碳酸岩及其相关矿床概述
一、矿床名称的由来及相关信息
黑色岩系(black rock series)又称为黑色页岩(black shales)，是含较多有机碳(C有机≥1%)及硫化物(铁硫化物为主)的暗灰—黑色的硅质岩、碳酸盐岩、泥质岩(含沉凝灰岩)及其相应变质岩石组合的总称(范德廉等，1973)。1989年国际地质对比计划254项目“含金属黑色页岩及有关矿床”把“黑色页岩”定义为“一种黑色(或灰色)的细粒(粉砂或更细)沉积岩，通常为泥质，含相当高的有机质(C有机＞0.5%)”。“含金属黑色页岩”是指“富含各种金属的黑色页岩，其所含金属量相当于美国地质调查局标准参考物质SDO-1页岩的1至2倍”(Huyck，1991)。这是狭义的定义，将“黑色页岩”仅限于沉积岩，而且没有考虑其岩石组合和岩石建造(刘春涌和王永江，2007)。涂光炽(1999)将黑色岩系矿床定义为赋存于高含量有机碳(一般＞0.5%)的浅变质碎屑岩系中的层控矿床。碎屑岩系中常含碳酸盐岩、硅质岩和火山岩，但以砂、板岩为主。这一定义较全面地反映了黑色岩系矿床的基本特征。
导致岩石呈黑色的原因是有机碳、细分散硫化物及颗粒以超微粒度(如纳米级)存在。黑色岩系常常是两种以上岩石的组合，虽然有时也以端元岩石为主。Sozinov(1990)根据岩石类型和物质成分将黑色岩系(黑色页岩)分为4种类型:陆源黑色页岩建造、硅质黑色页岩建造、碳酸盐黑色页岩建造和火山成因硅质(碳酸盐)黑色页岩建造。
黑色岩系作为稀有金属的富集层和某些成矿元素的异常富集层或矿源层具有明显的经济意义(叶杰等，2000)。最近20多年，黑色岩系成矿作用的重要性日益引起人们的重视，在世界许多地方都发现与黑色岩系有关的Au、Cu、Ni、Mo、PGE等矿床(或矿化区)。为此，国际地科联专门设立了地质对比计划IGCP-199、254、357、429等，全球沉积地质计划(GSGP，1986)及美国国家委员会编写的《固体地球科学与社会》(1993)都将其作为重要研究内容。IGCP-254，即“含金属黑色岩系及有关矿床”，在世界各地广泛开展黑色岩系地质地球化学、含矿建造、形成环境和成矿作用等研究。黑色岩系与成矿作用一直是当今矿床学研究的热点，已召开的许多有关国际讨论会，如1980年的“黑色页岩”，1985年的“黑色页岩生物地球化学”等，都设有专题进行讨论。1990年在加拿大渥太华召开的第八届国际矿床成因协会科学讨论会和1991年在中国沈阳召开的国际金矿床成因学术讨论上，不少国内外学者对世界部分地区(加拿大、波兰、南非、哥伦比亚、西班牙等国家和地区)与黑色岩系有关的金属矿床特征及成因进行了学术交流。
二、黑色岩系与成矿作用研究新进展
近几年来，国内外对与黑色岩系有关矿床的研究取得了重要进展，黑色岩系不但提供成矿物质，而且其本身也具有经济价值。王登红(1997)将黑色岩系与成矿的关系归纳为:①黑色岩系本身含矿，如Ni、Mo、Mn、Au、U、V、Ag、Pt、Pd、Cu、Zn、Co等矿产直接产于黑色岩系中。湖南大庸、慈利镍钼矿床均赋存在黑色白云质页岩和黑色粉砂质页岩中，美国查塔努加页岩富含U(Leventhal，1991)。②黑色岩系作为矿源层为后生矿床的形成提供成矿物质，如穆龙套金矿、库姆托尔金矿、波兰含铜页岩型Cu-Ag矿床、哥伦比亚祖母绿矿床(Cheilletz et al.，2001)、广西大厂锡多金属矿床(Paava et al.，2003)。③黑色岩系改变了成矿流体的性质，导致金属矿物沉淀，如波兰Kuperschifer铜矿床中富铜高银的矿石可能是由下伏的Rotliegendes层位的含铜溶液与Kuperschifer黑色页岩层内经生物作用将硫酸盐还原生成的H2S发生反应，导致铜大量沉淀成矿(Michalik et al.，2001)。Paava等(2003)认为黑色岩系对广西大厂锡多金属矿床中锡的沉淀起了重要作用。
学者对中欧、中国华南、加拿大以及波罗的海地区和俄罗斯西伯利亚的黑色页岩系已进行了一定程度的研究，但对其中的金属矿床成因的认识还存在差异(毛景文，2001b)。在研究程度比较高的波兰Lubin-Glogow地区，对于矿床模型的建立，主要依据以下事实:①20%的铜产于Kupferschifer黑色页岩系中，50%产于下伏的Weissliegendes砂岩中，30%产于上覆Zechstein灰岩中;②Cu矿化与还原界面密切相关;③主要的含铜矿物为辉铜矿，并伴有斑铜矿和黄铜矿，向外为铅和锌的硫化物;④尽管有几个矿化阶段，但主要矿化阶段为早三叠世，成岩阶段形成的伊利石放射性同位素年龄为190～216Ma(Bechtel et al.，1999)，利用赤铁矿古地磁资料厘定的年龄为220～250Ma(Jowett，1986)。关于早期的同生沉积作用，Karnkowski(1999)描述了发育在高度变形的古生代基底上的波兰二叠纪Rotliegenedes盆地，盆地由一组相互沟通的次级盆地组成，沿北西向分布于波西尼亚刚性地块与东欧克拉通之间的脆弱地带(Blundell et al.，2001)，有人称为内陆盆地(Bechtel et al.，1999)。这些盆地主要由早二叠世火山碎屑岩、熔岩和碎屑沉积岩组成。介于二叠系与三叠系之间的Kupferschiefer含沥青钙质或白云质页岩覆盖于这些碎屑沉积岩之上，或与之共存。同生的Kupferschifer黑色页岩虽然含有硫化物，但并不构成矿床，富铜高银的块状铜矿石可能是由下伏的Rotliegendes层位的含铜溶液与Kupferschifer层内经生物作用将硫酸盐还原生成并储集于裂隙中的H2S发生反应，从而导致铜大量沉淀成矿(Blundell et al.，2001;Michalik et al.，2001)。最近，通过对惰性气体同位素的研究，认为在三叠纪，深部流体参与了成矿作用，这为进一步深入研究该区黑色页岩铜矿提供了新思路。
在我国华南和加拿大育空地区广泛出露的黑色页岩系中发育有Mo-Ni-PGE矿床，虽然形成时代有差异，但物质组分和产出状态比较相似，即厚度较薄，时断时续，矿体沿同一层位出现。关于其成因，多年来以海底喷流认识占主导地位，认为下伏富Mo-W花岗岩体可能作为成矿热源和Mo-Re-Os的源区，并与海底喷流的Ni-PGE-Fe-V-Co混合成矿(Coveney et al.，1991;Horanetal.，1994;Lott et al.，1999;李胜荣等，2000)。最近，又有人提出它们是一种蒸发-还原环境的正常沉积产物(Mao et al.，2002)。在我国华南地区，对镍钼矿石的Re-Os同位素精确测年，获得了541.3±16Ma的年龄数据(毛景文等，2001b)。
黑色页岩系对于后生成矿也具有重要的影响，例如，哥伦比亚祖母绿矿床被认为是赋矿的白垩纪黑色页岩与盆地卤水进行水岩反应，由钠质交代作用和阳离子交换导致成矿，铍主要来自粘土岩(Cheilletz et al.，2001)。对广西大厂锡多金属矿区赋矿的泥盆纪页岩和成矿流体的系统研究，不仅证明了区内的层状和网脉状锡多金属矿同为与花岗岩有关的成矿系统的产物，还发现大量的有机质以CO2、CH4等形式存在于成矿流体中，这些有机质被认为来自围岩(Pasava et al.，2001)。锗是一种稀散元素，但在不少以黑色泥页岩为主岩的煤层中广泛存在和富集。在我国西南和俄罗斯远东地区发现煤中锗高度富集成为独立矿床，甚至达到超大型规模(Hu et al.，2000;Seredin et al.，2001)。尽管对锗的来源问题仍然有同生和后生之争，但煤中富锗仍反映了有机质对锗成矿的重要控制作用。由于黑色岩系是一种强还原环境的产物，在许多矿区发现大量罕见矿物及其组合(Distler et al.，2001)，包括许多单质金属、金属合金或互化物，硫盐矿物、磷酸盐类、钨酸盐类、碲化物、Pt-Cu-Fe金属固溶体以及砷铂矿、硫铂矿、Sn-Sb固溶体、Ni-Sb固溶体和大量的Fe-Ni-S和Cu-S矿物系列。
三、全球范围内的时空分布及特征
(一)黑色岩系型矿床的分布
在全球有几个广泛分布黑色岩系的地区，如波兰的古元古代与有机碳有关的PGE-Au-U岩系、欧洲波希米亚地块巴伦丁新元古代铂族元素明显富集的黑色页岩、我国扬子克拉通周缘震旦系、俄罗斯西伯利亚里菲纪上部、印度小喜马拉雅、巴基斯坦北部、伊朗、法国南部、苏联、蒙古、澳大利亚南部、加拿大、我国扬子地块和塔里木地块下寒武统底部、加拿大育空地区中上泥盆统、美国中部印第安纳泥盆系、密西西比系(C1)、俄克拉荷马西西比系(C2-3)、纵贯英格兰、荷兰、德国到中欧的上二叠统Kuperschifer(约60万km2)以及中亚新元古代及古生代地层中均有黑色岩系分布。
这些黑色岩系的共同特点是含有大量的有机质和丰富的PGE、Cu、Ni、Mo、Au、U、V、Mn、Fe、Co、Bi、Cr、Se等金属元素(Meyers et al.，1992)。这些元素在适当条件下形成一定规模的矿床，如遵义黄家湾镍钼铂族元素矿床(毛景文等，2001)、乌兹别克斯坦穆龙套金矿(Wilde et al.，2001)、波兰Lubin-glogow地区的Kupferschiefer铜矿床(Oszczepalski，1999;Michalik et al.，2001)、俄罗斯的干谷金铂矿床(涂光炽，1999)、加拿大的耶洛奈夫金矿床、澳大利亚的本迪戈矿床(640t)、斯托尔金矿床、金皮矿床(160.5t)、中欧曼斯费尔德含铜页岩(二叠纪)、澳大利亚的富铅锌的蒙特页岩、摩洛哥的黑色岩系型银矿、美国肯塔基州的黑色岩系型铀矿(前寒武纪)、美国堪萨斯州的含金和银的黑色页岩(白垩纪)等。这些矿床集中分布在中亚、东西伯利亚、中国的扬子地台、中欧、澳大利亚南部、北美东部及阿拉斯加、巴西、非洲的加纳等地区。
(二)黑色岩系型矿床特征
1)黑色岩系型矿床在全球范围内分布广泛，其赋矿地层时代多样，从元古宙到早中生代。
2)黑色岩系型矿床在矿化规模上差别很大，矿体形态、围岩蚀变强度和类型具有多样性。按矿体形态可分为2类，其一是层状金属矿化，形成厚几十米有时100～200m，长达几千米的矿带，通常形成大型或超大型矿床，是黑色岩系型矿床中最重要的类型，如干谷金铂矿床、北纳塔尔金矿;其二是含碳岩系中的同生-后生型铜、镍、钼、钒矿，伴生的铂族矿，其贵金属矿化层厚度很小(几毫米至十几厘米，一般仅有几厘米)，但延伸长，贵金属含量高，如波兰蔡希施坦铜矿床、加拿大尼克镍-锌-铂矿床、中国贵州和湖南的钼镍铂矿床等。
3)矿化具明显的层控性，常与含碳的原始沉积岩共生。矿床产在黑色含碳沉积-变质岩系中，既受沉积岩相控制，又在一定程度上受热液作用制约，具层控矿床特征(刘洪文，2002)。
4)成矿元素具有多样性，如金、银、铂族元素、放射性元素、稀土元素、镍、铜、铬、钒、钼、铅、钨、钴等元素同时出现。但通常以某几种元素为主，如我国华南以Ni、Mo元素组合为主，加拿大育空以Ni为主，俄罗斯干谷以Au为主，波兰蔡希斯坦则是以Cu为主等。这些矿床中伴生的PGE富集在围岩蚀变带和分散硫化物矿化带或硫化物-硫砷化物矿化带中(季斯特列尔等，1997)。
5)矿化多发生在前寒武纪、古生代(寒武、石炭、二叠世)，但热液叠加作用多发生在后碰撞阶段。原岩建造为含碳的海相或陆源碳酸盐-陆源碎屑岩为主的沉积岩系，沉积环境为前陆盆地，而区域热液值升高的背景多归结为地幔热构造作用(刘洪文，2002)。
(三)黑色岩系型金矿
黑色岩系型金矿床是黑色岩系型矿床的重要类型，也是世界最具工业价值的金矿床类型之一。在中亚地区黑色岩系型金矿也被称为穆龙套型金矿。近年来，一些学者从成矿作用角度出发，认为这类金矿的形成主要受剪切构造控制，在时间和空间上与增生构造或碰撞造山有关，将其归为造山型金矿(Goldfarb et al.，1998)。20世纪60～80年代，苏联的地质工作者高度重视产于黑色岩系中的金矿床，在南天山、中天山、斋桑和东西伯利亚贝加尔等地找矿取得重要突破，先后发现了穆龙套、库姆托尔、巴克尔奇克等一系列大型、超大型金矿床和干谷超大型金铂矿床。90年代，我国地质学者也在西南天山和准噶尔先后发现了萨瓦亚尔顿、大山口、萨恨托亥和萨尔布拉克黑色岩系型金矿。中亚天山的穆龙套、库姆托尔、查尔库拉、道吉兹套、萨瓦亚尔顿、大山口等金矿，准噶尔的巴克尔奇克金矿、萨尔布拉克金矿、俄罗斯贝加尔-帕托姆高原的干谷铂金矿床等的形成都与黑色岩系有密切关系。含矿的黑色岩系含有大量的有机质，金含量明显高于区域背景值，显示出碳质对金具有很强的吸附作用。由此可见，容矿的黑色岩系是金的矿源层，为成矿提供主要物质来源。含碳千枚岩或碳质板岩渗透性差，有利于成矿流体卸载，形成矿体。
中亚黑色岩系型金矿床的地质特征可归纳为:
1)黑色岩系型金矿床属剪切带型金矿床(或造山型金矿)的重要亚类，其控矿断裂为韧性剪切带、韧-脆性剪切带和脆性断裂破碎带，其成矿作用受剪切带演化控制。含矿的剪切带规模较大，一般长度达数千米至数十千米，金矿化在韧性剪切带中具有分段集中局部富集的特点。矿区附近一般发育区域性深大断裂或板块缝合带，控矿剪切带与这些构造有关。
2)黑色岩系型金矿容矿岩系时代主要是新元古代里菲纪和文德纪、中奥陶世—早志留世、晚志留世—早泥盆世、泥盆纪、早石炭世和晚石炭世。
3)黑色岩系的岩石建造为一套远离火山机构的含碳质较高(一般＞0.5%)的陆源细碎屑岩-碳酸盐岩建造，有时也夹有火山碎屑岩。在含碳质岩石中很少见到各种海相大化石。含碳岩石主要为碳质页岩、碳质板岩、碳质泥质页岩、含碳硅质泥质页岩、石墨化碳质页岩、碳质泥质板岩、碳质粉砂岩等。矿床均产于含碳质的陆源细碎屑岩中，而碳酸盐岩中不产金矿床，但碳酸盐岩可说明黑色岩系的形成环境(刘春涌等，2007)。
4)黑色岩系型金矿的形成环境应为宁静的滨浅海环境，海水富含CO2且较浅，有利于有机体的形成和碳酸盐岩发育，浅海富碳质还原环境是黑色岩系形成的最基本条件，还原环境的富碳质有利于对金的吸附(刘春涌等，2007)。
5)黑色岩系型金矿的围岩蚀变主要为硅化、黄铁矿化、绢云母化、绿泥石化、碳酸盐化，以及石墨化，具有低温热液成矿的特点，部分矿床发育黑云母化、钠长石化、钾长石化等，如穆龙套矿田。
6)矿化类型为含金石英大脉型、石英细脉型、石英网脉型和蚀变岩型。矿石中矿物组合复杂，矿物种类多，如穆龙套金矿发现了90种矿物、库木托尔金矿发现了近100种矿物、干谷金铂矿床发现了75种矿物、萨瓦亚尔顿金矿发现了40余种矿物。金属硫化物主要为黄铁矿、毒砂、自然金，其次为磁黄铁矿、黄铜矿、方铅矿和辉锑矿，部分矿床中出现了白钨矿、闪锌矿、铋矿物等。金多以包裹金和裂隙金等形式产出。
7)尽管中亚地区黑色岩系型金矿的容矿岩系的形成时代差别较大，从新元古代到石炭纪，但成矿时代集中在晚石炭世到三叠纪，如库姆托尔金矿的成矿时代为284～288Ma(40Ar/39Ar坪年龄，Mao et al.，2004)、穆龙套金矿蚀变岩形成时代为285～250Ma，金主成矿时代为280Ma(白钨矿的Sm-Nd同位素年龄，Kempe et al.，2001)，含金石英中绢云母的40Ar/39Ar坪年龄为245～220Ma(Wilde et al.，2001)，银矿化时代为224～219Ma(Kostitsyn，1996)、萨瓦亚尔顿金矿主成矿期为三叠纪(含金石英脉中石英流体包裹体Rb-Sr等时线年龄为246Ma和231Ma，陈富文等，2003;叶庆同等，1999;含金石英脉中石英40Ar/39Ar坪年龄和Rb-Sr等时线年龄为213～206Ma，Liu et al.，2007)、巴克尔奇克金矿床主成矿期矿石中铅同位素年龄为300±15Ma，成矿时代为晚石炭-早二叠世，岩浆热液叠加改造期流体中铅同位素年龄为230±10Ma，时代为早-中三叠世(Syromyatnikov，1999)。
(四)中亚黑色岩系型金矿的时空分布
黑色岩系型金矿是中亚成矿域中十分重要的金矿类型，我国西邻国家大约有金储量7703t，占2000年世界金总储量的16%，其中储量较多的国家有乌兹别克斯坦(5300t)、哈萨克斯坦(1050t)、塔吉克斯坦(573t)、吉尔吉斯斯坦(540t)(戴自希等，2001)。据西邻6个国家的33个大型独立金矿统计(戴自希等，2001)，主要金矿类型为黑色岩系型(30%)、热液型(21%)、石英脉型(15%)和陆相火山岩型(9%)，由此可见，黑色岩系型金矿在中亚地区具有举足轻重的地位。中亚成矿域黑色岩系型金矿主要特征列于表10-1，在空间分布上大体可划为4个带(图10-1)。
表10-1 中亚地区主要黑色岩系型金矿床
1.东西伯利亚克拉通南缘贝加尔褶皱带
该带位于俄罗斯境内的东西伯利亚克拉通南缘，该带内的干谷(СухойЛог)金铂矿床金储量1550t、奥林匹亚达(Οлимпиада)金矿金储量700t、苏维埃(Советское)金矿金储量大于100t，以及向南地处东萨彦岭的宗毫巴(ЗунХолба)金矿金储量约150t。这4个超大型金矿床均赋存于新元古代里菲纪含碳浅变质碎屑岩系中(Сафонов，1997;涂光炽，1999)。干谷矿区的容矿岩系为中、晚里菲纪陆源含碳沉积物，厚约800m，经历了绿片岩相变质作用，岩石组合为石英-绢云母-绿泥石片岩、变粉砂岩和变细砂岩。片岩中富含碳质(2%～7%)，并富集金和铂。矿体赋存于近东西向背斜的核部，褶皱轴向南倾，并被大型逆掩构造叠加。主要矿体赋存于缓倾斜(30°～35°)、厚大(达200m)的后褶皱期近东西向的片理化矿化带。奥林匹亚达矿区的容矿岩系为早里菲纪片岩段，自下而上岩石组合为云母石英片岩、云母-碳酸盐-石英片岩、含碳白云母-绢云母-石英-碳酸盐片岩和云母石英片岩。矿体主要赋存于云母石英片岩的下段与含碳片岩和碳酸盐岩的接触带(王琳(译)，2001)。
2.斋桑准噶尔带
该带位于哈萨克斯坦斋桑-准噶尔到新疆北准噶尔，呈北西向延伸，紧邻西伯利亚板块与哈萨克斯坦-准噶尔板块的缝合带(图10-1)。在哈萨克斯坦斋桑-准噶尔华力西期褶皱带库兹洛夫坳陷西南边缘北西向西卡尔巴断裂与近东西向库兹洛夫断裂交会部位，发育一条黑色岩系型金矿带。该金矿带沿库兹洛夫韧性剪切带分布，长度达10余千米。已发现了热列克、巴勒德扎尔、库鲁宗、布尔什维克、霍洛德内克卢奇、巴克尔奇克、普罗梅茹特诺耶、格鲁布尔洛格等十几个金矿床和矿点。其中巴克尔奇克矿床规模最大，矿体品位高，且连续性好，探明金储量277t(也有报道称416t)，平均金品位9.4×10-6。布尔什维克、霍洛德内克卢奇、巴克尔奇克、普罗梅茹特诺耶、格鲁布尔洛格5个金矿床构成巴克尔奇克金矿田，矿田资源量估计为1200t，品位1.5×10-6～4×10-6(戴自希等，2001;刘春涌，2005a)。
区域出露的地层主要为下石炭统泥质粉砂岩、硅质粉砂岩、含钙燧石、砂岩和灰岩，下-中石炭统海相类复理石建造的砂岩、粉砂岩，上石炭统巴克尔奇克组为主要容矿岩系，属于砂岩、碳质粉砂岩等互层的陆相含碳细碎屑岩建造，地层韵律明显，含丰富植物化石，并夹菱铁矿透镜体和薄煤层，局部夹凝灰岩和火山岩。含矿岩系中有机碳含量高，从0.2%至1.5%～2.0%，局部碳质交代岩有机碳含量高达13.38%～15.17%(戴自希等，2001)，碳沥青透镜体中有机碳含量达20.5%～54.1%(Daukeev et al.，2004)。含矿岩系中As、Mo、P和Cl的丰度较高，菱铁矿和含黄铁矿的碳质粉砂泥岩是岩石中含金最高的。沉积形成的黄铁矿含金量很高，平均含量为0.52×10-6，最高为1.24×10-6(张鸿昌等，1986)。矿床受韧性剪切带和断裂控制，晚期岩浆热液活动对早期金矿化进行叠加改造。金主成矿期矿石中铅同位素年龄为300±15Ma，成矿时代为晚石炭世—早二叠世，岩浆热液叠加改造期流体中铅同位素年龄为230±10Ma，时代为早-中三叠世(Daukeev et al.，2004)。
在新疆北准噶尔发现的萨尔布拉克小型金矿属黑色岩系型金矿，位于富蕴县城西南，北西紧邻额尔齐斯深大断裂带，受到萨尔布拉克断裂带的制约。额尔齐斯深大断裂带是西伯利亚板块与哈萨克斯坦-准噶尔板块的分界。矿区出露地层主要为中泥盆统北塔山组、蕴都喀拉组，下石炭统南明水组和那林卡拉组。北塔山组为一套基性-中基性火山沉积建造，蕴都喀拉组为一套由安山质凝灰岩、凝灰质粉砂岩及细砂岩组成的基性火山碎屑岩。南明水组为海陆交互相的类复理石建造，岩性主要为粗砂岩、凝灰质砂岩夹硅质岩和灰岩透镜体。
那林卡拉组为一套火山碎屑岩及含碳陆源碎屑岩建造，为容矿岩系，按岩性可分上、中、下3段(王登红等，2002):下段下部为含碳粉砂岩、凝灰质砂岩;中部为砾岩、砂砾岩、凝灰质粗砂岩、凝灰质中细砂岩和含碳粉砂岩;上部为含生物碎屑灰岩夹泥板岩。中段为主要赋矿层位，其下部为含碳粉砂岩和含碳泥质粉砂岩;中部为岩屑晶屑凝灰岩、含碳凝灰砂岩夹含碳粉砂岩及砂砾岩透镜体。上段下部为含碳凝灰质粉砂岩夹凝灰质砂岩，构成地表矿体的围岩;上部为凝灰质砂岩、含砾凝灰砂岩、含碳粉砂岩互层。含矿岩系中有机碳含量为0.02%～5.4%，平均为2%(王登红等，2002)。萨尔布拉克金矿受萨尔布拉克断裂带控制，金矿体主要充填在韧-脆性剪切带局部扩张部位的碎裂岩和角砾岩中。成矿时代为晚石炭世末，李华芹等(1998)测得矿石毒砂Pb-Pb年龄为304Ma，无矿石英脉流体包裹体Rb-Sr年龄为285Ma。
图10-1 中亚主要黑色岩系型金矿床分布和新疆黑色岩系型金矿主要成矿区带
3.中天山带
该带位于吉尔吉斯和哈萨克斯坦中天山加里东-华力西褶皱带，呈北东向延伸，靠近中天山与南天山的分界尼古拉耶夫(Nikolaev)缝合线。已发现吉尔吉斯库姆托尔(Kumtor)超大型金矿、伊什坦贝尔格(Ishtanbergy)大型金矿和哈萨克斯坦查尔库拉超大型金矿，这些金矿均赋存于黑色岩系中，受剪切带和断裂带控制。
库姆托尔(Kumtor)超大型金矿位于吉尔吉斯斯坦东部的伊塞克湖地区，海拔3200～4150m，距中吉边境线直线距离60km。该矿床处于一个长15km，宽0.1～0.4km的窄条范围内。其北西和南东边界由断裂界定，南西和北东被第四系和冰川覆盖。已控制储量300t，加上远景储量达590t，平均品位3.6×10-6(Yakubchuk et al.，2002;Mao et al.，2004)。库姆托尔金矿处于中天山岩浆弧，十分接近Nikolaev缝合线，因而通常也将其纳入南天山成矿带。区域出露古元古界Kuilyu组变质岩，并受到里菲期花岗岩的侵入，上里菲Kashkasui组角度不整合覆盖其上，由砾岩、变砂岩和玄武岩-流纹岩双峰式火山岩组成。赋矿围岩为平行不整合覆盖于上里菲Kashkasui组之上的文德系Jetym组，由轻微变质的陆相碳质复理石组成。可进一步分为哲德姆套(Jetymtau)、扎可巴洛特(Jakbolata)和拜康奴尔(Baikonur)3个亚组。岩性分别为碳质千枚岩、板岩夹砾岩和粉砂岩、碳质千枚岩、板岩夹灰岩和砂岩以及砾岩、千枚岩和砂岩。其中泥岩部分含绿泥石-赤铁矿-磁铁矿以及黄铁矿夹层。含矿岩系中富含碳质，含碳量1%～10%，局部石墨化。在含矿岩系之上为寒武系—下奥陶统燧石板岩、白云岩和灰岩。中泥盆统—下石炭统红色砂岩和灰岩角度不整合覆盖于基底之上。矿化带沿库姆托尔逆掩断层延长10km，向南东倾斜，倾角30°～50°。上盘为文德纪含矿绿色板岩，下盘为早古生代灰岩、燧石和碳质岩石。断层带表现为100～250m厚的构造混杂岩、香肠状、剪切带和褐铁矿化。在库姆托尔矿区，矿体严格限制在构造带内。所有矿脉排列密集且断续相连。矿化分为南矿带、北矿带、东北矿带和细网脉矿带。矿带长500～1000m，厚25～100m，延深300～1000m。矿化为细脉浸染状，也有一些宽度较小的含金石英脉。绢云母石英蚀变岩全岩40Ar/39Ar坪年龄为285.5±1.2Ma，含金绢云母矿石全岩40Ar/39Ar坪年龄为288.4±0.6Ma，容矿岩系中绢云母40Ar/39Ar坪年龄为284.3±3Ma，矿石中绢云母40Ar/39Ar坪年龄为285.4±0.2Ma，表明成矿时代为早二叠世(Mao et al.，2004)。
4.南天山带
该带分布于南天山，西起乌兹别克斯坦中亚南天山西段的克孜尔库姆褶皱带奴拉套。呈南西向延伸，向东弧形弯曲到中吉边境线的萨瓦亚尔顿，再向北东沿中国西南天山到大山口-萨恨托亥一带，是中亚乃至世界上十分重要的黑色岩系型金矿带。在西段乌兹别克斯坦克孜尔库姆-库拉玛一带发现了世界上仅次于南非的维特瓦杰斯兰德金矿的第二大金矿，即穆龙套金矿，到1996年已控制金储量4416t(其中已开采1186t，剩余金储量2230t)，加远景储量共5400t，平均品位1.3×10-6(Graupner et al.，2001)。该地区其他黑色岩系型金矿还有道吉兹套(Daughyztau，Au185.7t，Ag101t)、阿曼泰套(Amantaitau，Au117.7t，Ag16t)、可克帕他斯(Kokpatas，Au620t，Porter，1998)、巴尔潘套(Besapantau)、穆腾巴伊(Myutenbai，Au620t，Porter，1998)、阿里斯坦套、Triada、Boilik、Karasai、Sarybatyr等金矿和柯斯曼纳奇(Kosmanachi)、维索可弗尔诺、Vysokovoltnoe、Jasaul、Stepnoe等金银矿(Shayakubov et al.，1999)，这些金银矿床(点)分属穆龙套、阿曼泰套-道吉兹套和可克帕他斯3个矿田，构成了南天山西段克孜尔库姆黑色岩系型金(银)矿集区。
在该矿带中段中国与吉尔吉斯斯坦边境线两侧各发现了一个萨瓦亚尔顿大型金矿，其中吉尔吉斯斯坦萨瓦亚尔顿金矿为含金石英脉带，金品位高，平均品位为6.1×10-6～8.7×10-6，金储量为40t(戴自希等，2001;中国地质调查局，2003)。并伴生有锑、银、铅、锌、铜等，如富毒砂石英脉金品位为6.5×10-6，锑为4.5%，铅为10%，银41.5×10-6(Rui et al.，2002)。
火山成因的块状硫化物矿床(VMS)是硫化物以层状形式形成的矿物聚集体。它主要沉淀于海底或者近海底。在空间上、时间上和成因上与同时代的火山作用密切相关。该类矿床主要有两部分组成，一是整合产出的块状硫化物透镜体(＞ 60% 硫化物)，二是发育于底盘地层的不整合的脉状矿化，这些脉状矿化又可分为细脉带和网脉带(图 7-1)。它们主要是由富含金属的热液流体在海底喷发而形成，与形成于现代扩张洋中脊的 “黑烟囱”成因类似。这些矿床具有高品位、低吨位的特点，是世界上 Cu、Zn、Pb、Au 和 Ag 等矿产资源的主要来源。脉石矿物主要由石英、绿泥石、重晶石、石膏和碳酸盐组成。
图 7-1 VMS 矿床剖面示意图
火山成因的块状硫化物矿床(VMS)与赋存于火山岩中的块状硫化物矿床(VHMS)和与火山有关的块状硫化物矿床(VAMS)是不相同的。火山成因的块状硫化物矿床(VMS)是具有成因意义的，而另外两个却是指与矿床赋存的火山岩围岩有关。火山成因的块状硫化物矿床(VMS)不仅指赋存于或产于以火山岩为主的环境，而且指其与火山作用关系密切。与SEDEX矿床(沉积喷发)相比，与火山成因有关的块状硫化物矿床是火山喷发成因的，而SEDEX矿床则是形成于沉积序列中。
在VMS矿床下部的网脉带是热液流体上升的通道，它主要由脉状的硫化物组成。热液蚀变围绕网脉带呈筒状。从内到外，逐渐由绿泥石化带变化到绢云母化带。薄层的层状喷气岩围绕硫化物带边缘分布。喷气岩主要由黄铁矿、赤铁矿以及硅质矿物组成。
火山成因块状硫化物矿床主要形成于伸展和裂谷期间的碰撞环境(洋-洋或者洋-陆汇聚)。在裂谷期间，由于地壳的拆沉、减薄并伴随着热的软流圈地幔物质的上涌，侵入到基底地壳，造成双峰式幔源的铁镁质和地壳来源的长英质火山作用的发生。与裂谷有关的岩浆作用，验证了位于浅部或者中部地壳的同成因的侵入体，可以加热火山和改变周围和临近地层中的海水。具有VMS勘查前景的地区主要是被英云闪长岩和奥长花岗岩岩床或者岩脉群所侵入的原始弧玄武岩和高硅的流纹岩地区，大洋弧后盆地中下伏MORB玄武岩为主的地体，以及或者成熟大陆弧后盆地碱性玄武岩和MORB玄武岩地区。
由热所驱动的水岩反应是VMS矿床下半整合蚀变带引起金属淋滤和热液循环系统的主要动力。长时间活动的热液系统使流体从深部贯通的、同火山的断层在海底或者靠近海底的地层中卸载金属成矿物质，从而形成VMS矿床。而在一些地区，VMS矿床的部分成矿物质则直接来源于次火山的岩浆(如Cu、Au和Sn)。
一、世界上VMS矿床的分布
世界上大约有800多个VMS矿床，这些矿床的储量在20万t左右。它们主要赋存于海相火山地体中，包括年龄从3.4Ga到现代海底扩张过程中和洋弧地体中正在形成的矿床，在现代火山活动的浅部海底和湖泊环境中也可以发现VMS-浅成低温过渡类型矿床。除了南极洲大陆外，VMS矿床在世界其他洲均有发现。Mediterranean东部赋存于蛇绿岩中的第三纪Cu和Au矿床的开采历史已经有5000年的历史。到2002年，估计VMS类型的矿床已经为世界经济的发展提供了近5亿t的硫化物矿石(Franklin，2002)，包括世界上22%的Zn、6%的Cu、9.7%的Pb以及8.7%的Ag和2.2%的Au(Singer，1995)(图7-2和表7-1)。
表7-1 世界主要VMS矿床
续表
(据Galley et al.，2007)
二、VMS矿床分类
与火山成因有关的块状硫化物矿床(VMS)通过富含金属热液流体的卸载而形成于海底或者近海底环境中。大多数VMS矿床由两部分组成，穹丘状、板状、层状矿体主要由块状(40%)硫化物、石英和次要的层状硅酸盐、铁氧化物和蚀变的硅酸盐围岩组成。这些层状的矿体的下面往往是整合的或者不整合的网状和浸染状硫化物。这些网脉状系统往往被蚀变晕所围绕，蚀变晕往往延伸到VMS矿床上面的上盘围岩中。根据矿床中贱金属含量、金的含量以及围岩性质和Cu、Zn、Pb等元素之间的比值。VMS矿床可以分为Cu-Zn、Zn-Cu和Zn-Pb-Cu三种类型，Morton和Franklin(1987)根据围岩性质(铁镁质对长英质)、蚀变特点(绿泥石-绢云母对绢云母-石英碳酸盐)又进一步把加拿大的Cu-Zn和Zn-Cu矿床分为Noranda和Mattabi两类。Zn-Pb-Cu类型是Large于1992年新增加的，主要是为了更全面地了解澳大利亚的VMS矿床。1995年Poulsen和Hannington又把VMS分为正常和富金两种类型，这种划分方案主要是为了比较容易区分VMS矿床和浅成低温矿床之间的过渡类型(Sillitoe et al.，1996)。进一步的研究表明富金的VMS矿床与海水的深度、氧化还原状态、运载金属成矿流体的温度以及可能的岩浆的贡献程度等有关(Hannington et al.，1999a)。在Poulsen等(1995)的分类中，富金的VMS矿床是指金的品位(10-6)大于贱金属(Zn+Cu+Pb，%)。1999年加拿大地质学家Barrie和Hannington提出了以围岩岩性为主的划分方案，它们包括以铁镁质为主的、双峰式铁镁质、双峰式长英质、硅质碎屑-铁镁质、双峰式-硅质碎屑等。它们是①产于初始裂谷大洋弧的双峰式铁镁质环境(如Urals)，主要是熔流相和＜25%的长英质地层;②产于原始大洋弧后的铁镁质环境(如Cyprus、Oman)，以含有＜10%的沉积物的蛇绿岩套为特征;③产于成熟大洋弧后的泥质岩-铁镁质岩环境(如Windy Craggy、Besshi)，以等量的泥岩和玄武岩为特征;④产于初始裂谷上俯冲陆缘弧的双峰式长英质环境(如Skellefte和Tasmania)，以具有35%～75%长英质火山碎屑岩为特征;⑤产于成熟陆缘弧后的硅质碎屑岩-长英质岩环境(如Iberia、Bathurst)，以陆源沉积物和火山碎屑地层为特征。前3类矿床主要是Cu-Zn，后2类则含有大量的Pb。另外，根据赋存围岩岩相的不同，这5种类型的矿床又分别可以分为溢流相、火山碎屑相和沉积岩相为主的环境(表7-2)。这个分类不仅反映了从稍微溢出相到主要以火山碎屑为主的变化，而且慢慢过渡到以长英质火山岩为主的岩石组合。这些岩性组合与不同的地质背景相关。与铁镁质火山岩和火山碎屑岩有关的地层主要位于大洋岛弧环境和洋脊扩张的中心，而以长英质岩石为主的地层则主要位于弧-陆边缘和大陆弧区域。
图7-2 世界主要VMS矿床的分布
表7-2 以赋矿围岩为主的VMS矿床分类
目前，经济地质学界普遍采用矿床底盘的岩石类型和构造背景的分类方案(表7-3)。主要分为以下4类:
Cyprus型:与蛇绿岩套中拉斑玄武岩有关(弧后扩张洋中脊)，主要形成富Cu和Au的矿床，如塞浦路斯的Troodos Massif。
Besshi型:与板块火山岩和大陆浊积岩有关，主要形成Cu、Zn以及Au和Ag矿床，如日本的Sanbaga。
Kuroko型:与长英质火山岩，特别是流纹熔岩有关(弧后裂谷环境)，主要形成Cu、Pb、Zn和Ag矿床，如日本的Kuroko矿床。
Primitive型:与不明成因的分异岩浆有关，主要形成Cu、Zn和Au矿床。如加拿大的太古宙岩石。
表7-3 以构造背景为主的VMS矿床分类
碳酸岩是指碳酸盐矿物(主要是方解石、白云石、铁白云石或含钾、钠碳酸盐矿物)含量大于50%的火成岩；除碳酸盐矿物外，岩石中其他常见组成矿物包括透辉石(发育于早期碳酸岩阶段)、钠质辉石或角闪石、金云母、磷灰石以及橄榄石等。碳酸岩最显著的特征是稀土元素含量比几乎所有其他岩石类型都要高，例如，钙、镁、铁碳酸岩稀土丰度分别为0.37%、0.42%和1%，因而，世界稀土元素矿床主要产自碳酸岩。含稀土元素碳酸岩一般都是与碱性岩(例如正长岩、霞石正长岩和霞石岩)共同构成碱性碳酸岩杂岩，其中的碳酸岩属于岩浆演化晚期阶段发育的产物。
与碳酸岩有关的矿床是指赋存在碳酸岩以及相关的碱性硅酸盐岩体内及其附近围岩中的各种类型的矿床，主要包括稀土元素(REEs)、铌、铁、铜、磷灰石、蛭石以及萤石矿床等，其副产品包括重晶石、锆石(或斜锆石)、钽、铀等。在南非Palabora碳酸岩矿床中还产出铂族元素、银以及金等。
稀土元素碳酸岩矿床可进一步分为岩浆型和交代型。岩浆型稀土元素矿床一般都与铁质碳酸岩(富铁白云石或铁白云石碳酸岩，副矿物主要为赤铁矿、磁铁矿、磷灰石、锆石、褐帘石、榍石以及黑云母等)有关，通常赋存在含同期镁铁质和超镁铁质岩石的复式深成岩内的小规模(直径3～4km)岩颈状岩体中。矿体呈透镜状或不规则长条状成群分布，平面上呈新月形或环形，剖面上呈平行于侵入杂岩体壁的陡倾斜向深部延深。主要的矿石矿物包括：①烧绿石；②稀土氟碳酸盐或磷酸盐矿物(如氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、磷铈镧矿等)，它们与重晶石和磷锶矿等矿物存在于主要的成岩矿物中；③钙钛矿-磁铁矿±铈铌钙钛矿±钠铌矿±烧绿石；④磷灰石。
交代型矿床一般具有如下形式：①铁白云石或白云石岩墙和张性脉体，含方解石或不含方解石；②薄的热液脉体；③网状脉；④富方解石和白云石或铁白云石的交代矿体。岩墙和岩脉局部呈放射状或环状分布，常常横切同源的霓长岩化碱性岩体及其附近围岩。交代型矿床显著地富集轻稀土元素以及Ba和Sr，烧绿石和磁铁矿含量明显减少，并且含石英、榍石、锆石、褐帘石、硫化物、石榴子石以及萤石等。如果碳酸岩体中磷酸盐矿物含量较高，则稀土元素主要富集在磷铈镧矿中；如果缺失磷酸盐矿物，那么，有用矿物包括氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、直氟碳钙铈矿、碳锶铈矿以及铈磷灰石中。
碳酸岩及其相关的侵入体的围岩一般都要受到碱性交代，这种蚀变围岩称为霓长岩(fenite)。霓长岩形成于碳酸岩周围的接触变质晕中，它首先由Brǒgger(1921)研究挪威奥斯陆地堑西部特勒玛克(Telemark)地区的Fen 碳酸岩而描述和命名的，后来发现世界上几乎所有的碳酸岩侵入体的围岩都有霓长岩化(fenitization)发育。霓长岩变化相当大，而且通常以肉眼难以观察到的变化在围岩中发育。有利于霓长岩化的围岩为长英质岩石，如花岗岩类和长英质片麻岩类岩石。
霓长岩化基本上是一种碱性交代作用，大多数霓长岩蚀变晕都以去硅作用、Fe3+、Na+、K+的加入、轻稀土元素、大离子亲石元素、以及其他不相容元素的异常富集为特征，其主要结果是石英和斜长石被碱性长石交代，并且发育诸如霓石、霓辉石和钠闪石之类的碱性镁铁质矿物。霓长岩紧靠碱性硅酸盐—碳酸岩杂岩体形成。霓长岩晕表现出如下特征：①原岩矿物被碱性长石以及钠质辉石和角闪石渗透性地广泛交代蚀变；②石英和长石的重结晶；③围岩部分重结晶和不完全的同化。随着距碳酸岩侵入体的距离增大，霓长岩蚀变主要表现为沿断裂构造发育，并呈带状分布。除霓长岩化外，晚期阶段的碳酸岩流体可以导致岩浆期后的自交代蚀变以及不相容元素的重新分布，例如，在岩浆氟碳酸盐矿物中的稀土元素可能被淋滤出来并与其他矿物结合富集在发育在围岩的脉体中。另一种由晚期流体产生的常见蚀变特征是发育显著富黑云母的岩石，称为黑云岩或云母岩。黑云母和金云母的表生蚀变导致具有经济意义的蛭石发育。
目前世界已知的330多个碱性硅酸盐-碳酸岩杂岩体，其中大多数都赋存在相对稳定的板内环境(Le Bas，1987)，这些杂岩体的区域分布都是受重要的构造特征所控制，大约半数的已知碳酸岩体都位于直径数十公里至数千公里的隆起或穹窿部位，控制碳酸岩岩体定位的其他重要构造包括重要的断层、非造山裂谷以及重要断层的交汇部位。
碳酸岩可能由具有不同结构和矿物特征的多个侵入岩相组成，早期阶段的碳酸岩一般主要由方解石组成，不含过碱性的辉石或角闪石，有关的矿化为磷灰石+磁铁矿+烧绿石；晚期碳酸岩可能含白云石、铁白云石和菱铁矿。
在化学周期表上，稀土元素构成了化学性质十分相似的镧系元素。由于稀土元素特殊的化学性质，它们在冶金工业、高新技术、环境保护、以及经济方面都有重要的意义。全部稀土元素的发现过程从1794年持续到20世纪50年代中期。50年代以前，世界上稀土元素主要产自于含独居石的砂矿和伟晶岩矿床，产量很少。1949年，在加利福尼亚的(芝特帕斯 Mountain Pass)发现了富含轻稀土元素的碳酸岩岩体，矿床中稀土氧化物(REO)的品位为8%～12%，平均为9.3%，矿体圈定的边际品位为5%，探明的矿石储量为2000万吨，稀土元素主要赋存在氟碳铈矿及其相关的矿物中。1966年，Mountain Pass矿床的产量达到矿山历史生产的最好水平，并且从1965年至80年代中期，该矿床一直保持着世界稀土元素的主产区的地位。Mountain Pass矿床主要以生产轻稀土为主，然而，由于堆浸技术提取中稀土元素取得突破，原来作为有害元素的赋存在选矿尾砂中的中稀土元素也得到充分的开发利用。
自从1985年以来，我国的稀土产量迅速增加，占据世界稀土主产区的地位。我国的稀土元素资源主要来自三种类型的矿床：①内蒙古白云鄂博铁-铌-稀土元素矿床，该矿床的地质特征既类似于碳酸岩型稀土矿床，又相似于热液铁氧化物-Cu-Au-U矿床(如澳大利亚的奥林匹克坝型和瑞典的基鲁纳型矿床)。白云鄂博矿床REO的品位在3%～6%之间，探明的矿石储量大于4000万吨；②发育在华南地区花岗岩或正长岩风化壳中的离子吸附型矿床，这类矿床的特点是HREE含量相对比较高，而且容易开采和提取；③四川牦牛坪地区与碳酸岩岩浆有关的气成热液交代型稀土矿床。四川牦牛坪稀土矿床是20世纪80年代后期发现的、仅次于我国内蒙古白云鄂博和美国加州Mountain Pass矿床的世界第三大稀土矿床，其探明的REO资源量约200万吨，品位在1.07%～5.77%之间；该矿床类型独特，其矿石易采易选，而且含有Sr、Pb、Mo、Bi、Ag等多种伴生有用组分，具有重要的理论和实际研究意义。
13146449588：矿床地质特征
池乐答：与产于细碎屑岩-碳酸盐岩中的微细浸染型金矿不同,本类矿床的矿体以脉状为主,只有部分为蚀变岩型。脉状矿体又可分为石英单脉型、复脉带型和网脉带型三类。 石英单脉型是指矿体由单一而规整的含金石英脉组成。含金石英脉的产出主要受张性或张扭性断裂控制,以充填作用为主,矿体或矿化体与围岩界线清晰。脉体...
13146449588：碳酸盐岩
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13146449588：碳酸盐岩概述
池乐答：碳酸盐岩是重要的储油岩。全世界50%的石油和天然气储存于碳酸盐岩中。碳酸盐岩还常与许多固体沉积矿藏共生，如铁矿、铝土矿、锰矿、石膏、岩盐、钾盐、磷矿等，而且是许多金属层控矿床的储矿层，如汞、锑、铅、锌、铜、银、镍、钴、铀、钒等。碳酸盐岩本身亦是一种很有价值的矿产，广泛用于建筑...
13146449588：碳酸盐化岩及其找矿意义
池乐答：所以许多矿床及围岩中常能见到各种不同程度的碳酸盐化现象。 与碳酸盐化有关的围岩种类很多,几乎各种岩石都可发生碳酸盐化,但含钙、镁、铁和锰成分的围岩对碳酸盐化作用是很有利的,因为这些成分有利于碳酸盐化作用的发育。在各种沉积岩中以碳酸盐岩石,如石灰岩、白云质灰岩和白云岩等最为重要,其中的碳酸盐化...
13146449588：碳酸盐岩类型和特征
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13146449588：(三)夕卡岩型银矿床和产于碳酸盐岩中的热液型银矿床
池乐答：绝大多数矿床为含银夕卡岩型，仅许桥矿床为A级品位，苏州地区多B级品位。长江中下游地区产于碳酸盐岩中的热液型矿床仅有著名的栖霞山铅锌银矿。赋矿地层从寒武系（许桥）到三叠系，以产于三叠系中的矿床最多，石炭系—二叠系次之。图9-6 中国东部火山岩及其金银矿床分布示意图 华北地台北缘、湘南粤北...
13146449588：碳酸盐岩的一般特征
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13146449588：岩浆活动与成矿的关系
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13146449588：碳酸盐岩类型
池乐答：碳酸盐岩是重要的储油岩。全世界50%的石油和天然气储存于碳酸盐岩中。碳酸盐岩还常与许多固体沉积矿藏共生，如铁矿、铝土矿、锰矿、石膏、岩盐、钾盐、磷矿等，而且是许多金属层控矿床的储矿层，如汞、锑、铅、锌、铜、银、镍、钴、铀、钒等。碳酸盐岩本身亦是一种很有价值的矿产，广泛用于建筑...
13146449588：巴西铌钽矿产的分布特点
池乐答：该物品的分部主要集中在巴西中东部、南部和少量分布在北部地区。这些矿床主要与内生型矿床相关，特别是碳酸岩型铌钽资源储量最大。这些矿床主要形成于前寒武纪及古生代早期，少量发生在新生代。此外，巴西的铌钽矿产也与特定的地质构造背景有关。例如，花岗伟晶岩主要在巴西利亚造山褶皱带中形成，并在造山...
