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黄金城彩票块状硫化物矿床的类型、分布和形成

  块状硫化物矿床,广义上包括火山喷流或火山成因块状硫化物矿床(volcanogenic massive sulfide deposit ,简称VMS 矿床) 和沉积喷流矿床( Sedex矿床) ;狭义上仅指火山成因块状硫化物矿床。

  这类矿床产于海相火山岩系中,主要由铁、铜、铅、锌等硫化物组成,并常伴有金、银、钴等多种有益元素,多表现为块状矿体和网脉状矿体。

  块状硫化物矿床铜的工业意义仅次于斑岩型铜矿,其广泛分布于世界各主要造山带的不同时代的海相火山岩系中。

  块状硫化物矿床中的铜矿与斑岩型铜矿、砂页岩型铜矿,加上岩浆铜镍硫化物矿床,是世界四大支柱型铜矿类型。

  在中国,块状硫化物矿床中铜的重要性按储量排在岩浆型铜镍硫化物矿床、斑岩型铜矿床、夕卡岩型铜和多金属矿床、热液脉型铜矿床之后,居第五位,但在西北地区仅次于岩浆型铜镍硫化物矿床。

  块状硫化物矿床可按构造环境(围岩岩性)和矿石组分来划分。按构造环境划分:塞浦路斯(Cyprus) 型、黑矿( Kuroko) 型、别子(Besshi) 型和诺兰达(Noranada) 型矿床类型,分别代表了不同的构造环境和地质背景。

  塞浦路斯型矿床形成于增生板块边缘(洋中脊) ,以中生代大洋中脊拉斑玄武岩为含矿围岩,主要为铜矿石组分;

  黑矿型矿床形成于汇聚板块的边缘,与年轻的火山弧或弧后盆地与硅铝质地壳深熔作用形成的钙碱性、碱性长英质岩浆有关,主要为铅、锌、铜矿石组分;

  别子型矿床则形成于新元古代或显生宙弧前海槽或海沟的火山沉积岩系中,围岩为沉积岩,主要为铜、锌矿石组分;诺兰达型矿床是一种古老的矿床,形成于汇聚板块的边缘,产于太古宙—古元古宙俯冲岛弧的拉斑系列到钙碱性系列的玄武安山岩到流纹岩中,以锌、铜矿石组分为特征。

  按矿石组分也可划分为:铜群(包括锌铜群和铜锌群) 、锌铅铜群和铅锌群。前两类属于火山成因块状硫化物矿床,铅锌群为沉积喷流矿床。故属于VMS 的矿床只包括铜群和锌铅铜群两类。这种划分与现代海底热液成矿作用的构造环境二分特征基本一致。

  对于古代典型块状硫化物矿床的分类总结是有意义的,但局限性也显而易见。因为古代矿床的成矿构造环境是研究推断出来的,比如塞浦路斯矿床就有弧后和洋中脊两种环境认识,更重要的是并不总是存在构造环境与矿石组分良好的对应关系,而且往往后期热液活动会改造矿石的初始成分,因此现存的矿石组分并不能完全代表矿床形成时的实际情形。

  通过实施深海钻探计划(DSDP) 和钻探计划(ODP) 查明,主要形成于4 种大地构造环境:

  其中第④类可看作是第①类的早期阶段,是大洋盆地初期阶段环境,类似的还有西Woodlark 盆地,也是洋盆扩张初期阶段,扩张轴部延伸到了张裂的大陆壳中,矿床分布于扩张轴地段破火山口内,与玄武安山岩有关。

  对照古老造山带中的块状硫化物矿床分类研究和现代海底重要硫化物矿床的构造分布类型,大洋环境成矿的认识是一致的,而最值得探讨的是弧后和岛弧环境,这也是目前成矿环境认识中最有争议的问题。

  岛弧环境的现代海底成矿作用仅见于西太平洋小笠原岛弧,总体上矿化较弱,尚未发现有一定规模的矿床,与古代矿床中多认为形成于岛弧环境的认识显著不同。

  不过近来愈来愈多的研究已表明,过去认识的岛弧成矿环境并非与挤压造弧阶段的岛弧钙碱性中酸性火山岩有关,而是形成于岛弧开裂断陷阶段的双峰式岩石组合中,是岛弧裂谷的产物,日本的黑矿和三江地区的呷村提供了这方面的实例。而岛弧裂谷是一种特殊的弧后盆地,其进一步发育就形成了弧后盆地,只是弧后盆地的形成发育是一个过程,从幼年期到成熟期,岩石组合不同,成矿可能不同。幼年期可能形成锌铅铜矿床,成熟期扩张脊拉出的新洋壳出现,发育典型的大洋中脊玄武岩,故形成铜锌矿床。西南太平洋弧后盆地冲绳(Okinawa) 海槽和马里亚纳(Mariana) 海槽的成矿作用其实就是这种认识的现代例子。黄金城彩票冲绳海槽发育在厚20 km 的陆壳基底上的弧后扩张盆地,是菲律宾大洋板块向西俯冲致使琉球弧张裂的产物,尚属于岛弧裂谷阶段的弧后扩张盆地,在深1200~1600 m 的弧后盆地内,发育双峰式火山岩组合,由流纹岩(英安岩) 和玄武岩构成,成矿特征十分类似于日本的黑矿,硫化物丘为锌铅铜矿化特征;马里亚纳海槽则经强烈扩张出现洋壳,东侧为Pagan 岛弧,西侧为残留弧,发育典型的大洋中脊玄武岩而非双峰岩石组合, 水深1600 ~3700 m ,矿化类似于大洋中脊的情况,以铜锌矿化为主。劳(Lau) 海盆类型矿化介于冲绳海槽和马里亚纳海槽之间,属过渡类型。

  由此可见,火山成因的块状硫化物矿床按成矿环境和主要容矿岩石类型总体可划分为两大类型:

  (1) 扩张中心的块状硫化物矿床。大洋中脊环境,弧后盆地拉张至成熟期出现洋壳时也类似于大洋中脊的环境,总之是洋壳的地质背景,容矿岩石主要为大洋拉斑玄武岩,以铜或铜锌矿化为成矿特点,一般统称之为塞浦路斯型矿床,但并非指塞浦路斯的特鲁斯矿床的具体成矿特征。

  (2) 岛弧/ 陆缘的块状硫化物矿床。岛弧裂谷或大陆裂谷环境,弧后盆地拉张的幼年期属于这类环境,以不出现洋壳为特征,尚属于陆壳背景,双峰式火山岩为主要成矿围岩,表现为锌铅铜矿化特征,岛弧拉张环境形成的日本中新世黑矿矿床是最典型代表。

  由于洋—陆构造转换存在过渡环境,火山成因的块状硫化物矿床更多的应该是过渡类型,反映到单个矿床矿石组分上有很大变化,特别是与岛弧/陆缘裂张环境有关的矿床。

  块状硫化物矿床的特点是品位富(含铜0.2 %-0.8%,最高可达10%以上,主要为塞浦路斯型矿床) 、伴生有益组分丰富,除主元素铜锌铅外,常有金银硫、重晶石及硒锑镉钴和锡等,经济价值高。矿床规模以中小型为主,也有大型和超大型矿床产出。空间上常呈带(区) 成群分布,形成总体储量可观的矿田、矿带。

  火山成因的块状硫化物矿床的成矿几乎不受时代的限制,从全球范围看,古代的块状硫化物矿床主要可划分为6 个成矿期:太古代、古元古代、新元古代、早古生代、晚古生代和古近纪,显然受全球构造演化差异的制约,不同构造单元的成矿时代有明显不同。

  北美地台(加拿大地盾) 、西澳地台的皮尔巴拉( Pilbara) 克拉通和伊尔冈( Yilgarn) 克拉通以太古代—古元古代为主的火山成因块状硫化物矿床。

  其中,加拿大地盾成矿上显示了锌铜型特点,银和金是主要伴生组分, 但金主要限于富铜的矿床中,火山岩的成分从玄武岩到流纹岩,认为与拉斑系列和钙碱性系列均有关系,夹有燧石、含铁建造、硅质凝灰岩和火山成因的杂砂岩等沉积岩,以加拿大地盾Keewatin 绿岩带中诺兰达(Noranda)等为代表,产有多个铜金属储量百万吨以上的大型—超大型矿床。

  认为锌铜型矿床是在地壳还很薄的时候形成的,与分异不良的原始地幔中火山岩浆活动有关;西澳的皮尔巴拉和伊尔冈克拉通显示为锌铅铜型多金属矿床和锌铜型矿,成矿年龄3.46~2.7Ga ,块状硫化物矿床产于克拉通绿岩地体内,火山岩具有拉斑和钙碱系列特征,火山成因的块状硫化物矿床主要产于绿岩带内镁铁质、长英质火山岩中的中性、酸性火山岩和凝灰质沉积岩中,认为是火山岛弧内或附近环境。含矿岩系中常伴生有燧石和含铁燧石建造,表现为绢云母绿泥石蚀变带和近侧富铁绿泥石、碳酸盐蚀变岩筒的特点,矿床有良好的垂直分带,块状矿体之下为浸染状和网脉状矿化,上部块状矿体富锌,下部富铜,但主要为中小型矿床。值得一提的是火山成因块状硫化物矿床和岩浆铜镍硫化物矿床共存于花岗-绿岩地体中,构成明显的成矿组合。

  东欧地台西北地区波罗的地盾中部的芬兰、瑞典大部分和挪威、俄罗斯邻区古元古代—中元古代火山成因块状硫化物矿床。已知矿床以锌铜型为主,部分为锌铅铜型多金属矿床,含矿火山岩包括玄武岩- 安山岩- 英安岩建造,上覆有镁铁质到中性的枕状熔岩流,认为是原始岛弧环境,火山岩之上有泥砂质沉积岩,大部分矿床出现在长英质火山岩的顶部或顶部附近,空间上构成两个矿带发育上百个规模不等的矿床,以芬兰的奥托昆普和瑞典的谢累夫特为代表,已知大型矿床有:

  东欧地台西缘的斯堪的纳维亚加里东造山带位于挪威大部和瑞典西部,延长超过2000 km ,宽250 km。由一个中元古代波罗的地盾的结晶岩原地块和4 个外来推覆体组成,外来推覆体主要由寒武- 志留系组成,以寒武—奥陶纪火山岩和碎屑沉积岩为主,有少量前寒武纪杂岩,与中国的北祁连造山带十分类似,也是中志留世—早泥盆世的造山运动引起了构造地层单元的变形和变质,代表了古大西洋闭合的碰撞活动。火山成因块状硫化物矿床产于寒武—奥陶纪火山岩和碎屑沉积岩构成的外来推覆体中,认为至少可以划分为6 个矿床群,产出环境复杂,按岩性主要为双峰式火山岩和蛇绿岩两种。

  双峰式火山岩如Trondheim矿区、挪威的 Grong、瑞典的Vasterbotten矿区、瑞典Seekenjkk矿区、挪威Sulitjelma矿区和挪威Rana 矿区,矿床赋存于晚前寒武—中晚奥陶世玄武岩中,或中奥陶世安山质火山岩中,下伏为长英质熔岩流和角砾岩中,矿床铜锌金属储量均小于20万吨,矿石品位Cu 2.4%~1%、Zn 1.2 %~0.21%、Au 0.3g/t。挪威的Hardanger矿区则产于蛇绿岩中。

  北美地台东缘的阿巴拉契亚是全球著名的加里东造山带之一,沿北美大西洋岸分布,北起加拿大的纽芬兰岛,经新不伦瑞克进入美国,长达3000多千米。阿巴拉契亚造山带分为东西2个主要构造单元,东部由蛇绿岩杂岩和岛弧(或弧后盆地)火山岩组成,蛇绿岩下部为超镁铁岩和辉长岩侵入体组成,上部由两厚层状枕状熔岩和沉积岩组成,块状硫化物矿床产于侵入体与火山岩之间;西部由发育在陆壳上的奥陶纪或奥陶—志留纪岛弧或裂谷火山- 沉积岩组成,硫化物矿化产于下部石英杂砂岩长英质火山岩中,上部为泥质岩和镁铁质火山岩。

  块状硫化物矿床的产出整体表现为成群产出、分段集中的特点,大体可划分为北段和南段两部分。矿床成群产出以北段最为显著,该段主要位于加拿大境内,包括纽芬兰岛、新不伦瑞克和魁北克南东等3 个集中区和美国缅因州部分地区,发育有规模不同的工业矿床100 余个。南段延入美国境内,已发现不同规模矿床50 个,大多数矿床与北段不同,产于前寒武纪原岩,为含基性火山岩夹层沉积岩的片麻岩和片岩中。阿巴拉契亚造山带的火山成因块状硫化物成矿阶段大致可划分为寒武纪—早奥陶世、中奥陶世和晚奥陶早志留世3 个阶段,与北祁连造山带的块状硫化物成矿阶段十分相似。

  矿床规模大中小均有,但在一个矿集区内,往往有1~2 处大型或超大型矿床存在。锌铅铜型矿床受火山机构或中心式火山作用的控制十分明显,矿床围绕火山中心成群分布,大多数矿床产于沉积岩与上覆火山岩的过渡带,容矿岩石既可以是长英质火山岩,也可以是局部分布的沉积岩组成。一些重要矿床上不常存在含铁建造,上盘含铁建造覆有长英质火山岩或镁铁质火山岩,矿床垂直分带表现为底部富铜,顶部富铅、锌,这与祁连山白银厂矿田的情形十分类似,反映了极其相似的成矿环境和组合。阿巴拉契亚造山带以与蛇绿岩有关的纽芬兰岛矿集区最为著名。该岛位于造山带北端,岛内已发现约100 个矿床,均为中小型,并以小而富为特征。大多数矿床分布在北部的Not re Dame 湾沿岸,赋存于岛湾(Bay of Islands) 蛇绿岩中,尽管该成矿集中区单个矿床规模并不大,但整个矿区累加则有大的规模,这对北祁连雪泉式塞浦路斯型矿床的找矿具有指示意义。

  在岛内中部奥陶纪火山岩带内已鉴别出不属于蛇绿岩有关的锌铅铜型矿化类型。岛内可划出8 个蛇绿岩杂岩带,基本层序为下部超镁铁杂岩,向上平行排列的辉绿岩岩墙和厚度很小的辉长岩,之上为两层枕状玄武岩,含矿层位在岩墙之上的下玄武岩的接触带中,下玄武岩厚4000 m 左右,含少量互层的硅质板岩和泥质板岩。主要矿床有Tilt Cove 和Bett Cove ,小型矿床规模, 铜金属储量仅8.3万吨,2 %~10 %) ,含矿蛇绿岩自下而上为:超基性岩、辉长岩、层状岩墙群、枕状熔岩和火山碎屑岩,熔岩中发育枕状角砾岩、沉凝灰岩及红色碧玉岩,矿体在枕状熔岩和枕状角砾岩中。矿体呈陡倾透镜状,硫同位素组成δ(34 S) 5.5~17.2‰之间变化。岛内有一处Buchans矿床为锌铅铜型矿床特征,矿床为大型规模(铜为37.4万吨,1.57 %;锌108万吨,6 %;铅23.4万吨,1.3 %) ,为奥陶纪—早志留世火山活动产物,由英安- 安山质熔岩、长英质粉砂岩和火山角砾岩组成,容矿岩石为互层长英质粉砂岩和火山角砾岩上覆英安岩和凝灰质角砾岩。

  矿体由块状矿石和角砾状矿石构成脉石矿物发育重晶石、方解石和萤石。区域成矿上矿床集中分布,尽管成矿类型多样,但在不同成矿区段往往以出现某一特色的矿床类型为主,有时也亦可发育另一组矿床,反映了成矿构造环境对矿床类型的控制作用。比如纽芬兰岛就主要发育与蛇绿岩有关的铜型或铜锌型矿床为特征,新不伦瑞克则多为锌铅铜型,后者成矿与消减带之上的岛弧或弧后火山作用有关。

  澳大利亚东缘早古生代造山带展布于澳洲东海岸,主要由钙碱性火山岩带组成,其中产多个大中型早古生代火山成因块状硫化物矿床。为中—晚寒武世岛弧火山作用的产物,中心火山杂岩由长石斑晶熔岩和安山- 流纹质火山碎屑岩组成,矿床产于中央火山杂岩内和安山质、玄武质火山岩为主的上部,可分为两种成矿类型:

  富铜、低铅、锌、银和金浸染状- 块状矿床(以Mt. Lyell 为典型) ;富铅、锌、铜、银和金高品位多金属层状块状硫化物矿床(以Rosebery 为代表) 。罗斯伯里矿床形成于寒武纪,矿床产于厚层流纹岩- 英安质火山岩的底部,含矿岩石为粉砂岩、板岩和凝灰岩,铜7万吨,0.83 %;锌120万吨,19 %,铅38.5万吨,5.56% ,与白银厂的小铁山类似; 莱尔山矿床也形成于寒武纪,产于复杂的火山岩系中,由15 个矿体组成,金属储量为39.7万吨,1.46%。区域成矿总体以寒武—奥陶纪为主要成矿期,但可延至二叠纪,矿床围岩以流纹岩为主,同时夹有少量安山岩、英安岩、玄武岩和沉积岩等。

  伊比利亚晚古生代造山带位于比利牛斯半岛西南,从西班牙Sevilla到葡萄牙西部边界,长230 km ,宽25~40 km ,矿带位居伊比利亚地块的南部,形成于陆壳基底上的拉张作用环境,与矿化有关的火山作用局限于早石炭世。含矿火山岩以酸性火山岩为主,基性火山岩为次,主要由下部酸性火山岩系、中部过渡岩系(酸性凝灰岩、黑色硅质页岩、含锰碧玉岩和杂砂岩) 和上部次要酸性火山岩系组成,酸性火山岩系主要为石英角斑岩及少量英安岩。晚古生代的碰撞造山作用使其火山弧拼贴到了伊比利亚地块之上。

  矿化主要在过渡岩系的底部,直接位于下伏的酸性火山岩之上,黑色页岩中也见有矿化。已发现300个不同规模的块状硫化物矿床,大型以上规模的有60 个,西班牙的Rio Tinto、La Zarza矿床和葡萄牙的Neves Corve矿床为超大型规模。矿床多属锌铅铜型,具日本黑矿的基本特征,部分矿床有塞浦路斯型矿床特征显示,应属于边缘盆地扩张中心和海底火山弧两者的中间类型,矿化与海底爆发式酸性火山作用关系密切,多形成于喷发旋回的最后阶段,且限于喷发中心的附近,直接产于火山碎屑岩之上,矿石以黄铁矿矿石为主,Cu + Pb + Zn为2 %~4 %。其中里奥廷托是世界上最大的块状硫化物矿田,由Cerro Colorado、Alf redo、San Antonio和San Dionisio 4 个矿床组成,探明锌120万吨,0.24 %;铜1020万吨,0.7 %以上;铅50万吨,1%。矿床由两个近东西走向的背斜组成,核部出露含矿酸性火山岩,翼部岩石有含放射虫玻屑凝灰岩、砂岩和晶屑凝灰岩等,夹有放射虫碧玉岩。矿体产于酸性火山岩和上覆含细粒火山碎屑岩泥质页岩的接触带,矿层附近常发育含铁碧玉岩。

  乌拉尔晚古生代造山带分布于东欧板块与哈萨克斯坦板块之间,属于两板块的缝合带,西乌拉尔构造带和中央隆起属于东欧板块,东乌拉尔属哈萨克斯坦板块,已知火山成因块状硫化物矿床主要产于东乌拉尔构造单元。东乌拉尔基底为大洋型地壳,后转换为过渡壳,早期主要为大范围的玄武质岩浆活动,为蛇绿岩组成,而后形成岛弧型岩浆组合和大陆沉积岩系。

  乌拉尔块状硫化物矿床为大洋岛弧形成前或形成期的产物,按岛弧演化的不同阶段,形成不同的含矿火山岩组合,包括大洋阶段未分异的玄武岩组合,岛弧期前形成的双峰式火山岩组合和连续分异的玄武岩- 安山岩- 英安岩- 流纹岩组合等,后一组合是含矿主要母岩。主要含矿构造是层火山和破火山口洼地。值得一提的是,块状硫化物矿床集中在乌拉尔南中段,而北段则分布有与超镁铁岩有关的岩浆铜镍硫化物矿床的特点。矿床类型以锌铜型为主,一般不含铅,也有锌铅铜型矿床。矿床成群成带分布,但规模多属中、小型,12 个矿床中有4 个大型矿床:杰格佳尔斯克铜储量为140万吨,1.5 %;卡拉巴什铜为57.3万吨,1.4 %;锌31万吨,0.75 %、乌恰林斯克铜储量为200万吨,1.2 %;锌为400万吨,2.8-3.7%和布雷阿瓦铜储量为45万吨,2.5 %;锌385万吨;金45吨,1.5g/t。

  阿尔泰造山带位于俄罗斯、蒙古境内,并延入中国境内,是西伯利亚板块最南部晚古生代造山带的西段,介于哈萨克斯坦板块之间,是陆壳基底上经拉张而成的晚古生代造山带。其中晚古生代早期(早泥盆—早石炭世) 的裂谷阶段双峰式火山岩系形成块状硫化物矿床,赋矿火山岩系为钾- 钠系列,以酸性火山岩为主,占火山岩的80 %,基性火山岩及其凝灰岩为次,主要为锌铜型矿床特征,矿床规模较小,可能是后期花岗岩侵吞所致。中国的阿舍勒矿床即产于该造山带中。

  西太平洋岛弧造山带,包括日本、琉球、中国台湾岛向南经菲律宾群岛转向东南延入巴布亚新几内亚,地处太平洋板块与欧亚板块的结合带,为太平洋板块向北西方向运动并俯冲的结果。岛弧带内分布有两条行的蛇绿岩带,内带分布于日本本州和四国、中国台湾岛、菲律宾吕宋三描礼士山等中生代褶皱带的晚古生代—中生代蛇绿岩带,外带分布于日本本州纪伊半岛、中国台湾台东山脉、吕宋马德里山、棉兰老岛等新生代褶皱带的中生代蛇绿岩带。相应的还存在两条钙碱性岩浆岩带,内带分布于日本纪伊山脉和中国东南沿海,形成于晚中生代或老第三纪,外带则见于岛弧区, 形成于新第三纪及第四纪。

  其中新生代的钙碱性岩浆岩带外带,在日本和琉球发育大量的中新世—上新世钙碱性火山岩,构成著名的本州绿色凝灰岩区, 产典型的日本黑矿型块状硫化物矿床;菲律宾岛弧的形成时代要早于日本和琉球,是在前中生代陆壳基底拉张基础上,与欧亚板块之间,第三纪由于菲律宾板块向欧亚板块之下俯冲形成了岛弧钙碱性火山岩组合,在中新世又有重要的火山活动并一直延至第四纪,其块状硫化物矿床除与岛弧钙碱性火山岩有关外,还有中生代与蛇绿岩有关的含铜黄铁矿型矿床存在。

  因此,产于岛弧的主要块状硫化物矿床集中分布于日本和菲律宾, 中国台湾仅见小型矿床。在菲律宾和巴布亚新几内亚火山成因块状硫化物矿床与斑岩型铜型矿床共存。岛弧带经历了复杂的多阶段演化,晚古生代古亚洲大陆裂解, 形成陆缘裂谷并发育海底基性火山作用,表现为火山- 沉积岩系,产出别子型矿床;中新世早、中期太平洋板块向下俯冲造成中基性火山喷发,由玄武岩向安山岩成分演化,中期发生强烈的酸性火山作用,形成黑矿型矿床。

  一类是与与裂谷环境基性火山岩有关的别子型层状块状硫化物矿床,矿石组分为锌铜型或铜型,以日本三波川带别子矿床为典型代表,形成于晚古生代;

  另一类则是成熟岛弧安山质火山作用有关的黑矿型块状硫化物矿床,矿石组分为锌铅铜型特征,主要形成于中新世。

  黑矿型矿床集中分布于日本东北部绿色凝灰岩区和北海道西南部,该区为中新世日本岛弧的弧后海槽,共有100 多个矿床,但主要集中于北鹿、雄物川和会津等地区。北鹿最为重要,已知矿床金属储量的85 %在该地区,北鹿盆地被认为是裂谷地堑中的火山- 沉积盆地,盆地中分布有钙碱性安山- 流纹质凝灰岩、凝灰角砾岩和安山- 英安质、流纹质熔岩以及碎屑沉积岩等组成。多数矿床产于稳定的长英质碎屑岩层之上,矿床下盘出现白色的流纹岩穹窿和伴生的角砾岩。北鹿地区主要由小板矿田、花冈矿田组成,整个北鹿的铜金属储量为204万吨,2 %;锌510万吨,5 %; 铅153万吨,1. 5 %。三波川带位于日本的西南部,代表性矿床有别子、佐佐连、大久喜等,其中别子矿床铜金属储量为85万吨,2.6 %。另外,位于日本东北部的日立矿田亦属别子型,铜金属储量为40.4万吨,2.6 %;锌10.8万吨,0.65%。

  科迪勒拉造山带沿美洲西海岸北起阿留申群岛,经阿拉斯加、加拿大和美国,延至加勒比海,向南与南美科迪勒拉带相连。由于多次板块俯冲,科迪勒拉形成了极其复杂的成矿背景,但总体为典型的洋- 陆碰撞的活动大陆边缘构造环境。在阿拉斯加地区,矿床规模普遍为小型,由两种类型组成:白垩纪镁铁质火山岩为主的类型,锌铜型矿化产于沉积岩中,与别子型矿床类似;三叠纪长英质火山岩为主的组合,锌铅铜型矿化产于玻屑凝灰岩中。

  加拿大矿床主要分布于侏罗纪、晚三叠世和部分古生代的安山- 英安质熔岩及火山碎屑岩中,已发现Windy Crggy超大型矿床和3 个大型矿床。另外,靠近陆内有以沉积岩为容矿岩石的重要铅锌成矿带,产有Sullivan世界级矿床。

  美国境内由于后期的破坏,保存下来的矿床规模不大,主要是发育于古元古代基底岩系中的锌铜型矿床,其中R Jerome矿床为特例,形成出露在古生界中的中元古代火山岩中,长英质火山碎屑岩,铜金属储量为163万吨,8.5 %; 银1363t,71 g/t;锌75万吨,2%~7%。加拿大的温迪克拉基矿床是1981年发现的超大型火山成因块状硫化物矿床,矿石组分以铜为主,伴生有钴银锌和金。铜金属储量达500万吨1.52 %; 钴27万吨,0.08 % ,认为属于塞浦路斯型矿床。

  阿尔卑斯造山带横越欧亚大陆南部,从西欧比利牛斯,经阿尔卑斯、高加索、土耳其至伊朗北部,长达数千千米,向东与喜马拉雅相接。在该带中最引人注目的是地处欧洲板块与非洲板块的地中海的塞浦路斯型块状硫化物矿床,按矿带划分称之为Troodos矿带。它是华力西造山之后,三叠纪又开始张裂,侏罗纪发育洋壳,形成扩张洋脊,发生块状硫化物矿化造就了塞浦路斯型矿床的形成,第三纪中期发生挤压造山。现代地中海是上新世随大西洋的张裂海水注入而形成。特罗多斯矿带,已发现25 个矿床和65 处矿点,单个矿床多为小型,少数达中型,最大的avrovouni矿床,矿石量大于1500万吨,全矿带铜金属储量90万吨,2.5 %。另尚有土耳其矿带、高加索矿带和西喀尔巴阡(捷克斯洛伐克) 矿带、东南喀尔巴阡(罗马尼亚) 矿带以及巴尔干(保加利亚) 矿带等。

  迄今中国已发现33 处VHMS 矿床,形成时代自太古宙至三叠纪。累计该类型矿床金属储量铜803.8万吨,锌632.7万吨、铅401.4万吨,可见是重要的铜多金属资源来源。

  祁连山早古生代造山带是中国最主要的火山岩成因块状硫化物矿床分布地区,其次是三江地区的中新生代造山带中,其他地区分布零星。中国大陆自北向南可分为天山—兴安岭、塔里木—华北、河西—华南、西藏—云南和喜马拉雅5个构造岩浆带,这种构造岩浆带的划分是粗略的,不能反映中国大陆构造演化及其所表现的岩浆作用特点,但仍大致能看出,处于塔里木—华北构造岩浆带中的祁连山古生代(主要为早古生代) 火山岩带和河西—华南构造岩浆带中的三江中生代火山岩带是V HMS 矿床的重要分布地区。此外,处于天山—兴安岭构造岩浆带,即延入中国境内的阿尔泰晚古生代火山岩带中产有阿舍勒大型VHMS 矿床。处于塔里木—华北构造岩浆带东端的红透山大型矿床,是中国目前确认的诺兰达型VHMS 矿床,以锌铜矿石组分为特征。该类矿床一般认为产于太古宙—古元古代俯冲岛弧的拉斑系列到钙碱性系列火山岩中,由于红透山矿床所在华北古陆太古宙—古元古代构造环境重塑的复杂性,矿床形成环境的认识还知之甚少。

  中国已知V HMS 矿床主要分布于显生宙造山带中,主要是造山带形成前陆壳和过渡壳构造裂解环境的产物,多已遭受后期造山作用的改造,矿床的定位和形态已发生很大变化。洋壳环境残存岩石(蛇绿岩) 为容矿岩石发现的塞浦路斯型V HMS矿床很少,目前确认的有北祁连中奥陶世的雪泉(石居里沟) 矿床, 是有重要找矿潜力的VHMS 矿床类型。

  全球火山成因块状硫化物矿床的地质分布存在着鲜明的演化特征。太古代绿岩中变质火山岩主要形成锌铜型块状硫化物矿床,且矿床规模巨大,如加拿大地盾的诺兰达和基德克里克等超大型矿床的表现,中国的红透山大型矿床可能亦属此列。进入古元古代锌铅铜型矿床开始出现,但矿床规模减小,中元古代基本没有有规模的块状硫化物矿床的形成,到新元古代开始以锌铅铜型矿床为主要特色,发展到显生宙早古生代,又开始出现锌铜型矿床,但这类锌铜型矿床与太古代形成的锌铜型矿床不同,主要与洋壳有关,矿床规模普遍不大。

  进入晚古生代以后,火山成因块状硫化物矿床又开始了一个新的发展阶段,有大型超大型矿床的再度出现,比如西班牙的里奥廷托超大型矿床,仍是锌铅铜型和锌铜型矿床并存,表明了洋壳、岛弧/ 陆壳拉张环境的火山作用均有块状硫化物矿床产出。

  中新生代是火山成因块状硫化物矿床一个大的发展时期,可与太古代相比拟,只是形成的范围更宽阔了,太平洋两岸及阿尔卑斯造山带都是形成块状硫化物矿床的重要地区,在北美西岸形成有世界上最大的温迪克拉基超大型矿床。可见,从全球角度讲,太古代和中新生代是火山成因块状硫化物矿床的最主要形成期,其次是晚古生代,这是由全球大陆形成演化和壳幔作用的节奏强度决定的。但中国已有的发现,以白银厂为代表的祁连山早古生代的V HMS 矿床最为重要,与全球的发现有显著差异。可见,中国大陆太古代、中新生代和晚古生代火山岩系中,还应进一步加强V HMS 矿床的成矿研究和找矿勘查工作。

  太古代陆壳很薄,硅铝层不发育,尚未形成铅的富集,幔源岩浆很容易冲破陆壳形成火山,即使重熔了陆壳亦并没有多的铅加入,由于壳幔延化剧烈易形成锌铜型块状硫化物矿床,中国华北陆块的辽宁红透山矿床可看作一个响应。中元古代没有成型的块状硫化物矿床出现是一个令人费解的问题,是火山作用不发育,但Columbia 超大陆的裂解事件,应该有大规模火成岩省发育。没有形成块状硫化物矿床主要原因可能还是火山作用发育于陆上的缘故,形成块状硫化物矿床的必要条件除了火山作用,还应有海底的环境,才可形成水岩交换反应产生成矿热液系统。

  新元古伴随Rodinia 超大陆的裂解,与早古生带形成拉张洋盆和消减汇聚应是一个连续的过程,地壳的连续拉张既有海水的进入,又有各种类型火山作用在加里东造山带中造山前的发育,因此形成了各种构造环境锌铅铜型和锌铜型矿床并存的特点,但由于早古生代或者更早新元古代所形成的与洋壳有关的蛇绿岩难以保存完整,所以与洋壳有关的锌铜型(应为铜黄铁矿型) 矿床不十分发育,但有重要矿床存在,例如阿巴拉契亚加里东造山带的加拿大纽芬兰和中国北祁连加里东造山带的雪泉(石居里沟) 等矿床。

  晚古生代由于乌拉尔洋、古特提斯洋和古亚洲洋的大规模扩张、消减闭合作用,在大洋、岛弧、弧后盆地和闭合后的壳幔均衡作用再次拉张环境形成了各种类型的锌铅铜型和锌铜型矿床,并有西班牙里奥廷托、葡萄牙内维斯- 科尔沃和“十月革命五十周年”等大型超大型矿床发现,形成火山成因块状硫化物矿床成矿史上的又一强成矿期,中国新疆北部阿尔泰的阿舍勒大型块状硫化物矿床即是这一成矿时期的产物。

  中新生代是大陆飘移、大洋重新格局一个最显著的时期。中生代太平洋、古地中海(特提斯海) 的强烈扩张和相应的大陆边缘消减活动,在洋、岛、盆不同环境形成了重要的块状硫化物矿床,并且表现为古地中海(阿尔卑斯) 古太平洋东岸(科迪勒拉)中生代强烈矿化,形成与洋壳有关的大型超大型锌铜型矿床(迪克拉基、塞浦路斯) ,太平洋东岸岛弧带主要是与新生代第三纪岛弧裂解有关的大型及规模不等的锌铅铜型矿床的形成(黑矿) ,中国三江的三叠纪呷村锌铅铜型矿床应属于古地中海(特提斯) 东延喜马拉雅与古太平洋对接处特殊环境的成矿实例。

  通过全球火山成因块状硫化物矿床的分布与形成演化分析,不难看出矿床矿石组分的铅是一个关键性的指示元素。铅在地壳中的丰度为12ppm, 而上地幔、下地幔分别为2.1ppm和0.1ppm,块状硫化物矿床中铅要得以富集,地壳的供给是主要的。因此火山成因块状硫化物矿床,从岩浆火山为主要成矿金属元素来源认识出发,岩浆中有无地壳物质的加入,可能是重要的控制因素,洋壳环境形成的塞浦路斯型矿床可以肯定铅含量很低,岛弧和陆内拉张环境火山作用相关的块状硫化物矿床,一般应含铅,但主要还是与部分熔融岩浆来源的位置或在作用过程中有无地壳物质的大量卷入关系密切,因此也有铅低的矿床,这样的实例很多。由于锌与铜的地球化学习性基本一致,矿床中其含量的变化因素很多。

  由此来看,火山成因块状硫化物矿床矿石组分可划分为锌铜型和锌铅铜型,铜黄铁矿型(铜型) 其实可视为锌铜型的端元例子,是几乎没有锌达到工业品位的锌铜型。正确的类型划分应为铜锌型和铜铅锌型两大类,在两大类中,可能表现为端元的铜型和锌型。

  值得指出的是,火山成因块状硫化物矿床的分布北半球明显发育,南半球发现稀少,是南半球该类矿床确实不发育呢,还是勘查程度不够? 不得而知。但有一点是清楚的,北半球发育的各构造环境或时代的矿床,南半球都有发现的实例,特别是非洲和南美地台,应该有进一步发现的前景。

  与火山作用有关的块状硫化物矿床的成矿环境一直是矿床成因认识中关注的问题之一。已认识到块状硫化物矿床主要形成于板块边缘,矿床形成时应处于一种张性应力状态的环境,这种环境多伴随着高渗透性的断裂带,为成矿流体循环提供了一种适宜的空间位置,地质历史上保存下来的塞浦路斯型矿床往往是弧后盆地扩张环境的产物,真正大洋都已消失殆尽,而黑矿所在的岛弧背景主要是一种岛弧裂谷的环境,是岛弧裂解向形成弧后盆地过程中的产物。现代海底调查结果似乎显出块状硫化物矿床形成的环境非常广泛,Hezig et al 将其划分为大洋中脊(太平洋北21°附近矿床) 、洋内弧后(Mariana 海槽矿床) 、陆内弧后Okinawa 海槽矿床) 和陆内裂谷(红海海渊矿床) 等4 种环境。这一认识基础是,火山样式的差别是由地壳中大规模构造演化引起的,3 种矿石类型在整个地质时代中和造山发展过程中既是典型矿床的成矿特征,又可作为示踪其指示环境变化的重要标志。

  最近,Schandl and Gorton讨论了高场强元素对VHMS 矿床构造背景的判别,利用各元素质量分数Th/ Ta 、Th/ Hf 、Th/ Yb 和Ta/ Yb 比率可帮助确定成矿的火山作用是发生于洋弧、活动大陆边缘还是板内火山岩带的构造环境。不相容元素和稀土元素的地球化学特征可以示踪VHMS 矿床形成的构造环境,例如岛弧环境的黑矿和San Nicolas 的流纹岩,与非岛弧裂谷环境形成的Kidd Creek 流纹岩质量分数相比, Th/ Ta 、Th/ Nb 和La/ Yb 比率明显要高。火山岩的La/ Yb 比率认为可以反映结晶分离的程度和岩浆源的深度,因为高压条件下残留的石榴石将会降低熔融体中重稀土元素的含量,导致陡倾的稀土元素模式,而Th/ Ta 比率则认为可以示踪消减板片加入岩浆形成的状况以及消减沉积岩石的再循环,或弧形成过程中地壳硅铝质组分拼入的情况。Th/ Ta 质量分数比率低的范围为板内火山带的特点,活动大陆边缘升高为6~20 ,洋弧最高为20~75 。Gorton and Schandl 的Th/ Yb-Ta/ Yb 图解判别认为中生代日本的黑矿主要落入活动大陆边缘(ACM) 环境,加拿大地盾大部分太古代的铜锌型矿床,以诺兰达(Norandda) 为代表主要落入板内环境。

  加拿大地盾诺兰达(Norandda) 火山杂岩由7~9 km 的双峰式火山岩堆积组成,火山杂岩核部存在复合相的同火山侵入体,已发现有19 个块状硫化物矿床,矿床形成于15×20 km 大的陷落火山口内,在2697.9~2697.7 Ma 有限时段内发育5 次流纹岩旋回,其流纹岩地球化学数据显示与其他太古代VMS 矿床类似, 主要表现为较低的Th/Ta为2.2~5.1 。值得指出的是诺兰达(Norandda) 西约200 km 的Kidd CreekVMS 矿床,含矿的流纹岩流和角砾岩位于科马提岩和玄武质科马提岩流的顶部,研究认为,科马提岩、流纹岩火山作用是地幔柱派生裂谷和古老弧组合在缓慢扩张裂谷盆地过程中部分熔融的产物。

  产于绿色凝灰岩区的中生代日本黑矿,认为形成于衰退的岛弧裂谷环境。绿色凝灰岩区由岛弧内部长约1500 km 的火山岩带组成,黑矿地区的火山岩演化包括安山质火山作用、海平面小于3500 m 之下的沉降带和一系列玄武质裂隙式喷发和微量长英质火山岩。沉降带主要由长英质火山中心的喷发堆积而成,发育几个陷落火山口(直径4~8 km) 。矿床均产于这些陷落火山口水深小于1000 m 的“边缘凹陷”中,赋矿岩石为镁铁长英质火山岩和凝灰岩,并密切与块状流纹质熔岩穹隆相关。黑矿的长英质火山岩多投点于活动大陆边缘,Th/Ta相对较高,为(7.0~17.5)。