MVT铅锌矿床中分散元素赋存状态和富集机理研究——以四川天宝山、大梁子铅锌矿床为例
|
摘要
许多密西西比河谷型(MVT)铅锌矿床中都含有具经济意义的锗(Cd)、镉(Ge)、镓(Ga)等分散元素。本文以天宝山、大梁子矿床为例，探讨MVT铅锌矿床中分散元素的赋存状态及富集机制。
天宝山、大梁子矿床严格受“层、相、位”的控制，属后生热液层控矿床，也是典型的密西西比河谷型铅锌矿床。
矿床地质特征以及常微量元素、稀土元素、同位素、成矿流体等地球化学特征的研究表明，矿床成矿物质是多来源的，天宝山矿床成矿物质主要来自上部地壳和造山带各种沉积岩，大梁子矿床成矿物质主要来自震旦系灯影组地层；两个矿床成矿溶液主要来自大气降水；硫大部分来源于同时期的海相沉积地层(震旦系灯影组)中被细菌还原的海水硫酸盐。
大量光、薄片观察和电子探针分析表明，天宝山、大梁子铅锌矿床中分散元素主要以类质同象形式存在。Cd主要赋存在浅色和中色闪锌矿中，而Ga、Ge主要赋存在方铅矿中，分散元素在热液成矿期的中、晚阶段大量富集。
Cd、Ge、Ga等分散元素可能形成了部分氯化物络合物或者被Pb、Zn的络合物吸附而随之一起迁移；含矿热液带来的热能使矿化围岩中有机质发生热降解作用产生甲烷，从而导致硫酸盐的还原和金属硫化物的沉淀。与Pb、Zn金属一起迁移而来的Cd、Ge、Ga等分散元素在有利的物化条件下便以类质同象的方式替代相应离子而进入闪锌矿、方铅矿的晶格并逐渐富集成矿。
In many Mississippi valley type (MVT) Pb-Zn deposits, dispersed elements such as Cd, Ge, and Ga may reach to economically significant enrichment. Taking the Tianbaoshan and Daliangzi Pb-Zn deposits as examples, this thesis discusses the occurrence state and enrichment mechanism of dispersed elements in the MVT Pb-Zn deposits.
The Tianbaoshan and Daliangzi Pb-Zn deposits, strictly controlled by "formations, phases and structures", are typical MVT Pb-Zn deposits. They also belong to the epigenetic hydrothermal strata-bound deposit.
Studies on geology of the deposits and geochemistry of trace elements, REEs, isotopes, ore-forming fluids show that the ore-forming materials came from varied sources. Ore-forming materials of the Tianbaoshan deposit was chiefly derived from different sedimentary rocks of the upper crust and orogen, while those of the Daliangzi deposit mainly from the Sinian Dengying Formation. Meteoric waters were the major source of the ore-forming solution. Sulfide sulfur came from marine sulfates that were reduced by bacteria in the Sinian Dengying Formation.
Based on observation of many polished and thin sections and analyses of electron microprobe, the author suggests that dispersed elements in both the Tianbaoshan and the Daliangzi deposits occur as isomorphism. Cd chiefly occurs in sphalerite with moderate to light colors, while Ga and Ge are mainly enriched in galena. Predominant amounts of the dispersed elements occur at the middle and late stages of the hydrothermal ore-forming epoch.
Dispersed elements like Cd, Ge, and Ga were transported in the form of chlorine complexes or adsorbed by chlorine complexes of Pb and Zn. Thermal degradation of organic materials resulted in the generation of CH4 which further initiated the reduction of sulfates and the precipitation of sulfides. Under favorable physico-chemical conditions, dispersed elements such as Cd, Ge, and Ga that were co-transported with Pb and Zn may have replaced corresponding ions and accumulated as the mode of isomorphism.
天宝山、大梁子矿床严格受“层、相、位”的控制，属后生热液层控矿床，也是典型的密西西比河谷型铅锌矿床。
矿床地质特征以及常微量元素、稀土元素、同位素、成矿流体等地球化学特征的研究表明，矿床成矿物质是多来源的，天宝山矿床成矿物质主要来自上部地壳和造山带各种沉积岩，大梁子矿床成矿物质主要来自震旦系灯影组地层；两个矿床成矿溶液主要来自大气降水；硫大部分来源于同时期的海相沉积地层(震旦系灯影组)中被细菌还原的海水硫酸盐。
大量光、薄片观察和电子探针分析表明，天宝山、大梁子铅锌矿床中分散元素主要以类质同象形式存在。Cd主要赋存在浅色和中色闪锌矿中，而Ga、Ge主要赋存在方铅矿中，分散元素在热液成矿期的中、晚阶段大量富集。
Cd、Ge、Ga等分散元素可能形成了部分氯化物络合物或者被Pb、Zn的络合物吸附而随之一起迁移；含矿热液带来的热能使矿化围岩中有机质发生热降解作用产生甲烷，从而导致硫酸盐的还原和金属硫化物的沉淀。与Pb、Zn金属一起迁移而来的Cd、Ge、Ga等分散元素在有利的物化条件下便以类质同象的方式替代相应离子而进入闪锌矿、方铅矿的晶格并逐渐富集成矿。
In many Mississippi valley type (MVT) Pb-Zn deposits, dispersed elements such as Cd, Ge, and Ga may reach to economically significant enrichment. Taking the Tianbaoshan and Daliangzi Pb-Zn deposits as examples, this thesis discusses the occurrence state and enrichment mechanism of dispersed elements in the MVT Pb-Zn deposits.
The Tianbaoshan and Daliangzi Pb-Zn deposits, strictly controlled by "formations, phases and structures", are typical MVT Pb-Zn deposits. They also belong to the epigenetic hydrothermal strata-bound deposit.
Studies on geology of the deposits and geochemistry of trace elements, REEs, isotopes, ore-forming fluids show that the ore-forming materials came from varied sources. Ore-forming materials of the Tianbaoshan deposit was chiefly derived from different sedimentary rocks of the upper crust and orogen, while those of the Daliangzi deposit mainly from the Sinian Dengying Formation. Meteoric waters were the major source of the ore-forming solution. Sulfide sulfur came from marine sulfates that were reduced by bacteria in the Sinian Dengying Formation.
Based on observation of many polished and thin sections and analyses of electron microprobe, the author suggests that dispersed elements in both the Tianbaoshan and the Daliangzi deposits occur as isomorphism. Cd chiefly occurs in sphalerite with moderate to light colors, while Ga and Ge are mainly enriched in galena. Predominant amounts of the dispersed elements occur at the middle and late stages of the hydrothermal ore-forming epoch.
Dispersed elements like Cd, Ge, and Ga were transported in the form of chlorine complexes or adsorbed by chlorine complexes of Pb and Zn. Thermal degradation of organic materials resulted in the generation of CH4 which further initiated the reduction of sulfates and the precipitation of sulfides. Under favorable physico-chemical conditions, dispersed elements such as Cd, Ge, and Ga that were co-transported with Pb and Zn may have replaced corresponding ions and accumulated as the mode of isomorphism.
引文
陈德潜，陈刚编著．实用稀土元素地球化学．北京：冶金工业出版社，1990
陈好寿．铅同位素地质研究的基本问题．北京：地质出版社，1979
陈毓川，银剑钊，周剑雄等．四川石棉县大水沟独立碲矿床地质特征．地质科学，1994，29(2)：165～167
从柏林主编．攀西裂谷的形成与演化．北京：科学出版社，1988：175～309，
高建国，罗江平．会理铅锌矿床东西矿体成矿对比分析．昆明理工大学学报，1999，24(1)：88～94
郭承基，稀有元素地球化学．北京：科学出版社，1965：519～520
谷团，刘玉平，李朝阳．分散元素的超常富集与共生．矿物岩石地球化学通报，2000，19(1)：60～63
胡瑞忠，毕献武．临沧锗矿床成因初探．矿物学报，1996，16(2)：97～102．
胡瑞忠，苏文超，戚华文等．锗的地球化学、赋存状态和成矿作用．矿物岩石地球化学通报，2000，19(4)：215～217
黄松，周卫宁，张锦章．江西银山铅锌矿床中镉镓铟的赋存状态及综合评价．桂林工学院学报，1998，18(1)：22～27
江晓波，谭光国编著．岩石化学数据应用手册．天津：天津科学技术出版社，1993：293～313，390～427
金属亿网：http://www.metalfirst.net/data/pricepage.asp
李复汉，覃嘉铭，申玉连等．康滇地区的前震旦系．重庆：重庆出版社，1988
李国柱．兴仁滥木厂汞铊矿床矿石物质成份与铊的赋存状态初探．贵州地质，1996，13(1)：24～37
廖光宇，张选阳，秦戎生等．会理地区的天宝山组．重庆：重庆出版社，1988
廖文．金属矿床稳定同位素地球化学研究．成都：成都地质干部学院，1992
刘斌，段光贤．NaCl—H_2O溶液包裹体的密度式和等容式及其应用．矿物学报，1987，7(4)：345～351
刘杰．康滇地轴东缘震旦系灯影组层控铅锌矿床成矿规律．成都地质学院研究生毕业论文，1988
刘英俊，曹励明主编．元素地球化学导论．北京：地质出版社，1987
刘英俊．某些不同岩石类型中镓的地球化学特征．见：全国稀有元素地质会议文集(第一集)．北京：科学出版社，1975：319～329
柳贺昌，林达文编著．滇东北铅锌银矿床规律研究．昆明：云南大学出版社，1999
卢焕章．层控矿床包体研究与成矿机理．矿床地质，1987，6(2)：16～28
卢武长主编．稳定同位素地球化学．成都：成都地质学院出版发行，1986：166～189
南京大学地质系编著．结晶学与矿物学．北京：科学出版社，1979
余跃新，四川大梁子铅锌矿床地质特征及其成因探讨．成都地质学院研究生毕业论文，1988
沈渭洲编．稳定同位素地质．北京：原子能出版社，1987：189～243
四川冶金地质勘探公司602队．四川会理天宝山铅锌矿Ⅱ号矿体详细勘探地质报告．1982
宋兴田，钱国平．康滇地轴东缘铅锌矿床硫铅同位素地质特征与成矿机理．云南地质，1985，4(2)：147～158
涂光炽．关于我国铅锌矿床地质若干问题的讨论．见：中国科学院地球化学研究所年报(1983)，贵州人民出版社，贵阳，1984a
涂光炽编著．地球化学．上海：上海科学技术出版社，1984b
涂光炽等著．低温地球化学．北京：科学出版社，1998
王奖臻，李朝阳，李泽琴等．川滇地区密西西比河谷型铅锌矿床成矿地质背景及成因探讨．地质地球化学，2001，29(2)：41～45
王贤觉．东海大陆架海底沉积物稀土元素地球化学研究．地球化学，1982，1：56～65
王小春．康滇地轴中段东缘震旦系灯影组层控铅锌矿床成矿机理——以天宝山和大梁子矿床为例．成都地质学院研究生毕业论文，1988
王小春．四川大梁子铅锌矿床的成因分析．矿产与地质，1991，5(3)：151～156
王小春．天宝山铅锌矿床成因分析．成都地质学院学报，1992，16(3)：10～20
王真光，张姿旭．矿物包裹体成分物理化学参数的计算程序．地质与勘探，1991，27(7)：22～27
西南地质勘探局昆明地质调查所．四川省会东县大梁子铅锌矿床1944～2094米中段生产勘探报告．1992
杨敏之．分散元素矿床类型、成矿规律及成矿预测．矿物岩石地球化学通报，2000，19(4)：381～383
姚林波，高振敏，杨竹森等．渔塘坝硒矿床富硒硅质岩的成因．中国科学(D辑)，2002，32(1)：54～63
叶霖，刘铁庚．贵州都匀牛角塘富镉锌矿床中镉的分布及赋存状态探讨．矿物学报，2001，21(1)：115～118
曾允孚．中国东部碳酸盐岩的沉积特征及其层控铅锌矿床．成都地质学院学报，1991，18(2)：1～8
张理刚．稳定同位素在地质科学中的应用．陕西，陕西科学技术出版社，1985
张云湘主编．中国攀西裂谷文集．北京，地质出版社，1985：1～25，
张忠，龙江平，张宝贵．南华雄黄矿床铊赋存状态及有关问题讨论．见：中国科学院地球化学开放研究实验室年报(1992)．北京：地震出版社，1993：185～190
中国科学院数学研究所概率统计室编．常用数理统计表．北京：科学出版社，1979
朱炳泉等著．地球科学中同位素体系理论与应用——兼论中国大陆壳幔演化．北京：科学出版社，1998：224～226
朱赖民．底苏大梁子铅锌矿床地质地球化学特征及成因探讨．成都地质学院研究生毕业论文，1992
Sangester D．F．密西西比河谷型铅锌矿床是一类地质特点差异很大的矿床．国外地质科技，1985a，5：25～36
Sangester D．F．密西西比河谷型与沉积喷气型矿床的对比．国外地质科技，1991，8：5～20
Sangester D．F．以碳酸盐岩为容矿岩石的铅—锌矿床(密西西比河谷型铅—锌矿床)．国外
矿床地质，1985b，增刊：54～68
Anderson G.M. Organic maturation and ore precipitation in southeast Missouri. Econmic Geology, 1991, 86(5): 909～925
Barbanson L. and Geldron A. Distribution of germanium, silver and cadmium between schists and sphalerite-siderite stratiform and vein mineralizations in Saint-Salvy, Tarn. Chronique de la Recherche Miniere, 1983, 51(470): 33～42
Borshershiy Yu.A. Oxygen and Hydrogen isotope data on the nature of hydrothermal mineralizing fluids. Geochemistry International, 1980, 17(6): 40～5
Doe B.R. and Zartman R.E. Plumbotectonics: The planerozoic. In: Geochemistry of hydrothermal ore deposits. Wiley-Interscience, New York, 1979:22～70
Edward A.du Bray. Preliminary compliation of descriptive geoenviromental mineral deposit models. U.S. Department of the interior. U.S.Geological Survey. Open-file report, 1995: 234～243
Hall W.E. and Heyl A.V. Distribution of minor elements in ore and host rock, Illinois-Kentucky fluorite district and upper Mississippi Valley zinc-lead district. Mining Engineering, 1968, 20(8): 25
Heyl A.V., Landis G.P. and Zartman R.E. Isotopic evidence for the origin of Mississippi Valley Type mineral deposits: Areview. Econmic Geology, 1974, 69:992～1006
Hoefs. J. Stable isotope geochemistry. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1980
Holsen W.T. and Kaplan I.R. Isotope geochemistry of sedimentary sulfates. Chemical Geology, 1966, 1(2): 93～135
Malevskiy A.Yu. Form of germanium in sphalerite. Acad. Sci. USSR, Dokl., Earth Sci. Sect.: Akad. Nauk SSSR, 1966, 167(1-6): 81～83
Moller P., Dulski P., Hoefs J. and Parekh P.P. The origin of the bearing solution in the Pb-Zn veins of the western Harz / Germany as deduced from rare earth element and isotope distributions in calcite. Chemical Geology, 1979, 26:197～215
Thode H.G, Monster J. and Dunford H.B. Sulfer isotope geochemistry. Geochim Cosmochim. Acta, 1961, 25:159～174
Tischendorf G and Harff J. Dispersive and accumulative elements. Chemie der Erde, 1985, 44(1): 79～88
Zartman R.E. and Doe B.R. Plumbotectonics——The model. Tectonophysics, 1981, 75: 135～162
陈好寿．铅同位素地质研究的基本问题．北京：地质出版社，1979
陈毓川，银剑钊，周剑雄等．四川石棉县大水沟独立碲矿床地质特征．地质科学，1994，29(2)：165～167
从柏林主编．攀西裂谷的形成与演化．北京：科学出版社，1988：175～309，
高建国，罗江平．会理铅锌矿床东西矿体成矿对比分析．昆明理工大学学报，1999，24(1)：88～94
郭承基，稀有元素地球化学．北京：科学出版社，1965：519～520
谷团，刘玉平，李朝阳．分散元素的超常富集与共生．矿物岩石地球化学通报，2000，19(1)：60～63
胡瑞忠，毕献武．临沧锗矿床成因初探．矿物学报，1996，16(2)：97～102．
胡瑞忠，苏文超，戚华文等．锗的地球化学、赋存状态和成矿作用．矿物岩石地球化学通报，2000，19(4)：215～217
黄松，周卫宁，张锦章．江西银山铅锌矿床中镉镓铟的赋存状态及综合评价．桂林工学院学报，1998，18(1)：22～27
江晓波，谭光国编著．岩石化学数据应用手册．天津：天津科学技术出版社，1993：293～313，390～427
金属亿网：http://www.metalfirst.net/data/pricepage.asp
李复汉，覃嘉铭，申玉连等．康滇地区的前震旦系．重庆：重庆出版社，1988
李国柱．兴仁滥木厂汞铊矿床矿石物质成份与铊的赋存状态初探．贵州地质，1996，13(1)：24～37
廖光宇，张选阳，秦戎生等．会理地区的天宝山组．重庆：重庆出版社，1988
廖文．金属矿床稳定同位素地球化学研究．成都：成都地质干部学院，1992
刘斌，段光贤．NaCl—H_2O溶液包裹体的密度式和等容式及其应用．矿物学报，1987，7(4)：345～351
刘杰．康滇地轴东缘震旦系灯影组层控铅锌矿床成矿规律．成都地质学院研究生毕业论文，1988
刘英俊，曹励明主编．元素地球化学导论．北京：地质出版社，1987
刘英俊．某些不同岩石类型中镓的地球化学特征．见：全国稀有元素地质会议文集(第一集)．北京：科学出版社，1975：319～329
柳贺昌，林达文编著．滇东北铅锌银矿床规律研究．昆明：云南大学出版社，1999
卢焕章．层控矿床包体研究与成矿机理．矿床地质，1987，6(2)：16～28
卢武长主编．稳定同位素地球化学．成都：成都地质学院出版发行，1986：166～189
南京大学地质系编著．结晶学与矿物学．北京：科学出版社，1979
余跃新，四川大梁子铅锌矿床地质特征及其成因探讨．成都地质学院研究生毕业论文，1988
沈渭洲编．稳定同位素地质．北京：原子能出版社，1987：189～243
四川冶金地质勘探公司602队．四川会理天宝山铅锌矿Ⅱ号矿体详细勘探地质报告．1982
宋兴田，钱国平．康滇地轴东缘铅锌矿床硫铅同位素地质特征与成矿机理．云南地质，1985，4(2)：147～158
涂光炽．关于我国铅锌矿床地质若干问题的讨论．见：中国科学院地球化学研究所年报(1983)，贵州人民出版社，贵阳，1984a
涂光炽编著．地球化学．上海：上海科学技术出版社，1984b
涂光炽等著．低温地球化学．北京：科学出版社，1998
王奖臻，李朝阳，李泽琴等．川滇地区密西西比河谷型铅锌矿床成矿地质背景及成因探讨．地质地球化学，2001，29(2)：41～45
王贤觉．东海大陆架海底沉积物稀土元素地球化学研究．地球化学，1982，1：56～65
王小春．康滇地轴中段东缘震旦系灯影组层控铅锌矿床成矿机理——以天宝山和大梁子矿床为例．成都地质学院研究生毕业论文，1988
王小春．四川大梁子铅锌矿床的成因分析．矿产与地质，1991，5(3)：151～156
王小春．天宝山铅锌矿床成因分析．成都地质学院学报，1992，16(3)：10～20
王真光，张姿旭．矿物包裹体成分物理化学参数的计算程序．地质与勘探，1991，27(7)：22～27
西南地质勘探局昆明地质调查所．四川省会东县大梁子铅锌矿床1944～2094米中段生产勘探报告．1992
杨敏之．分散元素矿床类型、成矿规律及成矿预测．矿物岩石地球化学通报，2000，19(4)：381～383
姚林波，高振敏，杨竹森等．渔塘坝硒矿床富硒硅质岩的成因．中国科学(D辑)，2002，32(1)：54～63
叶霖，刘铁庚．贵州都匀牛角塘富镉锌矿床中镉的分布及赋存状态探讨．矿物学报，2001，21(1)：115～118
曾允孚．中国东部碳酸盐岩的沉积特征及其层控铅锌矿床．成都地质学院学报，1991，18(2)：1～8
张理刚．稳定同位素在地质科学中的应用．陕西，陕西科学技术出版社，1985
张云湘主编．中国攀西裂谷文集．北京，地质出版社，1985：1～25，
张忠，龙江平，张宝贵．南华雄黄矿床铊赋存状态及有关问题讨论．见：中国科学院地球化学开放研究实验室年报(1992)．北京：地震出版社，1993：185～190
中国科学院数学研究所概率统计室编．常用数理统计表．北京：科学出版社，1979
朱炳泉等著．地球科学中同位素体系理论与应用——兼论中国大陆壳幔演化．北京：科学出版社，1998：224～226
朱赖民．底苏大梁子铅锌矿床地质地球化学特征及成因探讨．成都地质学院研究生毕业论文，1992
Sangester D．F．密西西比河谷型铅锌矿床是一类地质特点差异很大的矿床．国外地质科技，1985a，5：25～36
Sangester D．F．密西西比河谷型与沉积喷气型矿床的对比．国外地质科技，1991，8：5～20
Sangester D．F．以碳酸盐岩为容矿岩石的铅—锌矿床(密西西比河谷型铅—锌矿床)．国外
矿床地质，1985b，增刊：54～68
Anderson G.M. Organic maturation and ore precipitation in southeast Missouri. Econmic Geology, 1991, 86(5): 909～925
Barbanson L. and Geldron A. Distribution of germanium, silver and cadmium between schists and sphalerite-siderite stratiform and vein mineralizations in Saint-Salvy, Tarn. Chronique de la Recherche Miniere, 1983, 51(470): 33～42
Borshershiy Yu.A. Oxygen and Hydrogen isotope data on the nature of hydrothermal mineralizing fluids. Geochemistry International, 1980, 17(6): 40～5
Doe B.R. and Zartman R.E. Plumbotectonics: The planerozoic. In: Geochemistry of hydrothermal ore deposits. Wiley-Interscience, New York, 1979:22～70
Edward A.du Bray. Preliminary compliation of descriptive geoenviromental mineral deposit models. U.S. Department of the interior. U.S.Geological Survey. Open-file report, 1995: 234～243
Hall W.E. and Heyl A.V. Distribution of minor elements in ore and host rock, Illinois-Kentucky fluorite district and upper Mississippi Valley zinc-lead district. Mining Engineering, 1968, 20(8): 25
Heyl A.V., Landis G.P. and Zartman R.E. Isotopic evidence for the origin of Mississippi Valley Type mineral deposits: Areview. Econmic Geology, 1974, 69:992～1006
Hoefs. J. Stable isotope geochemistry. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1980
Holsen W.T. and Kaplan I.R. Isotope geochemistry of sedimentary sulfates. Chemical Geology, 1966, 1(2): 93～135
Malevskiy A.Yu. Form of germanium in sphalerite. Acad. Sci. USSR, Dokl., Earth Sci. Sect.: Akad. Nauk SSSR, 1966, 167(1-6): 81～83
Moller P., Dulski P., Hoefs J. and Parekh P.P. The origin of the bearing solution in the Pb-Zn veins of the western Harz / Germany as deduced from rare earth element and isotope distributions in calcite. Chemical Geology, 1979, 26:197～215
Thode H.G, Monster J. and Dunford H.B. Sulfer isotope geochemistry. Geochim Cosmochim. Acta, 1961, 25:159～174
Tischendorf G and Harff J. Dispersive and accumulative elements. Chemie der Erde, 1985, 44(1): 79～88
Zartman R.E. and Doe B.R. Plumbotectonics——The model. Tectonophysics, 1981, 75: 135～162