黑色岩系型矿床与页岩气藏之间的耦合关系

黑色岩系,作为众多多金属矿床的矿源层,具有重大的经济和科研价值而广受国内外学者关注。中国南方下寒武统黑色岩系中广泛产出大中型金属型矿床,如Ni-Mo矿、V矿及PGE矿。但同时作为能源矿产的页岩气在下寒武统黑色岩系中也广泛成藏,因此有必要研究两者之间的耦合关系。本文综述前人已经发表的黑色岩系的一些地球化学特征,特别是有机地球化学特征,初步揭示金属成矿与页岩气成藏之间的耦合关系,研究成果有利于进一步探讨黑色岩系型金属成矿与页岩气成藏的沉积古环境,对指导金属矿床与页岩气藏资源协同勘探及综合预测及开发具有重大科学意义。     

Silicalites of Hydrothermal Origin in the Lower Cambrian Black Rock Series of South China

A silicalite bed was found in the hanging wall and foot wall of the sulfide-rich bed of the Lower Cambrian black rock series in South China.Its origin was not described before,On the oxide(SiO2-Al2O3,SiO2-MgO,SiO2-k2o Na2O)diagrams for discriminating silicalites of chemical,biological and volcanic origins(Liu Xiufeng,1991),most of the data points of silicalites fall within the areas representing silicalites of chemical and volcanic origins.On the Al-Fe-Mn diagram for discriminating silicalites of hydrothermal and biological origins(Yamamoto,1987),the data points fall within the areas representing silicalites of hydrotermal and hydrothermal-biological origins.On the SiO2-Al2O3 diagram for discriminating silicalites of hydrothermal and hydrogenous origins(Bonatti,1975),the data points mostly fall within the hydrothermal area.The ratios of SiO2/Al2O3,SiO2/(K2O Na2O),SiO2/MgO,and K2O/Na2O in the silicalites stand between those of volcanic sediments and of seafloor hydrothermal sediments.The total amount of rare-earth elements in the silicalites is low;the North american Shale-normalized REE patterns decline leftward with obvious negative Ce anomaly.The trace elements Mo,Zn,As,Sb,Se,U,and Ba are higher than those in non-hydrothermal sediments and U/Th≥1.The present authors think that the silicalites are derived from seafloor hot brines which had attracted elements from igneous rocks.     

鄂西北下寒武统黑色岩系中的钒矿床

早寒武世黑色岩系中蕴藏丰富的有色金属、贵金属、稀土金属、石煤及非金属矿产。其中,位于扬子板块北缘的南秦岭褶皱带下寒武统钒矿资源潜力巨大,笔者以鄂西北为例,探讨该类钒矿床地质特征、成矿规律及成矿条件。鄂西北钒矿床产于下寒武统底部富含有机质的炭、硅、泥质黑色岩系中。矿层形态简单,产状稳定,埋藏浅,分布广,储量大。成矿受地层、岩性、古构造和古地理条件控制。钒矿床初始富集属受制于生物―化学成矿作用,后期构造改造作用对矿化分布及富集有一定的影响。认为鄂西北钒矿床具有生物成矿与海底热水沉积成矿双重特征,矿床成因类型应归属于生物化学沉积―变质改造型矿床范畴。     

湘西北下寒武统黑色岩系中的钒矿床

湘西北下寒武统木昌组黑色岩系,是一套富含有机质的硅、磷、碳岩石建造,富集多种有色金属及贵金属等元素,其中以黑色岩系型钒矿资源最为丰富。矿床与黑色岩系有着极为密切的关系,二者不仅具有同源性,而且均在富微生物和营养物质的缺氧环境中蕴聚。矿床具有微生物成矿与热水沉积的双重特征,成因属生物地球化学矿床范畴。     

黔东下寒武统黑色岩系钒矿床

扬子地台周边的下寒武统黑色岩系蕴藏着丰富的金属矿产资源。文章探讨了黔东地区下寒武统黑色岩系中的钒矿床地质特征及成矿问题。钒矿床受地层的控制,钒等金属元素致矿是多种条件产物,其成矿高峰期为热水沉积与正常沉积交替期,矿石的成矿年龄为(521±54)～(542±11)Ma;矿床类型为沉积型矿床。     

贵州黑色岩系金-铂族元素地球化学特征及成因分析

为探讨贵州下寒武统黑色岩系中铂族元素物质来源及钼-镍、钒多金属形成的沉积环境与成矿作用,在钼-镍、钒多金属层及其顶底页岩、底部硅质岩中采集样品测试分析。通过对样品中金、铂族元素含量(质量分数)及其地球化学特征值研究,结果表明：黑色岩系中金及铂族元素含量显示协同变化特征;Pd富集,Ru、Ir亏损明显,Pt、Rh、Os基本持平或略有变化;样品的原始地幔标准值标准化模式配分曲线从Os、Ru、Rh、Ir、Pt到Pd大致呈“W”型,配分曲线略呈左倾,总体上呈现w(Pd)>w(Pt)>w(Os)>w(Rh)>w(Ru)>w(Ir)的变化关系;黑色岩系铂族元素来源与正常海水及海底热水喷流作用关系密切,地外来源可能性极小;黑色岩系钼-镍、钒多金属层中铂族元素的富集存在单独成矿作用或成矿作用的叠加,而且在钒多金属层内局部存在分层或条带分异。     

渝东南下寒武统黑色岩系稀土元素地球化学特征与沉积环境

渝东南及周边地区下寒武统黑色岩系稀土总量略低于北美页岩,ΣLREE/ΣHREE值为1.99~9.01,平均6.86,轻稀土相对富集;δEu值为0.69~7.33,平均2.79;δCe值为0.70~1.01,平均0.85。区内下寒武统黑色岩系为正常海水与热水沉积作用的混合产物,形成于缺氧还原环境逐渐向弱氧化环境过渡的外陆架。     

南秦岭地区下寒武统水沟口组黑色岩系成因及其沉积环境

早寒武世全球广泛发育的黑色岩系记录了重要海洋环境信息。为了解决该时期黑色岩系成因模式和沉积环境问题,本文选取南秦岭淅川—内乡地区下寒武统水沟口组黑色岩系为研究对象,通过剖面详测、薄片鉴定、电子探针和主微量元素等岩石学-地球化学分析方法,对其物质来源、形成机制和沉积环境进行分析。研究表明:水沟口组黑色岩系普遍具有海相硅质岩典型特征—微晶石英结构,并具有与海水一致的稀土标准化曲线和低的总稀土值,指示其形成于海水环境;电子探针下发现黑色岩系富含与热液有关的重晶石、萤石矿物,和与生物相关的磷灰石、黄铁矿矿物,同时黑色岩系成因判别图解中绝大部分样品落入生物成因区域,少数落入热液成因内,指示硅质来源以生物成因硅为主并含少量热液硅;样品高V/(V+Ni)、Ni/Co比值和氧化还原敏感元素(Mo、U、V等)不同程度富集指示较强的还原环境,结合黑色岩系形成环境判别图得出该套岩系形成于大陆边缘—深海盆地区域内还原—缺氧的滞流水体环境。综上得出水沟口组黑色岩系形成时洋底热液活动频繁,深部流体上涌带来大量营养物质使得浅海生物繁盛,海水中硅在生物作用和热液影响下促使硅质胶体颗粒化学沉淀,并随洋流在远离热液中心的...     

湘黔下寒武统黑色岩系不同矿物组合中的铂族元素特征

贵州遵义和湖南张家界黑色岩系中的矿物组合非常复杂,用X射线衍射仪分析并结合前人的研究成果,显示其中的硫化物矿物、粘土矿物和有机质含量较高;经破碎和分选流程对样品进行处理后,用ICP-MS方法测定了黑色页岩和分选后样品中的铂族元素含量,对贵州遵义和湖南张家界黑色岩系中的铂族元素赋存特征进行研究,结果表明:贵州遵义和湖南张家界的黑色页岩系中赋存高含量的铂族元素,且含量表现较高的稳定性;低温氧化条件下,铂族元素的化学活动性足以使之以相当规模活化、迁移并在还原条件下沉淀富集;经强风化淋滤作用,富含碳硫钼矿黑色页岩中铂族各元素含量都有不同程度的降低;绝大部分的铂族元素富集于黑色页岩的有机质和黄铁矿中;铂族元素的分布模式具规律性,铂族元素的明显分异说明此黑色页岩的分布模式不具有地外物质的特征。     

青海省大干沟地区黑色岩系中V-Mo-PGE矿床找矿前景分析

分布在东昆仑山南坡青海省大干沟地区的浩特洛哇组黑色岩系,属陆缘裂陷滨海—浅海相沉积的碎屑岩—碳酸盐岩建造,形成于缺氧环境。区内的大干沟钒钼矿床、大干沟口V-MoPGE矿床均赋存于浩特洛哇组(C2P1h)中,矿体均为层状、似层状,具层控特征。近年工作在大干沟口浩特洛哇组碳质板岩中发现了Mo、Au等元素的化探异常,通过少量的槽探及钻探工程控制钒钼矿体8个;钻孔ZK001、ZK701中均见Pd矿化,w(Pd)=0.03×10~(-6)~0.16×10~(-6),达到伴生矿床工业开采品位。大干沟黑色岩系中伴生铂族元素的发现,给青海省柴南缘地区非传统类型的铂族元素矿床的找矿突破带了希望,与黑色岩系有关的V-Mo-PGE矿产找矿前景光明。     

大巴山地区早古生代黑色岩系岩相古地理及页岩气地质意义*

大巴山地区早古生代发育下寒武统水井沱组(巴山组—鲁家坪组)和上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组2套黑色岩系。沉积学研究表明,2套黑色岩系均发育于扬子北缘被动大陆边缘盆地之上,早期快速海侵,沉积环境以深水陆棚为主,晚期随着海平面下降逐渐变为浅水陆棚沉积,局部发育滩礁沉积。早寒武世和晚奥陶世—早志留世,研究区均处于被动大陆边缘盆地,基底不平整,陆架边缘呈现多个小岛阻隔的古地理格局,但两者的形成机制却完全不同:早寒武世的构造格局沿袭了陡山沱期的地堑和地垒分布格局,地垒处表现为局部隆起或水下潜隆;晚奥陶世—早志留世的构造格局则与扬子板块向华北板块俯冲有关,是在扬子北缘被动大陆边缘基础上发育起来的前陆隆起。这种受限的滞留海域有利于形成厚度大、有机碳含量高(2%~6%)、脆性矿物含量高(40%~65%)的富有机质页岩,虽然其是页岩气勘探的有利目标层系,但仍需加强构造保存条件的研究。     

贵州省下寒武统黑色岩系型多金属矿床研究进展

文章从矿物学、矿床地球化学等方面对贵州省下寒武统黑色岩系型多金属矿床的研究进展进行综合评述,研究表明：贵金属主要以硫化物形式均匀散布于黄铁矿等硫化物中,超常富集的PGE、Au可能主要以不可见有机结合态、无机结合态和吸附态等赋存于矿石干酪根中;碳硫钼矿是Mo的主要存在形式,钒则主要以类质同像形式存在于粘土矿物水云母中;镍钼层矿石成矿年龄521±54Ma-542±11Ma,与赋矿地层成岩年龄531±24 Ma基本一致;硫主要来源于生物对海水硫酸盐的还原,高度富集的多金属元素层主要为海底热水沉积作用形成;矿床成矿流体主要是盐度较高的海底含矿热卤水与正常海水混合沉积的产物;南华纪-早古生代阶段,湘黔地区南华裂谷海槽洋壳向华夏古陆俯冲及扬子陆块向南华裂谷海槽洋壳俯冲的构造环境及其诱发的挤压-伸展构造机制的多次转换等事件为矿床形成提供了有利的成矿通道与就位场所。     

吉林省中元古界老岭群花山组黑色岩系主要地质特征及其成矿作用

吉林省中元古界花山组中首次划分出典型的黑色岩系,有机碳平均0.74%,最高达15.4%,普遍含纳米级黄铁矿,在白山市杉松岗黑色岩系中,首次发现Pt、Pd矿,最高品位（0.1～0.145）×10-6。产在黑色岩系中的铜钴矿（大横路、杉松岗）是微生物作用、海底喷流作用、有机流体作用以及受后期热液改造的层控矿床。     

皖南二叠纪海相暗色岩系成因及有机质富集模式

皖南二叠系已成为页岩气勘探的重要目标层位,暗色岩系的硅质来源长期存在争议,有机质富集堆积机理尚不清楚。本文通过皖南地区二叠纪海相栖霞组、孤峰组和大隆组暗色岩系的岩石学特征、古生物群落、沉积特征、有机质丰度和元素地球化学特征分析,探讨其沉积背景、硅质来源和有机质富集模式。研究表明：栖霞组硅质主要来源于热液;孤峰组硅质主要来源于生物和热液;大隆组硅质主要来源于生物和热液,少量来源于生物。二叠纪属热带—亚热带温暖潮湿气候,暗色岩系沉积于具缓慢沉积速率的厌氧—贫氧的100～300 m水体环境中,有机质含量高。栖霞组和孤峰组富有机质暗色岩系的形成除受控于局限滞留的缺氧环境外,还和海底热液活动提供生物繁盛的营养元素与矿物质和上升流的作用有较为密切的关系。大隆组富有机质暗色岩系的形成与长兴期多期火山喷发带入大量营养元素和微量元素,导致初级生产力提高,生物消亡—繁盛—再消亡—再繁盛—消亡,生烃母质快速堆积,且与缺氧环境密不可分。     

黔北下寒武统黑色岩系的沉积环境与地球化学响应

下寒武统黑色岩系在我国华北、华南及塔里木盆地等广泛发育,但富有机质泥页岩的分布特征及其控制因素未有定论。本文对黔北地区下寒武统牛蹄塘组(及同时期地层)不同沉积相带典型剖面中的富有机质泥页岩及其上下层位进行了地球化学分析,识别出寒武纪早期不同沉积相带氧化还原环境的明显差异。台内凹陷相主要岩性为黑色页岩,底部为不等厚的薄层磷块岩和硅质岩或硅磷质结核,沉积的黑色页岩厚度大,有机质丰度高,V、Ni、Mo、U等微量元素显著富集,反映了贫氧-缺氧环境,以及短暂动态的硫化环境,Mo/TOC反映了其为局限盆地特征;上斜坡相为贫氧到氧化的沉积环境,但更多地是表现为氧化的沉积环境,其中牛蹄塘期存在局部的硫化环境,沉积的黑色页岩厚度小,但有机质丰度最高,V、Ni、Mo、U等微量元素的富集程度较低;盆地相为黑色硅质岩与富有机质的黑色硅质页岩间互沉积,同期沉积厚度较小,有机质丰度相对较低,V和U的富集程度大于台内凹陷相,而Ni和Mo的富集程度则低于台内凹陷相,指示了缺氧环境,期间伴随有贫氧和短暂的氧化环境存在,且可能存在局部的硫化环境,Mo/TOC反映了中等的局限程度。总的来说,黔北下寒武统黑色岩系的有机质丰度...     

湘西北下寒武统黑色岩系中贵金属镍-钼-钒矿床的有机成矿作用

湖南西北部广泛分布的下寒武统木昌组黑色岩系中富含Ni、Mo、V，多处形成了镍-钼-钒多金属矿床（点）。主要可划分的Ⅱ类含矿岩性序列为：①含磷黑色岩系——镍-钼矿床；②碳硅质黑色岩系——钒矿床。研究认为，有机成矿作用对镍-钼-钒矿床的形成起了主导作用。     

湘西北下寒武统黑色岩系钒镍钼矿微量元素地球化学

湘西北下寒武统黑色岩系是中国南方下寒武统黑色岩系的重要组成部分,富含钒镍钼等多金属元素。文中对湘西北下寒武统黑色岩系钒镍钼矿进行了微量元素研究,研究区内Ni、Cd、Mo、Sb、V、Zn、W、Ba等元素特别富集,高含量的Sb和Ba表明其为热水沉积;Mo含量极高说明其为缺氧的还原环境;高的V/（V+Ni）、V/Cr、Ni/Co以及δU值表明其沉积环境为缺氧环境;高的 U/Th表明本区有热水沉积作用;稀土元素配分模式、Ce和Eu异常及La/Yb Ce/La和La/Yb ΣREE图解投点表明其沉积环境为还原环境,并有热水沉积作用。可见黑色岩系形成于缺氧环境,热液活动为其提供了丰富的热液来源。     

南秦岭夏家店金矿床赋矿黑色岩系元素地球化学及其成矿意义

夏家店金矿床位于扬子板块早古生代被动大陆北缘的柞水—山阳盆地内,其赋矿黑色岩系的岩性主要为浅红色硅质岩、蓝灰色蚀变硅泥质岩、灰黑色薄层碳硅质板岩、土黄色泥质板岩和黑色碳硅泥质岩。黑色岩系主量元素、微量元素以及稀土元素分析结果表明：其主要成分为SiO2,并在硅质岩中含量最高,其中大离子亲石元素及成矿元素明显富集,如Sr、Ba、U、Cu、Zn、V、Au和Ag等元素含量均较高,是地壳丰度的几倍到几十倍;硅质岩样品总体呈弱负Ce异常、弱负异常或正Eu异常,泥质岩类显示Ce、Eu负异常,而少数碳硅质岩样品则表现出Eu的正异常,它们的北美页岩标准化稀土配分模式曲线均为向左缓倾。结合黑色岩系的岩石学特征和产出的大地构造环境以及主量、微量和稀土元素特征参数比值和判别图解,研究表明夏家店黑色岩系的成岩物质来源具有多样性,其下部的硅质岩主要为热水沉积的产物,随着海水及陆源物质的逐渐加入,在热水沉积逐渐向正常沉积所转化的过程中,形成碳硅质岩与泥质岩。夏家店金矿床赋矿黑色岩系形成于大陆边缘深水半深水滞留缺氧盆地环境,属扬子板块被动陆缘裂陷沉积区。夏家店金矿床赋矿黑色岩系超常富集Au、Ag、Ni、Cu、Zn、V和Ba等元素,黑色岩系可能是该矿床的重要矿源层。     

利用Mo-U等多指标判别黑色岩系中硅质岩形成氧化-还原环境的可行性分析及意义

硅质岩作为一种重要的沉积岩类型,是研究前新生代古海洋环境的重要手段,但其缺乏在氧化-还原环境方面的应用。同时硅质岩是黑色岩系的重要组成部分,拓展硅质岩在该方面的应用研究,有利于加深对黑色岩系形成机理的认识。本文综述了硅质岩的现有研究方法、黑色岩系中黑色页岩和硅质岩研究的局限性和互补性,并论述了将Mo-U等氧化-还原敏感金属多指标判别方法应用于硅质岩,用来判断氧化-还原环境和盆地局限性等方面的理论可行性。在分析扬子地块及其周缘黑色岩系及硅质岩研究现状的基础上,认为将在黑色页岩使用成熟的氧化-还原环境研究方法应用于互层的(热水沉积)硅质岩,理论上具有可行性,并在扬子地块西北缘若尔盖地区奥陶-志留纪黑色岩系中互层的黑色页岩和热水沉积硅质岩岩性组合中得到进一步验证。该方法的应用可深化对扬子地块西北缘黑色岩系沉积环境特殊性及其中U-Au-Ni-Mo-V多金属矿源层的认识。     

华北燕山东段下马岭组黑色岩系元素地球化学组成——对其沉积作用的约束

华北地区燕山东段下马岭组地层中发育一套黑色岩系,本文测定了该岩系代表性岩石的地球化学组成。主微量元素分析结果显示,样品主量元素含量变化较大(如SiO2=53.00%~78.83%,Al2O3=1.20%~17.57%);PAAS标准化稀土配分型式为重稀土富集型,具Ce负异常,与现代海水配分型式一致。样品具有较高的Al2O3+TiO2含量(1.31%~18.48%),其U含量(平均3.95×10-6)、Th/Sc值(0.97~1.26)、Th/U值(平均3.50)、球粒陨石标准化稀土配分型式及大陆地壳标准化微量元素蛛网图表明黑色岩系沉积过程中有较多陆源碎屑物质的加入。黑色岩系Ba/Sr值(9.28~22.79)、Co/Zn值(0.01~0.29)及相关图解显示其沉积过程明显受到海底热液作用的影响,但原始溶液中热液组分含量不足0.1%。主微量元素比值、Ce/Ce*PAAS值(0.82~0.93)及构造背景判别图解表明黑色岩系可能沉积于大陆岛弧背景下的深水缺氧环境。