Zn-Cu型和Zn-Pb-Cu型矿床地质特征对比

如题所述

与火山岩有关的块状硫化物矿床虽然有4种类型,但最重要的是Zn-Cu型和Zn-Pb-Cu型两类。对这两类矿床地质特征异同的对比,有助于更深刻地查明控制矿床形成的某些内在因素。

1.容矿围岩

(1)火山岩和沉积岩的相对丰度:Zn-Cu型矿床最常赋存在以火山岩和幼年火山来源的碎屑岩为主的层序中。例如,北美洲大多数前寒武纪的矿床都出现在绿岩带内以火山岩为主的地区。相反,Fennoscandian地盾内的前寒武纪矿床却大部分产在以沉积岩为主、含有少量的火山岩组分、通常为长英质的层序内。显生宙矿床同样也出现在岩性变化很大的地层环境内,其中大多数矿床产于以火山岩为主的地区。

Zn-Pb-Cu型矿床的地层环境同样多变。产在以火山岩为主的层序内的日本黑矿型矿床,在某种程度上有点类似于伊比利亚黄铁矿带内的矿床。在后一个地区,相当厚的长英质火山岩出现在矿床附近,但是整个看来,晚石炭世的火山-沉积杂岩含有近于等量的火山岩和沉积岩。Tasman地槽的含矿部分主要以火山岩占优势,但Captains Flat和Woodlawn地区的志留纪地层却含有近于等量的火山岩层和沉积岩层。产在加拿大Bathurst成矿区Tetagouche群中的矿床几乎全是由等量的火山岩和沉积岩构成的。

(2)火山岩组成:尽管Zn-Cu型矿床和Zn-Pb-Cu型矿床在围岩地层的火山岩数量与沉积岩数量对比方面差别并不是很大,但与每类矿床所伴生的火山岩组分却明显不同。有块状硫化物矿床产出的前寒武纪地区整个都是由双峰式火山岩组成,其中镁铁质火山岩占优势。例如,加拿大地盾太古宙绿岩带内镁铁质火山岩占火山岩组成的90%以上。许多前寒武纪矿床和加里东矿床近矿下盘围岩为长英质,详细调查证明,即使在这些矿床附近,长英质岩石的产出仅仅是在局部发育,尽管它们可作为重要的勘探标志。只有Fennoscandian地盾区的矿床看起来不受这一规律的约束。在Outokumpu地区、Pyhasalmi地区和Vihanti地区的矿床中,以沉积岩为主的下盘层序含有少量的镁铁质和长英质火山岩。Skellefte成矿区下盘岩石以长英质火山岩为主,镁铁质火山岩只在上盘层序中出现。

与Zn-Pb-Cu型矿床伴生的火山岩石大部分是长英质的。实际上,Kuroko成矿区、Bathurst成矿区、伊比利亚成矿区和Tasman成矿区的下盘层序中根本见不到镁铁质火山岩,只是在少数较小成矿区,例如在Buchans,下盘岩石中镁铁质火山岩占优势。在这些小成矿区内,有些地区的沉积岩或与火山岩呈夹层,或伏于火山岩之下。

(3)沉积岩组成:与这两类矿床伴生的沉积岩有一定差别 比如,与Zn-Cu型矿床伴生的沉积岩是未成熟的杂砂岩和火山碎屑岩,外力碎屑岩很少。赋存在以火山岩为主的地区内Zn-Cu型矿床的近矿上盘层序中很少出现氧化物相的含铁建造;相反,在沉积岩较为占优势的地段这种含铁建造略为常见。例如:在加拿大地盾,近矿上盘岩层中出现含铁建造的只有Manitouwadge矿床。在地盾内其他130个矿床中,至少在几百米的范围内不存在有意义的氧化物相含铁建造。与Zn-Pb-Cu型矿床伴生的沉积岩除火山碎屑岩和杂砂岩外,外力碎屑岩明显增多。这些碎屑岩来自克拉通,并富含碳酸盐和硫酸盐。含铁建造较为普遍地与Zn-Pb-Cu型矿床伴生,这类例子有:Kuroko矿床之上常出现Tetsusekiei层;Bathurst成矿远景区内30个块状硫化物矿床之中至少有7个矿床之上覆盖着条带状含锰磁铁矿含铁建造;塔斯马尼亚某些矿床之上覆盖着含铁建造。伊比利亚黄铁矿带内的许多矿床都上覆有含锰的含铁建造,有的地段出现相当于这个层位的地层,其中包括碧玉和含锰页岩。然而,含铁建造和Zn-Pb-Cu型矿床伴生的情况并不是处处可见的,它们与块状硫化物矿床的成因关系并非是必然的。

总之,长英质岩石和/或沉积岩的存在是Zn-Pb-Cu型矿床最显著的地层特征,而Zn-Cu型矿床所在区的地层却是镁铁质火山岩占优势,虽然在许多Zn-Cu型矿床附近的局部地区也见有长英质岩石,但与这些矿床伴生的蚀变岩筒常穿过这些长英质岩层于下部的镁铁质岩层中尖灭。含铁建造较普遍地出现在Zn-Pb-Cu型矿床内,但也不是这类矿床非得具备不可的特点。

2.矿石组成

铅存在与否是划分这两类矿床的依据,除了铅以外,其他一些组成特点也值得注意:

(1)组成对比和矿物学对比:尽管Zn-Cu型矿床的Cu/Zn比值变化范围很大,但许多学者,例如Hutchinson(1973)以及Klau和Large(1980),着重强调的只是矿石组成和围岩岩性之间的密切关系。不仅Zn-Cu型矿床富Zn或Cu,他们认为与蛇绿岩有关的矿床以及别子型矿床都是富Cu或富Zn的;他们指出了这些矿床与镁铁质火山活动的密切关系。然而,由于地质问题的复杂性,这种情况并非一成不变。在某些以长英质岩石为主的地区,例如曼尼托巴的Snow Lake矿床,Cu极为丰富(Cu/Zn比值为10)。少数Zn-Cu型矿床含有可回收的Pb(Stur-geon Lake、Manitouwadge、Kidd Creek,可能还有加拿大地盾Slave区内的Hackett River矿床)。这种矿床与没有铅的Zn-Cu矿床相比,下盘层序中沉积岩的数量要多。

Zn-Pb-Cu型矿床的贱金属比值变化范围也相当广,但除了上面讨论过的以长英质火山岩和沉积岩层为主的特点外,就没有别的地层特点了,看来,这种情况与矿石组成的变化关系是一致的。这些矿床从整体上来看(尽管单个来看并不一定),与Zn-Cu型矿床相比其重晶石较为丰富。在口本、塔斯马尼亚和Buchans,重晶石是Zn-Pb-Cu型矿床的一种特征性组分,尽管它在Bathurst和伊比利亚成矿区并不存在。

(2)同位素组成:与Zn-Pb-Cu型的单个矿床相比,Zn-Cu型单个矿床内的硫同位素组成变化范围一般都较狭窄(见后述)。另外,Zn-Pb-Cu型矿床的硫同位素组成要明显重于Zn-Cu型矿床的硫同位素组成(图1-27)。铅同位素组成变化范围也相当宽:Zn-Cu型矿床内的铅一般是缺少放射性成因的,并且接近于Doe和Zartman(1979)模式的地幔演化线;Zn-Pb-Cu型矿床内的铅多为放射性成因的,靠近造山带曲线,或位于造山带曲线之上。但是,也有一些很明显的不可忽视的例外情况。如在Slave构造区,Zn-Cu型矿床内方铅矿的铅组成中就有相当比例的放射性成因的铅。

3.蚀变

这两类矿床蚀变的矿物学特点和分布情况截然不同。

Zn-Cu型矿床下面的蚀变岩筒具有如下特征:①界限清楚,在有些情况下表现为垂向延深(1000m或更长);②富镁绿泥石或富滑石的核部被一个富绢云母±石英的晕圈包围,这种分带现象在规模上不仅出现在单独的蚀变脉上,而且也出现在整个蚀变筒上;③Na2O和CaO普遍减少,K2O有某些增加,SiO2有少量增加(或再分配),富镁核部的中心处贫SiO2,而其外部的绢云母带可能富集SiO2。与Zn-Pb-Cu型矿床伴生的蚀变,以Kuroko和塔斯马尼亚的矿床为典型代表,其中的两个不同点是:①尽管蚀变岩筒的矿物学特点显著,但垂向延伸却不如Zn-Cu型矿床;②蚀变分带情况基本上与Zn-Cu型矿床相反,其核心部分为绢云母-石英,而四周则为富镁的绿泥石晕圈。少数矿床在第二个特点上出现例外情况,如,新不伦瑞克的Bathurst成矿区。

图1-27 矿床总组成的Zn/Cu比值对各种矿床块状矿石样品平均硫同位素组成的图解(据Lydon,1984)

界限清晰的较深处半整合蚀变带只出现在以火山岩为主地区内的Zn-Cu型矿床中。即便对于这些矿床来说,半整合蚀变带的出现程度也不一样,它们在加拿大地盾的一些矿床中最为常见。

主要根据矿物学特点进行圈定的上盘蚀变带,只能在变质最轻微的矿床内发现,这种蚀变带在Zn-Cu型(Madenkoy)和Zn-Pb-Cu型(Kuroko)这两类矿床内都能见到。

从上面的讨论中可以看出,块状硫化物矿床的组成至少部分与围岩(特别是下盘岩石)的组成有关。Zn-Cu型矿床出现在镁铁质火山岩地区,而Zn-Pb-Cu型矿床出现在以长英质岩石和沉积岩为主的地区,这个站得住脚的结论至今仍然是无可争辩的。Hutchinson(1973)和Sawkins(1977)对块状硫化物矿床的分类方案则体现了构造环境和矿石组成二者之间的关系。就构造作用控制长英质和镁铁质火山产物相对数量,并且造就适于这些火山产物和/或沉积物堆积的构造环境来说,块状硫化物矿床的地质-地球化学特征在某种程度上确实受构造背景的控制。但是,要搞清构造型式对块状硫化物矿床的根本控制因素是比较困难的,因为,许多这类矿床是在前寒武纪形成的。然而,对显生宙块状硫化物矿床的研究表明,它们总是出现在拉张和挤压两种构造环境内。如科迪勒拉边缘的西沙斯塔、阿巴拉契亚边缘的明-兰布勒Zn-Cu型矿床,它们形成于俯冲环境下的岛弧岩序内,而加拿大Bathurst地区的矿床,科迪勒拉边缘的东沙斯塔矿床及日本黑矿型矿床则形成于弧后或岛弧期后扩张环境。从基底岩石的性质来看,前者以洋壳岩片为主,伴生的火山岩主要是镁铁质岩石,后者以陆壳为主,伴生的火山岩主要是长英质岩石。两类块状硫化物矿床形成方面的差别大体上可能是受这种构造背景和地质环境控制的。

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