密西西比河谷型鉛鋅礦床課件

密西西比河谷型礦床MississippiValley-type（MVT）密西西比河谷型礦床（MVT）密西西比河谷型礦床（MVT）是以廣泛分布于美國(guó)中部的寒武紀(jì)至石炭紀(jì)碳酸鹽建造中的許多巨大鉛鋅礦床而得名。是世界鉛鋅礦床第二大類型。在統(tǒng)計(jì)的58個(gè)世界超大型鉛鋅礦床中，它的礦床數(shù)占24%、其鉛鋅儲(chǔ)量數(shù)占23%。礦床規(guī)模（Pb+Zn）從幾百萬(wàn)噸到幾千噸不等，Pb+Zn品位一般在3%~10%（低于噴流沉積型礦床）。MVT礦床規(guī)模較大，一般成群成帶分布，MVT礦帶的分布范圍從幾十平方公里到幾千平方公里，甚至數(shù)萬(wàn)平方公里，常伴生同類型的黃鐵礦礦床、沉積菱鐵礦礦床、重晶石-螢石-閃鋅礦礦床等。有重要的經(jīng)濟(jì)意義。碳酸鹽巖型鉛鋅礦床的噸位及品位（據(jù)DanL.Mosier和JosephA.Briskey，1986）世界主要MVT礦床的分布此類礦床多賦存在從前寒武紀(jì)到白堊紀(jì)的各個(gè)時(shí)代的巖石中，但成礦時(shí)代多見(jiàn)于古生代及中生代。盡管全球元古宙碳酸鹽巖非常豐富，但產(chǎn)于其中的MVT礦床很少，且規(guī)模也不大。時(shí)控特征不顯著有利于形成此類礦床的大地構(gòu)造環(huán)境是穩(wěn)定的大陸板塊、大陸邊緣拗拉古、裂谷。二、MVT礦床的一般特征密西西比河谷型礦床的產(chǎn)出構(gòu)造環(huán)境沉積巖中鉛鋅多金屬礦床譜系及成礦作用特征簡(jiǎn)圖（R.Large,2002）礦石的主要金屬礦有方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、白鐵礦、（黃銅礦）等。常見(jiàn)脈蝕礦物為白云石、方解石、菱鐵礦、重晶石、螢石、膠狀二氧化硅等。礦石多具交代結(jié)構(gòu)、粒狀結(jié)構(gòu)、草莓狀結(jié)構(gòu)及團(tuán)粒狀結(jié)構(gòu)，浸染狀、細(xì)脈浸染狀、角礫狀、條紋及條帶狀、膠狀構(gòu)造。礦體的圍巖蝕變微弱，常見(jiàn)白云巖化、硅化、方解石化及退色化。硫化物的δ34S為8.03‰~31.36‰，且一般認(rèn)為礦床的硫主要來(lái)源于海相蒸發(fā)巖，如膏鹽層。蒸發(fā)巖中的硫酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)镸VT礦床中硫化物的還原態(tài)硫的機(jī)制可能是通過(guò)熱化學(xué)還原作用實(shí)現(xiàn)的。MVT礦床礦石鉛同位素組成比較復(fù)雜，一些礦床富放射性成因鉛，同一礦床甚至單一方鉛礦晶體的鉛同位素組成差異較大，如密蘇里東南部和上密西西比河谷地區(qū)一些礦床則不具此特點(diǎn)，鉛同位素組成較為均一。MVT礦床的一顯著特征便是具有“J型異常鉛”。川滇黔地區(qū)主要鉛鋅礦床硫同位素直方圖川滇黔地區(qū)主要鉛鋅礦床鉛同位素演化

MVT礦床脈石礦物方解石和白云石的δ13C和δ18O明顯低于圍巖，近礦圍巖的δ13C,δ18O介于二者之間說(shuō)明其為正常圍巖受成礦熱液交代重結(jié)晶而致。與碳和氧的情況相反，其硫化物和脈石礦物87Sr/86Sr皆不低于主巖的值。近年來(lái)，多數(shù)人傾向于認(rèn)為，這類礦床中的鉛、鋅礦化在沉積和成巖時(shí)已初步富集，后經(jīng)地下熱鹵水對(duì)富含鉛、鋅的沉積層進(jìn)行溶濾和搬運(yùn)，在有利的地層和構(gòu)造環(huán)境中充填、交代而成礦床。三、MVT礦床的成因和成礦模式MVT礦床還沒(méi)有統(tǒng)一的描述性模式可成因模式。S.A杰克遜和F.A比爾斯以加拿大派因波因特礦床為了提出了沉積—成因模式，認(rèn)為在大型盆地內(nèi)由沉積物的壓實(shí)作用所產(chǎn)生并驅(qū)動(dòng)的流體，通過(guò)鹵水的淋濾作用獲得金屬，并以氯化物或有機(jī)絡(luò)合物狀態(tài)攜帶金屬，當(dāng)它們從盆地深處排除時(shí)，在碳酸鹽巖中遇到有H2S的地方就沉淀出硫化物。即MVT礦床是在成巖作用晚期階段正常沉積盆地演化的產(chǎn)物。碳酸鹽巖型鉛鋅礦床成礦模式成礦模式參與深部循環(huán)的地下水或盆地沉積物封存的鹵水受地?zé)嵩鰷氐挠绊懭芙饬说貙又械柠}分、鉛等成分形成含礦的低溫?zé)猁u水。此種熱鹵水沿?cái)嗔?、不整合面、砂巖及角礫巖等滲透性層運(yùn)移并在有利的部位沉淀成礦。（據(jù)JosephA.Briskey，1986的圖修改）成礦鹵水的特點(diǎn)流體包裹體資料顯示這種鹵水具有以下特點(diǎn)：密度常大于1；鹽度通常大于15%，超過(guò)海水鹽度4倍及以上，但幾乎未見(jiàn)NaCl子晶，表明包裹體中除Na、Cl之外，還存在大量Fe；包裹體內(nèi)含有濃縮的Na、Ca氯化物溶液，以及少量K、Ma、Br和部分重金屬，如Cu、Zn；有機(jī)質(zhì)是常見(jiàn)的，呈甲烷或類似的氣體，或呈不混溶的像石油那樣的小液滴，或在鹵水內(nèi)呈乳化液；流體包裹體充填溫度約80~2000C，大多數(shù)溫度范圍為100~1500C。2、金屬來(lái)源實(shí)驗(yàn)研究和對(duì)天然鹵水的觀察證實(shí)，富含氯化物的鹵水能夠從它們所流經(jīng)的巖石中淋濾出痕量金屬，既可以把表明吸附的金屬吸收過(guò)來(lái)，也可把礦物重結(jié)晶及重結(jié)晶期間釋放出來(lái)的金屬吸收過(guò)來(lái)。另一種可能是由于熱液蝕變或金屬有機(jī)絡(luò)合物破壞而從這種絡(luò)合物中吸收其釋放出的金屬。關(guān)于源巖：頁(yè)巖；碳酸鹽巖；蒸發(fā)巖層；基底有人主張是頁(yè)巖，因?yàn)轫?yè)巖通常相對(duì)富含痕量金屬，還因?yàn)殡S埋藏深度加大和穩(wěn)定增高，粘土礦物結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可能釋放出這些痕量金屬。碳酸鹽巖作為源巖，因?yàn)檫@些金屬是在初始亞穩(wěn)定態(tài)的文石和高鎂方解石被穩(wěn)定態(tài)的低鎂方解石和白云石交代過(guò)程中釋放到水溶液中的。根據(jù)對(duì)加拿大西部的中泥盆世蒸發(fā)巖層中金屬富集作用的研究，在蒸發(fā)作用期間，銅留在鹵水中，而鉛鋅進(jìn)入石膏和硬石膏這些固相內(nèi)，富銅的殘余鹵水能形成小規(guī)模的紅層銅礦床。而鉛鋅則在很晚才被高鹽度鹵水活化。3、硫的來(lái)源多數(shù)地下鹵水含少量硫，其含量范圍從幾十到幾千ppm，硫幾乎總是呈硫酸鹽狀態(tài)存在，而不是呈形成硫化物礦床所需的還原硫狀態(tài)存在。要使鹵水中還原硫含量增加，一般有兩種途徑：把鹵水中已有的某些硫酸鹽還原為硫化物，這可通過(guò)鹵水中其它組分，如甲烷的作用來(lái)逐步實(shí)現(xiàn)，甲烷可將硫酸鹽還原為H2S，或者鹵水在其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與某一還原營(yíng)力，如與石油相遇，從而是硫酸鹽還原；增加鹵水中的外加還原硫，這可通過(guò)細(xì)菌對(duì)硫酸鹽的還原作用，石油的熱降解以及石油與無(wú)菌硫酸鹽的還原作用來(lái)達(dá)到。從硫同位素看，MVT礦床的硫同位素比值很寬，一般認(rèn)為歸因于使硫還原的細(xì)菌作用。但這不會(huì)改變硫的地殼成因，最終是海水成因的結(jié)論。（二）搬運(yùn)形式與驅(qū)動(dòng)力在盆地中，由于壓實(shí)作用的水壓差，間隙流體從地層中被擠壓出來(lái)，這些溶液沿最容易滲透的通道上升?？v橫交錯(cuò)的天然通道系統(tǒng)能使大量流體遷移，一旦遇到像砂巖或具有巖溶或破碎帶的灰?guī)r等滲透性強(qiáng)的地段，溶液就會(huì)流動(dòng)相當(dāng)長(zhǎng)的距離。這些海水能否搬運(yùn)金屬取決于鹵水中還原硫的含量，而金屬在含還原硫較多的溶液中的溶解度是相當(dāng)?shù)偷?。所以，一種溶液在1000C時(shí)，是不可能既搬運(yùn)大量金屬又搬運(yùn)大量還原硫而形成礦床的。溶液要么攜帶大量的金屬，要么攜帶大量的還原硫，往往不可能兼而有之。金屬在這種溶液里主要是呈氯化物或有機(jī)絡(luò)合物形式被鹵水?dāng)y帶的。這種運(yùn)移的驅(qū)動(dòng)力和運(yùn)移型式有待深入探討，目前研究看，初期成巖壓實(shí)作用應(yīng)是主要驅(qū)動(dòng)力之一。其它可能包括滲透作用、粘土化的脫水作用，或由于溫度升高引起水膨脹等。（三）沉淀機(jī)制MVT礦床大多賦存在碳酸鹽巖中，并且廣泛與碳酸鹽巖局部溶解帶和坍塌帶伴生，常與巖溶有關(guān)。碳酸鹽巖中這些開(kāi)放空間既便于流體運(yùn)移，也可為大量硫化物沉積提供空間，因此碳酸鹽巖層不僅構(gòu)成盆地脫水的最佳通道，也是礦石的最好容礦巖層。MVT礦床產(chǎn)出位置示意圖混合機(jī)制關(guān)于硫化物從鹵水沉淀出來(lái)的原因可能是pH值變化、冷卻作用、稀釋作用和還原硫增加。加拿大G.M安德森研究認(rèn)為，攜帶金屬的溶液與攜帶硫的溶液不是同一種溶液，而是兩種溶液。攜帶金屬的溶液與碳酸鹽一致，偏堿性；而攜帶硫的溶液偏酸性，礦石沉淀在兩種溶液混合的地段。因此，MVT礦床成礦的基本模式是：Pb、Zn以Cl的絡(luò)合物形式搬運(yùn)，H2S呈氣態(tài)，二者在同一地段出現(xiàn)，但不一定同時(shí)，可能有先后，兩者相遇，絡(luò)合物不穩(wěn)定，就沉淀出PbS和ZnS：(Pb、Zn)Cl2（液態(tài)）+H2S（氣態(tài)）—PbS或ZnS當(dāng)然，兩種溶液來(lái)自何處，怎么成礦，仍有很多爭(zhēng)論。還原沉淀機(jī)制成礦金屬以氯配合物和/或有機(jī)配合物和/或硫代硫酸鹽配合物形式存在于流體中，在富含有機(jī)質(zhì)的成礦部位還原硫酸鹽，引起硫化物沉淀。硫酸鹽可以隨同成礦流體一起遷移而來(lái)，也可以是成礦部位的硫酸鹽被就地還原。硫酸鹽的還原是此模式的關(guān)鍵。密西西比河谷型礦床成礦流體中及成礦部位的有機(jī)質(zhì)數(shù)量少，難以對(duì)成礦產(chǎn)生顯著的影響。在成礦部位，無(wú)機(jī)質(zhì)作為還原劑的效能，使硫化物沉淀所用的時(shí)間也不能滿足成礦的需要，且眾多密西西比河谷型礦床成礦部位中可用作還原劑的無(wú)機(jī)質(zhì)(如低價(jià)狀態(tài)的變價(jià)元素)在量上并不豐富。四、成礦環(huán)境與成礦條件

1)MVT礦床在空間上基本分布于古老克拉通的邊緣或內(nèi)部。有些則產(chǎn)于裂谷環(huán)境中，如Canning盆地。2)MVT礦床一般與構(gòu)造碰撞和/或裂谷活動(dòng)(多離礦床較遠(yuǎn))有關(guān)，這不僅可以從地質(zhì)、其它地球化學(xué)特征上得到支持，而且就近年測(cè)得的可靠成礦年齡來(lái)說(shuō)，北美MVT礦床一般與造山活動(dòng)有關(guān)。如上密西西比河谷地區(qū)MVT鉛鋅礦床與Alleghenian/puachita造山活動(dòng)；東堪薩斯Jumbo礦床與Appalachian/Ouachita造山活動(dòng)有關(guān)；Polaris礦床與Ellesmerian造山活動(dòng)有關(guān)；東田納西Coy和Irnmel礦床與Acadian造山活動(dòng)有關(guān)；愛(ài)爾蘭中部平原Gortdrum礦床與原始大西洋封閉晚期有關(guān)；Canning盆地的MVT礦床是裂谷環(huán)境的產(chǎn)物。沉積巖中的鉛鋅礦床綜合模式（ModelbyGoodfellowetal.,1993）3)MVT礦床主要賦存于厚的碳酸鹽巖(主要為白云巖)建造中，具明顯的巖控特征。4)MVT礦床在空間和成因上往往與高的基底(basementhigh)有關(guān)；或直接產(chǎn)于基底中。5)人們?cè)?jīng)一度認(rèn)為MVT礦床與主巖的沉積相(變)有關(guān)，受主巖形成時(shí)的巖相古地理控制，ViburnumTrend和PinePoint等礦區(qū)可以說(shuō)是這種觀點(diǎn)的經(jīng)典實(shí)例。然而現(xiàn)在經(jīng)過(guò)仔細(xì)的工作發(fā)現(xiàn)，在前者幾乎沒(méi)有礦體產(chǎn)于礁體中，相反，礦體多產(chǎn)于滲透性較好的白云巖中和礁體周圍，在PinePoint和東田納西，礦體多產(chǎn)于溶蝕角礫巖中。與其說(shuō)MVT礦床受沉積相(變)等控制，不如說(shuō)受主巖的可滲透性控制(為成礦流體運(yùn)移及成礦物質(zhì)沉淀提供了有利空間部位)。在MVT礦床研究中由于一直缺少對(duì)控礦構(gòu)造(主要為斷層、斷裂)和成礦后構(gòu)造的區(qū)分，才致使人們把過(guò)多的注意力轉(zhuǎn)移到MVT礦床與主巖地層沉積相(變)的關(guān)系上，從而產(chǎn)生了誤導(dǎo)。MVT型碳酸鹽巖容礦的鉛鋅礦床成礦條件示意圖MVT型礦床的形成多與碰撞造山活動(dòng)關(guān)系密切，如密西西比河谷地區(qū)MVT型礦床與Alleghenian造山運(yùn)動(dòng)有關(guān)（Brannon1992），愛(ài)爾蘭中部的Gortdrum礦床與原始大西洋的封閉成陸有關(guān)(Duane,1986)。其賦礦圍巖主要是未變質(zhì)較純的厚層淺水碳酸鹽巖系，以白云巖為主，灰?guī)r次之，具有明顯的巖控特征。區(qū)域控礦構(gòu)造從比較平緩的巖層到前陸褶皺和逆沖推覆構(gòu)造都有，而碳酸鹽巖中的斷裂系統(tǒng)、不整合面和喀斯特等構(gòu)造是主要的控制礦體產(chǎn)出的次級(jí)構(gòu)造。礦化集中區(qū)主要發(fā)育在前陸盆地與穹隆的過(guò)渡部位1.礦床(a·三州交界地區(qū),b·密蘇里州中部地區(qū),c·維伯納姆地區(qū),d·老鉛帶,e·阿肯色州北部地區(qū));2.沉積盆地;3.褶皺帶;4.推測(cè)的流體流向美國(guó)中部地區(qū)密西西比型鉛鋅礦床的分布和前陸盆地與造山帶的關(guān)系(據(jù)Plumlee等,1994)美國(guó)中部地區(qū)，尤其是歐扎克(Ozark)隆起區(qū)內(nèi)的礦床，主要形成于古生代末的阿勒格尼(Alleghanian)造山運(yùn)動(dòng)(320-250Ma)期間，造山運(yùn)動(dòng)形成了沃希托山脈，使造山帶與阿科瑪(Arkoma)和黑沃爾(BlackWarrior)前陸盆地(圖)之間產(chǎn)生了巨大的地形高差。使大氣降水從南部的造山帶一側(cè)下滲到Lamotte砂巖(透水層)之后，在重力梯度的驅(qū)動(dòng)下向北部的前陸盆地流動(dòng)。在這一過(guò)程中流體從地層中淋濾出成礦物質(zhì)，并獲得熱量而成為含礦熱液。當(dāng)這些熱液到達(dá)盆地另一側(cè)時(shí)，由于含水層的尖滅或被斷層破壞流體釋放出成礦物質(zhì)而成礦。也有人認(rèn)為在阿勒格尼運(yùn)動(dòng)期間，構(gòu)造應(yīng)力為成礦流體的流動(dòng)提供了驅(qū)動(dòng)力，即在造山作用所引起的擠壓應(yīng)力下，成礦流體從造山帶一側(cè)向前陸盆地流動(dòng)，并在盆地的北緣成礦。在揚(yáng)子陸塊西部，以沉積型為主中部以巖漿改造形成的SK型Pb、Zn為主東部為構(gòu)造熱液型PbZn礦五、揚(yáng)子陸塊及其周邊的沉積—改造型鉛鋅礦床揚(yáng)子地臺(tái)隆起區(qū)周圍鉛鋅礦化集中區(qū)分布圖漢南隆起

馬元地區(qū)鉛鋅礦產(chǎn)于碑壩穹隆周緣燈影組白云巖中，可分為南、東、北三個(gè)鉛鋅礦（化）帶。成礦帶主體由震旦系燈影組白云巖組成，鉛鋅礦化集中產(chǎn)于燈影組上亞組第三巖性段礫屑白云巖中；成礦帶規(guī)模大，產(chǎn)出層位穩(wěn)定。礦帶內(nèi)鉛鋅礦化具有分段富集的特點(diǎn)。在斷裂構(gòu)造和角礫巖發(fā)育（角礫巖帶厚度大、角礫含量增高）且瀝青、重晶石化較強(qiáng)地段，鉛鋅礦化相對(duì)富集。川滇黔多金屬成礦區(qū)川滇黔多金屬成礦區(qū)位于揚(yáng)子地塊西南緣,包括黔西北、滇東北、川南部分地區(qū),是中國(guó)重要的鉛、鋅、鍺、銀產(chǎn)地之一,其中包括銀廠坡、麒麟廠、金沙廠和會(huì)理、會(huì)東一帶400多個(gè)大、中、小型礦床及礦點(diǎn)。其中大中型鉛鋅礦床十余處，儲(chǔ)量近千萬(wàn)噸。該多金屬成礦區(qū)與陸相峨眉山玄武巖的分布范圍基本一致,但賦礦層位全部為不同時(shí)代（震旦系至二疊系）的碳酸鹽巖,為比較典型的密西西比河谷型(MVT)鉛鋅礦。川滇黔地區(qū)主要鉛鋅礦床分布圖(據(jù)駱耀南,2002)川滇黔多金屬成礦區(qū)在大地構(gòu)造位置上處于揚(yáng)子地塊曲靖臺(tái)褶帶西北部。該地區(qū)在太古宙—中元古代形成了以中—低變質(zhì)巖為主的褶皺基底，晉寧運(yùn)動(dòng)以后，本區(qū)開(kāi)始了被動(dòng)大陸邊緣演化階段(張?jiān)葡妫?988)。震旦紀(jì)至三疊紀(jì)總體上處于拉張狀態(tài)，屬于地裂發(fā)展旋回。晚震旦世開(kāi)始，由于古上揚(yáng)子海的不斷海侵，該區(qū)出現(xiàn)了一個(gè)廣闊的淺海臺(tái)地，形成了一套以震旦系碳酸鹽巖為主的沉積地層。鉛鋅礦床(點(diǎn))分布在NS向安寧河線性斷裂帶。震旦系碳酸鹽巖為主要賦礦地層。鉛鋅礦體多呈脈狀、似層狀、透鏡狀、扁豆?fàn)?、囊狀產(chǎn)于白云巖中。

滇川黔地區(qū)密西西比型鉛鋅礦床成礦模式圖1.海盆；2.碳酸鹽巖地層；3.地幔；4.熱鹵水；5.大氣降水；6.侵入巖；7.礦體；8.斷層。構(gòu)造環(huán)境：古特提斯洋向揚(yáng)子克拉通的俯沖，碰撞帶后相對(duì)伸展盆地。區(qū)域性斷裂及次一級(jí)斷裂是成礦物質(zhì)運(yùn)移的主要通道。斷裂的長(zhǎng)期活動(dòng)及不斷深切，為深部熱源和含礦熱鹵水的運(yùn)移提供了良好的通道；以碳酸鹽巖為主的巨厚局限性盆地沉積相，為礦質(zhì)沉淀提供了有利的場(chǎng)所。早燕山期大規(guī)模的推覆和褶皺作用影響下，引發(fā)了大規(guī)模的熱鹵水運(yùn)移、循環(huán)，尤其是下行的大氣降水與深層鹵水的混合，使流體在運(yùn)移過(guò)程中，發(fā)生了壓力、體積、溫度、組分以及pH值，Eh值等化學(xué)條件的改變，從而導(dǎo)致含礦流體中的Pb、Zn從溶液中沉淀下來(lái)。礦體的最后定位與后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造作用有關(guān)?？氐V因素裂陷沉積：以川西和滇