黑色巖系及其典型礦床

1、黑色巖系及其典型礦床研究進(jìn)展黑色巖系是含有較多有機(jī)碳（C有機(jī)21%）及硫化物（鐵的硫化物為主）的暗灰-黑色的硅 巖、碳酸鹽巖、泥質(zhì)巖及其相應(yīng)變質(zhì)巖石組合的總稱。在世界許多地方都發(fā)現(xiàn)與黑色頁巖建 造有關(guān)的工業(yè)礦床和潛在金屬堆積，它們是諸如U, Mo, Ni, Mn, V, Hg, Sb, W, Pt, Pd和Au等金屬礦產(chǎn)的重要來源。與黑色巖系有關(guān)的礦床種類很多，成因各異，與黑色巖系的關(guān)系也各不相同:有的礦床 直接產(chǎn)于黑色巖系中，兩者的形成和保存條件基本相同，如硫化物礦床等；有的則形成于黑 色巖系向淺色巖系過渡帶，也就是由缺氧向氧化環(huán)境的過渡帶（即微氧化環(huán)境），如碳酸錳、 重晶石礦床等；還有一類

2、礦床如鉛、鋅、汞、螢石、重晶石等產(chǎn)于碳酸鹽巖中，但其成礦物 質(zhì)卻主要來自鄰近的黑色巖系，從而使兩者具有密切的成因關(guān)系。這些礦床往往經(jīng)歷了不同 程度的改造或變質(zhì)。上述各類與黑色巖系有不同成因關(guān)系的礦床統(tǒng)稱為與黑色巖系有關(guān)的礦 床，或簡稱黑色巖系型礦床。黑色巖系型礦床分布和特點(diǎn)黑色巖系型礦床常能形成較大的規(guī)模，世界上著名的黑色巖系型礦床有中歐曼斯費(fèi)爾德 含銅頁巖（二疊紀(jì)）、澳大利亞的富集鉛鋅的蒙特頁巖、摩洛哥的黑色巖系型銀礦、美國肯塔 基州的黑色巖系型鈾礦（前寒武紀(jì)）、美國堪薩斯州的含金和銀的黑色頁巖（白堊紀(jì)）以及中國 黑色巖系型的帆、鈾和鎳銦礦床（早寒武世）等。全球性大規(guī)模磷礦的聚集也與黑色巖系

3、有關(guān)。 需要特別指出，某些黑色巖系如下寒武統(tǒng)黑色巖系中含有分布廣泛、低濃度的對(duì)人體有害的 元素（U、As、Hg等）造成環(huán)境污害。因此，對(duì)黑色巖系的研究，不僅在地質(zhì)和資源探查方面 有重要意義，而且對(duì)環(huán)境治理和保護(hù)具有一定價(jià)值。國內(nèi)外對(duì)黑色巖系及其礦產(chǎn)研究現(xiàn)狀分析表明，黑色巖系及其賦存的金屬、非金屬礦床 具有以下特點(diǎn)和規(guī)律：（1）含金屬黑色巖系的分布具有全球性，時(shí)代從元古代至中生代，但以寒武系黑色巖系 最為發(fā)育、分布最為廣泛。（2）黑色巖系沉積成礦環(huán)境包括:離散裂谷作用:與匯聚狀態(tài)相伴隨的離散裂谷作用： 坳拉槽；由火山一熱液和構(gòu)造活動(dòng)導(dǎo)致的有限海水循環(huán)的孤立和半孤立的缺氧盆地，盆 地形成與特定地質(zhì)

4、時(shí)期內(nèi)陸裂谷演化相聯(lián)系。（3）黑色巖系既可形成于局限性海盆內(nèi)，有可見于陸相湖泊中；既可形成于大面積大洋 缺氧環(huán)境內(nèi)，又可形成于分層的缺氧盆地中。（4）黑色巖系中成礦物質(zhì)具有多源性，成礦作用具有典型的同生沉積和后生疊加與改造 的特征，礦床中不同來源的成礦物質(zhì)既表現(xiàn)出密切的共生，多又顯示共存特點(diǎn)。（5）黑色巖系中蘊(yùn)藏豐富的金屬與非金屬礦產(chǎn)，成礦物質(zhì)復(fù)雜和豐富（有20多種元素如 An、Ag、V、Ni、Mo、Ga、Ge、Mh、Cu、Pb、Zn、U、P、Ba、Sn、Sb、Se、Te、Tl 等）， 具備形成大型、超大型礦床的成礦條件和成礦機(jī)制。（6）黑色巖系中蘊(yùn)藏和產(chǎn)出的礦床十分特色，與在同一構(gòu)造背景下的

5、其他礦床類型構(gòu)成 統(tǒng)一成礦體系，在成礦物質(zhì)來源、礦床地質(zhì)與地球化學(xué)特征、成礦作用機(jī)制、控礦因素及其 成礦規(guī)律，既有許多共同之處，又存在較大差別。（7）黑色巖系廣泛發(fā)育在我國揚(yáng)子大陸、西部天山、甘蒙北山和西南部三江-藏南地區(qū)（如 湖南、貴州、四川、云南、湖北、廣西、廣東、江西、浙江、安徽、陜西、福建、江蘇、河 南、寧夏、山西、甘肅、新疆）。近二十多年研究進(jìn)展隨著黑色巖系的地質(zhì)、經(jīng)濟(jì)意義逐漸引起重視，自80年代起地質(zhì)學(xué)界對(duì)黑色巖系和有 關(guān)礦床、相關(guān)的缺氧環(huán)境(事件)和稀罕事件進(jìn)行了大量研究。陸續(xù)實(shí)施了多個(gè)國際地質(zhì)對(duì)比 計(jì)劃(IGCP)，如IGCP199、254、357、429等，全球沉積地質(zhì)計(jì)劃(

6、GSGP，1986)及美國國家 委員會(huì)編寫的“固體地球科學(xué)與社會(huì)”(1993)都將其作為重要研究內(nèi)容；召開了許多有關(guān)的 國際討論會(huì)，如1980年的“黑色頁巖”，1985年的“黑色頁巖生物地球化學(xué)”等；出版了 為數(shù)眾多的專著和論文。Goodfellow (1987)認(rèn)為加拿大鉛鋅礦床的形成與奧陶紀(jì)一泥盆紀(jì)的三個(gè)缺氧旋回有關(guān)， 將缺氧環(huán)境與礦產(chǎn)資源聯(lián)系起來。Jenkyns(1991)指出中歐含錳層與侏羅紀(jì)托爾早期的大 洋缺氧環(huán)境有成因聯(lián)系，F(xiàn)an(1989)將湘潭式錳礦的形成與冰川消融引起的海平面上升和 大面積缺氧環(huán)境有關(guān)。Compton(1993)認(rèn)為佛羅里達(dá)磷塊巖的成因與海平面升降有關(guān)。 Al

7、varez等(1980)、Ganapathy (1980)、Hsu(1980)等在白堊紀(jì)一第三紀(jì)界線粘土中發(fā)現(xiàn) 了銥異常，并將其與地外因素聯(lián)系，探討環(huán)境劇變。許靖華等1986)研究了中國南方前寒 武/寒武紀(jì)界線巖石的碳同位素，提出發(fā)生過大劫難事件，范德廉等(1987)認(rèn)為下寒武統(tǒng) 黑色巖系內(nèi)發(fā)現(xiàn)的銥異常代表了稀罕事件。我國對(duì)黑色巖系及相關(guān)礦床的研究早在20世紀(jì)60年代就己開始，以中國科學(xué)院重點(diǎn)項(xiàng) 目、國家自然科學(xué)基金課題、國家攀登計(jì)劃及攀登預(yù)選項(xiàng)目為形式的黑色巖系及與之有關(guān)超 大型礦床成礦作用、微生物成礦和環(huán)境變化與事件及其與成礦關(guān)系研究。以涂光熾院士為首 的研究團(tuán)體，首先較系統(tǒng)的調(diào)查、研究了

8、我國華南黑色巖系及其礦產(chǎn)，在黑色巖系基礎(chǔ)理論 研究和找礦應(yīng)用實(shí)踐中做出了重大貢獻(xiàn)。范德廉和劉德漢等為首的專家組，系統(tǒng)而全面地總 結(jié)、剖析、對(duì)比和討論我國不同時(shí)代背景下出現(xiàn)的黑色巖系及以黑色巖系為主巖的不同成因 類型的礦床；并且論證了黑色巖系型礦床的物質(zhì)來源與缺氧事件密切相關(guān)等理論問題。盧衍 豪等專門就生物地層與成礦關(guān)系進(jìn)行了深入的探討，這大大的深化了我國黑色巖系及相關(guān)礦 產(chǎn)的研究深度和廣度，激發(fā)了人們對(duì)黑色巖系鉆研的熱情，引發(fā)了人們對(duì)黑色巖系及其相關(guān) 礦床的深入討論的興趣。專家們先后撰寫了礦床地球化學(xué)(中科院礦床地球化學(xué)開放研究實(shí)驗(yàn)室，1997)、中 國超大型礦床(涂光熾，2000)中國的黑色

9、巖系及其有關(guān)礦床(范德廉、張熹，2004)。 同時(shí)期，葉杰等(2000)對(duì)黑色巖系型礦床的形成作用進(jìn)行了研究；吳朝東等(1999； 2001) 對(duì)黑色頁巖地球化學(xué)特征、微量元素及其地質(zhì)意義進(jìn)行了分析；張位華等(2003)對(duì)貴州寒武 系底部黑色硅質(zhì)巖成因及沉積環(huán)境進(jìn)行了探討；羅泰義等(2003)、張光弟等(2002)分析了遵 義牛蹄塘組黑色巖系中多元素富集層的礦化特征及伯族金屬的富集模式；易發(fā)成等(2004) 采用中子活化分析方法，系統(tǒng)測(cè)定了黔北黑色巖系的伯族元素含量；楊劍等(2004)采用X 射線粉末衍射分析和掃描電鏡分析法研究了黔北下寒武統(tǒng)黑色巖系中各巖類的礦物成分、巖 石地球化學(xué)特征及成因

10、。呂惠進(jìn)等(2005)研究了浙西寒武系底部黑色巖系含礦性及有用組分 的附存狀態(tài)；王敏等(2004)研究了黔西新華大型磷礦磷塊巖稀土元素地球化學(xué)及其地質(zhì)意義; 馮洪真等(2002)研究了黑色巖系中Ce的異常與海平面的變化;雷加錦等(2000)研究了楊子地 臺(tái)南緣早寒武世黑色巖系中形態(tài)硫特征及其成因意義。趙百勝笠2007)研究了白云鄂博群黑 色巖系微量元素地球化學(xué)特征；楊劍等(2005)研究了黔北黑色巖系稀土元素地球化學(xué)特征及 其成因意義。實(shí)例研究-澳大利亞布朗斯(Browns)Co-Cu-Ni多金屬礦床布朗斯(Browns)Co-Cu-Ni多金屬礦位于澳大利亞北領(lǐng)地，是湖南有色金屬控股集團(tuán)與澳大

11、利亞坎帕斯(Compass，間寫為CMR)公司合作勘探的特大型礦床。對(duì)于本礦床的成因，存在 著噴流沉積(Sedex)(Mc Cready et a.l, 2004)、砂頁巖型(SST)(Thomas andWhitcher,1965)、與后 期侵入巖(Paterson et a.l, 1984)有關(guān)等多種認(rèn)識(shí)。布朗斯礦床位于澳大利亞北領(lǐng)地首府達(dá)爾文市南約80km處白奇洛(Batchelor)小鎮(zhèn)附近, 位于北澳克拉通Pine Creek造山帶北西端拉姆叢林(Rum Jungle)成礦帶。區(qū)域性Giant Reef 大斷裂從礦區(qū)的東南部穿過(圖1)。拉姆叢林成礦帶自東向西分布有一系列礦床成礦分帶

12、性 比較明顯,從最東邊僅含U的Dyons鈾礦床，往西漸變?yōu)楹琔-Cu-Co的Whites礦床、含 Cu-Co-Ni的Intermediate礦床，最西邊為布朗斯Co-Cu-Ni多金屬礦床(圖2)。中主代正犯PilkL Ci-ttfk也山精古生代魏幡折W昌林it商若博圖1布朗斯礦床所在大地構(gòu)造位置簡圖(據(jù)Ahmad et a.l, 2006,有修改)耍wism組噩宕河。冏含豚砂巖 一V 環(huán)璐扣電暗.KrJ Whm*蛆頁肴 |_梅舟融林花崗考煌的齋Ph|潮 白云巖 礦恤一+ 向斜圖2拉姆叢林成礦帶地質(zhì)略圖(Ahmad et a.l, 2006,有修改)布朗斯礦床含有較多的有機(jī)碳，有機(jī)碳的含量在1.

13、 07%7. 51%,平均為4. 7%,而且含有 較高的CH4等其他有機(jī)質(zhì)。在成礦過程中，有機(jī)質(zhì)起到了重要作用(Vine and Tourtelot 1970; Chen et al, 2003),生物和有機(jī)質(zhì)對(duì)一些元素的吸收、絡(luò)合作用是黑色巖系中富集多種元素的 主要原因,其中有機(jī)碳對(duì)Co、Ni、Cu、Pb、V、Ag、Mo、Zn等元素的搬運(yùn)富集具有積極作 用;而成礦流體高CH4等有機(jī)質(zhì)含量對(duì)Co、Ni、Cu等元素的進(jìn)一步富集有重要作用。布朗斯礦床呈現(xiàn)出的特點(diǎn):該礦床幾乎未受后期變質(zhì)影響,沉積成因標(biāo)志明顯,條帶狀 礦石構(gòu)造保留完好;硫鉆鎳礦是最主要的載鉆礦物,白鐵礦次之;礦化組合除了 Co-Cu

14、以 外，還有Ni-Pb，而不含Mo、Au和PGE元素(表5);布朗斯礦床地球化學(xué)特征表明，沒有大量 海底熱水活動(dòng)參入成礦，屬正常海水沉積形成。參考文獻(xiàn)AhmadM, Lally JH and McCreadyA J. 2006. Economic geology of the Rum Jungle Mineral Field/Northern territory geological survey, Report: 27-34.McCreadyA J, StumpflE F, Lally JH, AhmadM and Gee RD. 2004. Polymetallic mineralizat

15、ion at the Browns deposit, Rum Jungle mineral field, Northern Territory, Australia. Economic Geology, 99(2): 257-277.Chen Junhong, WalterM R, Logan G A, Hinman M C and Summons R E. 2003. The Paleoproterozoic McArthur River (HYC) Pb/Zn/Ag deposit of northern Australia: Organic geochemistry and ore genesis.Earth andPlanetarySciences Letters,