贵州寒武纪早期黑色岩系中镍钼钒富集机制与成矿规律

学术   2024-10-26 11:30   广东  

以下文章来源于中勘地科


引言、研究目的


黑色岩系是在地史转折期大面积缺氧环境下形成的,决定了矿床的层控性。其成矿性与含矿性的研究一直为国内外学者所关注。贵州处于中扬子地区,黑色岩系在贵州省出露较多,主要集中于黔北一带,并伴随发育出一系列的与黑色岩系相关的镍-钼、钒矿床,且在空间分布上具有分带性,而不是在同一矿床中均成规模,不同相区内的沉积体系截然不同。对贵州寒武系底部黑色岩系及其赋存多种元素从地球化学、物质来源、富集模式、成矿作用、控制因素、矿物标型特征、沉积演化等方面进行研究,可以洞悉黑色岩系完整的一套成矿体系,有助于补充完善扬子地台及周边地区矿床成矿亚系列镍钼钒部分,并对中国钼矿研究以及对贵州黑色岩系中多金属矿产的潜力进行正确评价有着重要的意义。


成矿地质背景


贵州省早寒武世黑色页岩多金属矿床,主要是在Rodinia超大陆形成之后(格林威尔期后),Rodinia超大陆由相对稳定走向裂解的背景之下形成。贵州地区自西向东,该类矿床的赋矿地层特征相似,均为黑色页岩,镍钼矿层产于寒武系牛蹄塘组底部,岩性一般是含硫化物高的炭质泥岩;钒矿体产于寒武系下统九门冲组底部特定的的黑色炭质页岩、粘土岩中。

贵州省早寒武纪早期古地理格局由西向东总体沉积环境展布为:浅水陆棚相深水陆棚相斜坡相盆地相。随着川西地区隆起的扩大,贵州省早寒武世晚期接受的陆源碎屑颗粒明显增加,海水逐渐变浅,平面上,自西向东海水逐渐加深,沉积相由滨海相浅水陆棚相深水陆棚相斜坡相盆地相展布。结合岩相古地理可知,本区牛蹄塘组的沉积环境为水体较浅、气候温暖潮湿、藻类发育繁盛、海水升降频繁、水动力条件变化大,时有海底火山爆发和热液(水)喷流的动、静交替的缺氧、还原环境。而向东南至瓮安、石阡、铜仁、镇远地区,早寒武世梅树村期属内陆棚相—斜坡—盆地相沉积。在贵州西北部的织金、纳雍、金沙及遵义松林地区,早寒武世梅树村期属内陆棚相沉积。


区域成矿特征


贵州已发现的与早寒武世黑色岩系有关的多金属矿床有镍钼、钒、重金石,并常富 REEPGE等的矿床。从平面上则是由西北至东南,逐步由镍钼—镍钼(钒)—>钒逐步变化(图1)。镍钼钒矿有沉积型镍钼钒矿和低温热液型钼矿两种矿床类型,以海相沉积型为主。


贵州早寒武世黑色页岩镍钼钒矿床分布图


以沉积型镍钼钒矿为主,主要赋存于寒武系下统梅树村阶牛蹄塘组、早寒武世至晚震旦系留茶坡组地层中,分布较广泛,主要分布于织金、纳雍、遵义、余庆、松桃、镇远等地区。在纳雍—遵义一带,以镍钼矿为主,含少量钒,镍钼矿主要产于牛蹄塘组的镍钼“金属层”中,矿点主要分布于张维背斜、果化背斜、水东背斜中,在“金属层”中含镍钼较高,该区矿体主要呈层状为主,局部呈似层状,矿体厚度在3-30厘米,局部达1.50m;含钼在3-9%之间,含镍在3-8%之间,代表性矿床有遵义市汇川区杨家湾-陈大湾镍多金属矿床。在余庆—瓮安一带以钒矿为主,含少量钼矿,钒矿体呈层状,矿体厚度在3.2-26米之间,局部可达50m以上,含五氧化二钒在0.5-2.7%之间;而钼矿体呈头镜状,厚在 0.76-3.44m之间,含钼在 0.036-3.009%之间,代表性矿床有余庆县长岭岗钼钒矿。松桃-万山、施秉-镇远-天柱一带,含矿地层为留茶坡组,以钒矿为主,矿体呈层状,一般有2-3矿体,含五氧化二钒在0.5-2.7%之间,代表性矿床有镇远县江古钒矿床。

低温热液型钼矿主分布于兴义—水城—六盘水一带,矿体受断层及旁侧次级层间裂隙、岩性层控制,含矿围岩主要为灰岩、粉砂岩。矿体受断层破碎带的旁侧层间裂隙控制,矿体呈似层状、透镜状、扁豆状产出,矿体长 20-160m,一般 20-70m,宽 15-20m,厚度 0.42-6.40m,含 Mo在 0.021-3.46% 之间,矿体的富集与断层破碎带关系密切。


成矿时代与时限


研究表明,不论是用 Re-Os同位素测年,还是 SHRIMP锆石 U-Pb定年法,华南地区目前获得的关于寒武纪早期的重要沉积事件年龄较国际地层年表(2004)之542 Ma均偏低,但也基本接近。这与宏观地质实际是吻合的,即震旦系—寒武系之间存在一个区域性的平行不整合和古风化面(薛耀松等,2006),反映有沉积缺失存在。因此,在台地相区是不具备“连续且单相”的震旦系—寒武系界线层型剖面的发育条件的。处于含磷层位之上的多金属富集层的Re-Os同位素年龄比含磷层位之下的凝灰岩锆石U-Pb同位素年龄还要大6 Ma左右,这种矛盾只有两种解释:Re-Os同位素测年数据偏大,或536 Ma的锆石U-Pb年龄偏小。但从地层对比和寒武系底界年龄为 542 MaAmthoretal2003)来看,536Ma的锆石 U-Pb年龄更符合地质实际,而约 542MaRe-Os年龄可能指示的是成矿物质的形成年龄而非其沉积年龄。据此,Fu等(2016)通过对区域上多个NiMoV矿床和黑色页岩进行了Re-OS测年,表明Ni-Mo多金属层和富V的黑色页岩具有相似的Re-Os等时线年龄。拟合厘定出区域上多金属成矿年龄为525±8.9Ma


成矿物质来源


Rodinia超大陆在震旦纪至寒武纪的进一步裂解作用,扬子陆块处于一个活跃的伸展期,强烈分化台—盆转换格局,台地周缘及一些构造薄弱带(深切基底的断裂)发育的热液活动,一方面形成海底火山喷流(或上涌高温热流体)带来镍钼钒多金属矿物质,另一方面向下灌注的海水与热流体的混合、传导析出基底中多金属矿物质。原始沉积盆地是一种富含微生物的沉积环境,由于富含营养盐类的海水,促使浮游藻类等微生物的大量繁殖,并在成矿过程中起到了聚矿造硫作用,大量的低等生物菌藻类的成矿贡献为镍钼钒多金属矿富集提供了条件(Shi et al., 2014, 2021)。同时,陆源碎屑大规模输入海洋,碎屑中大量的粘土矿物具有对多金属硫化物和有机质的吸附作用,囊括了热液活动过程中输送的多金属矿物质。随着地壳热力衰减造成海底的大幅沉降,引起海域盆地海平面快速上升,海水变深,形成了海洋缺氧环境,有利于大量有机质埋藏和保存,最终形成了牛蹄塘组富磷、富硅、镍钼钒矿层和有机质黑色岩系沉积。


成矿作用和模式


寒武纪梅树村阶早期,区内碳酸盐台地被淹没,以内陆棚相环境为主,水体逐渐变深。同时,Rodinia超大陆的进一步裂解导致扬子陆块处于一个活跃的伸展期,台地周缘及构造薄弱带(深切基底的断裂)发育热液活动,一方面形成海底火山喷流(或上涌高温热流体),带来镍钼钒多金属矿物质,另一方面向下灌注的海水与热流体的混合、传导析出基底中多金属矿物质。菌藻类得到了空前的繁衍,并在成矿过程中起着较好的聚矿和造硫作用。矿体产于大量微生物化石、藻化石的碳质页岩中,生物活动对镍钼矿层的形成起着关键性的作用,矿物则主要是通过微量金属的吸附作用、硫酸盐的还原作用和硫化物的沉积作用而富集起来的,页岩及矿层中富集的金属元素显然与其中的有机碳含量密切相有关。黑色岩系中保留有大量菌藻类生物化石,镍钼矿物局部保留有显微球状及细菌结构,以及常见莓球状黄铁矿等,这些特征及高含量的有机碳、金属有机化合物,是有机成矿作用的佐证。此外,广泛的陆源碎屑经搬运进入海洋,大量的炭质粘土矿物具有对多金属硫化物的吸附作用,囊括了热液活动过程中输送的多金属矿物质(图2)。


风化作用对海洋环境及有机质富集影响模式示意图
注:OM为有机质;DIC为溶解无机碳)(付勇等,2021
在以上成矿作用条件下,在热液活动后期(梅树村期),地壳热力衰减造成海底的大幅沉降,引起海域盆地海平面快速上升,海水变深,形成了海洋缺氧环境,有利于大量有机质埋藏和保存,最终形成了牛蹄塘组富磷、富硅、富有机质、含镍钼矿层的黑色岩系沉积。
结 论


1NiMoV的资源分布规律


Ni-Mo由遵义纳雍、织金瓮安、余庆镇远、铜仁地区,逐渐降低,乃至没有;而V则刚好相反。表现Ni-MoV的资源及品位变化与沉积相具有很好的切合性。具体为,自西向东,黑色岩系逐步加厚,黑色岩系中的多金属层发育情况也大有不同。镍钼矿和V矿在平面上具有非常明显的分带特征,主要表现为,在贵州西北部的织金、金沙及遵义松林地区,主要为镍、钼组合;而向东南至开阳、瓮安、铜仁、镇远地区,主要为钼、钒组合;再向东南至天柱、三穗地区则以钒为主。


2)地球化学组成与成矿环境

按照钼的循环运移机制可将钼的储库分为3大类:火成岩、流体以及海洋沉积物。含Mo的地质流体主要4种:海水、低温热液流体、次氧化环境孔隙水以及湖泊和河流。在黑色页岩多金属层中存在两类草莓状黄铁矿,一类是以个体形式赋存在黑色页岩层中,其粒径一般都是小于20µm,其形成过程反映了当时海水处于缺氧状态,海水溶解了大量的 H2S使得其在海水中迅速的沉积下来。多金属层中出现大量的草莓状黄铁矿说明了当时海水是缺氧的还原环境,海水溶解了大量的H2S气体,这样的环境为其他亲硫亲铁金属发生大量沉淀而富集成矿提供了有利条件。

3)成矿物质来源

大量的矿物学及岩石微量元素、Mo同位素、PGE以及硫化物S同位素研究表明,NiMo多金属层的形成,存在热液的贡献

4)成矿模式

综合NiMoV等成矿金属元素的物质来源以及富集古环境,对贵州地区Ni-Mo-V多金属矿成矿模式进行了总结。寒武纪梅树村阶早期,区内碳酸盐台地被淹没,以内陆棚相环境为主,水体逐渐变深。同时,Ro‐dinia超大陆的进一步裂解导致扬子陆块处于一个活跃的伸展期,台地周缘及构造薄弱带(深切基底的断裂)发育热液活动,一方面形成海底火山喷流(或上涌高温热流体),带来镍钼钒多金属矿物质,另一方面向下灌


注的海水与热流体的混合、传导析出基底中多金属矿物质。
参考文献


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