密西西比型_MVT_铅锌矿床

密西西比型(MVT) 铅锌矿床是全球重要的铅锌矿床类型之一,其铅锌资源量占全球铅锌资源量的20 %左右。近几十年来,通过不断的探索,人们在矿床的地质特征、地球化学特征、成矿物质来源、成矿流体运移和沉淀机制、年代厘定以及矿床形成的地球动力学背景等方面取得了重要进展，主要体现在6 个方面: 1）MVT 铅锌矿床研究范围逐渐扩大, 在全世界发现了诸多相关矿床, 多归为其亚类; 2）提出该类矿床主要分布在造山带的前陆盆地、逆冲推覆带等构造挤压环境, 少数产于陆内伸展环境, 改变了MVT 矿床与板块构造无关的观点; 3）放射性同位素测年和古地磁测年技术广泛应用, 获得了大量成矿年龄数据, 表明MVT矿床主要形成在显生宙石炭纪-早三叠纪和白垩纪-第三纪两个时期, 与地球演化史上全球尺度的板块会聚时间密切相关; 4）流体包裹体研究揭示了成矿流体温度主要为90~ 150 °C , 盐度w ( NaCleq) 为10%~ 30%, 成矿流体具有盆地卤水特征, 卤水源自近地表蒸发海水或围岩蒸发盐, 同位素资料反映Pb 来自地壳岩石, S 来自地壳岩石或沉积物中残留的硫酸盐。成矿流体驱动机制包括构造挤压和重力驱动两种; 5）古地磁和生物化学标志物判定, 单期热液活动可能持续几千到几万年, 而整个矿床形成可能持续几个到十几个百万年; 6） 矿质沉淀机制主要有3 种: 流体混合、硫酸盐还原和还原硫机制, 不同成矿环境可能受不同机制控制。 简 介

沉积岩型铅锌矿床是指赋存于碳酸盐岩和硅质碎屑岩中, 且成因与岩浆活动无关的一类铅锌矿床, 是世界上铅锌资源的主要来源( Leach et al. , 2005) 。根据赋矿围岩岩性和成矿元素组合的不同, 可细分为砂岩型( Sandstone- type, SST)铅矿、砂岩型铅锌矿、密西西比河谷型( Mississippi Valleytype, MVT) 铅锌矿、沉积岩容矿块状硫化物型( Sedimentary exhalativ e, SEDEX) 铅锌矿4 类。其中, MVT 铅锌矿是指赋存于台地碳酸盐岩中成因与岩浆活动无关的浅成后生层状铅锌矿床, 是在50~ 250 °C条件下从稠密的盆地卤水中沉淀形成的( Leach et al. , 1993) , 因其代表地区位于美国中部密西西比河流域而得名( Leach et al. , 2005) 。

MV T 矿床具有以下基本特点(表1；Leach et al . ,1993 ; 2005) : ①矿床产出于造山带边缘前陆环境或靠近克拉通一侧的沉积盆地环境; ②容矿围岩以白云岩为主,仅有少数矿床产于灰岩中; ③ 矿床具有后生特征,其形成与岩浆活动无直接联系; ④ 可发育层控的、断层控制以及受喀斯特地形控制的矿体,矿体形态变化较大,可以为层状、筒状、透镜状、不规则状等; ⑤矿物组合简单,主要为闪锌矿、方铅矿、黄铁矿、白铁矿、白云石、方解石和石英,仅在少数矿床/ 矿区发育重晶石和萤石,个别矿区发育有含银或者含铜的矿物; ⑥硫化物通常交代碳酸盐岩或充填开放孔隙空间,组构变化较大,矿石由粗粒到细粒,由块状到浸染状; ⑦ 围岩蚀变主要有白云岩化、方解石化和硅化,主要涉及围岩的溶解作用和重结晶作用等; ⑧最重要的控矿因素为断层、破碎带和溶解坍塌角砾岩等; ⑨成矿流体为低温中高盐度盆地流体,温度一般为50～250 ℃,盐度w (NaCleq ) 一般为10 %～30 %; ⑩金属和硫具有壳源特征。

表1 世界典型MVT 铅锌矿床的主要特征( 据Leach et al. , 1993; 2005)

MVT矿床的分布

MVT矿床分布于全球, 以北美和欧洲最为丰富( 图1) ( Leach et al. , 2005) 。

在北美洲包括美国田纳西州的Jefferson City、Copper Ridge 等矿集区,密苏里州的Old Lead Belt和Viburnum Trend 矿集区,俄克拉何马州、堪萨斯州和密苏里州地区的Tri-State 矿集区, 威斯康星2伊利诺伊州的Upper Mississippi 河谷矿集区; 加拿大西北地区的Nanisivik 、Pine Point 、Polaris 矿,不列颠哥伦比亚省的Robb Lake 、Monarch 、Kiching Horse 矿,新斯科舍省的Gays River ,纽芬兰省的Newfoundland 等矿集区或矿床。

在欧洲，有波兰的上西里西亚(Upper Silesia) ,爱尔兰的Navan 、Lisheen 和Galmoy 铅锌矿床等,奥地利的Bleiberg ,法国南部Cevennes 矿集区,西班牙北部Reocin 矿床,南斯拉夫的Mezica 和意大利的Raibl 矿床;其他也存在一些MV T 矿床, 例如亚洲伊朗的

Medhdiabad 和Angouran 矿床;大洋洲澳大利亚的Admirals Bay、Sorby Hill s、Coxco 、Lennard shelf 矿集区等; 南美洲巴西的Vazante 矿床,秘鲁的SanVicente 矿床等;非洲纳米比亚的Skorpion 矿床,摩洛哥的El Abadekta 矿床等。

图1 世界MVT 铅锌矿床及地区的分布( 据Leach et al. , 2001a 修改)

构造背景与成矿环境

MVT 铅锌矿床曾被认为是一类与板块构造活动无关的矿床, 认为只要存在台地碳酸盐岩就有MVT 铅锌矿化的可能, 然而自20 世纪80 年代以来, 越来越多的研究表明, 世界上多数MVT 铅锌矿床都是由大规模成矿流体在相邻造山带重力驱动下, 流经前陆盆地时发生金属硫化物沉淀形成的( Garven, 1985; Ge et al. , 1992; Appold et al. , 1999) 。近年来研究认为, MVT 铅锌矿床多数形成于造山带前陆盆地中, 少数在逆冲推覆带中, 极少数存在于伸展环境中( Leach et al. , 1993; Bradley et al. , 2003) 。这种认识提出之初曾遭到质疑( Kesler et al. , 2004; Bradley et al. , 2004) , 但最终基本得到了肯定。世界上的MVT 铅锌矿床主要存在于岛弧- 碰撞造山带、安第斯型俯冲造山带和陆- 陆碰撞造山带3 种造山带的前陆中( 图2) 。

虽然MVT 铅锌矿床多存在于前陆盆地平缓的台地碳酸盐岩地层中, 但是在造山带的变形地区-逆冲推覆带中也有分布。对于后者, 由于矿化和构造活动顺序不同, 矿体可以出现在逆冲断层下方, 也可以出现在逆冲岩席中( Bradley et al. ,2003) 。

由于MVT 铅锌矿床在弧- 被动陆缘碰撞造山带前陆盆地中普遍存在, 也由于这种造山带的一次完整造山事件能够提供铅锌矿化所需的全部条件, Brandley 等( 2003) 给出了这种环境中MVT 铅锌矿化的过程模型( 图3)。

图2 前陆中存在MVT 铅锌矿床的三种造山带( 据Bradley et al. , 2003; Leach et al. , 2005修改)

A. 岛弧-碰撞造山带中的岛弧-被动碰撞, 以新近纪Timeor、新几内亚和古生代Taconic、Ouachit a 等造山带为原型;B. 安第斯型造山带, 以现今安第斯和晚白垩世-古新世北美西部的Laramide 造山体系为原型, 图中对流的软流圈使前陆盆地在区域范围内沉降; C. 陆- 陆碰撞造山带, 以法国、西班牙交界的

Pyrenees造山带为原型, 其两侧都存在逆冲推覆形成的前陆盆地

图3 岛弧-被动陆缘前陆盆地演化及形成MVT 铅锌矿床过程图解

( 据Bradley et al. , 2003; Leach et al. , 2005 修改)

A. 板块会聚过程中, 洋底逆冲带承载着被动陆缘, 形成前陆盆地、伸展穹隆等; 板块继续会聚, 整个前陆都具备了相似的构造特征; 由于盆地沉积中心发生迁移, 前陆盆地并未填满; 沿前渊轴线发生重晶石矿化( 参考Ouachit as 地区) ; B. 板块会聚结束, 前陆盆地中填满沉积物,产生有利于MVT 铅锌矿化的水文地质学条

件( 据Ozark 造山带)

成矿模式

控制矿床形成的主要因素有金属来源、流体携带金属离子的能力、流体的规模、围岩容矿能力、流体的运移方式以及有效的金属沉淀机制等(Basuki et al . , 2004) 。到目前为止,人们仅对MV T 矿床的金属来源为壳源的认识比较一致。目前,随着对地壳规模流体活动认识的不断深入,以及对MVT铅锌矿集区地质地球化学研究程度不断深入,人们认识到许多MVT铅锌矿是区域性或陆块规模热液流体活动的产物。成矿流体为高盐度的热卤水(类似于油田卤水) ,该热卤水从沉积盆地排出,经过含水地层,到达盆地边缘进入台地碳酸盐岩地层中沉淀成矿。

1）流体运移模式

涉及大规模流体运移的驱动机制有多种,在盆地演化的不同阶段,区域流体运移的方式不同,目前存在以下3 种流体运移模式(Adams , 2001 ; Hannigan ,2005) ,可分别解释部分矿床的形成机制。

第一, 地形或重力驱动模式( Garven et al . ,1984) :其过程为流体在重力的驱动下,在盆地边缘造山隆起区,在页岩地层的阻隔下,沿碳酸盐岩或砂岩等透水层运移(图3a) 。

第二, 沉积和压实作用模式(Jackson et al. ,1967) :驱使流体发生运移的原动力为沉积压实作用和成岩过程中孔隙度变化引起的压力梯度(图3b) 。

第三,热2盐对流循环模式,主要是盐度、温度差异导致的对流循环(图3c) 。 2）金属沉淀机制

金属硫化物沉淀机制的建立取决于含金属和含硫的流体性质、运移能力和流动方式(Ander son et al . ,1982) ,这涉及到金属和硫的运移方式问题。目前存在3 种流体卸载模式（表2）。

还原硫模式：金属离子和还原硫共存于同一流体体系,这一低p H 值流体如在运移过程中发生物理化学条件改变(如碳酸盐岩的溶解可以导致溶液p H 值的升高) ,则会发生金属沉淀。

硫酸盐还原模式：成矿流体中的硫酸盐在成矿地点经还原剂的还原作用(比如有机质) 转变为HS- 或H2 S ,再与成矿流体中的金属离子发生反应,沉淀成矿。

流体混合模式：含有金属和还原硫的流体各自按照不同的途径运移至成矿地点混合成矿(Jackson et al . , 1967 ; Anderson , 1975) 。该模式可以很好地解释胶状闪锌矿的形成,是含金属离子的流体与含还原硫的流体快速混合形成高度过饱和流体而发生迅速沉淀的结果

表2 MVT 铅锌矿床成矿金属硫化物沉淀模型( 据Kula, 2000;Leach et al. , 2005 修改)

图3 MVT 铅锌矿床流体运移模式(据Garven , 1995 修改)

参考文献：

张长青,余金杰,毛景文，等. 密西西比型(MVT) 铅锌矿床研究进展.矿床地质，2009,28（2）：195~210

刘英超, 侯增谦, 杨竹森，等. 密西西比河谷型( MVT ) 铅锌矿床: 认识与进展.矿床地质，2008,27（2）：253~2