栖霞山铅锌矿矿床成因与成矿模式

第1章绪论 1.1沉积岩容矿型铅锌矿研究现状 沉积岩容矿型铅锌矿分为海底喷流沉积型（sedimentary exhalative，SEDEX)、 密西西比河谷型（Mississippi valley-type， MVT)、砂岩铅型（sandstone-lead)及 砂岩容矿型（sandstone-hosted) 4 种类型（Leach et al.， 2005)。其中，SEDEX 和MVT型铅锌矿为*主要的矿床类型，而后两类铅锌矿在这4类中所占的比例相对 较小。尽管Leach等（2010)认为SEDEX —词包含成因意义，故而又将SEDEX 型铅锌矿命名为以碎屑岩容矿为主的铅锌矿（clastic-dominated，CD)。但是CD 型铅锌矿尚未得到广泛应用，国际上目前仍普遍采用Leach等（2005)的分类方 案。SEDEX和MVT型铅锌矿具有某些相似性，具体分述如下。 SEDEX和MVT型铅锌矿地质特征相似，矿体均主要赋存于硅质碎屑岩和碳 酸盐岩中，严格受地层控制，且与岩浆活动没有明显的成因联系。这两类矿床的 矿石矿物和脉石矿物相对简单，矿石矿物主要有闪锌矿和方铅矿，其次为黄铁矿， 矿石通常富银贫铜。脉石矿物主要为碳酸盐矿物（如白云石、菱铁矿、铁白云石 和方解石)，并含有少量重晶石。块状矿石的组构主要表现为同生沉积组构，在手 标本上，矿石表现为层纹状、条带状、胶状-树枝状等，在显微镜下，硫化物（闪 锌矿或方铅矿）主要呈球粒状、胶状、纤维状、树枝状及草莓状等。此外，这两 类矿床在硫同位素方面也具有十分相似的特征，硫化物硫同位素均具有很宽的变 化范围，与细菌硫酸盐还原（BSR)或硫酸盐热化学还原作用（TSR)有关，硫 均来自海水硫酸盐。 尽管如此，这两类铅锌矿也存在以下不同之处（Leach et al.， 2005， 2010): (1)构造背景：这两类铅锌矿*主要的差别在于成矿相关的构造背景。SEDEX 型铅锌矿通常形成于陆内伸展背景，如大陆裂谷、弧后伸展及被动大陆边缘裂谷 环境，另外，在矿区内通常发育同生沉积断层；然而MVT型铅锌矿通常形成于 造山带前陆盆地，如Ozark MVT铅锌矿出现在碰撞造山带，但是在矿区尺度，其 矿体受伸展断裂控制，如正断层、张扭性断层及平移断层，与碰撞相关的正断层 控制了加拿大纽芬兰矿区MVT铅锌矿矿化（Bradley， 1993)。 (2)成矿流体：SEDEX型铅锌矿成矿流体具有中低温特征，主体温度范围为 60~280°C，盐度质量分数为4%~23% (以NaCl计)，略高于或者显著高于正常 海水（Leach et al.， 2005; Wilkinson， 2014)； MVT型铅锌矿的成矿流体为中低温、中-高盐度的流体，主要温度范围为90~150C，盐度质量分数为10%~30% (以 NaCl计)，该类矿床成矿流体主要来自盆地卤水（Leach et al.， 2005)。 (3)蚀变类型：SEDEX型铅锌矿蚀变类型主要为铁-锰碳酸盐蚀变和硅酸盐 蚀变，其中铁-锰碳酸盐蚀变主要位于矿体顶盘，常围绕矿体沿赋矿围岩延伸长达 几米至几十千米，而硅酸盐蚀变主要位于矿体底盘，常发育电气石、绿泥石、白 云母、钠长石及硅化；MVT型铅锌矿的赋矿围岩广泛发育碳酸盐溶解和热液角砾 化作用，*主要的蚀变矿物为热液白云石，热液白云石常充填于碳酸盐颗粒间或 交代碳酸盐岩，与硫化物矿化关系密切，次为硅化作用。 (4)成矿机制：SEDEX型铅锌矿形成时代与寄主岩石的时代一致，时控性十 分明显，主要形成于沉积成岩阶段，属于同生沉积矿床；MVT型铅锌矿形成时代 晚于寄主岩石的时代，成矿时代变化很大，较主岩晚几十或几百个百万年，属于 典型的后成矿床。 (5)产出时代：SEDEX型铅锌矿产出时代主要集中于古元古代、中元古代及 古生代，次为新元古代和中生代；MVT型铅锌矿产出时代主要集中于晚古生代和 中新生代，也有少数出现在古元古代和中元古代（图1-1)。 图1-1沉积岩容矿型铅锌矿产出时代分布直方图（据Leach et al.， 2010) A.典型SEDEX型铅锌矿的产出时代分布直方图；B.典型MVT型铅锌矿的产出时代分布直方图 1.2夕卡岩型铅锌矿研究现状 夕卡岩矿床通常位于中酸性侵入岩体与碳酸盐岩接触部位及附近（Emaudi et al.，1981; Einaudi and Burt， 1982; Meinert， 1987， 1992; Meinert et al， 2005 )。与夕卡岩矿床相关的侵入岩体可以是基性岩，也可以是中酸性岩；夕卡岩矿物组合的出现 是厘定夕卡岩型矿床*主要的成因标志。 夕卡岩矿物种类多样化，包括无水夕卡岩矿物（如石權子石、透辉石）和含 水夕卡岩矿物（如角闪石、阳起石、透闪石)，这些矿物从岩体至围岩显示出强烈 的分带性，如石榴子石—透辉石—类辉石（硅灰石、钙蔷薇辉石、蔷薇辉石）；其 形成深度可以是浅成，也可以是深成；其地质环境复杂多样，大陆裂谷、大洋俯 冲、大陆碰撞均可以形成夕卡岩矿床。因此，夕卡岩矿床成矿蕴含了从岩浆高温 气成热液到中低温热液交代（充填）作用的重要成因信息，涵盖了丰富多彩的交 代分带形式，涉及了复杂的成岩成矿作用机理。 根据夕卡岩矿床中重要经济价值元素，可以将其分为Fe、Au、W、Cu、Zn-Pb、 Mo 和 Sn 等重要的夕卡岩型矿床（Einaudi and Burt， 1982; Meinert， 1992; Meinert et al.， 2005)。其中夕卡岩型铅锌矿主要赋存于碳酸盐岩外接触带中，许多铅锌矿体距离其成矿侵入体相对较远，被称为远端的夕卡岩型铅锌矿床（distal skam Pb-Zn deposit) (Meinert， 1987; Meinert et al.， 2005)。夕卡岩型矿床主要分布于环太平洋 带（图1-2)，单个矿床储量可达300万t及以上，有很高的Pb+Zn (质量分数为 10%~20%)和Ag (30~300 g/t)矿石品位，是Pb、Zn和Ag等金属的主要来源。 其中著名的矿床包括韩国莲花-蔚珍铅锌矿（Yeonhwa-Ulchin)、日本中松铅锌矿 (Nakatatsu)、美国新墨西哥林奇堡铅锌矿（Linchburg)、澳大利亚班班铅锌矿（Ban Ban)和秘鲁乌楚卡库铅锌矿（Uchucchacau)。矿石矿物以富铅锌为特征，主要以 闪锌矿、方铅矿为主，次为磁黄铁矿、黄铁矿、磁铁矿、黄铜矿和毒砂；夕卡岩矿 物以富锰为特征，主要包括锰质钙铁辉石、钙铁质石榴子石、锰铝榴石、钙锰辉 石、蔷薇辉石等无水夕卡岩矿物以及含锰阳起石、黑柱石、绿泥石、锰铁闪石等 含水夕卡岩矿物（Einaudi and Burt， 1982)。 图1-2全球夕卡岩型矿床分布图（据Einaudi and Burt， 1982修改） 目前，国内外学者针对夕卡岩型铅锌矿床开展的矿床地球化学研究主要集中 在以下几个方面： (1)利用夕卡岩矿物（石榴子石、辉石、角闪石）化学成分、共生硫化物（闪 锌矿、方铅矿和磁黄铁矿）的硫同位素，以及矿石矿物闪锌矿的锌同位素，探讨 铅锌成矿条件（Shimizu and Iiyama， 1982; Yun and Einaudi， 1982; Wilkinson et al.， 2005)。 (2)通过不同阶段矿石和脉石矿物（石榴子石、辉石、石英、方解石、闪锌 矿等）的化学成分、C-H-O-S稳定同位素成分，以及流体包裹体地球化学特征（如 均一温度、盐度）等方面研究，来揭示成矿流体来源与演化(Meinert， 1987； Mariko et al.， 1996; Gilg et al.， 2001; Gonzalez-Partida et al.， 2003; Yang et al.， 2013， 2018)。 (3)利用原位LA-ICP-MS技术分析夕卡岩型铅锌矿中石榴子石、辉石和闪 锌矿中单个包裹体化学成分，定量确定矿化流体金属含量，探索金属元素沉淀机 制（Samson et al.， 2008; Bertelli et al.， 2009; Williams-Jones et al.， 2010)。 1.3华南层状铅锌矿 华南是我国重要的铅锌矿产区，其中层状、似层状矿化是主要的铅锌矿化形 式，占总储量的60%以上（Gu et al.， 2007; Zaw et al.， 2007)。层状铅锌矿主要分布于南岭、浙闽粤东南沿海和长江中下游等地区，其类型主要包括沉积岩容矿型 铅锌矿和夕卡岩型铅锌矿（表1-1，图1-3)。 1.3.1沉积岩容矿型铅锌矿 华南的沉积岩容矿型铅锌矿广泛分布于断陷盆地中，包括江西萍乡一乐平凹 陷带、福建西南部、广西北部、广东北部和长江中下游等地区（Gu et al.，2007)。 其中典型矿床包括，桂粤北部的凡口、大宝山、杨柳塘和泗顶矿床，江西萍乡一 乐平凹陷的乐华和七宝山矿床，闽西南的龙凤场矿床和长江中下游的银山矿床等 (刘孝善和陈诸麒，1985;顾连兴和徐克勤，1986;黄崇轲等，2001;杨兵和王之 田，1985; Pan and Dong， 1999)。该类矿床通常具有以下特征：①矿体呈层状、 似层状，受控于晚古生代的碎屑岩和碳酸岩地层，与赋矿层位整合接触；②矿石 类型主要为致密的块状硫化物矿石，其中硫化物至少占60%;块状硫化物矿体边 部也发育条带状、层纹状和浸染状矿化；③矿石矿物主要由闪锌矿、方铅矿和黄 铁矿构成，其中胶状黄铁矿常见；④层状矿体中常发育细层状脉石矿物层，蚀变 表1-1 华南主要层状铅锌矿床统计表