模型二十 喷气沉积型铅锌矿床找矿模型
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发布时间：2022-04-23 06:43
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时间：2022-06-16 20:45
一、概 述
喷气沉积型铅 － 锌矿床 ( Sedimentary Exhalative，SEDEX) 是由赋存在闪锌矿和方铅矿中的以Zn、Pb 和 Ag 为主要组分的层状和层控矿床。它们与铁硫化物和盆地沉积岩呈互层产出，沉积在海底，并与来自*裂谷的热液流体喷发至还原的沉积盆地形成的海底喷口杂岩相伴生。
SEDEX 型矿床是铅和锌的重要来源，分别占世界铅、锌储量的 60% 和 50% ，占世界铅、锌矿山产量的 25%和 31%。矿床具规模大、品位高的特点，且富银和重晶石，经济价值大。世界上铅、锌储量巨大的澳大利亚布罗肯希尔、麦克阿瑟河矿床，加拿大的沙利文和霍华兹山口，美国的 “红狗”等矿床均属此型。它们的铅、锌合计金属储量都在 2000 ×104t 以上。SEDEX 型矿床中铅、锌合计品位一般在 10%以上。矿床中有时含银很富，一般大型矿床的含银量可达千、万吨级。因此，无论对铅、锌还是银来说，这类矿床均是这些金属的重要来源。
SEDEX 型矿床分布较为集中 ( 图 1) 。全球有 120 余个有一定资源量的 SEDEX 型矿床，其中超大型铅锌矿床 ( Pb + Zn 金属储量超过 500 ×104t) 初步统计有 21 个 ( 表 1) 。澳大利亚和加拿大以盛产这类矿床而著称于世。澳大利亚有著名的布罗肯希尔、麦克阿瑟河、芒特艾萨、希尔顿、杜格尔德河、坎宁顿、“世纪”、乔治菲什矿床等; 加拿大有沙利文和塞尔温盆地的霍华兹山口、法罗等矿床。其他国家的主要矿床有美国阿拉斯加州的 “红狗”矿田，南非的甘斯堡和阿格尼斯，德国的腊梅尔斯伯格和麦根 ( Meggen) ，爱尔兰的纳凡、锡尔弗迈因斯 ( Silver Mines) 和里申 ( Lisheen) ，俄罗斯的霍洛德宁 ( Холоднина) 和戈列夫 ( Горевское) ，哈萨克斯坦的捷克利等矿床。我国内蒙古狼山群、渣尔泰群中的东升庙、炭窑口、甲生盘等大型矿床以及甘肃西成地区的厂坝 － 李家沟等超大型矿床均可列入此类。
图 1 全球主要的 SEDEX 型 Pb － Zn － Ag 矿床分布示意图( 引自 P. Laznicka，2006，修编)
表 1 世界超大型 SEDEX 型铅锌矿床*
* 铅+锌金属储量＞ 500 × 104 t
二、地 质 特 征
1. 区域构造背景
SEDEX 型矿床的成矿构造环境是沉降、张裂的裂谷环境。矿床产于受裂谷控制的克拉通内或克拉通边缘沉积盆地内 ( 图 2) 。这种沉积盆地按其规模大小可分为一级、二级和*。一级盆地规模一般为数百千米，二级盆地为数十千米，*盆地则在数百米至几千米之间。
一级盆地或是克拉通边缘海湾 ( 如加拿大塞尔温盆地、美国和加拿大交界处的贝尔特 － 帕赛尔盆地) ( 图 3) ，或是克拉通内盆地 ( 如澳大利亚巴顿海槽) ，往往以断裂为界，盆地内充填有很厚的碎屑沉积和 ( 或) 碳酸盐岩沉积，它们是在地壳相对稳定的漫长时期内沉积的。
二级盆地在一级盆地中，是由一级盆地内大体同期的局部垂直构造运动造成的较小的盆地，像两个断裂带中的地堑，由隆起隔开，也往往以断裂为界，如澳大利亚皮尔巴拉盆地。
图 2 海底喷气沉积型铅 － 锌矿床的构造示意图( 引自地矿部矿床地质研究所，1985)
图 3 北美西部贝尔特 － 帕赛尔盆地 ( 元古宙) 和塞尔温盆地 ( 古生代) 的位置图( 引自地矿部矿床地质研究所，1985)
*盆地是一种含有层状硫化物矿化的洼地。盆地内的沉积岩种类繁多，既有细粒碎屑岩 ( 页岩和粉砂岩) 和 ( 或) 灰岩及白云岩组成的稳定的低能沉积环境中形成的 “原地”岩石，也有由砾岩、层内角砾岩及粗碎屑沉积岩等组成的急速高能流入的 “异地”岩石。原地岩石是在平稳静水环境中与层状硫化物一起缓慢沉积下来的。异地岩石的形成与生长断层有关，这种生长断层控制着*盆地的下沉，与矿化关系密切，生长断层可能是含矿流体的通道。所以，在找矿过程中如何识别*盆地很重要，因为它是矿体产出的地方。
2. 矿床地质特征
( 1) 容矿岩石和亚型
多数 SEDEX 型矿床的容矿岩石为盆地海相、还原相细粒沉积岩，包括页岩 ( 可以是泥质、炭质、钙质、白云质和硅质) 、粉砂岩和碳酸盐岩以及它们变质后的产物。容矿岩石中往往夹有一些凝灰岩层，有时多达几十层。
SEDEX 型矿床的容矿岩石除大多数为细粒沉积岩 ( 图 4) 外，根据其主要的容矿岩石及其受变质的程度还可分出以碳酸盐岩为容矿岩石的爱尔兰亚型 ( Irish) 和以高级变质岩为容矿岩石的布罗肯希尔亚型 ( Broken Hill，BHT) 。
图 4 澳大利亚 “世纪”铅 － 锌矿床南北向和东西向的横剖面图( 引自 G. Thomas 等，1992)
爱尔兰亚型的矿床有爱尔兰的纳凡、锡尔弗迈因斯和里申等，主要容矿岩石为灰岩和白云岩，也具有密西西比河谷型 ( MVT) 矿床的一些特征; 布罗肯希尔亚型的矿床有澳大利亚布罗肯希尔、坎宁顿，南非的甘斯堡、阿格尼斯，俄罗斯的霍洛德宁矿床等。BHT 亚型矿床，多产在前寒武纪深变质杂岩中，以双峰态的火山岩和碎屑沉积岩系为容矿岩石，通常变质到角闪岩 － 麻粒岩相，常见的容矿岩石为石墨云母矽线石片麻岩和片岩。该亚型矿床也具有火山 － 沉积岩容矿的块状硫化物矿床( VSHMS) 的一些特征。BHT 亚型矿床由于变质作用使硫化物颗粒变得粗大，因而易采、易选，经济价值更大。
( 2) 矿体形状和矿石组分
典型的 SEDEX 型矿床上面有正常沉积部分，下面有角砾岩带。正常沉积部分是由一层或多层硫化物组成的席状或似透镜状的板状矿体，厚几十米，长大于 1km。沿层从硫化物相演变为重晶石相，层状重晶石产在层状硫化物之上或作为其侧向延伸部分，由重晶石相再演变到铁氧化物相 ( 图 5) 。在层状硫化物和重晶石矿石内常夹有极细的燧石，有些矿床侧向上变为铁硫化物 － 燧石，这些燧石是海底喷气的证据。因此，识别出热液燧石层，有助于发现喷气中心及伴生的硫化物矿床。
图 5 海底喷气沉积型铅 － 锌矿床矿物分带的示意剖面图( 引自 D. P. Cox 等，1986)
层状硫化物矿石的矿物组成较简单，含有细粒的黄铁矿和 ( 或) 磁黄铁矿、闪锌矿、方铅矿，以及少量黄铜矿，有时还有白铁矿和毒砂出现。在矿石结构上，部分呈块状或条带状。典型的金属分带顺序: 侧向上由中心向外为 Cu—Pb—Zn—Ba，垂向上由下往上为 Cu—Zn—Pb—Ba。
层状矿体之下或其附近有时有网脉状、浸染状或脉状矿化带，呈角砾岩带出现，称为喷口杂岩带，其矿物组合主要有黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、含铁碳酸盐、白云石、石英、电气石，以及少量白云母、绿泥石、黄铜矿、毒砂和硫酸盐矿物等。但并不是在所有的矿床中都能见到这种角砾岩带。加拿大沙利文和德国腊梅尔斯伯格两个矿床下面见有这类角砾岩带 ( 图 6) 。角砾岩是由断裂形成的，这种断裂是与沉积作用同期的生长断层，许多矿床的一侧都以这种断层为界，如澳大利亚麦克阿瑟河、芒特艾萨矿床 ( 图 7) ，德国麦根矿床和爱尔兰锡尔弗迈因斯矿床等，这是沉积岩中喷气沉积矿床很典型的特征。
( 3) 热液蚀变
与下伏热液通道带喷口杂岩紧密伴生的许多 SEDEX 型矿床，其热液蚀变范围宽广，可进入成矿前和成矿后的沉积岩系几百米，矿床侧向上可达几千米。如加拿大沙利文矿床的绢云母化蚀变延伸至矿石之下超过 200m，沿金伯利断裂东西方向延伸约 4km。SEDEX 型矿床已知的蚀变有硅化、电气石化、钠长石化、绿泥石化、绢云母化、白云石化等。
图 6 加拿大沙利文矿床地质剖面图( 引自 D. F. Sangster 等，1976)
图 7 澳大利亚芒特艾萨矿床 Pb － Zn － Ag 矿山横剖面图( 引自 P. J. Forrestal，1990)
( 4) 层控特征
该类矿床具有明显的层控性。矿床均赋存在一定的地层层位内。澳大利亚麦克阿瑟河矿床的 7 个矿体均产在中元古界麦克阿瑟群巴内克里克组 HYC 黄铁矿页岩段内; 芒特艾萨矿床 14 个铅 － 锌 － 银矿体都产于古元古界芒特艾萨群约 600m 厚的乌尔卡特页岩组内; 加拿大沙利文矿床产在中元古界帕赛尔超群的阿尔德里格组中 － 下段岩层内; 德国腊梅尔斯伯格矿床产于中泥盆统魏森*页岩层中。
( 5) 时控特征
该类矿床还具有明显的时控性，其产出时代相对集中，多在古 － 中元古代 ( 19 亿 ～14 亿年) 和早 － 中古生代 ( 5. 3 亿 ～3 亿年) 。从统计的 21 个世界超大型 SEDEX 型铅锌矿床 ( 铅 + 锌金属储量超过 500 ×104t) 的成矿时代看，其中元古宙的矿床有 14 个，占 66. 6% ; 古生代的矿床有 6 个，占28. 6% ，两者合计占 95% 以上。澳大利亚的麦克阿瑟河、芒特艾萨和加拿大的沙利文矿床为元古宙矿床的代表，德国的腊梅尔斯伯格和麦根以及加拿大塞尔温盆地的矿床为古生代矿床的代表。
三、矿床成因和找矿标志
1. 矿床成因
现在一般认为，海底喷气成因是解释这类矿床各种特点的最好理论。按照这种理论，这类矿床是由海底喷气流体形成的。
根据对该类矿床的研究，可以概括出一个成矿模式 ( 图 8) ，盆地中多孔隙沉积物在压实期间排出孔隙水，它们在埋藏期间变热 ( 地温梯度 35℃ /km) ，酸度和盐度增高，因而能滤取地层中的物质( 金属等) ，并呈氯络合物形式携带矿质运移，在适当的物理化学条件下，金属络合物遭到破坏就沉淀出硫化物矿石。在地温梯度较高和构造活动地区，流体可以从沉积地层内排出，尤其是沿断裂向上排出，沿通道喷出后的流体一般不形成液柱，而顺坡流动，在地形低洼处沉积成矿。可以形成近喷口相矿床或远离喷口的矿床，流体可以一次沿断裂喷出形成一个大矿床，也可以多次喷出形成多层矿床。
图 8 SEDEX 型矿床的成因模式示意图( 引自地矿部矿床地质研究所，1985)
2. 找矿标志
( 1) 区域地质找矿标志
1) 识别出一级、二级盆地。一级盆地 ( 数百千米的规模) ，为克拉通边缘的海湾或克拉通内盆地，盆地边界受断裂控制。盆地内沉积巨厚的碎屑沉积岩、浅海碳酸盐岩、三角洲砂岩和浊积岩系。可根据卫星相片上的环形构造和线性构造识别。二级盆地 ( 数十千米规模) ，是在一级盆地内由大体同时的局部垂直构造运动形成的较小盆地，由隆起隔开，边界也往往受断裂控制。这种盆地的存在可由沉积相和沉积厚度的突然变化反映出来。通过详细的地质填图可认识。
2) 识别同生断层。这是同沉积期断裂，是含金属流体的运移通道。生长断层位于盆地边缘，控制*盆地下沉，与矿化关系密切，几乎所有的大矿都产在离长期活动的区域性断层系统 ( 如澳大利亚麦克阿瑟河矿区的埃穆断层和芒特艾萨矿区的芒特艾萨断层) 附近。矿床一侧以生长断层为界。可由沉积相和厚度的局部迅速变化、滑塌角砾岩和层内粗粒碎屑流 ( 角砾岩) 的存在来识别生长断层。
3) 识别盆地内古生代或元古宙的细碎屑沉积岩区、碳酸盐岩沉积岩区和角闪岩 － 麻粒岩相变质岩区。这是 SEDEX 型矿床最常见的容矿岩石。
( 2) 局部地质找矿标志
1) 识别*盆地 ( 数百米至几千米规模) ，这是二级盆地边缘含有层状硫化物矿化的洼地。属静水环境 ( 发育黑色页岩) 和低能环境 ( 细粒原地容矿沉积物) ，有机碳含量高，有原生黄铁矿。
2) 在二、*盆地内识别出含矿地层、层位、岩相以及特有的标志层。大部分矿床容矿岩石是炭质的和 ( 或) 含黄铁矿的黑色和灰色 ( 白云质) 粉砂岩、泥岩和页岩，往往含大量碎屑碳酸盐( 白云岩) 组分。爱尔兰亚型的容矿岩石为灰岩和白云岩，布罗肯希尔亚型的容矿岩石为角闪岩 － 麻粒岩相变质岩。
3) 岩系中粗粒碎屑流 ( 角砾岩) 的出现，表明局部出现同沉积期断裂，有指示成矿的意义。近喷口相的矿床与盆地边缘的活动断裂有关，远离喷口的矿床形成于海底的洼地。
4) 识别出热液燧石层，有助于发现喷气中心及伴生的硫化物矿床。喷气型的燧石与层状硫化物和硫酸盐类矿物互层，周围是赤铁矿 － 燧石建造。远端热液沉积物有重晶石、磷灰石、黄铁矿以及Mn － Fe － Ca － Mg 碳酸盐岩。重晶石有指示成矿的意义，它出现在盆地的边缘或卤水池的顶部。
5) 网脉状和浸染状硫化物以及硅化、电气石化、钠长石化、绿泥石化、绢云母化、白云石化等热液蚀变矿物可代表矿床的补给带 ( 通道) ，这些矿化通常位于层状矿床的下部或附近。
6) 地表氧化作用可形成大型铁帽，含有丰富的碳酸盐、硫酸盐和铅、锌、铜的硅酸盐。
( 3) 地球物理找矿标志
1) 经处理的区域势场 ( 位场) 数据可用来确定基底构造、盆地边缘、盆地充填物 ( 沉积中心)的性质和厚度，以及生长断层等其他构造。包括用遥感解译环形和线性构造等。
2) 矿石和围岩的密度差可通过详细重力测量识别。
3) 航空和地面电磁测量可圈定炭质和含黄铁矿容矿沉积相的位置。
( 4) 地球化学找矿标志
1) 从化学分布型式看，SEDEX 型矿床含有一套成矿元素组合，通常包括 Fe、Mn、P、Ba、Ca、Mg、Hg、Cd、As、Sb、Se、Sn、In、Ga、Bi、Co、Ni 和 Tl。离开喷口杂岩，Zn / Pb 比率 增 加，是SEDEX 型矿床最显著的特征之一。
2) 容矿沉积岩中具 Zn、Fe、Mn 和 Tl 异常，容矿岩系中的碳酸盐岩在近矿处更富 Fe 和 Mn。具地球化学异常的页岩富含贱金属和伴矿元素 As、Sb、Cd、Mn、P、Ba、Hg、Tl，如澳大利亚麦克阿瑟河矿床侧向延伸有宽广的 Zn、Pb、Tl 蚀变晕; 加拿大托姆和德国的麦根矿床周围有富 Mn 晕。
3) 在盆地的大范围内，河流沉积物和水系样品有成矿元素和伴矿元素异常，如加拿大塞尔温盆地内有延伸达 100km 的锌异常。
4) 金属分带包括: 侧向上由中心 ( 通道带) 向外为 Cu—Pb—Zn—Ba 序列，垂向上由下往上为Cu—Zn—Pb—Ba 序列。
5) 所有矿床附近的岩屑和土壤样品都有异常的贱金属值，黑色页岩的背景值高: Pb = 500 ×10－ 6，Zn =1300 ×10－ 6，Cu =750 ×10－ 6，Ba =1300 ×10－ 6; 在碳酸盐岩中: Pb =9 × 10－ 6，Zn = 20 ×10－ 6，Cu =4 ×10－ 6，Ba =10 ×10－ 6。
6) 土壤地球化学 ( Pb、Zn) 有助于确定钻探目标。
( 5) 主要找矿手段
从盆地的尺度看，了解构造体系 ( 过去和现在) 和富含有机质的沉积相可能有助于确定目标区。遥感物探数据有助于解释盆地构造和掩埋于沉积盖层之下的其他岩石类型的分布。
从探区的尺度看，构造、沉积相和热液蚀变的地质填图很重要。航空和地面电磁测量可用来确定含黄铁矿和 ( 或) 含炭质的岩相的地下位置。常规化探方法是有效的常用手段，地表化探和铁帽研究可提供有用的信息。高质量的航磁测量也是找矿的主要方法之一，详细重力测量可确定在几百米深处有无铅锌矿存在。
用于新鲜露头和钻孔岩心样品的岩石地球化学方法，可为找隐伏矿指出方向。
( 戴自希)
