密西西比河谷型铅锌矿床课件

密西西比河谷型矿床MississippiValley-type（MVT）密西西比河谷型矿床（MVT）密西西比河谷型矿床（MVT）是以广泛分布于美国中部的寒武纪至石炭纪碳酸盐建造中的许多巨大铅锌矿床而得名。是世界铅锌矿床第二大类型。在统计的58个世界超大型铅锌矿床中，它的矿床数占24%、其铅锌储量数占23%。矿床规模（Pb+Zn）从几百万吨到几千吨不等，Pb+Zn品位一般在3%~10%（低于喷流沉积型矿床）。MVT矿床规模较大，一般成群成带分布，MVT矿带的分布范围从几十平方公里到几千平方公里，甚至数万平方公里，常伴生同类型的黄铁矿矿床、沉积菱铁矿矿床、重晶石-萤石-闪锌矿矿床等。有重要的经济意义。碳酸盐岩型铅锌矿床的吨位及品位（据DanL.Mosier和JosephA.Briskey，1986）世界主要MVT矿床的分布此类矿床多赋存在从前寒武纪到白垩纪的各个时代的岩石中，但成矿时代多见于古生代及中生代。尽管全球元古宙碳酸盐岩非常丰富，但产于其中的MVT矿床很少，且规模也不大。时控特征不显著有利于形成此类矿床的大地构造环境是稳定的大陆板块、大陆边缘拗拉古、裂谷。二、MVT矿床的一般特征密西西比河谷型矿床的产出构造环境沉积岩中铅锌多金属矿床谱系及成矿作用特征简图（R.Large,2002）矿石的主要金属矿有方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、白铁矿、（黄铜矿）等。常见脉蚀矿物为白云石、方解石、菱铁矿、重晶石、萤石、胶状二氧化硅等。矿石多具交代结构、粒状结构、草莓状结构及团粒状结构，浸染状、细脉浸染状、角砾状、条纹及条带状、胶状构造。矿体的围岩蚀变微弱，常见白云岩化、硅化、方解石化及退色化。硫化物的δ34S为8.03‰~31.36‰，且一般认为矿床的硫主要来源于海相蒸发岩，如膏盐层。蒸发岩中的硫酸盐转变为MVT矿床中硫化物的还原态硫的机制可能是通过热化学还原作用实现的。MVT矿床矿石铅同位素组成比较复杂，一些矿床富放射性成因铅，同一矿床甚至单一方铅矿晶体的铅同位素组成差异较大，如密苏里东南部和上密西西比河谷地区一些矿床则不具此特点，铅同位素组成较为均一。MVT矿床的一显著特征便是具有“J型异常铅”。川滇黔地区主要铅锌矿床硫同位素直方图川滇黔地区主要铅锌矿床铅同位素演化

MVT矿床脉石矿物方解石和白云石的δ13C和δ18O明显低于围岩，近矿围岩的δ13C,δ18O介于二者之间说明其为正常围岩受成矿热液交代重结晶而致。与碳和氧的情况相反，其硫化物和脉石矿物87Sr/86Sr皆不低于主岩的值。近年来，多数人倾向于认为，这类矿床中的铅、锌矿化在沉积和成岩时已初步富集，后经地下热卤水对富含铅、锌的沉积层进行溶滤和搬运，在有利的地层和构造环境中充填、交代而成矿床。三、MVT矿床的成因和成矿模式MVT矿床还没有统一的描述性模式可成因模式。S.A杰克逊和F.A比尔斯以加拿大派因波因特矿床为了提出了沉积—成因模式，认为在大型盆地内由沉积物的压实作用所产生并驱动的流体，通过卤水的淋滤作用获得金属，并以氯化物或有机络合物状态携带金属，当它们从盆地深处排除时，在碳酸盐岩中遇到有H2S的地方就沉淀出硫化物。即MVT矿床是在成岩作用晚期阶段正常沉积盆地演化的产物。碳酸盐岩型铅锌矿床成矿模式成矿模式参与深部循环的地下水或盆地沉积物封存的卤水受地热增温的影响溶解了地层中的盐分、铅等成分形成含矿的低温热卤水。此种热卤水沿断裂、不整合面、砂岩及角砾岩等渗透性层运移并在有利的部位沉淀成矿。（据JosephA.Briskey，1986的图修改）成矿卤水的特点流体包裹体资料显示这种卤水具有以下特点：密度常大于1；盐度通常大于15%，超过海水盐度4倍及以上，但几乎未见NaCl子晶，表明包裹体中除Na、Cl之外，还存在大量Fe；包裹体内含有浓缩的Na、Ca氯化物溶液，以及少量K、Ma、Br和部分重金属，如Cu、Zn；有机质是常见的，呈甲烷或类似的气体，或呈不混溶的像石油那样的小液滴，或在卤水内呈乳化液；流体包裹体充填温度约80~2000C，大多数温度范围为100~1500C。2、金属来源实验研究和对天然卤水的观察证实，富含氯化物的卤水能够从它们所流经的岩石中淋滤出痕量金属，既可以把表明吸附的金属吸收过来，也可把矿物重结晶及重结晶期间释放出来的金属吸收过来。另一种可能是由于热液蚀变或金属有机络合物破坏而从这种络合物中吸收其释放出的金属。关于源岩：页岩；碳酸盐岩；蒸发岩层；基底有人主张是页岩，因为页岩通常相对富含痕量金属，还因为随埋藏深度加大和稳定增高，粘土矿物结构发生变化，可能释放出这些痕量金属。碳酸盐岩作为源岩，因为这些金属是在初始亚稳定态的文石和高镁方解石被稳定态的低镁方解石和白云石交代过程中释放到水溶液中的。根据对加拿大西部的中泥盆世蒸发岩层中金属富集作用的研究，在蒸发作用期间，铜留在卤水中，而铅锌进入石膏和硬石膏这些固相内，富铜的残余卤水能形成小规模的红层铜矿床。而铅锌则在很晚才被高盐度卤水活化。3、硫的来源多数地下卤水含少量硫，其含量范围从几十到几千ppm，硫几乎总是呈硫酸盐状态存在，而不是呈形成硫化物矿床所需的还原硫状态存在。要使卤水中还原硫含量增加，一般有两种途径：把卤水中已有的某些硫酸盐还原为硫化物，这可通过卤水中其它组分，如甲烷的作用来逐步实现，甲烷可将硫酸盐还原为H2S，或者卤水在其运动过程中与某一还原营力，如与石油相遇，从而是硫酸盐还原；增加卤水中的外加还原硫，这可通过细菌对硫酸盐的还原作用，石油的热降解以及石油与无菌硫酸盐的还原作用来达到。从硫同位素看，MVT矿床的硫同位素比值很宽，一般认为归因于使硫还原的细菌作用。但这不会改变硫的地壳成因，最终是海水成因的结论。（二）搬运形式与驱动力在盆地中，由于压实作用的水压差，间隙流体从地层中被挤压出来，这些溶液沿最容易渗透的通道上升。纵横交错的天然通道系统能使大量流体迁移，一旦遇到像砂岩或具有岩溶或破碎带的灰岩等渗透性强的地段，溶液就会流动相当长的距离。这些海水能否搬运金属取决于卤水中还原硫的含量，而金属在含还原硫较多的溶液中的溶解度是相当低的。所以，一种溶液在1000C时，是不可能既搬运大量金属又搬运大量还原硫而形成矿床的。溶液要么携带大量的金属，要么携带大量的还原硫，往往不可能兼而有之。金属在这种溶液里主要是呈氯化物或有机络合物形式被卤水携带的。这种运移的驱动力和运移型式有待深入探讨，目前研究看，初期成岩压实作用应是主要驱动力之一。其它可能包括渗透作用、粘土化的脱水作用，或由于温度升高引起水膨胀等。（三）沉淀机制MVT矿床大多赋存在碳酸盐岩中，并且广泛与碳酸盐岩局部溶解带和坍塌带伴生，常与岩溶有关。碳酸盐岩中这些开放空间既便于流体运移，也可为大量硫化物沉积提供空间，因此碳酸盐岩层不仅构成盆地脱水的最佳通道，也是矿石的最好容矿岩层。MVT矿床产出位置示意图混合机制关于硫化物从卤水沉淀出来的原因可能是pH值变化、冷却作用、稀释作用和还原硫增加。加拿大G.M安德森研究认为，携带金属的溶液与携带硫的溶液不是同一种溶液，而是两种溶液。携带金属的溶液与碳酸盐一致，偏碱性；而携带硫的溶液偏酸性，矿石沉淀在两种溶液混合的地段。因此，MVT矿床成矿的基本模式是：Pb、Zn以Cl的络合物形式搬运，H2S呈气态，二者在同一地段出现，但不一定同时，可能有先后，两者相遇，络合物不稳定，就沉淀出PbS和ZnS：(Pb、Zn)Cl2（液态）+H2S（气态）—PbS或ZnS当然，两种溶液来自何处，怎么成矿，仍有很多争论。还原沉淀机制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于流体中，在富含有机质的成矿部位还原硫酸盐，引起硫化物沉淀。硫酸盐可以随同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。硫酸盐的还原是此模式的关键。密西西比河谷型矿床成矿流体中及成矿部位的有机质数量少，难以对成矿产生显著的影响。在成矿部位，无机质作为还原剂的效能，使硫化物沉淀所用的时间也不能满足成矿的需要，且众多密西西比河谷型矿床成矿部位中可用作还原剂的无机质(如低价状态的变价元素)在量上并不丰富。四、成矿环境与成矿条件

1)MVT矿床在空间上基本分布于古老克拉通的边缘或内部。有些则产于裂谷环境中，如Canning盆地。2)MVT矿床一般与构造碰撞和/或裂谷活动(多离矿床较远)有关，这不仅可以从地质、其它地球化学特征上得到支持，而且就近年测得的可靠成矿年龄来说，北美MVT矿床一般与造山活动有关。如上密西西比河谷地区MVT铅锌矿床与Alleghenian/puachita造山活动；东堪萨斯Jumbo矿床与Appalachian/Ouachita造山活动有关；Polaris矿床与Ellesmerian造山活动有关；东田纳西Coy和Irnmel矿床与Acadian造山活动有关；爱尔兰中部平原Gortdrum矿床与原始大西洋封闭晚期有关；Canning盆地的MVT矿床是裂谷环境的产物。沉积岩中的铅锌矿床综合模式（ModelbyGoodfellowetal.,1993）3)MVT矿床主要赋存于厚的碳酸盐岩(主要为白云岩)建造中，具明显的岩控特征。4)MVT矿床在空间和成因上往往与高的基底(basementhigh)有关；或直接产于基底中。5)人们曾经一度认为MVT矿床与主岩的沉积相(变)有关，受主岩形成时的岩相古地理控制，ViburnumTrend和PinePoint等矿区可以说是这种观点的经典实例。然而现在经过仔细的工作发现，在前者几乎没有矿体产于礁体中，相反，矿体多产于渗透性较好的白云岩中和礁体周围，在PinePoint和东田纳西，矿体多产于溶蚀角砾岩中。与其说MVT矿床受沉积相(变)等控制，不如说受主岩的可渗透性控制(为成矿流体运移及成矿物质沉淀提供了有利空间部位)。在MVT矿床研究中由于一直缺少对控矿构造(主要为断层、断裂)和成矿后构造的区分，才致使人们把过多的注意力转移到MVT矿床与主岩地层沉积相(变)的关系上，从而产生了误导。MVT型碳酸盐岩容矿的铅锌矿床成矿条件示意图MVT型矿床的形成多与碰撞造山活动关系密切，如密西西比河谷地区MVT型矿床与Alleghenian造山运动有关（Brannon1992），爱尔兰中部的Gortdrum矿床与原始大西洋的封闭成陆有关(Duane,1986)。其赋矿围岩主要是未变质较纯的厚层浅水碳酸盐岩系，以白云岩为主，灰岩次之，具有明显的岩控特征。区域控矿构造从比较平缓的岩层到前陆褶皱和逆冲推覆构造都有，而碳酸盐岩中的断裂系统、不整合面和喀斯特等构造是主要的控制矿体产出的次级构造。矿化集中区主要发育在前陆盆地与穹隆的过渡部位1.矿床(a·三州交界地区,b·密苏里州中部地区,c·维伯纳姆地区,d·老铅带,e·阿肯色州北部地区);2.沉积盆地;3.褶皱带;4.推测的流体流向美国中部地区密西西比型铅锌矿床的分布和前陆盆地与造山带的关系(据Plumlee等,1994)美国中部地区，尤其是欧扎克(Ozark)隆起区内的矿床，主要形成于古生代末的阿勒格尼(Alleghanian)造山运动(320-250Ma)期间，造山运动形成了沃希托山脉，使造山带与阿科玛(Arkoma)和黑沃尔(BlackWarrior)前陆盆地(图)之间产生了巨大的地形高差。使大气降水从南部的造山带一侧下渗到Lamotte砂岩(透水层)之后，在重力梯度的驱动下向北部的前陆盆地流动。在这一过程中流体从地层中淋滤出成矿物质，并获得热量而成为含矿热液。当这些热液到达盆地另一侧时，由于含水层的尖灭或被断层破坏流体释放出成矿物质而成矿。也有人认为在阿勒格尼运动期间，构造应力为成矿流体的流动提供了驱动力，即在造山作用所引起的挤压应力下，成矿流体从造山带一侧向前陆盆地流动，并在盆地的北缘成矿。在扬子陆块西部，以沉积型为主中部以岩浆改造形成的SK型Pb、Zn为主东部为构造热液型PbZn矿五、扬子陆块及其周边的沉积—改造型铅锌矿床扬子地台隆起区周围铅锌矿化集中区分布图汉南隆起

马元地区铅锌矿产于碑坝穹隆周缘灯影组白云岩中，可分为南、东、北三个铅锌矿（化）带。成矿带主体由震旦系灯影组白云岩组成，铅锌矿化集中产于灯影组上亚组第三岩性段砾屑白云岩中；成矿带规模大，产出层位稳定。矿带内铅锌矿化具有分段富集的特点。在断裂构造和角砾岩发育（角砾岩带厚度大、角砾含量增高）且沥青、重晶石化较强地段，铅锌矿化相对富集。川滇黔多金属成矿区川滇黔多金属成矿区位于扬子地块西南缘,包括黔西北、滇东北、川南部分地区,是中国重要的铅、锌、锗、银产地之一,其中包括银厂坡、麒麟厂、金沙厂和会理、会东一带400多个大、中、小型矿床及矿点。其中大中型铅锌矿床十余处，储量近千万吨。该多金属成矿区与陆相峨眉山玄武岩的分布范围基本一致,但赋矿层位全部为不同时代（震旦系至二叠系）的碳酸盐岩,为比较典型的密西西比河谷型(MVT)铅锌矿。川滇黔地区主要铅锌矿床分布图(据骆耀南,2002)川滇黔多金属成矿区在大地构造位置上处于扬子地块曲靖台褶带西北部。该地区在太古宙—中元古代形成了以中—低变质岩为主的褶皱基底，晋宁运动以后，本区开始了被动大陆边缘演化阶段(张云湘，1988)。震旦纪至三叠纪总体上处于拉张状态，属于地裂发展旋回。晚震旦世开始，由于古上扬子海的不断海侵，该区出现了一个广阔的浅海台地，形成了一套以震旦系碳酸盐岩为主的沉积地层。铅锌矿床(点)分布在NS向安宁河线性断裂带。震旦系碳酸盐岩为主要赋矿地层。铅锌矿体多呈脉状、似层状、透镜状、扁豆状、囊状产于白云岩中。

滇川黔地区密西西比型铅锌矿床成矿模式图1.海盆；2.碳酸盐岩地层；3.地幔；4.热卤水；5.大气降水；6.侵入岩；7.矿体；8.断层。构造环境：古特提斯洋向扬子克拉通的俯冲，碰撞带后相对伸展盆地。区域性断裂及次一级断裂是成矿物质运移的主要通道。断裂的长期活动及不断深切，为深部热源和含矿热卤水的运移提供了良好的通道；以碳酸盐岩为主的巨厚局限性盆地沉积相，为矿质沉淀提供了有利的场所。早燕山期大规模的推覆和褶皱作用影响下，引发了大规模的热卤水运移、循环，尤其是下行的大气降水与深层卤水的混合，使流体在运移过程中，发生了压力、体积、温度、组分以及pH值，Eh值等化学条件的改变，从而导致含矿流体中的Pb、Zn从溶液中沉淀下来。矿体的最后定位与后期构造运动的改造作用有关。控矿因素裂陷沉积：以川西和滇