层控热液矿床

层控热液矿床一、概述：在自然界除上述与岩浆明显有关的热液矿床外，还有相当一部分与岩浆活动无直接关系的热液矿床，它们主要产在沉积岩地区，矿石建造与沉积岩类型和岩性有密切的相关性，我们暂统称其为层控热液矿床。如卡林型金矿、密西西比河谷型（ＭＶＴ）铅锌矿、喷流沉积型（ＳＥＤＥＸ）铅锌矿、砂页岩型铜矿、砂岩型铀矿、黑色碎屑岩型金矿和金、铂矿以及碳酸盐岩中的汞锑矿床、水晶矿床等。二、形成的条件及作用这类矿床主要产于地壳浅部和表层，包括造山带的地热异常和断裂、裂谷带内的地热异常区。同时，地热增温率也是成矿所需热能的一个经常来源。构造运动形成的各种断裂、裂隙、孔隙空洞常是热液运移的通道及矿石堆积的场所。各种地层和岩性，既可是这类热液矿床的矿石物质来源（矿源层），又是矿石的堆积地（储矿层），热液总是通过与岩石的相互作用（化学的、物理的）以交代或充填的方式而将有用组分聚集起来的。层控热液矿床的形成温度较低，一般在２００～５０℃之间，过去一般将这类矿床归入低温热液矿床或远温热液矿床。主要的金属矿产有Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｈｇ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｕ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｔｌ等。非金属矿产有水晶、冰洲石、石棉、蛇纹石、重晶石等。层控热液矿床的成矿作用有下列几种：压实热液作用岩石在压实过程中，岩层中的孔隙水受压而被释放出来。如原为海相沉积物在成岩压实过程中，可释放出以卤化物为主的热卤水。在这些热液的作用下，可形成后生的金属和非金属矿床，如某些泥质岩中的铅锌矿脉可能是这种成因造成的。下渗水环流热液作用下渗水沿断裂、裂隙带循环过程，经过加温，能使围岩中有用组分活化转移，并在有利的岩相岩性条件下，通过沉积作用或充填交代作用富集成矿，如卡林型金矿、ＭＶＴ型铅锌矿床、ＳＥＤＥＸ型铅锌矿床等。热泉堆积作用一般发生在年轻和正在进行矿化作用的地区。热泉水基本上是大气降水，一般含有较高的Ｈｇ、Ａｓ、Ｆ等元素。侧分泌作用指成矿组分从附近围岩中被析出。热液可能是大气降水、原生水，或结晶时的释放水。矿质被热液带到附近地层岩石中沉淀富集成矿。近年研究表明，层控热液矿床主要由下渗环流的地下水、海水热液等形成，主要产生在大陆地区和海洋环境。在大陆边缘及海洋的岛屿地区，也有下渗的海水与地下水相混合。循环热液作用在大型、超大型热液矿床（如卡林型金矿、ＭＶＴ型铅锌矿床、ＳＥＤＥＸ型铅锌矿床等）形成中起主要作用。三、层控热液矿床的特点层控热液矿床的特点如下：矿床受地层、岩性（岩相）控制矿床常产于一定时代的地层层位中。矿体常集中在某些岩性地段，主要的赋矿层位有：①海相、湖相碳酸盐岩，往往与白云质碳酸盐岩和礁相杂岩有联系；②红色碎屑岩系中的浅色带及其接触带；③黑色页岩。矿体受构造控制明显岩层的层间构造带、褶皱、断裂及裂隙对成矿有利。多为二向至三向延伸的矿体矿床在空间上沿一定层位呈带状展布，呈凸镜状、囊状或脉状。矿石成分简单矿石的矿物成分简单，除矿石矿物较富集外，其他与围岩成分相似。脉状矿体中矿物颗粒较粗大，并呈带状分布，有时晶体生长完好。围岩蚀变较弱主要有硅化、碳酸盐化、粘土化、钠长石化、重晶石化等。形成深度在浅部一般小于１.５ｋｍ，压力在（３～５）×１０７Ｐａ以下，温度在２００～５０℃之间。四、层控热液矿床的主要类型及特征（一）喷流沉积（ＳＥＤＥＸ）型铅锌矿床喷流沉积型铅锌矿床分布较广，遍及世界各大洲。其主要特征如下：成矿时代及构造环境成矿时代主要为中元古宙（１７亿～１４亿年）和古生代早中期（４.５亿～３亿年），许多ＳＥＤＥＸ型矿床是经过变质的。ＳＥＤＥＸ型矿床主要形成于拉张的构造环境具体构造背景是受裂谷控制的克拉通内或其边缘的沉降盆地或拉张的断裂坳陷带、地堑。容矿岩石主要为细碎屑岩（页岩、粉砂岩），以及部分碳酸盐岩。这些容矿岩石有３个特点：一是颗粒细，有大量的细粉砂级或粘土级的碎屑物质；二是碳酸盐、二氧化硅、黄铁矿（或磁黄铁矿）和有机质含量较高；三是具有板状劈理和沿层理裂开的特征。另外，该类矿床的容矿岩石中往往夹有细粒层凝灰岩。矿床特征喷流沉积型矿床一般情况下由上、下两部分构成，即上有层状矿体，下有脉状或网脉状矿化（体）。矿床上部常由一个或多个层状、似层状或透镜状硫化物矿体组成，层位稳定。矿床受后期构造强烈改造可使矿体与围岩发生同步褶皱变形。矿体厚度可达几十米，侧向延伸可达２０００ｍ以上。这种层状矿体往往有分相特征。矿石构造在层状矿体中，矿石具非常发育的沉积构造：条带状构造、纹层状构造、粒级层理、韵律层和软沉积滑动变形构造。成岩期形成的梯状脉（亦称砖墙状构造）常见。矿石矿物组成矿床的矿石矿物以简单硫化物为主，有黄铁矿、磁黄铁矿、闪锌矿、方铅矿和少量黄铜矿，有时可见白铁矿和毒砂。矿化分带具有明显矿化分带。同生断层作为热卤水的主要通道和成矿物质的补给带。从补给带向上和向外，随着物理化学条件的变化出现金属分带现象：从断裂带由内向外呈现Ｃｕ－Ｐｂ－Ｚｎ－Ｂａ－Ｆｅ分带；从深部至浅部呈Ｃｕ－Ｚｎ－Ｐｂ－Ｂａ－Ｆｅ分带。目前关于ＳＥＤＥＸ型矿床的成矿模式主要有两种：盆地压实卤水模式和海底热液对流模式。前者认为形成ＳＥＤＥＸ型矿床的流体和金属都是在盆地沉积物压实过程中由于地热增温等原因从厚层沉积岩堆中释放出来的。由可膨胀粘土矿物向非可膨胀粘土矿物及云母类矿物转变并伴随有大量金属析出。这种转变温度在９５～１３０℃之间，显然地热增温能否达到这个温度区间则十分重要。假设地温梯度为３５℃／ｋｍ，这就要求含矿岩以上的盖层有３ｋｍ厚。但实际上许多ＳＥＤＥＸ型矿床这种盖层的厚度均小于３ｋｍ。与盆地压实卤水模式不同，许多研究者认为ＳＥＤＥＸ型矿床形成于海底热液对流系统中。所有ＳＥＤＥＸ型矿床都以矿床所在处海底发生特殊的塌陷作用为特征，这是由于地壳上部强烈张应力作用的结果。在张性应变条件下使地壳形成了大量微裂隙，这显著提高了岩石的可渗透性，这就使相对低温状态下的流体能发生对流循环。通过对一些典型矿床的研究，将对流系统的流体演化分为３个阶段：早期低温阶段，流体同地壳矿物之间未达到平衡，亦未完全被还原，只有Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｎ和部分Ｓｉ被溶解。有少量Ｐｂ、Ｚｎ矿化。在中期阶段，当对流系统下降，温度增高为２００℃时，流体同黄铁矿达到了平衡并更富有活力，此时因氧化条件太低铜不能明显溶解。含盐海水因与长石和粘土矿物的反应而被改造，由于Ｍｇ２＋的加入形成了斜绿泥石，Ｋ＋和Ｈ＋被释放出来。Ｈ＋占据了矿物中Ｚｎ、Ｐｂ的位置，贱金属则以氯化物络合物被溶液带走，并在适当部位沉淀形成Ｐｂ－Ｚｎ和黄铁矿矿石。在晚期阶段，在理想的最佳条件下，直到对流核到达底部为止，流体的温度将继续升高（＞２９０℃），体积将继续增大，这时Ｐｂ、Ｚｎ、Ｈ２Ｓ、甚至Ｃｕ的溶解度都提高了。在这种情况下形成的Ｐｂ、Ｚｎ矿体规模大，并且向着地层层序的上部铜含量增高。（二）密西西比河谷型（ＭＶＴ）铅锌矿床.本类矿床是世界铅锌矿中的最主要类型。美国密西西比河谷型铅锌矿床，简称ＭＶＴ型铅锌矿床，即是以广泛分布于美国中部寒武纪至石炭纪碳酸盐建造中的许多巨大的铅锌矿床而得名。ＭＶＴ型矿床规模不等，金属量（Ｐｂ＋Ｚｎ）从几千吨到几百万吨，并且一般成群成带分布。ＭＶＴ型铅锌矿床的主要特点如下：含矿建造矿区范围很大（矿化面积可达几百平方千米），大多赋存于一些大型盆地（通常在盆地的边缘或盆地之间）的未变质岩层内，矿床主要赋存于厚的碳酸盐岩（主要为白云岩）建造中，尤其是白云岩及少部分与其共生的砂质或泥质岩，受一定的层位控制，具明显的层控特征。矿石大多以开放空隙充填方式形成，具后生成矿特征。除少数矿床产于前寒武系外，主要赋存在除志留系以外的古生界至中生界的地层中。矿体与矿石特征矿化最富的地段，是靠近沉积盆地的边缘，邻近穹窿状隆起区、生物礁，岩相变化的接触带，尤其是地层不整合面及其附近的不同成因的角砾带、断裂裂隙带等处。矿体大多呈层状、似层状，部分呈脉状。矿化稳定，规模巨大。矿石成分简单，金属矿物主要是方铅矿、闪锌矿，其次是黄铁矿、白铁矿及少量黄铜矿。非金属矿物主要有白云石、重晶石、萤石、方解石等，有时含菱铁矿、铁白云石及非晶质二氧化硅。矿石多具浸染状、细脉状构造，有时有层纹状和角砾状构造。矿石中Ｐｂ、Ｚｎ含量一般较低（大多为低品位矿石），绝大多数的锌高于铅，同时含有Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｇａ和Ａｇ等件生元素成矿溶液成矿温度较低，ＭＶＴ矿床闪锌矿、重晶石、方解石和萤石的流体包裹体均一温度一般为８０～２２０℃，有时可接近３００℃。成矿溶液为含盐度高达ｗ（Ｎａｃｌ）１５％～３０％、富含有机质的Ｎａ－Ｃａ－Ｃｌ型卤水，含少量ＣＯ２及Ｈ２Ｓ。其中闪锌矿包裹体成分有Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋、Ｃｌ－、ＳＯ２－４、Ｂ４Ｏ２－７、ＨＣＯ３－等，总含盐量为２０８０００ｐｐｍ。围岩蚀变不明显，只有白云岩化较普遍。矿区范围内未遭受变质作用，也无火成岩体出露，与岩浆作用没有直接联系。成矿物质来源硫化物的δ３４Ｓ值为＋８０８‰～＋３１３６‰，变化范围较宽，可能归因于使海水硫酸盐还原的细菌作用，这与其年代相近地层中的卤水及该区石油沥青的δ３４Ｓ值相似，这说明硫来源于与蒸发岩或油田水有关的卤水。ＭＶＴ型铅锌矿床成因（１）成矿机理本类矿床成矿金属的迁移形式和沉淀机制，目前主要有三种观点，即混合模式、还原模式和共同迁移模式。混合模式成矿以氯配合物和／或有机配合物形式迁移，和另一富还原态硫的流体混合而沉淀硫化物成矿。通过实验证实，以氯配合物形式可以迁移一定数量的铅和锌，如在１５０℃，ｐＨ＝４５（低于中性值１３），ｍＣｌ－＝３的热液可迁移１×１０－６左右的铅锌。还原模式含成矿金属（以氯配合物和／或有机配合物和／或硫代硫酸盐配合物形式存在）的流体，在富含有机质的成矿部位还原硫酸盐，引起硫化物沉淀。硫酸盐可以随成矿流体一起迁移而来，也可以是成矿部位的硫酸盐被就地还原。共同迁移模式成矿金属以硫氢配合物（ｂｉｓｕｌｆｉｄｅｃｏｍｐｌｅｘｅｓ）形式迁移，在成矿部位，由于ｆＯ２升高，ｐＨ值降低，还原态硫浓度降低，造成硫化物沉淀。以Ｚｎ（ＨＳ）０２（ａｑ）为例予以说明，对沉淀反应ｆＯ２升高，会导致Ｈ２Ｓ（ａｑ）被氧化，浓度降低，并有可能使之转化成为强酸（如硫酸），使ｐＨ值降低；ｐＨ值降低（不仅仅由ｆＯ２升高造成），则导致硫氢配合物失稳；还原态硫浓度降低（除受ｆＯ２影响外，也可由其他因素造成，如体系的开放性引起的Ｈ２Ｓ散失），都促使反应向右进行。（２）成矿流体的驱动力（成矿流体的流动模型）ＭＶＴ矿床在一个地区往往成群成带分布，并具有成因上的联系，故成矿流体的驱动力须满足使成矿流体在到达成矿部位时仍保持相当的温度和速度，并且能和ＭＶＴ矿床的地质和地球化学特征一致。（三）金顶式铅锌矿床金顶式铅锌矿床位于中国云南省西部的兰坪县。矿床位于金沙江－红河大断裂与澜沧江大断裂之间的兰坪中新生代红色碎屑岩盆地之中，矿床处于该盆地北部，次一级的沘江同生断裂之西侧。金顶超大型陆相碎屑岩铅锌矿床位于一个新生代穹窿构造之中，穹窿的中心顶部被剥蚀。环绕这个穹窿由北向东分布着北厂、跑马坪、架崖山、西坡南厂、白草坪、峰子山六个矿段，其中北厂是主要矿段，该矿段金属含量占全矿区８５％以上。矿区的地层由两套系统组成（原地和外来系统）：原地系统由下白垩统虎头寺组（Ｋ１ｈ）长石石英砂岩，古新统云龙组（Ｅｙ，细分为Ｅｙａ、Ｅｙｂ、Ｅｙｃ）红色砂岩、粉砂岩、角砾岩、含沥青灰岩角砾岩、石英砂岩等岩性组成。Ｅｙａ为干旱盐湖相，含有厚大的石膏层。Ｅｙｂ为滑塌角砾岩相和冲积扇相。Ｅｙｂ和Ｅｙｃ为粗粒碎屑岩，角砾岩、砂岩为容矿岩层，共厚１８０～３８０ｍ。Ｅｙａ和Ｋ１ｈ为矿体之底板地层，不含矿。外来系统由倒转的中侏罗统和上三叠统组成，以逆掩断块覆盖于原地系统之上，局部地段的中侏罗统花开左组（Ｊ２ｈ）被矿化。外来系统最厚可达６００ｍ以上。矿体以层状为主，还有似层状、凸镜状、囊状和脉状。依容矿岩性的不同，矿石可以分为角砾岩型矿石和砂岩型矿石。矿床的矿物分带性明显，矿区东部靠近沘江断层，为石膏、硬石膏、层状天青石；向矿区的中西部和浅部则为黄铁矿、闪锌矿、方铅矿。很少有铜的硫化物。Ｚｎ