SEDEX型铅锌矿床地质特征及举例

1、SEDEX型铅锌矿床地质特征及举例SEDEX型铅锌矿床，即热水沉积型铅锌矿床，是富含金属元素的流体沿着同生断裂喷涌出海底，由于物理化学条件的改变在喷口或喷口附近海底沉积形成，矿体呈层状、似层状赋存于沉积岩中，主要是碎屑岩、碳酸盐岩1。过去，地质学家们将以沉积岩为容矿岩石的块状硫化物矿床称为“页岩型”矿床。但实际上，这类矿床的容矿岩石除页岩外还有很多其他类型的沉积岩，因此现在称这类矿床为以沉积岩容矿的喷流沉积型铅锌矿床（sedimentary exhalative deposit），简称SEDEX型矿床2，属层控热液矿床。在成分上富含Pb、Zn，伴生Ag和Ba，贫Cu，几乎不含Au。规模大、品位

2、高、矿化体延伸稳定、伴生有用组分多，是我国Pb、Zn和Ag的主要来源。统计资料表明，SEDEX型矿床平均矿石量为6000万吨，Pb+Zn平均品位为11.9%，分别是VMS型矿床矿石量和品位的10倍和2倍。1.喷流沉积型铅锌矿床主要特征喷流沉积型铅锌矿床分布较广，遍及世界各大洲。主要特征如下：1.1成矿时代及构造环境成矿时代主要为中元古宙（1714亿年）和古生代早中期（4.53亿年），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。如加拿大的苏利文(Sullivan )矿床产于陆内伸展环境；澳

3、大利亚的麦克阿瑟(McArthur)矿床位于北澳地块的巴顿海槽内，芒特·艾萨(Mount Isa)矿床位于莱哈特断裂海槽内，这两个海槽都是地堑式构造。我国长江中下游地区有许多喷流沉积块状硫化物矿床是产于陆内断裂坳陷带张性构造背景上。许多矿床空间上都伴有成矿时期活动的同沉积断层，他们可能是沉积盆地盆下含矿热液上升到地表的通道。1.2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；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

4、细粒层凝灰岩。这些夹层都很薄，其数量在整个沉积岩系中所占比例很小，不超过10%。矿床内发育不同类型热水沉积岩，如硅质岩、钠长石岩、重晶石岩、镁铁碳酸盐岩、电气石岩等。1.3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，如加拿大塞尔温盆地Jason矿床可分3个相：A相，由块状到厚层条带状方铅矿、闪锌矿组成，含有大量磁黄铁矿和黄铁矿，是近源矿化。B相，具

5、有A相通常可见的矿物组合和矿石结构，但是其厚度显著变薄。大量的软沉积变形特征表明，该相是A相物质在不稳定堆积后经滑动形成的。C相，由很好的条带状闪锌矿、隧石和重晶石纹层组成，它属于它属于远源矿化。在C相中发现的次生蚀变和孔隙充填矿物有钡长石、高岭石、铁白云石和少见的钡碳酸盐复杂矿物。在层状矿体的下面，有时可看到网脉状或脉状矿化体，它们与层状矿化体呈显著的交叉接触关系，如在中国厂坝、加拿大苏利文等矿床均可见及。1.4矿石特征在层状矿体中，矿石具非常发育一的沉积构造：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。在受变形、变质作用较轻的矿床

6、中黄铁矿同生沉积/早期成岩结构十分发育，如显微雏晶、莓粒/球粒结构及成岩环带增生晶等。在改造强烈的矿床中，可见到后生脉状矿化叠加。1.5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。许多矿床含少量其他硫化物和硫酸盐矿物。1.6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。有些学者通过研究，认为上述分带是伴随着海底热液与海水混合过程中，在温度、

7、pH值、Eh值条件改变情况下金属序列沉积的结果。矿物气泡包裹体均一温度一般为140300，盐度一般在（NaCl）7%22%。2.喷流沉积型铅锌矿床成因与成矿模式根据该类矿床主要特征、成矿环境及控矿条件，大多数学者都认为它们是由海底喷流沉积形成的。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2。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95130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

8、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3 km。另外现有资料证明某些重要的SEDEX型矿床的矿化温度在140 300之间，显著高于盆地压实卤水成矿模式可能达到的温度，这为该成矿模式提出了一个难于解决的问题。有些SEDEX型矿床的矿化作用发生在盆地发展史的相对早期阶段。如爱尔兰地区Silvermines等矿床形成于杜内阶晚期。当时海进刚开始不久，盆地内含水层中的水既是有限的又是冷的。这排除了盆地压实卤水成矿作用的可能性。根据该模式的成矿条件，成矿溶液中锌、铅和还原硫的含量至少都要达到n×10-5，氯化物的含量至少要达到3 m

9、ol/ kg。但是在现代地热系统中，除索尔顿湖卤水外，其他热田流体中有关金属和氯的含量都很低，但是正在那里形成的块状硫化物矿床却又大又富。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（图1）：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

10、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+的加人形成了斜绿泥石，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。海底热液对

11、流模式较好地解释了成矿前矿化作用(如芒特·艾萨及Howard Pass矿床)，并向着地层层序上部矿体规模和品位都增大增高，如布鲁肯·希尔(Broken Hill）、芒特·艾萨及Howard Pass矿床，以及某些矿床形成于盆地发展旋回早期等问题。另外，按照这种成矿模式，矿化温度可以高达300以上，矿化流体中金属的含量可以低到0.1×10-6n×10-6。尽管如此，海底热液对流核模式也存在着一些需要解决的问题：在某些矿床中(如Mount Isa )并没有发现海底塌陷的证据；受很多因素制约，下渗流体进人地壳上部是很困难的；与流体注入有关的微裂隙向下

12、发育不只依靠各向异性应力场，还要求有强烈发育的岩石节理存在。矿床下伏岩石是否有足够的刚性，以便节理的形成，都需要具体的研究。总之，上述两种流行的成矿模式都各有其尚待解决的问题。随着这些问题的解决，对SEDEX型矿床形成机理的认识将会更接近完善。3.花牛山金银铅锌矿床地处甘、新交界部位的花牛山银铅锌多金属矿床是北山地区惟一成型铅锌多金属矿床，成矿大地构造位置隶属于北山造山带南部敦煌陆块北缘元古代陆缘裂谷带3。赋矿地层主要为蓟县系一套浅海相浅变质碎屑岩-碳酸盐岩-中基性火山岩建造。花牛山金银铅锌多金属矿床产于分割敦煌地块和古裂谷盆的近东西向花西滩-花牛山区域性深大断裂北侧(图2)4、5。矿区华力西

13、和印支期花岗岩十分发育，其对金银矿化具有明显的富集改造作用，并形成一些热液脉型富铅锌小矿体(一矿区二矿带和三矿区)，但对层状、似层状银铅锌主工业矿体的走向和倾向延伸具有显著的破坏作用。成矿类型与成矿系列6、7讨论：杨建国等8以现代成矿理论为基础，通过对矿区不同类型矿床、矿点的观察和再认识，将矿区内矿床及矿点划分为两大成矿系统（系列），即与海底喷流（气）沉积作用有关的金银铅锌成矿系列和与构造岩浆侵入作用有关的金银钨钼成矿系列。其中，一矿区和二矿区为银铅锌矿，容矿岩石为细碎屑岩-碳酸盐岩，同生性质明显。类比矿床地质特征。形成环境、沉积建造、将一、二矿区类比为喷流-沉积（SEDEX）矿床类型。三矿区

14、银铅锌矿床产于玄武岩-流纹英安岩间的火山喷发间歇期。容矿岩石为火山喷发间歇期形成的大理岩和板岩，成矿金属组合为铅-锌-铜，伴生银、金。成矿环境相对稳定，可与世界范围内火山喷流（气）-沉积型矿床类比，应属双峰式玄武岩-流纹英安岩容矿的铅-锌-铜型矿床。本文仅针对花牛山一、二矿区喷流-沉积（SEDEX）矿床作如下讨论：3.1赋矿围岩1、 二矿区银铅锌矿体主要赋存于蓟县系平头山组上岩组第三岩性(Jxp 3c)段浅变质细碎屑岩与碳酸盐岩建造中，产于千枚岩、炭质千枚岩与条带状结晶灰岩或厚层大理岩层间接触破碎带，或岩性过渡带附近大理岩和千枚岩中。矿体直接容矿岩石主要为大理岩，次为千枚岩。大理岩分为白色和灰

15、色两种，粒状结构、花岗变晶结构。方解石含量>80%99%、石英1%12%不等，黑云母+绢云母2%，白云母2%，金属矿物含量<1%；副矿物有磁铁矿、榍石、褐铁矿。大理岩中产层纹状藻蔗化石，分布局限。千枚岩为显微鳞片变晶结构、千枚状构造或条带千枚状构造；绢云母80%90%、石英10%25%，方解石2%，绿泥石1%，白云母少量；副矿物见电气石及褐铁矿。千枚岩常常与大理岩互为条带或透镜体产出。3.2矿体地质统计表明，花牛山一、二矿区共圈出221个矿体；一矿区218个(二矿带47个，三、四矿带171个)，其中达到万吨级矿石量的矿体8个；二矿区仅有3个小矿体。除地表少量氧化矿体外，均为隐伏矿体

16、。矿体形态以似层状为主，扁豆状、透镜状次之，极少为囊状和柱状。矿体大小不一，走向上长10380m，个别达500m；厚0.50.9m，最厚16.5m；延深数米280m，最深达470m。矿体走向多为70°80°，倾向北西，倾角50°75°，与围岩产状基本一致。三矿带矿体延深深度具有中间深，向西端逐渐变浅的特点。二矿区矿体出露地表部分，延深不大。矿床经勘探，获得表内储量Pb18.57万t，Zn8.83万t，Ag530.95t。铅锌和银矿均达中型规模。3.3矿石组构及矿物组成矿石按氧化程度划分为氧化矿石和原生硫化物矿石，并以硫化物矿石为主。现仅讨论硫化物矿石。（

17、1） 矿石结构半自形-自形粒状结构：黄铁矿半自形-自形晶粒不均匀分布，晶粒间充填他形方铅矿、闪锌矿、磁黄铁矿。自形粒状结构：方铅矿石中方铅矿呈粗大自形晶(1.23.0mm)，粒状集合体紧密相嵌，毒砂呈自形粒状。包含结构：磁黄铁矿半自形板条包含在闪锌矿中，毒砂、黄铁矿呈半自形粒状不均匀包在闪锌矿、方铅矿和磁黄铁矿中。溶蚀结构：早期黄铁矿被方解石、闪锌矿、方铅矿或石英交代溶蚀，毒砂、磁黄铁矿半自形板条晶体被方解石、闪锌矿交代溶蚀成不规则状、港湾状。骸晶结构：黄铁矿被闪锌矿沿黄铁矿中央溶蚀呈骨架状，毒砂的柱状晶被方解石、磁黄铁矿、方铅矿、硫锑铅矿溶蚀呈骸晶状。似文象、文象结构：脉石矿物（方解石、硅质

18、物）被磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿交代呈似古希腊象形文字图案，早期闪锌矿中散布的黄铜矿、磁黄铁矿显示文象结构。残余结构：闪锌矿不完全交代黄铁矿、磁黄铁矿、毒砂，保留被交代矿物残余。（2） 矿石构造块状构造：金属矿物含量>80%，按照金属矿物可划分为块状磁黄铁矿矿石、块状方铅矿矿石、块状铅锌矿石、块状黄铁矿矿石。块状矿石中也有显微条带状矿石隐现。条带状构造：磁黄铁矿、黄铁矿条带与闪锌矿、方铅矿条带相间交错，带宽25cm；在较大矿体边部，可见大理岩条带与铅锌矿石条带相间分布。浸染状构造：在块状矿石矿体的两侧及单个矿体中，金属矿物含量<50%，脉石矿物含量>60%，依照金属矿物含量可划

19、分为稀疏-稠密浸染状构造。（3） 矿石矿物组成金属矿物主要有黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿，次为毒砂、磁铁矿、硫锰矿、黄铜矿、白铁矿、黝锡矿、胶状黄铁矿；微量矿物有深红银矿、辉银矿、硫锑铅矿、银锑黝铜矿、银黝铜矿。脉石矿物主要是方解石，次为石英、绢云母、斜长石、红柱石及绿泥石，岩浆热液叠加矿物有透闪石、阳起石、透辉石和石榴子石，偶见白云母、石膏、萤石等。3.4围岩蚀变花牛山喷流-沉积型银铅锌矿床围岩蚀变不发育，主要为热水沉积重晶石、硅质石英和白云石等矿物。银铅锌矿体近矿围岩与正常岩石相比，Si、K、Na、Mg、Fe、Mn、Ba等元素相对富集。产于四矿带下盘的条带状角岩和透辉石（透闪石化）岩，

20、层状性质明显，普遍具细粒结构和层状构造，系同生沉积期喷流热水对盆地沉积物蚀变交代产物，厚大矿体两侧常伴生有似层状透辉(闪)阳起石岩。3.5成矿控制因素（1） 矿体产出受层位控制花牛山一、二矿区银铅锌矿赋存于蓟县系上统上岩组第二岩性段千枚岩、千枚状板岩(Jxp3b)与第三岩性段大理岩夹千枚(Jxp3c)过渡部位，矿体主要产于大理岩与千枚岩接触带附近。成矿伴随着热流体对围岩的蚀变作用，形成层状透辉阳起石矽卡岩，与银铅锌矿体紧密共生。同生沉积成矿后，尽管矿区地层发生了强烈的褶皱和岩体侵蚀，含矿层遭受了变形变质与构造破坏，但通过对矿床的宏观观察与剖面测制，发现银铅锌矿体的层控性十分明显。无论是以碎屑岩

21、和碳酸盐岩容矿的一、二矿区，还是以中基性火山岩夹碎屑岩、碳酸盐岩容矿的三矿区，银铅锌矿体均主要产于Jxp3c岩性段下部大理岩(灰岩)与千枚岩或火山碎屑岩接触带部位。因此，第二、第三岩性段过渡部位地表褐黄色铁锰矿化大理岩(灰岩)成为银铅锌矿(化)体产出的重要标志层位。（2）矿体产出受同生断裂与次级沉积洼地控制喷流沉积型同生断裂构造不仅控制着岩相古地理沉积格局，而且控制着沉积建造组合。花牛山矿区银铅锌矿体空间分布上主要局限于东大泉-花西滩-花牛山和五井河两条区域性大断裂之间。前者作为蓟县系沉积盆地的边界断裂，切割深，沿断裂断续有十余个超基性岩体侵位。晚蓟县世，它作为裂隙式火山喷发的通道，控制着近东

22、西向火山-沉积盆地空间展布及花牛山-花西山一带火山-沉积建造组合，在该火山沉积盆地内，成矿除古火山喷口周围的囊状、脉状和透镜状银铅锌矿体外，还形成有与硅质板岩有关的铁铜矿化，矿化均产于火山喷发间隙期形成的炭质千枚岩、碳酸盐岩和硅质板岩夹层中，显然，成矿受区域性生长基底断裂、火山-沉积盆地和古火山机构多重制约。后者是晚蓟县世沉积盆地内部一个区域性同生断层，它切割了前新太古-古元古代结晶基底，控制了南北两侧沉积建造组合，其北侧以浅海相砂质、砂泥质岩石为主，岩性主要为泥质砂岩、粉砂质板岩等；其南侧则以浅海相-半深海相粉砂泥质岩石为主，夹多层厚度不等的泥质碳酸盐岩沉积，中部花牛山二矿区-一矿区一矿带一

23、带，岩性主要为炭质千枚岩、千枚岩化粉砂泥质板岩夹薄层状含炭泥灰岩及炭硅质板岩等，西部萤石矿及其以西及东部长黑山一带，岩性相变为粉砂质板岩、泥板岩夹白云质泥灰岩，由此可见，五井河断裂是蓟县纪古沉积盆地内部一个相对较深的次级凹陷盆地的北部边界，该次级盆地中心在现今花牛山铅锌矿区一矿区三矿带以北至五井河断裂间，与花牛山一、二矿区铅锌矿化范围相一致。（3）岩相和沉积环境的控制花牛山银铅锌矿床内金、银、铅、锌(铜、铁)矿化类型明显受岩相和沉积环境双重制约。花牛山三矿区银铅锌矿形成于陆缘间歇性火山-沉积盆地中，以韵律层状基性火山熔岩、角砾熔岩夹火山碎屑岩、碎屑岩、含炭细碎屑岩夹硅质岩及碳酸盐岩相构成，围岩

24、银、铅、锌、锰含量高，普遍含黄铁矿、黄铜矿和磁黄铁矿等，硅质岩中见有似层状含铜磁铁矿化，是近古火山(喷流口)相对不稳定环境火山喷气沉积作用的产物，其产出受古火山构造控制较明显，但矿体规模小；一、二矿区金银铅锌矿形成于浅海滞留的还原环境，由碳酸盐相和细碎屑岩相构成，围岩含有机炭高，普遍含黄铁矿和热水沉积矿物重晶石、白云石等， Ba元素地球化学异常和热水沉积过程中的矽卡岩化，揭示古沉积盆地处于距古喷流口相对较远的宁静环境，矿体产出受同生断裂控制，常形成规模较大的工业矿体。后经多期叠加改造，在背、向斜核部可形成厚大矿体。（4） 地热异常对成矿作用控制成矿作用的关键问题之一是热源问题。大陆边缘热状态改

25、变的直接原因是由于地幔物质上涌、地壳减薄（局部），导致地壳拉张裂陷和地热异常。花牛山银铅锌矿床的直接热源应该是蓟县纪时期地壳深部存在有岩浆房，源自上地幔及下地壳的基性岩浆在构造动力驱动下，沿花西滩-花牛山深大断裂喷出地表，引起其周围海盆地内海水对流循环和热水活动，为热水沉积成矿作用提供了前提条件。因距热源远近的差异和热水温度的不同，形成构造部位上的喷气沉积型-喷流沉积型（亦即远侧型）银铅锌金系列矿床。3.6矿床成因1、 二矿区银铅锌矿化形成于蓟县系平头山组上岩组第三岩性段浅变质细碎屑岩-碳酸盐造中，矿体赋存于第二岩性段千枚岩与第三岩性段底部大理岩岩性层间。矿体呈层状、似层状、透镜状，受地层层位

26、控制，与地层发生同步褶皱。矿化局限于花西滩-花牛山同生-后期多次复活断裂带北侧，产于强烈沉降的浅海半封闭沉积盆地中。矿体围岩常见同生成因的热水沉积硅质条带大理岩、含锰白云岩、条带状透辉石岩，呈层状产出，微晶-细晶结构，块状、层纹状和(变)条带状构造发育，属典型的喷流沉积型矿床。3.7成矿模式 归纳上述诸多方面成矿控制因素而建立的花牛山与火山-沉积作用有关成矿系统金银铅锌矿床成矿模式如图3。该模式图显示：花牛山矿田赋矿火山一沉积岩系是晚蓟县世塔里木板块北缘被动陆缘裂陷拉张盆地之产物；矿床主要产于远离古火山喷口之裂陷盆地细碎屑岩与碳酸岩盐互层中，部分产于古火山喷口或其附近厚层状中基性火山岩喷发间歇

27、之碎屑岩碳酸盐岩互层中；矿床受同生断裂裂隙系统、古沉积盆地和地层层位的多重控制；矿床是对流循环的海水与火山热液沿同生断裂喷出于海底的成矿热卤水，是水岩同生沉积或交代作用的产物；成矿作用发生于古沉积盆地强烈沉陷期、裂隙式火山喷发活动期间及喷发间歇期；矿体主要定位于深水洼地热卤水池中；深部岩浆房为矿床形成提供了热驱动力，成矿物质主要来源于盆地基地岩系（敦煌群）及晚蓟县世火山-沉积岩。根据天山一北山地区蓟县系岩相分析，蓟县纪早-中期为相对稳定的平坦浅海-滨海碳酸盐台地潮坪环境。晚蓟县世，敦煌地块北缘发生强烈拉张断陷，形成红柳园-花牛山半地堑式裂陷海盆，早期在盆地内沉积了一套陆源中粗粒碎屑岩，局部地段出现中酸性海底火山喷发活动；晚期海盆进一步坳陷下沉，在局限海盆里的还原环境下，沉积了含炭钙硅质细碎屑岩夹碳酸盐岩沉积，盆地边缘同生断裂活动进一步加剧，并深切达上地慢岩浆房，发生较大规模的裂隙式中基性岩浆喷溢活动。火山作用不仅将贱金属物质带入海底，而且沿盆地边缘及内部同生断裂及古火山喷口裂隙系统下渗的海水和大气降水在深部岩浆房热动力及压力差的驱动下，发生对流循环，并与深部岩浆蒸气冷凝热流体混合，形成以海水为主的矿化热液。矿化热液在上升或侧向运移的过