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矿带铅锌成矿作用讨论摘要：铅锌属于紧缺资源之一，“湘西-黔东铅锌成矿带是我国重要铅锌成矿带之一，贵州境内部分称为“黔东成矿带，该区铅锌矿床点分布广泛，具有成群成带分布等特征。由于相关地质地球化学研究相对薄弱，黔东地区铅锌地质勘探进展缓慢，并未像湘西地区一样获得重大突破。本文通过总结“黔东成矿带内铅锌成矿作用地质与地球化学特征，讨论该区存在的众多科学研究薄弱环节，结合MVT铅锌矿床研究现状，提出该区铅锌成矿作用与MVT矿床基本一致，是国内研究MVT铅锌矿床理想基地，采用原位分析等先进测试技术，加强矿床地质地球化学特征比照、成矿物质来源、成矿流体和同位素定年等研究，以揭示各矿区与区域成矿流体系统的性质及其演化，建立合理成矿形式及与研究区构造和古油藏演化的关系，并讨论其构成的动力学背景，不仅突出黔东MVT铅锌成矿作用特色，进而促进MVT铅锌矿成矿作用和分散元素超常富集理论发展，更重要的是可为拓宽黔东地区铅锌找矿思路提供理论根据。关键词：铅锌成矿作用；MVT铅锌矿床；研究现状；黔东成矿带；湘西-黔东铅锌成矿带矿产资源可持续发展是经济增长、国家安全和提高工业竞争力的重要保障。铅锌是我国优势矿种，但近几十年的大量开采，我国铅锌资源保有储量迅速下降，其中铅和锌的储量分别以每年1.18%和1.36%的幅度递减，目前，我国铅锌可供规划利用矿区的保证年限仅有8年，近一半大中型矿山资源面临干涸，而发现和开采比逐年下降，导致我国正在逐步失去铅锌资源在全球的优势地位，铅锌成已为我国紧缺资源1-4，近十年消耗量居世界首位，对外依存度已高达25%以上，寻找大矿和富矿是我国铅锌地质研究的迫切任务。“黔东铅锌成矿带位于扬子地台东南缘，是“湘西黔东铅锌成矿带的重要组成部分5-9，近年在湘西地区铅锌地质勘探获得宏大突破，有望成为世界级铅锌资源基地10-11，显示该成矿带带具有良好找矿前景12-14。然而近年来成矿带内的黔东地区铅锌地质勘探进展相对缓慢，相关地质地球化学研究缺乏是其主要因素之一，本文拟通过区域成矿作用及规律比照总结，为该区铅锌成矿作用提供相关地质地球化学根据。1区域铅锌矿化特征“黔东铅锌成矿带位于扬子地台东南缘，是“湘西黔东铅锌成矿带的重要组成部分5-9。“湘西黔东铅锌成矿带目前已发现大小不等铅锌矿床点数十个，由北向南依次分布有湘西龙山矿田15、保靖敖溪矿田12、花垣渔塘矿田、凤凰茶田矿田和黔东松桃盘石、松桃县嗅脑、铜仁卜口塘、万山、玉屏县茅坡、镇远县竹坪和涌溪、施秉县翁西、凯里市叶巴洞、龙井街和柏松16、丹寨县摆泥等铅锌矿床、最南可延伸至都匀牛角塘矿床17，其中铅锌矿床点具有成带和成群范围达数万km2产出特点15，固然矿石档次相对较低，但其矿物组成简单，矿石入选档次低，易开采和选冶7，越来越遭到广大地质工作者关注8-9。十分是近年来，在该成矿带的湘西地区地质勘探获得了重大突破，新获得铅锌资源储量已超过一千万吨，远景储量超过两千万吨，有望成为世界级铅锌资源基地10-11。而黔东松桃地区此类铅锌矿的资源储量初步估算也已超过100万吨18。可见，“湘西-黔东铅锌成矿带具有良好找矿前景12-14。事实上，“湘西黔东该成矿带内铅锌矿床与区域侵入岩并无关系，且具有下面地质地球化学特征：1区域构造背景类似，均产于扬子地台西南缘古生代大型沉积盆地中；矿体形态呈层状、似层状，与围岩产状基本一致；矿石构造构造以晶粒构造、交代填隙构造、环状构造为主，浸染状、斑块状和网脉状常见；围岩蚀变以方解石化、白云石化、硅化为主，部分具重晶石化、黄铁矿化、萤石化。矿石矿物组成简单，有用元素以Zn为主，Pb次之，且富集CdGe等分散元素贫In、Co、Mn等微量元素，如牛角塘矿床19中闪锌矿以淡色为主，多为浅米黄色无色，其中Fe含量多低于3000×10-6，LA-ICPMS测试结果表明其中Cd含量多大于8000×10-620。2赋矿围岩为寒武系奥陶系白云岩及灰岩，其中下面寒武统清虚洞为主，其次为高台组，如湘西花垣鱼塘21、贵州松桃盘石8、凯里龙井街和松泊都匀牛角塘一带22等矿床赋矿围岩为下寒武统清虚洞组含藻白云岩及礁灰岩，凤凰矿田内铅锌矿床赋矿围岩为中寒武统敖溪组白云岩，而龙山矿田其赋矿围岩为下奥陶统南津关组生物碎屑灰岩7。3尽管本成矿带内成矿流体地球化学研究较薄弱，但有限的资料表明该类矿床成矿流体具有低温和高盐度特征，一般成矿温度多集中在110130范围内，成矿流体盐度多大于10%。如贵州都匀牛角塘矿床成矿温度在101172之间，成矿流体盐度在11.0%15.9%之间平均为13.6%23；湘西花垣李梅矿床成矿温度在99192之间，成矿流体盐度平均为26.0%24；凤凰矿田内铅锌矿床成矿温度为10917325。4矿床中硫化物富集重硫同位素，其34S值在+11+31之间，多数大于+20，接近前寒武纪奥陶纪古海水硫同位素值。如牛角塘矿床、花垣鱼塘李梅矿床、凤凰矿田、龙山矿田中硫化物34S值分别在+22+3026、+24+3024、+23仅1个数据27和+11+1515之间。5铅锌矿化与古油藏关系密切，湘西黔东地区铅锌矿床和古油藏位于上扬子地块东南缘，雪峰隆起西缘，矿床及矿区外围常分布共生的固体沥青，大部分属于后生-储层沥青古油藏毁坏后的产物，如花垣矿区的沥青以细粒状、鳞片状充填于矿石的晶间孔隙或裂缝中，并与闪锌矿、方铅矿共生，外围沥青多充填于石英-重晶石脉的晶洞中或断裂带中28，凤凰、龙山等矿田也与此类似24,29；都匀凯里铅锌矿床点的分布与麻江古油藏的一部分重叠30，其中牛角塘矿区赋矿地层中有大量干沥青产出17,31，凯里松泊矿床也如此16；湘西凤凰黔东松桃铜仁铅锌矿床点位于铜仁万山古油藏中，赋矿地层中分布较多干沥青18,32。可见，湘西黔东铅锌成矿带铅锌矿床与典型MVT型铅锌矿床地质地球化学特征33-34极其类似，因而，对其矿床成因观点已从早期“沉积-叠加改造5-6逐步转变为“MVT7,29,35，正是由于这种认识上的转变，极大地促进了湘西地区的铅锌矿地质勘探进程，并获得了非常显著的找矿效果。2黔东铅锌成矿作用研究薄弱环节我国关于MVT铅锌矿研究主要集中在川滇黔铅锌成矿区1-2,36-37，而湘西黔东铅锌成矿带的地质地球化学研究相对滞后，十分是黔东地区，前人的研究主要集中在矿床地质特征5-6,10,16,21-22,24,38-39、地层沉积相8-9,40和找矿勘探7,13-15,27,41-43等方面，在下面方面的研究还特别薄弱：1成矿流体对于MVT这类低温热液矿床而言，流体包裹体的温压数据是研究成矿系统的基础，也是地球化学分析的基本方法。然而，该成矿带内铅锌矿床多数成矿温度根据闪锌矿颜色初步判定成矿流体属于低温，部分矿床成矿温度根据与闪锌矿共生方解石均一测温获得、少量是通过硫化物对硫同位素计算获得5,25。此外，部分矿床成矿流体盐度是通过方解石、重晶石和方铅矿包裹体成分计算获得25。可见，该成矿带内铅锌矿床缺失精细和详实均一测温及盐度数据，且绝大部分矿床和古油气藏在流体包裹体成分十分是成矿元素等、H、O和C同位素方面基本是空白44-45，这对于认识区域铅锌成矿流体性质、来源、演化和成矿物理化学条件是远远不够的；2矿床地球化学特征和成矿物质来源对于该区铅锌矿床地球化学特征和成矿物质来源是基于传统硫化物硫、铅等同位素5,26,39,44和成矿元素背景丰度22,43研究获得的，不仅数据有限，且缺少该类矿床地球化学特征共性与差异的系统总结与比照，传统方法所获得数据仅是不同硫化物混合值，其微量元素和同位素组成并不能真实代表该类矿床的地球化学特征，因而，相关认识的根据缺乏；3成矿时代尽管地质研究者都以为本成矿带内铅锌矿床成矿时代属于加里东晚期，除卜口场和大硐喇46外，目前已有年代学的认识是根据铅同位素形式年龄进行推断的5-6,24，其可信度较低，缺少准确同位素成矿年代学数据，铅锌成矿作用与区域地质构造演化史响应等动力学背景认识尚无实际地球化学根据；4铅锌矿化与古油气藏关系本矿带内多数矿床中都残留有机质活动的痕迹，铅锌成矿作用与古油气藏之间的严密关系也是不争的事实，已有的研究已初步揭示了该区古油气藏的构成、演化和毁坏历史29,47-49，但油田卤水在铅锌成矿作用经过中扮演的角色和影响因素仍然缺少实际地球化学证据，无法确定盆地内流体运移方向能否决定了油气和铅锌矿床的定位与空间分布规律。5区域矿床地质与矿床地球化学比照比拟矿床学是研究和认识区域成矿规律的重要手段之一50，目前，湘西地区已经积累了较多地质地球化学研究成果21,39,51，初步对该类型矿床成矿规律和找矿标志进行了总结7,35，并建立了相关成矿形式42，在此基础上该区铅锌矿资源勘查获得了重大突破。而同一成矿带内的黔东地区尽管有类似成矿地质背景，但相关地质和地球化学研究非常薄弱，仅对牛角塘17,19,23有较系统的地质地球化学研究，不利于总结区域铅锌成矿规律和控矿因素，对其铅锌成矿作用仍然停留在广义的层控矿床或喷流沉积认识上22,43,52-53，目前所发现的最大矿床也仅为中型牛角塘矿床。黔东地区能否也能如湘西地区一样在铅锌找矿方面有突破呢？这需要对区域成矿作用及规律系统总结与比照，提高相关成矿理论认识才能到达。3MVT铅锌矿研究现状全球大部分重要铅锌矿床多属于以沉积岩为赋矿围岩的铅锌矿床34,54，除SEDEX型外，MVT铅锌矿床是世界上铅锌矿床最重要矿床类型，其矿床数和储量分别占超大型铅锌矿床数和储量的24%和23%55，因而，MVT铅锌矿床长期是国际地质研究的热门之一，近年来在成矿物质来源、成矿流体运移和沉淀机制、年代厘定以及矿床构成地球动力学背景等方面获得了众多重要进展：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56-58；流体包裹体研究揭示该类型矿床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，其成矿流体温度介于90150之间，盐度在10%30%之间，同位素资料反映铅来自地壳岩石，而硫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56,59；单期热液活动可能持续几千到几万年，而整个矿床构成可能持续几到十几百万年33；成矿物质沉淀机制主要有3种：流体混合60、硫酸盐复原和复原硫机制61，不同成矿环境可能受不同机制控制62；有机质在MVT型铅锌矿成矿作用经过中扮演了极其重要作用34，油气和有机质为金属成矿提供了硫源和复原剂63-67，发现热液流体与有机质热成熟度存在着密切关系，热液流体与有机质互相作用可能产生的霎时微孔隙是晚期硫化物-闪锌矿充填有利场所68；铅锌矿床的准确定年一直是地质学中的一大难题，基于一些新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，包括Rb-Sr年龄69-71、伊利石K-Ar年龄72、成矿期方解石Sm-Nd年龄73-75、U-Pb和Th-Pb年龄76、成矿期萤石U-Pb和Th-Pb年龄74等，统计结果表明MVT矿床主要构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34。值得一提的是，已有研究表明沥青在Pb、Zn等成矿元素的迁移和富集经过以及金属沉积矿藏的构成中起着重要作用34，而沥青作为烃源岩中有机质演变的产物，主要由有机质组成，在其构成经过中Re和Os可随着烃源岩中有机质进入沥青，使得Re-Os同位素体系在沥青中的应用成为可能，已开场被用于MVT铅锌矿床和古油藏研究77-78。上述研究成果极大地推动了该学科的发展，但是，关于MVT矿床的研究仍然存在较多有待深化的关键科学问题，十分是，已有的研究表明，不同矿集区之间存在一定差异，目前尚无一种形式能解释所有MVT矿床的构成经过，每种流体运移机制仅能解释少数几个代表性矿床79。此外，MVT铅锌矿床构成温度较低，矿物之间共生包裹现象非常普遍，常规单矿物挑选分析测试只能得到混合物信息，所获数据变化范围极大，因此得到多种不确定性的认识。近年来，LA-ICPMS与Mapping20,80-81和离子探针82等原位分析测试开场运用于金属矿床地球化学研究，更真实地揭示了各类矿床不同硫化物微量元素组成差异、赋存状态、蕴含的地球化学信息和硫同位素组成，但相关研究尚起步，不同类型矿床硫化物微量元素组成特征差异仍需大量数据充实，十分是MVT型铅锌矿床，目前仅少量数据表明这类矿床中闪锌矿富CdGe贫Fe、In、Co、Mn80-81，而方铅矿和黄铁矿等硫化物仍然缺少实际数据。尽管MVT铅锌矿床中硫等同位素研究积累了丰富的成果34，但相关认识仅基于传统方法获得的闪锌矿+方铅矿+黄铁矿混合数据，这类矿床硫同位素组成能否与其赋矿地层时代古海水硫同位素组成一致还有待进一步证明如笔者最近对川滇黔铅锌矿集区富乐矿床离子探针的研究结果表明，该矿床闪锌矿硫同位素组成主要集中在1822之间，远高于赋矿地层-二叠纪海相硫酸盐的34S值，这与传统方法获得硫同位素组成明显不同；此外，常规成矿流体成分是通过群体包裹体和拉曼半定量获得，缺少成矿元素等关键准确信息，致使相关研究无法深化。LA-ICPMS是近年来成矿流体研究的新技术83，通过对MVT型矿床应用，获得该类型矿床存在不同来源和化学性质盆地流体的介入等众多新认识84-86，能够预见，随着该方法在MVT铅锌矿床成矿流体研究中广泛应用，精细刻该类热液系统中成矿流体与成矿物质的来源、运移、沉淀及富集等地球化学经过将变为现实。近年来，我国铅锌矿成矿理论研究进展较为缓慢，这主要与大多数铅锌矿床成矿时代、成矿物质来源、成矿流体演化和成矿机制等方面存在较大的不确定性有关，导致划分矿床成因类型、区域成矿规律及形式等方面研究存在明显缺乏1，十分是关于MVT铅锌矿床方面研究，很多矿床仍然沿用广义的层控矿床来定义，常与SEDEX型矿床混淆。目前，国内MVT铅锌矿床研究主要集中在川滇黔铅锌矿集区37，但该矿集区在成温度相对较高、矿体多呈巨厚脉状产出、矿石档次高等地质特征方面与典型MVT矿床存在较大差异37,87，而“黔东铅锌成矿带内铅锌矿床却与典型MVT矿床具有一致的地质和地球化学特征，是我国研究MVT铅锌矿床的理想区域。综上所述，黔东地区是我国西南“湘西-黔东MVT铅锌成矿带重要组成部分，具有良好找矿潜力，上述学科发展趋势和研究区铅锌成矿作用特征与研究现状，均启发我们应该重视该区铅锌矿床地质地球化学研究。通过矿床地质地球化学特征比照、成矿物质来源、成矿流体和同位素定年等研究，揭示各矿区与区域成矿流体系统的性质及其演化，建立合理成矿形式及与研究区构造和古油藏演化的关系，并讨论其构成的动力学背景，不仅符合学科发展趋势，更重要的是突出黔东MVT铅锌成矿作用特色，进而为MVT铅锌矿成矿理论发展、拓宽黔东地区该类型矿床找矿思路做出实际奉献。此外，MVT铅锌矿床中Cd、Ge、Tl等稀散元素强烈富集54,88，深化研究也将认识和了解其中稀散元素的分布和富集规律，不仅增加矿山经济效益，而且也将推动稀散元素成矿理论的发展。