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密西西比河谷型铅锌矿的判据:白云石化加溶蚀角砾

灰岩采坑的壁上有一片土黄色孔洞状岩石,洞里嵌着几块黑亮的立方体晶体,敲下来很重。多数人以为是方解石晶簇,或者煤系里夹的结核。其实先看两件事:围岩有没有被白云石化,以及这些晶体是不是方铅矿。

先看围岩:白云石化把灰岩变成糖粒状

密西西比河谷型铅锌矿只长在碳酸盐岩里,最常见的是白云岩。成矿流体把方解石置换成白云石,岩石由致密变为糖粒状,颜色从深灰转成浅灰黄,用放大镜能看到细小的菱形晶体,滴稀盐酸后反应明显变弱。

这一步比找矿本身还重要。区域上大面积的白云石化常呈不规则斑块,边界模糊,宽可达数百米;矿体就落在这些斑块内部。本文判断:在碳酸盐岩区找这类矿,先圈白云石化的范围,再在范围内找角砾与硫化物。

白云石化的强弱还能分级。弱蚀变只改胶结物,岩石外观几乎不变;强蚀变则整块重结晶,原生层理与结核被抹掉。矿化多出现在强蚀变区内,弱蚀变带只能算外围,两种蚀变在剖面上常上下叠置,圈范围时要把这一层区别开来。

再看角砾:溶蚀塌陷的空洞被硫化物填满

这类矿床的矿石常充填在溶蚀角砾的空隙里。碳酸盐岩被流体溶出孔洞,上覆岩层塌落成棱角状碎块,碎块之间留下大量空隙,后来的硫化物与白云石把这些空隙填满,形成角砾状矿石,碎块大小从几厘米到数米。

角砾的形态是一条判据。溶蚀塌陷的角砾棱角尖锐、成分单一、不显定向;构造成因的角砾常被磨圆、有定向排列,且沿断层呈带状分布。两者的区别在露头上用一把地质锤敲两下就能看出,记录角砾大小与磨圆度比拍照有用。

最硬的一条在矿物:粗晶闪锌矿与方铅矿

矿石矿物以闪锌矿与方铅矿为主。闪锌矿呈浅黄、棕褐至黑色,颜色深浅取决于含铁量,条痕浅黄白,硬度 3.5–4,密度 3.9–4.1 克/立方厘米;方铅矿呈铅灰色,立方体解理三组,硬度 2.5,密度 7.4–7.6 克/立方厘米,压手感极强,小刀一划即留痕。

晶体粗大是这套系统的特征。闪锌矿单晶可达数厘米,常与白云石、石英组成晶簇,或呈胶状条带层层叠置;方铅矿则与闪锌矿共生,在晶洞里长成完整立方体。这种粗晶结构在同生沉积的矿石里见不到。

混进来的是沉积喷流型:它顺层、细粒、无角砾

沉积喷流型铅锌矿也在沉积岩中,矿体呈层状,与地层严格整合,矿石细粒均匀,常见条带状与草莓状结构,围岩是页岩与粉砂岩,不含大量白云石。它属于同生成矿,矿体与地层在同一时期形成,矿石中常见细密纹层。

判别可以只看一条:矿体切不切层理。切穿层理、充填角砾空隙、伴随白云石化的,归密西西比河谷型;严格顺层、粒度细微、围岩为暗色页岩的,归沉积喷流型。本文判断:两者可在同一盆地并存,但不会落在同一层位。

关键数据

  • 成矿温度 50–200 摄氏度,主体 90–150 摄氏度。
  • 流体盐度 10%–30%,属典型盆地卤水。
  • 铅锌合计品位 3%–10%,富矿段可更高。
  • 单个矿床矿石量 10 万吨至 1 亿吨。
  • 闪锌矿密度 3.9–4.1,方铅矿 7.4–7.6 克/立方厘米。
  • 方铅矿硬度 2.5,闪锌矿 3.5–4,均可用小刀划动。
  • 成矿年龄普遍晚于围岩,差值可达数十至数百个百万年。

边界

有侵入体的地区判据会打架。岩浆热液同样能带来铅锌,并造成白云石化,但会同时出现石榴子石、透辉石等矽卡岩矿物,以及萤石与锡石。见到这类矿物,应按矽卡岩或远接触带处理,不能照搬本文判据。

深埋与强变形同样使判据失效。埋深超过 3 公里,角砾被压实、孔隙闭合,硫化物重结晶变细,粗晶结构消失;褶皱改造还会让矿体看似顺层。此时单靠野外结构难定,需借助硫同位素与包裹体测温,并结合区域埋藏史判断。

参考文献

  • 翟裕生, 姚书振, 蔡克勤.《矿床学》(第三版). 地质出版社, 2011.
  • Leach D L, Bradley D C, Huston D L, et al. Sediment-hosted lead-zinc deposits in Earth history. Economic Geology, 2010, 105(3): 593–625.
  • Leach D L, Sangster D F. Mississippi Valley-type lead-zinc deposits. Geological Association of Canada Special Paper 40, 1993: 289–314.
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文章名称:密西西比河谷型铅锌矿的判据:白云石化加溶蚀角砾
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