(Wilde et al.，2001)，银矿化时代为224～219Ma(Kostitsyn，1996)、萨瓦亚尔顿金矿主成矿期为三叠纪(含金石英脉中石英流体包裹体Rb-Sr等时线年龄为246Ma和231Ma，陈富文等，2003;叶庆同等，1999;含金石英脉中石英40Ar/39Ar坪年龄和Rb-Sr等时线年龄为213～206Ma，Liu et al.，2007)、巴克尔奇克金矿床主成矿期矿石中铅同位素年龄为300±15Ma，成矿时代为晚石炭-早二叠世，岩浆热液叠加改造期流体中铅同位素年龄为230±10Ma，时代为早-中三叠世(Syromyatnikov，1999)。
(四)中亚黑色岩系型金矿的时空分布
黑色岩系型金矿是中亚成矿域中十分重要的金矿类型，我国西邻国家大约有金储量7703t，占2000年世界金总储量的16%，其中储量较多的国家有乌兹别克斯坦(5300t)、哈萨克斯坦(1050t)、塔吉克斯坦(573t)、吉尔吉斯斯坦(540t)(戴自希等，2001)。据西邻6个国家的33个大型独立金矿统计(戴自希等，2001)，主要金矿类型为黑色岩系型(30%)、热液型(21%)、石英脉型(15%)和陆相火山岩型(9%)，由此可见，黑色岩系型金矿在中亚地区具有举足轻重的地位。中亚成矿域黑色岩系型金矿主要特征列于表10-1，在空间分布上大体可划为4个带(图10-1)。
表10-1 中亚地区主要黑色岩系型金矿床


1.东西伯利亚克拉通南缘贝加尔褶皱带
该带位于俄罗斯境内的东西伯利亚克拉通南缘，该带内的干谷(СухойЛог)金铂矿床金储量1550t、奥林匹亚达(Οлимпиада)金矿金储量700t、苏维埃(Советское)金矿金储量大于100t，以及向南地处东萨彦岭的宗毫巴(ЗунХолба)金矿金储量约150t。这4个超大型金矿床均赋存于新元古代里菲纪含碳浅变质碎屑岩系中(Сафонов，1997;涂光炽，1999)。干谷矿区的容矿岩系为中、晚里菲纪陆源含碳沉积物，厚约800m，经历了绿片岩相变质作用，岩石组合为石英-绢云母-绿泥石片岩、变粉砂岩和变细砂岩。片岩中富含碳质(2%～7%)，并富集金和铂。矿体赋存于近东西向背斜的核部，褶皱轴向南倾，并被大型逆掩构造叠加。主要矿体赋存于缓倾斜(30°～35°)、厚大(达200m)的后褶皱期近东西向的片理化矿化带。奥林匹亚达矿区的容矿岩系为早里菲纪片岩段，自下而上岩石组合为云母石英片岩、云母-碳酸盐-石英片岩、含碳白云母-绢云母-石英-碳酸盐片岩和云母石英片岩。矿体主要赋存于云母石英片岩的下段与含碳片岩和碳酸盐岩的接触带(王琳(译)，2001)。
2.斋桑准噶尔带
该带位于哈萨克斯坦斋桑-准噶尔到新疆北准噶尔，呈北西向延伸，紧邻西伯利亚板块与哈萨克斯坦-准噶尔板块的缝合带(图10-1)。在哈萨克斯坦斋桑-准噶尔华力西期褶皱带库兹洛夫坳陷西南边缘北西向西卡尔巴断裂与近东西向库兹洛夫断裂交会部位，发育一条黑色岩系型金矿带。该金矿带沿库兹洛夫韧性剪切带分布，长度达10余千米。已发现了热列克、巴勒德扎尔、库鲁宗、布尔什维克、霍洛德内克卢奇、巴克尔奇克、普罗梅茹特诺耶、格鲁布尔洛格等十几个金矿床和矿点。其中巴克尔奇克矿床规模最大，矿体品位高，且连续性好，探明金储量277t(也有报道称416t)，平均金品位9.4×10-6。布尔什维克、霍洛德内克卢奇、巴克尔奇克、普罗梅茹特诺耶、格鲁布尔洛格5个金矿床构成巴克尔奇克金矿田，矿田资源量估计为1200t，品位1.5×10-6～4×10-6(戴自希等，2001;刘春涌，2005a)。
区域出露的地层主要为下石炭统泥质粉砂岩、硅质粉砂岩、含钙燧石、砂岩和灰岩，下-中石炭统海相类复理石建造的砂岩、粉砂岩，上石炭统巴克尔奇克组为主要容矿岩系，属于砂岩、碳质粉砂岩等互层的陆相含碳细碎屑岩建造，地层韵律明显，含丰富植物化石，并夹菱铁矿透镜体和薄煤层，局部夹凝灰岩和火山岩。含矿岩系中有机碳含量高，从0.2%至1.5%～2.0%，局部碳质交代岩有机碳含量高达13.38%～15.17%(戴自希等，2001)，碳沥青透镜体中有机碳含量达20.5%～54.1%(Daukeev et al.，2004)。含矿岩系中As、Mo、P和Cl的丰度较高，菱铁矿和含黄铁矿的碳质粉砂泥岩是岩石中含金最高的。沉积形成的黄铁矿含金量很高，平均含量为0.52×10-6，最高为1.24×10-6(张鸿昌等，1986)。矿床受韧性剪切带和断裂控制，晚期岩浆热液活动对早期金矿化进行叠加改造。金主成矿期矿石中铅同位素年龄为300±15Ma，成矿时代为晚石炭世—早二叠世，岩浆热液叠加改造期流体中铅同位素年龄为230±10Ma，时代为早-中三叠世(Daukeev et al.，2004)。
在新疆北准噶尔发现的萨尔布拉克小型金矿属黑色岩系型金矿，位于富蕴县城西南，北西紧邻额尔齐斯深大断裂带，受到萨尔布拉克断裂带的制约。额尔齐斯深大断裂带是西伯利亚板块与哈萨克斯坦-准噶尔板块的分界。矿区出露地层主要为中泥盆统北塔山组、蕴都喀拉组，下石炭统南明水组和那林卡拉组。北塔山组为一套基性-中基性火山沉积建造，蕴都喀拉组为一套由安山质凝灰岩、凝灰质粉砂岩及细砂岩组成的基性火山碎屑岩。南明水组为海陆交互相的类复理石建造，岩性主要为粗砂岩、凝灰质砂岩夹硅质岩和灰岩透镜体。
那林卡拉组为一套火山碎屑岩及含碳陆源碎屑岩建造，为容矿岩系，按岩性可分上、中、下3段(王登红等，2002):下段下部为含碳粉砂岩、凝灰质砂岩;中部为砾岩、砂砾岩、凝灰质粗砂岩、凝灰质中细砂岩和含碳粉砂岩;上部为含生物碎屑灰岩夹泥板岩。中段为主要赋矿层位，其下部为含碳粉砂岩和含碳泥质粉砂岩;中部为岩屑晶屑凝灰岩、含碳凝灰砂岩夹含碳粉砂岩及砂砾岩透镜体。上段下部为含碳凝灰质粉砂岩夹凝灰质砂岩，构成地表矿体的围岩;上部为凝灰质砂岩、含砾凝灰砂岩、含碳粉砂岩互层。含矿岩系中有机碳含量为0.02%～5.4%，平均为2%(王登红等，2002)。萨尔布拉克金矿受萨尔布拉克断裂带控制，金矿体主要充填在韧-脆性剪切带局部扩张部位的碎裂岩和角砾岩中。成矿时代为晚石炭世末，李华芹等(1998)测得矿石毒砂Pb-Pb年龄为304Ma，无矿石英脉流体包裹体Rb-Sr年龄为285Ma。

图10-1 中亚主要黑色岩系型金矿床分布和新疆黑色岩系型金矿主要成矿区带

3.中天山带
该带位于吉尔吉斯和哈萨克斯坦中天山加里东-华力西褶皱带，呈北东向延伸，靠近中天山与南天山的分界尼古拉耶夫(Nikolaev)缝合线。已发现吉尔吉斯库姆托尔(Kumtor)超大型金矿、伊什坦贝尔格(Ishtanbergy)大型金矿和哈萨克斯坦查尔库拉超大型金矿，这些金矿均赋存于黑色岩系中，受剪切带和断裂带控制。
库姆托尔(Kumtor)超大型金矿位于吉尔吉斯斯坦东部的伊塞克湖地区，海拔3200～4150m，距中吉边境线直线距离60km。该矿床处于一个长15km，宽0.1～0.4km的窄条范围内。其北西和南东边界由断裂界定，南西和北东被第四系和冰川覆盖。已控制储量300t，加上远景储量达590t，平均品位3.6×10-6(Yakubchuk et al.，2002;Mao et al.，2004)。库姆托尔金矿处于中天山岩浆弧，十分接近Nikolaev缝合线，因而通常也将其纳入南天山成矿带。区域出露古元古界Kuilyu组变质岩，并受到里菲期花岗岩的侵入，上里菲Kashkasui组角度不整合覆盖其上，由砾岩、变砂岩和玄武岩-流纹岩双峰式火山岩组成。赋矿围岩为平行不整合覆盖于上里菲Kashkasui组之上的文德系Jetym组，由轻微变质的陆相碳质复理石组成。可进一步分为哲德姆套(Jetymtau)、扎可巴洛特(Jakbolata)和拜康奴尔(Baikonur)3个亚组。岩性分别为碳质千枚岩、板岩夹砾岩和粉砂岩、碳质千枚岩、板岩夹灰岩和砂岩以及砾岩、千枚岩和砂岩。其中泥岩部分含绿泥石-赤铁矿-磁铁矿以及黄铁矿夹层。含矿岩系中富含碳质，含碳量1%～10%，局部石墨化。在含矿岩系之上为寒武系—下奥陶统燧石板岩、白云岩和灰岩。中泥盆统—下石炭统红色砂岩和灰岩角度不整合覆盖于基底之上。矿化带沿库姆托尔逆掩断层延长10km，向南东倾斜，倾角30°～50°。上盘为文德纪含矿绿色板岩，下盘为早古生代灰岩、燧石和碳质岩石。断层带表现为100～250m厚的构造混杂岩、香肠状、剪切带和褐铁矿化。在库姆托尔矿区，矿体严格限制在构造带内。所有矿脉排列密集且断续相连。矿化分为南矿带、北矿带、东北矿带和细网脉矿带。矿带长500～1000m，厚25～100m，延深300～1000m。矿化为细脉浸染状，也有一些宽度较小的含金石英脉。绢云母石英蚀变岩全岩40Ar/39Ar坪年龄为285.5±1.2Ma，含金绢云母矿石全岩40Ar/39Ar坪年龄为288.4±0.6Ma，容矿岩系中绢云母40Ar/39Ar坪年龄为284.3±3Ma，矿石中绢云母40Ar/39Ar坪年龄为285.4±0.2Ma，表明成矿时代为早二叠世(Mao et al.，2004)。
4.南天山带
该带分布于南天山，西起乌兹别克斯坦中亚南天山西段的克孜尔库姆褶皱带奴拉套。呈南西向延伸，向东弧形弯曲到中吉边境线的萨瓦亚尔顿，再向北东沿中国西南天山到大山口-萨恨托亥一带，是中亚乃至世界上十分重要的黑色岩系型金矿带。在西段乌兹别克斯坦克孜尔库姆-库拉玛一带发现了世界上仅次于南非的维特瓦杰斯兰德金矿的第二大金矿，即穆龙套金矿，到1996年已控制金储量4416t(其中已开采1186t，剩余金储量2230t)，加远景储量共5400t，平均品位1.3×10-6(Graupner et al.，2001)。该地区其他黑色岩系型金矿还有道吉兹套(Daughyztau，Au185.7t，Ag101t)、阿曼泰套(Amantaitau，Au117.7t，Ag16t)、可克帕他斯(Kokpatas，Au620t，Porter，1998)、巴尔潘套(Besapantau)、穆腾巴伊(Myutenbai，Au620t，Porter，1998)、阿里斯坦套、Triada、Boilik、Karasai、Sarybatyr等金矿和柯斯曼纳奇(Kosmanachi)、维索可弗尔诺、Vysokovoltnoe、Jasaul、Stepnoe等金银矿(Shayakubov et al.，1999)，这些金银矿床(点)分属穆龙套、阿曼泰套-道吉兹套和可克帕他斯3个矿田，构成了南天山西段克孜尔库姆黑色岩系型金(银)矿集区。
在该矿带中段中国与吉尔吉斯斯坦边境线两侧各发现了一个萨瓦亚尔顿大型金矿，其中吉尔吉斯斯坦萨瓦亚尔顿金矿为含金石英脉带，金品位高，平均品位为6.1×10-6～8.7×10-6，金储量为40t(戴自希等，2001;中国地质调查局，2003)。并伴生有锑、银、铅、锌、铜等，如富毒砂石英脉金品位为6.5×10-6，锑为4.5%，铅为10%，银41.5×10-6(Rui et al.，2002)。

(一)矿化及其分布特征

1.凤凰山矽卡岩型矿床

凤凰山铜矿床位于新屋里岩体的西部，新屋里向斜的中段靠近轴部之西北翼。矿体主要呈似板状和不规则透镜状产于新屋里岩体与三叠系灰岩间的接触带上，为矽卡岩型，受接触带和断裂构造的复合控制。接触带产于下三叠统和龙山组(T₁h)和南陵湖组(T₁n)与新屋里岩体间，靠近接触带的岩体的岩性主要为石英二长闪长岩，并且发生了较强的钾化和黄铁矿化。

整个矿床共有矿体126个，其中主要矿体4个，即Ⅰ～Ⅳ号矿体，次要矿体3个，即Ⅴ～Ⅶ号矿体。Ⅳ号矿体位于矿床的北部和中部，自12线至32₁线，标高+133～－190m。Ⅲ号矿体位于矿床的中部，自30₁线至35线，标高+139～－415m。Ⅰ号和Ⅱ号矿体位于矿床的南部，其中Ⅰ号自34₁线至42线，标高+125～－335m，Ⅱ号自27₁至39线，标高+74～－615m。总体上看，越往南，矿体沿倾向延伸越深。次要矿体和小矿体大多集中分布在主矿体近旁的大理岩、矽卡岩及岩体中，部分赋存在花岗质角砾岩中。自12线至42线都有分布，但以Ⅰ号和Ⅱ号矿体附近居多，在垂向上多分布在－240m标高以上。

主要矿石矿物有黄铜矿、黄铁矿、磁铁矿、赤铁矿、斑铜矿、菱铁矿，次为辉铜矿、赤铜矿、方铅矿、闪锌矿、白铁矿、磁黄铁矿、毒砂等，氧化矿物有褐铁矿、孔雀石、铜矾等;脉石矿物有方解石、铁白云石、石英、石榴子石、白云石、透辉石、绿泥石、透闪石、阳起石、绿帘石等。矿石具他形粒状、网脉状、文象和交代溶蚀结构等，具块状、浸染状和角砾状构造。根据成分和结构构造，矿石可分为7种自然类型:①块状含铜磁铁矿、赤铁矿;②块状含铜菱铁矿，TFe＞30%;③角砾状矿石，TFe＜30%;④浸染状含铜石榴子石矽卡岩型;⑤块状含铜黄铁矿型;⑥浸染状含铜花岗闪长岩(石英二长闪长岩)型;⑦浸染状含铜大理岩型。其中以含铜磁(赤)铁矿型和含铜菱铁矿型为最主要的矿石类型。

2.凤凰山南区斑岩型铜钼金矿

斑岩型铜金矿是凤凰山南区新发现的矿化类型，目前坑道和钻孔已揭露了上下两个矿体群、多个矿体。斑岩型矿化产于石英二长闪长斑岩中，岩体中硫化物矿化较普遍，但富矿体主要受断裂构造控制，呈脉状和透镜状产出。铜矿体一般品位较高，达2%以上，伴生金银也达到独立金银矿的品位。斑岩型铜矿化体附近还可见团包状钼矿化富集体，局部构成工业富矿体。斑岩型矿化新类型的发现和确证，是铜陵凤凰山矿区深边部找矿的重大突破之一，对于矿区乃至区域找矿都有重要的指导意义。

(1)矿体形态、产状

凤凰山铜矿南区工程揭露的斑岩型矿化体受控于石英二长闪长斑岩体，其形态复杂，分布规模大，品位变化也大。其中富矿体受断裂构造的控制，形态为脉状和透镜状，在多组构造交汇部位膨大富化(图2－3)。

从工程控制情况可知，斑岩型矿体总体走向北西，向南西方向陡倾，倾角在60°左右。由于多组构造的控制，矿体局部的产状有所变化。

(2)矿石特征

斑岩型矿体的矿石类型复杂，有细脉浸染状黄铜矿石(图2－4)，密集细脉状黄铜矿－斑铜矿矿石，不规则小脉状浸染状黄铜矿－斑铜矿矿石，块状黄铜矿矿石，块状黄铜矿－斑铜矿矿石，团包状、脉状黄铜矿－斑铜矿矿石和角砾状矿石等。

上述矿石特征中，细脉浸染状黄铜矿矿石代表斑岩型矿化的第一成矿阶段的特征，以矿化均匀、分布广、品位低、受微裂隙控制为特点。其他类型代表第二成矿阶段，是斑岩成矿作用进一步富集的过程，受构造控制更为明显，具有矿化不均匀、品位高、受断裂构造控制等特点。

图2－3 凤凰山南区55线斑岩型矿体形态剖面图

(3)主要矿物组成

斑岩型矿石的主要特征之一是矿体中的磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿等铁的氧化物和碳酸盐矿物少见。矿化岩体中经常出现磁黄铁矿反映了一种相对还原的条件。成矿过程中还有一部分铁则以绿泥石的方式产出。在斑岩型矿体及附近围岩(斑岩、矽卡岩、绿泥石化破碎带)中常见有辉钼矿，呈星点状分布，局部呈团包状富集，与铜的富集无明显的相关性或分带性关系。辉钼矿分布的空间范围和物理化学条件范围较铜矿化更广。

斑岩型矿化的主要有用矿物是黄铜矿和斑铜矿，其他金属矿物还有黄铁矿、磁黄铁矿、辉钼矿等，主要脉石矿物为方解石、石英、钾长石、石榴子石、透辉石、硅灰石、绢云母、绿泥石、绿帘石等。矿石化验结果表明，有用元素除了铜外，还有伴生的金、银等，金、银品位与铜品位具有正相关的关系，即铜品位高则伴生金、银的含量也高。

总之，斑岩型矿体的特征与以往探明的主要矿体(如Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号、新Ⅴ号等)相比有很大差别，对比如表2－1。

图2－4 细脉浸染状铜矿石(ZK1)

表2－1 斑岩型矿床(体)与矽卡岩型矿体(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号)及新Ⅴ号矿体对比

3.凤凰山北区与闪长斑岩有关的铜铅锌矿化

凤凰山北区杉木岭一带，地层以下二叠统栖霞组碳酸盐岩和孤峰组硅质页岩为主，地表出露许多闪长斑岩小岩体，在老尾砂坝附近见多条北东走向的铁帽。钻孔验证结果表明，在闪长斑岩体与大理岩接触带及岩体中部夹层中发育含矿矽卡岩，矿化作用以磁铁矿、黄铜矿、闪锌矿、辉钼矿、方铅矿为主，属矽卡岩型成矿作用，叠加晚期的热液成矿作用。

根据钻孔揭露情况看来，矿体多数产于闪长斑岩与碳酸盐岩接触带上的矽卡岩中，少量产于岩体边部。矿体主要形态为透镜状和脉状。矿体规模总体不大，钻孔揭露最大厚度为28.54m，但横向上不甚连续(图2－5)。

(二)成矿期和成矿阶段

根据野外观察结合显微镜下光、薄片鉴定，对凤凰山矿区的成矿作用划分出了两个大的成矿期，即矽卡岩型成矿期和斑岩型成矿期。前者以含细脉状和浸染状黄铜矿及斑铜矿的块状磁铁矿和菱铁矿为特征(图2－6A)，部分矿体有较发育的角砾状构造，构成角砾状矿石(图2－6B)。后者主要见于石英二长闪长斑岩体中，或见于早期形成的矽卡岩中，以细脉浸染状黄铜矿和斑铜矿为主(图2－6C)，局部富集可达块状。

图2－5 凤凰山铜矿北区杉木岭预测区 2 号勘探线

矽卡岩型矿体中主要金属矿物包括磁铁矿、黄铜矿、黄铁矿、菱铁矿、斑铜矿、闪锌矿、方铅矿，非金属脉石矿物主要有石榴子石、透辉石、透闪石和阳起石、硅灰石、绿泥石、石英、方解石和绿帘石等。在无矿矽卡岩中，含少量透辉石、硅灰石和方解石的块状石榴子石矽卡岩 ( 干矽卡岩) 被透闪石、阳起石、绿帘石和绿泥石组合构成的晚期矽卡岩 ( 湿矽卡岩) 穿插和交代 ( 图 2 －6D) 。含矿矽卡岩中，交代硅灰石而呈放射状假象的磁铁矿被石英黄铁矿细脉所穿插 ( 图 2 －6E) ，并被菱铁矿、黄铁矿、黄铜矿和石英组合所交代，最后又被黄铜矿、石英、方解石细脉穿插 ( 图 2 －6F) 。

图2－6 凤凰山铜矿矿石特征( 据 Lai J et al. ，2007a)

斑岩型矿化作用与石英二长闪长斑岩密切相关，而在钻孔岩心中明显见到该斑岩切穿了石榴子石矽卡岩(图2－6G)。斑岩被镶嵌状的石英和绿泥石交代(硅化和绿泥石化，图2－6C)，然后被新世代的石榴子石细脉穿插。这种石榴子石通常呈前期矽卡岩中的石榴子石的次生加大边，或者延伸成细脉状，与早期的石榴子石相比，明显显得自形和明亮，并且其晶洞空间被黄铜矿和方解石充填(图2－6H)。该成矿期中的主成矿阶段形成的含黄铜矿、斑铜矿及少量黄铁矿、石英、方解石细脉穿插了硅化斑岩、前期形成的矽卡岩，以及镶嵌状石英绿泥石(图2－6A)。最后可见少量的方解石细脉穿插铜矿物组合。

根据上述地质事实，将凤凰山铜矿区的成矿作用划分为两个大的成矿期，前者为与花岗闪长岩有关的矽卡岩成矿期，包括5个成矿阶段;后者为与石英二长闪长斑岩有关的斑岩成矿期，包括4个成矿阶段。

矽卡岩型矿化发育于花岗闪长岩体与三叠系碳酸盐岩的接触带，根据矿脉和矿物的交切关系，可细分为干矽卡岩阶段(A1)、湿矽卡岩阶段(A2)、磁铁矿阶段(A3)、菱铁矿－硫化物阶段(A4)及硫化物－碳酸盐阶段(A5)5个成矿阶段。

斑岩型矿化发育于后期的石英二长闪长斑岩体或与之接触的先期矽卡岩中，可细分为石英绿泥石阶段(B1)、石榴子石阶段(B2)、石英硫化物阶段(B3)及碳酸盐阶段(B4)4个成矿阶段。各阶段的矿物组合、生成顺序及主要构造特征见图2－7。

图2－7 凤凰山铜(金)矿床成矿期的成矿阶段与矿物生成顺序(据LaiJetal.，2007a)

两期成矿作用都形成分布广泛的角砾状和细脉状、网脉状构造。细脉一般呈不规则弯曲状，多见分叉，以张性为主;角砾以棱角状为主，具可拼性，大小混杂，未见明显的压扁或定向排列。上述特征与液压致裂和隐爆作用形成的裂隙及角砾岩特征相仿(李建威等，1997)。

控制铜矿体形成和富集的主要因素是强烈液压致裂和角砾岩化作用。该阶段形成的黄铜矿细脉方向杂乱，是在磁铁矿、菱铁矿及角砾岩的基础上发展起来的。角砾岩中，角砾成分混杂，主要包括大理岩、矽卡岩、磁铁矿和菱铁矿矿石、石英岩等，大小不一，常有溶蚀磨圆;胶结物呈暗棕褐色，由细碎屑和方解石等矿物组成。

凤凰山铜矿南区的钼矿化及北区的成矿作用的研究程度较低，尚缺乏足够的资料。南区的钼矿化发生在石榴子石矽卡岩中，明显晚于矽卡岩的形成，与斑岩型铜矿化作用相伴而分离，有可能与石英二长闪长斑岩体有关。北区的成矿作用发生于(石英)闪长斑岩小岩体的接触带，与该岩体关系密切，至少包括矽卡岩、磁铁矿、辉钼矿、铜铅锌矿等多个成矿阶段，但这方面研究由于研究条件所限，尚未能深入。至于南区的石英二长闪长斑岩与北区的闪长斑岩是否属于同期次岩浆活动的产物，目前尚无直接的依据。

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