中国钛矿成矿地质特征与资源潜力评价

钛金属因其性能特殊和用途广泛而被称之为"第三金属"。中国钛矿资源丰富,占世界总资源储量的24.46%,但多为含钛量偏低的原生矿,高品位优质钛矿的需求只能通过进口来满足,导致中国钛的对外依存度偏高,为此,需要进一步总结规律,分析潜力,为今后地质找矿工作提供借鉴。本文根据中国钛矿的成矿特征,将钛矿划分为岩浆型、变质型、风化型和(第四纪)沉积型4种类型。其中,岩浆型矿床主要为岩浆分异作用形成的钛铁矿-磁铁矿(钛磁铁矿),分布较广,主要集中于攀西地区近SN向基性—超基性岩带和华北地台北缘近EW向基性-超基性岩带;变质型矿床与区域变质作用关系密切,较为重要的是榴辉岩(榴闪岩)型金红石矿床,主要受控于高压/超高压变质带;风化型矿床受控于富Ti原岩和高温多雨的气候环境,多产于湿热的云南和广西;滨海沉积型矿床则沿海分布,主要分布在海南岛的东岸。本次钛矿资源潜力评价工作在全面总结全国钛矿成矿规律的基础上,圈定111个3级预测区并估算资源潜力,包括A类预测区22个,B类预测区27个,C类预测区62个;笔者最后优选了12个预测区并进行了详细评价,建议做为今后钛矿的找矿部署优先考虑的重点远景区。     

苏鲁超高压榴辉岩中的钛成矿作用:大陆板块汇聚边界的成矿作用

榴辉岩型钛矿床是重要的钛矿床类型之一。苏鲁超高压榴辉岩中的钛成矿作用以金红石型钛矿床为主,其中金红石以变质矿物中的包裹体、晶间颗粒或脉状形式出现。富钛石榴子石是金红石包裹体出溶的初始矿物。岩石地球化学研究表明,有利于金红石成矿的榴辉岩为高钛榴辉岩,其源岩为富钛基性岩。利用红外显微镜对金红石进行的流体包裹体研究表明,金红石中主要存在三类流体包裹体,即型H2O溶液包裹体、型CO2-H2O包裹体和型CH4包裹体,其中I型原生和假次生流体包裹体和型流体包裹体反映出的压力范围为0.6~1.3GPa,与榴辉岩角闪岩相退变质作用的压力相当,说明与这类金红石形成有关的变质流体源于榴辉岩退变质作用所释放的水。苏鲁地区超高压榴辉岩是华南—华北板块碰撞的结果,巨量陆壳物质俯冲—折返形成了多样式的高压—超高压岩石,与此同时也发生了以金红石为主要矿石矿物的钛成矿作用。综合矿物学、岩石学、地球化学等研究,我们提出大陆板块汇聚边界的钛成矿作用应该经历了原岩的初始富集、陆壳物质俯冲过程中钛的成矿作用、俯冲板块折返过程中钛的成矿作用和流体阶段的金红石成矿作用四个主要成矿阶段。     

金红石矿床的类型、分布及其主要地质特征

金红石及其同质多象(锐钛矿)是钛的氧化物中最具经济意义的矿产资源,也是中国当前短缺和重要的急需矿种之一。金红石矿床产出的大地构造背景主要是古老地盾区及其边缘或褶皱带中的变质地体。全球范围内,主要的金红石矿床可分为4个大类,即:变质的、与侵入岩有关的、沉积的和风化的,它们又可以分为12个类型,其中,第四纪海滨沉积砂矿是最重要的类型,榴辉岩型、碱性岩风化型和河流沉积砂矿型次之;碱性辉石岩中的钙钛矿、角闪岩型和斑岩铜(钼)矿伴生的金红石矿床经济潜力很大。大多数金红石富矿床来自榴辉岩型、与侵入岩有关的热液交代型和深度风化的碱性岩型,但在变质(粉)砂岩型和古沉积砂矿型中也有富矿床产出。     

苏北榴辉岩中金红石矿床的形成机制探索

通过对钛的迁移形式和条件的研讨,结合苏北地区的地质背景、有关矿物流体包裹体的化学成分、榴辉岩中有关矿物的化学成分、金红石的赋存状态、含金红石榴辉岩主要矿物组合等情况,认为该类金红石矿床的形成机制可描述为:华北、扬子两大板块碰撞、俯冲,将苏北地区地壳浅部的基性岩等带入上地幔的高温、高压、强还原富氢环境,岩石中部分钛呈氢化物活化。此后,由于地壳运动,榴辉岩折返、抬升,地幔深部的钛氢化物与岩石中活化的钛氢化物随榴辉岩一同迁移至地壳浅部,由于氧逸度大增,压力、温度大降,还原性气体逃逸、氧化,逐渐演化为相对氧化性的环境,钛氢化物被氧化成金红石、沉淀富集成矿。     

秦岭东段主要类型金红石矿床的稀土元素地球化学特征

秦岭东段主要原生金红石矿床均受不同程度的变质作用形成。通过对该区四种主要金红石矿床稀土元素地球化学特征的分析及对含矿原岩的恢复，认为本区不同类型金红石矿床的∑ＲＥＥ、ＬＲＥＥ／ＨＲＥＥ、δＥｕ值等特征有很大差别，并显示出了本区金红石矿床成因的多样性和复杂性；稀土元素与Ｔｉ的富集关系的研究结果表明：任何一种类型矿床中，稀土越富集，轻、重稀土分异程度越高，δＥｕ值越大，越有利于Ｔｉ的富集。     

伟晶岩结晶动力学和热力学及稀有金属超常富集成矿机制

本文综述了伟晶岩结晶动力学、热力学和伟晶岩熔体稀有金属元素实现超常富集成矿的机制。结晶动力学涉及成核动力学和晶体生长动力学两个方面。低成核速率和高晶体生长速率是伟晶岩结晶动力学的重要特征,在结晶过程受到水、助溶剂以及过冷条件三个因素共同制约。伟晶岩熔体的相态（超临界态）可能在伟晶岩形成和稀有金属元素超常富集中扮演重要角色。花岗伟晶岩稀有金属超常富集程度受到岩浆源区成分、岩浆结晶分异过程与熔体化学成分等因素的控制。花岗质岩浆高度分异结晶或者变质沉积岩部分熔融直接形成的成矿伟晶岩熔体均需要源岩中稀有金属元素预富集。深熔作用产生的低程度、小体积的伟晶岩熔体具有更高的稀有金属元素成矿潜力。在岩浆分异演化过程中,稀有金属元素的超常富集主要通过超临界熔体/流体、岩浆熔体作用、过冷作用实现。超临界熔体/流体发生熔体- 流体不混溶作用使稀有金属元素在熔体相和流体相间再分配和富集;岩浆熔离作用使稀有金属元素选择性分配到富挥发分的熔体中,导致稀有金属元素再次富集;过冷作用降低稀有金属矿物结晶的饱和浓度,促进稀有金属矿物结晶。熔体的化学成分（如挥发分）直接影响熔体的物理、化学性质。例如,挥发分的富集能够降低熔体黏度,促进岩浆分异结晶过程。挥发分和稀有金属元素的亲和性也控制稀有金属元素在不同相熔体中的分配和富集,显著增加稀有金属元素的溶解度和迁移富集能力,有助于伟晶岩中稀有金属超常富集和成矿。     

中国大陆科学钻探主孔高钛与低钛榴辉岩地球化学特征对比及其对金红石成矿的指示意义

榴辉岩型金红石矿床是我国原生金红石矿床的最重要类型。本文以中国大陆科学钻探主孔0～2000m范围内揭露的榴辉岩为对象，通过对榴辉岩中TiO2与其它元素协变关系的全面分析，同时结合我国原生榴辉岩型金红石矿床TiO2的平均品位，将榴辉岩区分为高钛榴辉岩（TiO2〉2％）和低钛榴辉岩（TiO2〈2％），并据此系统对比了二类榴辉岩地球化学组成的差异。研究结果表明，高钛榴辉岩相对贫硅、贫钾、富铁，Al2O3／TiO2比值和全碱（K2O＋Na2O）含量总体偏低，Cs、Rb、Ba等大离子亲石元素和Zr、Hf等高场强元素不同程度亏损，而放射性元素Th、U则相对富集，并总体具有较低的轻重稀土比值。榴辉岩型金红石矿床的形成主要受原岩因素制约，原岩的源区组成、产出环境、起源深度、部分熔融程度和随后的结晶分异过程对Ti的初始富集均具重要影响，富钛基性原岩是榴辉岩型金红石矿床形成的物质基础，高压区域变质作用是这类矿床形成的必要条件。     

金川岩浆铜镍（铂）硫化物矿床铂族金属富集过程及富集机制

金川岩浆铜镍（铂）硫化物矿床是我国最主要的铂族等战略性关键金属宝库。金川矿床中铂族金属的富集过程和富集机制还存在很多争论。本文通过详细的矿物学及矿床学研究,厘定了金川矿床成矿阶段。成矿阶段可划分为硫化物矿浆结晶阶段、挥发分流体作用阶段及热液改造阶段。其中硫化物矿浆结晶阶段的主要矿物组合为镍黄铁矿（Pn- a）- 磁黄铁矿（Po- a）- 黄铜矿（Ccp- a）;挥发分流体作用阶段的主要矿物组合为镍黄铁矿（Pn- b）- 磁黄铁矿（Po- b）- 黄铜矿（Ccp- b）- 黄铁矿（Py- Ⅰ）- 磁铁矿（Mag- Ⅰ）- 菱铁矿- 叶蛇纹石- 磷灰石- 铬铁矿- 白云石- 方解石（Cal- Ⅰ）- 金云母。热液改造阶段的矿物组合为透闪石- 绿泥石- 蛇纹石- 方解石（Cal- Ⅱ）- 磁铁矿（Mag- Ⅱ）。高倍电子探针镜下发现,金川矿床铂族矿物与磁铁矿（Mag- Ⅰ）、黄铁矿（Py- Ⅰ）、铬铁矿、磷灰石、黄铜矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿及菱铁矿等共生。金川铜镍硫化物矿床中铂族元素(PGM)矿物主要包括硫砷铱矿（IrAsS）、钯的铋化物、碲化物和硒化物、钯的金属互化物（PdAu2）、砷铂矿（PtAs2）、铂单质以及铂的金属合金（Pt- Fe）。其中大量的PGM分布于镍黄铁矿的裂隙中,或产于镍黄铁矿、磁黄铁矿及蛇纹石裂隙中。与磁铁矿、菱铁矿、铬铁矿、黄铜矿、磷灰石以及叶蛇纹石等矿物共生,指示PGE富集与氧化性流体加入密切相关。金川矿石镍黄铁矿（Pn- b）、磁黄铁矿（Po- b）、黄铜矿（Ccp- b）、黄铁矿（Py- Ⅰ）、磁铁矿（Mag- Ⅰ）以及菱铁矿中高Co含量,表明流体在Co的超常富集过程中也起到了决定性作用。金川矿石中大量碳酸盐矿物、叶蛇纹石、金云母、磁铁矿、黄铁矿、铬铁矿以及富Cl磷灰石的出现;S、Mg元素呈网脉状分布于蚀变橄榄石和硫化物中,推测流体组分可能是一种富C富Cl的富含挥发分的高氧逸度流体。金川铬铁矿、磁铁矿（Ⅰ）、菱铁矿等矿物中高Ti、高Nb含量和高Nb/Ta比值,暗示此流体可能是一种高温的超临界流体。以上特征综合表明该特征流体对金川铜镍硫化物矿床中铂族元素等关键金属的超常富集起到了关键控制作用。当挥发分流体与残余硫化物矿浆相互作用及改造先存硫化物及橄榄石时,不仅会促使Os、Ir、Ru、Rh、Pt、Pd进一步活化、富集,还会导致流体中PGE强烈富集,使得流体中的Pd、Se、Te、Bi、Pt含量不断提高,最终形成大量的PGM。综上所述,本文认为在岩浆演化晚期可能存在一种高氧逸度的富Cl富C的深源流体注入岩浆房,该深源挥发分流体对PGE及Co的迁移和超常富集起到了关键控制作用。     

苏鲁榴辉岩型金红石矿床研究进展

文章对苏鲁榴辉岩型金红石矿床的研究进展进行了简单综述。苏鲁超高压变质带金红石矿床的勘探可追溯到20世纪50年代末，近年来找矿工作取得重要进展，已查明金红石矿床总储量达数千万吨。矿床属典型的榴辉岩型金红石矿床，与超高压变质作用关系密切。金红石在榴辉岩中最主要也最具工业价值的赋存方式是呈粒间颗粒充填于主矿物绿辉石和石榴石之间，金红石中的微量元素与其寄主榴辉岩的类型和产状有明显的相关性，并且可反映其形成温度，因此在苏鲁超高压变质榴辉岩和金红石矿床的研究中具有重要价值。富钛基性原岩是榴辉岩型金红石矿床形成的物质基础，高压区域变质作用是这类矿床形成的必要条件。     

岩浆-热液成矿系统中铁同位素地球化学研究现状

铁元素是岩浆-热液成矿系统中参与成矿的重要金属元素之一,岩浆-热液矿床中富铁矿物(黄铁矿、磁铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、斑铜矿、毒砂、菱铁矿)的δ⁵⁶Fe值变化较大(-2.07‰～+1.58‰),指示铁同位素在岩浆演化、流体出溶和热液演化过程中均存在明显的分馏,因此,在约束岩浆-热液成矿系统中成矿金属的迁移-富集-沉淀过程和示踪成矿物质来源方面具有巨大的应用潜力。通过整理和分析前人研究资料,文章总结了岩浆-热液成矿系统岩浆演化、流体出溶和热液演化过程中铁同位素地球化学行为的研究现状。岩浆演化过程中铁同位素会发生显著分馏,如部分熔融过程中,熔体相比残余固相富集重铁同位素;矿物分离结晶会引起残余熔体铁同位素组成的变化,主要受含Fe²⁺或Fe³⁺矿物结晶的影响,如磁铁矿分离结晶会导致残余熔体铁同位素组成变轻,总体反映岩浆氧化还原状态对铁同位素分馏的主要控制作用,因此,含矿岩体铁同位素组成及其变化可用于确定岩浆的氧化还原状态。流体出溶是含矿岩浆演化成为岩浆热液矿床的关键过程,出溶流体相对于母岩富集轻铁同位素,但实验研究表明出溶流体铁...     

Migration-circulation processes and enrichment-mineralization mechanism of lithium-beryllium elements in the continental crust.SCIEI北大核心CSCD

锂铍金属是世界关键金属资源,矿床类型多样,成矿作用发生在大陆地壳。但大陆地壳中锂铍元素的迁移-循环规律及不同锂铍矿床间的成因联系尚不清楚。本文系统地总结与梳理了大陆地壳结构与物质循环特征和不同类型锂铍金属矿床间的成因联系,提出大陆地壳锂铍循环-成矿系统的概念与模型,并将大陆地壳锂铍的迁移与循环划分为四个过程:变质过程、深熔过程、花岗岩浆过程、花岗质岩浆岩风化、淋滤与蚀变的浅-表生过程。沉积岩中锂铍元素在变质过程中可富集到一些变质矿物中,一些富锂铍黏土矿物也在变质过程转变成新的富锂铍变质矿物(如绿泥石、云母与堇青石);地壳深熔过程使得锂铍元素从变质矿物中释放出来并聚集在花岗岩浆中,麻粒岩相深熔(如黑云母脱水熔融与堇青石分解熔融)可能是锂铍大规模成矿的主要熔融方式;绝大多数锂铍矿床与花岗岩浆及其岩浆岩有关,是花岗岩浆与花岗质岩浆岩在不同演化阶段与不同方式富集成矿的结果;浅-表生过程对锂铍花岗岩-伟晶岩和流纹岩与流纹质凝灰岩的物理化学改造,可形成盐湖卤水型锂矿床、黏土型锂矿床以及各种次生锂铍矿床。变质过程中锂铍的迁移与富集机制,大型-超大型花岗岩-伟晶岩型锂铍矿床形成条件与关键控制因素等问题,是亟待研究与思考的科学问题。     

大陆碰撞环境沉积岩或变质岩容矿Pb—Zn矿床的发育特点和成矿机制

笔者等通过对不同类型大陆碰撞造山带环境下铅锌矿床进行归纳总结,并进行对比分析,认为在陆陆碰撞的主碰撞阶段,由于板块的汇聚挤压,在碰撞造山带两侧或一侧形成的前陆盆地中发育碳酸盐岩台地,碳酸盐岩未变形或弱变形,来自盆地的卤水在造山带隆升造成的重力势的驱动下,向盆地边缘汇聚,萃取盆地中的成矿元素,在碳酸盐岩的岩溶或断裂中形成MVT型铅锌矿床。在晚碰撞走滑转换阶段,盆地卤水和地层水萃取盆地地层或基底内的成矿物质形成成矿流体,陆陆碰撞持续挤压力使盆地强烈变形,同时在盆地内发育一系列逆冲推覆系统,并驱动成矿流体发生侧向迁移;在挤压后的短暂松弛阶段,成矿流体灌入逆冲断裂及其伴生的次级走滑断裂或张裂隙中形成独具特色的沉积岩容矿铅锌多金属矿床。大陆碰撞造山带挤压至伸展这一应力转换阶段,成矿流体灌入张性构造中,形成类似秦岭碰撞造山带环境产出的脉状铅锌矿床。     

我国前寒武纪非金属矿产的分布及其特征

本文总结了我国前寒武纪非金属矿产的分布和特征,指出菱镁矿、硼矿、磷矿、滑石、石墨等非金属矿产赋存于不同的沉积建造、火山堆积以及不同变质岩系之中,是由古陆块的构造部位所决定的。前寒武纪非金属矿床的成矿作用与大陆地壳演化关系密切,古元古代大陆拼合焊接的造山带和新元古代稳定地块的海相沉积是两个十分重要的非金属矿产成矿构造环境,前者在中国北方（如胶辽裂谷、佳木斯地块）形成菱镁矿、硼矿、滑石矿和石墨矿等矿床,后者在南方（如扬子陆块、苏鲁大别带）主要形成磷矿床。前寒武纪产出大型、超大型非金属矿床数十个,成因类型主要有沉积变质型、岩浆热液型和沉积（弱变质）型,文中着重对硼、石墨、菱镁矿、滑石、磷矿等五个主要矿种的资源分布及矿床地质特征作了叙述。     

川滇黔地区天宝山、会泽铅锌矿床成矿流体来源初探:来自流体包裹体及氦氩同位素的证据

为限定川滇黔地区大型铅锌矿床成矿流体来源,选择天宝山大型铅锌矿床和会泽超大型铅锌矿床中热液矿物进行流体包裹体及氦氩同位素研究.结果显示:（1）天宝山矿床为中低温、中等盐度流体成矿,成矿流体主要来源于盆地卤水;会泽矿床为中高温、中等盐度流体成矿,成矿流体也主要来源于盆地卤水,但具有不同性质流体混合特征;（2）两矿床硫化物3He/4He值范围介于0.02~0.32 Ra,证明成矿流体以地壳流体为主,但混有少量（< 5.3%）地幔成分,40Ar/36Ar值（345.0~1 698.8）表明成矿流体以饱和大气水为主;（3）综合两个矿床地质特征、流体包裹体及氦氩同位素研究认为天宝山矿床和会泽矿床的形成与右江盆地演化及峨眉山大火成岩省的岩浆活动有关.      

滇西兰坪盆地多金属矿床碳、氧、氢同位素组成及其地质意义

兰坪盆地多金属矿床碳、氧和氢同位素组成特征表明,成矿流体中的CO2源自海相碳酸盐岩(或蚀变海相碳酸盐岩)的热解作用和沉积有机物的氧化作用或脱羧基作用;成矿流体为古大气降水在一定地质条件下与盆地和基底岩石发生水-岩作用而形成的盆地热卤水,其中金顶铅锌矿床的成矿流体尚有变质水的混入.这表明盆地内多金属矿床的成矿物质应源自地壳(基底和盆地地层),喜马拉雅期盆地周缘碱性岩浆活动对盆地内多金属矿床的成矿作用贡献是间接的,沉积有机物直接参与了成矿作用.     

西秦岭地区金矿类型及其成矿作用

西秦岭地区是中国最重要的金矿矿集区之一,除产出少数夕卡岩型金矿床外,几乎所有的其他金矿床都可归并为造山型、卡林型和类卡林型3种类型。研究表明,西秦岭地区中生代花岗岩主要形成于中晚三叠世,而金矿成矿主要集中在晚三叠世,它们都是华北板块与华南板块碰撞导致的秦岭造山作用的产物。西秦岭地区造山型金矿床主要赋存在泥盆系和石炭系一套复杂的构造变形和区域变质的绿片岩相岩中,主要受北西西向脆韧性剪切带控制,成矿元素组合主要为Au-Ag。矿石中含有大量显微自然金、银金矿,明金可见。成矿流体主要为变质流体。由造山作用引起的强烈构造运动为成矿流体提供了运移通道,为矿质沉淀提供了有利的场所。虽然一些造山型金矿床与中酸性岩体相邻,但矿化与岩浆活动不具直接的成因关系。西秦岭地区卡林型金矿床主要产于轻微变质的寒武系至三叠系沉积岩中,明显受地层、岩性和构造控制。金矿床中的金以超显微金和存在于含砷黄铁矿与毒砂晶格中的固溶体金为主。成矿元素组合为Au-As-Hg-Sb-Ba。成矿流体由早期形成的地层水被后期大气降水补给活化形成,也有部分岩浆水或变质水的加入。在伸展背景下大气降水通过循环演化形成了较浅层次的流体系统,导致Au等成矿元素发生沉淀而形成浸染状矿石。西秦岭地区类卡林型金矿床主要产于浅变质沉积岩建造中,受脆韧性剪切带的控制,并形成于花岗岩岩体附近。与造山型、卡林型金矿床最大的不同之处在于,类卡林型金矿床的形成与同时期的岩浆活动有密切的成因关系。矿石中存在显微自然金,载金矿物主要为黄铁矿、含砷黄铁矿和碲化物。成矿热液主要是岩浆水与变质水、建造水的混合流体。与造山型金矿床类似,流体不混溶导致类卡林型金矿床的形成。     

张家口北部铅锌银多金属矿床区域剥蚀程度分析

张家口北部是河北省重要的铅锌银多金属矿床富集区.区内多金属矿床成矿作用和控矿因素相似,矿化形成均与燕山期酸性小岩体侵入变质结晶基底有关.区域多金属矿床化探异常具可对比性.化探异常图显示区内多金属矿床与化探异常在地表总体呈现无偏性空间分布特征,化探数据因子分析结果表明成矿元素相关性在水系沉积物中未发生改变.据此可将原生晕...     

Subduction channel fluid-rock interaction:Indications from rutile-quartz veins within eclogite from the Yuka terrane,North Qaidam orogen

High-pressure(HP)or ultrahigh-pressure(UHP)rutile-quartz veins that form at mantle depths due to fluid-rock interaction can be used to trace the properties and behavior of natural fluids in subduction zones.To explore the fluid flow and the associated element mobility during deep subduction and exhumation of the continental crust,we investigated the major and trace elements of Ti-rich minerals.Additionally,U–Pb dating,trace element contents,and Lu–Hf isotopic composition of zircon grains in the UHP eclogite and associated rutile-quartz veins were examined in the North Qaidam UHP metamorphic belt,Yuka terrane.The zircon grains in the rutile-quartz veins have unzoned or weak oscillatory zonings,and show low Th/U ratios,steep chondrite-normalized patterns of heavy rare earth elements(HREEs),and insignificant negative Eu anomalies,indicating their growth in metamorphic fluids.These zircon grains formed in 431
3 Ma,which is consistent with the 432
2 Ma age of the host eclogite.As for the zircons in the rutile-quartz veins,they showed steep HREE patterns on one hand,and were different from the zircons present in the host eclogite on the other.This demonstrates that their formation might have been related to the breakdown of the early stage of garnet,which corresponds to the abundance of fluids during the early exhumation stage.The core-rim profile analyses of rutile recorded a two-stage rutile growth across a large rutile grain;the rutile core has higher Nb,Ta,W,and Zr contents and lower Nb/Ta ratios than the rim,indicating that the rutile domains grew in different metamorphic fluids from the core towards the rim.The significant enrichment of high field strength elements(HFSEs)in the rutile core suggests that the peak fluids have high solubility and transportation capacity of these HFSEs.Furthermore,variations in the Nb vs.Cr trends in rutile indicate a connection of rutile to mafic protolith.The zircon grains from both the rutile-quartz veins and the host eclogite have similar Hf isotopic compositions,indicating that the vein-forming fluids are internally derived from the host eclogite.These fluids accumulated in the subduction channel and were triggered by local dehydration of the deeply subducted eclogite during the early exhumation conditions.     

Shale basins,sulfur-deficient ore brines and the formation of exhalative base metal deposits

The massive sulfide deposits of the Iberian Pyrite Belt are interbedded with felsic volcanic rocks and shale, and underlain by several thousand meters of siliciclastic sedimentary rocks known as the PQ Group. Isotope geochemistry and regional geology are both consistent with equilibration of the ore-forming fluids with the PQ Group, prior to ore deposition near the former seafloor. The average Cu:Zn:Pb ratio of the PQ Group rocks (ca. 26:55:19) is similar to the weighted average of all the massive sulfide orebodies combined (ca. 25:52:23).The genetic relationship between massive sulfide deposits and a siliciclastic sedimentary metal source is explained here by a thermodynamic model, proposing that mildly reducing redox conditions imposed by equilibration with the sedimentary rocks are most critical for the formation of an effective ore-forming fluid. Relatively metal-rich but organic-poor pyrite-bearing shale undergoing dewatering of saline pore fluids is an effective source for the generation of sulfur-deficient but relatively iron and base metal-rich brines. Thus, we propose that the giant deposits of the Iberian Pyrite Belt owe their existence not to exceptionally metal-enriched (e.g., magmatic) fluids, but to the existence of a fairly ordinary but large metal source in reactive siliciclastic sediments, combined with an underlying igneous heat source and a particularly efficient mechanism of sulfide precipitation by mixing with H₂S-rich fluids at or near the seafloor.Essentially similar mineral equilibria are imposed when saline fluids are buffered by typical continental basement rocks. Leaching of retrograde minerals and possibly residual salts from their magmatic or metamorphic prehistory is expected to generate similar, variably metal-rich but relatively sulfide-deficient fluids. Thus, the existence of mildly reducing rocks can be the dominant chemical control in the source of fluids generating many volcanogenic, Irish-type or sedex deposits, many of which are known to precipitate their metal load in response to biogenic sulfide addition at the ore deposition site.