黑色岩系多元素富集层特征、成因和研究意义

李治兴，秦明宽，刘鑫扬，王文全，王健，李龙龙

（1.核工业北京地质研究院 中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029；2.中国核工业地质局，北京 100013；3.中国石油长庆油田分公司第六采油厂，陕西 定边 718606）

关于碳酸盐岩、硅质岩、泥岩及其过渡型岩类这一特殊岩类组合，中国和国际不同学者使用不同的名称，如“黑色岩系”“碳硅泥岩”和“黑色页岩”等。这一特殊岩类组合的报道最早见于国外，1893 年在瑞典发现了世界上第一个黑色岩系型铀矿床［1］，1902 年，首次报道了美国堪萨斯州白垩纪黑色岩系中Au 和Ag 的含量分别为3.2×10-6和0.17×10-6，以及瑞典黑色明矾页岩富铀结核中的U3O8含量为0.47%［2］。中国对黑色岩系的勘查和研究始于20 世纪50 年代核工业系统对黑色岩系中铀矿及范德廉对于湘潭地区锰矿床的勘查和研究，这一时期提交的湖南郴州金银寨、江西上饶坑口等黑色岩系型铀矿床成为中国第一批可供开采的铀矿山［1-5］，为中国核工业的发展作出了开创性的历史贡献。进入21 世纪后，黑色岩系中铀矿调查与评价、资源潜力评价项目的重新启动以及中国黑色岩系非常规铀资源、基本类型、基本分布、成矿条件、富集机理等研究，同时华南寒武系底部黑色岩系多金属富集层的研究，取得了丰富的研究成果［5］。由于华南寒武系底部黑色岩系发育多元素富集层，众多有色金属、黑色金属、稀土、稀散及分散金属、贵金属、非金属和能源矿产的形成与黑色岩系有关，其物源和成因一直为国内外学者所争议的焦点，随着国家日益重视能源矿产安全保障、资源综合利用、地球环境的问题，对黑色岩系的勘查和研究显得尤为迫切。本文通过对黑色岩系、碳硅泥岩和黑色页岩三者之间概念广义和狭义的比较，进一步明确了三者之间广义和狭义概念的区别。本文统一使用“黑色岩系”指碳酸盐岩、硅质岩、泥岩及其过渡型岩类这一特殊岩类组合。同时系统梳理和总结了黑色岩系全球和中国分布，赋存矿产类型、分布地区、矿床实例，物源和成矿机理，明确提出了黑色岩系的勘查和研究具有重要的理论意义、经济意义和环境意义。

1 “黑色岩系”的概念

1.1 “黑色岩系”的定义

“黑色岩系”一词国内首先由范德廉在1973年发表的文献中公开使用，文献中将黑色页岩、黑色硅岩组合统称为黑色岩系［2，6］。随着研究的深入，范德廉对“黑色岩系”的定义进行了逐步的修改完善，认为“黑色岩系”是指海相富有机质细粒沉积岩的总称，是海相含有机碳（C有机含量接近或大于1%）及硫化物（铁硫化物为主）较多的深灰-黑色的硅岩、碳酸盐岩、泥质岩（含层凝灰岩）及其变质岩石的组合体系［7］。黑色岩系是否包括磷块岩，不同学者有不同的观点，有的学者认为黑色岩系不包括磷块岩，理由是根据国际原子能机构铀矿床分类，含铀磷块岩型与黑色岩系型并列，以及含铀磷块岩是目前国际上非常规铀资源的主要开发对象，且磷块岩与黑色岩系之间是一个沉积环境的转折点，前者代表了水动力较强、较氧化的环境，而后者却反映了水动力较弱、缺氧的沉积环境［7］。漆富成等认为黑色岩系型非常规铀资源不仅包括含铀黑色岩系型，还包括含铀磷块岩型与铀多金属磷块岩型，理由是含铀黑色岩系、含铀磷块岩与铀多金属磷块岩型组成的黑色岩系型非常规铀资源通常为一个地层序列，且明确提出黑色岩系型是中国重要的非常规铀资源类型［8］。因此可以理解为广义的黑色岩系包括含铀磷块岩与铀多金属磷块岩，狭义的黑色岩系不包括磷块岩。

1.2 黑色岩系与碳硅泥岩和黑色页岩的关系

“碳硅泥岩型铀矿床”是中国铀矿地质工作者建立的一种铀矿类型，系指“产于未变质或弱变质海相碳酸盐岩、硅质岩、泥岩及其过渡型岩类中的铀矿床”，它是中国四大工业铀矿类型之一。在碳硅泥岩型铀矿床赋矿主岩具体论述时，又增加了“与其有较密切联系的细碎屑岩及磷块岩等”［9］，因此广义的碳硅泥岩包括与其联系密切的磷块岩［1］，显然广义的“碳硅泥岩”与“黑色岩系”近乎相同。

1989年国际地质对比计划254 项目将“黑色页岩”定义为“一种黑色或灰色的细粒沉积岩，通常为泥质，含相当高的有机质（C＞0.5%）［10］”。结合前述黑色岩系定义，黑色岩系包含黑色页岩，范围远大于黑色页岩。但是根据国际原子能机构铀矿床分类，黑色页岩型与砂岩型、火山岩型和含铀磷块岩型并列，且黑色页岩型和含铀磷块岩型铀资源量在国际原子能机构分类的十四大铀矿床类型中分别占据第一位和第二位，显示巨大的资源潜力。在国内，随着页岩气勘查和研究的学者越来越多，黑色页岩的概念被广泛使用。因此，黑色页岩在国际和国内实际使用中，与国内狭义的黑色岩系近乎相同。

2 时空分布

2.1 全球黑色岩系分布

黑色岩系在全球分布广泛，在巴基斯坦、印度、伊朗、法国、英国、德国、威尔士、荷兰、阿曼北部、澳大利亚南部、美国、加拿大、俄罗斯、蒙古、中亚以及中国均有出露［11］，Raymond 等总结了世界上主要黑色岩系及其大型沉积矿床的分布，见图1［12］。

图1 全球主要黑色岩系及其大型沉积矿床分布示意图（据文献［12］修改）Fig.1 Sketch map of major black rock series and large-scale sedimentary deposits hosted in black rock series in the world（from reference［12］）

2.2 中国黑色岩系分布

在中国，黑色岩系自元古宙到第三系都有分布，主要分布于扬子陆块西缘、扬子陆块东缘、扬子陆块北缘、华北陆块南缘和塔里木陆块北缘（图2）［2］。下寒武统黑色岩系在中国遍及云南、贵州、湖南、江西、广西、广东、四川、湖北、安徽、浙江、江苏、河南、山西、陕西、甘肃、新疆和河北等省区［13］，沉积层位较为稳定，但各地对下寒武统黑色岩系的称呼不一致，如木昌组、小烟溪组、杨家坪组、牛蹄塘组、荷塘组、筇竹寺组等。各地下寒武统黑色岩系厚度不一，一般30～250 m［14］。

图2 中国黑色岩系富铀建造、含铀建造及已发现的非常规矿点分布示意图Fig.2 Sketch map of the distribution of uranium-rich formation，uranium-bearing formation，unconventional occurrences discovered in black rock series of China

震旦系黑色岩系层位在贵州、湖北、湖南等地称陡山沱组，在云南称渔户村组（下段）。对于志留系的黑色岩系层位，南方各地均称为龙马溪组。

3 黑色岩系赋存矿产

尽管20 世纪50 年代黑色岩系中探明的坑口和金银寨等铀矿床为中国第一批铀矿山、水冶厂建设提供了工业储量，为中国核工业的发展作出了开创性的历史贡献。但是一直以来，对于黑色岩系中赋存的矿产没有给予足够的重视，尤其是对赋存于黑色岩系中的多矿产的综合利用价值重视程度不够。通过系统梳理黑色岩系中矿产的报道，发现有25 种矿产与黑色岩系有密切的成因和空间关系，包括有色金属矿产（铜、铅、锌、镍、钼、锡、锑），黑色金属矿产（钒、锰、钛），稀土、稀散及分散金属矿产（硒、碲、铊、锗、稀土元素），贵金属矿产（金、银、铂族元素），非金属矿产（磷、汞、重晶石、毒重石）和能源矿产（铀、石煤、油气）［15］。

据目前勘查成果，黑色岩系在多个地区已形成大规模的矿床，世界上比较著名的有英格兰南部、荷兰以及到中欧诸国Kupferschifer 地层中的铜-银矿床（上二叠统），芬兰凯努（Kainuu）-奥托昆普（Outokumpu）地区的铜-锌-镍-钴矿床（元古宇），罗马尼亚喀尔巴阡山脉（Carpathian）地区的锰矿床（寒武系至奥陶系），俄罗斯干谷地区的金矿床（前寒武里菲纪），加拿大育空地区的镍-钼-铂族元素多金属矿床（上泥盆统），加拿大沙利文地区的铅-锌-银矿床（元古界）［16］，非洲摩洛哥的黑色岩系型银矿［15］、美国密执安州北部WhitePine 铜矿床（中元古代）、加拿大阿萨巴斯卡盆地铀矿床（下、中元古代），哈萨克斯坦穆龙套金矿床（晚元古代）等［10］。在中国，黑色岩系中也有铀矿、镍钼矿、钒矿、磷矿、重晶石矿、锰矿、铂族元素、铅锌银矿、金矿、稀土、石煤和油气能源等矿产，具体如下。

铀矿：中国黑色岩系中铀矿与其他类型铀矿的勘查和研究工作同步启动，始于20 世纪50年代中期，并于20 世纪50 年代提交了金银寨、坑口等黑色岩系型铀矿床供中国第一批铀矿山开采，其中坑口矿床为中国第一个建矿开采的铀矿床，该时期同时发现了一批矿化和异常。20 世纪70—80 年代中期是中国黑色岩系型铀矿找矿取得重大成就的时期，在上震旦统、下寒武统、上古生界泥盆系和石炭系多个层位中探明了铲子坪、老卧龙、麻池寨、黄材、董坑、大新、马鞍肚、坌头等一批铀矿床，成为中国四大工业铀矿类型之一［4］。漆富成等认为中国黑色岩系建造分布受控于陆缘裂谷体系、陆缘裂陷体系、陆缘盆地体系及陆缘活动带断陷台沟体系，并明确提出黑色岩系中大规模铀成矿作用受控于陆缘裂谷体系和陆缘裂陷体系，并依据黑色岩系铀成矿条件和成矿规律，优选出11 个黑色岩系铀成矿带［8，17-18］。

镍钼矿：主要分布于湘西北、贵州、湖北、浙江、滇东和赣西北等地区，赋矿层位为下寒武统牛蹄塘组，Ni-Mo 多元素富集层厚度约10～50cm，除Ni、Mo 外还富含铀、稀土元素、铂族元素、铼、铊和非金属元素P2O5等，如湘西北的大浒、白竹峪、晓坪、杆子坪、大坪，贵州的金顶山、新土沟、黄家湾、织金、岩孔等地，以及鄂西石牌、浙江诸暨、滇东、赣西北修水等地也发现有类似的镍钼含矿层位，它们大致呈北东向排列，但是由于未开展资源评价工作致使资源前景不明，但是该类型有望成为新的重要镍钼矿类型［8，14，19］。

钒矿：黑色岩系型是中国第一大钒矿类型，品位高、储量大，V2O5品位多在0.5%～2.0%之间，中国仅湖南、湖北、江西、浙江、安徽、贵州、陕西七省黑色岩系中蕴藏的V2O5储量就达11 797 万t，是中国钒矿第二大类型钒钛磁铁矿（品位介于0.2%～0.35%）中蕴藏V2O5储量的6.7 倍，超过世界上其他各国钒矿储量的总和，显示黑色岩系型钒矿更具经济价值和资源潜力［20］。中国黑色岩系型钒矿含矿层位主要包括震旦系、寒武系、奥陶系、泥盆系和二叠系等，但绝大部分储量赋存在南方下寒武统底部的黑色岩系建造中［14］。

磷矿：下寒武统梅树村组是中国第二大赋磷沉积层位（第一大层位是陡山沱组，岩性为碳酸盐岩），属于全球三大成磷期的晚震旦世-早寒武世成磷期。中国磷矿主要分布在中国西南、中南盆地，其中云南、贵州、四川、湖北和湖南5 省的磷矿查明资源储量占全国的75%以上，代表性矿床有云南昆阳磷矿、晋宁磷矿、贵州织金磷矿等大型-超大型磷矿床。在其他地区如湖南、广西、湖北、重庆等下寒武统黑色岩系发育的地区，黑色岩系底部也普遍存在含磷层位，常形成众多的中小型磷矿［14］。

重晶石矿：产于黑色岩系中的重晶石矿集中分布于湖南、贵州两省交界处，赋存层位是下寒武统牛蹄塘组，仅贵州天柱县北部湘黔两省交界处的大河边重晶石矿床与湖南新晃县贡溪重晶石矿床两个矿床的储量就占中国大中型产地总储量的一半以上，其中，大河边重晶石矿探明储量已超亿吨，是中国探明储量最大的超大型重晶石矿床，向北延伸与新晃县贡溪大型-超大型重晶石矿床相接，BaSO4平均含量为85.6%（重晶石矿原生矿最低工业品位w（BaSO4）≥50%）。另外在湖北、广西、云南、江西、安徽、陕南、川北等地也有同类型重晶石矿产出，如湖北随州柳林、广西三江板必、云南会泽马路等重晶石矿床［14］。

锰矿：广泛分布于湖南、贵州、四川、湖北等地，典型代表矿床为湘潭锰矿和大塘坡锰矿床。湘潭式锰矿是湖南省最重要的锰矿类型，赋存于早震旦世黑色岩系中［21］。大塘坡锰矿位于贵州省松桃苗族自治县，赋存于震旦系黑色岩系［10］。

铂族元素（PGE）矿产：主要分布在湖南、贵州，赋矿地层从上元古界到二叠系均有分布，且铂族元素矿床常与黑色岩系镍钼多元素富集层共（伴）生，最典型的矿床为贵州遵义镍钼铂族元素矿床［10］。

铅锌银矿：富集铅锌银的黑色岩系主要分布在湘西、湘中、黔北等地区，赋矿层位主要为泥盆-石炭系，如黔北地区黑色岩系中银的富集系数高达3 173.3，并且银的富集与金属硫化物关系密切［22］。

金矿：中国南方下寒武统黑色岩系中金的富集局部可达甚至超过工业品位。桂东-粤西地区许多金矿可能就是黑色岩系中富集金形成的，此外湖南与广东、广西和江西边界等岩浆岩发育地区，以及下寒武统黑色岩系与区域性大断裂交汇地带均是寻找黑色岩系型金矿的有利远景区［14］。

稀土元素：富集稀土元素的黑色岩系主要分布在湖南、贵州、浙江等地。贵州遵义镍-钼矿石中发现了呈不规则细粒、蠕虫状的独居石（稀土的独立矿物）与镍、钼的独立矿物共生。在浙江西部黑色岩系中发现稀土元素主要富集在胶磷矿中，其次是伊利石、绿泥石及碳酸盐矿物［22］。

石煤：主要分布于中国南方下寒武统黑色岩系中，南方各省凡有下寒武统底部黑色岩系发育的地区，或多或少都有石煤层赋存，由于“石煤”的存在，所以黑色岩系常会形成自燃现象［10］。

油气能源矿产：黑色岩系中富含大量有机质，不仅是良好的烃源岩，更是非常规能源-页岩气的目的层。中国南方地区是页岩气发育有利区，重庆涪陵志留系龙马溪组的黑色页岩中已发现了中国第一口页岩气井。对黑色岩系的研究将有利于能源矿产，特别是页岩气的勘探开发。

黑色岩系赋存矿产除以上主要矿产资源外，还有如铜、锗、硒等在局部地区单独构成矿床，但限于当前对黑色岩系的重视程度不够和勘查工作程度较低的原因，黑色岩系中矿产的规模和潜力还有待进一步挖掘。前述国外和国内黑色岩系中矿床的的一些相关发现值得我们借鉴。

4 成 因

4.1 物源

关于下寒武统牛蹄塘组“铀多金属富集层”物源的观点较多，主要有以下5 种观点：第一种观点认为，绝大部分金属物质来源于缺氧的海水，成矿作用与有机质对金属元素的富集有关［23-27］。第二种观点认为，物质来源主要为陆源，有热水物质加入［28］；第三种观点认为，成矿物质来源主要为深部岩浆房经火山爆发带出成矿物质，原因是特殊的元素富集组合特征和底部的Se 超常富集［29-30］。第四种观点认为，成矿物质最主要来源于与裂谷活动有关的盆地热液［31］；第五种观点认为，成矿物质来源与海底热水、生物沉积、陆缘碎屑等有关［32］。

综合国内外黑色岩系成矿物源有关的研究成果，鉴于黑色岩系多元素富集层中特殊的元素富集组合特征，认为成矿物质来源为多来源的，有陆源供给、海底热液携带以及对基底岩石的萃取、海水，局部有岩浆喷发作用的贡献，不同地段物源可能不同。

4.2 成矿机理

黑色岩系多金属富集层的成矿机理目前仍然众说纷纭，主要有以下5 种观点：

1）天体撞击成因。范德廉根据华南下寒武统底部黑色岩系元素组合和Ir 异常特征［33-34］，提出铂族元素、Co、Ni 可能为地外来源，而Pb、Zn、Ba、Mo、V、Cd、Se、Te 等来自海底热泉，后在海水中正常沉淀而形成多金属矿层。黄怀勇在湘西震旦-寒武系界线上发现有冲击角砾、冲击岩脉、微球粒撞击玻粒和玻璃陨石，特别是陨石碎屑残迹等可能为天体撞击事件的痕迹，认为天体的撞击参与了多金属元素的富集［35］，但是，美国Coveney 等人测得张家界和遵义金属富集层中Ir 含量分别为2.1 ng /g和1.9 ng /g［36］，中国李胜荣等获得张家界和遵义黑色岩系金属富集层中Ir 含量平均值为6.88 ng /g 和湘黔地区金属富集层Os/Ir 平均值为80.1［37］，与典型天体撞击形成的丹麦白垩系-古近系界线粘土层中的Ir 含量（47±9 ng/g）相差较大，说明黑色岩系多元素富集层并不存在Ir 异常，以及Os/Ir 比值大大超过了地外物质的相应比值，结合黑色岩系Ni-Mo-PGE 金属层分布不具有全球性［37］，天体撞击成因已被美国Coveney 和中国李胜荣等学者所否定。

2）正常海相沉积成因。毛景文等获得黔北黄家湾黑色岩系Ni-Mo-PGE 矿石Re-Os 等时线年龄541±16 Ma，n（187Os）/ n（188Os）初始值0.78±0.19，接近现代海水值［38］。李胜荣等获得黑色岩系矿石的Re-Os 等时线年龄为542±11Ma［39］。Jiang 等获得黑色岩系矿石Re-Os 等 时 线年龄 为537±10 Ma［40］。Lehmann 等获得贵州黄家湾矿区黑色岩系多元素富集层Mo 含量大于10 000×10-6的5 个样品中钼的同位素组成，表明与现代海水中的值基本一致，结合上述矿石年龄与牛蹄塘组地层年龄一致，推测Ni-Mo 多元素富集层属正常海相沉积矿床［41］。Schyltz 根据许多“黑色岩系多元素富集层”发育在远离活动大陆边缘或者与火山活动无关的构造背景下，提出黑色岩系多元素可能在还原环境下，以非常低的沉积速率从海水中萃取金属元素发生沉淀。Gavshin 等对比了黑色岩系与黑海现代沉积物腐泥，Vine 和Tourtelot 对世界200 多个地区的黑色页岩的金属元素进行了统计，均认为绝大部分金属物质是从海水中萃取发生沉淀形成的［31］。

3）海底热液喷流成因。Coveney 等根据多元素富集层呈区域线性分布的特点，推测多元素富集层是海底热泉携带的金属元素沿深大断裂沉积的结果，区域上受控于区域深大断裂，由此提出海底热水喷流沉积模式［36，42］，随着研究的深入，越来越多的学者认识到黑色岩系中多元素的超常富集与海底喷流沉积作用密切相关，如李胜荣等根据湘黔寒武系底部黑色岩系多元素富集层金、银和铂族元素的丰度及其比值、元素的相关性、元素分布模式和配分模式，认为该多元素富集层可能主要由海底热水通过深循环萃取元古宙武陵期基性一超基性岩物质沉淀的产物，与海底热水喷流作用有关［36］。毛景文等根据遵义黄家湾镍钼铂族元素矿床矿石的PGE 和REE 测试，结合前人的工作成果，认为矿床的形成是由海底喷流系统从海底镁铁质-超镁铁质岩中萃取物质与下伏富Mo-Re-（Cu）岩浆房提供成矿能源和部分物源共同作用的结果［43］。张光弟等分析了贵州遵义下寒武统牛蹄塘组黑色页岩剖面、矿石的铂族元素、矿石物相，认为该地区多元素富集层是黑色页岩沉积早期迅速叠加了一次海底热水喷流沉积作用的结果，热液流体由基底和铂族元素矿床中衍生的含Cu、Co、Ni、PGE、Fe、Cr 流体和基底盖层震旦系白云岩衍生的含Cu、Pb、Zn 流体混合而成［44］。杨瑞东等通过对贵州遵义松林小竹一带的寒武系底部地层系统的岩石、矿物、地球化学研究，认为遵义松林小竹一带寒武系底部多元素富集层属于海底热液喷流沉积［45］。王康年根据湘黔下寒武统黑色岩系底部发育条带状-层纹状硅质岩以及层状-条纹状重晶石岩等热水喷流沉积岩组合［46］。江永宏通过对湘黔张家界—遵义地区下寒武统黑色岩系成岩成矿研究，认为热卤水循环与黑色岩系的交互作用是主要成岩成矿作用期，并且将热水喷流沉积作用可分为3个阶段［47］。漆富成等利用高分辨透射电镜、扫描电镜微区解剖等手段，认为超显微（1～4 μm）晶质铀矿的铀存在形式揭示了扬子陆块东南缘的陆缘裂陷中海底喷流作用［48］。王文全等认为黔北遵义松林地区镍钼多金属层磷块岩中铀以独立矿物形式存在并与中高温热液矿物共生，提供了陆块东缘陆源裂陷环境下发生海底喷流和热水沉积作用新的微观证据［49］，作者等通过对西大明山、湘西北成矿带典型矿床成矿地质背景、地质特征、地球化学特征和成矿作用分析，认为黑色岩系多元素富集层发生了热液改造作用［50-53］。

4）岩浆火山碎屑成因：罗泰义根据遵义松林矿区镍钼层强烈富集了一套气相迁移元素［Mo-As-Se-Re-（Tl）］，其次主要富集了一套深源金属元素［Ni-Au-Ag-PGE-（U）］，以及底部Se 的超常富集，结合元素的地球化学性质，认为早寒武世时期深部存在碱性-超基性岩浆活动，最终的物质来源是深部的岩浆岩，成矿过程经历了岩浆作用、热水沉积和机械沉积作用，是深部岩浆活动强烈喷发期的产物［29-30］。王康年在贵州镇远、铜仁坝黄、天柱大河边和湖南凤凰等地下寒武统黑色岩系多元素富集层中发现了大量的凝灰质碎屑，表明上述地区该时期海底火山、气液活动频繁，复杂的构造-火山活动为多元素富集层的形成提供了丰富的物源和热源条件［46］。

5）生物成因：不同学者通过显微镜下古生物学的鉴定，发现黑色岩系多元素富集层中有大量生物残体（包括藻类、古介形类、节肢动物、蠕虫、海绵骨针等）和干酪根演化形成的沥青和碳沥青，并对比研究生物演化和多元素富集，发现不同元素富集与生物的出现具有较好的对应关系。硫同位素研究结果表明，多元素富集层硫化物同位素值较小，显示微生物细菌对硫酸盐的还原作用，反映了生物有机质的成矿作用［54］。

随着黑色岩系多元素富集层研究范围和广度的深入，越来越多的古生物化石、岩浆碎屑、热液作用等证据被发现，因此，很难用单一成因来解释。综合国内外最新研究成果，认为黑色岩系多元素富集层物源是多来源的，成矿机理为多阶段复成因的，黑色岩系多元素富集层是在浅海-半深海还原环境下，海底喷流热液（水）沉积作用、岩浆火山喷发作用、生物沉积作用和海水作用等共同作用下形成的。不同地段、不同层位由于成矿地质背景的不同，具有不同的成矿作用和元素富集过程，形成不同的元素富集组合。

5 黑色岩系研究意义

5.1 理论意义

黑色岩系多元素富集层处于前寒武纪-寒武纪转折期，该套黑色岩系具有全球性和等时性的特点，这一时期发生了许多重大地质事件，如寒武纪生物大爆发、雪球事件等，对于研究海洋极端事件、古气候、古环境、古生物、沉积、构造和矿产活动，进而探究该时期的地球演化过程，并可与全球黑色岩系进行对比，具有重要的基础理论科学意义。

黑色岩系中地球成矿元素的超常富集，进而形成超大型矿床的地球动力学背景，成矿地质、物理化学过程一直是地质学者们的研究热点，通过对黑色岩系中超大型矿床的解剖，从深层次上揭示多种金属元素、非金属元素巨量堆积过程，丰富地球化学元素交换过程和超大型矿床机理具有重要理论意义。

黑色岩系多元素富集层中发现大量少见矿物及矿物组合，包括许多单质金属、硫盐矿物、磷酸盐类、钨酸盐类、碲化物、Pt-Cu-Fe 金属固溶体、砷铂矿、硫铂矿、Sn-Sb 固溶体、Ni-Sb 固溶体以及大量的Fe-Ni-S 和Cu-S 矿物系列［11］。中国湘西北和黔北等地区早寒武世黑色 岩 系 同 时 富 集U、Ni、Mo、V、PGE、Re、Tl、REE、P2O5等元素，研究其形成机理，对于深化认识地球化学元素迁移、富集、分布规律、矿物结晶和矿床成因学等基础科学具有重要研究意义［16］。

5.2 经济意义

矿产资源是人类经济、社会、国防、航天、可再生能源和通信生存与可持续发展的物质基础和基石，与农业一样，都为了人类社会提供不可缺少的“粮食”。2019 年底，中国15 种矿产对外依存度高于50%，其中铬、镍、锰、铌、钴、锆高于90%，铂族元素、铁矿石高于80%，石油、铀、锂、铜高于70%，硼、铝、钾盐高于50%［55］。

黑色岩系具有全球性规模，分布范围广、面积大、层位多，有25 种矿产（涉及王登红定义的关键矿产中的稀土金属、稀散金属、稀贵金属、能源金属、黑色和有色金属等矿产［56］）与黑色岩系有密切的成因和空间关系，潜在矿产资源潜力较大，如中国湖南、贵州下寒武统黑色岩系底部富集U-Ni-Mo-REE-PGE 等，局部地段常形成多种矿产共生的大型-超大型矿床，此外，铀矿床中还有多种元素达到综合利用品位。随着后工业时代战略性新兴产业兴起，全球对矿产资源尤其对关键金属矿产的需求将高速增长，因此黑色岩系中赋存的多种矿产的勘查、研究和综合开发利用将显得尤为迫切。黑色岩系的勘查和研究对于增加关键矿产储量，减少矿产对外依存具有重要的经济意义和战略意义。

5.3 环境意义

中国要实现“双碳”目标，除了降低化石能源消费占比，从而减少化石能源使用过程中的碳排放以及提高非化石能源（核能、风能、太阳能、生物质能、潮汐能、地热能和氢能）消费占比，另一方面固碳和吸收碳等中和碳的措施同样重要。黑色岩系富含有机质，是碳的重要储库，研究黑色岩系中有机质的迁移富集机理对重塑地球演化历史，反演全球碳的生物地球化学循环、生物圈的演化研究和全球环境变化的研究具有重要环境意义。

此外，具有全球性和等时性分布的黑色岩系可能是全球性缺氧环境下的产物，这对全球气候演变的研究具有重要意义，以及黑色岩系含有重金属和放射性金属等多种元素，对黑色岩系时空分布和地球化学组合规律的研究，有利于元素的综合回收利用，同时可以有效的避免环境污染。

6 结 论

1）通过系统比较黑色岩系、碳硅泥岩与黑色页岩概念和内涵，明确了三者之间的异同，认为广义的碳硅泥岩与黑色岩系近乎相同，包括含铀磷块岩与铀多金属磷块岩，黑色页岩为狭义的黑色岩系和碳硅泥岩，不包括与其密切联系的磷块岩，第一次比较清晰地厘清了三者之间的区别，避免了概念混淆。

2）黑色岩系分布具有全球性规模，广泛出露在巴基斯坦、印度、伊朗、法国、英国、德国、威尔士、荷兰、阿曼北部、澳大利亚南部、美国、加拿大、俄罗斯、蒙古、中亚地区以及中国的扬子陆块、塔里木陆块和华北陆块周缘。在中国，黑色岩系分布时间上横跨上元古宙到新近系，空间上主要分布于扬子陆块东缘、扬子陆块西缘、扬子陆块北缘、华北陆块南缘和塔里木陆块北缘。有多达25 种矿产（包括有色金属、黑色金属、稀有、稀散及分散金属、贵金属、非金属和能源矿产）与黑色岩系有密切的成因和空间关系，并且常常形成大型-超大型矿床。

3）综合国内外黑色岩系多元素富集层物源、成矿机理有关的最新研究成果，认为黑色岩系多元素富集层成矿物质是多来源的，成矿机理为多阶段复成因。物源有陆源供给、海底热液携带以及对基底岩石的萃取、海水，局部有岩浆喷发作用的贡献。生物、有机质对元素的吸收、络合作用是多种元素富集的主要原因。黑色岩系多元素富集层是在浅海-半深海相缺氧的还原环境下，海底喷流热液（水）沉积作用、岩浆火山喷发作用、生物沉积作用和海水作用等共同作用下形成的。不同地段、不同层位由于成矿地质背景的不同，具有不同的成矿作用和元素富集过程，形成不同的元素富集组合。

4）黑色岩系多元素富集层处于前寒武-寒武纪转折期，具有重要理论意义、经济意义和环境意义。这套黑色岩系对于恢复地球演化过程、研究全球环境变化，丰富超大型矿床成矿机理，深化认识地球表层（浅部）化学元素的分布规律与机制、矿物结晶和矿床成因学等具有重要的基础理论科学意义。黑色岩系中超常富集或者赋存25 种矿产，尤其赋存多种战略关键矿产，对于增加战略关键矿产储量，减少我国战略关键矿产对外依存度具有重要的经济意义和战略意义。此外，黑色岩系对全球气候演变，以及黑色岩系含有重金属和放射性金属等多种元素，对于元素的综合回收利用和生态环境保护具有重要意义。