Question

不同类型矿床地质特征及成矿环境

Answer 1

一、Primitive型

原始型块状硫化物矿床是最古老、最原始的火山喷气成因块状贱金属硫化物矿床，它以富含铜或锌，或者两者兼有为特征。该类矿床只含微量的铅，但一般伴生金和银。在富锌的硫化物中相对富银，但富铜的矿床则含金较富。

容矿火山岩系成分变化范围广泛，从以基性玄武质岩石为主到以酸性流纹质火山岩为主。火山岩从分异良好的拉斑玄武岩系到钙碱性火山岩系。但无论火山岩系成因如何，这些火山熔岩具有明显连续沉积的特点，整个厚度可达12km。在这些含矿火山岩系之下的基底，一般是由镁铁质构成的稳定地块，主要为玄武质成分，它们很可能由于沿深部断裂产生的裂隙喷发作用形成的。与成矿区火山岩共生的沉积岩是未成熟的硬砂岩和火山碎屑岩，以及化学沉积岩(如燧石岩、含铁建造各种相)。从含矿火山岩系和矿床沉积的构造环境看，可以见到铁镁质到长英质的不同成分火山岩空间上共生，并且明显属于两个或更多构造旋回的产物，这代表一种大规模火山作用的特征，属大地构造旋回最初阶段的产物，矿床则明显产于经受了同构造变形的深凹陷盆地中。

原始型锌-铜块状硫化物矿床主要在太古宙产出，如加拿大地盾苏必利尔构造省基韦廷绿岩带中最大的贱金属块状硫化物矿床。这种原始型锌-铜块状硫化物矿床，在显生宙早期的造山带亦可出现，如在加利福尼亚西沙斯塔地区泥盆纪火山岩中产出的块状硫化物矿床。但需要指出的是，在显生宙早期造山带形成的原始型块状硫化物矿床，较前寒武纪的矿床无论在规模和数量上都小得多。迄今，在显生宙晚期还没发现原始型块状硫化物矿床的很好实例。

原始型或称铜-锌型块状硫化物矿床的典型剖面由上向下为:最顶部层状硫化物含铁建造，向下为块状黄铁矿和块状闪锌矿;再向下是条带状黄铜矿，最下部为网脉状矿石和枕状熔岩边缘的细网脉状矿石。含矿岩层的顶板常为燧石层或沉积岩层，构不成矿体，含矿层底板则为蚀变的火山岩系。块状硫化物矿体内部各矿层之间，以及与上、下盘岩层之间，地质体彼此为截然的接触界线。

在块状硫化物矿床的下部，常形成网脉状和细脉状矿体。这些细网脉状矿体一般在同生流纹质火山岩中产出。矿石矿物主要为黄铁矿和黄铜矿。在矿体底板的枕状基性火山熔岩内，或在枕状熔岩间隙，有时也形成脉状和网脉状矿体，并可构成工业矿体。在过冷却条件下，枕状熔岩边部常形成玻璃质，这一过程使铁无法在硅酸盐结构中继续保持平衡，而呈固溶体形式析出。当从下部上来的溶液通过岩石时，与枕状熔岩边缘的铁和铜结合生成黄铁矿和黄铜矿，形成的硫化物沿枕状火山熔岩的边缘分布。

细网脉状矿体之上，主要形成块状、条带状含铜黄铁矿。黄铜矿和磁铁矿常构成条带状矿石，含铜可高达25%，是构成块状硫化物矿床的主体。最上部是由黄铁矿和闪锌矿组成的块状或条带状矿石，有时亦出现条带状燧石层。当矿石中条带状构造发育时，构成硫化物含铁建造，它代表着化学沉积岩的特征。当矿石主要由块状黄铁矿和块状闪锌矿构成时，可含锌高达30%，铜达5%。

另一个重要的地质特征是，由于强烈的爆破作用，使块状硫化物矿体破碎，并在矿体附近或矿体顶部形成角砾状矿石或角砾岩。这些角砾一般呈现明显棱角状，表明是在块状硫化物矿体固结成脆性体后形成的碎屑。砾石中常出现块状黄铁矿和块状闪锌矿，对这种矿石的成因起先人们无法理解。为什么有些角砾全是闪锌矿，而有些全是黄铁矿呢?当时认为是交代作用的结果。事实上，它是矿石形成后爆破作用产生的角砾岩。

二、Kuroko型

第二类矿床为“多金属”型或称“黑矿”型富锌-铅-铜的块状硫化物矿床。该类矿床一般在比较浅的克拉通盆地形成，氧化程度相对较高，伴生的沉积岩中碎屑岩数量有所增加，这些碎屑岩主要来自克拉通，并且富含碳酸盐和硫酸盐。这些盆地在沉积过程中明显地受张裂作用控制，火山岩一般具有玄武岩-流纹英安岩“双峰”式组成特征。与原始型火山岩相比，这种矿床火山岩系更富硅-铝质，突出特征是伴生的碎屑岩石和含石英的斑状岩石比较丰富。

这类矿床以富含铅、锌为特征，含有少量的铜，并且伴生组分银较金更重要。在较老矿床中脉石矿物以富含碳酸盐为特征，而在较年轻的矿床中，脉石矿物中硫酸盐相对富集，如层状石膏-硬石膏、重晶石等。从整体上看与该类矿床相伴生的火山岩系，较“原始型”矿床更富长英质，玄武岩一般很少与矿体共生，只在矿体下盘深部产出。与矿体直接共生的火山岩主要是中性和长英质火山岩，以及斑状次火山岩、角砾岩和各种火山碎屑岩。火山岩主要属钙碱性火山岩系。

与该类矿床相伴生的火山岩爆破作用明显，这种作用形成于浅部地下，并形成穹状中心。浅成流纹质岩穹由长英质熔岩和斑状次火山岩构成，它们是这种火山作用的主要代表产物。在火山-沉积作用过程中，产生的外碎屑沉积作用较之“原始型”铜-锌矿床要更加广泛和强烈。结果，该类矿床中的碎屑沉积岩的数量远远超过了化学沉积岩(如燧石和含铁建造)，以及火山碎屑沉积岩等，这种火山爆发碎屑岩的广泛出现则代表一种浅海相的环境。

该类矿床代表着活动陆缘构造环境火山作用的产物，但较“原始型”铜-锌矿床，明显形成于活动陆缘发育的更晚期阶段，其火山作用的明显构造特点是:伴随火山穹及克拉通边缘地区的塌陷作用，形成特定的沉积环境。结果使浅水物质和以火山作用形成的产物在凹陷槽内一起堆积。当外力碎屑沉积岩和火山碎屑沉积岩广泛出现时，代表着一种浅海相环境。当然，该类矿床也可在深海盆地形成。因此，在矿床形成的地区常可见到砂岩、页岩、灰岩及白云岩等沉积岩，并且出现重要的硫酸盐。当硫酸盐出现时，表示矿床形成于更加氧化的环境，但在深海区则为还原环境。

黑矿型矿床的另一个特点是，在块状硫化物矿体上部没有含铁建造硫化物相，但在整个硫化物矿层之上可以出现铁含量较高的含铁建造。两者空间上紧密共生，但具有截然的接触界线。

从成矿时代特点看，这种类型的矿床在古元古代以前没有出现，主要产出在中元古代以后。但矿床形成的最重要时期是显生宙。如加拿大奥陶纪的巴瑟斯特矿床、日本第三纪的黑矿矿床等。

三、Cyprus型

塞浦路斯型块状硫化物矿床亦称之为“含铜黄铁矿”型矿床。该类矿床的基本特征是以铜为主，含少量的锌，基本不含铅。伴生的金相对于银较其他类型块状硫化物矿床更高。该类矿床形成的地质背景目前还有争议。

该类矿床形成于明显受洋壳的裂谷作用和大洋扩张中脊裂谷系统控制的深海盆地环境。容矿岩石主要由大洋壳岩石组成，主要为超镁铁质火成岩、枕状玄武质熔岩和岩墙及安山岩等，其上覆盖少量深海沉积的沉积岩，整个火山-沉积岩石组合构成蛇绿岩套。块状黄铜矿-黄铁矿透镜状矿体产在深海海底裂隙喷发作用形成的玄武质枕状熔岩中。与现代大洋中脊裂谷系统比较，这些熔岩相当于现代大洋拉斑玄武岩。与其他火山喷气成因块状硫化物矿床不同的是，与该类矿床共生的火山岩系，长英质火山岩极少或缺失。伴生沉积岩主要是化学沉积物，如燧石、含铁化学沉积岩、含锰化学沉积岩。碎屑岩偶见，但有时出现凝灰岩与玻璃质碎屑角砾岩和枕状角砾岩互层。蛇绿岩套火山熔岩岩层厚度较前两类火山喷气成因块状硫化物矿床所伴生的火山岩系的厚度要薄得多。这很可能表明:该类矿床形成于张性地壳裂谷性质的盆地，主要在下降盆地环境形成的矿床，其沉降深度要浅。

矿床主要形成于中生代，且以侏罗纪为主，如塞浦路斯、土耳其、阿曼等国家。近年在红海深处热卤水盆地底部发现的类似胶状，富含金属的沉积物很可能是现代形成的该类矿床的例子。但这些沉积物中较同类型其他矿床具有较高的锌。

黑矿矿体与下伏的基性火山枕状熔岩及上覆沉积岩具有截然的接触关系。块状含铜黄铁矿上覆盖的沉积岩层，主要由泥碳质页岩夹玄武质火山灰组成，呈薄层纹状，其中含有氧化铁和氧化锰。这些岩石属化学沉积岩，块状硫化物矿床上部常呈角砾状，大的块状黄铁矿角砾被其他硫化物基质胶结。下部为块状含铜黄铁矿，铜品位达4%。

该类矿床的底盘岩石一般具有强烈的蚀变。它形成于块状硫化物之前，而上盘岩石往往是形成于块状硫化物之后的沉积物，所以，蚀变极其微弱或不具蚀变。

四、Besshi型

别子型矿床亦称铜-锌黄铁矿型块状硫化物矿床，主要是以日本的Besshi矿床而命名的。其突出特点是:矿床赋存在碎屑沉积岩与玄武岩近于相等的地层层序中，矿床具有明显的沉积特点，并且岩石的变质程度高，容矿岩石几乎全属角闪岩相，硫化物常与角闪岩相岩石互层。而前3种矿床类型则以绿片岩相为主。矿床的地质特点在许多方面介于原始型和含铜黄铁矿型矿床之间。和原始型矿床一样，Besshi型矿床也可以在不稳定的沉降盆地中形成，矿区具有很厚的硬砂岩和火山碎屑岩，并且岩层明显遭受到同造山运动的变形作用的改造。容矿的硬砂岩和页岩，经强烈的变质、变形作用形成片麻岩。另外，Besshi型矿床与含铜黄铁矿相似，也与拉斑玄武质火山岩或深成岩共生，并且同样缺乏明显分异的钙碱性或酸性火山岩。容矿火山岩主要为层状玄武岩或层状辉长岩，经强烈变质作用形成角闪岩相。矿床的成矿地质环境一般都靠近构造交界处，如在洋底与岛弧间，洋底与克拉通间或洋底与大陆壳间。矿体常为层状，形态规则，与围岩整合接触，并且具有明显的接触界线。成矿时代与第三类矿床相似，均在新元古代产出，而古元古代和太古宙不出现。

五、地质环境

所有类型的VMS矿床的共同特征是它们形成于伸展的构造背景中，包括大洋海底扩张和弧环境(图7-3)。在现代海底中正在形成的VMS矿床也是主要形成于大洋扩张的洋脊和弧环境(Herzig et al.，1995)。但是在地质记录中，VMS矿床主要形成于大洋和大陆初生弧、裂谷弧和弧后环境(Allen et al.，2002;Franklin et al.，1998)，这主要是因为在与俯冲有关的地质活动中，很多古代大洋海底是俯冲板片的一部分，因此，很少有完整的蛇绿岩套作为俯冲洋壳的残留物保存下来。

在古老的增厚地壳的沉陷过程中，常常沿转换断层缝合带发育初生或者早期的弧裂谷(Bloomer et al.，1995)。在大洋弧的底部古老岩石中，很容易看到这些早期超俯冲地体。在这些地方，VMS矿床主要与孤立的厚层玄武岩和玄武质安山岩系列顶部的侵入流纹质杂岩有密切的空间关系。在加拿大，以双峰式铁镁质岩为主的火山口环境的典型例子是Manitoba Snow Lake地区赋存于古元古代岩石中的Stall和Rod VMS矿床(Bailes et al.，1999)。太古宙的KiddCreek矿床所处的科马提岩-玄武流纹岩环境，被认为是与下伏的地幔柱有关的早期原始弧环境(Wyman et al.，1999)，或者是与地幔柱上方的岩石圈的部分熔融有关的非弧环境的VMS矿床(如冰岛)环境。同样，处于KiddMunro科马提岩中的富镍的Potterdoal块状硫化物矿床是另外一个罕见的与科马提岩有关的VMS矿床。

图7-3 VMS矿床形成的地球动力学背景

在弧地体的理想演化过程中，初始弧的伸展时期是VMS矿床形成的一个重要时期。这个时期，形成双峰式铁镁质岩系列占优势的火山口。这是洋弧环境中最有利于VMS矿床形成的弧环境。以双峰式铁镁质岩石为主的火山口环境的VMS矿床主要有太古宙的Noranda和古元古代的FlinFlon矿区。与之相比，大陆边缘的裂谷环境有利于形成富火山碎屑双峰式长英质岩石的伸展环境。最有名的例子是加拿大太古宙Wabigoon地体的Sturgeon Lake地区(Whalen et al.，2004)，以及大不列颠哥伦比亚Wrangellia地体中加里东期的Buttle Lake VMS矿区(Barrett et al.，1996)。另外的例子还有瑞典的古元古代Skellefte矿区和坦桑尼亚寒武纪Mount Read VMS矿床，它们都形成于大陆边缘弧环境。大洋和大陆边缘弧的进一步伸展形成弧后盆地。在大洋弧环境，成熟的弧后蛇绿岩也可以赋存VMS矿床，如加拿大古元古代的Birch-Flexar-Coronation矿区、塞浦路斯、阿曼和土耳其特提斯蛇绿岩。

世界上最有经济意义的VMS矿床主要发育于大陆弧后背景，这些地区岩石主要以双峰式硅质碎屑铁建造为主，如加拿大的New Brunswick(van Staal et al.，2003)、西澳大利亚的太古宙Golden Grove(Sharpe et al.，2002)，以及俄罗斯乌拉尔地区等(Herrington et al.，2002)。

在汇聚伸展背景或者继承弧环境，汇聚的大洋-海底弧所引起的地壳增厚导致俯冲板片下降角度的改变以及沿板块边界俯冲作用的停止或者碰撞板块方向的改变(Ziegler，1992;Hamilton，1995)，从而在古老弧中形成走滑盆地。值得注意的是，与这些继承弧盆地有关的岩浆作用可能与斑岩成矿系统有关。这些盆地主要沉积水下和陆相的双峰式火山岩，因此有可能产生多种类型矿床的成矿作用，包括VMS矿床和浅成低温矿床。最著名的实例是大不列颠哥伦比亚地区下侏罗系Hazelton组，它是Eskay Creek富AuVMS矿床的围岩(Barrett et al.，1996，Nelson et al.，2004)。当这些走滑断层系统在大陆边缘环境发育的过程中，如现代加利福尼亚海湾Guaymas盆地，走滑盆地开始沉积陆源沉积物，形成硅质碎屑岩作为VMS矿床的围岩，如三叠纪的大不列颠哥伦比亚的WindyCraggy和阿拉斯加的Green'sCreek矿床(Peter et al.，1999)。这些矿床属于Besshi类型的矿床。另外一些产于硅质碎屑岩中的VMS矿床是沿现代沉积海底扩张系统分布，如Middle Valley(Goodfellow et al.，1999)。