韓潤生, 張 艷*, 葉天竺, 陳 青, 任 濤, 郭忠林, 邱文龍

MVT鉛鋅礦床成礦規(guī)律與找礦預(yù)測地質(zhì)模型

韓潤生1, 張 艷1*, 葉天竺2, 陳 青3, 任 濤1, 郭忠林3, 邱文龍1

(1. 昆明理工大學(xué) 有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心 西南地質(zhì)調(diào)查所, 云南 昆明 650093; 2. 中國地質(zhì)調(diào)查局 發(fā)展研究中心, 北京 100120; 3. 云南馳宏鋅鍺股份有限公司, 云南 曲靖 655011)

MVT鉛鋅礦床和會澤型(HZT)鉛鋅礦床是全球最重要的鉛鋅礦床類型之一, 其中大型礦床數(shù)量和鉛鋅金屬儲量均居于重要地位?；诳辈閰^(qū)找礦預(yù)測理論與方法, 從“時間、空間、物質(zhì)及其演化”四要素出發(fā), 厘定MVT鉛鋅礦床的成礦地質(zhì)作用和成礦地質(zhì)體, 總結(jié)成礦結(jié)構(gòu)面類型和礦化樣式, 概括成礦流體作用特征標(biāo)志, 并進一步揭示經(jīng)典的MVT鉛鋅礦床“三位一體”的成礦規(guī)律: 礦床產(chǎn)于前陸盆地地塹式構(gòu)造帶、不整合面上發(fā)育的溶塌角礫巖巖相組合、成礦正斷層破碎帶、區(qū)域性熱鹵水活動的“硅?鈣面”成礦結(jié)構(gòu)面中。在此基礎(chǔ)上, 綜合構(gòu)建經(jīng)典的MVT鉛鋅礦床找礦預(yù)測地質(zhì)模型: 通過前陸盆地地塹式構(gòu)造帶研究確定勘查區(qū)找礦方向, 通過成礦結(jié)構(gòu)面研究判斷礦體空間位置及其產(chǎn)狀, 硅?鈣面等特征是判斷礦床(體)存在的成礦流體作用標(biāo)志。其勘查應(yīng)用流程進一步概括為: 看、查、識、厘、析、填、測、比、探、勘。該研究對同類礦床成礦規(guī)律研究和找礦預(yù)測評價具有啟示意義。

MVT鉛鋅礦床; 找礦預(yù)測地質(zhì)模型; 礦床成礦規(guī)律; 成礦地質(zhì)體; 成礦結(jié)構(gòu)面; 成礦流體作用標(biāo)志

0 引 言

MVT鉛鋅礦床, 指賦存于克拉通臺地和前陸盆地、裂谷盆地邊緣, 以成巖的碳酸鹽巖(礁灰?guī)r組合)為容礦圍巖, 在50～200 ℃條件下從盆地鹵水中沉淀形成的礦床, 屬于成因與巖漿活動無關(guān)的淺成后生熱液型鉛鋅礦床(Leach and Sangster, 1993)。典型MVT鉛鋅礦床為美國密西西比河谷發(fā)育的鉛鋅礦床, 其為古盆地流體在一定構(gòu)造事件過程中于某些有利位置卸載成礦的產(chǎn)物(Oliver, 1992; Leach and Sangster, 1993; Leach et al., 2001)。MVT鉛鋅礦床以主要富集Pb、Zn, 常伴生Ag、Cd、Ge、Ga、In等金屬, 礦床多成群和成帶出現(xiàn), 集中分布于北美、歐洲、東南亞地區(qū), 其提供世界上約27%的鉛鋅金屬儲量(Leach et al., 2005), 在鉛鋅資源中占據(jù)重要地位, 且該類型礦床規(guī)模大、品位較低, 但較穩(wěn)定、易采和選冶。

在我國, MVT鉛鋅礦床和會澤型(HZT)鉛鋅礦床是最重要的鉛鋅礦床類型(韓潤生等, 2020)。20世紀(jì)70～80年代, 涂光熾院士稱其為低溫?zé)嵋盒豌U鋅礦床。葉天竺等(2014)將其歸為碳酸鹽巖容礦的非巖漿后生熱液型鉛鋅礦床(CNHT)。韓潤生等(2020)認(rèn)為CNHT鉛鋅礦床包括密西西比河谷型(MVT)、會澤式或會澤型(HZT)礦床(如川滇黔接壤區(qū)廣布的鉛鋅礦床)(韓潤生等, 2020; Han et al., 2023), 其中經(jīng)典MVT鉛鋅礦床由臺地型MVT和裂谷型MVT組成。侯增謙等(2008)、Liu et al. (2017)和畢獻(xiàn)武等(2019)論證了特提斯成礦帶三江地區(qū)分布成礦地質(zhì)背景和構(gòu)造控礦規(guī)律等方面與HZT礦床類似的一系列大型?超大型鉛鋅礦床, 如三江特提斯成礦域逆沖構(gòu)造帶中東莫扎抓式Pb-Zn-Ag-Cu礦床。另外, 國內(nèi)外學(xué)者不僅將賦存于碳酸鹽巖中與巖漿無關(guān)的鉛鋅礦床歸為MVT鉛鋅礦床, 而且還把賦存于碎屑巖中的鉛鋅礦床(如蘭坪金頂鉛鋅礦床)也歸屬于MVT鉛鋅礦床這個“大口袋”中(Leach and Song, 2019)。

統(tǒng)計分析表明, MVT和HZT鉛鋅礦床分別占超大型鉛鋅礦床數(shù)量、鉛鋅儲量的36%和42%(戴自希, 2005), 該類礦床一旦被探獲, 其找礦潛力很大。雖然大型?超大型MVT鉛鋅礦床數(shù)量少, 但其鉛鋅資源儲量占總資源儲量的74%(張長青等, 2014)。因此, 尋找大型?超大型MVT和HZT鉛鋅礦床, 不僅是提升我國鉛鋅資源保障程度的關(guān)鍵, 也是鉛鋅礦產(chǎn)勘查領(lǐng)域的重要任務(wù)。源于自然的礦床成礦規(guī)律指導(dǎo)與其相適應(yīng)的高效勘查技術(shù)及找礦實踐相統(tǒng)一是我們追求的最終目標(biāo)。然而, 近些年來, 我國鉛鋅礦床成礦理論研究進展較為緩慢(張長青等, 2014)。MVT鉛鋅礦床類型的外延有無限擴大到與巖漿無關(guān)的所有后生熱液型鉛鋅礦床的趨勢, 并出現(xiàn)了成礦理論研究與具體找礦勘查實踐脫節(jié)的現(xiàn)象, 主要表現(xiàn)在兩個方面: 一是勘查技術(shù)方法與找礦實踐不配套, 深部勘查工作多以勘查經(jīng)驗為主要依據(jù), 不同成礦區(qū)(帶)的鉛鋅礦床的勘查技術(shù)方法針對性不強, 與具體的礦床典型特征結(jié)合不夠; 二是現(xiàn)有的MVT鉛鋅礦床成礦理論尚需深化研究, 把自然界與經(jīng)典MVT鉛鋅礦床具一定相似度的非巖漿后生熱液型鉛鋅礦床歸為一大類, 雖然已揭示的礦床成礦規(guī)律在找礦勘查中發(fā)揮了作用, 但是其成礦理論難以高效指導(dǎo)具有特征明顯差異的一批鉛鋅礦床(如川滇黔接壤區(qū)的富鍺鉛鋅礦床)的勘查部署和深部找礦工作。因此, 本文著重討論與會澤式或會澤型(HZT)鉛鋅礦床(韓潤生等, 2019, 2014)具明顯區(qū)別的經(jīng)典MVT鉛鋅礦床成礦規(guī)律與找礦預(yù)測地質(zhì)模型。

葉天竺等(2007)在提出“三位一體”成礦規(guī)律的基礎(chǔ)上, 進一步提出了勘查區(qū)找礦預(yù)測理論與方法(葉天竺等, 2014, 2017), 在危機礦山金屬礦床找礦預(yù)測中發(fā)揮了重要的引領(lǐng)和支撐作用。鑒于典型MVT鉛鋅礦床在資源領(lǐng)域中的重要地位, 有必要系統(tǒng)總結(jié)其成礦規(guī)律, 建立與礦床地質(zhì)特征本身相適應(yīng)的找礦預(yù)測地質(zhì)模型, 有效地指導(dǎo)找礦勘查工作。因此, 本文以勘查區(qū)找礦預(yù)測理論與方法(葉天竺等, 2014)為指導(dǎo), 基于礦床成礦地質(zhì)體、成礦構(gòu)造、成礦流體三者的密切關(guān)系及研究內(nèi)容(圖1), 系統(tǒng)綜述典型MVT鉛鋅礦床成礦規(guī)律, 進而構(gòu)建該類礦床找礦預(yù)測地質(zhì)模型, 為礦床深部勘查提供依據(jù)。

圖1 成礦地質(zhì)體、成礦構(gòu)造和成礦流體的相互關(guān)系、研究內(nèi)容和目的示意圖(據(jù)韓潤生等, 2019)

1 MVT鉛鋅礦床規(guī)模及時空分布規(guī)律

1.1 礦床規(guī)模

MVT鉛鋅礦床分布具明顯的群聚性, 其分布區(qū)域可達(dá)幾百平方千米(Leach et al., 2005), 形成世界級鉛鋅礦集區(qū), 但單個礦床多為中小型, 少數(shù)為大型?超大型。密蘇里州東南鉛鋅礦化區(qū)覆蓋面積為2500 km2; Pine Point地區(qū)超過1600 km2, 大多數(shù)礦床金屬儲量為20～200萬噸, 最大金屬儲量接近1800萬噸(Sangster, 1990); 上密西西比河谷區(qū)近7800 km2, 大多數(shù)礦床金屬儲量為10～50萬噸, 少數(shù)達(dá)300萬噸以上; 阿爾卑斯地區(qū)近10000 km2(Leach et al., 2005)。中國典型的MVT礦集區(qū), 如揚子地塊南緣的桂粵地區(qū)、塔里木盆地西南緣和揚子地塊中部的湘鄂地區(qū)等, 每個礦集區(qū)含有1～200多個礦床不等, 礦床儲量較大, 個別礦床儲量可達(dá)數(shù)千萬噸。

1.2 空間分布規(guī)律

MVT鉛鋅礦床多數(shù)形成于造山帶前陸盆地中, 極少數(shù)發(fā)育于大陸伸展環(huán)境中(葉天竺等, 2014)。北美洲、歐洲、東南亞地區(qū)是MVT鉛鋅礦床的集中分布區(qū), 其次是大洋洲和南美洲。

1.3 時間分布規(guī)律

MVT鉛鋅礦床多形成于泥盆紀(jì)?三疊紀(jì)早期與白堊紀(jì)?古近紀(jì)兩個大時期, 而典型的MVT鉛鋅礦床主要形成于泥盆紀(jì)?三疊紀(jì), 其數(shù)量約占全部礦床的75%(Leach et al., 2010)。Leach et al. (2010)提出MVT鉛鋅礦床與全球大尺度收縮匯聚構(gòu)造有直接聯(lián)系, 泥盆紀(jì)?三疊紀(jì)早期與Pangea大陸匯聚相關(guān), 白堊紀(jì)?古近紀(jì)與阿爾卑斯?拉拉米造山匯聚運動(Alpine-Laramide assimilation)影響的微板塊聚合相關(guān)。

我國的MVT鉛鋅礦床集中產(chǎn)于古生代(約占該類礦床的95%)、元古宙和太古宙(鉛金屬儲量約占5%), 其成礦時代明顯晚于賦礦圍巖(中元古代?三疊紀(jì), 主要集中于震旦紀(jì)、石炭紀(jì)和泥盆紀(jì))(毛景文等, 2012)。

2 成礦地質(zhì)體

2.1 成礦地質(zhì)體特征

依據(jù)葉天竺和薛建玲(2007)關(guān)于成礦地質(zhì)體的內(nèi)涵, 現(xiàn)從空間、時間、物源三方面來論述經(jīng)典MVT鉛鋅礦床的成礦地質(zhì)體。

在空間上, 碳酸鹽巖臺地型MVT鉛鋅礦床顯示“上壓下張”的構(gòu)造環(huán)境, 即上部造山過程中形成擠壓環(huán)境, 下部俯沖時俯沖板塊發(fā)生彎曲而形成一系列正斷層和喀斯特化(拉張環(huán)境), 主要分布于弧?陸碰撞造山帶、安第斯型俯沖造山帶、陸?陸碰撞造山帶的前陸盆地中。如湘鄂?桂粵地區(qū)的鉛鋅礦床, 以揚子地塊東南緣與雪峰(江南)造山帶過渡區(qū)的花垣鉛鋅礦田為代表。典型的陸內(nèi)裂谷型MVT鉛鋅礦賦礦層位底部的砂礫巖常為紫色河湖相, 賦礦層序主要為一套海進序列, 鉛鋅礦化賦存于海進序列的上部。同時, 在賦礦碳酸鹽巖頂部或更上部, 常發(fā)育一套晚期陸相紅層盆地沉積, 其中富含膏鹽層。MVT鉛鋅礦床在全球的分布與紅層盆地存在密切的空間關(guān)系, 主要分布在: ①喜馬拉雅?阿爾卑斯帶, 包括中國藏北、塔西南, 以及伊朗、歐洲等; ②中等緯度地區(qū), 如中國華南地區(qū)、北美洲Missouri-Appalachia地區(qū)和澳大利亞Canning地區(qū)等。例如, 凡口超大型鉛鋅礦床, 位于曲仁盆地北緣, 成礦盆地主體發(fā)育中生代陸相含膏鹽的紫紅色砂礫巖。

在時間上, MVT鉛鋅礦床成礦作用明顯晚于賦礦的碳酸鹽巖地層時代。例如, 湘西北花垣鉛鋅礦田中的李梅、獅子山鉛鋅礦床中閃鋅礦Rb-Sr等時線年齡分別為464±13 Ma(MSWD=0.96)(周云, 2017)、410±12 Ma(MSWD=2.2)(段其發(fā), 2014)。結(jié)合流體包裹體和C-O同位素研究, 周云(2017)認(rèn)為花垣鉛鋅礦成礦時代為490～410 Ma, 主要成礦作用發(fā)生于加里東期, 其成礦時代晚于賦礦圍巖(下寒武統(tǒng)清虛洞組)。中奧陶世?志留紀(jì), 揚子地塊和華夏地塊發(fā)生陸陸碰撞, 加里東造山運動劇烈, 形成黔中、雪峰等多個隆起(尹福光等, 2002), 湘西北地區(qū)碳酸鹽巖臺地被造山帶的碎屑巖淹沒, 成為典型的周緣前陸盆地, 花垣鉛鋅礦就形成于此造山階段的前陸盆地中(隗含濤等, 2017)。凡口鉛鋅礦圍巖為泥盆系碳酸鹽巖, 根據(jù)輝綠巖中鋯石U-Pb年齡(92.2～86.8 Ma;韓英, 2013)、SHRIMP年齡(122～90 Ma; 祝新友等, 2013), 綜合推斷其成礦時代為白堊紀(jì), 對應(yīng)于燕山運動和區(qū)域上白堊系紅層盆地的形成時期, 礦床成礦作用持續(xù)時間可能較長, 并顯示鉛鋅礦化形成于華南板內(nèi)拉張構(gòu)造環(huán)境(韓英, 2013; 甄世民等, 2013; 祝新友等, 2013)。

MVT鉛鋅礦床成礦物質(zhì)主要來自地層或近源,鉛鋅成礦與成巖作用、后生構(gòu)造作用有關(guān), 明顯受含礦地層控制, 與斷裂構(gòu)造活動密切相關(guān)。特定沉積層位和后生構(gòu)造是MVT鉛鋅礦床成礦的主要地質(zhì)要素, 礁灰?guī)r組合和生烴盆地是最重要的成礦地質(zhì)要素, 其成礦地質(zhì)作用表現(xiàn)為沉積地質(zhì)作用與鹵水盆地邊緣構(gòu)造作用的復(fù)合。因此, 典型MVT鉛鋅礦床的成礦地質(zhì)體為碳酸鹽沉積盆地控制的含礦地層及鹵水盆地邊緣的后生控礦構(gòu)造, 也就是陸內(nèi)裂陷盆地、碳酸鹽巖臺地環(huán)境的成巖碳酸鹽巖建造、陸內(nèi)裂谷環(huán)境的鹵水盆地及其同期后生構(gòu)造的復(fù)合體。由此可見, 裂陷盆地邊緣的碳酸鹽巖建造是成礦的基礎(chǔ)因素, 陸內(nèi)裂谷環(huán)境中鹵水盆地和后生構(gòu)造作用是成礦的關(guān)鍵因素。

2.2 成礦地質(zhì)體類型及其基本特征

前陸盆地中的MVT鉛鋅礦床的成礦地質(zhì)體為盆地邊緣礁組合(滲透的碳酸鹽巖和礁灰?guī)r周邊角礫巖帶)、溶塌角礫巖和一系列正斷層帶的組合, 其特征為地塹式構(gòu)造帶、巖性界面、不整合面或古喀斯特等(葉天竺等, 2014)。如湘鄂地區(qū)花垣鉛鋅礦田, 其成礦地質(zhì)體為臺緣淺灘?生物礁、花垣?張家界斷裂及其派生的NE向雁列式斷裂構(gòu)造。

裂谷中MVT鉛鋅礦床的成礦地質(zhì)體為裂谷盆地碳酸鹽巖與正斷裂的組合, 其特征為它形?自形結(jié)構(gòu)的白云巖(FeCO3=9.37%)與地層中的一系列正斷層(葉天竺等, 2017)。如凡口鉛鋅礦的成礦地質(zhì)體為曲仁盆地中的碳酸鹽巖建造與盆地邊緣的一系列NNE向正斷裂的組合體。

2.3 成礦地質(zhì)體成因及其判別標(biāo)志

在地貌、基底地形或斷層、基底隆起、不整合面及溶解坍塌等因素作用下, 成礦熱液發(fā)生大規(guī)模運移、充填成礦, 常形成MVT似層狀、透鏡狀、脈狀礦體或礦化體, 礦體或者礦化體明顯受硅?鈣面控制, 賦礦地層多為一套海進序列的碎屑巖?碳酸鹽巖組合, 常富含大量的生物碎屑, 甚至存在大量的礁灰?guī)r。當(dāng)這套組合發(fā)育于角度不整合面或平行不整合面之上, 其下為變質(zhì)碎屑巖時, 常產(chǎn)出規(guī)模大的鉛鋅礦床(祝新友等, 2012), 如凡口鉛鋅礦床。

典型MVT鉛鋅礦床受層控、相控、構(gòu)造控制的特點突出, 鉛鋅礦體常賦存于碳酸鹽巖/碎屑巖界面(硅?鈣面)上部的碳酸鹽巖中。國內(nèi)外絕大多數(shù)MVT鉛鋅礦床受硅?鈣面巖石組合控制, 其上部為白云石化灰?guī)r, 下部為紫色砂礫巖層。如美國密蘇里地區(qū)鉛鋅礦床, 中國新疆塔木?卡蘭古成礦帶、泗頂式鉛鋅礦床、花垣式鉛鋅礦床。還有其他典型判別標(biāo)志, 如正斷層、破碎帶下盤、巖性邊界、溶塌角礫巖、礁灰?guī)r組合、基底隆起和不整合面等。

3 成礦構(gòu)造系統(tǒng)與成礦結(jié)構(gòu)面

3.1 成礦構(gòu)造系統(tǒng)和成礦結(jié)構(gòu)面特征

基于經(jīng)典MVT鉛鋅礦床地質(zhì)特征, 其成礦構(gòu)造系統(tǒng)為沉積?成巖構(gòu)造系統(tǒng)與變形構(gòu)造系統(tǒng)的組合。結(jié)合前人研究成果(葉天竺等, 2017), 將其成礦結(jié)構(gòu)面分為沉積?成巖構(gòu)造系統(tǒng)產(chǎn)生的原生成礦結(jié)構(gòu)面、后生構(gòu)造系統(tǒng)產(chǎn)生的次生成礦結(jié)構(gòu)面及復(fù)合構(gòu)造系統(tǒng)產(chǎn)生的組合型成礦結(jié)構(gòu)面。

3.1.1 沉積?成巖構(gòu)造系統(tǒng)

古喀斯特型: 其為經(jīng)典MVT鉛鋅礦床的成礦結(jié)構(gòu)面類型, 表現(xiàn)為巖溶坍塌角礫巖帶、不整合面之下溶塌角礫巖礁組合、滲透型碳酸鹽巖相和礁灰?guī)r周邊的角礫巖帶, 早期形成的古油氣藏和古喀斯特溶洞控制礦床就位, 如花垣鉛鋅礦床(圖2a)。

硅?鈣面型(巖性/巖相型): 許多礦床產(chǎn)于碳酸鹽巖相和砂頁巖相界面附近的碳酸鹽巖中, 礦化發(fā)育于礁灰?guī)r巖相中(圖2b1), 如花垣式鉛鋅礦床(劉文均和鄭榮才, 1999)、加拿大Pine Piont鉛鋅礦床(Roedder, 1984)、美國東田納西Mascot-Fefferson礦床(McCormick et al., 1971)、秘魯中部San Vicente鉛鋅礦床(Spangenberg et al., 1996)、中國湖南后江橋鉛鋅礦床(劉家鐸, 1982; 楊開濟, 1982)。還有一些礦化發(fā)育于礁灰?guī)r巖相附近的不透水層(頁巖和千枚巖)控制形成的硅?鈣面中(圖2b2), 如凡口鉛鋅礦床的部分礦體、泗頂?古丹鉛鋅礦床、北山鉛鋅礦床(甄世民, 2013)。

不整合面/假整合面型: 礦體產(chǎn)于不整合面或假整合面之上的碳酸鹽巖中, 包括角度不整合式(圖2d1) (陜西馬元、廣西泗頂鉛鋅礦床)和假整合面式(圖2d2) (甘肅代家莊鉛鋅礦床)(葉天竺等, 2017)。

3.1.2 后生變形構(gòu)造系統(tǒng)

斷裂裂隙型: 斷裂裂隙包括正斷層、層間破碎帶及斷層有關(guān)的裂隙帶(圖2c)。該類礦床主要的成礦結(jié)構(gòu)面包括層間斷裂式、穿層斷裂式(云南大屯鉛鋅礦床)和紅層盆地邊界斷裂延深式(葉天竺等, 2017)。礦體多發(fā)育于斷裂擴容帶或多條斷裂形成的地塹式構(gòu)造帶中。

3.1.3 復(fù)合構(gòu)造系統(tǒng)

該類礦床主要的成礦結(jié)構(gòu)面包括硅?鈣面+斷裂組合型、不整合面型與斷裂組合型(圖2e), 為硅?鈣面型或不整合面型成礦結(jié)構(gòu)面與斷裂(主斷裂+層間斷裂)組合而成, 如凡口鉛鋅礦床受寒武系碎屑巖系之上的泥盆系海進序列中上部白云質(zhì)碳酸鹽巖與斷裂構(gòu)造系統(tǒng)控制(祝新友等, 2012)。

(a) 古喀斯特型; (b1)、(b2) 硅?鈣面型; (c) 碳酸鹽巖斷層型; (d1)、(d2) 不整合/假整合面型; (e) 組合型。1. 灰?guī)r; 2. 礁灰?guī)r; 3. 砂巖; 4. 千枚巖; 5. 巖溶角礫巖; 6. 巖溶角礫蝕變體; 7. 膏鹽層; 8. 角度不整合; 9. 正斷裂; 10. 礦體; 11. 酸性成礦流體運移方向; 12. 區(qū)域性流體運移方向; 13. 紅層盆地流體。

3.2 成礦結(jié)構(gòu)面成因及其深部變化特征

成礦流體在重力壓實作用、熱?鹽對流驅(qū)動下沿硅?鈣面、正斷層、古巖溶面和不整合面等結(jié)構(gòu)面發(fā)生循環(huán)、淋濾和充填作用, 形成似層狀、透鏡狀、角礫狀、囊狀為主的礦床(葉天竺等, 2014)。原生成礦結(jié)構(gòu)面和次生成礦結(jié)構(gòu)面經(jīng)常在同一空間疊加形成層?脈狀礦體。其中, 原生成礦結(jié)構(gòu)面主要發(fā)育于不整合面之下或巖性界面、基底隆起等部位, 礦體的平面延長較大; 次生成礦結(jié)構(gòu)面的斷層結(jié)構(gòu)面多具張(扭)性特征, 直接控制的礦體延深往往小于其走向延長。

3.3 成礦構(gòu)造與區(qū)域構(gòu)造、成巖構(gòu)造的時空關(guān)系

目前對于區(qū)域構(gòu)造、成巖構(gòu)造的認(rèn)識寬泛且易混淆, 難于討論這兩類構(gòu)造與MVT鉛鋅礦床成礦構(gòu)造的密切關(guān)系。依據(jù)葉天竺等(2014)關(guān)于區(qū)域構(gòu)造和成巖構(gòu)造研究的學(xué)術(shù)思想, 區(qū)域構(gòu)造主要指控制礦田(勘查區(qū))成礦地質(zhì)體和成礦構(gòu)造中規(guī)模較大的區(qū)域構(gòu)造帶, 包括區(qū)域控巖構(gòu)造和區(qū)域變形構(gòu)造; 成巖構(gòu)造包括成礦地質(zhì)體形成過程中產(chǎn)生的成巖原生構(gòu)造與控制成礦地質(zhì)體分布、形態(tài)產(chǎn)狀等空間分布的控巖構(gòu)造。

對于MVT鉛鋅礦床, 區(qū)域控巖構(gòu)造主要指碳酸鹽巖臺地、陸內(nèi)裂陷等構(gòu)造環(huán)境下控制含礦碳酸鹽巖?碎屑巖組合或沉積建造(成礦地質(zhì)體的一部分)空間分布的構(gòu)造; 區(qū)域變形構(gòu)造指含礦沉積建造形成后以斷裂、褶皺作用為主要形式的變形構(gòu)造, 包括成礦期、成礦后的區(qū)域變形構(gòu)造。成礦期區(qū)域變形構(gòu)造包括成礦期陸內(nèi)裂谷環(huán)境中鹵水盆地與不同序次的后生構(gòu)造(成礦地質(zhì)體的另一部分), 它們受同一構(gòu)造應(yīng)力場控制。其中, 成礦期內(nèi)高序次控礦構(gòu)造控制成礦區(qū)(帶)的空間分布, 中低序次控礦構(gòu)造由不整合面、古喀斯特溶洞(孔)、正斷層等成礦結(jié)構(gòu)面組成, 它們控制礦集區(qū)、礦田(床)的時空分布。成礦后區(qū)域變形構(gòu)造多為破礦構(gòu)造, 與成礦期區(qū)域變形構(gòu)造的構(gòu)造應(yīng)力場不完全一致。

成巖構(gòu)造包括成巖原生構(gòu)造和控巖構(gòu)造, 其不僅與區(qū)域構(gòu)造密切相關(guān), 而且還與成礦構(gòu)造組合構(gòu)成MVT鉛鋅礦床成礦結(jié)構(gòu)面的空間格架(葉天竺等, 2014)有關(guān)。成巖原生構(gòu)造為控制沉積盆地內(nèi)含礦碳酸鹽巖?碎屑巖組合的構(gòu)造系統(tǒng), 包括重力、壓力、熱力和盆地流體等驅(qū)動作用形成的滲透型碳酸鹽巖相、不整合面、礁灰?guī)r相、硅?鈣面(巖性/巖相界面)等原生成礦結(jié)構(gòu)面(同生成礦構(gòu)造), 常形成層狀、似層狀礦化體或礦源層, 這類構(gòu)造與同生成礦構(gòu)造具同時、同位性?？貛r構(gòu)造包含兩類: 一是成巖期內(nèi)區(qū)域應(yīng)力場控制成礦地質(zhì)體總體空間的控巖構(gòu)造, 該區(qū)域應(yīng)力場還控制同生成礦構(gòu)造, 控巖構(gòu)造和同生成礦構(gòu)造具同期、同位及同生性; 二是后生變形期受伸展構(gòu)造應(yīng)力場作用控制熱液蝕變體展布、形態(tài)、產(chǎn)狀等空間分布的控巖構(gòu)造, 其控巖構(gòu)造與次生成礦構(gòu)造受后生變形期構(gòu)造應(yīng)力場控制, 它們具同期、同位性; 控巖構(gòu)造可復(fù)合疊加同生成礦構(gòu)造, 也可不復(fù)合疊加同生成礦構(gòu)造, 僅起成礦地質(zhì)背景的作用。

大型?超大型MVT鉛鋅礦床的形成, 往往是在成巖原生構(gòu)造形成沉積構(gòu)造系統(tǒng)的基礎(chǔ)上疊加了后生變形構(gòu)造(如碳酸鹽巖臺地、陸內(nèi)裂陷等)的伸展構(gòu)造作用產(chǎn)物, 其構(gòu)造作用常形成一系列正斷層, 成礦流體沿正斷層裂隙、古巖溶坍塌角礫巖帶、不整合面之下溶塌角礫巖帶等成礦結(jié)構(gòu)面充填成礦。因此, 大型?超大型MVT鉛鋅礦床既受成巖原生構(gòu)造形成的含礦沉積建造和物源供給的控制, 還受區(qū)域成礦構(gòu)造應(yīng)力場作用產(chǎn)生的后生變形構(gòu)造系統(tǒng)的控制, 成礦具有層(相)控、巖控、構(gòu)造控制性。例如, 華南地區(qū)與印支運動有關(guān)的NWW向構(gòu)造為區(qū)域構(gòu)造, NWW向緩傾斜斷裂作用造成區(qū)內(nèi)下石炭統(tǒng)和部分上泥盆統(tǒng)缺失, 構(gòu)成鉛鋅成礦作用的上部邊界(祝新友等, 2012)。其中, 凡口鉛鋅礦床成礦作用發(fā)生于褶皺和NWW向斷裂作用之后, 礦體受賦礦層位、巖性組合與NNE向成礦斷裂的控制(圖3e), NNE向斷裂切穿NWW向斷裂和褶皺, 具有右行壓扭性特點, 所有礦體均沿斷裂或斷裂兩側(cè)分布(甄世民, 2013)。

4 成礦作用特征標(biāo)志

4.1 礦化樣式

在MVT鉛鋅礦床中, 單個礦體規(guī)模一般不大, 但展布范圍廣。礦體與圍巖界線較截然, 其形態(tài)多呈層狀、似層狀、板狀、筒狀、柱狀、團塊狀、透鏡狀等, 也可見穿層脈狀礦體, 具有層控、巖(相)控、構(gòu)造控制之特征, 并以前兩者為主。因此, MVT鉛鋅礦床表現(xiàn)出的不同礦化樣式, 應(yīng)是前陸盆地邊緣碳酸鹽巖形成期、陸內(nèi)裂谷環(huán)境中鹵水盆地及后生構(gòu)造變形期構(gòu)造應(yīng)力場作用的結(jié)果, 因而礦化受不同期成礦結(jié)構(gòu)面的聯(lián)合控制, 從而形成了復(fù)雜的礦化樣式, 據(jù)此可以根據(jù)不同的礦化樣式開展找礦預(yù)測工作。常見如下3類礦化樣式。

(1) 角礫巖型: 礦體主要賦存于古喀斯特型結(jié)構(gòu)面形成的角礫巖帶中, 如陜西馬元(圖3a)、新疆塔木(圖3b)、甘肅代家莊(圖3c)、湘西北李梅鉛鋅礦床。

(2) 硅?鈣面型: 大部分礦床位于海進序列構(gòu)成的硅?鈣面上側(cè)的碳酸鹽巖中, 如廣東凡口(圖3e)、廣西泗頂(圖3d)和盤龍、湘西、鄂西等地的鉛鋅礦床。

(3) 斷裂+硅?鈣面組合型: 礦體位于陡傾斜斷裂兩盤的碳酸鹽巖中, 多沿硅?鈣面交代, 少量產(chǎn)于主斷裂帶中, 常構(gòu)成“旗桿上面掛小旗”的礦化樣式(祝新友等, 2006), 如廣西泗頂(圖3d)、廣東凡口(圖3e)、廣西北山等鉛鋅礦床。

(a) 陜西馬元鉛鋅礦床(據(jù)王海等, 2016): 1. 碳質(zhì)板巖; 2. 紋層狀白云巖(Z2dn4); 3．角礫狀白云巖(Z2dn3); 4. 條紋狀白云巖(Z2dn2); 5. 厚層狀白云巖(Z2dn1); 6. 礦體; 7. 鉆孔。(b) 新疆塔木鉛鋅礦床(據(jù)楊向榮等, 2010): 1. 容礦角礫巖; 2. 頁巖層; 3. 白云質(zhì)灰?guī)r; 4. 第四系砂礫石; 5. 斷層; 6. 表內(nèi)礦體; 7. 表外礦體; 8. 鉆孔; 9. 平巷坑道。(c) 甘肅代家莊鉛鋅礦床(據(jù)祝新友等, 2006): 1. 薄層灰?guī)r與生物灰?guī)r; 2. 白堊系紫紅色砂巖; 3. 角礫巖及碎裂狀灰?guī)r; 4. 鉛鋅礦體; 5. 鉆孔。(d) 廣西泗頂鉛鋅礦床(據(jù)覃煥然, 1986): 1. 上泥盆統(tǒng)融縣組; 2. 中泥盆統(tǒng)東崗組上段; 3. 中泥盆統(tǒng)東崗組上段; 4. 下寒武統(tǒng)清溪組; 5. 石英礫巖; 6. 含礫石英砂巖; 7. 石英砂巖; 8. 灰?guī)r; 9. 白云巖; 10. 斷層; 11．礦體; 12; 鉆孔。(e) 廣東凡口鉛鋅礦床(據(jù)祝新友等, 2006): 1. 第四系; 2. 東崗嶺組白云質(zhì)灰?guī)r; 3. 天子嶺組灰?guī)r、白云巖; 4. 清溪組粉砂巖、頁巖、石英砂巖; 5. 輝綠巖脈; 6. 礦體; 7. 斷層; 8. 石炭系灰?guī)r。

4.2 成礦期次與礦化分帶特征

MVT鉛鋅礦床以低溫?zé)嵋撼傻V為突出特征, 其成礦過程一般可劃分為成巖期與熱液成礦期。其中, 熱液成礦期主要由黃鐵礦?石英階段、閃鋅礦?方鉛礦階段、方解石?白云石階段構(gòu)成。

雖然不同MVT鉛鋅礦床的主要礦化元素組合有所差異, 但是礦區(qū)一般無明顯的礦化分帶, 也無明顯的成礦中心, 僅少數(shù)礦區(qū)有礦化分帶。如上密西西比河谷地區(qū), 礦區(qū)內(nèi)鉛礦化廣泛分布, 局部具鋅?銅礦化, 在礦化帶兩側(cè)常見鋇礦化; 在Pine Point礦區(qū), 從柱狀礦體向外, Fe/(Fe+Zn+Pb)和Zn/(Zn+Pb)值逐漸增加; 在密蘇里南東地區(qū), 礦區(qū)具Pb、Zn、Fe、Cu、Ni和Co礦化分帶特征; 在愛爾蘭內(nèi)陸地區(qū), 礦區(qū)發(fā)育良好的地球化學(xué)分帶(Leach et al., 2005)。我國一些鉛鋅礦區(qū)具有礦石構(gòu)造分帶(芮宗瑤, 1991)、礦化?蝕變分帶的特征, 如馬元礦床(侯滿堂等, 2007)、凡口礦床(劉瑞弟, 2002)。

4.3 流體成礦作用特征

4.3.1 礦物學(xué)標(biāo)志

MVT鉛鋅礦床中礦石礦物以閃鋅礦、方鉛礦、黃鐵礦、白鐵礦為主, 一般不含黃銅礦、斑銅礦、自然銅等, 在一些礦床中, 還發(fā)育鈷鎳硫化物等。脈石礦物多為白云石、方解石、石英等, 少見螢石、重晶石。礦石具明顯的后生作用特點, 具塊狀、條帶狀、浸染狀、角礫狀構(gòu)造, 細(xì)粒它形、自形?半自形、網(wǎng)狀交代、條紋狀、環(huán)帶狀、乳滴狀固溶體分離等結(jié)構(gòu)。礦石品位一般很低(Pb+Zn=3%～10%),很少超過10%, 明顯不同于典型的HZT鉛鋅礦床(韓潤生等, 2019)。MVT鉛鋅礦床常伴生Ag、Cd、Ge、Ga、Ni等礦化, Ag含量通常較低, 但個別礦床Ag含量可達(dá)10×10?6～161×10?6, 如維伯納姆帶平均Ag含量為45.9×10?6(Leach et al., 2005), 凡口鉛鋅礦床平均Ag含量約為100×10?6(祝新友等, 2013)。

MVT鉛鋅礦床熱液蝕變一般不很發(fā)育, 但賦礦層在成礦期前常發(fā)生區(qū)域性成巖白云石化, 分布范圍廣, 可達(dá)萬余平方千米, 礦體常定位于白云石化帶的邊緣, 礦體旁側(cè)灰?guī)r可見溶蝕港灣, 但無強烈的蝕變現(xiàn)象。MVT鉛鋅礦床熱液作用主要表現(xiàn)在:①流體沿孔隙充填: 礦石具粒狀、交代、膠狀、包含、溶蝕、穿插、草莓狀、葡萄狀、薄層狀結(jié)構(gòu), 礦石構(gòu)造以塊狀、角礫狀、網(wǎng)脈狀、“雪頂”狀為主, 條帶狀、脈狀構(gòu)造次之(Leach and Sangster, 1993; Symons et al., 1995; Sangster and Savard, 1998); ②溶塌角礫巖化作用形成溶蝕、交代、穿插結(jié)構(gòu)與角礫狀、網(wǎng)脈狀、鑲嵌狀、膠狀、脈狀、韻律層構(gòu)造(Leach et al., 2005); ③交代作用具選擇性: 白云巖選擇性交代生物灰?guī)r或白云質(zhì)灰?guī)r而形成條帶狀和假角礫巖構(gòu)造, 如Newfoundland鋅礦區(qū)的假角礫巖構(gòu)造, Pine Point、Robb Lake、Monach Kiching和Pend Oreille礦區(qū)的條帶狀構(gòu)造; ④洞穴堆積作用可形成一系列類似鐘乳石、石筍的硫化物, 金屬硫化物粒度多呈細(xì)粒狀, 常具有黃鐵礦(白鐵礦)→閃鋅礦→方鉛礦的礦物生成順序。

4.3.2 礦石中元素地球化學(xué)標(biāo)志

MVT鉛鋅礦床中礦石除含S、Fe元素之外, 主要元素為Pb、Zn, 約85%礦床相對富Zn, Zn/(Zn+Pb)值在0.5～1.0之間(Leach et al., 2005); 親石元素(F、Sr、Ba、W、U、Mn)居次要地位; 親硫元素除Au、Ag常以自然元素及Au、Ag互化物形式存在外, 其余均為硫化物及硫鹽類礦物, 少數(shù)呈分散狀態(tài)。

4.3.3 流體包裹體標(biāo)志

MVT鉛鋅礦床中流體包裹體的均一溫度為50～250 ℃, 大多數(shù)集中在75～150 ℃之間(Basuki, 2002),愛爾蘭地區(qū)和Rays河地區(qū)MVT鉛鋅礦床中均一溫度最高達(dá)200 ℃(Leach et al., 2005)。許多同類礦床可能形成于高地溫梯度的環(huán)境中, 或與盆地深部對流熱傳遞或基底巖石中深部循環(huán)的上升流體有關(guān)(Leach et al., 2006)?；ㄔU鋅礦床、凡口鉛鋅礦床及塔里木周緣鉛鋅礦床中, 流體包裹體均一溫度主要集中在150～240℃之間(圖4a)。

世界上主要的MVT鉛鋅礦床成礦流體鹽度為15%～30% NaCleqv(Basuki, 2002)。Basuki (2002)發(fā)現(xiàn), 規(guī)模較大的MVT鉛鋅礦床成礦流體鹽度為16%～ 21% NaCleqv。我國主要MVT鉛鋅礦床成礦流體鹽度普遍在20% NaCleqv左右(圖4b)。

數(shù)據(jù)來源: 芮宗瑤等, 1991; 劉文均和鄭榮才, 2000; 王書來等, 2002; 高曉理, 2006; 馮光英等, 2009; 祝新友等, 2013; 國外MVT鉛鋅礦床數(shù)據(jù)來源: Leach et al., 2005。

普遍認(rèn)為, MVT鉛鋅礦床的成礦流體與盆地流體有關(guān), 流體包裹體成分與油田鹵水相似。Roedder (1984)研究發(fā)現(xiàn), MVT鉛鋅礦床的成礦流體為含有豐富有機質(zhì)的Na+-Ca2+-K+-Mg2+-Cl?型鹵水, 絕大多數(shù)流體包裹體中離子百分含量依次為Cl?>Na+>Ca2+>K+>Mg2+, HCO3?含量很低(盧煥章, 1990; 芮宗瑤, 1991)。

4.3.4 S同位素特征

MVT鉛鋅礦床中金屬硫化物δ34S值與同時代硫酸鹽δ34S值接近, 一般δ34S<20‰, 但有些礦床δ34S>20‰(圖5)。全球MVT鉛鋅礦床S同位素值變化較大, 但總體表現(xiàn)出殼源特征(Leach et al., 2005)。就單個礦床或地區(qū)而言, 硫可能具單一來源或多源, 如源自含硫酸鹽的蒸發(fā)巖、同生海水、成巖期硫酸鹽、含硫有機質(zhì)、H2S氣體儲庫和盆地缺氧水中的還原硫等。

國內(nèi)MVT鉛鋅礦床數(shù)據(jù)來源: 周振冬等, 1983; 廖文, 1984; 陳耀欽和曹波夫, 1984; 王小春, 1988; 彭守晉, 1990; 芮宗瑤等, 1991; 徐新煌和龍訓(xùn)榮, 1996; 周朝憲等, 1997; 祝新友等, 1998; 柳賀昌和林文達(dá), 1999; 匡文龍等, 2002, 2003; 羅家賢, 2003; 張自洋, 2003; 朱華平和張德全, 2004; 顧尚義, 2007; 高景剛等, 2007; 王乾等, 2008; 肖慶華等, 2009; 叢源等, 2010; 楊向榮等, 2010; 董存杰等, 2010; 李志丹等, 2010; 祝新友等, 2013。國外MVT鉛鋅礦床數(shù)據(jù)來源: Leach et al., 2005。

4.3.5 成礦物質(zhì)和成礦流體來源

Leach et al. (2005)統(tǒng)計了30個MVT鉛鋅礦床570件方鉛礦、閃鋅礦樣品測試結(jié)果, 顯示許多礦床(礦集區(qū))鉛具有基底來源之特征。南非Bushy Park、南非Pering、加拿大Gays River、愛爾蘭Midland、澳大利亞Lennard Shelf、美國Upper Mississippi河谷、密蘇里東南及Tri-State等礦集區(qū), 其鉛源為上地殼, 我國凡口鉛鋅礦床、塔里木周緣和遼東裂谷鉛鋅礦床也具有類似特征。

Pb主要來自殼源, 包括基底、風(fēng)化層、盆地砂巖和碳酸鹽巖含水層等各種組分, 具體Zn源尚不清楚。硫有兩種來源: ①直接來自地殼(Sangster and Savard, 1998), 包括硫酸鹽蒸發(fā)巖、原生鹵水、成巖期硫化物、含硫有機質(zhì)、H2S氣藏和成層盆地中的缺氧水等(Leach et al., 2005); ②殘留在沉積物中的海水硫酸鹽(Sangster and Savard, 1998)經(jīng)歷熱化學(xué)還原(TSR)和生物還原(BSR)作用而成。

不同MVT鉛鋅礦床或同一礦床內(nèi), 不同脈石礦物C-O同位素差別較大。凡口鉛鋅礦床δ13C= ?13.4‰～13.3‰, δ18O=?125.7‰～21.3‰(韓英等, 2013)。我國主要MVT鉛鋅床中幾乎所有統(tǒng)計樣品的C-O同位素均落入海相碳酸鹽巖區(qū)域(圖6a), 具有向碳酸鹽巖溶解作用?脫羧基作用偏移的趨勢。

數(shù)據(jù)來源: 尹漢輝等, 1983; 陳耀欽和曾波夫, 1984; 蔣少涌, 1988; 芮宗瑤等, 1991; 王小春, 1992; 夏新階和舒見聞, 1995; 徐新煌和龍訓(xùn)榮, 1996; 周朝憲等, 1997; 林紹標(biāo), 1998; 柳賀昌和林文達(dá), 1999; 陳學(xué)明等, 2000; 匡文龍等, 2002; 高景剛等, 2007; 楊紹祥和勞可通, 2007; Han et al., 2007a, 2007b; 李志丹等, 2010; 韓英等, 2011; 韓潤生等, 2012。

我國主要MVT鉛鋅床中礦石礦物和脈石礦物流體包裹體H-O同位素范圍分別為δ18O=8.2‰～10.1‰, δD=?94.3‰～?40.3‰, 大部分靠近大氣降水范圍, 說明成礦熱液以盆地流體為主(圖6b)。據(jù)韓英(2013)研究發(fā)現(xiàn), 凡口鉛鋅礦床的形成經(jīng)歷了三種流體混合的過程: 流體A相對氧化, 流體B相對還原,可能還存在深源流體; 其中A、B兩種流體溫度均較低, 其最初來源均與大氣降水有關(guān), 屬于地下水或盆地鹵水; 深源流體溫度較高, 可能與凡口地區(qū)深部某種熱動力源有關(guān)。

5 礦床成礦規(guī)律與成礦作用

5.1 元素遷移與沉淀機制

半個世紀(jì)以來, 針對MVT鉛鋅礦床, 前人主要提出三種流體運移沉淀模式。

5.1.1 流體混合模式

Jackson (1966)及Beales (1975)以加拿大Pine Point鉛鋅礦床為原型建立了流體混合模式。該模式解釋了MVT鉛鋅礦床的沉淀機制(Anderson, 1975), 還原硫的來源(Trudinger et al., 1985), 賦礦圍巖為碳酸鹽巖尤其是白云巖的原因(劉英超等, 2008), 溶蝕坍塌角礫巖、圍巖交代、碳酸鹽化等特征(Anderson, 1983; Corbella et al., 2004), 膠狀閃鋅礦的形成、礦體與圍巖接觸關(guān)系截然, 以及大量白云巖溶解的機制(張長青等, 2009)等問題。針對許多礦床中普遍存在有機質(zhì)、黃鐵礦與氧化礦物共生特征, Charles and Allen (1995)、Corbella et al. (2004)分別提出相應(yīng)機制對該模式進行了補充。

5.1.2 硫酸鹽還原模式

Barton (1967)提出硫酸鹽還原模式, 后經(jīng)Anderson (1983, 1991)補充完善。由于部分MVT鉛鋅礦區(qū)圍巖中存在大量可以還原硫酸鹽的有機質(zhì)(Gize and Hoering, 1980; Rickard et al., 1981; Gize and Barnes, 1987; Etminan and Hoffmann, 1989; Arne et al., 1991), 當(dāng)攜帶大量金屬離子和硫酸鹽的成礦流體遇到富含有機質(zhì)的碳酸鹽巖地層時, 成礦物質(zhì)被還原成硫化物從成礦流體中沉淀。Spirakos and Allen (1993)提出, S還能以氧化態(tài)或亞硫化物的形式遷移, 合理解釋了黃鐵礦中S存在不同價位和S同位素多樣性的原因, 以及有機質(zhì)與黃鐵礦的存在, 但難以解釋其形成的動力學(xué)機制, 且不能解釋硫化物的反復(fù)沉淀和溶解的過程, 也無法解釋部分MVT鉛鋅礦床存在的某些地質(zhì)特征, 如碳酸鹽巖的溶解(Plumlee, 1994; Plumlee et al., 1994; Corbella et al., 2004)和膠狀閃鋅礦的形成等(Kaiser, 1988)。

5.1.3 還原硫模式

針對有些MVT鉛鋅礦床既非蒸發(fā)巖環(huán)境又缺乏硫酸鹽還原的證據(jù), Anderson (1973, 1975)、Ohmoto (1979)、Sverjensky (1986)等提出并完善還原硫模式。該沉淀機制要求存在理想的地質(zhì)條件(pH=4～5或略高), 且Pb、Zn元素活度很低(高濃度金屬無法與還原硫共存), 但此種流體難以形成大型高品位鉛鋅礦床。Sverjensky (1986)、朱賴民和袁海華(1995)、周朝憲(1998)、Emsbo (2000)等估算其流體的pH值顯示弱酸性, 在一定程度上支持還原硫模型。但是, 該模式還無法解釋許多礦床中流體包裹體數(shù)據(jù)顯示的流體溫度無明顯下降的現(xiàn)象。

5.2 流體運移驅(qū)動機制

成礦流體主要有兩種驅(qū)動模型: 構(gòu)造擠壓和地形驅(qū)動(Garven and Raffensperger, 1997)。構(gòu)造擠壓模型認(rèn)為造山事件早期的劇烈收縮產(chǎn)生構(gòu)造擠壓, 流體受到擠壓發(fā)生側(cè)向流動; 地形驅(qū)動模型認(rèn)為前陸盆地成盆早期地下水徑流為自由對流, 后期受到沉積物沉積壓實或造山后山體抬升等產(chǎn)生的重力驅(qū)動發(fā)生流動。對于構(gòu)造擠壓模型, 因為構(gòu)造擠壓產(chǎn)生的流體速率太小, 不能驅(qū)使流體長距離運移, 而地形對流體的驅(qū)動存在于整個造山事件中, 且隨著山體抬升, 為流體流動提供了充足動力, 所以, 重力是流體運移的主要驅(qū)動力。經(jīng)典MVT鉛鋅礦床與前陸抬升邊緣及克拉通內(nèi)盆地密切相關(guān), 地形驅(qū)動的流體運移形式、運移速率及熱影響均為鉛鋅礦化提供了理想條件(Leach et al., 2005)。

5.3 絡(luò)合物的恢復(fù)和物理化學(xué)條件

成礦實驗和礦物共生組合研究及計算機模擬結(jié)果表明: 低pH值、較高溫度、中高鹽度、貧S熱液體系中, Pb、Zn的氯絡(luò)合物穩(wěn)定, 如[PbCl4]2?、[ZnCl4]2?, 但在近中性到堿性的熱液體系中不穩(wěn)定, 而低溫(75～150 ℃)、高S濃度、低Cl?濃度的堿性溶液中, 硫的主要存在形式為H2S、HS?、SO42?等, 鋅硫絡(luò)合物的穩(wěn)定性超過其氯絡(luò)合物, 鉛硫絡(luò)合物僅在特富硫的溶液中才顯得重要(張艷等, 2016)。我國MVT鉛鋅礦床流體包裹體均一溫度主要集中在150～240 ℃之間, 鹽度為15%～30% NaCleqv(圖4b), 流體以富K+、Ca2+、Cl?為特征, 且K+>Ca2+>Na+>Mg2+、Cl?>F?。因此, [PbCl4]2?、[ZnCl4]2?是成礦流體運移的主要形式。

5.4 元素沉淀機制與成礦地球化學(xué)障

研究表明, 冷卻降壓作用不一定使鉛鋅硫化物發(fā)生沉淀; 稀釋作用可產(chǎn)生少量沉淀; pH值變化、水?巖反應(yīng)是硫化物沉淀的主要因素; Eh值變化是硫化物沉淀的重要因素; 流體混合可能是大型礦床形成的主要機制(張艷等, 2016)。因此, 冷卻、稀釋作用對大型礦床形成作用有限, 且稀釋作用之所以產(chǎn)生沉淀是pH值升高而導(dǎo)致的; 氧化還原作用的發(fā)生有一定的條件限制, 即Pb、Zn與硫酸鹽在同一流體中搬運至含大量還原性物質(zhì)的地層中沉淀成礦, 因而在流體混合中使礦物沉淀的主要因素為pH值升高。流體混合作用, 從廣義上來講, 也屬于水?巖反應(yīng), 但其反應(yīng)速率比液?固的反應(yīng)快得多, 其沉淀效果也顯著得多。同時, 混合作用多具有循環(huán)熱液體系的特點, 因而其影響范圍大、持續(xù)時間長。熱液蝕變作用(水?巖反應(yīng))造成礦質(zhì)沉淀的原因也是pH值升高。氧逸度、硫逸度決定了閃鋅礦和方鉛礦的沉淀順序, 控制了鉛鋅的共生分異, 從而造成礦物組合分帶。因此, MVT鉛鋅礦床主要的成礦地球化學(xué)障為酸?堿障, 其次為氧化?還原障。

6 找礦預(yù)測地質(zhì)模型

6.1 成礦地質(zhì)體與礦體的時空關(guān)系

MVT鉛鋅礦床的成礦地質(zhì)體與礦體時空關(guān)系密切。研究認(rèn)為, 空間上, 礦體分布于含鉛鋅的碳酸鹽巖地層及其斷裂裂隙帶中; 時間上, 前陸盆地中的鉛鋅礦床形成過程為礁灰?guī)r組合(白云巖或白云質(zhì)灰?guī)r等)形成→俯沖作用→俯沖板片彎曲形成一系列單向正斷層+巖溶作用→流體大規(guī)模運移→礦床; 而裂谷中的鉛鋅礦床形成過程為雙向正斷層→白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r地層→流體淋濾、循環(huán)→沉淀成礦。

6.2 成礦構(gòu)造、成礦結(jié)構(gòu)面與礦體的關(guān)系

宏觀上MVT鉛鋅礦成礦構(gòu)造位于碎屑巖與碳酸鹽巖界面的碳酸鹽巖一側(cè), 以及面狀白云石化區(qū)與灰?guī)r區(qū)界面部位, 沉積?成巖構(gòu)造、(張性)斷裂構(gòu)造系統(tǒng)共同控制成礦結(jié)構(gòu)面。沉積?成巖構(gòu)造系統(tǒng)、斷裂構(gòu)造系統(tǒng)不僅控制不同類型的成礦結(jié)構(gòu)面, 而且兩類成礦結(jié)構(gòu)面有的在同一空間疊加存在, 形成似層狀、脈狀礦體, 有的獨立存在, 形成脈狀或透鏡狀、似層狀、囊狀礦體(葉天竺等, 2017)。

6.3 找礦預(yù)測地質(zhì)模型

綜合研究認(rèn)為, MVT鉛鋅礦床“三位一體”的成礦規(guī)律為: 礦床產(chǎn)于前陸盆地地塹式構(gòu)造帶、不整合面或假整合面上發(fā)育的溶塌角礫巖巖相組合、成礦正斷層破碎帶、區(qū)域性熱鹵水活動的硅?鈣面中。據(jù)此建立了其找礦預(yù)測地質(zhì)模型(圖7): ①前陸盆地地塹式構(gòu)造帶(沉積構(gòu)造系統(tǒng)與正斷層構(gòu)造系統(tǒng))控制成礦區(qū)(帶)、礦田和礦床的展布, 因此通過前陸盆地地塹式構(gòu)造帶研究確定勘查區(qū)找礦方向; ②溶塌角礫巖巖相組合、白云石化生物礁相組合控制不規(guī)則狀礦體和角礫狀構(gòu)造礦石, 成礦正斷層裂隙帶的膨大帶控制脈狀礦體產(chǎn)狀, 因此通過成礦結(jié)構(gòu)面研究判斷礦體空間位置及產(chǎn)狀; ③白云石化碳酸鹽巖與紫色砂巖中的褪色蝕變形成的硅?鈣面不僅控制了透鏡狀礦體的分布, 而且反映曾發(fā)生過區(qū)域性低溫?zé)猁u水活動, 因此硅?鈣面的特征是判斷礦床(體)存在的成礦流體作用標(biāo)志。

1. 白云巖; 2. 含藻灰?guī)r; 3. 白云質(zhì)灰?guī)r; 4. 灰?guī)r; 5. 砂巖; 6. 變質(zhì)細(xì)砂巖; 7. 陸相碎屑巖; 8. 煤層; 9. 砂質(zhì)白云巖; 10. 砂質(zhì)碎屑巖; 11. 變質(zhì)巖系(基底); 12. 造山帶; 13. 超覆前陸盆地; 14. 山前次級沉積盆地; 15. 伸展方向; 16. 斷層; 17. 破碎帶; 18. 礦體(Py+Sp+Gn); 19. 熱液喀斯特角礫狀礦體; 20. 白云石化、方解石化溶蝕角礫巖; 21. 白云石化礁灰?guī)r; 22. 礦區(qū); 23. 巖性結(jié)構(gòu)面; 24. 硅?鈣面; 25. 構(gòu)造結(jié)構(gòu)面; 26. 富礦質(zhì)盆地鹵水(Cu、Pb、Zn、CO2、SO42?、Cl?); 27. 大氣降水; 28. 富硫盆地鹵水(CH4、C5-C7、SO42?、Sr)。其中, 19、21為成礦地質(zhì)體, 23、24、25為成礦結(jié)構(gòu)面。

6.4 找礦預(yù)測模型結(jié)構(gòu)分析

基于礦化樣式的討論, 在應(yīng)用MVT鉛鋅礦床找礦預(yù)測模型時, 須注意找礦預(yù)測模型的結(jié)構(gòu)特征。礦化樣式結(jié)構(gòu)模式主要表現(xiàn)為層?脈結(jié)構(gòu), 而成礦作用空間結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為構(gòu)造?地層雙控結(jié)構(gòu)、特殊巖性/巖相層界面結(jié)構(gòu)。其中層?脈結(jié)構(gòu), 礦體(脈)常沿主干斷層及其配套褶皺發(fā)育的層間斷裂帶形成典型的層狀、脈狀礦體結(jié)構(gòu), 呈現(xiàn)主礦脈走向延長較大, 而層狀礦延長較短的特征(如凡口鉛鋅礦床)。構(gòu)造?地層雙控結(jié)構(gòu), 礦體受盆地特定層位的白云巖?灰?guī)r變化帶與斷裂構(gòu)造控制, 地層常提供主要成礦物質(zhì), 成礦構(gòu)造系統(tǒng)和其附近的膏鹽盆地邊界斷裂系統(tǒng)形成于同一時空, 導(dǎo)致成礦過程中形成成礦物質(zhì)和鹵水雙源成礦地質(zhì)體, 膏鹽盆地提供鹵水, 控礦構(gòu)造提供熱能, 并活化特定的碳酸鹽巖層中的成礦物質(zhì)形成MVT鉛鋅礦床。特殊巖性/巖相層界面結(jié)構(gòu), 在碳酸鹽巖和砂巖類巖性界面常見硅?鈣面成礦結(jié)構(gòu)面(如凡口鉛鋅礦床)及溶塌角礫巖巖相組合、白云石化生物礁相組合, 控制不規(guī)則狀、角礫狀礦石及礦體。

6.5 找礦預(yù)測地質(zhì)模型及勘查應(yīng)用流程

6.5.1 找礦預(yù)測地質(zhì)模型的使用說明

標(biāo)志參數(shù): 低溫、高鹽度、富含有機質(zhì)流體、正斷層、硅?鈣面等為典型MVT鉛鋅礦床的主要特征。需要指出的是, 找礦預(yù)測地質(zhì)模型適用于我國各個大地構(gòu)造單元中MVT鉛鋅礦床, 其成礦深度參考國內(nèi)外報道的數(shù)據(jù), 礦體與成礦地質(zhì)體的距離受圍巖巖性影響。

“三位一體”各要素關(guān)系: 前陸盆地地塹式構(gòu)造帶(成礦地質(zhì)體之一)控制成礦區(qū)(帶)和礦田的分布; 溶塌角礫巖相帶、硅?鈣面(成礦結(jié)構(gòu)面之一)控制礦床展布; 白云石化生物礁灰?guī)r相組合、正斷層裂隙帶(成礦結(jié)構(gòu)面)控制礦體產(chǎn)狀及角礫狀構(gòu)造礦石; 低溫?高鹽度、含有機質(zhì)流體、弱蝕變等特征為成礦流體作用的主要標(biāo)志。

6.5.2 找礦預(yù)測地質(zhì)模型的勘查應(yīng)用流程

MVT鉛鋅礦床找礦預(yù)測可依據(jù)以下流程: ①根據(jù)成礦構(gòu)造背景, 判別確定成礦區(qū)帶的找礦遠(yuǎn)景區(qū)(礦集區(qū)); ②根據(jù)成礦地質(zhì)體、成礦構(gòu)造系統(tǒng)和熱液蝕變范圍, 圈定礦田或礦床尺度的靶區(qū)范圍; ③根據(jù)成礦結(jié)構(gòu)面, 推斷可能的礦化樣式和礦體產(chǎn)狀; ④根據(jù)成礦作用標(biāo)志, 確定礦體的賦存地段。在實際應(yīng)用找礦預(yù)測地質(zhì)模型時, 其應(yīng)用流程分為如下10個步驟(簡稱十大要素)。

(1) 看: 研究成礦地質(zhì)背景?；趨^(qū)域構(gòu)造解析與盆地構(gòu)造分析, 研究前陸盆地地塹式構(gòu)造帶、克拉通碳酸鹽臺地等。

(2) 查: 查明巖性(相)組合。如常發(fā)育大面積白云巖化灰?guī)r, 沿不整合面發(fā)育溶塌角礫巖巖相組合。

(3) 識: 識別礦化結(jié)構(gòu)。典型的MVT鉛鋅礦床礦化結(jié)構(gòu)明顯, 一般無明顯的礦物組合分帶。

(4) 厘: 厘定成礦結(jié)構(gòu)面。依據(jù)硅?鈣面、成礦正斷層破碎帶等成礦結(jié)構(gòu)面可確定礦體賦礦方位。

(5) 析: 剖析成礦構(gòu)造判別礦體延深?？氐V的正斷層控制礦體延深遠(yuǎn)小于其走向延長, 且側(cè)伏規(guī)律一般不明顯。

(6) 填: 開展含礦沉積巖相分析和后生構(gòu)造專項填圖。突出后生構(gòu)造與沉積?成巖巖相組合等標(biāo)志, 圈定勘探線基線大致范圍。

(7) 測: 采用野外快速分析儀測試黃鐵礦、白云石等標(biāo)型礦物的微量元素含量; 初步評估礦化范圍; 測量閃鋅礦、方解石中流體包裹體均一溫度和鹽度, 確定成礦溫度和鹽度。

(8) 比: 類比區(qū)域成礦系統(tǒng)的典型礦床特征參數(shù),構(gòu)建以礦床成礦模型為基礎(chǔ)的找礦預(yù)測地質(zhì)模型。

(9) 探: 部署地球化學(xué)勘探技術(shù), 提出找礦靶區(qū), 初步布設(shè)少量探礦工程以確定預(yù)查階段的勘查類型, 轉(zhuǎn)換找礦地質(zhì)模型為勘查模型。其中, 在預(yù)查階段的綜合研究尤為重要。

(10) 勘: 針對具體礦床(勘查區(qū)), 適當(dāng)部署探測控制賦礦層位的深部構(gòu)造的電磁法勘查技術(shù), 建立綜合勘查模型, 部署普查階段的規(guī)模性探礦工程。

7 結(jié) 論

(1) 基于“時間、空間、物質(zhì)、演化”四要素, 認(rèn)為典型的MVT鉛鋅礦床的成礦地質(zhì)體為陸內(nèi)裂陷盆地、碳酸鹽巖臺地的成巖碳酸鹽巖建造、陸內(nèi)裂谷環(huán)境的鹵水盆地及其同期后生構(gòu)造的復(fù)合體; 成礦結(jié)構(gòu)面類型為原生成礦結(jié)構(gòu)面、后生成礦結(jié)構(gòu)面及其組合成礦結(jié)構(gòu)面; 成礦流體作用特征標(biāo)志為礦化樣式、成礦期次及低溫?高鹽度含有機質(zhì)流體等。

(2) 典型MVT鉛鋅礦產(chǎn)于前陸盆地地塹式構(gòu)造帶、不整合面上發(fā)育的溶塌角礫巖巖相組合、成礦正斷層破碎帶、區(qū)域性熱鹵水活動的硅?鈣面中, 為該類礦床的主要成礦規(guī)律。

(3) MVT鉛鋅礦床找礦預(yù)測地質(zhì)模型, 其勘查應(yīng)用流程的十大步驟為: 看、查、識、厘、析、填、測、比、探、勘, 該流程對指導(dǎo)同類礦床找礦勘查具有重要的指導(dǎo)意義。

致謝:感謝北京大學(xué)李文博副教授和另一位匿名審稿專家對本文的細(xì)致審閱和提出的建設(shè)性修改建議, 以及姚書振教授、祝新友教授級高工對本文內(nèi)容提出的建議, 使本文的討論更加簡明扼要和深入, 讓作者受益匪淺。

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An Overview of the Metallogeny and Geological Prospecting Model of Mississippi Valley Type (MVT) Lead and Zinc Deposits

HAN Runsheng1, ZHANG Yan1*, YE Tianzhu2, CHEN Qing3, REN Tao1, GUO Zhonglin3, QIU Wenlong1

(1. Southwest Institute of Geological Survey, Geological Survey Center for Non-ferrous Mineral Resources, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, Yunnan, China; 2.Development and Research Center, China Geological Survey, Beijing, 100120, China; 3. Yunnan Chihong Zn & Ge Co. Ltd., Qujing 655011, Yunnan, China)

TheMississippi Valley type (MVT) and HZT type are the most important type of lead-zinc deposits in the world, which constitute a great many large-scale lead-zinc deposits and tremendous lead and zinc reserves. Based on the theory and method of prospecting and prediction in the exploration area, starting from the four elements of “time, space, material and its evolution”, the mineralization processes and ore-forming geological body of MVT lead-zinc deposit were delineated, the metallogenic structure surface types and mineralization patterns were summarized, the characteristics of ore-forming fluids were summarized, and the metallogeny of the classic MVT lead-zinc deposit “trinity” was further revealed. Briefly, the deposit was produced in the graben-type tectonic zone of the foreland basin, the combination of dissolved breccia facies developed on the unconformity surface, the metallogenic positive fault fracture zone, and the regional hot brine activity along the “silicon-calcium interface”. And thus, its exploration implication is further summarized as: looking, investigating, identifying, decreasing, analyzing, filling, measuring, comparing, probing and prospecting. This study has enlightenment significance for the study of metallogeny of similar ore deposits and the prediction and evaluation of prospecting targets.

Mississippi Valley type (MVT) lead-zinc deposit; geological model of ore-prospecting; metallogeny; metallogenic geological body; ore-forming structural plane; characteristics of ore-forming fluids

10.16539/j.ddgzyckx.2023.05.001

2022-03-12;

2022-08-17

國家自然科學(xué)基金項目(42172086、41572060、41802089)、云南省重大科技專項計劃項目(202102AG050024)、云南省萬人計劃青年拔尖人才項目(YNWR-QNBJ-2019-157)、云嶺學(xué)者項目(2014)、云南省礦產(chǎn)資源預(yù)測與評價工程研究中心項目(2012)和云南省昆明理工大學(xué)創(chuàng)新團隊項目聯(lián)合資助。

韓潤生(1964–), 男, 研究員, 博士生導(dǎo)師, 主要從事構(gòu)造成礦動力學(xué)、隱伏礦預(yù)測與礦床學(xué)研究。E-mail: 554670042@qq.com

張艷(1981–), 女, 教授, 博士生導(dǎo)師, 主要從事礦床學(xué)、地球化學(xué)研究。E-mail: 78598874@qq.com

P612

A

1001-1552(2023)05-0915-018