SEDEX型铅锌矿床特征及研究趋势

谭克彬　陈强　郭涛　谭治雄　张伟（新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第六地质大队　哈密 839000）



SEDEX型铅锌矿床特征及研究趋势

谭克彬陈强郭涛谭治雄张伟
（新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第六地质大队哈密 839000）

摘要喷流沉积型矿床（SEDEX）在世界范围内广泛分布，是Zn和Pb的重要来源。本文简要概述了沉积喷流矿床的构造背景、矿化特征、控矿因素，在此基础上总结了矿床成因和成矿模式，最后探讨了SEDEX铅锌矿床的理论勘探研究需要解决的几个问题。

关键词SEDEX铅锌矿矿床特征矿床成因成矿模式研究趋势DOI∶10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.01.008

喷流沉积型（SEDEX）铅锌矿和密西西比河河谷型（MVT）铅锌矿两大类是世界上铅和锌的主要来源，矿体多以层状产出在沉积岩中。其中SEDEX因其储量巨大而受到广泛关注和研究，其分布遍及世界各大洲，提供了重要的铅、锌、银资源［1-3］。著名的加拿大苏丽湾、澳大利亚的蒙特爱莎、阿瑟河、德国的梅根、莱美斯堡矿床、爱尔兰的田纳、席尔瓦、中国的厂坝等铅锌矿床都属于该类型［4-5］。关于这类矿床的构造背景、地质特征和矿化蚀变分带已多有论述。笔者在广泛阅读前人研究成果和文献的基础上，总结了SEDEX型铅锌矿主要地质矿化特征和成分，在此基础上提出了成矿模式，最后提出了存在的问题和研究趋势。

1　SEDEX铅锌矿床主要特征

所谓的“页岩型”或者层控矿床是指容矿岩石主要为沉积岩的块状硫化物矿床。除页岩外一些碎屑岩、粉砂岩、碳酸盐也可以是其容矿围岩，因其层控性明显，亦称之为热水沉积矿床，其典型特征是规模大、矿体多层装，因而易开采，储量巨大。成分上富含Pb、Zn，偶尔伴生Ag，因多含重晶石而含Ba，贫Cu和Au［6，7］。

1.1成矿构造背景

这类矿床主要位于拉张性构造环境，如裂谷，拉伸盆地，克拉通边缘的坳陷沉积盆地。比如加拿大的Sullivan矿床，澳大利亚的McArthur矿床，Mount Isa矿床产于陆内引张环境或断裂海槽内，浅水沉积物容易沉积在这样的环境中。除了这些张性环境，在一些弧后盆地、陆内断裂活动带等环境，热水沉积成岩的成矿作用亦能发生。尤其是碳酸盐台地，是形成热水沉积矿床最有利的构造部位和岩相古地理环境［8］。

1.2时空分布

SEDEX型矿床产出时代主要集中在1 400～1 800 Ma（第一集中期）和300～500 Ma（第二集中期）两个时间段（图1），时代上集中在早中元古代（第一期），早寒武世、早中志留纪到中晚泥盆纪（第二期）。其中早中元古代产出的矿床不仅数量众多而且储量巨大。而显生宙的矿床大多分布在300～500 Ma之间［1］。全球范围内有几个主要的矿集区：北美西海岸的Selwyn Basin和Belt-Purcell和阿拉斯加的Brooks Range，欧洲的Irish Basin，Rhenish Basin和Iberian Py⁃rite Belt，中亚的哈萨克斯坦盆地和印度北部的Ara⁃vall Delbi Belt，澳大利亚的McArthur Mount Isa Belts 和Broken Hill District。在中国Sedex矿床主要分布于新疆西北部和内蒙中部和长江中下游地区等一系列凹陷盆地［6，8］。

图1　SEDEX矿床的构造背景分类（据文献［1］修改）

1.3层控和岩控特征

喷流沉积矿床因热水直接冷却沉淀于海底，其层状矿体特征明显，赋矿岩石可以是页岩也可以是碎屑岩、碳酸盐等其他沉积岩类。这些岩石常含有细粒层凝灰岩层和黄铁矿层，有机质含量较高，岩石颗粒较细，碎屑岩常达细粉粉砂和粘土级，岩石多具有板状劈理和裂理，这些层间裂隙是热水沉积的有利部位。除此之外，不同类型热水沉积岩较发育，如硅质岩、重晶石岩、镁铁碳酸盐岩、电气石岩等，这些岩石是伴生Ba、B的主要来源。

1.4矿化分带性

SEDEX型铅锌矿床分带性明显，热卤水通过同生断层交代淋滤围岩进而发生金属沉淀或者直接喷出海底遇海水沉淀。沿着上升通道向上和外围，随着温度、压力、硫逸度、pH和Eh等物化条件的变化而出现分带现象∶平面上由里向外依次出现铜-铅-锌-钡-铁的分带，中间地带以黄铜矿居多，最外围富集方铅矿和闪锌矿，过渡地带为重晶石。而在剖面上深部热液喷出遇海水迅速冷却，由于溶解度的差异各元素一次结晶沉淀。从深至浅出现铜锌铅钡铁的分带。剖面上出现的矿物和平面上大体类似，最重要的方铅矿和闪锌矿产于最外围。

1.5矿物蚀变分带

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SEDEX矿床的围岩蚀变种类较多，主要有白云母化、绿泥石化、菱铁矿化和电气石化。伴随着这些蚀变矿物多出现石英个硫化物，硫化物含量尽管很低，但是种类丰富，包括黄铁矿、黄铜矿、黝铜矿和毒砂。这些蚀变矿物组合往往围绕热液中心呈带状、放射状产出。

1.6双层结构及分相性

在热水对流系统发育，且保存完好的矿床，可具有双层结构，层状矿体在上部，下部矿体一般呈脉状或网脉状，二者显著不整合接触。矿床上部常由一个或者多个层状、似层状或透镜状硫化物矿体组成，且矿体往往有分相特征，如加拿大赛尔温盆地Jason矿床可分3个相。下部脉状矿体可能是热水在喷出海底之前在深部与围岩发生反应，而在热液流经的通道内，如同生断裂或者裂隙，交代淋滤沉淀成矿。

1.7成矿物质来源

总体来说，成矿物质和流体具有多源性，有幔源、壳源和赋矿盆地中早期的沉积物［7］。矿石的硫同位素变化范围大，呈塔式分布，总硫或者平均值多在零值附近，暗示这些硫化物组分的深部来源。一般黄铁矿中的硫同位素值高于其他硫化物，可能是因为海水硫酸盐在还原环境中变成二价硫，其他硫化物中的硫则主要来自于深部热液而显示低值。

1.8控矿构造

尽管层控型明显，但同时SEDEX矿床的产出大多与同生断裂活动密切相关。在国内外典型SEDEX型的容矿岩组中都可以见到含矿地层岩相、岩性和矿体厚度的突变，这些变化可能是同生断裂活动所致。而一些滑塌角砾岩、层间砾岩、混杂堆积和同生角砾矿石发育则直接是同生断裂活动的产物。最为深部热液进入盆地的通道，同生断裂具有控矿和导矿构造的属性，其持续的时间和活动的频率直接影响了矿床的规模和分布［9，10］。

2　矿床成因与成矿模式

盆地压实卤水模式认为，盆地中的沉积物在压实过程中由于地热梯度而在下部（相对）高压高温的条件下释放出成矿物质和流体，这些物质和流体在相变和物化条件的变化下发生金属的析出和沉淀。盆地压实卤水模式很好的解释了矿体的层控型。但是其不能解释温度的问题，一些SEDEX矿床的成矿温度（140～280℃）似乎远高于盆地压实形成的卤水所能达到的温度（95℃～l30℃）［2］。同时对于一些矿床中出现的明显的交代作用形成的交切网状矿体不能很好地解释。

海底热液对流模式的核心是海水与深部热液的循环对流。在具有强烈的张应力作用的地壳上部，众多微裂隙、塌陷和同生断裂发育其中，这使得尽管温度不高但是流体渗透通过岩石对流作用顺利进行。经典的对流模式分为三阶段：早阶段对流的深度很浅，流体和围岩未达到平衡，只有铁、钙、锰、锌被溶解；第二阶段随着对流深度的增加，热水被加温至200℃，溶解的金属量更多，但是氧逸度较低铜仍然不能溶解，这些金属离子以络合物的形式迁移，同时围岩发生斜绿泥石化；最后阶段对流深度和规模进一步加大，温度和氧逸度升高，铅锌铜均发生了溶解，最后这些络合物随着热液对流至海底随着物理化学条件的变化而发生沉淀形成矿体。对流深度和规模大，形成的矿体规模也大，外围也伴生部分铜。这也解释了一些矿床中网脉状矿化和层状矿化共存以及矿化元素分带性的现象［2，7］。

3　研究趋势及存在问题

SEDEX矿床作为20世纪地质学的重大发现，近几十年来对其认识和研究有了重大进展，但仍有一些理论和勘查问题需要继续深化研究：

（1）成矿流体性质的研究。流体的物理化学条件等问题主要依赖于赋存在与矿化共生的石英中的流体包裹体来研究，流体来源则用H-O同位素来示踪。一个技术瓶颈是SEDEX矿床中包裹体相对于其他热液矿床很少而且体积很小，大部分都小于5 μ，所以开展这方面的工作难度不小。近年来利用非传统同位素进行流体来源示踪取得了一些成果，如电气石的B同位素示踪热液来源，硅质岩的Si同位素示踪沉积环境［11］。对H-Ar惰性气体同位素的示踪来研究有无幔源组分的加入［11，12］。因此今后关于流体的研究可以引入这些先进的同位素测试技术。

图2　海底热液对流系统成矿模式图（据文献2）

（2）矿化集中期的动力学背景。前已述及，全球范围内SEDEX型矿床产出时代主要集中在1 400～1 800 Ma和300～500 Ma两个时间段，这样集中地时代产出是否对应了某些特定的地球动力学过程，和超大陆的裂解拼合是否有关系？今后对这一问题应该加强研究，不仅仅对大尺度指导勘探SEDEX型矿床提供理论依据，同时对全球大地构造亦有深远影响。

（3）成矿系统的研究。对于SEDEX矿床的研究应该注重利用系统论的方法来研究其成因，包括控制矿床形成、变化和保存的全部地质要素、成矿作用过程，以及所形成的矿床系列和矿化异常系列，这些要素构成了具有成矿共能的一个自然系统。从物质来源、热液迁移的能量、成矿空间、成矿时间和沉淀过程这五个要素来全面认识成矿机制和规律，一方面强化了矿化理论研究，同时有助于提高成矿预测的精度。

（4）成矿作用的研究。目前对于SEDEX矿床和火山活动或者说岩浆作用的关系一直有争议，尽管在许多矿床中未见明显的火山活动或者岩体，但是许多学者指出，海底深部的岩浆活动对成矿流体的形成和演化不可忽视［9］。一方面，深部的岩浆活动可以携带大量的成矿物质；另一方面，其可以提供流体迁移的动力。除此之外，喷流沉积期后的矿床被其他活动，如构造，后期热液的改造作用亦需要深入研究。尤其是后期构造活动对矿体的改造，这在具体的矿床勘探中具有重要意义。

（5）超大型矿床的形成条件。一般认为，海底凹陷，同生裂隙构造和热水喷流沉积作用是超大型铅锌矿的前提条件［6，10］。尽管我国的很多SEDEX矿床规模达到超大型，如内蒙古的东升庙［9］，云南的兰坪金顶铅锌矿［13］和陕西的厂坝［14］。但一个现实问题是在找矿过程中仅仅依据这些条件不一定就能发现大型或超大型矿床。喷流沉积作用和超大型矿床的内在联系还有待深入研究，其他成矿条件亦需要厘定，这具有重要的理论和实际意义。

（6）生产单位和科研单位应该建立联合基地，让实践勘查经验为主和理论科研为主的工作者联合起来，一方面理论研究指导找矿实践，反之勘探的经验反过来对理论模型进行验证和修改补充。在前人研究的基础上，进一步查明和研究SEDEX型铅锌矿的成矿机理等问题；将SEDEX矿床的成矿作用类比其他类型Pb-Zn矿的成矿作用和成矿模式。前人提出的两种常见SEDEX型铅锌矿床成因成矿模式均能解释某些问题，但都存在一些细节上的纰漏，这需要广大科技工作者进一步研究与完善。

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收稿：2015-12-10