Question

密西西比河谷型铅锌矿床

Answer 1

一、内容概述

密西西比河谷型铅锌矿床（简称MVT型铅-锌矿），主要指赋存于台地碳酸盐岩中，成因与岩浆活动无关的浅成后生层状铅锌矿床。虽然世界各地都有发现，但主要分布于美国、加拿大和波兰，因其代表地区位于美国中部密西西比河流域而得名。

（一）地质特征

MVT矿床具有以下基本特点：①为热液矿床（50～200℃），大多数介于100～150℃之间。②矿体主要产于沉积盆地白云岩或灰岩地层中，是后生的层控矿床，矿床远离火成活动区或与火成岩没有成因联系。③成矿流体为高盐度卤水。④分布面积大，常沿边缘盆地平行分布，形成MVT成矿区，一般成矿范围达几百甚至几千平方千米，每个地区的铅-锌矿的矿物组成、同位素组成以及组构都具有明显的相似性。各矿体彼此相连，也可有尖灭再现的特征，受断裂控制的矿体的形态和大小变化很大（Alldrick et al.，2005），可从厚度较小的透镜状、囊状、脉状（陡倾裂隙控制的），到厚度较大的筒状矿体。⑤矿物成分简单，主要有闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、白铁矿、白云石、方解石和石英等，在个别矿集区中萤石、重晶石较为发育（Paradis et al.，2005）；蚀变作用有白云岩化、角砾岩化、围岩的溶蚀、长石和黏土矿物的分解和重晶石等；碳酸盐周围的溶解现象，表现为滑动、崩塌、角砾化或几种作用的混合作用等。⑥这种矿床一般规模较小，多数小于200×10⁴t，并且以锌为主，Pb＋Zn品位一般小于10%。近年来取得的进展主要体现在以下几个方面：

1）MVT铅锌矿床研究范围逐渐扩大，在全世界发现了诸多相关矿床，多归为其亚类，例如碳酸盐岩赋矿的氟钡矿床（Genc，2006）。这些亚类的出现使MVT矿床的内涵进一步扩大，是MVT铅锌矿床研究的一大进展。

2）构造环境。MVT铅锌矿床曾被认为是一类与板块构造活动无关的矿床，认为只要存在台地碳酸盐岩就有MVT铅锌矿化的可能。近年来研究认为，大多数MVT矿床与显生宙汇聚事件有关，显示出MVT矿床主要分布在造山带的前陆盆地、逆冲推覆带等构造挤压环境，少数产于陆内伸展环境。Bradley和Leach（2003）认为，MVT铅锌矿床形成于张性区域与岩石圈挠曲有关，或者与大尺度收缩事件期间走滑断层带膨胀有关，多数形成于造山带前陆盆地中，少数在逆冲推覆带中，极少数存在于大陆伸展环境中，改变了MVT矿床与板块构造无关的观点。对于产在逆冲带中的MVT矿床，由于矿化和构造活动顺序不同，矿体可以出现在逆冲断层下方，也可以出现在逆冲岩席中（Bradley et al.，2003）。世界上的MVT 铅锌矿床主要存在于岛弧-大陆碰撞造山带、安第斯型俯冲造山带和陆-陆碰撞造山带3种造山带的前陆中（图1）。

3）放射性同位素测年和古地磁测年技术广泛应用，获得了大量成矿年龄数据。现有测年数据表明，典型 MVT 矿床的形成与地球演化历史中强烈的挤压构造事件密切相关（Bradley et al.，2003）。Leach et al.（2001）总结对比了世界上主要MVT矿床的形成年代，发现全球MVT矿床主要形成于显生宙的泥盆纪—三叠纪早期和白垩纪—新近纪两个时期，从而提出MVT铅锌矿床和全球大尺度收缩汇聚构造之间存在着直接联系，前者与Pangea大陆汇聚相关，后者与阿尔卑斯-拉腊米造山汇聚运动影响的微板块聚合相关，其中泥盆纪—三叠纪早期的 MVT铅锌矿床规模更为宏大，矿床总数大约占全球MVT铅锌矿床的75%。例如，美国中部 Ozark 成矿省为巨大热液系统产物，成矿省的形成就与 Quachita 褶皱带中收缩构造有关（Leach et al.，2001）。

4）流体包裹体研究揭示了成矿流体温度主要为75～150℃，国外报道的最高均一温度来自爱尔兰地区和Rays河地区（超过200℃），盐度 w（NaCl_eq）为10%～30%，成矿流体具有盆地卤水特征，卤水源自近地表蒸发水或围岩蒸发盐，同位素资料反映Pb来自地壳岩石，S来自地壳岩石或沉积物中残留的硫酸盐。成矿流体驱动机制包括构造挤压和重力驱动两种；在50～250℃条件下从稠密的盆地卤水中沉淀形成的（Leach et al.，1993）。

5）MVT矿床普遍存在脉石矿物和矿石矿物成不同序列共生现象，反映出流体活动必定持续相当长的时间（Leach et al.，2001）。MVT铅锌矿床可能分多期形成，如单期热液活动可能持续几千年到几万年，而整个矿床形成可能持续几百万年到十几百万年。Corbella et al.（2004）认为流体混合作用是MVT矿床形成的主要模式，形成了许多碳酸盐溶解特征，并且对矿石的赋存起到了至关重要的作用。

（二）主要成矿模型

控制矿床形成的主要因素有金属来源、流体携带金属离子的能力、流体的规模、围岩容矿能力、流体的运移方式以及有效的金属沉淀机制等（Basuk et al.，2004）。随着对地壳规模流体活动认识的不断深入，以及对MVT铅锌矿集区地质地球化学研究程度不断深入，人们认识到许多MVT铅锌矿是区域性或陆块规模热液流体活动的产物。成矿流体为高盐度的热卤水（类似于油田卤水），该热卤水从沉积盆地排出，经过含水地层，到达盆地边缘进入碳酸盐岩地层中沉淀成矿。这一过程至少存在3种模式（图1）：①地形或重力驱动流体运移模式；②沉积作用或构造压实作用模式；③热液循环模式。

图1 MVT铅锌矿床流体运移模式

（据Garven，1995，有修改；转引自张长青，2009）

二、应用实例及应用范围

派因派因特（Pine Point）铅锌矿床位于加拿大西北部的平原地带艾伯塔（Alberta）地区内，矿床大部分矿体赋存于派因派因特群普雷斯克尔（Presquile）白云岩内。该白云岩由粗晶白云岩和白色到浅灰色、浅黄色的含珊瑚等碎片的生物碎屑灰岩组成，大部分是生物成因的碳酸盐堡礁复合体，空洞发育。寒武纪主干断裂控制着铅锌矿的形成，该断裂为含金属的热液流体向泥盆纪地层运移和沉淀成矿提供了通道。派因派因特矿床主要控制因素是岩溶作用，岩溶所形成的溶洞控制着铅锌矿体的形成和展布。主要矿石矿物有闪锌矿、方铅矿、白铁矿和黄铁矿，副矿物有自然硫和沥青；偶见磁黄铁矿、天青石、重晶石、石膏、硬石膏、萤石等。铅锌硫化物主要以浸染状、条带结核状和结晶状存在。这些硫化物与围岩之间为截然接触关系。围岩蚀变主要为碳酸盐化作用，如白云岩化、重结晶、溶解和热液角砾岩化作用，还存在一些软的胶状沥青、重油和壳状焦沥青等。派因派因特矿区不同矿体之间粗粒闪锌矿晶体的均一温度变化较大，铅锌矿床成矿流体温度为51～99℃（Turner et al.，2003）。亮晶白云岩具有与闪锌矿相似的均一温度，其温度范围为90～100℃。流体组分以NaCl和CaCl₂为主，含有KCl和MgCl₂。矿床铅同位素和硫同位素组成变化不大，反映了成矿流体的单一来源或多源流体的充分混合。

近30年来，关于派因派因特铅锌矿的成因争论较多，无论是混合成因还是非混合成因模式，大多数学者认为矿床的形成需要热和金属的加入。Garven于1985年结合地形驱动将此模式应用到派因派因特矿床中（图1（a））。Davies（2006）通过对加拿大西部沉积地层中水铅含量的研究认为，加拿大西部沉积盆地内地层本身不能为派因派因特矿床提供金属来源，可能的金属来源是晚泥盆世沿大奴湖剪切带上升的来自深部的热流体。在成矿部位这种含金属的流体与来自附近蒸发岩地层中含H₂S的盐水混合成矿（图2）。

图2 加拿大大不列颠哥伦比亚东北部以沉积岩为容矿岩的低温热液矿床成矿模式

（据Davies et al.，2006）

总之，该矿床具有如下特征：①寒武纪主干断裂控制着铅锌矿的形成，为含金属的热液流体向泥盆纪地层运移和沉淀成矿提供了通道；②矿体主要赋存于溶解作用十分发育的普雷斯克尔（Presquile）碳酸盐堡礁复合体内部，常沿派因派因特组界限附近的板状岩溶系统顺层发育，具有明显的层控特征；③主要矿石矿物有闪锌矿、方铅矿、白铁矿和黄铁矿，副矿物有自然硫和沥青，脉石矿物有白云石和方解石；④围岩蚀变主要为碳酸盐化作用，如白云岩化、重结晶、溶解和热液角砾岩化作等。

三、资料来源

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