黑色岩系的分布

黑色岩系中铀的分布~

我国西南地区，特别是贵州省具有形成黑色岩系型矿床的地质条件，目前已找到产于震旦系陡山沱组、寒武系牛蹄塘组的大型和特大型磷矿床有开阳磷矿、瓮福磷矿和织金新华稀土-磷块岩等（张伦尉等，2007），下寒武统牛蹄塘组黑色岩系中的大型矿床三处（遵义松林镍钼矿床、织金大院镍钼矿床、遵义黄家湾镍铝矿床）、中型矿床一处（金沙岩孔镍钼矿床）、小型矿床四处（金沙干河含钼铁矿床、兴义棒乍含钼铀矿床、开阳白马洞含钼铀矿床、铜仁坝黄磷钼矿床）（樊正烈，2006）。
震旦纪—寒武纪，由陆壳组成的扬子陆块上以稳定的碳酸盐沉积为主，东南湘桂地区及黔西、滇东南地区，为过渡性地壳，由泥灰岩、硅质岩、碳质泥岩等组成的向东南加深的大陆被动边缘沉积，湘东南为深海区。寒武纪末出现的郁南运动，云开地区出现褶皱、隆起以及北东走向的冲断带，从而开始了华夏陆块与扬子陆块的拼贴作用，结束了加里东早期以伸展活动为主的构造阶段。该阶段是重要的黑色岩系形成时期。在上扬子区震旦纪陡山沱期，自西向东逐渐由沉积了近岸碎屑岩-碳酸盐岩及磷块岩-泥页岩、碳酸盐岩及磷块岩等（叶连俊等，1998），碎屑岩组合中没有发现大型磷矿床。陡山沱组为整合或假整合于南沱组冰碛岩上的一套海侵沉积。在对华南陡山沱组古地磁研究方面，孙知明等（2004）认为华南地区当时位于赤道附近的低纬度地区；Li等（1996）研究发现，华南地区在Rodinia超大陆解体时处于中劳仑古陆和澳大利亚之间的破碎带，而在震旦纪时很可能与劳伦古陆、澳大利亚分离（施春华，2005）。震旦纪陡山沱期磷块岩沉积分布及沉积环境变化受古扬子板块及构造因素控制。8亿～11亿年间的地史时期出现了强烈的造山运动，使研究区形成了较为稳定的地台基底（刘鸿允等，1991）。陡山沱期过后，沉积物为灯影组碳酸盐岩。
黑色岩系主要为黑色页岩、硅质岩及磷块岩组成，与下伏地层的关系，在台地区与灯影组假整合接触；在斜坡-盆地区与留茶坡组或老堡组整合接触。其自下而上的层序为硅质岩—磷块岩—黑色页岩。厚度变化大，一般数米至100余米。
早寒武世之初，泛大陆解体，导致扬子板块与华夏板块处于强烈的拉张阶段（刘宝珺等，1993），构造沉降加剧。此时由于海侵作用，海平面迅速上升，水体向陆加深较快，与构造沉降的联合效应，造成容纳空间增大，沉积速率降低，海水的浪基面和光合作用的界面也随之升高，致使扬子台地受到了广泛的淹没，而成为淹没台地环境。在这种环境中，下部水体处于浪基面之下，在那里光合作用非常微弱，从而形成了缺氧的还原环境。热水喷流作用，导致了黑色岩系中多金属元素的富集。此时期火山活动的喷气灰流，除导致海水的物理、化学条件发生变化外，还引起了气候的变化，使大陆冰川消融，促成海平面迅速上升，而加速了缺氧环境的形成。与该套黑色岩系有关的矿产主要分为两类：①黑色岩系：沉积-改造型磷、钒、钼、铀；②碳酸盐岩：沉积-改造型铅锌矿。
由于含有碳质及微细粒黄铁矿等还原性物质，黑色岩系中铀的含量普遍较高。在地壳中，黑色页岩中铀的丰度远大于其他沉积岩。西南地区存在的黑色岩系中铀含量普遍较高，这为铀的后期成矿提供了重要的铀源。西南地区黑色岩系中的铀和其他金属元素含量较高，例如，云南德泽地区筇竹寺组黑色岩系的 U 为陆壳丰度的61倍（夏庆霖等，2008）。项目组在对贵州黑色岩系进行研究过程中，分别对牛蹄塘组、九门冲组、石冷水组、留茶坡组及灯影组、陡山沱组等地层采样分析，结果见表5.1、表5.2。表5.1表明，黑色岩系中U的含量显著大于地壳丰度值（2.07μg/g）（黎彤，1992），是地壳丰度值的6～20倍，而灯影组正常白云岩中U的含量则显著低于地壳丰度值，远低于黑色岩系。表5.2中为黑色岩系中U含量统计，可见黑色岩系，特别是（成矿）磷块岩中铀含量较高，甚至可以达到开采利用的含量，这部分铀在西南地区分布广，总量可观，是潜在的铀资源。李朝阳等通过对黑色岩系的研究，也认为寒武系下统牛蹄塘组的黑色页岩是富含U、Ag、Se、PGE、V、Mo、Hg等多种成矿元素的矿源层（李朝阳等，2003）。由此可见，黑色岩系是铀矿成矿的矿源层，也是其他元素成矿的矿源层，这一认识对黑色岩系中铀矿找矿有重要的指示意义。因此，从这个意义上来说，诺丁尼亚大陆裂解事件为西南地区铀成矿提供了一次沉积和预富集的场所和机会，是铀的预富集期。

表5.1 贵州部分黑色岩系中U含量及其富集系数

注：样品由核工业北京地质研究院分析测试中心分析。*地壳丰度据黎彤等，1992。

表5.2 黔中-黔东南地区黑色岩系中U含量统计

一、内容概述
黑色岩系（Black Rock Series）又称黑色页岩（Black Shales），是含有较多有机碳（C有机≥1%）及硫化物（铁硫化物）的暗灰色—黑色的硅质岩、碳酸盐岩、泥质岩及相应变质岩石组合的总称。1989年国际地质对比计划254项目“含金属黑色页岩及有关矿床”把“黑色页岩”定义为“一种黑色或灰色的细粒（粉砂或更细）沉积岩，通常为泥质，含相当高的有机质（C有机≥0.5%）”。涂光炽（1999）将黑色页岩系矿床定义为赋存于高含量有机碳（一般含量＞0.5%）的浅变质碎屑岩系中的层控矿床。碎屑岩系中常含碳酸盐岩、硅质岩和火山岩，但以砂岩、板岩为主。这一定义较全面地反映了黑色岩系矿床的基本特征。Sozinov（1990）根据岩石类型和物质成分将黑色岩系（黑色页岩）分为四种类型：陆源黑色页岩建造、硅质黑色页岩建造、碳酸盐黑色页岩建造和火山成因（碳酸盐）黑色页岩建造。黑色岩系通常含有丰富的 PGE、Cu、Ni、Mo、Au、U、V、Mn、Fe、Co、Bi、Cr、Se等金属元素，这些元素在适当条件下均可形成一定规模的矿床。
近几年，国外对黑色岩系有关矿床的研究取得了重要进展。黑色岩系与成矿关系密切，黑色岩系不但本身含矿，而且作为矿源层为后生矿床的形成提供成矿物质，如穆龙套金矿、库姆托尔金矿、波兰含铜页岩型Cu-Ag矿床、哥伦比亚祖母绿矿床（Cheilletz et al.，2001）、广西大厂锡多金属矿床（Pašava et al.，2003）。黑色岩系改变了成矿流体的性质，导致金属矿物沉淀，如波兰Kuperschier铜矿床中富铜高银的矿石可能是由下伏的Rotliegendes层位的含铜溶液与Kuperschifer黑色页岩层内经生物作用将硫酸盐还原生成的H2S发生反应，导致铜大量沉淀成矿（Michalik et al.，2001；Blundell et al.，2001）。Pašava等（2003）认为黑色岩系对广西大厂锡多金属矿床中锡的沉淀起了重要的作用。
黑色页岩系对后生成矿也具有重要的影响，例如哥伦比亚祖母绿矿床被认为是赋矿的白垩纪黑色页岩与盆地卤水进行水岩反应，由钠质交代作用和阳离子交换导致成矿，铍主要来自黏土岩（Cheilletz et al.，2001）。对广西大厂锡多金属矿区赋矿的泥盆纪页岩和成矿流体的系统研究，不仅证明了区内的层状和网脉状锡多金属矿同为与花岗岩有关系的成矿系统产物，还发现大量的有机质以CO2、CH4等形式赋存于成矿流体中，这些有机质被认为来源于围岩（Pašava et al.，2001）。锗是一种稀散元素，但在不少以黑色页岩为主的煤层中广泛存在和富集。在我国西南和俄罗斯远东地区发现煤中锗高度富集成为独立矿床，甚至达到超大型规模（Seredin et al.，2001）。尽管对锗的来源问题仍有同生和后生之争，但煤中富锗仍反映了有机质对锗成矿的重要控制作用。由于黑色岩系是一种强还原环境的产物，在许多矿区发现大量罕见矿物及其组合（Distler et al.，2001），包括多种单质金属、金属合金或互化物、硫盐矿物、磷酸盐类、钨酸盐类、碲化物、Pt-Cu-Fe金属固溶体以及砷铂矿、硫铂矿、Sn-Sb固溶体、Ni-Sb固溶体和大量的Fe-Ni-S和Cu-S矿物系列。
二、应用范围及应用实例
研究实例

图1 哈萨克斯坦巴克尔奇克（Bakyrchik）金矿床模型

（据Daukeev et al.，2004）
巴克尔奇克（Bakyrchik）金矿床在构造上位于斋桑-准噶尔华力西期褶皱带库兹洛夫凹陷西南边缘北西向西卡尔巴断裂与近东西向库兹洛夫断裂交会部位（图1）。出露地层主要为石炭纪巨厚的类复理石建造。矿床探明储量277t，含矿岩系有机质含量高，从0.2%至1.5%～2.0%之间，金的平均品位9.4×10-6，矿石中伴生有银、铅、钨、铝、锑、砷等元素（Daukeev et al.，2004）。矿区内发育晚石炭世—早二叠世花岗闪长岩、斜长花岗岩株，地球物理资料表明，矿区深部2～5km有巨大隐伏岩体。矿体呈条带状、似层状和透镜状产出。库兹洛夫凹陷西南边缘西卡尔巴北西向断裂与库兹洛夫近东西向断裂交会部位控制金矿带分布，剪切带、断裂及其交会部位控制矿床的分布，断裂控制矿化深度达1～1.5km。矿化类型为含金石英脉型、黄铁细晶岩型和浸染状硫化物碳质型。围岩蚀变主要有硅化、绢云母化、绿泥石、黄铁矿化、铁白云石化、碳酸盐化和弱石墨化等。同位素地球化学显示：沉积成岩期温度为60～140℃，成矿流体主要来自海水，含矿岩系中硫同位素δ13C值主要处于-14‰～＋31‰之间，为生物成因；主成矿期温度为250～350℃，成矿流体主要来自变质流体，石墨中δ13C值在-22‰～＋26.8‰之间，碳酸盐中δ13C值为-2.5‰～＋18‰之间，具变质成因特征，由地表（0.5km）到深部（1.5km），δ13S值逐渐增加，表明硫主要为深部硫与生物硫的混合。金矿的形成经历了沉积 成岩期、构造 变质热液期（主成矿期）和岩浆热液叠加改造期。
总之，该矿床具有如下特征：①矿床受韧性剪切带和断裂的交互部位控制；②容矿岩系中含较高的同生金、有机碳和球状、草莓状黄铁矿，有机碳含量较高；③岩浆热液活动与金矿化的叠加富集有关；④矿化类型为含金石英脉型、黄铁细晶岩型和浸染状硫化物碳质型，其中浸染状硫化物碳质型为最主要的矿化类型；⑤围岩蚀变主要有硅化、绢云母化、绿泥石、黄铁矿化、铁白云石化、碳酸盐化和弱石墨化等；⑥特征的As-Sb-Mo-W-Sn-Pb-Au地球化学标志。
三、资料来源
毛景文.2001.与黑色页岩系有关的矿床研究的动向.矿床地质，20（4）：402～403
毛景文，张作衡，王义天等.2012.国外主要矿床类型、特点及找矿勘查.北京：地质出版社，371～380
王登红.1997.与黑色岩系有关矿床研究进展.地质地球化学，2：85～88
Graupner T，Kempe U，Spooner E T C et al.2001.Microthermometric⁃Laser⁃Raman spectroscopic，and volatile⁃ion chromate⁃graphic analysis of hydrothermal fluids in the Paleozoic Muruntau Au⁃bearing quartz vein ore field，UzbekistanUI.Economic Geology，96：1～23
Mihalik M，Sawlowicz Z.2001.Multi⁃stage and long term origin of the Kupferschirfer copper deposits in Poland.In：Piestrzynski A.（ed）.Mineral deposits at the beginning of the centory.Liss/Abingdon/Exton/Tokyo：A.A.Balkema Publishers，235～238
Pasava J，Barnes S J，Vymazalov A.2003.The use of mantle normalization and metal ratios in the identification of the sources of platinum⁃group elements in various metal⁃rich black Shales.Mineralium Deposita，38：775～783
Pasava J，Kríbek B，Vymazalov A et al.2008.Multiple sources of metals of mineralization in Lower Cambrian black shales of South China：evidence from geochemical and petrographicstudy.Resource Geology，58：25～42
Wille M，Nagler T F，Lehmann B et al.2008.Hydrogen sulphide release to surface waters at the Precambrian /Cambrian boundary.Nature，453：767～769

5.1.2.1 空间上的分布

中国南方扬子陆块及周缘的黑色岩系，主要分布在扬子陆块东南及江南隆起的湘黔地区，扬子西缘的米苍山-龙门山-康滇地轴一线，大巴山南部三个区域（图5.1）。周边可以包括南秦岭中志留统（若尔盖地区）、桂西下泥盆统。

5.1.2.2 时代上分布

黑色岩系时代上分布广泛，从晚震旦-早寒武世到奥陶系、志留系、泥盆系、二叠系、三叠系均有分布。

震旦系分为上、下两个统，从老到新地层为南沱组（Z₁n）、陡山沱组（Z₂d）和灯影组（Z₂dy）。南沱组主要为冰碛岩建造，夹少量层纹状泥岩、碳质页岩、硅质岩和砂岩。陡山沱组主要为薄层黏土岩、白云质黏土岩、微-细晶白云岩夹薄层或透镜状硅质岩及碳质黏土岩，常具有水平细纹层理。白云岩及硅质岩多在底部。灯影组主要为台地碳酸盐组合，是震旦系分布最广的一个组。

图5.1 扬子克拉通边缘寒武系黑色页岩

其中，陡山沱期是我国也是世界主要成磷期之一，磷矿累计探明储量68.7亿t，占我国磷矿石总储量的40.9%，扬子地区陡山沱期磷块岩90%形成于鄂西-黔中陆缘底内（图5.2），在区域上磷块岩沉积于较深水陆缘区相对隆起的浅水环境中。陡山沱阶磷矿主要分布于鄂西、湘北、湘西、黔中地区，在扬子地块东部及东南缘构成四大聚磷区（图5.2）。陡山沱阶含磷岩系在扬子地区有很大的一致性，分布比较稳定、变化不大。含磷岩系底界，一般以区域性稳定的“含锰白云岩，白云质底砾岩”为标志，习称下标志层；顶界一般以“含竹叶状磷块岩砾屑、卵形白云质砾屑及硅质、磷质核形石和硅质条带或团块泥质白云岩”的稳定标志层（亦称上标志层）顶面为界（东野脉兴，2001；郑文忠和东野脉兴，1994）。

梅树村期也是我国和世界主要成磷期之一，探明磷矿储量75亿t，占我国磷矿总储量的44.6%。含磷岩系包括渔户村组待补段、中谊村段、大海段和筇竹寺组八道弯段，中谊村段和八道弯段各含两个工业矿层，但两段磷矿类型和分布有很大差异。渔户村组中谊村段磷矿主要分布在扬子地块西缘，北起四川的清平、绵竹，向南经马边、雷波，再向南到东川、会东、会理，直到滇东止于玉溪南部。在清平—绵竹、汉源—乐山、马边—雷波、会东—东川、富民—华宁地区形成五大聚磷区（图5.3）。梅树村阶含磷岩系全貌与陡山沱阶含磷岩系基本一致，所含四个磷矿层中的第三、第四层矿的地质特征和沉积环境与陡山沱组的第三层矿相似，属于物理作用形成的中低品位内碎屑磷块岩，而且其分布也仅局限于四川汉源一些局部地区，与陡山沱组第三层矿仅局限于湖北荆襄一样，没有全区性和代表性，也不是主要矿层。而第一、第二层矿则稳定的分布于川中滇东成矿带，构成两个主要的工业矿层（东野脉兴，2001）。震旦系地层中的碳质板岩及磷块岩中均有较高的放射性，铀普遍偏高，局部地段可以形成铀矿化点。

图5.2 扬子地块晚震旦世陡山沱期岩相古地理及磷矿分布规律图

（据东野脉兴，2001）

1—古陆；2—同生断裂；3—相区界线；4—相界线；5—亚相界线；6—海侵方向；7—海流方向；8—大型磷矿床；9—中型磷矿床；10—小型磷矿床 Ⅰ—台地碳酸盐岩相区：Ⅰ₁—潮坪湖相；Ⅰ_1-1—潮坪湖砂泥岩碳酸盐岩亚相；Ⅰ_1-2—湖粉砂泥岩、白云岩亚相；Ⅰ_1-3—潮坪湖白云岩泥岩亚相；Ⅰ_1-4—蒸发潮坪石膏白云岩亚相；Ⅰ₂—潮坪含砂白云岩相；Ⅰ₃—湖黑色页岩泥灰岩相；Ⅰ₄—台地边缘相；Ⅰ_4-1—台地边缘浅滩白云岩亚相；Ⅰ_4-2—台地边缘浅滩硅质石英砂岩亚相；Ⅰ₅—滨岸石英砂岩相；Ⅱ—陆缘坻相区：Ⅱ₁—陆缘坻泥岩、磷块岩、白云岩相；Ⅱ₂—陆缘坻泥岩、白云岩相；Ⅲ—浅海陆棚相区：Ⅲ₁—浅海含磷锰质页岩相；Ⅲ₂—浅海硅质岩泥岩相；Ⅲ₃—浅海含磷页岩、碳酸盐岩相；Ⅲ₄—内陆棚黑色页岩白云岩相；Ⅲ₅—外陆棚黑色页岩相；Ⅳ—浅海盆地泥岩、砂岩相区；Ⅴ—深海盆地泥页岩相区

寒武系下统分为牛蹄塘组（

n）、明心寺组（

m）、金顶山组（

j）和清虚洞组（

q），黔东南三都地区，整个下寒武统为渣拉沟组（

z），湘西北把榔组（

p）对应黔北的明心寺组和金顶山组。下统下部主要为一套黑色微细纹层状页岩、泥岩、粉-细砂岩，上部为清虚洞组的白云岩、灰岩夹砂岩、页岩。中统分为高台组（

g）、石冷水组（

sh），主要为白云岩及少量灰岩、砂页岩。上统为芙蓉统，分布广泛，主要为白云岩。寒武系黑色岩系最主要的含铀层位是牛蹄塘组、九门冲组。

图5.3 扬子地块早寒武世梅树期岩相古地理图

（据东野脉兴，2001）

1—古陆；2—沉积剥蚀区；3—未沉积或沉积后剥蚀区；4—相区界线；5—亚相界线；6—大中小磷矿床。Ⅰ—台地相区：Ⅰ₁—台地泥岩、白云岩亚相；Ⅰ₂—台地硅质岩、白云岩亚相；Ⅱ—陆缘坻相区：Ⅱ₁—陆缘坻白云岩、磷块岩亚相；Ⅱ₂—陆缘坻白云岩、泥岩亚相；Ⅲ—浅海盆地相区：Ⅲ₁—浅海盆地白云岩、泥岩、硅质岩亚相；Ⅲ₂—浅海盆地泥岩、磷块岩、硅质岩亚相；Ⅳ—陆缘浅海潮坪白云岩、泥岩相区；Ⅴ—内陆棚泥岩、硅质岩、白云岩相区；Ⅵ—外陆棚硅质岩、泥岩相区

奥陶系主要是下奥陶统五峰组，为黑色碳质、硅质页岩及含砂质页岩等，俗称五峰页岩，该套黑色岩系以黑色、含碳质为其主要特征。

志留系主要是下志留统羊肠沟组、塔尔组、拉拢组，主要为硅岩、灰岩、板岩。

泥盆系主要是中下泥盆统四排组砂质泥岩、郁江组泥岩、东岗岭组灰岩、白云岩。

二叠系下统栖霞灰岩、茅口灰岩为浅灰色生物碎屑亮晶灰岩、亮晶鲕粒灰岩、泥晶灰岩，上统龙潭组第一段是硅质岩、硅质角砾岩、黏土质角砾岩、黏土岩、玄武质角砾岩、凝灰岩及含煤层。

在上述不同时代黑色岩系中，与铀成矿关系最为密切的是上震旦统到下寒武统碳质板岩、碳质泥岩、磷块岩、黑色碳酸盐岩等黑色岩系，下志留统黑色硅灰岩、碳质板岩，中下泥盆统黑色泥岩、粉砂岩、碳酸盐岩。

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