沉积岩型铅锌矿床的成因机制及其硫源类型＊

杨庆坤,郭福生,姜勇彪

(东华理工大学, 江西抚州市 344000)

沉积岩型铅锌矿床的成因机制及其硫源类型＊

杨庆坤,郭福生,姜勇彪

(东华理工大学, 江西抚州市 344000)

通过对世界上储量较大的沉积岩型铅锌矿床资料的收集和整理,总结出每种沉积岩型铅锌矿床的容矿岩层、沉积构造特征及其成因机制,同时将成矿硫源分为 3类:地层卤水、火山卤水、海水。通过对比不同类型矿床及其硫源,可以知道:(1)同生滑动柔皱、破碎构造以及纹层状构造为 SEDEX型铅锌矿床的典型特征;(2)若 SEDEX型铅锌矿床的成矿流体来自火山卤水,往往还会具有隐晶质结构和喷流管道等特征;(3)碳酸盐岩和碎屑岩的容矿岩系分别为MVT和 SST型铅锌矿床的典型代表;(4)成矿流体在各种沉积岩型铅锌矿床成矿过程中的演化规律。

沉积型铅锌矿;硫源;地层卤水;火山卤水

沉积岩型铅锌矿床是指成矿容岩为碳酸盐岩或硅质碎屑岩,一般与岩浆活动无关,成矿空间为相对封闭的、还原环境为主的一类铅锌矿床,是世界上铅锌资源的主要来源。产于碳酸盐岩系地层中的铅锌矿床较多,产于砂岩中的铅锌矿床较少。

1 沉积岩型铅锌矿床类型

1.1 沉积岩容矿的喷流沉积型矿床(SEDEX)

该类矿床的发现和研究是 20世纪地质学界的一个热点,沉积岩容矿的喷硫矿床是一种在泥页岩状沉积岩中的致密块状及半致密块状铅 -锌硫化物矿床。从成分上看,它们是富铅、锌、银而贫铜的层状和层控矿床[1]。

1.1.1 沉积构造特征

(1)纹层状构造,纹层宽度为零点几毫米到数厘米,例如在冀东地区黑色页岩内闪锌矿纹层宽度多数为 0.1～0.3 mm,部分为 1.2～2 mm。

(2)同生滑动柔皱、破碎构造,这是在裂陷槽盆斜坡带上形成的独特滑动构造系列 (孟祥化,1979;翟裕生,1994)。如果成矿溶液为火山卤水,往往具有以下两类特征:一是隐晶质结构;二是喷流管道,例如白云岩中发育的石英晶体,代表了热液通过的特征。

1.1.2 矿床成因机制

SEDEX矿床产于扩张盆地,形成于热沉降的裂谷晚期,是沉积盆地的局部凹陷内静水热水还原环境的特定物质表现[2,3]。该类矿床还具有明显的层控性,矿床均赋存在一定的地层层位内。这类矿床的成矿构造环境是沉降、张裂和裂谷环境。矿床产于受裂谷控制的克拉通内或其边缘坳陷沉积盆地内(见图1)。

图1 喷流沉积型矿床控矿模式(据 Em sbo等)

矿体初步定位后,由于热卤水喷溢作用,深部含矿热卤水继续沿裂隙上涌,叠加了环状结构,斑块状、网脉状构造,在层状矿体的基础上形成一种非层状矿体,这种非层状矿体的流体与层状矿体有一定的继承性。

1.2 碳酸盐岩容矿的后生矿床(M VT)

早在 1939年,在美国密西西比河谷地区发现了一系列低温盆地热卤水成因的后生热液硫化物矿床,且近 400个矿床 (点)具相同的地质地球化学特征,故命名为密西西比河谷型。

1.2.1 沉积构造特征

根据 Sverjeasky,Leach以及候增谦等人对MVT型矿床领域的研究,本文总结出这类矿床主要有以下 5种沉积构造特征:

(1)硫化物侵位于早先存在的孔隙内;

(2)除肯塔基 -伊利诺斯铅锌矿外,其成因与岩浆活动无关;

(3)属于浅成后生成矿,埋藏深度一般在 600～1500 m范围内;大多是在 50～250℃条件下从稠密的盆地卤水中沉淀形成的;

(4)矿床产在沉积盆地中,往往是在盆地的边缘或其附近,矿床不产于基底岩石中,但空间上往往在盆地之间的隆起处也有分布;

(5)矿床常常赋存于轻度变形区域,显示出脆性破裂、平缓的穹窿或盆地以及平缓的褶皱等特点。

1.2.2 矿床成因机制

越来越多的研究表明,世界上多数MVT铅锌矿床都是由大规模成矿流体在相邻造山带重力驱动下,流经前陆盆地时发生金属硫化物沉淀形成的(Garven,1985;Ge et al.,1992;Appold et a1.,1999)。因此目前一般认为重力梯度驱动下的流体流动是形成MVT铅锌矿的主要机制[4](见图2)。

图2 前陆盆地重力或地形引起的流动(据 G.Garven)

1.3 砂岩容矿的沉积型矿床(SST)

我国砂岩容矿的沉积型铅锌矿床储量居世界之首。

1.3.1 沉积构造特征

通过对已知世界砂岩型铅锌矿床资料的收集以及对前人的总结,可将这类矿床的沉积构造环境分为以下几点:

(1)矿床受一种或多种层位控制,形成时代主要集中于中生代和新生代早期,古生代也有富集;

(2)矿床具有同生或后生两种成矿模式;

(3)容矿主岩石是一套细 -粗碎屑岩系,主要为砂岩,次为砾岩,常与蒸发岩伴生;基底岩石多为变质岩、花岗岩及碎屑岩,常经过长时间强烈风化;

(4)矿石矿物主要有方铅矿、闪锌矿、白铁矿、黄铁矿、重晶石和石膏等;

(5)矿床常沿构造带呈带状分布或顺沉积岩各层理产出;

(6)矿区内一般无岩浆活动,或与岩浆活动无直接关系。无围岩蚀变或较弱;

(7)矿物成分简单,金属组分复杂,铅锌含量变化较大;

(8)海相矿床常产于海侵初期的底部砂岩和砾岩中,向上沉积物变细;陆相矿床常产于内陆湖泊、盆地的边缘,湖盆深处往往并不成矿;

(9)海相砂岩多见石英砂岩,成熟度较高。陆相砂岩多见长石石英岩,表明搬运距离不远。

1.3.2 矿床成因机制

矿床的形成机制主要有两种——盆地热卤水模式和基岩风化模式。

(1)盆地热卤水模式 (Sangster,1984)。盆地内沉积物脱水,这种水含有很高的盐度和含氯络合物的金属;含金属的卤水通过渗透性良好的砂岩向上、向外运移到盆地边缘;随温度压力的降低或遇到含硫的地下水与之结合沉淀。

(2)基岩风化模式。基岩经风化分解释放出铅锌等成矿元素,而后铅锌等元素在表生作用下富集;陆相铅锌等成矿含铅锌风化物以碎屑、悬浮体的形式快速搬运,并在河流相及湖相沉积物中沉积,形成含铅锌沉积层,在一定的条件下与还原性硫结合成矿;海相铅锌等成矿含铅锌风化物受海侵作用的影响,在海侵初期沉积在底部砂砾岩中,同还原型硫结合成矿 (见图3)。

图3 金顶砂岩型矿床剖面(据赵兴元)

2 成矿硫源

铅锌等金属元素主要是以各种络合物的形式迁移,形成工业硫化物矿床除必须有容矿岩石和构造控制的通道外,还必须在成矿地点有大量还原型硫,因此还原型硫的形成方式的不同,也导致铅锌矿床不同的成矿环境。一般情况沉积型铅锌硫化矿的硫源主要来自地层卤水、火山卤水和海水 3种。

2.1 地层卤水

根据地层卤水中硫的来源可分为原生卤水和次生卤水两类。

原生卤水是指来自含盐建造蒸发环境或在沉积物埋藏成岩过程中渗滤作用形成的卤水。可分为以下几种形式 (崔银亮,1994):

(1)封存古海水。原沉积海底的凹陷部位,海水排不出去,经上部成岩作用压实后,被沉积物覆盖并与其它水体相隔绝而埋藏保留下来的古海水。

(2)深循环地层水。地层水含盐度的变化随埋藏深度的增加而增加 (可称为密度梯度)。在深部循环过程中,由于盐筛作用使地层水中含盐度增高而变成的卤水。

(3)蒸发的成盐卤水。蒸发盐湖的成盐卤水大部分为氯化物卤水,的含量一般较高。

(4)蒸发岩压实固结过程中排出的孔间卤水。

(5)石油卤水也称油田水,往往富含一定量的还原型硫。

次生卤水指的是地表水或地下水淋滤地下各类已固结岩石 (包括盖层与基底岩石)形成的卤水[18～20]。含硫的次生卤水一般为溶解蒸发盐岩(如盐岩、石膏、重晶石、萤石等)盐分后生成的卤水,含有一定量的。例如,膏岩被溶解后,经还原作用转变为成矿溶液中的 S2-。

成矿溶液来源于地层卤水的矿床,通常δ34S值变化较大。密西西比河谷型矿床的成矿溶液为典型的盆地热卤水,其铅锌矿δ34S值为 +5‰～+25‰。

2.2 火山卤水

来自高温火山卤水的硫,其同位素组成变化范围不大,均一化程度高,离差小,δ34S值为零值附近的值,与陨石硫相接近,具塔式分布特征[5]。但在喷溢过程中往往受到分异作用、地壳硫的污染以及挥发组分变化的影响,δ34S值变化范围较大。

2.3 海水

在海水和洋水中,硫以溶解硫酸盐的形式存在。在某一个时期内,全球气候相对稳定,硫酸盐的浓度也是恒定的。但是在不同的历史时期,全球气候往往是不同的,因此不同时期的硫酸盐的浓度不同,δ34S值也有所不同。寒武纪海水硫酸盐的δ34S值为27‰～32‰,第三系海水硫酸盐的特点是δ34S值处于 +20‰附近,来自海水的现代蒸发岩硫酸盐的δ34S值同样处于 +20‰附近。

3 沉积岩型铅锌矿床及其硫源特征对比

综上所述,从矿床产出的容矿岩系、构造背景以及硫源等方面,可以看出沉积岩型铅锌矿成矿体系中各类矿床有着一定的差异性和相同性,对比分析各种沉积岩型铅锌矿床沉积构造特征及其硫源 (见表1),可以总结成矿规律,便于指导这类矿床的找矿工作。

表1 沉积岩型铅锌矿床沉积构造特征和硫源分类

纵观各个历史时期,便会发现每个历史阶段都会相对富集同一类型的矿床。例如,中新生代以砂岩型铅锌矿床为主,古生代主要集中产出密西西比河谷型铅锌矿床,而元古代又以富集沉积岩容矿的喷流型铅锌矿床最盛。因此,在判定某些铅锌矿床的成因模式和其硫源时,不能仅仅通过其个别的特征就对其进行定义,而应该做出更为系统的研究。

[1] 戴自希.世界铅锌资源的分布、类型和勘查准则[J].世界有色金属,2005,(3):15～24.

[2]Bjorlykke A,SanysterD F.An overview of sandstone lead deposits and their relation to red-bed copper and carbohate hosted leadzinc depoeits[J].Eco Geol,1981,76:179～213.

[3] Garven G Ge S,Person M A.Genesis of strata bound ore deposits in them idcontinental basins of North America.The role of regional ground-water flow[J].American Journal of Science,1993,293.

[4] SeanA Guiary,et al.Factors governing subaqueous siliceous sinter precipitation in hot spririgs:examples from Yellowstone National Park,USA[J].Sedimentology,2002,49(6):1253～1267.

[5] Kathleen A Campbell,Rodgers KA,Brotheridge Jane M A,et al.An unusualmodern silica-carbornate sinter from Pavlova spring,Ngatamariki,New Zealand[J].Sedimentology,2002,49(4):835～854.

国家自然科学基金项目(U0933605).

(文中部分参考文献作者省略,如有问题请读者直接与作者联系,谢谢)

2010-04-29)

杨庆坤 (1984-),男,黑龙江鹤岗人,硕士研究生,研究方向:沉积盆地的演化,Email:197267245@qq.com。